本书以多项国家级项目和省部级重点课题的研究成果为依托，系统介绍了作者及其团队经长期科研攻关所取得的一系列研究进展，重点聚焦于煤层气高效开发利用背后的关键科学问题，涵盖基础理论、应用基础理论以及方法研究三个层次。主要包括分形拓扑理论体系的构建、储层孔 – 裂隙结构复杂组构机制、储层孔 – 裂隙结构定量表征，以及煤层气多相态传质控制机理等。在以煤层气为典型的清洁、非常规能源高效勘探开发背景下，为等效表征储层孔 – 裂隙结构并清晰认识储层空间中煤层气运移规律开展了定量储层地质学的基础理论与方法研究，并将其应用于揭示煤层气传质控制机理方面。本书可为煤层气高效开发利用瓶颈的突破提供基础支撑与决策支持，进而助力我国煤层气高效开发产业化建设进程的快速推进。
金 毅 郑军领 董佳斌 等 著
北京: 科学出版社 2024.11
ISBN 978-7-03-079942-5
煤层气作为典型的低碳清洁能源，是国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料，也是目前我国最现实、最可靠的非常规清洁能源。我国煤层气资源丰富，开发利用煤层气，对优化能源结构、促进煤矿安全、弥补天然气供需缺口、减少碳排放等具有重要的意义。然而，我国地质条件相对复杂，储层孔隙度和渗透率较低，导致即便在煤层气资源丰富的地区，绝大部分气井产气效果仍未达到预期。尽管近年来以水力压裂为代表的储层改造工艺技术取得了长足进步，并为煤层气高效产出提供了重要的技术手段，但也存在针对不同地质条件适配性较差的问题。
在国家能源安全的大背景下，为契合“双碳”目标刚性需求，本书重点聚焦于煤层气高效开发利用背后的关键科学问题，涵盖了基础理论、应用基础理论以及方法研究三个层次。本书以建立系统的分形拓扑理论、阐释分形储层复杂组构机制为基础，以等效表征储层多尺度孔– 裂隙结构、发展煤层气多相态传质细观重构方法为中间桥梁，致力于揭示煤层气多相态耦合传质过程的介观运移规律，构建产能控制体系及其细观的科学评估模型等终极目标，这将在一定程度上：①突破传统分形几何理论在储层物性描述以及多相态传质过程控制机理挖掘等方面的定性应用局面；②确保储层物性及其尺度不变特征的唯一反演与等效表征；③进一步支撑非常规天然气勘探开发领域的理论应用需求，助力于我国非常规天然气的产能精准评估及其高效产出。与此同时，也为煤层气地质、石油与天然气地质等相关领域的基础理论研究提供新的思路与方法借鉴，并最终促进定量储层地质学的持续、健康发展。
分形拓扑体系的形成及其对分形属性的控制机制（以分形迭代一次为例）
分形集复杂类型组构机制及其表征（REV 表示事件）
广义随机自仿射多孔介质模型构建过程
分形拓扑参数为Px = 3，Py = 2，F = 4。图中灰色区域为分形相，黑色为固相，白色为孔隙相。设缩放体中灰色、黑色、白色区域的比例分别为xf、xs、xp
多相分形多孔介质
（a）颗粒填充型；（b）网络型；（c）连通型。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为k ＜1、k=1、k ＞1
不同SmVqL2 数字模型中流体运移达到稳定态后流体流速矢量图及流速分布图
色标轴为对应流场的流速图例，单位为lu/lt（含义同上）。（a）S3V1L2 型多孔介质流速矢量图；（b）S3V1L2 型多孔介质流速分布图；（c）S4V2L2 型多孔介质流速矢量图；（d）S4V2L2 型多孔介质流速分布图；（e）S5V3L2 型多孔介质流速矢量图；（f）S5V3L2 型多孔介质流速分布图
本书在内容和结构上做了精心设计和安排，结构严谨，内容新颖，理论与数值模拟结合紧密。书中大多数理论、数学框架和模拟方法来自由金毅教授主持的三项国家自然科学基金研究课题构成的科学技术集成。本书从基础理论与方法、 储层孔– 裂隙结构表征、传质重构及机理分析三方面展开系统论述。在基础理论与方法部分，系统阐述了分形拓扑的基本概念和控制体系、储层孔–裂隙结构复杂类型的界定及复杂组构的概念、流体运移过程的细观重构理论与方法，以及流体渗流基本理论。在孔– 裂隙结构表征部分，系统阐述了储层孔– 裂隙结构的表征方法，分形多孔介质等效表征的思路和体系，并讨论了分形表征模型的适配性。在传质重构及机理分析部分，介绍了多相态耦合传质行为的概念及其界定规则，系统阐述了多相态耦合传质过程细观重构方面的关键理论、方法及其控制机理。
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