巖石物理學(xué)2(孔隙度)ppt

1、2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院1巖石物理學(xué)巖石物理學(xué)授課人：黃文新地球物理與石油資源學(xué)院長江大學(xué)聯(lián)系方式： E-mail： tel: 8060418(o) 137072191812021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院2巖石物理學(xué)巖石物理學(xué)第第1 1章章 巖石巖石第第2 2章章 巖石孔隙度和滲透率巖石孔隙度和滲透率 第第3 3章章 巖石中波的傳播與衰減巖石中波的傳播與衰減 第第4 4章章 巖石的彈性巖石的彈性第第5 5章章 巖石的變形巖石的變形第第6 6章章 巖石的斷裂巖石的斷裂 第第7 7章章 巖石的強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院3第第2 2章章 巖石

2、孔隙度（巖石孔隙度（Porosity)Porosity)和滲透率（和滲透率（Permeability)Permeability)2.1 2.1 巖石孔隙度巖石孔隙度2.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率巖石物理學(xué)巖石物理學(xué)2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院4 巖石中存在著裂紋與孔隙，因此，巖石中包含著流體。不僅是砂巖、巖石中存在著裂紋與孔隙，因此，巖石中包含著流體。不僅是砂巖、礫巖等巖石含有大量的孔隙流體，絕大多數(shù)巖石中也都包含數(shù)量不等的礫巖等巖石含有大量的孔隙流體，絕大多數(shù)巖石中也都包含數(shù)量不等的孔隙流體。巖石是一種多孔介質(zhì)，多孔介質(zhì)中流體的流通是造成巖石中孔隙流體。巖石是一種多孔介質(zhì)

3、，多孔介質(zhì)中流體的流通是造成巖石中物質(zhì)輸運(yùn)物質(zhì)輸運(yùn) (transport)(transport)的最重要的過程，輸運(yùn)過程對下列領(lǐng)域都有重要的最重要的過程，輸運(yùn)過程對下列領(lǐng)域都有重要的影響。的影響。 環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)( (如環(huán)境污染和治理如環(huán)境污染和治理); ); 地震構(gòu)造地震構(gòu)造( (流體的進(jìn)入改變了孕震區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，影響到地震發(fā)生的機(jī)流體的進(jìn)入改變了孕震區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，影響到地震發(fā)生的機(jī)理理); ); 石油地質(zhì)石油地質(zhì)( (油氣的運(yùn)移和儲(chǔ)存油氣的運(yùn)移和儲(chǔ)存);); 成礦地質(zhì)學(xué)成礦地質(zhì)學(xué)( (熱液成礦理論熱液成礦理論); ); 。生態(tài)地質(zhì)學(xué)和水文地球化學(xué)，生態(tài)地質(zhì)學(xué)和水文地球化學(xué)， 土力工程學(xué)土

4、力工程學(xué)( (地下流體的存在與狀態(tài)與地基穩(wěn)定性直接有關(guān)地下流體的存在與狀態(tài)與地基穩(wěn)定性直接有關(guān)) )。第第2 2章章 巖石孔隙度（巖石孔隙度（Porosity)Porosity)和滲透率（和滲透率（Permeability)Permeability)2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院5第第2 2章章 巖石孔隙度（巖石孔隙度（Porosity)Porosity)和滲透率（和滲透率（Permeability)Permeability)2.1 2.1 巖石孔隙度巖石孔隙度2.1.1 2.1.1 孔隙（孔隙（Porous)Porous)的類型及孔隙空間結(jié)構(gòu)的類型及孔隙空間結(jié)構(gòu)1 1）巖石巖石(

5、rock)(rock)的孔隙的孔隙(porous): (porous): 組成巖石固相顆粒之間的空間總和，組成巖石固相顆粒之間的空間總和，包括粒間包括粒間( (晶間晶間) )孔隙孔隙 裂縫裂縫 洞穴。洞穴。2）原生孔隙：在礦物沉積過程中形成。原生孔隙：在礦物沉積過程中形成。3 3）次生孔隙：在沉積巖過程之后的某些地質(zhì)過程形成的。）次生孔隙：在沉積巖過程之后的某些地質(zhì)過程形成的。 包括洞穴性和裂縫性，它們的產(chǎn)生是由于在碳酸鹽巖中出現(xiàn)裂縫或在包括洞穴性和裂縫性，它們的產(chǎn)生是由于在碳酸鹽巖中出現(xiàn)裂縫或在 碳酸鹽巖溶解及淋蝕過程中形成的碳酸鹽巖溶解及淋蝕過程中形成的。 4 4）張開孔隙：由孔隙彼此之間

6、連通并與巖石表面連通的孔隙組成。）張開孔隙：由孔隙彼此之間連通并與巖石表面連通的孔隙組成。5 5）封閉孔隙：由封隔開的與張開孔隙系統(tǒng)不連通的孔隙所組成。）封閉孔隙：由封隔開的與張開孔隙系統(tǒng)不連通的孔隙所組成。2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院62.1 2.1 巖石孔隙度巖石孔隙度2.1.2 2.1.2 巖石孔隙度巖石孔隙度 1 1） 孔隙度：巖石單位體積內(nèi)，孔隙空間占總體積的百分?jǐn)?shù)孔隙度：巖石單位體積內(nèi)，孔隙空間占總體積的百分?jǐn)?shù)% %。2）總孔隙度是指全部孔隙體積占巖石體積的百分?jǐn)?shù)，用總孔隙度是指全部孔隙體積占巖石體積的百分?jǐn)?shù)，用tt表示；表示；3 3）有效孔隙度）有效孔隙度是指具有儲(chǔ)

7、集能力的有效孔隙占巖石體積的百分?jǐn)?shù)，用是指具有儲(chǔ)集能力的有效孔隙占巖石體積的百分?jǐn)?shù)，用ee表示；表示；4 4）縫洞孔隙度是指有效縫洞孔隙占巖石體積的百分?jǐn)?shù)，用）縫洞孔隙度是指有效縫洞孔隙占巖石體積的百分?jǐn)?shù)，用ff表示，它表示，它是表征裂縫性儲(chǔ)集層儲(chǔ)集物性的重要參數(shù)是表征裂縫性儲(chǔ)集層儲(chǔ)集物性的重要參數(shù), ,因?yàn)榭p洞是巖石次生變化形成因?yàn)榭p洞是巖石次生變化形成的的, ,故常稱為次生孔隙度或次生孔隙度指數(shù)。故常稱為次生孔隙度或次生孔隙度指數(shù)。三種三種孔隙度的定量表達(dá)為孔隙度的定量表達(dá)為：tt =( =( Vt Vt / /V V) )100%100% e e =( =(VeVe/ /V V) )10

8、0%100% 2=(2=(VfVf/ /V V) )100%100%式中：式中： V V與與VtVt一巖石體積與孔隙總體積；一巖石體積與孔隙總體積；VeVe與與VfVf一有效孔隙體積與縫洞一有效孔隙體積與縫洞孔隙體積?？紫扼w積。2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院72.1 2.1 巖石孔隙度巖石孔隙度2.1.3 2.1.3 巖石孔隙度測量巖石孔隙度測量稱重法：稱重法：1 1）取巖石樣品）取巖石樣品 長長3 35cm,5cm,直徑直徑2.56cm2.56cm 2 2）將樣品烘干稱重，）將樣品烘干稱重，WdWd 3 3）將樣品放在壓力容器內(nèi)，加壓水飽和稱重，）將樣品放在壓力容器內(nèi)，加壓水飽和

9、稱重，WwWw 4 4）計(jì)算孔隙體積）計(jì)算孔隙體積 Vp=(Ww-Wd)/Vp=(Ww-Wd)/水水 5 5）計(jì)算巖石孔隙度）計(jì)算巖石孔隙度 =Vp=Vp/V/V2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院82.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率第第2 2章章 巖石孔隙度（巖石孔隙度（Porosity)Porosity)和滲透率（和滲透率（Permeability)Permeability) 滲透率是描述巖石輸運(yùn)特性的最重要的參數(shù)，它表示流體流過巖石的滲透率是描述巖石輸運(yùn)特性的最重要的參數(shù)，它表示流體流過巖石的容易程度，是制約輸運(yùn)過程最關(guān)鍵的物理參數(shù)。容易程度，是制約輸運(yùn)過程最關(guān)鍵的物理參數(shù)。2.

10、2.1 2.2.1 巖石的滲透率巖石的滲透率 巖石中存在著孔隙、裂紋以及由它們巖石中存在著孔隙、裂紋以及由它們所組成的孔隙網(wǎng)絡(luò)所組成的孔隙網(wǎng)絡(luò)( (圖圖 2-1)2-1)，流體的流，流體的流動(dòng)是沿著一些形狀不同，大小不同的網(wǎng)動(dòng)是沿著一些形狀不同，大小不同的網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行的。要過細(xì)地研究流體怎樣絡(luò)通道進(jìn)行的。要過細(xì)地研究流體怎樣貫通這些錯(cuò)綜復(fù)雜的孔隙和裂隙是很困貫通這些錯(cuò)綜復(fù)雜的孔隙和裂隙是很困難的，實(shí)際上也沒有必要，因?yàn)殛P(guān)心的難的，實(shí)際上也沒有必要，因?yàn)殛P(guān)心的是流體穿過巖石的平均輸運(yùn)特性。正如是流體穿過巖石的平均輸運(yùn)特性。正如研究巖石的其他特性一樣，研究的是宏研究巖石的其他特性一樣，研究的是宏觀

11、尺度的巖石特性。觀尺度的巖石特性。圖圖2-1 2-1 用現(xiàn)代技術(shù)測量的巖中的孔隙用現(xiàn)代技術(shù)測量的巖中的孔隙流體連通網(wǎng)絡(luò)流體連通網(wǎng)絡(luò)2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院91 1） 等效體等效體2.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率 首先引入巖石的等效體概念。實(shí)際首先引入巖石的等效體概念。實(shí)際的流動(dòng)僅存在于巖石的孔隙空間，其的流動(dòng)僅存在于巖石的孔隙空間，其余的空間則是流體無法穿透的固定的余的空間則是流體無法穿透的固定的礦物顆粒礦物顆粒( (巖石骨架巖石骨架) )。為了便于研究。為了便于研究以水為例。用一種假想的水流代替真以水為例。用一種假想的水流代替真實(shí)巖石中的水流。這種假想水流的性實(shí)巖石中的

12、水流。這種假想水流的性質(zhì)和真實(shí)的地下水相同，但它充滿了質(zhì)和真實(shí)的地下水相同，但它充滿了既包括孔隙空間也包括巖石骨架所占既包括孔隙空間也包括巖石骨架所占據(jù)的整個(gè)巖石空間。并假設(shè)這種假想據(jù)的整個(gè)巖石空間。并假設(shè)這種假想水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任意的巖石體積內(nèi)所水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任意的巖石體積內(nèi)所受的有效阻力應(yīng)等于真實(shí)水流所受的受的有效阻力應(yīng)等于真實(shí)水流所受的阻力，它通過任一斷面的流量以及任阻力，它通過任一斷面的流量以及任一點(diǎn)的壓力或水頭均和實(shí)際水流相同。一點(diǎn)的壓力或水頭均和實(shí)際水流相同。這種假想水流所存在著的物體，就叫這種假想水流所存在著的物體，就叫做巖石的等效體做巖石的等效體實(shí)際中水的流動(dòng)實(shí)際中水的流動(dòng)等效中

13、的假想流動(dòng)等效中的假想流動(dòng) 圖圖2-2 2-2 流體在巖石中的流動(dòng)流體在巖石中的流動(dòng)2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院102.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率2. 2. 巖石的滲透率巖石的滲透率 在有壓力差的條件下，巖石允許流體通過的性質(zhì)稱滲透性。一定粘度在有壓力差的條件下，巖石允許流體通過的性質(zhì)稱滲透性。一定粘度的流體通過地層的暢通性的度量，稱滲透率。的流體通過地層的暢通性的度量，稱滲透率。（單位：（單位：Darcy=0.97Darcy=0.97* *1010-12-12m m2 2) ) 實(shí)踐證明實(shí)踐證明, ,當(dāng)只有一種流體通過巖樣時(shí)當(dāng)只有一種流體通過巖樣時(shí), ,所測得的滲透率與流

14、體性質(zhì)無所測得的滲透率與流體性質(zhì)無關(guān)關(guān), ,只與巖石本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)；而當(dāng)有多種流體只與巖石本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)；而當(dāng)有多種流體 ( (如油和水如油和水) )同時(shí)通過巖同時(shí)通過巖樣時(shí)樣時(shí), ,不同的流體則有不同的滲透率。為了區(qū)分這些情況不同的流體則有不同的滲透率。為了區(qū)分這些情況, ,常用常用絕對滲透絕對滲透率率、有效滲透率有效滲透率和和相對滲透率相對滲透率。 絕對滲透率絕對滲透率：是巖石孔隙中只有一種流體是巖石孔隙中只有一種流體( (油、氣或水油、氣或水) )時(shí)測量的滲透時(shí)測量的滲透率率, ,常用符號(hào)常用符號(hào)K K表示。其大小只與巖石孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與流體性質(zhì)無關(guān)。表示。其大小只與巖石孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，

15、而與流體性質(zhì)無關(guān)。因?yàn)槌Ｓ每諝鈦頊y量因?yàn)槌Ｓ每諝鈦頊y量, ,故又稱空氣滲透率。通常所說的滲透率故又稱空氣滲透率。通常所說的滲透率, ,就是指巖就是指巖石的絕對滲誘率。石的絕對滲誘率。2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院11 有效滲透率有效滲透率：當(dāng)兩種上以上的流體同時(shí)通過巖石時(shí)當(dāng)兩種上以上的流體同時(shí)通過巖石時(shí), ,對其中某一流體測對其中某一流體測得的滲透率得的滲透率, , 稱為巖石對該流體的稱為巖石對該流體的有效滲透率或相滲透率有效滲透率或相滲透率, ,巖石對油、氣、巖石對油、氣、水的有效滲透率分別用水的有效滲透率分別用K Ko o、K Kg g、K Kw w表示。有效滲透率大小除與巖石

16、孔隙結(jié)表示。有效滲透率大小除與巖石孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)外構(gòu)有關(guān)外, , 還與流體的性質(zhì)和相對含量、各流體之間的相互作用以及流體還與流體的性質(zhì)和相對含量、各流體之間的相互作用以及流體與巖石的相互作用有關(guān)。與巖石的相互作用有關(guān)。2.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率 實(shí)踐證明實(shí)踐證明, ,流體的有效滲透率與它在巖石中的相對含量有關(guān)流體的有效滲透率與它在巖石中的相對含量有關(guān), ,當(dāng)流體的相當(dāng)流體的相對含量變化時(shí)對含量變化時(shí), ,相應(yīng)的有效滲透率隨之改變，為此相應(yīng)的有效滲透率隨之改變，為此, ,引入引入相對滲透率相對滲透率的概念。的概念。 相對滲透率相對滲透率：巖石的有效滲透率與絕對滲透率之比值稱為相對滲透率巖

17、石的有效滲透率與絕對滲透率之比值稱為相對滲透率, ,其其值在值在0-10-1之間。通常用之間。通常用K Kroro、K Krgrg、K Krwrw分別表示油、氣、水的相對滲透率。分別表示油、氣、水的相對滲透率。2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院12圖圖1-1 1-1 巖石地質(zhì)現(xiàn)象巖石地質(zhì)現(xiàn)象 2.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率圖圖2-3 2-3 巖石相對滲透率曲線巖石相對滲透率曲線束縛水飽和度束縛水飽和度殘余油飽和度殘余油飽和度Sw50%親水親水巖石巖石2021-11-23地球物理與石油資源學(xué)院132.2 2.2 巖石滲透率巖石滲透率 2.2.2 2.2.2 巖石的滲透率巖石的滲透率

18、: :巖石組分、孔隙度、壓力和溫度的影響巖石組分、孔隙度、壓力和溫度的影響 不同巖石的滲透率有很大的差別。不同巖石的滲透率有很大的差別。礫石和砂礫石的滲透率差別可達(dá)礫石和砂礫石的滲透率差別可達(dá)1dc1dc或更大或更大; ;而深成巖而深成巖(plutomc(plutomc rocks)rocks)中的孔隙很少，因此，滲透中的孔隙很少，因此，滲透率極低率極低; ;火山巖相反，具有大量孔火山巖相反，具有大量孔隙，滲透率多大于隙，滲透率多大于0.1mdc;0.1mdc;沉積巖沉積巖的情況比較復(fù)雜的情況比較復(fù)雜 ，石油工業(yè)對砂，石油工業(yè)對砂巖和碳酸鹽巖最感興趣，圖巖和碳酸鹽巖最感興趣，圖 2-42-4匯匯集了一些砂巖、頁巖、火山巖、灰集了一些砂巖、頁巖、火山巖、灰?guī)r、花崗巖、變質(zhì)巖、玄武巖等巖巖、花崗巖、變質(zhì)巖、玄武巖等巖石滲透率的范圍。從圖石滲透率的范圍。從圖 2-42-4中可以中可以看出，即使對于同一類巖石，由于看出，即使對于同一類巖石，由于生成環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，滲透率生成環(huán)境和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，滲透率的變化也可以達(dá)幾個(gè)數(shù)量級的變化