第二章巖石組成與巖石物理性質(zhì)2

1、 一、巖石的結(jié)構(gòu)一、巖石的結(jié)構(gòu) 1 1、火成巖的結(jié)構(gòu)，是由礦物晶體組成的，、火成巖的結(jié)構(gòu)，是由礦物晶體組成的，巖漿冷卻結(jié)晶的時(shí)間越長，形成的晶體越大。巖漿冷卻結(jié)晶的時(shí)間越長，形成的晶體越大。 第二節(jié)第二節(jié) 巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響第二章第二章 巖石組成與巖石物理性質(zhì)巖石組成與巖石物理性質(zhì) 2 2、沉積巖的結(jié)構(gòu)、沉積巖的結(jié)構(gòu) 有兩種有兩種: :一是碎屑結(jié)構(gòu)，二是結(jié)晶結(jié)構(gòu)。一是碎屑結(jié)構(gòu)，二是結(jié)晶結(jié)構(gòu)。 碎屑巖是由單個(gè)顆粒通過膠結(jié)物膠結(jié)而成的，其中有碎屑巖是由單個(gè)顆粒通過膠結(jié)物膠結(jié)而成的，其中有大量的孔隙，常見的膠結(jié)物有鈣質(zhì)和硅質(zhì)兩種。大量的孔隙，常見的膠結(jié)物有鈣

2、質(zhì)和硅質(zhì)兩種。 結(jié)晶沉積巖的結(jié)構(gòu)是由沉積過程中生成的晶體決定的，結(jié)晶沉積巖的結(jié)構(gòu)是由沉積過程中生成的晶體決定的，晶體形成一種緊密排列結(jié)構(gòu)，原生孔隙小，如晶體形成一種緊密排列結(jié)構(gòu)，原生孔隙小，如巖鹽巖鹽，也可，也可以成為生油、儲(chǔ)油層，主要是油氣層的很好的蓋層。以成為生油、儲(chǔ)油層，主要是油氣層的很好的蓋層。第二節(jié)第二節(jié) 巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響 3 3、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)，、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)，有片狀結(jié)構(gòu)和非片狀結(jié)構(gòu)有片狀結(jié)構(gòu)和非片狀結(jié)構(gòu)兩種。片狀結(jié)構(gòu)是在高溫兩種。片狀結(jié)構(gòu)是在高溫高壓下，由重結(jié)晶作用和高壓下，由重結(jié)晶作用和各種礦物的分離作用而造各種礦物的分離作用而造成的明

3、暗礦物間互帶。成的明暗礦物間互帶。 第二節(jié)第二節(jié) 巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響 二、二、巖石的強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度 巖石的強(qiáng)度主要取決于礦物強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)形式、巖石巖石的強(qiáng)度主要取決于礦物強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)形式、巖石的結(jié)構(gòu)和整個(gè)構(gòu)造。的結(jié)構(gòu)和整個(gè)構(gòu)造。 對(duì)于火成巖、變質(zhì)巖、化學(xué)沉積巖來說，化學(xué)結(jié)構(gòu)連結(jié)對(duì)于火成巖、變質(zhì)巖、化學(xué)沉積巖來說，化學(xué)結(jié)構(gòu)連結(jié)起主要作用，因此，其組成礦物的強(qiáng)度越大，巖石的強(qiáng)度就起主要作用，因此，其組成礦物的強(qiáng)度越大，巖石的強(qiáng)度就越大。越大。 對(duì)于碎屑沉積巖來說，其對(duì)于碎屑沉積巖來說，其膠結(jié)膠結(jié)物對(duì)強(qiáng)度影響程度最大，物對(duì)強(qiáng)度影響程度最大，即其強(qiáng)度主要取

4、決于礦物顆粒間的即其強(qiáng)度主要取決于礦物顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。不同膠結(jié)物的。不同膠結(jié)物的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不同：硅質(zhì)鐵質(zhì)鈣質(zhì)泥質(zhì)。聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不同：硅質(zhì)鐵質(zhì)鈣質(zhì)泥質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)強(qiáng)度的影響 巖石的物理性質(zhì)是指巖石的孔隙度、滲透率、可壓巖石的物理性質(zhì)是指巖石的孔隙度、滲透率、可壓縮性、導(dǎo)電性、傳熱性的總稱?？s性、導(dǎo)電性、傳熱性的總稱。 巖石是由固體的礦物和礦物顆粒之間的孔隙組成的，巖石是由固體的礦物和礦物顆粒之間的孔隙組成的，孔隙中通常有孔隙流體存在。在砂巖的掃描電子顯微鏡孔隙中通常有孔隙流體存在。在砂巖的掃描電子顯微鏡照片，我們可以清楚地看到砂巖中的石英

5、顆粒，并且還照片，我們可以清楚地看到砂巖中的石英顆粒，并且還可以看到石英顆粒之間存在著流體流通的網(wǎng)絡(luò)。巖石正可以看到石英顆粒之間存在著流體流通的網(wǎng)絡(luò)。巖石正是這樣一種特殊的多孔介質(zhì)，一種由固體礦物和流動(dòng)的是這樣一種特殊的多孔介質(zhì)，一種由固體礦物和流動(dòng)的孔隙流體組成的多相體?？紫读黧w組成的多相體。 第三節(jié)第三節(jié) 巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì) 砂巖的掃描電子顯微鏡照片。照片中可以看到砂巖中的石英礦物顆砂巖的掃描電子顯微鏡照片。照片中可以看到砂巖中的石英礦物顆粒粒(黑色黑色)，也可以看到它們之間的孔隙，也可以看到它們之間的孔隙 孔隙流體的存在，對(duì)巖石性質(zhì)有著極其重要的影響。例孔隙流體的存在，對(duì)巖石性

6、質(zhì)有著極其重要的影響。例如，巖石中孔隙體積增加如，巖石中孔隙體積增加1，會(huì)導(dǎo)致巖石彈性參數(shù)變化，會(huì)導(dǎo)致巖石彈性參數(shù)變化10倍，或者更多倍，或者更多, 也會(huì)導(dǎo)致巖石滲透率發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。也會(huì)導(dǎo)致巖石滲透率發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。 巖石內(nèi)部孔隙及孔隙流體的存在，是石油得以生成、礦巖石內(nèi)部孔隙及孔隙流體的存在，是石油得以生成、礦物得以富集的前提。物得以富集的前提。 巖石的物理性質(zhì)與其力學(xué)性質(zhì)密不可分，因此，研究巖巖石的物理性質(zhì)與其力學(xué)性質(zhì)密不可分，因此，研究巖石的物理性質(zhì)是巖石力學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。石的物理性質(zhì)是巖石力學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。SEDIMENTARY ROCKS ClasticsC

7、arbonatesEvaporites一、巖石的孔隙度DEFINITIONS - SEDIMENTARY ROCKSedimentary RockClastic Sedimentary Rocks (Such as Shale, Siltstone, and Sandstone)Consist of Broken Fragments of Pre-Existing Rock (cf. Detrital)Carbonate Sedimentary Rocks (andEvaporites) May Form by ChemicalPrecipitation or Organic Activity

8、Rock Formed from the WeatheredProducts of Pre-Existing Rocks andTransported by Water, Wind, and Glaciers一、巖石的孔隙度CLASTIC AND CARBONATE ROCKSClastic RocksConsist Primarily of Silicate MineralsAre Classified on the Basis of: - Grain Size - Mineral Composition Carbonate RocksConsist Primarily of Carbona

9、te Minerals(i.e. Minerals With a CO Anion Group) - Predominately Calcite (Limestone) - Predominately Dolomite (Dolomite or Dolostone) 3-2 Classified by Grain Size and Texture一、巖石的孔隙度Grain-Size Classification for Clastic SedimentsNameMillimetersMicrometersBoulderCobblePebbleGranuleVery Coarse SandCoa

10、rse SandMedium SandFine SandVery Fine SandCoarse SiltMedium SiltFine SiltVery Fine SiltClay4,096256644210.50.250.1250.0620.0310.0160.0080.00450025012562311684(modified from Blatt, 1982)Commonly, phi-sizes are used for sediment analysis 一、巖石的孔隙度c.砂土的分類砂土的分類 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒的土，且

11、粒徑大于徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土的土稱為砂土 土的名稱土的名稱漂石漂石塊石塊石卵石卵石碎石碎石圓礫圓礫角礫角礫顆粒形狀顆粒形狀圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配粒徑大于粒徑大于200mm的顆的顆粒含量超過全重粒含量超過全重50粒徑大于粒徑大于20mm的顆粒的顆粒含量超過全重含量超過全重50粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒的顆粒含量超過全重含量超過全重50注：注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定定名時(shí)應(yīng)

12、根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類碎石土的分類一、巖石的孔隙度d.粉土的分類粉土的分類 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超的顆粒含量超過全重過全重50%，塑性指數(shù)，塑性指數(shù)IP10的土稱為的土稱為粉土粉土土的名稱土的名稱礫砂礫砂粗砂粗砂中砂中砂細(xì)砂細(xì)砂粉砂粉砂顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量占全重的顆粒含量占全重2550注：注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定粒徑大于粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50粒徑大于粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50粒徑大于粒

13、徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重85粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的顆粒含量超過全重50砂土的分類砂土的分類e.粘性土的分類粘性土的分類 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超的顆粒含量不超過全重過全重50%，塑性指數(shù)，塑性指數(shù)IP10的土稱的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細(xì)分為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細(xì)分土的名稱土的名稱粘土粘土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)塑性指數(shù)注：注：塑性指數(shù)由相應(yīng)于塑性指數(shù)由相應(yīng)于76g圓圓錐體沉入土樣中深度為錐體沉入土樣中深度為10mm測定的液限計(jì)算而得測定的液限計(jì)算而得 IP1710IP17一、巖石的孔隙度 Frame

14、work Matrix Cement PoresSand (and Silt) Size Detrital GrainsSilt and Clay Size Detrital MaterialMaterial Precipitated Post-Depositionally,During Burial. Cements Fill Pores andReplace Framework GrainsVoids Among the Above ComponentsFOUR MAJOR COMPONENTS OF SANDSTONE碎屑一、巖石的孔隙度沉淀FOUR COMPONENTS OF SAND

15、STONEMATRIXFRAMEWORK(QUARTZ)FRAMEWORK(FELDSPAR)CEMENTPORENote different use of “matrix”by geologists and engineers0.25 mmFrameworkMatrixCementPoresEngineering“matrix”Geologists ClassificationDUAL POROSITY IN SANDSTONEMATRIXFRAMEWORK(QUARTZ)FRAMEWORK(FELDSPAR)CEMENTPORENote different use of “matrix”b

16、y geologists and engineers0.25 mmSandstone Comp.FrameworkMatrixCementPoresDISSOLUTIONPOREFRACTUREPrimary and secondary “matrix” porosity systemFracture porosity system 一、巖石的一、巖石的孔隙度孔隙度 巖石的孔隙度是巖石孔隙的總體積與巖石總體積之巖石的孔隙度是巖石孔隙的總體積與巖石總體積之比，常用百分?jǐn)?shù)表示。巖石的總體積比，常用百分?jǐn)?shù)表示。巖石的總體積V總總由基質(zhì)的體積由基質(zhì)的體積V基基和孔隙體積和孔隙體積V孔孔兩部分組成，則巖

17、石的孔隙度兩部分組成，則巖石的孔隙度表示為：表示為： = 上式中，上式中，值為無因次量，稱為絕對(duì)孔隙度。值為無因次量，稱為絕對(duì)孔隙度。總基孔基孔總孔VV1VVVVV一、巖石的孔隙度 在油田開發(fā)中，參與滲流的連通孔隙才是有效的，在油田開發(fā)中，參與滲流的連通孔隙才是有效的，對(duì)于那些封閉孔隙，盡管其中有油氣儲(chǔ)存，但是很難對(duì)于那些封閉孔隙，盡管其中有油氣儲(chǔ)存，但是很難開采出來，因此稱為無效孔隙。開采出來，因此稱為無效孔隙。 這樣就把孔隙度分為有效孔隙度和無效孔隙度兩這樣就把孔隙度分為有效孔隙度和無效孔隙度兩種。種。 一、巖石的孔隙度 巖石的有效孔隙度，是指巖石中有效孔隙的體積與巖石的有效孔隙度，是指巖

18、石中有效孔隙的體積與巖石總體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。有效孔隙體積是指巖石總體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。有效孔隙體積是指參與滲流的連通孔隙體積，以參與滲流的連通孔隙體積，以有效有效、V連通連通分別表示巖石的分別表示巖石的有效孔隙度和連通孔隙體積，則：有效孔隙度和連通孔隙體積，則： 有效有效=總連通VV一、巖石的孔隙度 實(shí)際儲(chǔ)層巖石孔隙度值的范圍如下：實(shí)際儲(chǔ)層巖石孔隙度值的范圍如下： 砂巖孔隙度：砂巖孔隙度：10-4010-40，它取決于砂巖的性質(zhì)及其膠，它取決于砂巖的性質(zhì)及其膠結(jié)狀態(tài)。結(jié)狀態(tài)。 石灰?guī)r和白云巖孔隙度：石灰?guī)r和白云巖孔隙度：5-25%5-25% 粘土或頁巖孔隙度：粘土或頁巖孔隙度：2

19、0-4520-45，它取決于粘土（或頁，它取決于粘土（或頁巖）的成因和埋藏深度。巖）的成因和埋藏深度。 一、巖石的孔隙度CUBIC PACKING OF SPHERESPorosity = 48%一、巖石的孔隙度RHOMBIC PACKING OF SPHERESPorosity = 27 %一、巖石的孔隙度Packing of Two Sizes of SpheresPorosity = 14%一、巖石的孔隙度 按照孔隙度值來劃分或評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層，其標(biāo)準(zhǔn)為：按照孔隙度值來劃分或評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層，其標(biāo)準(zhǔn)為： 5 5 極差儲(chǔ)層極差儲(chǔ)層 5 51010 差儲(chǔ)層差儲(chǔ)層 101020% 2020 特好儲(chǔ)層特好儲(chǔ)

20、層一、巖石的孔隙度Grain-Size Sorting in SandstoneVery WellSortedWellSortedModeratelySortedPoorlySortedVery PoorlySortedSORTING一、巖石的孔隙度SANDSTONE COMPOSITION,Framework GrainsNorphlet Sandstone, Offshore Alabama, USAGrains 0.25 mm in Diameter/LengthPRFKFPKF = Potassium FeldsparPRF = Plutonic Rock FragmentP = Po

21、rePotassium Feldspar isStained Yellow With aChemical DyePores are Impregnated WithBlue-Dyed EpoxyKF QQQ = QuartzPhoto by R. KuglerPlutonic rock fragments are derived from igneous rocks, such as granite.一、巖石的孔隙度POROSITY IN SANDSTONEQuartzGrainPoreScanning Electron MicrographNorphlet Sandstone, Offsho

22、re Alabama, USAPorosity in SandstoneTypically is Lower ThanThat of Idealized PackedSpheres Owing to:Variation in Grain SizeVariation in Grain ShapeCementationMechanical and ChemicalCompactionPhotomicrograph by R.L. Kugler一、巖石的孔隙度壓縮POROSITY IN SANDSTONEScanning Electron MicrographTordillo Sandstone,

23、Neuquen Basin, ArgentinaPore Throats inSandstone MayBe Lined WithA Variety ofCement MineralsThat AffectPetrophysicalPropertiesPhotomicrograph by R.L. Kugler一、巖石的孔隙度POROSITY IN SANDSTONEScanning Electron MicrographNorphlet Formation, Offshore Alabama, USAPores Provide theVolume to StoreHydrocarbonsPo

24、re Throats RestrictFlow through poresPoreThroat一、巖石的孔隙度Clay Minerals in Sandstone Reservoirs,Authigenic KaoliniteSecondary Electron MicrographCarter SandstoneNorth Blowhorn Creek Oil UnitBlack Warrior Basin, Alabama, USASignificant PermeabilityReductionHigh Irreducible WaterSaturationMigration of Fi

25、nesProblem(Photograph by R.L. Kugler)殘余自生高嶺土浸潤線浸潤線流線流線等勢線等勢線下游下游上游上游土壩蓄水后水透土壩蓄水后水透過壩身流向下游過壩身流向下游H隧道開挖時(shí)，地下隧道開挖時(shí)，地下水向隧道內(nèi)流動(dòng)水向隧道內(nèi)流動(dòng) 在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象稱為在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象稱為滲透滲透 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 在壓力作用下，巖石允許流體通過的性質(zhì)稱為巖石的滲在壓力作用下，巖石允許流體通過的性質(zhì)稱為巖石的滲透性。透性。 習(xí)慣上人們常常把那些在地層壓力條件下流體比較容易習(xí)慣上人們常常把那些在地層壓力條件下流體比較容易地沿著連通的孔

26、隙、喉道、裂縫、溶洞流動(dòng)的巖石，例如砂地沿著連通的孔隙、喉道、裂縫、溶洞流動(dòng)的巖石，例如砂巖、裂縫性碳酸鹽巖稱為滲透性巖石；而把流體難于在其中巖、裂縫性碳酸鹽巖稱為滲透性巖石；而把流體難于在其中流動(dòng)的巖石、粘土或頁巖、石膏、巖鹽等稱為非滲透性巖石。流動(dòng)的巖石、粘土或頁巖、石膏、巖鹽等稱為非滲透性巖石。但是這種提法是不嚴(yán)格的，因?yàn)橐环矫鏉B透是有條件的，另但是這種提法是不嚴(yán)格的，因?yàn)橐环矫鏉B透是有條件的，另一方面同一種巖石的滲透能力也是不斷變化的。一方面同一種巖石的滲透能力也是不斷變化的。 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 最先研究巖石滲濾能力大小這一現(xiàn)象的是法國工最先研究巖石滲濾能力大小這一現(xiàn)象

27、的是法國工程師達(dá)西。他利用人工砂體研究了水的滲濾。達(dá)西的程師達(dá)西。他利用人工砂體研究了水的滲濾。達(dá)西的實(shí)驗(yàn)表明人工砂體單位面積水流的體積變化率實(shí)驗(yàn)表明人工砂體單位面積水流的體積變化率Q/A與進(jìn)與進(jìn)口和出口兩個(gè)端面間的水頭差口和出口兩個(gè)端面間的水頭差H成正比，而與砂體的成正比，而與砂體的長度成反比。即：長度成反比。即：LHKAQ二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性n一、一、達(dá)西定律達(dá)西定律1856年法國學(xué)者年法國學(xué)者DarcyDarcy對(duì)對(duì)砂土砂土的滲的滲透性進(jìn)行研究透性進(jìn)行研究結(jié)論：結(jié)論：水在土中的滲透速度與試水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成正比樣的水力梯度成正比v=ki達(dá)西定律達(dá)西定律水力梯

28、度，即沿滲流方向水力梯度，即沿滲流方向單單位距離的水頭損失位距離的水頭損失 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性n二、滲透變形二、滲透變形 滲透水流將土體的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，滲透水流將土體的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形導(dǎo)致土體變形滲透變形問題（流土，管涌）滲透變形問題（流土，管涌） 1.流土流土在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內(nèi)土在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內(nèi)土 粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象 流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內(nèi)部。開流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時(shí)常遇

29、到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、挖基坑或渠道時(shí)常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞淤泥等較易發(fā)生流土破壞 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性2.管涌管涌在滲流作用下，無粘性土中的細(xì)小顆粒通過較大顆粒在滲流作用下，無粘性土中的細(xì)小顆粒通過較大顆粒的孔隙，發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象的孔隙，發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象 土體在滲透水流作用下，細(xì)小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成土體在滲透水流作用下，細(xì)小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細(xì)管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失能穿越地基的細(xì)管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可

30、以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個(gè)時(shí)間過程，是一種漸進(jìn)性的破壞展一般有個(gè)時(shí)間過程，是一種漸進(jìn)性的破壞 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性AQdxdp.k 后來的研究者發(fā)現(xiàn)，后來的研究者發(fā)現(xiàn)，達(dá)西定律達(dá)西定律(DarcyDarcys laws law )可以應(yīng)可以應(yīng)用于其它流體，把上式中的比例常數(shù)用于其它流體，把上式中的比例常數(shù)k改寫為改寫為k、為流為流體的粘度體的粘度,k為表征巖石性質(zhì)的系數(shù)，即滲透率，就可以了。為表征巖石性質(zhì)的系數(shù)，即滲透率，就可以了。后來經(jīng)進(jìn)一步修正，得到達(dá)西定律后來經(jīng)進(jìn)一步修正，得到達(dá)西定律(DarcyDarcys la

31、ws law )的通式為：的通式為：二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 上式中：上式中： Q Q 為通過孔隙介質(zhì)的流量，厘米為通過孔隙介質(zhì)的流量，厘米3 3秒；秒； A A 為流體通過的橫斷面積，厘米為流體通過的橫斷面積，厘米2 2 ； 為流體的粘度，厘泊；為流體的粘度，厘泊； k k 為巖石的滲透率，達(dá)西；為巖石的滲透率，達(dá)西； dp/dx dp/dx 為單位長度上的壓力降，大氣壓厘米。為單位長度上的壓力降，大氣壓厘米。 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 滲透率的單位是達(dá)西，它的物理意義是孔隙介質(zhì)允滲透率的單位是達(dá)西，它的物理意義是孔隙介質(zhì)允許粘度為許粘度為1 1厘泊的流體，在壓力梯度為厘泊的

32、流體，在壓力梯度為1 1大氣壓厘米的大氣壓厘米的作用下，通過截面面積為作用下，通過截面面積為1 1厘米厘米2 2的流量為的流量為1 1厘米厘米3 3秒，秒，此時(shí)孔隙介質(zhì)的滲透率稱為此時(shí)孔隙介質(zhì)的滲透率稱為1 1達(dá)西。達(dá)西。 達(dá)西定律成立的前提條件是：達(dá)西定律成立的前提條件是： (1)(1)假設(shè)流體與巖石之間不發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)；假設(shè)流體與巖石之間不發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)； (2)(2)滲濾介質(zhì)中只存在一種流體。滲濾介質(zhì)中只存在一種流體。二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性n二、達(dá)西定律適用范圍與起始水力坡降二、達(dá)西定律適用范圍與起始水力坡降kiv 達(dá)西定律達(dá)西定律討論：討論：砂土的滲透速度與水砂土的滲透速

33、度與水力梯度呈線性關(guān)系力梯度呈線性關(guān)系 密實(shí)的粘土，需要克服結(jié)密實(shí)的粘土，需要克服結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透生滲透; ;同時(shí)滲透系數(shù)與同時(shí)滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)西定律而呈非線性關(guān)系西定律而呈非線性關(guān)系 biikvib起始水起始水力坡降力坡降虛直線簡化虛直線簡化達(dá)西定律適用于層達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流流，不適用于紊流v=kiivO O砂土砂土0iv密實(shí)粘土密實(shí)粘土二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 實(shí)際油藏大多是油水（或氣），甚至是油、氣、水實(shí)際油藏大多是油水（或氣），甚至是油、氣、水三相共存于孔隙中。注水開發(fā)的油田，油水不僅是共存

34、三相共存于孔隙中。注水開發(fā)的油田，油水不僅是共存而且還同時(shí)流動(dòng)。為了研究多相流體在巖石中的滲濾能而且還同時(shí)流動(dòng)。為了研究多相流體在巖石中的滲濾能力與性質(zhì)，引入了力與性質(zhì)，引入了絕對(duì)滲透率、有效滲透率和相對(duì)滲透絕對(duì)滲透率、有效滲透率和相對(duì)滲透率的概念。率的概念。 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 有效滲透率有效滲透率Ke 當(dāng)巖石為兩種或多種流體飽和時(shí)，巖石允許其中某當(dāng)巖石為兩種或多種流體飽和時(shí)，巖石允許其中某種流體滲濾能力的大小。不論此時(shí)其流體流動(dòng)與否。種流體滲濾能力的大小。不論此時(shí)其流體流動(dòng)與否。 相對(duì)滲透率相對(duì)滲透率Kr 巖石的有效滲透率與絕對(duì)滲透率的比值。巖石的有效滲透率與絕對(duì)滲透率的比值

35、。 絕對(duì)滲透率絕對(duì)滲透率K 巖石完全為某種流體所飽和時(shí)，巖石與流體之間不巖石完全為某種流體所飽和時(shí)，巖石與流體之間不發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，在壓力作用下巖石允許該種流體所發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，在壓力作用下巖石允許該種流體所通過能力的大小。（達(dá)西所描述的滲透率）通過能力的大小。（達(dá)西所描述的滲透率）二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性滲流工程問題與處理措施 n一、滲流工程問題一、滲流工程問題1.地下水的浮托作用地下水的浮托作用 地下水不僅對(duì)水位以下的土體產(chǎn)生靜水壓力和浮托力，并對(duì)地下水不僅對(duì)水位以下的土體產(chǎn)生靜水壓力和浮托力，并對(duì)建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托力建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托力 2.地下水的潛蝕作用地下水的潛蝕作用

36、在施工降水等活動(dòng)過程中產(chǎn)生水頭差，在滲透力作用下，土在施工降水等活動(dòng)過程中產(chǎn)生水頭差，在滲透力作用下，土顆粒受到?jīng)_刷，將細(xì)顆粒沖走，破壞土的結(jié)構(gòu)。顆粒受到?jīng)_刷，將細(xì)顆粒沖走，破壞土的結(jié)構(gòu)。通常產(chǎn)生于粉細(xì)通常產(chǎn)生于粉細(xì)砂、粉土地層中砂、粉土地層中 3.流砂流砂 流砂在工程施工中能造成大量的土體流動(dòng)，使地表塌陷或建流砂在工程施工中能造成大量的土體流動(dòng)，使地表塌陷或建筑物的地基破壞，給施工帶來很大的困難，影響建筑工程的穩(wěn)定。筑物的地基破壞，給施工帶來很大的困難，影響建筑工程的穩(wěn)定。通常易在粉細(xì)砂和粉土地層中產(chǎn)生，在地下水位以下的基坑開挖、通常易在粉細(xì)砂和粉土地層中產(chǎn)生，在地下水位以下的基坑開挖、埋設(shè)

37、地下管道、打井等工程活動(dòng)中常出現(xiàn)埋設(shè)地下管道、打井等工程活動(dòng)中常出現(xiàn) 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性4.基坑突涌基坑突涌 當(dāng)基坑下部有承壓水層時(shí)，開挖基坑減小了底板隔水層的厚當(dāng)基坑下部有承壓水層時(shí)，開挖基坑減小了底板隔水層的厚度，當(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會(huì)沖度，當(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會(huì)沖毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為基坑突涌基坑突涌hHw二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性n二、防滲處理措施二、防滲處理措施1.水工建筑物滲流處理措施水工建筑物滲流處理措施 水工建筑物的防滲工程措施一般以水工建筑物的防滲工程措施一般以“上堵下疏上堵

38、下疏”為原則，上為原則，上游截滲、延長滲徑，下游通暢滲透水流，減小滲透壓力，防止?jié)B游截滲、延長滲徑，下游通暢滲透水流，減小滲透壓力，防止?jié)B透變形透變形 垂直截滲垂直截滲 主要目的主要目的: :延長滲徑，降低上、下游的水力坡度，若垂直截滲能延長滲徑，降低上、下游的水力坡度，若垂直截滲能完全截?cái)嗤杆畬樱罎B效果更好。垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁完全截?cái)嗤杆畬?，防滲效果更好。垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁等均屬于垂直截滲等均屬于垂直截滲 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性設(shè)置水平鋪蓋設(shè)置水平鋪蓋 上游設(shè)置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長了水流滲透路徑上游設(shè)置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長了水流滲透路徑 粘

39、土鋪蓋粘土鋪蓋設(shè)置反濾層設(shè)置反濾層 砂墊層砂墊層水位水位加筋土工布加筋土工布回填中粗砂回填中粗砂拋石棱體拋石棱體設(shè)置反濾層，既可通暢水流，又起到保護(hù)土體、防止細(xì)粒流失而設(shè)置反濾層，既可通暢水流，又起到保護(hù)土體、防止細(xì)粒流失而產(chǎn)生滲透變形的作用。反濾層可由粒徑不等的無粘性土組成，也產(chǎn)生滲透變形的作用。反濾層可由粒徑不等的無粘性土組成，也可由土工布代替，上圖為某河堤基礎(chǔ)加筋土工布反濾層可由土工布代替，上圖為某河堤基礎(chǔ)加筋土工布反濾層 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性排水減壓排水減壓 粘性土粘性土含水層含水層減壓井減壓井為減小下游滲透壓力，在水工建筑物下游、基坑開挖時(shí)，設(shè)置為減小下游滲透壓力，在水工

40、建筑物下游、基坑開挖時(shí)，設(shè)置減壓井或深挖排水槽減壓井或深挖排水槽 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性2.基坑開挖防滲措施基坑開挖防滲措施工程降水工程降水 采用明溝排水和井點(diǎn)降水的方法人工降低地下水位采用明溝排水和井點(diǎn)降水的方法人工降低地下水位在基坑內(nèi)（外）設(shè)置排在基坑內(nèi)（外）設(shè)置排水溝、集水井，用抽水水溝、集水井，用抽水設(shè)備將地下水從排水溝設(shè)備將地下水從排水溝或集水井排出或集水井排出原地下水位原地下水位明溝排水明溝排水原水位面原水位面一級(jí)抽水后水位一級(jí)抽水后水位二級(jí)抽水后水位二級(jí)抽水后水位多級(jí)井點(diǎn)降水多級(jí)井點(diǎn)降水要求地下水位降得較深，要求地下水位降得較深，采用井點(diǎn)降水。在基坑周采用井點(diǎn)降水。在基

41、坑周圍布置一排至幾排井點(diǎn)，圍布置一排至幾排井點(diǎn)，從井中抽水降低水位從井中抽水降低水位 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性設(shè)置板樁設(shè)置板樁 沿坑壁打入板樁，它一方面可以加固坑壁，同時(shí)增加了地沿坑壁打入板樁，它一方面可以加固坑壁，同時(shí)增加了地下水的滲流路徑，減小水力坡降下水的滲流路徑，減小水力坡降鋼板樁鋼板樁水下挖掘水下挖掘 在基坑或沉井中用機(jī)械在水下挖掘，避免因排水而造成流在基坑或沉井中用機(jī)械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水頭差。為了增加砂的穩(wěn)定性，也可向基坑中注水，砂的水頭差。為了增加砂的穩(wěn)定性，也可向基坑中注水，并同時(shí)進(jìn)行挖掘并同時(shí)進(jìn)行挖掘 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 儲(chǔ)層巖石的孔隙

42、空間中，總是會(huì)有油氣水三相。儲(chǔ)層巖石的孔隙空間中，總是會(huì)有油氣水三相。在油層溫度和壓力下，巖石孔隙空間中的流體是按一在油層溫度和壓力下，巖石孔隙空間中的流體是按一定方式分布的。定方式分布的。 儲(chǔ)集層巖石的孔隙中，某種流體占據(jù)孔隙空間的儲(chǔ)集層巖石的孔隙中，某種流體占據(jù)孔隙空間的體積百分?jǐn)?shù)，稱為該流體的飽和度。體積百分?jǐn)?shù)，稱為該流體的飽和度。 三、巖石中的油氣水三、巖石中的油氣水飽和度飽和度 若儲(chǔ)集層的孔隙中只含有油和水兩相，油和若儲(chǔ)集層的孔隙中只含有油和水兩相，油和水所占據(jù)的孔隙空間分別為水所占據(jù)的孔隙空間分別為V Vo o、V Vw w，巖石的孔隙，巖石的孔隙度為度為，巖石中的孔隙總體積為，巖

43、石中的孔隙總體積為V Vp p，巖石的總體，巖石的總體積為積為V Vb b，則含油飽和度，則含油飽和度S So o和含水飽和度和含水飽和度S Sw w分別為：分別為： S S0 0= = Sw=bPVVVV00bwPwVVVV三、巖石中的油氣水三、巖石中的油氣水飽和度飽和度 且有：且有：S o+Sw=1 若儲(chǔ)集層中，除含油和水外，還含有氣體，則含氣若儲(chǔ)集層中，除含油和水外，還含有氣體，則含氣飽和度為：飽和度為： Sg= 此時(shí)，油氣水的飽和度應(yīng)滿足：此時(shí)，油氣水的飽和度應(yīng)滿足： SoSwSg1bgpgVVVV三、巖石中的油氣水三、巖石中的油氣水飽和度飽和度 儲(chǔ)層巖石中的含油飽和度和含水飽和度在油

44、田的勘探儲(chǔ)層巖石中的含油飽和度和含水飽和度在油田的勘探開發(fā)過程中具有十分重要的作用，在油田的儲(chǔ)量計(jì)算、油開發(fā)過程中具有十分重要的作用，在油田的儲(chǔ)量計(jì)算、油田動(dòng)態(tài)分析、注水驅(qū)油效率的研究、油田剩余儲(chǔ)量的利用田動(dòng)態(tài)分析、注水驅(qū)油效率的研究、油田剩余儲(chǔ)量的利用以及提高最終采收率方面，它們都是不可缺少的參數(shù)。以及提高最終采收率方面，它們都是不可缺少的參數(shù)。 三、巖石中的油氣水三、巖石中的油氣水飽和度飽和度 粒度組成的通用分析方法是粒度組成的通用分析方法是篩分析法。篩分析法。即采用孔徑即采用孔徑不同的一系列篩子將巖心顆粒按大小分成數(shù)組，然后稱不同的一系列篩子將巖心顆粒按大小分成數(shù)組，然后稱量每組的質(zhì)量即

45、可得到每個(gè)粒度范圍內(nèi)的量每組的質(zhì)量即可得到每個(gè)粒度范圍內(nèi)的質(zhì)量百分比質(zhì)量百分比。 篩孔的表示法通常是按每英寸長的孔數(shù)來表示的，篩孔的表示法通常是按每英寸長的孔數(shù)來表示的，稱為目。稱為目。 對(duì)于粒度小于對(duì)于粒度小于0.074-0.053mm0.074-0.053mm的細(xì)粒，一般用的細(xì)粒，一般用沉降沉降分析法分析法確定。確定。 巖石的粒度組成是指構(gòu)成巖石的各種大小不同的顆巖石的粒度組成是指構(gòu)成巖石的各種大小不同的顆粒含量，以百分?jǐn)?shù)表示粒含量，以百分?jǐn)?shù)表示。 四、巖石的粒度組成與比表面積四、巖石的粒度組成與比表面積篩分法篩分法用一套孔徑不同的篩子，按用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量，然后計(jì)算