油气资源需求的急剧增加使得非均质碎屑岩等复杂储层的勘探开发显得更加重要。非均质碎屑岩各向异性强，非均质性重，孔隙结构复杂，储层参数与测井响应呈极强的非线性关系导致测井精细解释及产能预测等十分困难。因此，研究非均质碎屑岩储层的测井综合解释与评价方法，对提高油气钻探成功率，为射孔采油等工程施工提供技术支撑，具有十分重要的意义。应用图像处理技术及地质统计学、拓扑学等方法对铸体薄片和背散射扫描电镜照片进行处理，深入挖掘所蕴含的孔隙结构信息，突破对铸体薄片和扫描电镜以定性描述和半定量分析的局限性。得到微观孔隙结构参数，深化了对孔隙结构的认识。应用PGSE序列研究含水岩石的扩散特征，得到平均比表面、表面驰豫速率和迂曲度等参数并探索基于核磁共振的绝对孔径计算方法。与压汞法和铸体薄片法绝对孔径进行对比，核磁法绝对孔径与铸体薄片法所得结果基本相似。应用自旋回波序列（SE）进行岩心T2加权成像，根据单像点的双指数衰减特征得到核磁成像T2谱。与一维核磁T2谱相比，核磁成像T2谱在表征快驰豫信号上具有一定优越性，反映孔隙结构更为精细。通过选层梯度实现岩心多层切面的核磁成像并结合一阶球状变差函数得到纵、横向非均质性系数；非均质性越强，非均质性系数也越大。引入分形理论对比了毛管压力、二值图像和核磁等方法所得的分维数并分析了其与孔隙结构的关系。应用相关矩阵从基于图像处理、地质统计和拓扑学的微观参数、基于核磁共振和核磁成像的微观参数及分维数中优选最优孔隙结构表征参数，结合信息熵-模糊谱聚类法进行孔隙结构分类得到最优样本。在“岩心刻度测井”的基础上应用核主成分-支持向量机分类（KPCA-SVC）实现了孔隙结构的测井识别。针对非均质碎屑岩储层孔隙度与测井响应存在高度非线性等问题，引入核-支持向量机回归法（K-SVR）实现了岩心孔隙度与测井响应的非线性映射，得到精确计算结果。分别开展了基于孔隙结构和渗流机理的绝对渗透率建模，基于渗流机理的绝对渗透率模型计算精度高；针对不同孔隙结构得到了绝对渗透率与覆压的关系，实现了实验与地层条件的渗透率转换。对比了五种束缚水饱和度的差异，建立了基于核磁共振和改进Timur公式的束缚水饱和度模型。从两相渗流理论出发，根据渗流场和电流场的互等性分孔隙结构实现了基于饱和度和电学参数的油、水相对渗透率定量预测。孔隙结构复杂使得导电特征复杂、岩电参数变化规律认识不清，进而影响饱和度精细建模。基于分形理论考虑了孔隙和粘土的含量及性质、地层水性质及表面润湿性对电性的影响并建立了胶结指数和电阻增大率计算公式，系统分析了不同情况下岩电参数的变化规律，结合岩石物理实验提出基于“拟合-简化修正法”的动态岩电参数模型，分孔隙结构类型探讨了模型参数选取方法。在物性和流体参数精确计算的基础上构建了流体敏感指示参数，通过交会图技术确定最优参数并结合Fisher判别实现了油水层的准确识别。对测井资料第一核主成分(KPCA1)进行多分辨率小波分析得到多级能谱，依据相邻能谱最大差原则确定了油水界面。结果表明：对测井资料第一核主成分进行6级小波分解并根据5、6级能谱最大差可实现油水界面的准确识别。通过测试资料分析实现了每米采油指数的准确预测，结合孔隙结构建立了非均质碎屑岩储层产能级别划分方案，为非均质碎屑岩储层的施工方案提供技术支撑。