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雜,這些成因特點常常會在沉積巖的結(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,同時也是沉積成因分析的重要標志。
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集空間。而孔隙的存在及其形成、發(fā)育特點,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)分析是儲集層地質(zhì)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(zhì),必須研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)。儲集層的孔隙結(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??紫稙橄到y(tǒng)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(tǒng)中滲流時,將要經(jīng)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(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)是影響儲集巖的儲集能力和滲透特征的主要因素??紫督Y(jié)構(gòu)實質(zhì)上是巖石的微觀物理性質(zhì)。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(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(tǒng)中或通過巖石孔隙系統(tǒng)滲流時,必須會發(fā)生毛細管現(xiàn)象,產(chǎn)生一個指向非潤濕相流體內(nèi)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(guān),簡單的數(shù)學表達式如:Pc=2δcosθ/rc
壓汞法就是根據(jù)這種毛細管現(xiàn)象的原理設(shè)計的。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(相當于毛細管壓力)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(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。運用這兩張圖可對巖石的孔隙結(jié)構(gòu)進行分類評價。定量描述孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)有以下幾個:
(1)排驅(qū)(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(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??缀戆霃降募蟹秶c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(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(jié)構(gòu)越好;反之,則越差。當巖樣喉道半徑接近正態(tài)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(shù)(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(shù),稱為最小非飽和孔隙體積百分數(shù)。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(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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