巖石力學(xué)3第二章巖石的組成與巖石的物理性質(zhì)ppt課件.ppt

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1、第二節(jié)巖石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對強(qiáng)度的影響一、巖石的結(jié)構(gòu)1、火成巖的結(jié)構(gòu)，是由礦物晶體組成的，巖漿冷卻結(jié)晶的時(shí)間越長，形成的晶體越大。2021/8/1212、沉積巖的結(jié)構(gòu)有兩種：一是碎屑結(jié)構(gòu)，二是結(jié)晶結(jié)構(gòu)(化學(xué)巖)。碎屑巖是由單個(gè)顆粒通過膠結(jié)物膠結(jié)而成的，其中有大量的孔隙，常見的膠結(jié)物有鈣質(zhì)和硅質(zhì)兩種。結(jié)晶沉積巖的結(jié)構(gòu)是由沉積過程中生成的晶體決定的，晶體形成一種緊密排列結(jié)構(gòu)，沒有孔隙，如巖鹽，它不能成為生油、儲(chǔ)油層，但卻是油氣層的很好的蓋層。巖鹽2021/8/1223、變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)，有片狀結(jié)構(gòu)和非片狀結(jié)構(gòu)兩種。片狀結(jié)構(gòu)是在高溫高壓下，由重結(jié)晶作用和各種礦物的分離作用而造成的明暗礦物間互帶。板巖(片

2、狀結(jié)構(gòu))灰色大理巖(結(jié)晶結(jié)構(gòu))2021/8/123二、巖石的強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度主要取決于礦物強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)形式、巖石的結(jié)構(gòu)和整個(gè)構(gòu)造。對于火成巖、變質(zhì)巖、化學(xué)沉積巖來說，化學(xué)結(jié)構(gòu)連結(jié)起主要作用，因此，其組成礦物的強(qiáng)度越大，巖石的強(qiáng)度就越大。對于碎屑沉積巖來說，其膠結(jié)物對強(qiáng)度影響程序最大，即其強(qiáng)度主要取決于礦物顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。不同膠結(jié)物的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不同：硅質(zhì)>鐵質(zhì)>鈣質(zhì)>泥質(zhì)。2021/8/124第三節(jié)巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì)是指巖石的孔隙度、滲透率、可壓縮性、導(dǎo)電性、傳熱性的總稱。巖石的物理性質(zhì)與其力學(xué)性質(zhì)密不可分，因此，研究巖石的物理性質(zhì)是巖石力學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。巖石是由固體的礦物和礦

3、物顆粒之間的孔隙組成的，孔隙中通常有孔隙流體存在。在砂巖的掃描電子顯微鏡照片，我們可以清楚地看到砂巖中的石英顆粒，并且還可以看到石英顆粒之間存在著流體流通的網(wǎng)絡(luò)。巖石正是這樣一種特殊的多孔介質(zhì)，一種由固體礦物和流動(dòng)的孔隙流體組成的多相體。2021/8/1252021/8/126孔隙流體的存在，對巖石性質(zhì)有普極其重要的影響。例如，巖石中孔隙體積增加1%，會(huì)導(dǎo)致巖石彈性參數(shù)變化10倍，或者更多，也會(huì)導(dǎo)致巖石滲透率發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級的變化。巖石內(nèi)部孔隙及孔隙流體的存在，是石油得以生成、礦物得以富集的前提。2021/8/127一、巖石的孔隙度巖石的孔隙度(率)是巖石孔隙的總體積與巖石總體積之比，常用百分

4、數(shù)表示。巖石的總體積V總由基質(zhì)的體和V基和孔隙體積V孔兩部分組成，則巖石的孔隙度φ表示為：上式中，φ值為無因次量，稱為絕對孔隙度。2021/8/1282021/8/129在油田開發(fā)中，參與滲流的連通孔隙才是有效的，對于那些封閉孔隙，盡管其中有油氣儲(chǔ)存，但是很難開采出來，因此稱為無效孔隙。這樣就把孔隙度分為有效孔隙度和無效孔隙度兩種。2021/8/1210巖石的有效孔隙度，是指巖石中有效孔隙的體積與巖石總體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。有效孔隙體積是指參與滲流的連通孔隙體積，以φ有效、V連通分別表示巖石的有效孔隙度和連通孔隙體積，則：2021/8/1211實(shí)際儲(chǔ)層巖石孔隙度值的范圍如下：砂巖孔隙度：

5、1-30%，它取決于砂巖的性質(zhì)及其膠結(jié)狀態(tài)。石灰?guī)r和白云巖孔隙度：0.5-28%。粘土或頁巖孔隙度：0.4-15%，它取決于粘土（或頁巖）的成因和埋藏深度。2021/8/1212按照孔隙度值來劃分或評價(jià)儲(chǔ)集層，其標(biāo)準(zhǔn)為：φ<５％　　　極差儲(chǔ)層5%<φ<10%差儲(chǔ)層10%<φ<20%良好儲(chǔ)層φ>20%特好儲(chǔ)層2021/8/1213二、巖石的滲透性在壓力作用下，巖石允許流體通過的性質(zhì)稱為巖石的滲透性。習(xí)慣上人們常常把那些在地層壓力條件下流體比較容易地沿著連通的孔隙、喉道、裂縫、溶洞流動(dòng)的巖石，例如砂巖、裂縫性碳酸鹽巖稱為滲透性巖石；而把流體難于在其中流動(dòng)的巖石、粘土或頁巖、石膏、巖鹽等稱為非滲透

6、性巖石。但是這種提法是不嚴(yán)格的，因?yàn)橐环矫鏉B透是有條件的，另一方面同一種巖石的滲透能力也是不斷變化的。2021/8/1214最先研究巖石滲濾能力大小這一現(xiàn)象的是法國工程師達(dá)西。他利用人工砂體研究了水的滲濾。達(dá)西的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)人工砂體單位面積水流的體積變化率Q/A與進(jìn)口和出口兩個(gè)端面間的水頭差△H成正比，而與砂體的長度成反比。即：2021/8/1215后來的研究者發(fā)現(xiàn)，達(dá)西定律可以應(yīng)用于其它流體，把上式中的比例常數(shù)K改寫為K/μ、μ為流體的粘度，K為表征巖石性質(zhì)的系數(shù)，即滲透率，就可以了。后來經(jīng)進(jìn)一步修正，得到達(dá)西定律的通式為：2021/8/1216上式中：Q為通過孔隙介質(zhì)的流量，厘米3/秒；A為

7、流體通過的橫斷面積，厘米2；U為流體的粘度，厘泊；K為巖石的滲透率，達(dá)西；dp/dx為單位長度上的壓力降，大氣壓/厘米。2021/8/1217達(dá)西定律成立的前提條件是：（1）假設(shè)流體與巖石之間不發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)；（2）滲濾介質(zhì)中只存在一種流體。2021/8/1218滲透率的單位是達(dá)西，它的物理意義是孔隙介質(zhì)允許粘度為1厘泊的流體，在壓力梯度為1大氣壓/厘米的作用下，通過載面面積為1厘米2的流量為1厘米3/秒，