（计算机软件与理论专业论文）随机分形裂缝模型的研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济的飞速发展，对各种能源的需求与e t 俱增，能源短缺问题目 日突出，尤其是对石油的需求更是紧迫，如何解决我国石油能源紧缺问题是许多 科学工作者正在潜心研究的重要课题。 目前，裂缝性油气藏的勘探开发是提高油气开发产量的有效途径，据科学研 究表明，世界各国的许多高产油气藏都是裂缝性油气藏，因此，进行裂缝性油气 藏的勘探开发意义十分重大；裂缝既是油气的主要储集空间，又是油气的重要渗 流通道，它的发育程度和分布规律基本上控制了油气富集程度和产能高低，但是， 裂缝形成与发育受到多种因素的控制和影响，这样使得对裂缝的准确认识存在很 大困难，至今，储层裂缝的精细描述和预测依然是石油地质界的未能完全解决的 世界性难题。 本课题来源于中国科学院地球物理研究所( 北京) 知识创新重大课题一石油 裂缝建模。本文研究的目的是利用随机分形理论，对现有的裂缝研究进行丰富， 同时为裂缝研究者提供裂缝模拟方法和更进一步拓展分形技术的应用。本文主要 工作是结合所学的计算机专业知识，应用o p e n g l 技术和v c + + 6 0 开发平台， 根据形成单一裂缝的两个表面在一定尺度范围具有自仿射分形特性，把模拟随机 分形布朗过程的方法应用于模拟裂缝表面的相关性情况，为单一裂缝表面的模拟 提供了新方法；同时，结合随机分形理论的特点，把随机分形理论应用到单一裂 缝模型参数的定量表征中，讨论了单一裂缝模型中两个裂缝表面的相关性问题， 孔隙度的相关性问题和非单一裂缝的分形维数定量描述：并且研究了随机分形布 朗运动的实现方法，包括霍斯金斯方法，戴维斯与哈特方法，频谱合成法，随机 中点位移法。 关键字：分形；分形维数；裂缝；随机分形布朗运动：裂缝孔隙度：o p e n g l 技 术 广东工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fo u r c o u n t r ye c o n o m y ，l o t so fe n e r g y i sd e m a n d e d i n c r e a s i n g l y l a c ko fd e m a n dh a sb e c o m ea s e r i o u sp r o b l e md a yb yd a y , e s p e c i a l l y l a c ko f p e t r o l e u m i t i sa r ti m p o r t a n tt a s ki n t ow h i c h m a n y as c i e n t i s t sp u tt h e i rh e a r t s h o wt os o l v et h ep r o b l e mo fl a c ko f e n e r g y a tp r e s e n t ，e x p l o i t a t i o na n dr e c o g n i t i o no fp e t r o l e u mr e s e r v o i ri nf r a c t u r ei sa n e f f e c t i v ea p p r o a c ht oi m p r o v et h eo u t p u to fp e t r o l e u ma n dg a s s c i e n t i f i cr e s e a r c h s h o w st h a tp e t r o l e u mr e s e r v o i rw i t hp l e n t i f u lo n t p u ta l lo v e rt h ec o u n t r yi nt h ew o r l d i s p e t r o l e u mr e s e r v o i r i n f r a c t u r e t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n tt oe x p l o i tp e t r o l e u m r e s e r v o i ri nf r a c t u r e f r a c t u r e sa r en o to n l ym a i ns p a c e so fp e t r o l e u mr e s e r v o i r ，b u t a l s oa r e i m p o r t a n tp e t r o l e u mp e r c o l a t i n g c h a n n e l s g r o w t ha n dd i s t r i b u t i o no f f r a c t u r e s b a s i c a l l y a f f e c t o u t p u t s o f p e t r o l e u m h o w e v e r ，g r o w t h ，f o r m i n g a n d d i s t r i b u t i o no ff r a c t u r e sa r ec o n t r o l l e da n da f f e c t e db ym a n yf a c t o r s ，w h i c hm a k e s p e o p l e h a v ed i f f i c u l t i e si n e x a c t l yc o g n i z i n gt h e m y e t ，p r e c i s ed e s c r i p t i o n a n d p r e d i c t i o no fr e s e r v o i rf r a c t u r e si ss t i l la l lu n s o l v e dd i f f i c u l tp r o b l e mo fp e t r o l e u m g e o l o g y i nt h ew o r l d t h i s , s u b j e c td e r i v e s f r o mp e t r o l e u mf r a c t u r em o d e l i n g 也ei m p o r t a n t p r o j e c to f k n o w l e d g e i n n o v a t i o no fi n s t i t u t eo f p h y s i c a lg e o g r a p h y , c h i n e s ea c a d e m yo f s c i e n c e s ( b e i j i n g ) t h ep u r p o s ei n t h i s p a p e ri se n r i c h i n g t h e e x i s t i n gt h e o r y o f f r a c t u r er e s e a r c h b yt a k i n ga d v a n t a g e o fr a n d o mf r a c t a l t h e o r y ，p r o v i d i n g r e s e a r c h e rg o i n gi nf o rf r a c t u r er e s e a r c hw i mm e t h o d so ff r a c t u r es i m u l a t i o n a n d f u r t h e re x t e n d i n ga p p l i c a t i o no ff r a c t a lt e c h n i c t h et a s ki nt h i s p a p e ri s t h a tb y c o m b i n i n gp r o f e s s i o n a lk n o w l e d g eo fc o m p u t e r ，b ym a k i n gu s eo ft e c h n o o p e n g l a n dv c + + 6 0 d e v e l o p i n gp l a t f o r m ，i n t e r m so ft w os u r f a c e sw i t hc h a r a c t e ro f s e l f - a f f i n ei ns o m es c a l es i z e c o m p r i s i n gs i n g l ef r a c t u r e ，w ea p p l yt h em e t h o d so f s i m u l a t i n g r a n d o mf r a c t a lb r o w n i a nt os i m u l a t et w os u r f a c e sw i mc o r r e l a t i o ni n i i s i n g l ef r a c t u r e ，w h i c ho f f e r s an e wa p p r o a c ht os i m u l a t ef r a c t u r es u r f a c e s ，a tt h e s a m et i m e ，c o m b i n i n gc h a r a c t e r so fr a n d o mf r a c t a lt h e o r y ，w ea p p l yr a n d o mf r a c t a l t h e o r y t o q u a n t i t a t i v ed e s c r i p t i o n o f p a r a m e t e r s i n s i n g l e f r a c t u r em o d e l t h e p r o b l e m si n c l u d i n gc o r r e l a t i o no ft w os u r f a c e sc o m p r i s e ds i n g l ef r a c t u r e ，a p e r t u r e c o r r e l a t i o na n dn o ts i n g l ef r a c t u r ed e s c r i b e db yf r a c t a ld i m e n s i o nq u a n t i t a t i v e l ya r e d i s c u s s e di nt h i s p a p e r i na d d i t i o n ，w es t u d yi m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so fr a n d o m f r a c t a lb r o w n i a nm o t i o n ，w h i c ha r et h eh o s k i n gm e t h o d ，t h ed a v i e sa n dh a r t e m e t h o d ，t h er a n d o mm i d p o i n td i s p l a c e m e n tm e t h o da n dt h ef o u r i e rt r a n s f o r m i n g m e t h o d s i m u l a t e dr e s u k ss h o wt h a ts i m u l a t e df r a c t a ls u r f a c e sc a n d i s p l a y t h e c h a r a c t e r so ff r a c t u r es u r f a c e sc o m p l e t e l y k e y w o r d s ：f r a c t a l ；f r a c t a ld i m e n s i o n ；f r a c t u r e ；r a n d o mf r a c t a lb r o w n i a nm o t i o n f r a c t u r ea p e r t u r e ；t e c h n o - o p e n g l n i 第一章绪论 1 1 分形的发展和现状 第一章绪论 在自然界中存在着许多极其复杂的形状，如山、云、闪电及雪花等，它们表 现的常常是一种似乎处处连续但又处处不可导的性质，这就是分形几何研究的对 象。如果说，欧氏几何是研究规则图形的几何学，那么，分形几何则是研究“不 规则”图形的几何学。这里的“规则”本质上指的是逐段可微或者更确切地说， 是逐段光滑的图形。而所谓“不规则”图形应当是满足某些“新规则”的图形， 这种“新规则”就是分形。分形一般具有两种重要性质：比例不变性及自相似性。 大多数分形在一定的范围内是比例不变的，即在这个范围内，其不规则程度( 常 以分维数度量) 在任意尺度下都是一样的，称之为比例。按照统计学的观点，几 乎所有的分形又是置换不变的( 移位、旋转、缩放等) ，即它的每一部分在统计的 意义上与其他任何部分相似。这两种性质表明了分形并不是完全的混乱，而是在 它的不规则性中存在着一定的规则性。它暗示了自然界中的一切形状和现象都能 以较小的或部分的细节反映出整体的不规则性。分形对物体形态及组织结构提供 了一种极其简洁的描述方法。 分形理论的雏形可以追溯到上个世纪，如1 8 7 2 年，德国数学家k w e i e r e s t r a s s 构造了一条处处连续但处处不可微的w e i e r e s t a s s 曲线( 见图1 1 ) ；集合论创始 人德国数学家g c a n t o r 于1 8 8 3 年构造了有许多奇异性质的三分康托集( 见图1 2 ) ；后来，分形几何是由b b m a n d e l b r o t 在2 0 世纪7 0 年代创立，它是非线性科 学的主要分支之一。分形这个名词是m a a d e l b r o t 当时为了表征复杂图形和复杂 过程首先将拉丁文f r a c t u s 转化后引入自然科学领域的，它的原意是不规则的， 支离破碎的物体，一般英文辞典中有一个相近的词f r a c t a l ，其意义是碎片或分数。 早在1 9 1 9 年，大数学家豪斯道夫就提出了维数应该可以取分数的思想，并创立 了豪斯道夫测度和维数。但是，直到七十年代中期，分形维数的概念才逐步传播 开来，八十年代形成了席卷全球的分形热潮，特别是m a n d e l b r o t 在1 9 7 7 年出版 广东工业大学工学硕士学位论文 的 ( ) r t l 和 1 9 8 2 年出版的 ( ) e 2 】这两 本书将分形理论及应用推动到一个全新的阶段。 图1 1 三分康托集图1 2w e i e r e s t a s s 醢线 f i g u r e l - 1t h r e e d i v i d e dc a n t o rs e tf i g u r e l - 2w e i e r e s t a s sc u r v e 自从1 9 7 5 年以来，分形理论无论是在数学基础还是在应用方面都得到快速 发展。由于分形几何极强的应用性，它在物理的相变理论、材料的结构与控制、 力学中的断裂与破坏、高分子链的聚合、模式识别、自然图形的模拟、酶的生长、 自动控制及系统建模等领域取得令人瞩目的成功1 ，1 1 4 1 1 5 1 。由于应用科学和计算机制 图的刺激与推动，分形的数学理论也得以迅速发展。近年来，在维数的估计与算 法、分形集的生成结构、分形的随机理论、动力系统的吸引子理论与分形的局部 结构已获得较深入的结果，其势方兴未艾，同时，分形在地层石油裂缝的研究为 人类对石油能源的充分开采提供了新的方法。在此期间，有关专著纷纷问世，研 究工作的数量以几何级数增长，国际专题会议此起彼伏。我国的攀登计划非线 性科学项目中己列出“分形的数学理论”、“分形的物理机理”( 分形统计模型 的相变、多分形结构、动力学集团生长等) 两大方向，国家自然科学基金申请指 南中己列出“分形论及其应用内容( a 0 1 0 2 0 4 0 5 ) ”吲，这都表明我国学术界对分形 学是肯定的和欢迎的。 1 2 国内外裂缝研究概况 裂缝不仅构成油气的储集空间，而且连通其它类型的储集孔隙。在低渗透油 藏和潜山油藏中裂缝是控制油气富集和产能的主要因素。目前，储层裂缝定量描 述，预测和评价是油气勘探开发中至今还没有很好解决的世界性难题 6 j ，国内外 在井点上描述和在面上预测地下储层裂缝参数的水平可概括为： 2 第一章绪论 ( 1 ) 在井点一l 二，只能观测和探测裂缝的某些参数，主要是方位( 组系) 、产状、 性质、间距( 小于井径) 、切深( 陡倾角裂缝) 、开度和充填性；而延伸长度、间距( 大 于井径) 、切深( 缓倾角裂缝) 无法在井点朗耋接观测和探测。 ( 2 ) 在面上，一般可预测出研究区一点的裂缝方位、产状、性质，在某些情况 下可给出每一点的间距( 密度) 切深、或者间距、切深、延伸长度、开度的取值范 围和分布频率。 ( 3 ) 在某些情况下，对某些参数的描述和预测还达不到定量的水平，如有时只 能描述和预测出裂缝的相对发育层段和发育区。 就技术方法而言，对地下储层裂缝研究主要采用以下方法1 7 1 ： 1 直接观测和探测方法 ( 1 ) 露头和岩心裂缝的宏观、微观观测。“八五”以前露头裂缝方面的研究 以裂缝的力学成因和分期配套为主，而且多侧重于裂缝的定性分析。“八五”期 间，提出了“相似露头区”裂缝观测和分析的思路和方法，对裂缝参数之间的定 量关系进行了初步研究，通过类比分析，对储层的裂缝参数进行了描述和预测； “九五”期间，在“相似露头区”概念的基础上，进一步提出了“露头裂缝网 络模型”，露头裂缝模型在一定的条件下可直接或间接地应用到储层裂缝的评价 和预测中，使裂缝参数的定量研究进一步深入。 岩芯裂缝的观测目前包括非定向岩芯裂缝的定向、裂缝间距指数的确定、裂 缝发育特征的描述与分析 s l 。 ( 2 ) 裂缝方位和现代应力的地球物理测定方法 ( 3 ) 测井识别方法m 测井识别评价裂缝的方法包括，利用普通常规测井资 料识别和解释裂缝的方法，利用新型和特殊测井识别与解释裂缝的方法。其中 常用的测井识别评价裂缝的方法有：微电阻率成像测井( f m i ) 、声波成像测井 ( u b i ) 、微电阻率扫描测井( f m s ) 、纵横波裂缝声波识别测井( d t c s ) 、电磁 波裂缝识别测井( e p t ) 、微电导异常识别测井( s h d t ) 、倾角测井资料裂缝识 别( d c a ) 等。近年来强调多种测井方法的综合利用；此外，由于新测井方法 价格昂贵，因此提出了利用常规测井资料识别裂缝的方法，并研制相应的裂缝检 测软件。其中新的微电阻率成像测井技术( f m i ) 和微电阻率扫描技术( f m s ) 应用到碳酸盐岩中效果往往比较良好。 广东工业大学工学硕士学位论文 ( 4 ) 地震检测方法1 1 0 裂缝的地震检测方法在最近十年刚刚起步，目前主要有： 横波探测方法；多波多分量探测方法；三维纵波的裂缝检测方法等。 ( 5 ) 动态观测利用油田动态资料进行裂缝参数的分析，主要用来确定有效裂 缝的方位、推算裂缝的渗透率和裂缝的延伸特征。 2 实验研究方法m ，( 1 ) 岩石破裂实验；( 2 ) 岩石力学参数测定 3 间接分析方法m t ( 1 ) 各种地质分析方法；( 2 ) 概率统计方法；( 3 ) 分形方法； ( 4 ) 物理模拟；( 5 ) 数值模拟。 裂缝研究存在的困难和问题：储层裂缝的精细描述和预测是目前石油地质界 的一个世界性难题，其研究的难度主要表现在以下几个方面：成因的复杂性 控制和影响的多因素性形成和发育的随机性分布的高度非均质性。由于裂 缝研究的困难性，造成裂缝研究至少存在以下几方面的问题：研究裂缝的各种 技术方法，都有一技之长，但都存在显著的缺陷和局限；裂缝的分布规律还未 得到十分清晰的认识；目前的技术手段和生产需求存在着很大的矛盾。由于储 层裂缝研究的复杂性，其定量描述和预测需要多学科，高新技术联合攻关，密切合 作；同时还需要发展随机概率方法，随机分形技术和数值模拟方法来实现定量预 测；更要发展裂缝的各种探测技术和解释方法。 国内外裂缝研究的主要思路：裂缝性储层研究的关键，就是在储层裂缝定量 描述的基础上，利用各种技术方法确定储层裂缝成因机制和分布规律，并预测未 知区裂缝的分布。储层裂缝研究技术方法可归纳为三个方面：裂缝描述；裂 缝探测；裂缝预测。 裂缝描述就是利用一定的技术手段和数学方法，对直接或间接的裂缝信息进 行描述和归纳，确定储层裂缝的有关参数( 裂缝的产状、方位、性质、密度( 间 距) 、延伸长度、切层深度、开度( 宽度) 、充填程度、裂缝孔隙度和渗透率等) ， 并建立各裂缝参数的相互关系、裂缝参数与地质要素的相关关系，最终确定储层 裂缝的成因机制和分布规律。 裂缝探测【1 2 1 主要利用地球物理探测技术( 主要是测井和地震) ，从地球物理 资料中识别和提取裂缝信息和相关参数。其中测井裂缝探测技术已得到十分广泛 的应用，成为把储层裂缝评价最主要的技术之一；而地震裂缝探测技术目前还处 在探索阶段。 裂缝探测主要利用地球物理探测技术( 主要是测井和地震) ，从地球物理资 4 第一章绪论 料中识别和提取裂缝信息和相关参数。其中测井裂缝探测技术已得到十分广泛的 应用，成为把储层裂缝评价最主要的技术之一；而地震裂缝探测技术目前还处在 探索阶段。 裂缝预测就是在裂缝描述确定裂缝成因机制和分布规律的基础上，根据岩石 破裂理论，运用一定的技术手段和数学方法，预测未知区裂缝的分布。根据能否 提供量化的结果，裂缝预测分为定性预测和定量预测。定性预测主要是通过裂缝 形成的控制和影响因素分析和认识裂缝的分布规律来预测裂缝的发育程度，如根 据断层的性质和分布、不同的构造部位、岩性的分布等预测裂缝。裂缝的 定量预测是在确定裂缝的成因机制和分布规律的基础上，根据岩石的破裂理论， 用量化的参数来预测裂缝的发育程度。裂缝定量预测根据出发点的不同分为形变 分析法和应力分析法两大类。形变分析法中包括曲率法和应交定量分析法等；应 力分析法最主要的是有限单元古应力场数值模拟法( 简称裂缝数值模拟) 。实际 上，定量预测虽然给出的是量化结果，但不是裂缝参数在三维空间的定量分布， 所以不是真正意义上的定量预测。 裂缝预测的主要方法m ：( 1 ) 裂缝预测内容，裂缝预测是指根据裂缝的发育特 点或形成机制，采用地质学、物理学、数学等方法，研究裂缝的分布规律，主要 包括：预测裂缝发育地区预测裂缝发育层段预测裂缝发育程度预测裂缝 延伸方向预测裂缝区的孔隙度和渗透率( 2 ) 定性预测方法，通过研究裂缝形成 和发育的控制和影响因素，来确定未知区裂缝的发育分布情况。它可以根据裂缝 的发育程度与断层的关系预测，根据裂缝的发育程度与岩性的关系预测，根据分 形理论预测；( 3 ) 定量预测方法，它包括曲率分析法，应变量定量分析法，裂缝 数值模拟预测法。 储层裂缝研究的思路可概括为，以研究区及其周缘沉积和构造特征研究为基 础；以露头、岩芯裂缝观测，以及测井、地震裂缝识别、动态观测资料等为依据； 用地质分析方法、概率统计方法、类比方法和数学模拟等方法进行综合研究，确 定裂缝的成因机制和分布规律，通过一系列参数建立三维储层裂缝定量地质模 型，以达到描述和预测裂缝分布的目的，最终把裂缝各个参数及其时空变化确定 下来。 广东工业大学工学硬士学位论文 1 3 本课题的来源，研究目的和意义 本课题来源于中国科学院地球物理研究所( 北京) 知识创新重大课题一石 油裂缝建模。 本课题研究目的和意义：裂缝性油气藏的勘探开发在我国2 l 世纪的能源接 替中占有举足轻重的战略地位。尤其是从我国入世以来，经济飞速发展，对各种 能源的需求与日俱增，特别是对石油的消耗更加明显，国际石油业界的分析预测 认为，2 0 0 4 年中国的石油进口量将比去年增长6 左右，达到9 0 0 0 万吨的规模。 今年中国的石油进口量将首次超过日本，成为世界上的第二大石油进口国m ，因 此，如何解决我国目前石油资源的严重短期，进行裂缝性油气藏的勘探开发因此 意义重大。目前，世界各国的许多高产油气藏都是裂缝性油气藏。储层裂缝构成 了该区裂缝油藏流体的主要储集空间和渗流通道 15 1 ，裂缝既是油气的主要储集空 间，又是油气的重要渗流通道，它的发育程度和分布规律基本上控制了油气富集 程度和产能高低。此类储层在勘探初期由于裂缝的存在而使勘探难度加大，并且 由于该类目的油层埋藏太深，地质情况复杂，地层可钻性差，钻井费用高，尤其 是探井，转资后对开发成本压力很大；加上由于裂缝的大量存在而使裂缝性油藏 建成开发井后投产初期，产量递减很快，且产量不易稳定，各井产量相差悬殊， 稳定产能不到初产的一半，导致在未来评价期平均单井产量下降幅度较大，由于 对储层裂缝发育和分布规律预测的不利而造成该类油气藏探井多、成本高，总钻 井成本占开发成本的比例非常高，对后期的油田生产经营构成较大压力。因此， 裂缝性油气藏裂缝性储层储渗特征及储层裂缝的发育情况和分布规律进行深入 而定量的研究就显得极其重要了。欲要从定性和定量两个方面充分认识储层裂缝 的发育情况和分布特征，必须使用一系列与此相适应的研究方法和技术，才能有 效地扣除裂缝欠发育区，真正实现稀井高产的井网布井方案，从根本上达到降低 勘探风险，准确确定储层裂缝的油气储量和渗透能力，减少开发成本，提高采收 率，从而最终达到提高开发的经济效益的目的。 论文研究的目的是利用随机分形理论，对现有的裂缝研究进行丰富，同时为 裂缝研究者提供裂缝模拟方法和更进一步拓展分形技术的应用。 6 第一章绪论 1 4 本课题研究的思路和主要内容 本课题研究的思路是：首先介绍描述裂缝的主要参数，裂缝的分类及其影 响因素和随机分形的有关理论，然后建立了具有等方性和平稳性裂缝表面的单一 裂缝模型，对形成裂缝的两个表面进行了相关性的研究，同时对裂缝孔隙度参数 进行了分形特征的定量描述；最后提出了应用分形布朗运动实现方法结合 o p e n g l 技术和v c + + 开发平台来模拟裂缝的新方法。 本课题研究的主要内容： ( 1 ) 随机分形理论和随机分形布朗运动实现的主要方法； ( 2 ) 建立单一裂缝模型，对描述裂缝的参数进行了定量分析和研究； ( 3 ) 应用随机分形布朗运动实现方法模拟裂缝。 1 5 论文的组织 本文的内容安排如下： 第一章本章作者查阅了大量最新的中外文献，介绍了分形的发展和现状， 比较系统全面的阐述了目前国内外对裂缝研究的最新发展动态，存在的困难和问 题，研究的主要思路以及解决闯题所采用的主要技术方法，接着介绍了本课题的 来源，研究目的和意义，最后介绍了本课题研究的思路，主要内容和本文的组 织。 第二章本章主要介绍了裂缝的分类，裂缝描述的主要参数和岩芯裂缝 的方位和间距的确定方法。 第三章本章重点介绍分形维的概念，h a u s d o r f f 测度，h a u s d o r f f 维数，研 究了分形维数的计算方法，随机场的相关理论和随机分形布朗运动模型；讨论了 随机分形布朗运动的一维和更高维的情况。 第四章本章主要研究了随机分形布朗模拟的实现方法，对各种方法的实现 原理进行了详细的研究，对频谱合成法的应用在不同情形下进行了比较研究，同 时给出了典型方法中点移位法一维和二维情况的具体实现算法函数。 第五章本章对裂缝模型进行了数学描述，对裂缝表面的相关性进行了定量 广东工业大学工学硕上学位论文 表征研究；同时也对裂缝的数量非单一的的情况进行了研究，采用v c + + 6 0 开 发平台和o p e n g l 技术，对裂缝的侧面轮廓的相关性情况，裂缝表面和空间裂缝 曲面进行了计算机模拟实现。 最后是本文的结论。 第二章裂缝的分类及其描述 第二章裂缝的分类及其描述 由于裂缝的形成和分布受到多种因素的控制和影响，其分类标准也就有多种多 样，其描述参数个数也因裂缝形成和分布而有所差别，本文主要从裂缝切穿岩层( 力 学层) 的情况和从力学成因类型来划分其分类：对裂缝描述的主要参数孔隙度，渗透 率和流体饱和度等进行了阐述。同时具体讨论了岩芯裂缝的方位和间距的确定方法。 2 1 裂缝的分类 裂缝是油气储层的重要的储集空间，更是良好的渗滤通道，作为一种特殊的 孔隙类型，裂缝的分布及其孔渗特征具有独特的复杂性。不同裂缝的延伸长度、 切层深度和张开度有很大的差异，即裂缝存在不同的类别。由于裂缝类别的不同， 对流体渗流的影响会产生重大差异，为此，对裂缝进行了分类( 见表2 - 1 ) 1 1 6 1 。 野外裂缝的类别主要是根据裂缝切穿岩层( 力学层) 的情况来划分的。这种野外 裂缝类别的划分方法是在长期的野外工作过程中总结出来，比较方便易用，也比 较科学。有的裂缝介于中间状态时，结合裂缝的延伸长度加以判别。注意，裂缝 类别是裂缝的重要参数。 广东工业大学工学硕士学位论文 表2 - 1 野外裂缝的分类及特征表 t a b l e2 - 1f i e l df r a c t u r ec a t e g o r ya n dc h a r a c t e r s 级别鉴别标志延伸长度间距分布伴生溶洞情况 分布( m )“n ) 大裂缝切穿多个 1 0 0 一l o1 3 0 易发育溶洞，洞径可大于 力学层1 m ，洞率可达5 中裂缝切穿一个1 0 1o 1 1洞径小于1 m ，洞率小于1 力学层 小裂缝在力学层 1 0 1 o 1 洞径小于0 2 m 洞率 内发育小于o 5 微裂缝在未遭溶蚀0 1 0 0 1小量溶洞、裂缝 的情况下野 外难以分辨 同时也可以从力学成因类型来分，可以分为张开型裂缝，滑开型裂缝和撕开型裂 缝( 如图2 1 ) m 13 从其地质成因类型来分，可以分为构造裂缝，区域裂缝，收缩 裂缝，卸载裂缝和风化裂缝五种主要类型。 ( a ) 张开型裂缝( b ) 滑开型裂缝( c ) 撕开型裂缝 图2 1 裂缝的三种类型( 箭头表示作用力的方向) f i g u r e2 - 1t h r e e k i n d so f f r a c t u r e ( a r r o w ss h o wd i r e c t i o no f f o r c e ) 2 2 裂缝的描述 裂缝描述的基本研究参数包括裂缝的宽度、大小、产状、间距、密度、填充 1 0 乡髫 多 第二章裂缝的分类及其描述 性质等。其中的裂缝密度是十分重要的一种参数，它反映了裂缝的发育程度，与 裂缝孔隙度和渗透率直接相关。按照测量的参照系的不同，可以分为线性裂缝密 度、面积裂缝密度和体积裂缝密度。 裂缝孔隙度是反映岩石中孔隙发育程度的一种参数。根据孔隙度的大小和连 通情况可以分为总孔隙度和有效孔隙度两类。岩石中所有孔隙空间体积和岩样总 体积的比值称为该岩样的总孔隙度或绝对孔隙度m ，。可以用下式表示： y v 中，= 兰旦1 0 0 ( 2 1 ) y f 式中，巾，一一总孔隙度，：k 一一岩样总孔隙体积，c m 3 ；k 为岩样总体 积，c m 3 ； 有效孔隙度m ，是指岩样中相互连通的，且在一定压差下允许流体在其中流动 的孔隙总体积( 即有效孔隙体积) 与岩石总体积的比值。可以用公式表示： v 矿 。= 皇x 1 0 0 ( 2 2 ) y f 式中，o 。一一总孔隙度，：匕一一岩样有效孔隙体积，c m 3 ；v 为岩样总 体积，c m 3 ； 在实际生产中，常用面积裂缝密度和裂缝平均宽度来求取裂缝的面孔率作为 替代。一般的，裂缝孔隙度的大小与裂缝宽度和裂缝密度成正比，多数使用岩石 的有效孔隙度。油气储存层的有效孔隙度一般在5 一3 0 之间，最常见为1 0 - - 2 5 。评价指标一般为：特高孔隙度m 。 = 3 0 ；高孔隙度3 0 零， = 2 5 ； 中孔隙度2 5 中。 = 1 5 ；低孔隙度1 5 m 。 = 1 0 ；特低孔隙度垂。 = 2 0 0 0 ；高渗透率2 0 0 0 k = 5 0 0 ；中渗透率 为5 0 0 k k = 1 0 ；特低渗透率k d h f ( 3 6 ) 如果s = d h ，则h5 ( ，) 可以为0 或。或满足0 h ( f