岩石力学3第二章 岩石的组成与岩石的物理性质

岩石的孔隙度(率)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V总由基 质的体和V基和孔隙体积V孔两部分组成，则岩石的孔 隙度φ表示为：
上式中，φ值为无因次量，称为绝对孔隙度。
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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 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。
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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1%，会导致岩石弹性 参数变化10倍，或者更多，也会导致岩石渗透率发生几 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、 矿物得以富集的前提。
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一、岩石的孔隙度
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渗透率的单位是达西，它的物理意义是孔隙介质 允许粘度为1厘泊的流体，在压力梯度为1大气压/厘米 的作用下，通过载面面积为1厘米2的流量为1厘米3/秒， 此时孔隙介质的渗透率称为1达西。 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 的渗透率从3.4~0.00007 达西，对应用的孔隙度由 37%~3%。
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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 实验表现人工砂体单位面积水流的体积变化率Q/A与 进口和出口两个端面间的水头差△ H成正比，而与砂 体的长度成反比。即：
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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K改写为K/μ、 μ为流体的粘 度，K为表征岩石性质的系数，即渗透率，就可以了。 后来经进一步修正，得到达西定律的通式为：
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上式中：
Q为通过孔隙介质的流量，厘米3/秒； A为流体通过的横断面积，厘米2； U为流体的粘度，厘泊； K为岩石的渗透率，达西；
dp/dx为单位长度上的压力降，大气压/厘米。
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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；
（2）渗滤介质中只存在一种流体。
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 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 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岩石； 而把流体难于在其中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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， 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。
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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 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Kr 岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。
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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。 在油层温度和压力下，岩石孔隙间中的流体是按一定 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 体积百分数，称为该流体的饱和度。
板岩(片状结构)
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灰色大理岩(结晶结构)
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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 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。 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。 不同胶结物的联结强度不同：硅质>铁质>钙质>泥质。
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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 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 相对渗透率的概念。
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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 发生物理化学反应，在压力作用下岩石允许该种流体 所通过能力的大小。
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第三节 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、
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 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 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， 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 和流动的孔隙流体组成的多相体。
结晶沉积岩的结构是由沉 积过程中生成的晶体决定的， 晶体形成一种紧密排列结构， 没有孔隙，如岩盐，它不能成 为生油、储油层，但却是油气
层的很好的盖层。
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岩盐
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3、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 的分离作用而造成的明暗矿物间互带。
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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φ有效、V连通分别 表示岩石的有效孔隙度和连通孔隙体积，则：
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实际储层岩石孔隙度值的范围如下：
砂岩孔隙度：1-30%，它取决于砂岩的性质及其 胶结状态。
第二节 岩石的结构特点及其对强度的影响
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
晶的时间越长，形成的晶体越大。
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2、沉积岩的结构
有两种：一是碎屑结构， 二是结晶结构(化学岩)。
碎屑岩是由单个颗粒通过 胶结物胶结而成的，其中有大 量的孔隙，常见的胶结物有钙 质和硅质两种。
石灰岩和白云岩孔隙度：0.5-28%。 粘土或页岩孔隙度：0.4-15%，它取决于粘土（或 页岩）的成因和埋藏深度。
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按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准为： φ<５％ 5%<φ<10% 10%<φ<20% φ>20% 极差储层 差储层 良好储层 特好储层
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