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碎屑巖的結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)

發(fā)布時(shí)間:2020-08-18人氣:1105

碎屑巖的結(jié)構(gòu)組分包括碎屑顆粒、填隙物和孔隙。因此碎屑巖的結(jié)構(gòu)就應(yīng)包括碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)、雜基、膠結(jié)物和孔隙結(jié)構(gòu),以及它們之間的關(guān)系等諸方面的特征。

 

碎屑巖的成因十分復(fù)雜,這些成因特點(diǎn)常常會(huì)在沉積巖的結(jié)構(gòu)上有所反映。因此,結(jié)構(gòu)在沉積巖的研究中除可作為鑒別、描述、分類命名的依據(jù)以外,同時(shí)也是沉積成因分析的重要標(biāo)志。

 

碎屑沉積的原始結(jié)構(gòu)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(diǎn)也是碎屑巖在結(jié)構(gòu)上與結(jié)晶巖的重要區(qū)別。在結(jié)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(huán)和沉淀,形成大量膠結(jié)物,從而減少甚至最終填滿孔隙。這些填隙作用除部分出現(xiàn)在沉積—同生期外,大部分發(fā)生在碎屑沉積物固結(jié)成巖過程中。

 

碎屑巖的孔隙是碎屑巖中油氣的主要儲(chǔ)集空間。而孔隙的存在及其形成、發(fā)育特點(diǎn),除與組分的類型和性質(zhì)有關(guān)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(jié)構(gòu)分析是儲(chǔ)集層地質(zhì)研究中必不可少的部分。

 

對于評(píng)價(jià)滲透率較高的儲(chǔ)集層是適用的。而對于低滲透性儲(chǔ)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(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的性質(zhì),必須研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)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(guān)系。巖石的孔隙系統(tǒng)由孔隙和喉道兩部分組成。孔隙為系統(tǒng)中的膨大部分,連通孔隙的細(xì)小部分稱為喉道 。油氣水在儲(chǔ)集層復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)中滲流時(shí),將要經(jīng)過一系列交替著的孔隙和喉道。


無論在二次運(yùn)移過程中石油驅(qū)替巖石中的水,還是在開采過程中石油從孔隙介質(zhì)中被驅(qū)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(tài)是影響儲(chǔ)集巖的儲(chǔ)集能力和滲透特征的主要因素??紫督Y(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是巖石的微觀物理性質(zhì)。它能較深入而細(xì)致地揭示巖石的儲(chǔ)滲特征。確定喉道的大小和分布是研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)的中心問題。


測定巖石孔隙結(jié)構(gòu)的方法很多,有壓汞法、孔隙鑄體法、半滲透隔板法、離心機(jī)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(xì)小,當(dāng)兩種或兩種以上互不相溶的流體同處于巖石孔隙系統(tǒng)中或通過巖石孔隙系統(tǒng)滲流時(shí),必須會(huì)發(fā)生毛細(xì)管現(xiàn)象,產(chǎn)生一個(gè)指向非潤濕相流體內(nèi)部的毛細(xì)管壓力,毛細(xì)管壓力(Pc)的大小與毛細(xì)管(喉道)半徑(rc)、界面張力(δ)和潤濕角(θ)有關(guān),簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式如:Pc=2δcosθ/rc


壓汞法就是根據(jù)這種毛細(xì)管現(xiàn)象的原理設(shè)計(jì)的。在不同的壓力下,把非潤濕相的汞壓入巖石孔隙系統(tǒng)中,根據(jù)所加壓力(相當(dāng)于毛細(xì)管壓力)與注入巖石的汞量,繪出壓力與汞飽和度關(guān)系曲線,這種曲線稱為毛細(xì)管壓力曲線或壓汞曲線 。再按上述公式可計(jì)算巖石孔喉等效半徑,結(jié)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(yùn)用這兩張圖可對巖石的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。定量描述孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)有以下幾個(gè):


(1)排驅(qū)(替)壓力(Pd):是指壓汞實(shí)驗(yàn)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(xì)管壓力。在毛細(xì)管壓力曲線上壓力最小的拐點(diǎn)(圖中A)所對應(yīng)的壓力即為排驅(qū)壓力。巖石排驅(qū)壓力越小,說明大孔喉越多,孔隙結(jié)構(gòu)越好;反之,孔隙結(jié)構(gòu)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(jì)算出它的百分含量。在毛細(xì)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??缀戆霃降募蟹秶c百分含量反映了孔喉半徑的粗細(xì)程度和分選性。孔喉越粗,分選性越好,其孔隙結(jié)構(gòu)越好。


(3)飽和度中值壓力(Pc50):是指非潤濕相飽和度為50%時(shí)對應(yīng)的毛細(xì)管壓力。與(Pc50)相對應(yīng)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(jié)構(gòu)越好;反之,則越差。當(dāng)巖樣喉道半徑接近正態(tài)分布時(shí),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?jǐn)?shù)(Smin%):當(dāng)注入汞的壓力達(dá)到儀器的最高壓力時(shí),仍沒有被汞侵入的孔隙體積百分?jǐn)?shù),稱為最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)。這個(gè)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(jié)類型、孔隙度和滲透率等都有密切關(guān)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(jù)。束縛孔隙含量愈大,儲(chǔ)集層的滲流性能就越差。


由上述可知,巖石的排驅(qū)(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(jié)構(gòu)好,有利于油氣的儲(chǔ)存和滲濾;反之,孔隙結(jié)構(gòu)則差,不利于油氣滲濾。


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