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碎屑岩的结构和孔隙结构

人气:212 评论:0 日期:2017-4-12 10:06:14 标签:全部

碎屑岩的结构组分包括碎屑颗粒、填隙物和孔隙。因此碎屑岩的结构就应包括碎屑颗粒的结构、杂基、胶结物和孔隙结构,以及它们之间的关系等诸方面的特征。

 

碎屑岩的成因十分复杂,这些成因特点常常会在沉积岩的结构上有所反映。因此,结构在沉积岩的研究中除可作为鉴别、描述、分类命名的依据以外,同时也是沉积成因分析的重要标志。

 

碎屑沉积的原始结构中可以存在大量的粒间孔隙,如天然砂的孔隙度可为35~40%,这一特点也是碎屑岩在结构上与结晶岩的重要区别。在结晶岩中很少,甚至完全没有孔隙。碎屑颗粒的粒间孔隙可能被杂基所充填,也可由于粒间水的循环和沉淀,形成大量胶结物,从而减少甚至最终填满孔隙。这些填隙作用除部分出现在沉积—同生期外,大部分发生在碎屑沉积物固结成岩过程中。

 

碎屑岩的孔隙是碎屑岩中油气的主要储集空间。而孔隙的存在及其形成、发育特点,除与组分的类型和性质有关外,主要依赖于碎屑颗粒的形状、大小、分选性及填集方式。因此碎屑岩的结构分析是储集层地质研究中必不可少的部分。

 

对于评价渗透率较高的储集层是适用的。而对于低渗透性储集层(渗透率小于0.987×10-3μm2),仅利用孔隙度和渗透率就无法正确评价储集层的性质,必须研究岩石的孔隙结构。储集层的孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。岩石的孔隙系统由孔隙和喉道两部分组成。孔隙为系统中的膨大部分,连通孔隙的细小部分称为喉道 。油气水在储集层复杂的孔隙系统中渗流时,将要经过一系列交替着的孔隙和喉道。


无论在二次运移过程中石油驱替岩石中的水,还是在开采过程中石油从孔隙介质中被驱替出来,其渗流均受到流体通道中断面最小的部分(即喉道)所控制。显然,喉道的大小和分布,以及它们的几何形态是影响储集岩的储集能力和渗透特征的主要因素。孔隙结构实质上是岩石的微观物理性质。它能较深入而细致地揭示岩石的储渗特征。确定喉道的大小和分布是研究岩石孔隙结构的中心问题。


测定岩石孔隙结构的方法很多,有压汞法、孔隙铸体法、半渗透隔板法、离心机法、蒸气压力法等等。目前我国主要采用压汞法,并取得了较好的效果。


由于岩石的孔喉细小,当两种或两种以上互不相溶的流体同处于岩石孔隙系统中或通过岩石孔隙系统渗流时,必须会发生毛细管现象,产生一个指向非润湿相流体内部的毛细管压力,毛细管压力(Pc)的大小与毛细管(喉道)半径(rc)、界面张力(δ)和润湿角(θ)有关,简单的数学表达式如:Pc=2δcosθ/rc


压汞法就是根据这种毛细管现象的原理设计的。在不同的压力下,把非润湿相的汞压入岩石孔隙系统中,根据所加压力(相当于毛细管压力)与注入岩石的汞量,绘出压力与汞饱和度关系曲线,这种曲线称为毛细管压力曲线或压汞曲线 。再按上述公式可计算岩石孔喉等效半径,结合事先测得的岩石总孔隙度资料,就可作出孔喉等效半径分布。运用这两张图可对岩石的孔隙结构进行分类评价。定量描述孔隙结构的参数有以下几个:


(1)排驱(替)压力(Pd):是指压汞实验中汞开始大量注入岩样的压力。换言之,是非润湿相开始注入岩样中最大的连通喉道的毛细管压力。在毛细管压力曲线上压力最小的拐点(图中A)所对应的压力即为排驱压力。岩石排驱压力越小,说明大孔喉越多,孔隙结构越好;反之,孔隙结构就越差。


(2)孔喉半径集中范围与百分含量:利用孔隙等效半径分布图,可选取孔喉半径集中范围,计算出它的百分含量。在毛细管压力曲线上,曲线平坦段位置越低,说明集中的孔喉越粗;平坦段越长,说明集中的孔喉的百分含量越大。孔喉半径的集中范围与百分含量反映了孔喉半径的粗细程度和分选性。孔喉越粗,分选性越好,其孔隙结构越好。


(3)饱和度中值压力(Pc50):是指非润湿相饱和度为50%时对应的毛细管压力。与(Pc50)相对应的喉道半径,称为饱和度中值喉道半径(r50),简称中值半径。Pc50越低,r50越大,则岩石孔隙结构越好;反之,则越差。当岩样喉道半径接近正态分布时,r50可粗略地视为平均喉道半径。


(4)最小非饱和孔隙体积百分数(Smin%):当注入汞的压力达到仪器的最高压力时,仍没有被汞侵入的孔隙体积百分数,称为最小非饱和孔隙体积百分数。这个值与仪器的最高压力,岩石的润湿性、岩石颗粒大小、均一程度、胶结类型、孔隙度和渗透率等都有密切关系,它不总是代表束缚水饱和度。在不同条件下,Smin%的测试值可在0-100%之间变化。为了便于对比,一般将小于0.04μm的孔隙都称为束缚孔隙,束缚孔隙一般为水所占据。束缚孔隙含量愈大,储集层的渗流性能就越差。


由上述可知,岩石的排驱(替)压力越低,孔喉半径越大,分选性越好,束缚水孔隙度越低,则说明岩石的孔隙结构好,有利于油气的储存和渗滤;反之,孔隙结构则差,不利于油气渗滤。


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