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碎屑巖的結構和孔隙結構

人氣:245 評論:0 日期:2017-4-12 10:06:14 標簽:全部

碎屑巖的結構組分包括碎屑顆粒、填隙物和孔隙。因此碎屑巖的結構就應包括碎屑顆粒的結構、雜基、膠結物和孔隙結構,以及它們之間的關系等諸方面的特征。

 

碎屑巖的成因十分復雜,這些成因特點常常會在沉積巖的結構上有所反映。因此,結構在沉積巖的研究中除可作為鑒別、描述、分類命名的依據以外,同時也是沉積成因分析的重要標志。

 

碎屑沉積的原始結構中可以存在大量的粒間孔隙,如天然砂的孔隙度可為35~40%,這一特點也是碎屑巖在結構上與結晶巖的重要區別。在結晶巖中很少,甚至完全沒有孔隙。碎屑顆粒的粒間孔隙可能被雜基所充填,也可由于粒間水的循環和沉淀,形成大量膠結物,從而減少甚至最終填滿孔隙。這些填隙作用除部分出現在沉積—同生期外,大部分發生在碎屑沉積物固結成巖過程中。

 

碎屑巖的孔隙是碎屑巖中油氣的主要儲集空間。而孔隙的存在及其形成、發育特點,除與組分的類型和性質有關外,主要依賴于碎屑顆粒的形狀、大小、分選性及填集方式。因此碎屑巖的結構分析是儲集層地質研究中必不可少的部分。

 

對于評價滲透率較高的儲集層是適用的。而對于低滲透性儲集層(滲透率小于0.987×10-3μm2),僅利用孔隙度和滲透率就無法正確評價儲集層的性質,必須研究巖石的孔隙結構。儲集層的孔隙結構是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關系。巖石的孔隙系統由孔隙和喉道兩部分組成。孔隙為系統中的膨大部分,連通孔隙的細小部分稱為喉道 。油氣水在儲集層復雜的孔隙系統中滲流時,將要經過一系列交替著的孔隙和喉道。


無論在二次運移過程中石油驅替巖石中的水,還是在開采過程中石油從孔隙介質中被驅替出來,其滲流均受到流體通道中斷面最小的部分(即喉道)所控制。顯然,喉道的大小和分布,以及它們的幾何形態是影響儲集巖的儲集能力和滲透特征的主要因素。孔隙結構實質上是巖石的微觀物理性質。它能較深入而細致地揭示巖石的儲滲特征。確定喉道的大小和分布是研究巖石孔隙結構的中心問題。


測定巖石孔隙結構的方法很多,有壓汞法、孔隙鑄體法、半滲透隔板法、離心機法、蒸氣壓力法等等。目前我國主要采用壓汞法,并取得了較好的效果。


由于巖石的孔喉細小,當兩種或兩種以上互不相溶的流體同處于巖石孔隙系統中或通過巖石孔隙系統滲流時,必須會發生毛細管現象,產生一個指向非潤濕相流體內部的毛細管壓力,毛細管壓力(Pc)的大小與毛細管(喉道)半徑(rc)、界面張力(δ)和潤濕角(θ)有關,簡單的數學表達式如:Pc=2δcosθ/rc


壓汞法就是根據這種毛細管現象的原理設計的。在不同的壓力下,把非潤濕相的汞壓入巖石孔隙系統中,根據所加壓力(相當于毛細管壓力)與注入巖石的汞量,繪出壓力與汞飽和度關系曲線,這種曲線稱為毛細管壓力曲線或壓汞曲線 。再按上述公式可計算巖石孔喉等效半徑,結合事先測得的巖石總孔隙度資料,就可作出孔喉等效半徑分布。運用這兩張圖可對巖石的孔隙結構進行分類評價。定量描述孔隙結構的參數有以下幾個:


(1)排驅(替)壓力(Pd):是指壓汞實驗中汞開始大量注入巖樣的壓力。換言之,是非潤濕相開始注入巖樣中最大的連通喉道的毛細管壓力。在毛細管壓力曲線上壓力最小的拐點(圖中A)所對應的壓力即為排驅壓力。巖石排驅壓力越小,說明大孔喉越多,孔隙結構越好;反之,孔隙結構就越差。


(2)孔喉半徑集中范圍與百分含量:利用孔隙等效半徑分布圖,可選取孔喉半徑集中范圍,計算出它的百分含量。在毛細管壓力曲線上,曲線平坦段位置越低,說明集中的孔喉越粗;平坦段越長,說明集中的孔喉的百分含量越大。孔喉半徑的集中范圍與百分含量反映了孔喉半徑的粗細程度和分選性。孔喉越粗,分選性越好,其孔隙結構越好。


(3)飽和度中值壓力(Pc50):是指非潤濕相飽和度為50%時對應的毛細管壓力。與(Pc50)相對應的喉道半徑,稱為飽和度中值喉道半徑(r50),簡稱中值半徑。Pc50越低,r50越大,則巖石孔隙結構越好;反之,則越差。當巖樣喉道半徑接近正態分布時,r50可粗略地視為平均喉道半徑。


(4)最小非飽和孔隙體積百分數(Smin%):當注入汞的壓力達到儀器的最高壓力時,仍沒有被汞侵入的孔隙體積百分數,稱為最小非飽和孔隙體積百分數。這個值與儀器的最高壓力,巖石的潤濕性、巖石顆粒大小、均一程度、膠結類型、孔隙度和滲透率等都有密切關系,它不總是代表束縛水飽和度。在不同條件下,Smin%的測試值可在0-100%之間變化。為了便于對比,一般將小于0.04μm的孔隙都稱為束縛孔隙,束縛孔隙一般為水所占據。束縛孔隙含量愈大,儲集層的滲流性能就越差。


由上述可知,巖石的排驅(替)壓力越低,孔喉半徑越大,分選性越好,束縛水孔隙度越低,則說明巖石的孔隙結構好,有利于油氣的儲存和滲濾;反之,孔隙結構則差,不利于油氣滲濾。


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