分形理论在油层物理学中的应用

对压汞喉道半径与渗透率贡献值分布频率、退汞孔隙半径与退汞饱和度分布频率、岩样孔隙度与地层因素分布频率以及油、水相对渗透率与水饱和度分布频率的相关性分别进行了分形研究。结果表明:测量标尺与测量对象的相关系数均满足α为0.01时所需要的相关系数r值,分形性良好。砂岩岩心不仅孔隙结构具有分形特征,而且油、水在岩石内部渗流过程中岩电特性曲线和油、水相对渗透率曲线也具有分形特征。研究中所论及的分形维数与岩样均质系数相关性良好,它们均可以作为反映岩心均质程度的特征参数。     

基于分形特征的碳酸盐岩储层孔隙结构定量评价

伊拉克W油田Mishrif组巨厚孔隙型生屑灰岩为强非均质性储层,孔隙结构评价难度较大。结合薄片、孔渗试验和压汞毛管压力曲线资料,使用分形理论研究储层孔隙结构,建立了以分形维数定量评价孔隙型生屑灰岩储层孔隙结构的方法和标准。该储层孔隙结构分形特征可分为2类,第1类储层孔隙结构整体具有显著的"单段型"分形特征;第2类储层孔隙结构整体分形特征不显著,但其较大孔喉系统和较小孔喉系统各自具有显著的分形特征,即"多段型"分形特征。分形维数能够反映孔隙型灰岩孔隙结构的复杂程度和非均质性,分形维数越大,孔隙结构越复杂;压汞毛管压力和含水饱和度分段越多,孔隙结构非均质性越强。利用孔隙结构分形维数的分区性对储层进行分类,同一类样品压汞毛管压力曲线的相似性验证了分形维数分类结果的合理性。Ⅰ类与Ⅱ类储层多对应"多段型"分形特征,Ⅲ类与Ⅳ类储层多对应"单段型"分形特征。该研究成果对相同类型碳酸盐岩储层孔隙结构定量评价具有指导意义。     

基于孔隙分形特征的低渗透储层孔隙结构评价

储层孔隙结构对低渗透储层的渗流能力和油气产能有重要影响,是低渗透储层研究的热点。 目前,急需一种在储层宏观尺度上反映强非均质性储层孔隙结构优劣的储层孔隙结构定量评价方法。 以塔南凹陷白垩系低渗透储层为例,在薄片观察、孔渗测试和毛管压力测试的基础上,将分形算法应用于储层孔隙结构评价,建立了利用压汞测试求取孔隙分形维数,进而定量评价储层孔隙结构的方法。 研究认为,该区发育粗态型、偏粗态型、偏细态型和细态型 4 种类型孔隙结构。 利用毛管压力对数与润湿相饱和度对数的线性关系可求取孔隙分形维数,且分形维数越小,孔隙结构越好。 结合薄片和试油资料建立了该区孔隙结构分类的分形维数标准,同时发现该区储层非均质性强,部分样品整体分形特征不明显,储层中的大孔隙和小孔隙均具有良好的分形特征,但是具有不同的孔隙结构特点,表现为毛管压力与润湿相饱和度关系的分段性。     

储集层微观非均质性的分形特征研究

储集层岩石的孔隙结构非均质性对于油气的渗流规律以及水驱油效率都具有重要的影响。利用分形理论对孔隙结构的非均质性进行研究。结果表明,分形维数不同孔隙结构不同。所研究的储集层具有单一分形（分形维数2.7521～2.8140,沉积相以河流相河道微相为主）和分段分形特征（分形维数2.3648～2.9434,沉积相以水下扇相扇端席状砂微相沉积和三角洲前缘亚相河口坝微相、席状砂微相沉积为主）;以分形维数为基础,可以根据孔喉渗透率贡献判断孔隙结构的非均质性和复杂程度。     

注水前后储层微观孔隙结构的分形表征

针对用分形分维方法研究储层的微观孔隙结构。提出获得微观孔隙结构分维的两种切实可行的途径，一是利用压汞曲线的分形特性，通过建立油藏条件下压汞曲线的分形模型。计算压汞曲线的分维值来获得；二是利用常规测井解释的孔隙度和渗透率，来预测微观孔隙结构分维。然后对注水开发中后期河流相储层的微观孔隙结构的分维进行了注水前后的计算和对比分析，并对微观孔隙结构参数用分维进行了定量表征，研究了水驱对微观孔隙结构变化的影响。研究表明，储层微观孔隙结构的复杂度在注水后较注水前增加，储层微观非均质性增强，且微观旋回性得到增强；并指出可据此开展流动单元的分类表征研究；储层岩石的束缚水饱和度随着微观孔隙结构分维的增加而增大，水驱时前缘推进越趋不均匀，无水期采收率越趋减小。     

东河1油田退汞毛管压力曲线的分形特征

根据分形理论,以退汞毛管压力为测量尺度,以对应的退汞饱和度分布频率为测量对象,对东河1油田岩样退汞毛管压力曲线进行的分形研究和分形维数计算结果表明,该油田岩样退汞毛管压力曲线(孔隙分布)具有分形特征。在考虑退汞麻痹效应和特低渗透率岩样退汞中止点假定条件下,对退汞量作了必要的修正。退汞曲线分形特征具有完整性,测量尺度范围从最高注入压力到最低退出压力。同时测量尺度与测量对象的数值具有良好的相关性,在双对数图上有良好的直线关系。退汞曲线分形维数D0W与渗透率、孔隙度、退汞效率和均质系数等常规孔隙结构特征参数均有较好的相关性,可以作为一个新的孔隙结构特征参数。     

鄂尔多斯盆地吴起—志丹地区长8段致密砂岩储层孔喉结构分形特征

为精细表征鄂尔多斯盆地吴起—志丹地区长8段致密储层孔喉结构,在铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射、高压压汞、恒速压汞以及油水相渗等相关实验的基础上,利用分形理论研究了长8段致密储层的孔径分形特征和喉道分形特征,系统分析了分形特征与储层孔隙度、渗透率、微观孔喉特征之间的关系。结果表明：研究区岩性以岩屑长石砂岩为主,平均孔隙度为8.2%,平均渗透率为0.16×10^-3μm²,为典型的致密储层。储层孔隙类型主要为粒间孔和溶蚀孔,根据毛管压力曲线形态和高压压汞参数将储层孔喉结构分为Ⅰ类和Ⅱ类2种类型。恒速压汞实验表明研究区样品总进汞饱和度中,喉道进汞占比较多,恒速压汞计算的喉道分形维数具有两段特征,即细喉道段(D_T1)和粗喉道段(D_T2)。全孔径分形维数和喉道分形维数均与物性、进汞饱和度和退汞效率等参数具有良好的负相关性,喉道分形维数与喉道进汞饱和度、主流喉道半径呈良好负相关性,孔喉的非均质性增强,致使油相流体在含水储层中更加难以通过,油相相对渗透率变小。     

呼和诺仁油田A区块南二段砂砾岩储层孔隙结构特征

利用常规压汞等方法,对呼和诺仁油田A区块南二段砂砾岩储层的岩石孔喉分布特征、可流动孔隙体积和微观非均质性进行了研究。结果表明：呼和诺仁油田A区块南二段砂砾岩孔喉分布有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等3种类型,其分布频率分别呈单峰、双峰和平峰结构;该区以Ⅰ型孔喉为主,可流动孔隙体积小,平均可流动孔隙体积百分数为26.47%,渗流能力较低。此外,对研究区岩石孔隙结构的均质系数、分选系数及分形维数的分析均表明,该区岩石孔隙结构具有较强的微观非均质性。     

基于孔隙分维数的岩石分类方法

通过分析岩石孔隙结构的变化特征，提出采用孔隙分维数定量描述岩石的不规则程度，并根据岩石孔隙分维数的等差变化进行分类。以压汞资料为基础计算岩石的孔隙分维数，并建立了储层岩石品质指数与孔隙分维数的半对数关系，在此基础上建立了各类岩石的相对渗透率和毛细管压力的类属方法，将储层非均质性从对渗透率非均质表征延伸到了岩石与流体相互作用关系的表征。对胜利油区桩74断块东营组岩心压汞资料的处理结果表明，4种岩石类型覆盖了高、中、低渗透储层，各类储层的毛细管压力和相对渗透率关系特征基本上与其渗透率特征相对应。     

高压压汞法结合分形理论分析页岩孔隙结构

在页岩气勘探开发中,储层微观孔隙结构评价具有重要的意义。为了更有效地研究页岩储层微观孔隙结构特征,利用高压压汞实验结合分形理论对孔隙结构进行分析。高压压汞结果显示岩样孔隙半径主要分布在3~50 nm的中孔范围内,其中3~15 nm的孔隙占80%以上,该部分孔隙提供了大部分孔体积。研究岩样中孔的分形维数分析结果表明:页岩岩样中孔的分形分布可明显地分为2段,孔隙半径大于15 nm的孔隙分形维数接近3,说明该部分孔隙非均质性强,孔隙结构分布不均匀;孔隙半径小于15 nm的孔隙分形维数相对较小,该部分孔隙分布较为均匀。高压压汞曲线仅可对中孔和大孔进行分析描述,由于进汞压力大可能导致岩样遭到破坏,不宜利用高压压汞曲线对孔隙半径小于2 nm的微孔进行分析。     

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文章根据分形理论推导出了多孔介质中孔隙分布的两参数分形几何公式,建立了利用压汞资料计算孔隙分形维数来分析孔壁的粗糙度和孔径分布的不均匀程度的研究方法。将该方法应用于四川砂岩和碳酸盐岩气藏低渗透人计层改造措施研究,结果发现,无论是盐酸酸化碳酸盐碉还是土酸酸化砂岩、入口处的毛管半径均明显增另,但分形维数的变化不同,碳酸盐岩酸化后分形维数均有不同程度的增加,砂碉酸化后明显变化或有所减小,因此,碳酸盐岩酸     

疏松砂岩再压实作用下的物性及渗流特性

疏松砂岩油藏在开发过程中由于地层压力下降会对储层产生损害,影响油井产能,需要对储层再压实作用下的物性及油水两相的渗流特性进行研究。首先采用储层压力条件下的连续测试方法,以恒定的驱动流速、变化内压的方式测试了储层岩心在再压实作用下的物性,从宏观角度分析了疏松砂岩再压实作用下的物性变化规律;再通过压实作用下的压汞试验,从微观角度阐述了疏松砂岩的孔隙结构演化特征;最后通过压实作用下储层岩心的油水流动试验,分析了压实作用下油水两相的渗流特性。疏松砂岩的渗透率随着再压实作用增强持续降低,降幅达53%左右,在孔隙度约降低7%时,岩石中相当大部分孔隙在压实作用下蜕变成喉道,孔喉体积比由1.50增至1.96,峰值对应孔径降至压实前的50%,造成渗透率下降幅度远超过孔隙度下降幅度;随着再压实作用增强,油、水两相的渗透率约降低50%,残余油饱和度由17.8%增至19.2%,束缚水饱和度由18.5%增至21.2%。研究结果表明,随着再压实作用增强,疏松砂岩的孔隙和喉道均被压缩,导致储层物性变差,而孔隙度的降幅相对较小,渗透率呈幂函数下降,降幅明显且在地层压力恢复过程中无法恢复;束缚水饱和度和残余油饱和度随有效应力增加呈指数上升,油相渗透率随有效应力增大呈线性下降,这就是在注水不及时或注水不足的区域油井产能大幅度降低的主要原因。      

利用水膜厚度确定低渗透砂岩储层孔隙度下限

针对现今低渗透砂岩储层孔隙度下限确定的不准确性,本文从孔隙结构和常规物性两个方面来研究,并通过水膜厚度最终确定低渗透砂岩储层孔隙度下限。孔隙结构参数是描述岩石孔隙结构特征的定量指标,以此来研究低渗透砂岩储层的孔隙结构特征。在低渗透砂岩储层中,孔隙吼道参数与水膜厚度在同一数量级上,利用水膜厚度,结合压汞资料,做出孔隙度和大于0.195μm孔喉体积百分数图版,确定低渗透砂岩储层孔隙度下限。     

致密砂岩储层孔隙结构分形研究与渗透率计算——以川西坳陷蓬莱镇组、沙溪庙组储层为例

为厘清分形维数对储层物性特征的影响,并提高渗透率计算精度,通过对川西坳陷蓬莱镇组、沙溪庙组致密砂岩气藏12块岩心进行高压压汞实验;利用毛管束分形模型对进汞曲线进行分形处理,并结合物性资料,对分形维数与孔隙结构参数的关系进行研究;通过理论分析与多次试算,最终选取加权平均分形维数（D_ave）、分界压力（p_f）、中值半径（R₅₀）等对渗透率进行多元非线性回归计算。结果显示：研究区储层可划分Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类共4种孔隙结构类型;大、小孔孔隙结构相对独立,分形维数与孔隙结构参数关系复杂;多元回归计算的渗透率与实测渗透率相关系数平方达0.9。多元非线性回归计算模型对于渗透率的计算具有更高的精度,为致密砂岩储层渗透率的计算提供了新思路。     

鄂尔多斯盆地白豹—华池地区长6砂岩储层特征

根据铸体薄片、扫描电镜、碳氧同位素、物性、孔隙结构和声发射、岩心和测井分析和化验资料,对鄂尔多斯盆地白豹—华池地区长6砂岩储层特征进行的研究结果表明,该套储层储集空间以剩余原生粒间孔和次生粒间孔组合为主;储层物性较差,微裂缝对改善储层孔隙渗透性贡献不大;排驱压力和饱和度中值压力较高,孔喉半径小且分选性较差,歪度细,溶蚀作用对改善喉道连通性的效果不佳,孔隙结构参数总体较差。储层质量受沉积微相和成岩作用的综合影响,其中,由三角洲前缘滑塌形成的内-中扇较粗粒水道砂体为最有利储层发育的微相,成岩早期碳酸盐矿物和环边绿泥石胶结作用有利于部分原生孔隙和喉道的保存。利用储层物性和孔隙结构参数,将长6砂岩评价为4类储层,其中Ⅰ、Ⅱ类储层在目前的工艺技术条件下为可动用储层,是增储上产的首选储层。     

M6断块中低孔隙度渗透率砂岩储层饱和度模型优选方法

通过M6断块19块中低孔隙度渗透率砂岩样品的岩电实验结果得出,地层因素和孔隙度总体表现出非阿尔奇关系的特征,直接沿用Archie公式计算含水饱和度不准确。在Archie公式的基础上,分析了岩电参数m、n的变化规律,当n为定值时,认为m是影响饱和度精度的关键参数,在实验结果中归纳出m受无效导电孔隙(有效孔隙与有效导电孔隙的差值)的影响较大,提出利用无效孔隙求取m,进而提高Archie公式求取饱和度的精度。基于等效岩石组分理论对岩石导电性的影响,利用遗传算法求解方程组中每块样品的比例系数k和临界饱和度Swc,总结出变化规律,依据EREM模型采用迭代法得到相应的饱和度。通过对比3种方法求取的结果,结合试油层段的束缚水饱和度,表明EREM模型得到的含水饱和度最接近实际地层情况,而变参数Archie公式计算的结果次之。研究认为EREM模型更适合于中低孔隙度渗透率砂岩储层的饱和度计算。     

渤海湾盆地黄骅坳陷歧北—东光地区二叠系碎屑岩储层特征及控制因素

针对渤海湾盆地黄骅坳陷歧北—东光地区二叠系碎屑岩储层特征及控制因素认识程度不够的问题,综合应用岩心、物性分析、X?射线衍射、铸体薄片、扫描电镜、压汞及测录井等资料对二叠系碎屑岩储层特征及控制因素进行了研究。研究表明：研究区二叠系碎屑岩的岩石种类较多,发育岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩和岩屑质石英砂岩,以及少量的长石砂岩和岩屑砂岩。储集空间发育有原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔及其他岩类的溶蚀孔隙、溶缝和裂缝,但以溶蚀孔隙为主;储层存在中孔中渗、低孔低渗和特低孔特低渗3类,中孔中渗储层占比较少,以低孔低渗为主。储层发育主要受沉积作用、成岩作用及构造作用的综合控制。沉积过程中的分选性对储层孔隙度的发育程度控制强于岩性对孔隙度发育的控制;成岩过程中的压实作用和胶结作用对储层孔隙发育均有影响,但压实作用对储集孔隙发育的影响强于胶结作用对孔隙发育的影响;构造作用形成的各类断裂不仅为地下流体与岩石颗粒发生溶蚀作用提供了场所,也为溶蚀作用发生所需流体的来源及溶蚀后的流体流动提供了通道。     

靖边地区长6段致密砂岩储层孔隙结构及影响因素

文中综合恒速压汞与高压压汞技术,并结合常规物性分析、铸体薄片、扫描电镜等实验结果,对鄂尔多斯盆地靖边地区长6段储层孔隙结构进行了定量表征。依据压汞参数将孔隙结构分为3类,并分析了各类孔隙结构的影响因素。在恒速压汞基础上,引入分形理论探讨各类储层分形特征。结果表明:长6段储层岩石类型为长石砂岩和岩屑长石砂岩;孔隙类型以残余粒间孔为主;喉道类型主要为缩颈型喉道以及片状或弯片状喉道,孔喉半径分布在0.003~600.000μm,其中以半径小于2μm的孔喉为主;3类孔隙结构在孔隙类型、沉积环境及成岩作用方面各有差异,Ⅰ类孔隙结构储层质量最好;分流河道中砂岩具有较好的喉道分形特征,分流河道细砂岩次之,堤岸粉砂岩最差。