岩石力学3第二章-岩石的组成与岩石的物理性质课件.ppt

1、2022-11-281第二节第二节 岩石的结构特点及其对强度的影响岩石的结构特点及其对强度的影响 一、岩石的结构一、岩石的结构1、火成岩的结构，是由矿物晶体组成的，岩浆冷却结、火成岩的结构，是由矿物晶体组成的，岩浆冷却结晶的时间越长，形成的晶体越大。晶的时间越长，形成的晶体越大。2022-11-2822、沉积岩的结构、沉积岩的结构 有两种：一是碎屑结构，有两种：一是碎屑结构，二是结晶结构二是结晶结构(化学岩化学岩)。碎屑岩是由单个颗粒通过碎屑岩是由单个颗粒通过胶结物胶结而成的，其中有大胶结物胶结而成的，其中有大量的孔隙，常见的胶结物有钙量的孔隙，常见的胶结物有钙质和硅质两种。质和硅质两种。结晶

2、沉积岩的结构是由沉结晶沉积岩的结构是由沉积过程中生成的晶体决定的，积过程中生成的晶体决定的，晶体形成一种紧密排列结构，晶体形成一种紧密排列结构，没有孔隙，如岩盐，它不能成没有孔隙，如岩盐，它不能成为生油、储油层，但却是油气为生油、储油层，但却是油气层的很好的盖层。层的很好的盖层。岩盐岩盐2022-11-2833、变质岩的结构，有片状结构和非片状结构两种。片、变质岩的结构，有片状结构和非片状结构两种。片状结构是在高温高压下，由重结晶作用和各种矿物状结构是在高温高压下，由重结晶作用和各种矿物的分离作用而造成的明暗矿物间互带。的分离作用而造成的明暗矿物间互带。板岩板岩(片状结构片状结构)灰色大理岩灰

3、色大理岩(结晶结构结晶结构)2022-11-284二、岩石的强度二、岩石的强度 岩石的强度主要取决于矿物强度、结构联结形式、岩石的强度主要取决于矿物强度、结构联结形式、岩石的结构和整个构造。岩石的结构和整个构造。对于火成岩、变质岩、化学沉积岩来说，化学结对于火成岩、变质岩、化学沉积岩来说，化学结构连结起主要作用，因此，其组成矿物的强度越大，构连结起主要作用，因此，其组成矿物的强度越大，岩石的强度就越大。岩石的强度就越大。对于碎屑沉积岩来说，其胶结物对强度影响程序对于碎屑沉积岩来说，其胶结物对强度影响程序最大，即其强度主要取决于矿物颗粒间的联结强度。最大，即其强度主要取决于矿物颗粒间的联结强度。

4、不同胶结物的联结强度不同：硅质不同胶结物的联结强度不同：硅质铁质铁质钙质钙质泥质。泥质。2022-11-285第三节第三节 岩石的物理性质岩石的物理性质 岩石的物理性质是指岩石的孔隙度、渗透率、岩石的物理性质是指岩石的孔隙度、渗透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。岩石的物理性质可压缩性、导电性、传热性的总称。岩石的物理性质与其力学性质密不可分，因此，研究岩石的物理性质与其力学性质密不可分，因此，研究岩石的物理性质是岩石力学研究的一个重要内容。是岩石力学研究的一个重要内容。岩石是由固体的矿物和矿物颗粒之间的孔隙组成岩石是由固体的矿物和矿物颗粒之间的孔隙组成的，孔隙中通常有孔隙流体存在。在砂岩的

5、扫描电子的，孔隙中通常有孔隙流体存在。在砂岩的扫描电子显微镜照片，我们可以清楚地看到砂岩中的石英颗粒，显微镜照片，我们可以清楚地看到砂岩中的石英颗粒，并且还可以看到石英颗粒之间存在着流体流通的网络。并且还可以看到石英颗粒之间存在着流体流通的网络。岩石正是这样一种特殊的多孔介质，一种由固体矿物岩石正是这样一种特殊的多孔介质，一种由固体矿物和流动的孔隙流体组成的多相体。和流动的孔隙流体组成的多相体。2022-11-2862022-11-287 孔隙流体的存在，对岩石性质有普极其重要的影孔隙流体的存在，对岩石性质有普极其重要的影响。例如，岩石中孔隙体积增加响。例如，岩石中孔隙体积增加1%，会导致岩石

6、弹性，会导致岩石弹性参数变化参数变化10倍，或者更多，也会导致岩石渗透率发生几倍，或者更多，也会导致岩石渗透率发生几个数量级的变化。个数量级的变化。岩石内部孔隙及孔隙流体的存在，是石油得以生成、岩石内部孔隙及孔隙流体的存在，是石油得以生成、矿物得以富集的前提。矿物得以富集的前提。2022-11-288一、岩石的孔隙度一、岩石的孔隙度 岩石的孔隙度岩石的孔隙度(率率)是岩石孔隙的总体积与岩石总是岩石孔隙的总体积与岩石总体积之比，常用百分数表示。岩石的总体积体积之比，常用百分数表示。岩石的总体积V总由基总由基质的体和质的体和V基和孔隙体积基和孔隙体积V孔两部分组成，则岩石的孔孔两部分组成，则岩石的

7、孔隙度隙度表示为：表示为：上式中，上式中，值为无因次量，称为绝对孔隙度。值为无因次量，称为绝对孔隙度。2022-11-2892022-11-2810 在油田开发中，参与渗流的连通孔隙才是有效的，在油田开发中，参与渗流的连通孔隙才是有效的，对于那些封闭孔隙，尽管其中有油气储存，但是很难开对于那些封闭孔隙，尽管其中有油气储存，但是很难开采出来，因此称为无效孔隙。采出来，因此称为无效孔隙。这样就把孔隙度分为有效孔隙度和无效孔隙度两种。这样就把孔隙度分为有效孔隙度和无效孔隙度两种。2022-11-2811 岩石的有效孔隙度，是指岩石中有效孔隙的体积岩石的有效孔隙度，是指岩石中有效孔隙的体积与岩石总体积

8、的比值，以百分数表示。有效孔隙体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。有效孔隙体积是指参与渗流的连通孔隙体积，以是指参与渗流的连通孔隙体积，以有效、有效、V连通分别连通分别表示岩石的有效孔隙度和连通孔隙体积，则：表示岩石的有效孔隙度和连通孔隙体积，则：2022-11-2812 实际储层岩石孔隙度值的范围如下：实际储层岩石孔隙度值的范围如下：砂岩孔隙度：砂岩孔隙度：1-30%，它取决于砂岩的性质及其，它取决于砂岩的性质及其胶结状态。胶结状态。石灰岩和白云岩孔隙度：石灰岩和白云岩孔隙度：0.5-28%。粘土或页岩孔隙度：粘土或页岩孔隙度：0.4-15%，它取决于粘土（或，它取决于粘土（或页岩）的成因

9、和埋藏深度。页岩）的成因和埋藏深度。2022-11-2813 按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准为：按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准为：极差储层极差储层 5%10%差储层差储层 10%20%特好储层特好储层 2022-11-2814二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 在压力作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩在压力作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透性。石的渗透性。习惯上人们常常把那些在地层压力条件下流体比习惯上人们常常把那些在地层压力条件下流体比较容易地沿着连通的孔隙、喉道、裂缝、溶洞流动的较容易地沿着连通的孔隙、喉道、裂缝、溶洞流动的岩石，例如砂岩、裂缝性碳酸盐岩称为渗透性

10、岩石；岩石，例如砂岩、裂缝性碳酸盐岩称为渗透性岩石；而把流体难于在其中流动的岩石、粘土或页岩、石膏、而把流体难于在其中流动的岩石、粘土或页岩、石膏、岩盐等称为非渗透性岩石。但是这种提法是不严格的，岩盐等称为非渗透性岩石。但是这种提法是不严格的，因为一方面渗透是有条件的，另一方面同一种岩石的因为一方面渗透是有条件的，另一方面同一种岩石的渗透能力也是不断变化的。渗透能力也是不断变化的。2022-11-2815 最先研究岩石渗滤能力大小这一现象的是法国工最先研究岩石渗滤能力大小这一现象的是法国工程师达西。他利用人工砂体研究了水的渗滤。达西的程师达西。他利用人工砂体研究了水的渗滤。达西的实验表现人工砂

11、体单位面积水流的体积变化率实验表现人工砂体单位面积水流的体积变化率Q/A与与进口和出口两个端面间的水头差进口和出口两个端面间的水头差 H成正比，而与砂成正比，而与砂体的长度成反比。即：体的长度成反比。即：2022-11-2816 后来的研究者发现，达西定律可以应用于其它流后来的研究者发现，达西定律可以应用于其它流体，把上式中的比例常数体，把上式中的比例常数K改写为改写为K/、为流体的粘为流体的粘度，度，K为表征岩石性质的系数，即为表征岩石性质的系数，即渗透率渗透率，就可以了。，就可以了。后来经进一步修正，得到达西定律的通式为：后来经进一步修正，得到达西定律的通式为：2022-11-2817上式

12、中：上式中：Q为通过孔隙介质的流量，厘米为通过孔隙介质的流量，厘米3/秒；秒；A为流体通过的横断面积，厘米为流体通过的横断面积，厘米2；U为流体的粘度，厘泊；为流体的粘度，厘泊；K为岩石的渗透率，达西；为岩石的渗透率，达西；dp/dx为单位长度上的压力降，大气压为单位长度上的压力降，大气压/厘米。厘米。2022-11-2818达西定律成立的前提条件是：达西定律成立的前提条件是：（1）假设流体与岩石之间不发生物理化学反应；）假设流体与岩石之间不发生物理化学反应；（2）渗滤介质中只存在一种流体。）渗滤介质中只存在一种流体。2022-11-2819 渗透率的单位是达西，它的物理意义是孔隙介质渗透率的

13、单位是达西，它的物理意义是孔隙介质允许粘度为允许粘度为1厘泊的流体，在压力梯度为厘泊的流体，在压力梯度为1大气压大气压/厘米厘米的作用下，通过载面面积为的作用下，通过载面面积为1厘米厘米2的流量为的流量为1厘米厘米3/秒，秒，此时孔隙介质的渗透率称为此时孔隙介质的渗透率称为1达西。达西。渗透率大小主要决定于岩石孔隙的大小、方向及渗透率大小主要决定于岩石孔隙的大小、方向及其相互连通情况。渗透率的变化范围很大，一般油砂其相互连通情况。渗透率的变化范围很大，一般油砂的渗透率从的渗透率从3.40.00007 达西，对应用的孔隙度由达西，对应用的孔隙度由37%3%。2022-11-2820 实际油藏大多

14、是油水（或气），甚至是油、气、实际油藏大多是油水（或气），甚至是油、气、水三相共存于孔隙中。注水开发的油田，油水不仅是水三相共存于孔隙中。注水开发的油田，油水不仅是共存而且还同时流动。为了研究多相流体在岩石中的共存而且还同时流动。为了研究多相流体在岩石中的渗流能力与性质，引入了绝对渗透率、有效渗透率和渗流能力与性质，引入了绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率的概念。相对渗透率的概念。2022-11-2821 绝对渗透率绝对渗透率K 岩石完全为某种流体所饱和时，岩石与流体之间不岩石完全为某种流体所饱和时，岩石与流体之间不发生物理化学反应，在压力作用下岩石允许该种流体发生物理化学反应，在压力作用下岩

15、石允许该种流体所通过能力的大小。所通过能力的大小。2022-11-2822 有效渗透率有效渗透率Ke 当岩石为两种或多种流体饱和时，岩石允许其中当岩石为两种或多种流体饱和时，岩石允许其中某种流体渗滤能力的大小。不论此时其流体流动与否。某种流体渗滤能力的大小。不论此时其流体流动与否。相对渗透率相对渗透率Kr 岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。2022-11-2823三、岩石中的油气水饱和度三、岩石中的油气水饱和度 储层岩石的孔隙空间中，总是会有油气水三相。储层岩石的孔隙空间中，总是会有油气水三相。在油层温度和压力下，岩石孔隙间中的流体是按一定在油层温度和压力

16、下，岩石孔隙间中的流体是按一定方式分布的。方式分布的。储集层岩石的孔隙中，某种流体占据孔隙空间的储集层岩石的孔隙中，某种流体占据孔隙空间的体积百分数，称为该流体的饱和度体积百分数，称为该流体的饱和度。2022-11-2824 若储集层的孔隙中含有油和水两相，油和水所占若储集层的孔隙中含有油和水两相，油和水所占据的孔隙空间分别为据的孔隙空间分别为VO、VW，岩石的孔隙度为，岩石的孔隙度为，岩，岩石中的孔隙总体积为石中的孔隙总体积为VP，岩石的总体积为，岩石的总体积为Vb，则含油，则含油饱和度饱和度So和含水饱和度和含水饱和度Sw分别为：分别为：2022-11-2825 且有：且有：So+Sw=1

17、 若储集层中，除含油和水外，还含有气体，则含若储集层中，除含油和水外，还含有气体，则含气饱和度为：气饱和度为：此时，油气水的饱和度应满足：此时，油气水的饱和度应满足：So+Sw+Sg=12022-11-2826 储层岩石中的含油饱和度和含水饱和度在油田储层岩石中的含油饱和度和含水饱和度在油田的勘探开发过程中具有十分重要的作用，在油田的储的勘探开发过程中具有十分重要的作用，在油田的储量计算、油田动态分析、注水驱油效率的研究、油田量计算、油田动态分析、注水驱油效率的研究、油田剩余储量的利用以及提高最终采收率方面，它们都是剩余储量的利用以及提高最终采收率方面，它们都是不可缺少的参数。不可缺少的参数。

18、2022-11-2827四、岩石的粒度组成与比表面积四、岩石的粒度组成与比表面积 岩石的粒度组成是指构成岩石的各种大小不同的岩石的粒度组成是指构成岩石的各种大小不同的颗粒含量颗粒含量，以百分数表示。，以百分数表示。2022-11-2828 粒度组成的通用分析方法是粒度组成的通用分析方法是筛分析法筛分析法。即采用孔。即采用孔径不同的一系列筛子将岩芯颗粒按大小分成数组，然径不同的一系列筛子将岩芯颗粒按大小分成数组，然后称量每组的质量即可得到每个粒度范围内的质量百后称量每组的质量即可得到每个粒度范围内的质量百分比。分比。筛孔的表示法通常是按每英寸长的孔数来表示的，筛孔的表示法通常是按每英寸长的孔数来

19、表示的，称为称为目目。对于粒度小于对于粒度小于0.0740.053mm的细粒的细粒(200目的粉目的粉末末)，一般用，一般用沉降分析法沉降分析法确定。确定。2022-11-2829 岩石的粒度组成可以决定岩石的许多物理性质。岩石的粒度组成可以决定岩石的许多物理性质。如根据各种颗粒的数量比值，可确定岩石的孔隙度、如根据各种颗粒的数量比值，可确定岩石的孔隙度、容积比重、渗透率、毛细管力等。容积比重、渗透率、毛细管力等。2022-11-2830根据颗粒大小将碎屑岩分为如下三大类：根据颗粒大小将碎屑岩分为如下三大类：砂砂 岩岩 主要粒度组成主要粒度组成10.1mm细砂岩细砂岩 主要粒度组成主要粒度组成

20、0.10.01mm粉砂岩粉砂岩 主要粒度组成小于主要粒度组成小于0.01mm主要粒度组成是指其质量百分比必须达到主要粒度组成是指其质量百分比必须达到50-80%的颗粒。的颗粒。2022-11-2831 岩石的比表面积是指单位体积的岩石内颗粒的总岩石的比表面积是指单位体积的岩石内颗粒的总表面积。单位用厘米表面积。单位用厘米2/厘米厘米3表示。岩石中细颗粒越多，表示。岩石中细颗粒越多，它的比表面积就越大，反之就越小。它的比表面积就越大，反之就越小。砂砂 岩岩 小于小于950厘米厘米2/厘米厘米3 细砂岩细砂岩 9502300厘米厘米2/厘米厘米3 粉砂岩粉砂岩 大于大于2300厘米厘米2/厘米厘米3