岩石中的孔隙及其意义

张涛

摘 要：孔隙是岩石中未被固体充填的部分，自然界的中岩石都含有一定量的孔隙。孔隙可以影响岩石的多种物理性质，特别是孔隙提供了碳氢化合物的储存空间，是形成油气藏的必要条件。不同性质的岩石其孔隙度各不相同，一般而言沉积岩的孔隙度最高。深入研究岩石的孔隙结构特征可以更好地发挥油气层的产能和提高油气采收率。

关键词：岩石 孔隙 储层

中图分类号：TU45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0053-02

1 什么是孔隙

尽管岩石看起来坚硬又致密，但在显微镜下观察岩石时，可以看到绝大多数岩石都发育大量的孔隙。从材料力学来看，岩石是一种天然的多孔材料。岩石内部有大量形态各异、不同大小和成因的空隙，这些空隙就称为岩石的孔隙。岩石中的孔隙对岩石各个方面的物理性质产生重要的影响。例如：随着孔隙的增多，岩石的强度可能会下降，流体更容易通过岩石；更重要的是岩石孔隙的多少，决定了岩石储存流体的能力。广义的孔隙是指岩石中未被固体物质充填的空间部分，即储集空间，有人亦称其为空隙，包括各种类型的孔隙（狭义的）、裂缝和溶洞。其中狭义的孔隙是指岩石中颗粒（晶粒）间、颗粒（晶粒）内和填隙物内的空隙。自然界中所有的岩石或多或少都具有孔隙。

2 岩石中孔隙的类型

岩石中存在各种各样的孔隙，根据不同的方案可以将孔隙划分为不同的类型。按照成因来讲主要可以分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝。原生孔隙指沉积物沉积后，成岩作用之前或同时所形成的孔隙，形状规则，大小相近，分布均匀。次生孔隙指成岩作用后，各种流体可能会增强岩石的总孔隙度，作用可能包含溶蚀、重结晶等。裂缝指成岩作用或构造作用下形成的孔隙。

按照孔隙的大小又可以分为大孔、介孔和微孔。大孔是指直径大于50nm的孔；介孔是指直径大于2nm且小于50nm的孔；微孔是指直径小于2nm的孔，图1，图2所示[1]。

在石油天然气勘探中分为有效孔隙和无效孔隙。有效孔隙的孔隙间互相连通，流体在自然条件下可在其中流动的孔隙空间。无效孔隙指岩石中那些孤立而互不连通的孔隙及微毛细管孔隙。在石油天然气开采中，只有相互连通的孔隙才具有实际生产意义[2]。而那些孤立的互不连通的孔隙，油气无法运移到其中的空间，即使其中储存有一定量的油气，一般也不能被开采出来，所以这类孔隙是没有实际意义的，称为无效孔隙。

3 绝对孔隙度和有效孔隙度

岩石中未被碎屑物质或填隙物充填的空间与岩石总体积之比，称为岩石的绝对孔隙度。孔隙度是表征岩石的孔隙部分的物理量，定义为孔隙的体积与岩石总体积的比率，用百分数表示为0%～100%之间，可用下式表示：

（1）

式中，φt为总孔隙度（%），无量纲量；为岩石总孔隙体积，cm3；Vr为岩石总体积，cm3。有效孔隙度指的是能够容纳流体的孔隙的体积与岩石总体积的比率，这个数值在应用上更有意义。将开放孔所占体积与岩石总体积的比值定义为有效孔隙度，可用下式表示：

（2）

式中，φe为有效孔隙度（%），无量纲量；为有效孔隙体积，cm3；Vr为岩石总体积，cm3。

显然，同一岩石样品的有效孔隙度小于其總孔隙度。在实际生产中，一般是使用岩石的有效孔隙度。作为油气储集岩的有效孔隙度一般在5-30%之间，最常见者为10-25%[3]。

不同类型岩石的孔隙度具有较大的差异性。我们见到的岩石按照成因分类可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。简单来说，火成岩是由熔岩或岩浆冷却后凝固而成的岩石。沉积岩是在地表不太深的地方，将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。变质岩是原岩受到热和压力的作用，改变其内部的物理和化学性质形成的岩石。相对来说火成岩往往具有低孔隙度，而变质岩和沉积岩则具有较高的孔隙度。由于大部分火成岩在高温高压下形成，花岗岩和玄武岩等火成岩的孔隙空间非常有限。然而，在冷却过程中，某些火成岩颗粒会收缩而导致开裂。如花岗岩的孔隙度在0.4%～1.5%之间。但像砂岩这样的沉积岩具有较高孔隙度，因为沙粒不能很紧密的挨在一起，所以砂岩可以有高达20%的孔隙度。这意味着只有80%是坚硬的岩石，20%是含有石油、天然气或水的开放空间。因此，即使我们日常生活中感受到砂岩非常坚硬，看起来非常致密，它实际上非常像海绵（是非常坚硬，不可压缩的海绵）。在沙粒之间，存在足够的空间储存像石油或天然气这样的流体。

4 结语

看似坚硬致密的岩石中的孔隙在现代石油天然气勘探中具有重要的意义。特别是21世纪以来，页岩气的迅猛发展促进了一大批研究孔隙与孔隙结构的新方法和技术，使得对泥页岩中的孔隙结构和类型有了新的认识。

参考文献

[1] Guo H， He R， Jia W， et al. Pore characteristics of lacustrine shale within the oil window in the Upper Triassic Yanchang Formation， southeastern Ordos Basin， China[J]. Marine and Petroleum Geology，2018（91）：279-296.

[2] 陈杰，周改英，赵喜亮，等.储层岩石孔隙结构特征研究方法综述[J]. 特种油气藏，2005（4）： 11-14.

[3] 纪友亮. 油气储层地质学[M]. 东营： 中国石油大学出版社， 2016： 1-313.