储层岩石结构的分

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% & ’ ( ) &
)式代入上式并整理可以得到孔隙分布 将( ! 的表达式:
#% #% ) #% #% ) ( ) ( )$ ( / ( 0 ! # ! !’ !’ !’ ; . ( )# . / " / # 对上式求导数可以得到孔隙分布的概率密度函
数表达式:
#%# $ #% #% ) ( ) ! / ( ( ) ! !’ !’ $ < " ( )# . / "% / * 分形维数的回归拟合计算法 分形维数的计算可以采用图版法和拟合法。为
表$ 孔隙分形维数பைடு நூலகம்孔隙结构参数的比较
序号 $ ! % * / 1 2 : ; $ < (? ) & ( 分形维数 % -’ @ ’) ( ) ’ . $ ! A 2 1 1 : ! A 2 % 1 % ! A 2 / $ % ! A : * : 2 ! A 2 * / ; ! A : * < / ! A 2 1 2 / ! A 2 ! $ $ ! A : $ ! A : / * 1 * A $ * : < A * / ; < A * ! $ < A $ 1 % < A % ; % < A $ 1 * < A * 2 2 < A * % * < A $ : $ < A $ / ; < A $ : < 2 $ A 1 % / % $ A 2 : ! * A / ; * % $ A ; < 1 ! * A / 2 2 $ $ A / 2 % ! $ A 2 ! 1 % * A $ * % % * A 2 ! * * 相关系数 # < A ; ; * ; ; # < A ; ; : / * # < A ; ; ! / * # < A ; ; 1 % 1 # < A ; : $ ; ; # < A ; ; 1 1 # < A ; ; 2 # < A ; ; 1 ; 2 # < A ; ; 1 / / # < A ; ; * % *
储层岩石的孔隙结构不仅对油气储量,而且对
〔 〕 ! 油气井的产能和最终采收率都有影响 。分形几
( ( / !X, D 2 E D " !) D ! 5 5
!" "
或 ( ) !
何的出现为孔隙结构的研究提供了一种新的方法, 并且在石油工业中引起了高度的重视。储层岩石的
〔 〕 # 孔隙结构是一种分形结构 ,可以用分形维数来
〔 〕 目" ($ #)与半径# 之间有如下的关系 - :
! 分形几何的基本知识 分形几何是 ! % W - 年由著名的法国数学家曼德
〔 〕 勃罗 特(/ 0 3 F : D N C < @) 首 次 提 出 的 $ 。 分 形
(U )一词是曼德勃罗特从拉丁文4 (破 C 0 9 @ 0 D C 0 9 @ A ? 碎的、断裂的)创造的新词,意思是破碎、细片、 分数、分级等。它研究的是自然界中常见的变幻莫 测的、不稳定的、非常不规则的、但是具有自相似 性、自反演性的不规则现象,可以用盒维数来表 示:
% ! % % % %) ( ( "( ! (! ’ ( ) %(% — — —最小孔隙半径; 式中 !’ ( )
( ) *
了提高精度,这里利用线性回归拟合法来计算分形 。 维数 % 和最小毛管压力-’ ( ) 对( )式两边分别取对数,可以得到: : ( (%# ) ( ) 5 )" % #%) 5 -’ > % 5 $ $ = = = ( ) . 设 5 )" 5 ,, % #%" +, 5 -’ " 2 = = = 1, ." ( ) 则( )式变为1" $ $ + 2# + , 通过线性回归,可得到精确的 % 和* 3 4 / 孔隙结构分形维数的计算结果 在三维欧氏空间中孔隙结构的分形维数是介于 ,即分形 !和%之间的分数 ! 。分形维数越接近 ! 维数越小,说明孔喉表面越光滑,均质性较强,岩 ,即 石的储集性能越好;反之,分形维数越接近 % 分形维数越大,孔喉表面越不光滑,储集性能越 差,表明该分形结构的复杂程度越大,非均质性越 强。根据这一性质,对不同低渗透岩石的岩样进行 了研究。表$是根据不同低渗透岩样的毛细管压力 资料计算出来的储层岩石的孔隙分形维数和孔隙结 构参数。
由于所选取的岩样均取自于低渗透油田,孔隙 结构的复杂程度较强,非均质性也很严重。从表中 可以看出,所计算出的孔隙结构分形维数都接近 ,都在! % A 2以上。所以计算结果与实际情况比较 符合。同时,回归方程的相关系数大部分都在 # < A ; ;以上,相关性比较好,这说明用毛管压力资 * 2
万方数据 储层岩石孔隙结构的分形研究
* 中图分类号 & ’ ! ( # ) ! $
文献标识码 +
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/ 01 2 3 4 0 3 7 0 3 7 2 9 7 : 3 0 3 7 0 < = 2 3 5 6 58 5 ; 56 ( ,H ・ ) > 3 ? @ 2 @ A @ : < 4B : @ C < D : A E0 3 FG 0 ?’ 3 2 3 : : C 2 3 3 2 I : C ? 2 @ 4B : @ C < D : A E + : 2 2 3 " # # $ % 5 5 J< K 5!
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万方数据
中国矿业# " " (年第! #卷第%期
将( )式对! 求导,可得到孔径分布的密度 ! 函数"( !)的表达式: (! # $ !) ( ・ ( ) !) " "#% ! !#%#$ % " # ! )式代入储层中孔隙半径小于 ! 的孔隙 将( % 累积体积& (" !)的表达式,并积分可以得到: ("!) & ’ ’ ( ・ !) !# ! "・ #"
%# % . ( ) )" : -’ ( ) — —孔隙半径! 所对应的毛管压力; 式中 .—
( )
, — —为液体的表面张力和润湿接触角; # $— — — —为最大孔隙半径 !’ -’ ( ) .所对应的毛管 压力,即入口毛管压力; — —毛管压力 )— . 时储层岩石中润湿相的 饱和度。 所以( )式即为毛管压力曲线分形几何公式。 : % 孔隙分布的分形概率模型 用(% )式可计算孔隙分布的概率密度函数, 但在该表达式中有一个比例常数 ! 很难确定,为 此我们采用古典型条件概率分布的定义方法来计算 孔隙的概率密度分布。 设孔隙半径 &的范围是[ , ,按古典 & & ’ ( ) ’ .] 型概率分布的定义有: ( ) ( ’ ) $ ! . / #$ ! { } !! ! % !’ " !" !’ " ( ( ) . / ) ( ) $ !’ # $ ! ( ) ’ . 则分布函数为: ( ){ } 0 ! !$ ! % !’ $ !$ !’ ( ) . / " / ( ) ( ’ ) $ ! . / #$ ! " $ # ( ) ( ) $ !’ ( ) #$ ! ’ .
料来计算孔隙结构的分形维数的可行的。 图!是"号岩样毛管压力和含水饱和度在双对 数坐标中的关系曲线以及回归曲线。从图中可以看 出,在双对数坐标上,! " 和# $ 呈很好的直线关 系,拟合程度比较好,说明孔隙结构具有较好的分 形特征。
〔 〕
— —与孔隙结构有关的常数(如孔隙为立 "— 方体, ;为球体, / ) 。同 $ * # % "" "" 理,可得到储层的总孔隙体积 & 为: , ! ( %#% %#% ) ( ) +" " !!’ / . # ( ) % #% ’ 这样根据 & ( "!)与 & 可得到孔隙半径小 于! 的累积孔隙体积分数) 的表达式为:
( " !) # !,! 式中 !— — —测度,
定量描述,它不仅能描述孔隙结构的孔隙大小分布 和复杂程度,而且能描述储集层岩石的粒度组成
〔 〕 ( 等 。
— —在测度下所得到的度量值, "( !)— — —研究对象的分形维数。在双对数坐标 !— 下," ( — — !)— ! 为 一 直 线,其 斜 率就是研究对象的分形维数。 # 毛细管压力的分形模型 由于储层岩石的孔隙结构具有分形特征,根据 分形几何原理,储层中孔隙半径大于 # 的孔隙数
% #% % #% (" ! & !) ! # ’ ( ) 0 " " %#% %#% & & !’ * + , # ( ) 由于& ,则上式可以简化为: $ & ’ ( ) ’ .
( ) 1
! )" !
( )
* + ,
% #%
( ) 2 /〔1〕 ,将该式代
根据 3 5 6 7方程 ! # 6 8 9 $! 4 ." 入( )式,得到: 2
($#) " X
— — —最大孔隙半径; 式中 #E 0 = — —孔径分布密度函数; #)— $( — —孔隙分维数; !— — —比例系数。 "—
( #) % # &" # %$
#
#E 0 =
! ’
( ) #
”基础研究发展规划项目“大幅度提高石油采收率的基础研究” (G ) ! 基金项目:国家“ % W ( ! % % % " # # " %
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
科苑 ・ 聚焦
储层岩石孔隙结构的分形研究
马新仿 张士诚 郎兆新
(石油大学石油天然气工程学院 ・ 北京! ) " # # $ %
摘 要
!
储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的
复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理,对低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究,建立了毛管压 力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算了孔隙结构的分形维数和孔 径大小概率密度分布。计算结果表明,用该方法研究孔隙结构不仅简单易行,而且精度很高。 关键词 储层岩石 孔隙结构 分形维数 毛管压力 文章编号 ! ( ) " " $ , $ " ! # " " ( " % , " " $ . , " (
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