第二章--巖石組成與巖石物理性質(zhì)

1、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)，、火成巖的結(jié)構(gòu)， 是由礦物晶體組成的，是由礦物晶體組成的， 巖漿冷卻結(jié)晶的時(shí)間越巖漿冷卻結(jié)晶的時(shí)間越 長(zhǎng)，形成的晶體越大。長(zhǎng)，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 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(guò)膠結(jié)物膠結(jié)而成的，其中有大碎屑巖是由單個(gè)顆粒通過(guò)膠結(jié)物膠結(jié)而成的，其中有大 量的孔隙，常見(jiàn)的膠結(jié)物有鈣質(zhì)和硅質(zhì)兩種。量的孔隙，

2、常見(jiàn)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(guò)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(guò)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，也可以，也可以 成為生油、儲(chǔ)油層，主要是油氣層的很好的蓋層。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 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

3、用而造各種礦物的分離作用而造 成的明暗礦物間互帶。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 4 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、巖石的巖石的強(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。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(lái)說(shuō)，化學(xué)結(jié)構(gòu)連結(jié)起對(duì)于火成巖、變質(zhì)巖、化學(xué)沉積巖來(lái)說(shuō)，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。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(duì)于碎屑沉積巖來(lái)說(shuō)，其對(duì)于碎屑沉積巖來(lái)說(shuō)，其膠結(jié)膠結(jié)物對(duì)強(qiáng)度影響程

4、度最大，即物對(duì)強(qiáng)度影響程度最大，即 其強(qiáng)度主要取決于礦物顆粒間的其強(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)物的聯(lián)結(jié)。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)。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 5 巖石的物理性質(zhì)是指巖石的孔隙度、滲透巖石的物理性質(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(chēng)。率、可壓縮性、導(dǎo)電性、傳熱性的總稱(chēng)。 巖石是由固體的礦物和礦物顆粒之間的孔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。在砂隙組成的，孔隙中通常有孔隙流體存在。在砂 巖的掃描電子

5、顯微鏡照片，我們可以清楚地看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)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。的孔隙流體組成的多相體。 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 6

6、 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

7、巖石力學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。 7 SEDIMENTARY ROCKS Clastics Carbonates Evaporites 一、巖石的孔隙度 8 DEFINITIONS - SEDIMENTARY ROCK Sedimentary Rock Clastic Sedimentary Rocks (Such as Shale, Siltstone, and Sandstone) Consist of Broken Fragments of Pre-Existing Rock (cf. Detrital) Carbonate Sedimentary Rocks (and Evaporites

8、) May Form by Chemical Precipitation or Organic Activity Rock Formed from the Weathered Products of Pre-Existing Rocks and Transported by Water, Wind, and Glaciers 一、巖石的孔隙度 9 CLASTIC AND CARBONATE ROCKS Clastic Rocks Consist Primarily of Silicate Minerals Are Classified on the Basis of: - Grain Size

9、 - Mineral Composition Carbonate Rocks Consist Primarily of Carbonate 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 10 Grain-Size Classification for Clastic Sedime

10、nts NameMillimetersMicrometers Boulder Cobble Pebble Granule Very Coarse Sand Coarse Sand Medium Sand Fine Sand Very Fine Sand Coarse Silt Medium Silt Fine Silt Very Fine Silt Clay 4,096 256 64 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008 0.004 500 250 125 62 31 16 8 4 (modified from Blatt, 1982) Co

11、mmonly, phi-sizes are used for sediment analysis 一、巖石的孔隙度 11 c.砂土的分類(lèi)砂土的分類(lèi) 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重的顆粒含量不超過(guò)全重50%的土，且粒的土，且粒 徑大于徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50%的土稱(chēng)為砂土的土稱(chēng)為砂土 土的名稱(chēng)土的名稱(chēng) 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

12、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(guò)全重粒含量超過(guò)全重50 粒徑大于粒徑大于20mm的顆粒的顆粒 含量超過(guò)全重含量超過(guò)全重50 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒的顆粒 含量超過(guò)全重含量超過(guò)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)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(lèi)碎石土的分類(lèi) 一、巖石的孔隙度 12 d.粉土的分類(lèi)粉土的分類(lèi) 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超的顆粒含量超 過(guò)全重過(guò)全重50%，塑性指數(shù)，塑性指數(shù)IP10的土稱(chēng)為的土稱(chēng)為 粉土粉土 土的名稱(chēng)土的名稱(chēng) 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

13、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(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50 粒徑大于粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重85 粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50 砂土的分類(lèi)砂土的分類(lèi) e.粘性土的分類(lèi)粘性土的分類(lèi) 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(guò)全重過(guò)全重50%，塑性指數(shù)，塑性指

14、數(shù)IP10的土稱(chēng)的土稱(chēng) 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(chēng)土的名稱(chēng) 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(cè)定的液限計(jì)算而得測(cè)定的液限計(jì)算而得 IP17 10IP17 一、巖石的孔隙度 13 Framework Matrix Cement Pores Sand (and Silt) Size Detrital Grains Silt and Clay Size Detrital Material Material Precipitated Pos

15、t-Depositionally, During Burial. Cements Fill Pores and Replace Framework Grains Voids Among the Above Components FOUR MAJOR COMPONENTS OF SANDSTONE 碎屑 一、巖石的孔隙度 沉淀 14 FOUR COMPONENTS OF SANDSTONE MATRIX FRAMEWORK (QUARTZ) FRAMEWORK (FELDSPAR) CEMENT PORE Note different use of “matrix” by geologists

16、and engineers 0.25 mm Framework Matrix Cement Pores Engineering “matrix” Geologists Classification 15 DUAL POROSITY IN SANDSTONE MATRIX FRAMEWORK (QUARTZ) FRAMEWORK (FELDSPAR) CEMENT PORE Note different use of “matrix” by geologists and engineers 0.25 mm Sandstone Comp. Framework Matrix Cement Pores

17、 DISSOLUTION PORE FRACTURE Primary and secondary “matrix” porosity system Fracture porosity system 16 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(wú)因次量，稱(chēng)為絕對(duì)孔隙度。值為無(wú)因次量，

18、稱(chēng)為絕對(duì)孔隙度。 總 基 孔基 孔 總 孔 V V 1 VV V V V 一、巖石的孔隙度 17 在油田開(kāi)發(fā)中，參與滲流的連通孔隙才是有效的，對(duì)于那在油田開(kāi)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，但是很難開(kāi)采出來(lái)，因此些封閉孔隙，盡管其中有油氣儲(chǔ)存，但是很難開(kāi)采出來(lái)，因此 稱(chēng)為無(wú)效孔隙。稱(chēng)為無(wú)效孔隙。 這樣就把孔隙度分為有效孔隙度和無(wú)效孔隙度兩種。這樣就把孔隙度分為有效孔隙度和無(wú)效孔隙度兩種。 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積的比

19、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，以孔隙體積，以有效 有效、 、V連通 連通分別表示巖石的有效孔隙度和連通孔 分別表示巖石的有效孔隙度和連通孔 隙體積，則：隙體積，則： 有效 有效= 總 連通 V V 一、巖石的孔隙度 18 CUBIC PACKING OF SPHERES Porosity = 48% 一、巖石的孔隙度 19 RHOMBIC PACKING OF SPHERES Porosity = 27 % 一、巖石的孔隙度 20 Packing of Two Sizes of Spheres Porosity = 14% 一、巖石的孔隙度 21 按照孔隙度值來(lái)劃

20、分或評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層，其標(biāo)準(zhǔn)為：按照孔隙度值來(lái)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)層 一、巖石的孔隙度 22 Grain-Size Sorting in Sandstone Very Well Sorted Well Sorted Moderately Sorted Poorly Sorted Very Poorly Sorted SORTING 一、巖石的孔隙度 23 SANDSTONE COMPOSITION, Framework Grains Norphlet Sandstone, Offshore Al

21、abama, USA Grains 0.25 mm in Diameter/Length PRF KF P KF = Potassium Feldspar PRF = Plutonic Rock Fragment P = Pore Potassium Feldspar is Stained Yellow With a Chemical Dye Pores are Impregnated With Blue-Dyed Epoxy KF Q Q Q = Quartz Photo by R. Kugler Plutonic rock fragments are derived from igneou

22、s rocks, such as granite. 一、巖石的孔隙度 24 POROSITY IN SANDSTONE Quartz Grain Pore Scanning Electron Micrograph Norphlet Sandstone, Offshore Alabama, USA Porosity in Sandstone Typically is Lower Than That of Idealized Packed Spheres Owing to: Variation in Grain Size Variation in Grain Shape Cementation M

23、echanical and Chemical Compaction Photomicrograph by R.L. Kugler 一、巖石的孔隙度 壓縮 25 POROSITY IN SANDSTONE Scanning Electron Micrograph Tordillo Sandstone, Neuquen Basin, Argentina Pore Throats in Sandstone May Be Lined With A Variety of Cement Minerals That Affect Petrophysical Properties Photomicrograp

24、h by R.L. Kugler 一、巖石的孔隙度 26 POROSITY IN SANDSTONE Scanning Electron Micrograph Norphlet Formation, Offshore Alabama, USA Pores Provide the Volume to Store Hydrocarbons Pore Throats Restrict Flow through pores Pore Throat 一、巖石的孔隙度 27 Clay Minerals in Sandstone Reservoirs, Authigenic Kaolinite Second

25、ary Electron Micrograph Carter Sandstone North Blowhorn Creek Oil Unit Black Warrior Basin, Alabama, USA Significant Permeability Reduction High Irreducible Water Saturation Migration of Fines Problem (Photograph by R.L. Kugler) 殘余 自生高嶺土 28 浸潤(rùn)線(xiàn)浸潤(rùn)線(xiàn) 流線(xiàn)流線(xiàn)等勢(shì)線(xiàn)等勢(shì)線(xiàn) 下游下游 上游上游 土壩蓄水后水透土壩蓄水后水透 過(guò)壩身流向下游過(guò)壩身流向下游 H

26、 隧道開(kāi)挖時(shí)，地下隧道開(kāi)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(guò)土體孔隙的現(xiàn)象稱(chēng)為在水位差作用下，水透過(guò)土體孔隙的現(xiàn)象稱(chēng)為滲透滲透 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 29 在壓力作用下，巖石允許流體通過(guò)的性質(zhì)稱(chēng)為巖石的滲在壓力作用下，巖石允許流體通過(guò)的性質(zhì)稱(chēng)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(chēng)為滲透性巖石；而把流體難于在其中巖、裂縫性碳酸鹽巖稱(chēng)為滲透性巖石；而

27、把流體難于在其中 流動(dòng)的巖石、粘土或頁(yè)巖、石膏、巖鹽等稱(chēng)為非滲透性巖石。流動(dòng)的巖石、粘土或頁(yè)巖、石膏、巖鹽等稱(chēng)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 30 最先研究巖石滲濾能力大小這一現(xiàn)象的是法國(guó)工最先研究巖石滲濾能力大小這一現(xiàn)象的是法國(guó)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

28、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(zhǎng)度成反比。即：長(zhǎng)度成反比。即： L H K A Q 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 31 n一、一、達(dá)西定律達(dá)西定律 1856年法國(guó)學(xué)者年法國(guó)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 32 n二

29、、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(wèn)題（流土，管涌）滲透變形問(wèn)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(kāi)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(kāi) 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、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

30、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 33 2.管涌管涌在滲流作用下，無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒通過(guò)較大顆粒在滲流作用下，無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒通過(guò)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)

31、間過(guò)程，是一種漸進(jìn)性的破壞展一般有個(gè)時(shí)間過(guò)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 34 A Q dx dp . k 后來(lái)的研究者發(fā)現(xiàn)，后來(lái)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(xiě)為改寫(xiě)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。后來(lái)經(jīng)進(jìn)為表征巖石性質(zhì)的系數(shù)，即滲透率。后來(lái)經(jīng)進(jìn) 一步修正，得到達(dá)西定律一步修正，得到達(dá)西定律(DarcyDarcys laws law )的通式為：的通式為： 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 35 上式中：

32、上式中： Q Q 為通過(guò)孔隙介質(zhì)的流量，厘米為通過(guò)孔隙介質(zhì)的流量，厘米3 3秒；秒； A A 為流體通過(guò)的橫斷面積，厘米為流體通過(guò)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(zhǎng)度上的壓力降，大氣壓厘米。為單位長(zhǎng)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 36 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(guò)截面面積

33、為作用下，通過(guò)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(chēng)為此時(shí)孔隙介質(zhì)的滲透率稱(chēng)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 37 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度與水 力梯度呈線(xiàn)性關(guān)系力梯度呈線(xiàn)性關(guān)系 密實(shí)的粘

34、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(xiàn)性關(guān)系西定律而呈非線(xiàn)性關(guān)系 b iikv ib 起始水起始水 力坡降力坡降 虛直線(xiàn)簡(jiǎn)化虛直線(xiàn)簡(jiǎn)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=ki i v O O 砂土砂土 0 i v 密實(shí)粘土密實(shí)粘土 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 38 實(shí)際油藏大多是油水（或氣），甚至是油、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(kāi)發(fā)的油田，氣、水三相共存于孔

35、隙中。注水開(kāi)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力與性質(zhì)，引入了相流體在巖石中的滲濾能力與性質(zhì)，引入了絕絕 對(duì)滲透率、有效滲透率和相對(duì)滲透率的概念。對(duì)滲透率、有效滲透率和相對(duì)滲透率的概念。 二、巖石的滲透性二、巖石的滲透性 39 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

36、絕對(duì)滲透率的比值。 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(guò)能力的大小。（達(dá)西所描述的滲透率）通過(guò)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 40 儲(chǔ)層巖石的孔隙空間中，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

37、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(chēng)為該流體的飽和度。體積百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)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 41 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= bP V V V V

38、00 b w P w V V V V 三、巖石中的油氣水三、巖石中的油氣水飽和度飽和度 42 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，則含氣飽和度為若儲(chǔ)集層中，除含油和水外，還含有氣體，則含氣飽和度為 ： Sg= 此時(shí)，油氣水的飽和度應(yīng)滿(mǎn)足：此時(shí)，油氣水的飽和度應(yīng)滿(mǎn)足： SoSwSg1 b g p g V V V V 三、巖石中的油氣水三、巖石中的油氣水飽和度飽和度 43 儲(chǔ)層巖石中的含油飽和度和含水飽和度在油儲(chǔ)層巖石中的含油飽和度和含水飽和度在油 田的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有十分重要的作用，在油田的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)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

39、驅(qū)油效率的田的儲(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)量的利用以及提高最終采收率研究、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)。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 44 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，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)表示以百分?jǐn)?shù)表示。 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。即采用孔徑不同的一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(chēng)量每組的質(zhì)量即可系列篩子將巖心顆粒按大小分成數(shù)組，然后稱(chēng)量每組

40、的質(zhì)量即可 得到每個(gè)粒度范圍內(nèi)的得到每個(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(zhǎng)的孔數(shù)來(lái)表示的，稱(chēng)為目。篩孔的表示法通常是按每英寸長(zhǎng)的孔數(shù)來(lái)表示的，稱(chēng)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，一般用沉降分析法沉降分析法確確 定。定。 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 45 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(chēng)過(guò)質(zhì)量的烘干土樣將事先稱(chēng)過(guò)質(zhì)量的烘干土樣 過(guò)篩，稱(chēng)出留在各篩上的土過(guò)篩，稱(chēng)出留在各篩上的

41、土 質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒 質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 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 46 比重計(jì)法比重計(jì)法 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來(lái)利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來(lái) 確定小于某粒徑的土粒含量確定小于某粒徑的土粒含量 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 47 顆粒粒徑級(jí)配曲線(xiàn)顆粒粒徑級(jí)配曲線(xiàn) 縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比, ,橫坐橫坐 標(biāo)表示土粒的粒徑標(biāo)表示土粒的粒徑( (對(duì)數(shù)坐標(biāo)）對(duì)數(shù)坐標(biāo)） 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 48 顆粒級(jí)配的描述顆粒級(jí)配的描述 工程上常用不均勻系工程上常用不均勻系 數(shù)數(shù)Cu描述顆粒級(jí)配的描述顆粒級(jí)配的 不均勻程度不均勻程度 10 6