数字岩石物理(Digital Rock Physics,简写为DRP)方法,是近几年兴起的基于统计物理和计算机科学发展的一门技术。DRP通过高分辨率X射线CT扫描等技术获得真实岩心样品的三维数字化图像,然后应用图像处理方法获取数字岩心孔隙结构模型,最后应用数值模拟手段进行流体流动、电流传导和弹性波传播等过程的模拟与计算,进而得到储层岩石的各种参数,如孔喉尺寸大小及分布、孔隙度、渗透率、地层因素、弹性模量及核磁性质等。相对于传统实验室测量,DRP达到了孔隙尺度的观察和测量,揭示了微纳米尺度的物理机制,大大缩短了测试时间(例如,对于相对渗透率的测量),降低了测试成本。同时,DRP结合实验室测量数据可分析和研究储层更多的岩石物理性质,从而更有效地为油藏描述和开发提供指导。本文首先对数字岩心重构方法进行了分析和总结,探讨了X射线CT扫描获得数字岩心图像的原理和数字岩心三维图像的重建过程,介绍了DRP图像数据处理的基本流程。通过研究计算岩石物理参数的DRP数值模拟方法,在并行机上实现了适用于多孔介质的并行格子Boltzmann方法(Parallel Lattice Boltzmann Method,简写为PLBM),并加入到自主开发的DRP图像处理和数值模拟软件SAKHER2.0中。通过将软件处理结果与实际样品实验测量值的比较,验证了算法及软件的精确性、高效性和实用性。本文利用SAKHER2.0软件对五块碳酸盐岩样品进行了处理和数值模拟,对每块样品上、中、下部选取的次级子样分别求取孔隙度和方向渗透率,结合实验室测量数据分析了这些碳酸盐岩样品的非均质性以及局部取样地层的渗透率各向异性等特征。结果表明,碳酸盐岩样品具有较强的非均质性,局部取样地层的水平渗透率明显高于垂直渗透率。在此基础上,提出一种利用DRP技术科学评价碳酸盐岩储层岩心样品非均质性的方法。本文对多孔介质PLBM的参数进行了优化,使之可以进行微纳米尺度的流动模拟,通过与管流模型解析解的对比验证了算法的正确性。利用微尺度PLBM模拟了微尺度因素如稀薄效应、速度滑移和粗糙效应对气体在微纳米孔隙中流动的影响,并结合真实泥页岩的纳米CT图像模拟了页岩气在富含有机质的泥页岩样品孔隙中的流动规律。在此基础上,提出了一种模拟和分析页岩气在泥页岩微纳米孔隙中流动规律以及计算其岩石物理参数的新方法。此外,本文结合一块同时拥有多个尺度和分辨率的岩心样品,对DRP中多尺度图像分析技术进行研究,综合考虑多尺度图像的数值模拟结果和分辨率等因素并作统计分析。在此基础上,提出一种用毫米、微米、纳米三级尺度融合分析方法,建立了新的复杂储层岩心扫描图像分析技术,并用其进行升尺度的分析和计算,取得了较好的效果。