基于热力学模型的煤孔隙结构分形表征

煤的孔隙结构复杂,难以用传统的欧氏几何理论描述其复杂性,而分形理论可定量表征孔隙结构的复杂程度。通过对渭北煤田韩城矿区10个煤样进行的压汞实验,采用热力学分形模型,获得了煤的渗流孔的分形维数,定量表征了煤的孔隙特征,并探讨了分形维数与渗透率的关系。研究表明:对于同等变质程度的煤来说,煤中吸附孔越多,孔隙分形维数越大;煤孔隙分形维数与渗透性呈负相关关系。由此可见,煤的渗流孔分形维数可作为煤储层渗透性评价的定量指标之一。      

基于岩石CT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究

碳酸盐岩微观孔隙的空间组构研究是储层性能研究的核心问题之一.近年来,基于二维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构研究的工作层出不穷,基于三维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构三维重建和基本统计特征表征的研究也引起了国内外的广泛关注.拟以四川盆地三叠系飞仙关组和震旦系毛田组碳酸盐岩为研究对象,通过三维高分辨率微纳米CT扫描,结合图像识别等计算技术,运用多重分形理论,对不同类型储层的孔隙在三维立体空间上的几何形态、非均质性与复杂度等特性进行定量表征,刻画了孔隙组构的空间展布规律.研究显示,2个样品孔隙组构在三维空间上分布不均一,具有明显的分形与多重分形分布特征;所得多重分形参数能定量刻画孔隙空间上大小孔隙的相对分异情况,能为孔渗性能提供参考.     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明:样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。      

页岩I型断裂韧性的分形计算方法与应用

水平井分段体积压裂是页岩气商业规模开发的重要工艺措施,如何评价页岩储层可压性是该工艺成功的关键。页岩断裂韧性是可压性评价的重要支撑参数,从I型断裂裂纹（裂缝）微观形态入手,结合断裂力学理论和分形理论,建立了页岩I型断裂韧性分形计算方法;借助晶体劈裂功法计算页岩表面能,采用密度、声波时差2种参数获取计算结果,对比分析新的分形方法计算数据、传统方法预测数据与试验测试数据,新的分形方法计算平均误差为3.63%,传统预测方法平均误差为 %,验证了方法的准确性;参考实例水平井测井解释数据,计算了水平段I型断裂韧性指数的全井筒连续性剖面,结合可压性级别与较大储层改造体积概率关系,优选可压性级别为III级及II级改造。建立的页岩I型断裂韧性分形计算方法对定量评价页岩储层可压性具有重要意义。     

基于分形理论的致密砂岩渗透率预测模型

渗透率是决定致密砂岩储层渗流能力并最终决定产能的关键因素。【目的】由于致密砂岩储层孔隙结构复杂、非均质性强，其渗透率变化范围大，预测困难，亟需开发适用于致密砂岩的渗透率预测模型。【方法】以塔里木盆地库车坳陷KS2气藏白垩系巴什基奇克组致密砂岩为研究对象，综合物性测试、薄片鉴定、扫描电镜成像分析、高压压汞技术、核磁共振技术及分形理论，对致密砂岩孔隙结构进行定性、定量表征。【结果】基于分形理论，充分考虑孔隙结构非均质性对渗透率的影响，提出了两个新的、基于分形理论的致密砂岩渗透率预测模型。【结论】与r_apex渗透率预测模型相比，r₂₀分形模型、SDR₍(>40))分形模型的渗透率预测精度分别提升了42%与20%。     

分形在储层参数井间预测中的应用

现有地震资料难以实现储层薄层的预测，分形理论的引入，可弥补这一不足．以具有连续性和等间距采样点的测井资料为基础，以分形分析理论为手段，结合生产实际进行了研究．根据分形地质统计学中对储层参数的研究，得出其分形理论模型，并通过VisualBasic语言编程，在计算机上实现了某地区4口井储层参数（包括孔隙度、渗透率和泥质含量）的井间预测，其结果达到了预期的效果，说明将分形理论用于储层参数井间预测具有可行性．     

基于核磁共振表征渝西地区五峰组-龙一1亚段页岩储层孔隙结构及非均质性

选取渝西地区五峰组-龙一₁亚段富有机质页岩开展场发射扫描电镜、核磁共振和X射线衍射等实验,在图像处理和多重分形理论的基础上,分析了页岩储层孔隙结构特征及非均质性.结果表明:（1）扫描电镜分析认为,研究区有机孔平均孔径偏小, < 50 nm的有机孔数量占比82%,>100 nm的有机孔面孔率占比52%;（2）依据核磁T₂谱峰形态划分为Ⅰ~Ⅲ类,分别为单峰、双峰和三峰3种类型,Ⅲ类页岩储层孔径、孔隙度较大,具备更优越的储集条件和渗流能力;（3）基于多重分形理论表征储层非均质性,石英含量越高,黏土含量越低非均质性越弱,进而控制着孔隙度和渗透率的大小.多重分形参数与矿物组分、物性参数的联系有效表征了储层孔隙结构,并为其非均质性的评估提供了新的视角.      

利用毛管压力曲线分形分维方法研究流动单元

利用取心井铸体薄片获得的图像资料和毛管压力曲线,通过图像分形几何学方法以分维数的形式定量地表征出了复杂的微观孔隙喉道结构特征,发现能够很好地划分和评价孔隙岩石中油、气、水的渗流差异,可以用于储层微观流动单元表征。文中阐述了岩石微观孔隙喉道结构分形的理论基础、计算方法和应用于表征流动单元的依据。建立了中国西部砾岩低渗透油藏微观孔隙喉道分维数与孔隙度、渗透率之间计算图版,据此在油藏中利用常规测井资料获得的孔隙度、渗透率参数计算微观孔隙喉道分维数,开展全油藏流动单元划分与评价,取得了良好的效果。研究结果表明,利用毛管压力曲线分形分维方法研究储层微观流动单元是一种很有效的途径。     

综放开采顶煤裂隙及其对渗透性研究的意义

在对综放工作面的煤样进行微观研究基础上,首次运用多重分形理论对顶煤裂隙的不均匀性和各向异性进行了定量表征,并将顶煤裂隙不均匀系数运用于渗透系数研究中,计算结果与实测基本吻合,表明运用多重分形方法,可为研究顶煤节理裂隙及其渗透性研究提供一个新的方法。      

鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶发育程度的分形特征

鄂尔多斯盆地奥陶系天然气勘探实践表明,古岩溶发育程度影响着储层优劣,然而对古岩溶发育程度的描述缺少定量化手段。本文利用分形理论对鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶的发育程度进行定量化研究,首先分析了古岩溶的分形特征,进而研究了分形维数的计算方法与实现流程,最后结合钻探资料利用分形维数对工区内古岩溶发育程度进行了定量化描述并分析了其与储层优劣的关系。结果表明,鄂尔多斯盆地奥陶系古岩溶的发育具有分形特征,分形维数反映了古岩溶在一定地质条件下的发育程度,工区内工业气流井的分形维数大于1.65。因此,将分形维数作为衡量古岩溶发育程度的定量指标,无疑会提高古岩溶储层评价的客观性、科学性。      

分形理论在油气井测试中的应用--分形麦金利图版的制作和使用

分形几何理论的产生和发展为刻画非欧几里得几何系统(即分维系统)的性质提供了有效手段，使用这一工具对油气渗流规律进行重新认识，对传统描述油气运动的数学模型加以改进，并应用于试井分析中．根据传统模型图版制作原理，作出分形麦金利图版，可以看出：与传统模型拟和很差的实际数据，与分形麦金利图版的匹配效果却很好．说明油气藏更接近分维系统，所求得的各种参数更接近地下真实复杂情况，这对于油气田开发工作有重要的指导意义．     

非线性技术在琼东南盆地深水区陵水17-2气田物源分析和储层预测中的应用

为解决琼东南盆地深水区物源问题,将非线性技术应用于陵水17-2气田物源分析,即利用自然伽马测井曲线的分形维数进行沉积物源方向分析。该技术有效避免了由于风化、搬运、沉积等作用而导致的重矿物组分变化问题,在琼东南盆地深水区黄流组沉积物源分析的应用中取得了良好效果,开辟了深水区物源分析的新思路。同时针对深水区复杂储层特征,为有效预测油气层评价中储层参数如孔隙度、渗透率等,文中基于非线性理论,采用多重分形模型对琼东南盆地深水区黄流组储层参数进行预测,并与实钻结果进行对比,结果表明,采用物性参数-面积(PP-A)分形模型计算得到的范围包含了实钻结果,可以根据该参数预测未知区域储层参数,从而为油气藏评价提供依据;而采用分形滤波技术(S-A)得到的结果更接近实际情况,这说明S-A法能在PP-A法的基础上更深层次地预测储层参数,从而得到更准确的信息。多重分形法可以准确有效地获取无井点处的参数估计值,其精度和预测能力都能达到少打井、少投资和早见效的目的。     

评价页岩压裂形成缝网能力的新方法

页岩储层的“体积压裂”,使美国页岩气产业取得巨大成功,有效评价压裂裂缝网络形成的难易程度,是压裂开采的首要目标,目前国内外尚未发现有效的评价方法,为此开发了一种新的测试方法。针对10种岩芯,测试岩石力学参数,并对比分析常用的3种页岩脆性评价方法。采用压后裂隙结构面迹长分布的分维值和面密度对裂缝进行定量表征,并对压后崩落碎块进行对比分析。通过实验认为,杨氏模量和泊松比判别法与塑性系数判别法用于评价岩石脆性,精确度更高;脆性岩石通常表现为高杨氏模量或（和）低泊松比的特征,与单轴抗压强度、抗张强度和压入硬度没有对应关系;压裂裂缝的分布具有统计意义上的分形特征,分维可用于定量评价压后裂缝网络复杂度;硬度越高,压后裂缝密度越小;脆性越强,压后裂缝密度越大。新方法是岩石脆性、硬度和天然裂缝系统（和沉积层理）特征的综合体现,用于评价页岩压后形成缝网的能力,不仅直观可靠,而且简单有效,有利于现场推广应用,对于今后页岩气或致密砂岩气开发的理论研究和现场应用具有一定的指导意义。     

羌塘盆地南坳陷布曲组白云岩储层孔喉结构及其分形特征研究

羌塘盆地中侏罗统布曲组白云岩为非均质性强的低孔、低渗储层,孔喉结构评价难度较大。选取南羌塘坳陷布曲组20件白云岩岩心样品,通过铸体薄片、扫描电镜观察,结合物性分析和常规压汞实验,研究其孔喉分布和分形特征,探索分形维数与白云岩储层物性参数、孔喉结构参数、孔隙成因之间的关系。结果表明：（1）研究区布曲组白云岩储集空间类型包括组构选择性孔隙、非组构选择性孔隙、裂缝3类,依据毛管压力曲线特征将其孔喉结构分为5种类型,其分形曲线具有明显的转折点,转折点为孔喉分布峰值,代表连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转变;（2）小尺度孔喉的层内非均质性较弱、层间非均质性强,大尺度孔喉的分形维数比小尺度孔喉小,但分布区间较宽,样品间差异明显,表明大尺度孔喉复杂多样,层间（整体）非均质性比小尺度强;（3）大尺度孔喉的分形维数与储层参数、孔喉结构参数相关性较好,可用于布曲组白云岩储层的孔喉结构定量表征,大尺度孔喉分形维数越小,储层物性越好,大尺度孔喉占比越多对储层整体渗透能力的贡献越大;（4）该套储层的储集空间与孔喉结构以沉积形成的碳酸盐沉积物孔隙为基础,白云石化作用和溶蚀作用共同控制了孔喉结构的差异性。     

油气资源评价中石油运聚系数的量化分析与预测模型

石油运聚系数是石油资源成因法评价中的关键参数.为确定我国主要含油气盆地的石油运聚系数取值,从而计算石油资源量,对我国6个盆地54个刻度区进行了解剖,采用构建目标函数的思路,分东部、西部地区建立多元非线性回归方程以构建预测模型,定量研究我国主要盆地石油运聚系数与地质主控因素之间的关系.结果显示:石油的运聚系数主要与烃源岩...     

致密气储层孔喉分形特征及其与渗流的关系--以鄂尔多斯盆地下石盒子组盒8段为例

选取鄂尔多斯盆地盒8段16块致密砂岩样品进行恒速压汞测试,结合同位样品核磁共振实验,分析了致密气储层孔喉分布特征;在此基础上,运用分形几何原理和方法,开展了致密气储层孔喉分形研究,并表征了分形与储层渗流特征和孔隙结构参数的关系。结果表明:致密气储层有效孔隙被亚微米-微米级孔喉所控制,其中孔隙主要为大孔和中孔,喉道由微喉道、微细喉道和细喉道所组成;致密气储层孔隙分布不具分形特征,而孔喉整体和喉道则符合分形结构,且分别对应分形维数D₁和D₂;基于储层孔喉分形结构与其渗流特征,将盒8段致密气储层孔喉分形结构划分为2种类型:Ⅰ型表现为阶段式分形特征,以进汞压力1 MPa为界,大于1 MPa孔喉具有分形特征,且储层阶段进汞饱和度主要由喉道贡献,反之,孔喉不符合分形特征,其进汞饱和度增量由孔隙贡献;Ⅱ型为整体式分形,进汞饱和度几乎全由喉道贡献。储层孔喉分形维数与渗透率、平均喉道半径和主流喉道半径存在较好的负相关性,与微观非均质系数呈现较明显的正相关性,而与孔隙度、平均孔隙半径和平均孔喉半径比之间没有明显的相关性。     

分形多孔介质孔隙微结构参数与渗透率的分维关系

根据分形几何理论的基本概念,就无序分形多孔介质孔隙率φ和渗透率K与多孔介质结构分数维数Df的关系进行了推导,利用Sierpinski固相分形体(Solid mass fractal)与孔相分形体(Pore mass fractal)概念对分形多孔介质微结构特征、孔隙累积数量-尺寸分布和孔隙率φ等参数及其物理关系给予了详细论述,定量地分析和讨论了基于不同模型的渗透率-分形维数关系与它们的差异.     

石油初次运移动力学模型研究及其应用

烃源岩中生成的油气经过初次运移, 进入到储集层, 其本质应该是一个动力学过程。前人对于油气初次运移动力学有一定的研究, 但是定量研究较少。本文以烃源岩中石油初次运移为研究对象, 建立下生、上储型排烃地质模型, 从微观动力学的角度对即将进入储集层的游离相石油进行力学分析, 认为烃源岩中的石油发生初次运移进入储集层是一个动力和阻力的力学非平衡过程, 运移动力包括烃源岩地层压力和烃源岩层毛细管力, 运移阻力包括储集层地层压力、储集层毛细管力和内摩擦力。当动力大于阻力时, 石油发生初次运移; 当动力与阻力相等时, 对应着石油初次运移的临界状态; 当动力小于阻力时, 石油不能发生初次运移。因此, 可以通过对比石油初次运移动力和阻力的大小定量地预测石油初次运移充注窗口。本文将建立的石油初次运移力学模型应用到安塞油田长6段油藏, 定量地预测了石油初次运移充注窗口, 为进一步的油气勘探提供依据。     

丹江口水库库区及周边地区河网形态、地貌特征及构造活动性意义

河流作为构造-气候相互作用最为敏感的地貌单元,记录了丰富的水系演化、构造变形以及气候变化等信息。通过研究河流的形成与演化过程来阐述区域地貌和构造活动特征是构造地貌研究的一个突破点,河流形态的空间变化是阐述河流形成与演化特征最为直观有效的方法。丹江口水库库区地貌特征复杂、地质灾害频发、差异性构造活动较为强烈,是开展构造地貌研究的理想场所。通过对丹江口水库库区及周边地区河流形态特征、地貌特征及构造活动特征等进行综合分析发现,河网分维值空间特征与区域内构造活动性较强的断裂的空间分布高度吻合,构造活动性较强的断裂带及周边地区,河网受到构造活动的影响,发育不成熟,河网分维值出现低值,分维值均小于1.115;构造活动性较弱的断裂带及周边地区,河网发育过程中未受到构造活动的影响,发育较成熟,河网分维值高,分维值均大于1.25;而河网分维值空间变化与地形坡度、平均高程等地貌参数相关性不显著。因此,区域构造活动性特征是河网形态空间变化控制的关键因素。利用河网形态的分维特征量化区域构造活动的强弱及各区域构造活动的差异,对于河流的形成与演化、构造活动性及预测地质灾害的发生等方面的研究都有一定的参考价值。