油层物理2-1 第一节 储层岩石的骨架性质
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岩石的粒度组成可以决定岩石的多种物理性质
8
一、岩石的粒度组成
（2）粒度组成测定 ① 测定方法
▪ 筛析法 —— 常规岩样（主要） ▪ 沉降法 —— 极小颗粒岩样（辅助） ▪ 直接测量法 —— 极大颗粒岩样（辅助） ▪ 光学、电学、薄片及图象分析法
方法选—择—：数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩 依据样颗粒大小和岩石致密程度。
岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v不同。通 过测定各颗粒的沉降速度v，据斯托克Stokes公式可计算 颗粒大小：
颗粒粒径： v gd2 (r岩 1) 18g r液
d
18gv
gr s r L 1
式中：g－液体运动粘度；
g－重力加速度；
rs－颗粒密度； rL－液体密度。
11
粒度组成测定
❖ 沉降法测量条件： ▪ 颗粒坚硬，具有光滑球形表面； ▪ 在粘性和不可压缩液体中颗粒运动缓慢，距离 容器壁和底无穷远，颗粒以恒速沉降； ▪ 颗粒与分散介质之间不发生滑动； ▪ 颗粒浓度<1%
粒度参数
（3）标准偏差 s (standard deviation)
lo gd 定义与计算
福克·沃德公式
s 8416 95 5
4
6.6
i
2i
标准方差描述颗粒均匀性评价标准
标准方差 <0.35 0.35~0.5 0.5~0.71 0.71~1.00 1.00~2.00 2.00~4.00 >4.00
9
粒度组成测定
② 测定原理 ＜筛析法＞
sieve or s用cre振en动a筛na将ly粉sis碎m的e岩th样od
分离：分离成不同粒径（di）范
围的颗粒；
用天平称出各筛中颗粒
称量：重量；
按
计算：颗
粒W的i 百w分wi i 含算10量出% 0 ，各即筛得中
岩石粒度组成。
10
粒度组成测定
＜沉降法settling method＞
➢ 陡峭段越靠右，颗粒直径越大，③ 、④比① 、 ②直径大；
18
粒度参数
❖粒度参数 —— 粒度组成特征的定量评价
▪ 不均匀系数 a
▪ 分选系数 S
▪ 标准偏差 s
评价颗粒分布的均匀程度
19
粒度参数
（1）不均匀系数a
(heterogeneity coefficient)
不均匀系数a: 累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径 之比： a＝d60／d10
分选等级 分选性极好
分选性好 分选性较好 分选性中等
分选性差 分选性很差 分选性极差
s 分选性越好 s=0 同一粒径。
22
粒度参数
❖ （4）粒径中值： ▪ 指粒度组成累积分布曲线上50%处对应的粒径， 它表示岩石粒度分布趋势。
❖ （5）平均粒径：
▪ 岩石颗粒直径的平均值，它表示岩石颗粒分布 和集中趋势的参数。
式中：d10—累积重量为 10％ 对应的平均粒径
d60—累积重量为60％ 对应的平均粒径
评价标准：a 越→1，颗粒越均
匀，分选越好
20
（2）分选系数S sorted coefficient
粒度参数
S d75 d 25
评价标准： S
（特拉斯克） 分选
1－2.5 好
2.5－4.5 中等
＞4.5 差
21
Mz d16
d50 3
d84
23
二、岩石的比面
❖1. 比面的概念 ▪ 比面：单位体积岩石内，骨架的总表面积； 单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。
S A/Vb
S—岩石比面，cm2／cm3，1／cm；
A—骨架的总表面积或孔隙总内表面积，cm2；
Vb—岩石外表体积，cm3。
砂岩 <950cm2／cm3 细砂岩 950—2300cm2／cm3 粉砂岩 >2300 cm2／cm3
一、岩石的粒度组成
❖ 粒度组成 granular metric composition：
▪ 指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般 以重量百分数表示，即：
Wi
wi 10% 0 wi
式中：Wi－颗粒含量； wi－直径为di 的那部分颗粒的含量
粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。
假设由半径为R的球按立方体排列组成一个边 长为4R的多孔介质立方体，则 8个球的表面积：s＝8×π×（2R）2 立方体体积：V＝（4R）3 立方体的比面：S＝s/V＝π／2R 即：S∝1／R
几百~几千
24
1. 比面的概念
❖ 其它定义
以岩石孔隙(pore)体积Vp为基准定义的比面Sp
Sp A/VP
以岩石骨架体积Vs为基准定义的比面Ss
Ss A/Vs
Vb
= Vs
+ Vp
25
1. 比面的概念
❖ 三种比面S、Ss、Sp之间的关系
定义： Vp /Vb
Vp Vb
Vs (1)Vb
SSp(1)Ss
❖ 适用于粒径较细（<37um或>400目），直径在 50～100um时有足够的精度，但用得少。
12
粒度组成平均粒径
❖ 筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平 均大小，即平均粒径
平均粒径计算：
1 di
1 2
1 d i
1 d i
di
式中： —— 粒级i的颗粒平均粒径； di’、di”—— 与粒级 i 相邻的前后两层筛子的 孔眼直径。
★比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。 比面越大，分散程度越大。
26
二、岩石的比面
（3）比面的实质
比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比， 比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。
反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的 大小。比面越大，吸附阻力越大。
反映岩石颗粒平均大小。
2.粒度组成的表示方法
曲线位置不同，岩石平均粒径不同
粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。
17
1
3
1
3
Gi
2
4 Gi
2
4
di(mm)
log(di)
➢ 尖峰越高，颗粒分布越均匀， ①比②均匀， ③比④均匀；
➢ 尖峰越靠右，颗粒直径越大， ③、④比① 、 ②直径大；
➢ 陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，①比②均匀， ③比④均匀；
d1 W1 W1/W W1/W
d2 W2 W2/W (W1+ W2)/W
••• ••• ••• •••
dn Wn Wn/W 1(ΣWi/W)
15
2.粒度组成的表示方法
❖ (2)作图法 ▪ 粒度组成分布曲线 ▪ 粒度组成累积分布曲线 ——求粒度参数
曲线峰越尖，岩石颗粒越Байду номын сангаас匀
曲线越陡，岩石颗粒越均匀16
13
粒度组成测定
❖ 直接测量法 ▪ ——极大颗粒岩样（辅助）
❖ 光学、电学、薄片及图象分析法（特殊岩样） ▪ —— 数量少、颗粒小、固结岩样
❖ 方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。
14
2.粒度组成的表示方法
❖ (1)数字列表法
颗粒 直径
颗粒 重量
粒度 组成
粒度累 积组成
di Wi Wi/W ΣWi/W
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一、岩石的粒度组成
（2）粒度组成测定 ① 测定方法
▪ 筛析法 —— 常规岩样（主要） ▪ 沉降法 —— 极小颗粒岩样（辅助） ▪ 直接测量法 —— 极大颗粒岩样（辅助） ▪ 光学、电学、薄片及图象分析法
方法选—择—：数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩 依据样颗粒大小和岩石致密程度。
岩石颗粒大小不同，其在液体中的沉降速度v不同。通 过测定各颗粒的沉降速度v，据斯托克Stokes公式可计算 颗粒大小：
颗粒粒径： v gd2 (r岩 1) 18g r液
d
18gv
gr s r L 1
式中：g－液体运动粘度；
g－重力加速度；
rs－颗粒密度； rL－液体密度。
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粒度组成测定
❖ 沉降法测量条件： ▪ 颗粒坚硬，具有光滑球形表面； ▪ 在粘性和不可压缩液体中颗粒运动缓慢，距离 容器壁和底无穷远，颗粒以恒速沉降； ▪ 颗粒与分散介质之间不发生滑动； ▪ 颗粒浓度<1%
粒度参数
（3）标准偏差 s (standard deviation)
lo gd 定义与计算
福克·沃德公式
s 8416 95 5
4
6.6
i
2i
标准方差描述颗粒均匀性评价标准
标准方差 <0.35 0.35~0.5 0.5~0.71 0.71~1.00 1.00~2.00 2.00~4.00 >4.00
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粒度组成测定
② 测定原理 ＜筛析法＞
sieve or s用cre振en动a筛na将ly粉sis碎m的e岩th样od
分离：分离成不同粒径（di）范
围的颗粒；
用天平称出各筛中颗粒
称量：重量；
按
计算：颗
粒W的i 百w分wi i 含算10量出% 0 ，各即筛得中
岩石粒度组成。
10
粒度组成测定
＜沉降法settling method＞
➢ 陡峭段越靠右，颗粒直径越大，③ 、④比① 、 ②直径大；
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粒度参数
❖粒度参数 —— 粒度组成特征的定量评价
▪ 不均匀系数 a
▪ 分选系数 S
▪ 标准偏差 s
评价颗粒分布的均匀程度
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粒度参数
（1）不均匀系数a
(heterogeneity coefficient)
不均匀系数a: 累积分布曲线上两个重量百分数对应的粒径 之比： a＝d60／d10
分选等级 分选性极好
分选性好 分选性较好 分选性中等
分选性差 分选性很差 分选性极差
s 分选性越好 s=0 同一粒径。
22
粒度参数
❖ （4）粒径中值： ▪ 指粒度组成累积分布曲线上50%处对应的粒径， 它表示岩石粒度分布趋势。
❖ （5）平均粒径：
▪ 岩石颗粒直径的平均值，它表示岩石颗粒分布 和集中趋势的参数。
式中：d10—累积重量为 10％ 对应的平均粒径
d60—累积重量为60％ 对应的平均粒径
评价标准：a 越→1，颗粒越均
匀，分选越好
20
（2）分选系数S sorted coefficient
粒度参数
S d75 d 25
评价标准： S
（特拉斯克） 分选
1－2.5 好
2.5－4.5 中等
＞4.5 差
21
Mz d16
d50 3
d84
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二、岩石的比面
❖1. 比面的概念 ▪ 比面：单位体积岩石内，骨架的总表面积； 单位体积岩石内，孔隙的总内表面积。
S A/Vb
S—岩石比面，cm2／cm3，1／cm；
A—骨架的总表面积或孔隙总内表面积，cm2；
Vb—岩石外表体积，cm3。
砂岩 <950cm2／cm3 细砂岩 950—2300cm2／cm3 粉砂岩 >2300 cm2／cm3
一、岩石的粒度组成
❖ 粒度组成 granular metric composition：
▪ 指构成砂岩的各种大小颗粒的含量组成。一般 以重量百分数表示，即：
Wi
wi 10% 0 wi
式中：Wi－颗粒含量； wi－直径为di 的那部分颗粒的含量
粒度组成可定量表征岩石颗粒的大小和分布特征。
假设由半径为R的球按立方体排列组成一个边 长为4R的多孔介质立方体，则 8个球的表面积：s＝8×π×（2R）2 立方体体积：V＝（4R）3 立方体的比面：S＝s/V＝π／2R 即：S∝1／R
几百~几千
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1. 比面的概念
❖ 其它定义
以岩石孔隙(pore)体积Vp为基准定义的比面Sp
Sp A/VP
以岩石骨架体积Vs为基准定义的比面Ss
Ss A/Vs
Vb
= Vs
+ Vp
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1. 比面的概念
❖ 三种比面S、Ss、Sp之间的关系
定义： Vp /Vb
Vp Vb
Vs (1)Vb
SSp(1)Ss
❖ 适用于粒径较细（<37um或>400目），直径在 50～100um时有足够的精度，但用得少。
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粒度组成平均粒径
❖ 筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平 均大小，即平均粒径
平均粒径计算：
1 di
1 2
1 d i
1 d i
di
式中： —— 粒级i的颗粒平均粒径； di’、di”—— 与粒级 i 相邻的前后两层筛子的 孔眼直径。
★比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。 比面越大，分散程度越大。
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二、岩石的比面
（3）比面的实质
比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比， 比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。
反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的 大小。比面越大，吸附阻力越大。
反映岩石颗粒平均大小。
2.粒度组成的表示方法
曲线位置不同，岩石平均粒径不同
粒度组成曲线可定性表征岩石颗粒的分布特征。
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1
3
1
3
Gi
2
4 Gi
2
4
di(mm)
log(di)
➢ 尖峰越高，颗粒分布越均匀， ①比②均匀， ③比④均匀；
➢ 尖峰越靠右，颗粒直径越大， ③、④比① 、 ②直径大；
➢ 陡峭段越陡，颗粒分布越均匀，①比②均匀， ③比④均匀；
d1 W1 W1/W W1/W
d2 W2 W2/W (W1+ W2)/W
••• ••• ••• •••
dn Wn Wn/W 1(ΣWi/W)
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2.粒度组成的表示方法
❖ (2)作图法 ▪ 粒度组成分布曲线 ▪ 粒度组成累积分布曲线 ——求粒度参数
曲线峰越尖，岩石颗粒越Байду номын сангаас匀
曲线越陡，岩石颗粒越均匀16
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粒度组成测定
❖ 直接测量法 ▪ ——极大颗粒岩样（辅助）
❖ 光学、电学、薄片及图象分析法（特殊岩样） ▪ —— 数量少、颗粒小、固结岩样
❖ 方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。
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2.粒度组成的表示方法
❖ (1)数字列表法
颗粒 直径
颗粒 重量
粒度 组成
粒度累 积组成
di Wi Wi/W ΣWi/W