岩石物理学2(孔隙度)PPT课件分解.ppt

2022-8-2地球物理与石油资源学院1岩石物理学岩石物理学授课人：黄文新地球物理与石油资源学院长江大学联系方式： E-mail： tel: 8060418(o) 137072191812022-8-2地球物理与石油资源学院2岩石物理学岩石物理学第第1 1章章 岩石岩石第第2 2章章 岩石孔隙度和渗透率岩石孔隙度和渗透率 第第3 3章章 岩石中波的传播与衰减岩石中波的传播与衰减 第第4 4章章 岩石的弹性岩石的弹性第第5 5章章 岩石的变形岩石的变形第第6 6章章 岩石的断裂岩石的断裂 第第7 7章章 岩石的强度岩石的强度2022-8-2地球物理与石油资源学院3第第2 2章章 岩石孔隙度（岩石孔隙度（Porosity)Porosity)和渗透率（和渗透率（Permeability)Permeability)2.1 2.1 岩石孔隙度岩石孔隙度2.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率岩石物理学岩石物理学2022-8-2地球物理与石油资源学院4 岩石中存在着裂纹与孔隙，因此，岩石中包含着流体。不仅是砂岩、岩石中存在着裂纹与孔隙，因此，岩石中包含着流体。不仅是砂岩、砾岩等岩石含有大量的孔隙流体，绝大多数岩石中也都包含数量不等的砾岩等岩石含有大量的孔隙流体，绝大多数岩石中也都包含数量不等的孔隙流体。岩石是一种多孔介质，多孔介质中流体的流通是造成岩石中孔隙流体。岩石是一种多孔介质，多孔介质中流体的流通是造成岩石中物质输运物质输运 (transport)(transport)的最重要的过程，输运过程对下列领域都有重要的最重要的过程，输运过程对下列领域都有重要的影响。的影响。 环境科学环境科学( (如环境污染和治理如环境污染和治理); ); 地震构造地震构造( (流体的进入改变了孕震区的应力状态，影响到地震发生的机流体的进入改变了孕震区的应力状态，影响到地震发生的机理理); ); 石油地质石油地质( (油气的运移和储存油气的运移和储存);); 成矿地质学成矿地质学( (热液成矿理论热液成矿理论); ); 。生态地质学和水文地球化学，生态地质学和水文地球化学， 土力工程学土力工程学( (地下流体的存在与状态与地基稳定性直接有关地下流体的存在与状态与地基稳定性直接有关) )。第第2 2章章 岩石孔隙度（岩石孔隙度（Porosity)Porosity)和渗透率（和渗透率（Permeability)Permeability)2022-8-2地球物理与石油资源学院5第第2 2章章 岩石孔隙度（岩石孔隙度（Porosity)Porosity)和渗透率（和渗透率（Permeability)Permeability)2.1 2.1 岩石孔隙度岩石孔隙度2.1.1 2.1.1 孔隙（孔隙（Porous)Porous)的类型及孔隙空间结构的类型及孔隙空间结构1 1）岩石岩石(rock)(rock)的孔隙的孔隙(porous): (porous): 组成岩石固相颗粒之间的空间总和，组成岩石固相颗粒之间的空间总和，包括粒间包括粒间( (晶间晶间) )孔隙孔隙 裂缝裂缝 洞穴。洞穴。2）原生孔隙：在矿物沉积过程中形成。原生孔隙：在矿物沉积过程中形成。3 3）次生孔隙：在沉积岩过程之后的某些地质过程形成的。）次生孔隙：在沉积岩过程之后的某些地质过程形成的。 包括洞穴性和裂缝性，它们的产生是由于在碳酸盐岩中出现裂缝或在包括洞穴性和裂缝性，它们的产生是由于在碳酸盐岩中出现裂缝或在 碳酸盐岩溶解及淋蚀过程中形成的碳酸盐岩溶解及淋蚀过程中形成的。 4 4）张开孔隙：由孔隙彼此之间连通并与岩石表面连通的孔隙组成。）张开孔隙：由孔隙彼此之间连通并与岩石表面连通的孔隙组成。5 5）封闭孔隙：由封隔开的与张开孔隙系统不连通的孔隙所组成。）封闭孔隙：由封隔开的与张开孔隙系统不连通的孔隙所组成。2022-8-2地球物理与石油资源学院62.1 2.1 岩石孔隙度岩石孔隙度2.1.2 2.1.2 岩石孔隙度岩石孔隙度 1 1） 孔隙度：岩石单位体积内，孔隙空间占总体积的百分数孔隙度：岩石单位体积内，孔隙空间占总体积的百分数% %。2）总孔隙度是指全部孔隙体积占岩石体积的百分数，用总孔隙度是指全部孔隙体积占岩石体积的百分数，用tt表示；表示；3 3）有效孔隙度）有效孔隙度是指具有储集能力的有效孔隙占岩石体积的百分数，用是指具有储集能力的有效孔隙占岩石体积的百分数，用ee表示；表示；4 4）缝洞孔隙度是指有效缝洞孔隙占岩石体积的百分数，用）缝洞孔隙度是指有效缝洞孔隙占岩石体积的百分数，用ff表示，它表示，它是表征裂缝性储集层储集物性的重要参数是表征裂缝性储集层储集物性的重要参数, ,因为缝洞是岩石次生变化形成因为缝洞是岩石次生变化形成的的, ,故常称为次生孔隙度或次生孔隙度指数。故常称为次生孔隙度或次生孔隙度指数。三种三种孔隙度的定量表达为孔隙度的定量表达为：tt =( =( Vt Vt / /V V) )100%100% e e =( =(VeVe/ /V V) )100%100% 2=(2=(VfVf/ /V V) )100%100%式中：式中： V V与与VtVt一岩石体积与孔隙总体积；一岩石体积与孔隙总体积；VeVe与与VfVf一有效孔隙体积与缝洞一有效孔隙体积与缝洞孔隙体积。孔隙体积。2022-8-2地球物理与石油资源学院72.1 2.1 岩石孔隙度岩石孔隙度2.1.3 2.1.3 岩石孔隙度测量岩石孔隙度测量称重法：称重法：1 1）取岩石样品）取岩石样品 长长3 35cm,5cm,直径直径2.56cm2.56cm 2 2）将样品烘干称重，）将样品烘干称重，WdWd 3 3）将样品放在压力容器内，加压水饱和称重，）将样品放在压力容器内，加压水饱和称重，WwWw 4 4）计算孔隙体积）计算孔隙体积 Vp=(Ww-Wd)/Vp=(Ww-Wd)/水水 5 5）计算岩石孔隙度）计算岩石孔隙度 =Vp=Vp/V/V2022-8-2地球物理与石油资源学院82.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率第第2 2章章 岩石孔隙度（岩石孔隙度（Porosity)Porosity)和渗透率（和渗透率（Permeability)Permeability) 渗透率是描述岩石输运特性的最重要的参数，它表示流体流过岩石的渗透率是描述岩石输运特性的最重要的参数，它表示流体流过岩石的容易程度，是制约输运过程最关键的物理参数。容易程度，是制约输运过程最关键的物理参数。2.2.1 2.2.1 岩石的渗透率岩石的渗透率 岩石中存在着孔隙、裂纹以及由它们岩石中存在着孔隙、裂纹以及由它们所组成的孔隙网络所组成的孔隙网络( (图图 2-1)2-1)，流体的流，流体的流动是沿着一些形状不同，大小不同的网动是沿着一些形状不同，大小不同的网络通道进行的。要过细地研究流体怎样络通道进行的。要过细地研究流体怎样贯通这些错综复杂的孔隙和裂隙是很困贯通这些错综复杂的孔隙和裂隙是很困难的，实际上也没有必要，因为关心的难的，实际上也没有必要，因为关心的是流体穿过岩石的平均输运特性。正如是流体穿过岩石的平均输运特性。正如研究岩石的其他特性一样，研究的是宏研究岩石的其他特性一样，研究的是宏观尺度的岩石特性。观尺度的岩石特性。图图2-1 2-1 用现代技术测量的岩中的孔隙用现代技术测量的岩中的孔隙流体连通网络流体连通网络2022-8-2地球物理与石油资源学院91 1） 等效体等效体2.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率 首先引入岩石的等效体概念。实际首先引入岩石的等效体概念。实际的流动仅存在于岩石的孔隙空间，其的流动仅存在于岩石的孔隙空间，其余的空间则是流体无法穿透的固定的余的空间则是流体无法穿透的固定的矿物颗粒矿物颗粒( (岩石骨架岩石骨架) )。为了便于研究。为了便于研究以水为例。用一种假想的水流代替真以水为例。用一种假想的水流代替真实岩石中的水流。这种假想水流的性实岩石中的水流。这种假想水流的性质和真实的地下水相同，但它充满了质和真实的地下水相同，但它充满了既包括孔隙空间也包括岩石骨架所占既包括孔隙空间也包括岩石骨架所占据的整个岩石空间。并假设这种假想据的整个岩石空间。并假设这种假想水流运动时，在任意的岩石体积内所水流运动时，在任意的岩石体积内所受的有效阻力应等于真实水流所受的受的有效阻力应等于真实水流所受的阻力，它通过任一断面的流量以及任阻力，它通过任一断面的流量以及任一点的压力或水头均和实际水流相同。一点的压力或水头均和实际水流相同。这种假想水流所存在着的物体，就叫这种假想水流所存在着的物体，就叫做岩石的等效体做岩石的等效体实际中水的流动实际中水的流动等效中的假想流动等效中的假想流动 图图2-2 2-2 流体在岩石中的流动流体在岩石中的流动2022-8-2地球物理与石油资源学院102.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率2. 2. 岩石的渗透率岩石的渗透率 在有压力差的条件下，岩石允许流体通过的性质称渗透性。一定粘度在有压力差的条件下，岩石允许流体通过的性质称渗透性。一定粘度的流体通过地层的畅通性的度量，称渗透率。的流体通过地层的畅通性的度量，称渗透率。（单位：（单位：Darcy=0.97Darcy=0.97* *1010-12-12m m2 2) ) 实践证明实践证明, ,当只有一种流体通过岩样时当只有一种流体通过岩样时, ,所测得的渗透率与流体性质无所测得的渗透率与流体性质无关关, ,只与岩石本身的结构有关；而当有多种流体只与岩石本身的结构有关；而当有多种流体 ( (如油和水如油和水) )同时通过岩同时通过岩样时样时, ,不同的流体则有不同的渗透率。为了区分这些情况不同的流体则有不同的渗透率。为了区分这些情况, ,常用常用绝对渗透绝对渗透率率、有效渗透率有效渗透率和和相对渗透率相对渗透率。 绝对渗透率绝对渗透率：是岩石孔隙中只有一种流体是岩石孔隙中只有一种流体( (油、气或水油、气或水) )时测量的渗透时测量的渗透率率, ,常用符号常用符号K K表示。其大小只与岩石孔隙结构有关，而与流体性质无关。表示。其大小只与岩石孔隙结构有关，而与流体性质无关。因为常用空气来测量因为常用空气来测量, ,故又称空气渗透率。通常所说的渗透率故又称空气渗透率。通常所说的渗透率, ,就是指岩就是指岩石的绝对渗诱率。石的绝对渗诱率。2022-8-2地球物理与石油资源学院11 有效渗透率有效渗透率：当两种上以上的流体同时通过岩石时当两种上以上的流体同时通过岩石时, ,对其中某一流体测对其中某一流体测得的渗透率得的渗透率, , 称为岩石对该流体的称为岩石对该流体的有效渗透率或相渗透率有效渗透率或相渗透率, ,岩石对油、气、岩石对油、气、水的有效渗透率分别用水的有效渗透率分别用K Ko o、K Kg g、K Kw w表示。有效渗透率大小除与岩石孔隙结表示。有效渗透率大小除与岩石孔隙结构有关外构有关外, , 还与流体的性质和相对含量、各流体之间的相互作用以及流体还与流体的性质和相对含量、各流体之间的相互作用以及流体与岩石的相互作用有关。与岩石的相互作用有关。2.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率 实践证明实践证明, ,流体的有效渗透率与它在岩石中的相对含量有关流体的有效渗透率与它在岩石中的相对含量有关, ,当流体的相当流体的相对含量变化时对含量变化时, ,相应的有效渗透率随之改变，为此相应的有效渗透率随之改变，为此, ,引入引入相对渗透率相对渗透率的概念。的概念。 相对渗透率相对渗透率：岩石的有效渗透率与绝对渗透率之比值称为相对渗透率岩石的有效渗透率与绝对渗透率之比值称为相对渗透率, ,其其值在值在0-10-1之间。通常用之间。通常用K Kroro、K Krgrg、K Krwrw分别表示油、气、水的相对渗透率。分别表示油、气、水的相对渗透率。2022-8-2地球物理与石油资源学院12图图1-1 1-1 岩石地质现象岩石地质现象 2.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率图图2-3 2-3 岩石相对渗透率曲线岩石相对渗透率曲线束缚水饱和度束缚水饱和度残余油饱和度残余油饱和度Sw50%亲水亲水岩石岩石2022-8-2地球物理与石油资源学院132.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率 2.2.2 2.2.2 岩石的渗透率岩石的渗透率: :岩石组分、孔隙度、压力和温度的影响岩石组分、孔隙度、压力和温度的影响 不同岩石的渗透率有很大的差别。不同岩石的渗透率有很大的差别。砾石和砂砾石的渗透率差别可达砾石和砂砾石的渗透率差别可达1dc1dc或更大或更大; ;而深成岩而深成岩(plutomc(plutomc rocks)rocks)中的孔隙很少，因此，渗透中的孔隙很少，因此，渗透率极低率极低; ;火山岩相反，具有大量孔火山岩相反，具有大量孔隙，渗透率多大于隙，渗透率多大于0.1mdc;0.1mdc;沉积岩沉积岩的情况比较复杂的情况比较复杂 ，石油工业对砂，石油工业对砂岩和碳酸盐岩最感兴趣，图岩和碳酸盐岩最感兴趣，图 2-42-4汇汇集了一些砂岩、页岩、火山岩、灰集了一些砂岩、页岩、火山岩、灰岩、花岗岩、变质岩、玄武岩等岩岩、花岗岩、变质岩、玄武岩等岩石渗透率的范围。从图石渗透率的范围。从图 2-42-4中可以中可以看出，即使对于同一类岩石，由于看出，即使对于同一类岩石，由于生成环境和内部结构不同，渗透率生成环境和内部结构不同，渗透率的变化也可以达几个数量级的变化也可以达几个数量级; ;至于至于不同的岩石，其渗透率变化范围就不同的岩石，其渗透率变化范围就更大了，可达近更大了，可达近 1010个数量级个数量级 。图图2-4 2-4 不同岩石渗透率范围不同岩石渗透率范围2022-8-2地球物理与石油资源学院142.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率 当给定岩石的组当给定岩石的组成成分后，渗透率随该成成分后，渗透率随该岩石的孔隙度的增加而岩石的孔隙度的增加而增加增加图图2-5 2-5 渗透率与孔隙度关系渗透率与孔隙度关系2022-8-2地球物理与石油资源学院152.2 2.2 岩石渗透率岩石渗透率渗透率随压力的变化渗透率随压力的变化 岩石所处环境压力、温度岩石所处环境压力、温度和差应力的变化范围都是和差应力的变化范围都是很大的，外界环境对岩石很大的，外界环境对岩石的渗透率有重要的影响。的渗透率有重要的影响。图图2-6 2-6 渗透率随压力的变化渗透率随压力的变化 岩石的热开裂，温度升岩石的热开裂，温度升高对岩石渗透率也有影响。岩高对岩石渗透率也有影响。岩石受热后，由于组成岩石的各石受热后，由于组成岩石的各种矿物热膨胀不同，矿物颗粒种矿物热膨胀不同，矿物颗粒边界会出现裂纹，这就是岩石边界会出现裂纹，这就是岩石热开裂现象。热开裂会导致岩热开裂现象。热开裂会导致岩石内部形成新的裂纹网络，可石内部形成新的裂纹网络，可以明显地改变岩石中流体的输以明显地改变岩石中流体的输运特点。运特点。