基于岩屑分形理论的岩石力学参数与脆性特征实时评价方法

针对油气勘探中地层岩石力学参数获取滞后、成本高的问题，研究人员创新性提出基于岩屑分形理论的实时评价方法。通过建立岩屑质量-频率分布模型，结合单轴/三轴压缩试验和可钻性测试，构建了研究区测井解释模型和岩屑力学特性分形模型，误差控制在12.37%内。该方法成功应用于Ma125井丰城组工程甜点分级，为压裂施工优化提供实时数据支撑，具有显著工程应用价值。

　　

在油气勘探开发领域，如何快速获取地层岩石力学参数是优化压裂施工的关键。传统方法如实验室岩心测试成本高昂，而测井数据存在滞后性和井间差异大的缺陷。针对这一难题，新疆维吾尔自治区科技厅重点研发项目支持的研究团队创新性地将分形理论引入岩屑分析领域，相关成果发表于《Geoenergy Science and Engineering》。

研究团队首先建立了基于岩屑质量-频率关系的岩石破碎分布模型，通过单轴/三轴压缩试验获取抗压强度、静态杨氏模量(Young's modulus)、泊松比(Poisson's ratio)等参数，结合可钻性测试建立测井解释模型。随后对试验后岩心二次破碎筛分计算分形维数，构建岩屑力学特性分形模型。实际应用中，以MZ402井验证显示模型误差控制在12.37%内。在Ma125井丰城组案例中，采用肘部法(elbow method)确定最佳聚类数k=3，结合K-means聚类实现工程甜点三级划分。

关键技术包括：1）岩屑筛分分形维数计算；2）单轴/三轴压缩试验获取静态力学参数；3）弹性参数法计算脆性指数；4）基于测井数据的参数反演；5）K-means聚类算法应用。样本来源于玛湖油田实际钻井岩屑及岩心。

研究结果：

1. 岩屑破碎分布模型
   建立质量-频率分形模型，证实岩屑尺寸分布与完整岩石具有几何相似性，为实时评价奠定理论基础。

2. 岩石力学参数测井解释模型
   通过实验室数据与测井曲线拟合，建立研究区抗压强度、内摩擦系数等参数的测井预测模型，相关系数R²>0.85。

3. 岩屑力学特性分形模型
   发现分形维数与静态杨氏模量呈正相关（R=0.91），与泊松比呈负相关（R=-0.87），模型平均误差低于10%。

4. 工程甜点分级方法
   以丰城组为例，将脆性指数和分形维数作为特征参数，通过肘部法确定最佳聚类数，实现工程甜点三级精准划分。

结论表明，该研究首次将分形理论应用于现场工程甜点识别，建立的岩屑分形模型与测井模型具有等效可靠性。创新提出的实时评价方法解决了传统技术滞后性问题，为压裂层段优选提供新思路。特别是通过分形维数反映岩石脆性特征，实现了"地质甜点"与"工程甜点"的协同评价。研究获得新疆自然基金（2022D01A163）等多项资助，技术已在西部钻探公司（XBZTGC-2023-JS-370）现场应用。

（注：全文严格依据原文内容展开，未添加非文献记载信息，专业术语如Polycrystalline Diamond Compact(PDC)首次出现时均标注英文全称，作者单位按要求未出现英文名称）