致密砂岩储层具有低孔隙度(<10%)、低渗透率(<0.1×10^-3μm²)及复杂的孔隙结构,是油气勘探与开发研究的重要对象。其孔隙尺度从亚毫米级到纳米级不等,喉道连通性差,渗流能力受限,流体赋存和运移规律复杂。这些特性显著增加了储层测井评价与产能预测的复杂性,尤其在孔隙度、渗透率和饱和度等关键储层参数的精准求取上,直接影响油气藏的综合评价与开发效率。鄂尔多斯盆地神木气田太原组致密砂岩储层黏土含量较高,导致孔隙结构更加复杂,储层物性较差,增加了电性与渗透性表征的难度。部分井仅具备常规测井数据,传统表征方法在描述复杂孔隙结构及其电性与渗流规律耦合关系时存在局限性,难以满足储层评价需求。 为解决上述问题,本文基于岩石物理参数转换模型,通过研究电阻率增大系数(I)、相对渗透率(K_r)、毛管压力(P_c)和核磁横向弛豫时间(T₂)之间的定量关系,将储层孔隙结构、电性与渗透性特征有机结合,系统地实现了致密砂岩储层特性的多物理场关联表征,揭示了孔隙结构、电性与渗流规律的耦合机制,为测井评价与产能预测提供了理论依据和技术支撑。通过研究不同孔径区间孔隙对储层电性与渗流特性的贡献,本文建立了三孔段饱和度模型,定量描述了不同孔段内流体的饱和度分布,并结合数字岩心技术验证了该模型的适用性。利用核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)、高压压汞及岩电-相渗联测实验,提出了基于孔隙半径的三孔段划分标准,揭示了不同孔径区间孔隙对储层电性与渗流特性的影响。研究认为小孔段(半径<0.02μm)主要储存黏土束缚水,几乎不参与流动,但对导电性有贡献;中孔段(半径在0.02~1μm)储存微毛细水,在特定条件下可参与渗流;大孔段(半径>1μm)主要储存自由水,是导电性与渗流的关键通道。结合实验室建模与数字岩心技术,利用CT、聚焦离子束扫描电子显微镜(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscope,FIB-SEM)和QEMSCAN技术,构建了多矿物组分的数字岩心。在考虑分辨率限制的同时,利用实验数据为不同组分赋予电导率值。通过有限元法(Finite Element Method,FEM)模拟岩石的导电性,并结合格子玻尔兹曼法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模拟流体渗流特性。结果表明,有限元模拟得到的饱含水岩石电导率C₀值与实验测量值的相对误差为7.36%,含水饱和度模拟结果与实验测量值的平均绝对误差为3.26%,且与三孔段模型计算结果一致。该研究通过实验室建模与数字岩心技术的联合验证,突破了传统模型仅依赖单一实验验证的局限,为致密砂岩储层的测井评价提供了新的技术支持。 为确保与井下核磁共振仪器的测量频率一致,本文采用2MHz核磁进行岩石核磁T₂谱分布测量。针对高黏土含量致密砂岩储层小孔段附加导电性及2MHz核磁对小孔段表征能力不足的问题,基于三孔段饱和度模型,校正了小孔段黏土附加导电性的影响,并提出了等效纯岩石电阻率增大系数I^*,构建了T₂-I^*模型。该模型作为T₂-I模型的重要补充,在高黏土含量和低含水饱和度条件下,表现出明显优势。通过遗传算法优化小孔段相关参数后,三孔段饱和度模型在低饱和度(S_w<0.6)和高饱和度(S_w>0.6)条件下均表现出较高的适用性,计算得到的含水饱和度与实际测量值的平均绝对误差为2.87%,优于传统模型(如阿尔奇公式、印度尼西亚饱和度模型、西门度饱和度模型及三水模型)。结合T₂-I^*模型,进一步优化了随深度变化的动态饱和度参数(a、m、b、n)的求取方法,为致密砂岩储层饱和度评价提供了新方法。 为表征储层孔隙连通性及流体分布对导电路径与渗流能力的影响,本文结合岩石物理实验与数字岩心技术,分析了孔隙的连通性(包括孔隙尺寸、喉道尺寸及配位数),并探讨了拓扑参数(如分形维数、进相和缺项)与导电性之间的关系。研究发现,在低饱和度条件下,流体主要集中在小孔段,且束缚水主导流体分布。由于孔隙连通性差,岩石导电性较弱,I^*随含水饱和度的降低显著上升。随着含水饱和度的增加,大孔和中孔段的流体比例逐渐提高,成为主要的导电通道,导电性增强,流体逐步填充并连通较大孔隙,显著改善了储层的连通性与渗流能力。在这一过程中,I^*的增长趋于平缓,n^*(I^*对应的纯岩石饱和度指数)逐渐降低,并趋近于纯砂岩的饱和指数(n^*≈2)。这些发现为深入理解储层电性特征与渗流能力之间的复杂关系提供了重要的理论依据。 针对致密砂岩储层的渗流特性,本文提出了电性-渗流特性转化模型(I^*-K_r模型),实现了从导电性到渗透性的转化。该模型引入了等效纯岩石电阻率增大系数I^*,并考虑小孔段主要储存束缚水且几乎不参与渗流的特点,揭示了储层导电性与渗流特性之间的动态耦合机制。实验表明,I^*-K_r模型在中低黏土含量(7%~8%)及较高(20%左右)储层中均表现出良好的适用性,能够精准反映复杂储层的渗流规律,为储层渗流特性的随深度动态评价提供了理论依据。 此外,基于实验建立的孔隙结构分类和储层品质分级评价标准,结合改进的KHK^*模型与随机森林算法,构建了一个以三孔段孔隙度、渗透率和泥质含量为输入的静态产能预测模型,有效提高了储层产能预测的准确性。通过结合实验岩石物理与数字岩石物理的研究成果,本文优化了核磁共振与常规测井数据联合分析方法,实现了储层测井参数的精准计算与品质分级。多口井测井综合评价及单深度点产能预测结果表明,孔隙度与渗透率计算值与实验结果吻合,测井解释与试气结论一致,储层品质分级与产能预测结果相符。产能预测与实际数据的相对误差低于10%,验证了方法的准确性与实用性。