巖石力學(xué)3巖石的組成與巖石的物理性質(zhì) 2

1、第二節(jié) 巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對強(qiáng)度的影響 一、巖石的結(jié)構(gòu)1、火成巖的結(jié)構(gòu)，是由礦物晶體組成的，巖漿冷卻結(jié)晶的時間越長，形成的晶體越大。 2022/6/2412、沉積巖的結(jié)構(gòu) 有兩種：一是碎屑結(jié)構(gòu)，二是結(jié)晶結(jié)構(gòu)(化學(xué)巖)。 碎屑巖是由單個顆粒通過膠結(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。 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)，沒有孔隙，如巖鹽，它不能成為生油、儲油層，但卻是油氣層的很好的蓋層。 巖鹽2022/6/2423、變質(zhì)巖的結(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)是在高溫高壓下，由重結(jié)晶作用和各種礦物的別離作用而造成的明暗礦物間互

2、帶。 板巖(片狀結(jié)構(gòu))灰色大理巖(結(jié)晶結(jié)構(gòu))2022/6/243二、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、巖石的結(jié)構(gòu)和整個構(gòu)造。 對于火成巖、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)度就越大。 對于碎屑沉積巖來說，其膠結(jié)物對強(qiáng)度影響程序最大，即其強(qiáng)度主要取決于礦物顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。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)。 2022/6/244第三節(jié) 巖石的物理性質(zhì) 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。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)研究的一個重要內(nèi)容。 巖

3、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)。巖石正是這樣一種特殊的多孔介質(zhì)，一種由固體礦物和流動的孔隙流體組成的多相體。 2022/6/2452022/6/246 孔隙流體的存在，對巖石性質(zhì)有普極其重要的影響。例如，巖石中孔隙體積增加1%，會導(dǎo)致巖石彈性參數(shù)變化10倍，或者更多，也會導(dǎo)致巖石滲透率發(fā)生幾個數(shù)量級的變化。 巖石內(nèi)部孔隙及孔隙流體的存在，是石油得以生成、礦物得以富集的前提。 2022/6/247一、巖石的孔隙度 巖石的孔隙度(率)是巖石孔隙的總體

4、積與巖石總體積之比，常用百分?jǐn)?shù)表示。巖石的總體積V總由基質(zhì)的體和V基和孔隙體積V孔兩局部組成，那么巖石的孔隙度表示為：上式中，值為無因次量，稱為絕對孔隙度。 2022/6/2482022/6/249 在油田開發(fā)中，參與滲流的連通孔隙才是有效的，對于那些封閉孔隙，盡管其中有油氣儲存，但是很難開采出來，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種。 2022/6/2410 巖石的有效孔隙度，是指巖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。有效孔隙體積是指參與滲流的連通孔隙體積，以有效、V連通分別表示巖石的有效孔隙度和連通孔隙體積，那么： 2022/6/2411 實(shí)際儲

5、層巖石孔隙度值的范圍如下： 砂巖孔隙度：1-30%，它取決于砂巖的性質(zhì)及其膠結(jié)狀態(tài)。 石灰?guī)r和白云巖孔隙度：0.5-28%。 粘土或頁巖孔隙度：0.4-15%，它取決于粘土或頁巖的成因和埋藏深度。 2022/6/2412 按照孔隙度值來劃分或評價儲集層，其標(biāo)準(zhǔn)為： 極差儲層 5%10% 差儲層 10%20% 特好儲層 2022/6/2413二、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地沿著連通的孔隙、喉道、裂縫、溶洞流動的巖石，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流動的巖石、粘土或頁巖、石膏、巖

6、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，另一方面同一種巖石的滲透能力也是不斷變化的。 2022/6/2414 最先研究巖石滲濾能力大小這一現(xiàn)象的是法國工程師達(dá)西。他利用人工砂體研究了水的滲濾。達(dá)西的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)人工砂體單位面積水流的體積變化率Q/A與進(jìn)口和出口兩個端面間的水頭差 H成正比，而與砂體的長度成反比。即： 2022/6/2415 后來的研究者發(fā)現(xiàn)，達(dá)西定律可以應(yīng)用于其它流體，把上式中的比例常數(shù)K改寫為K/、 為流體的粘度，K為表征巖石性質(zhì)的系數(shù)，即滲透率，就可以了。后來經(jīng)進(jìn)一步修正，得到達(dá)西定律的通式為： 2022/6/2416上式中：Q為通過孔隙介質(zhì)的流

7、量，厘米3/秒；A為流體通過的橫斷面積，厘米2；U為流體的粘度，厘泊；K為巖石的滲透率，達(dá)西；dp/dx為單位長度上的壓力降，大氣壓/厘米。2022/6/2417達(dá)西定律成立的前提條件是：1假設(shè)流體與巖石之間不發(fā)生物理化學(xué)反響；2滲濾介質(zhì)中只存在一種流體。 2022/6/2418 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1厘泊的流體，在壓力梯度為1大氣壓/厘米的作用下，通過載面面積為1厘米2的流量為1厘米3/秒，此時孔隙介質(zhì)的滲透率稱為1達(dá)西。 滲透率大小主要決定于巖石孔隙的大小、方向及其相互連通情況。滲透率的變化范圍很大，一般油砂的滲透率從3.40.00007 達(dá)西，對應(yīng)用的孔隙

8、度由37%3%。2022/6/2419 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，油水不僅是共存而且還同時流動。為了研究多相流體在巖石中的滲流能力與性質(zhì)，引入了絕對滲透率、有效滲透率和相對滲透率的概念。 2022/6/2420 絕對滲透率K 巖石完全為某種流體所飽和時，巖石與流體之間不發(fā)生物理化學(xué)反響，在壓力作用下巖石允許該種流體所通過能力的大小。 2022/6/2421 有效滲透率Ke 當(dāng)巖石為兩種或多種流體飽和時，巖石允許其中某種流體滲濾能力的大小。不管此時其流體流動與否。 相對滲透率Kr 巖石的有效滲透率與絕對滲透率的比值。 2022/6/2422三、巖石

9、中的油氣水飽和度 儲層巖石的孔隙空間中，總是會有油氣水三相。在油層溫度和壓力下，巖石孔隙間中的流體是按一定方式分布的。 儲集層巖石的孔隙中，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。 2022/6/2423 假設(shè)儲集層的孔隙中含有油和水兩相，油和水所占據(jù)的孔隙空間分別為VO、VW，巖石的孔隙度為，巖石中的孔隙總體積為VP，巖石的總體積為Vb，那么含油飽和度So和含水飽和度Sw分別為： 2022/6/2424 且有：So+Sw=1 假設(shè)儲集層中，除含油和水外，還含有氣體，那么含氣飽和度為： 此時，油氣水的飽和度應(yīng)滿足： So+Sw+Sg=12022/6/2425 儲層巖石中的含油飽和

10、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，在油田的儲量計(jì)算、油田動態(tài)分析、注水驅(qū)油效率的研究、油田剩余儲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)。 2022/6/2426四、巖石的粒度組成與比外表積 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。 2022/6/2427 粒度組成的通用分析方法是篩分析法。即采用孔徑不同的一系列篩子將巖芯顆粒按大小分成數(shù)組，然后稱量每組的質(zhì)量即可得到每個粒度范圍內(nèi)的質(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，稱為目。 對于粒度小于的細(xì)粒(200目的粉末)，一般用沉降分析法確定。 2022/6/2428 巖石的粒度組成可以決定巖石的許多物理性質(zhì)。如根據(jù)各種顆粒的數(shù)量比值，可確定巖石的孔隙度、容積比重、滲透率、毛細(xì)管力等。 2022/6/2429根據(jù)顆粒大小將碎屑巖分為如下三大類：砂 巖 主要粒度組成細(xì)砂巖 主要粒度組成粉砂巖 主要粒度組成小于主要粒度組成