Лекция 1 введение




НазваниеЛекция 1 введение
страница2/13
Дата публикации23.05.2013
Размер1.46 Mb.
ТипЛекция
litcey.ru > Физика > Лекция
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

^ Первая группа характеризуется размерами частиц 1-0.1 мм; вторая - 0.1-«-0.01 мм и третья содержит частицы размером меньше 0.01 мм. Согласно этой классификации, породы, содержащие по 50-80% частиц соответствующей группы, относятся соответственно к псаммитам, алевритам или пелитам,.

Надо заметить, что для сцементированных пород (а коллекторы нефти и газа чаще всего таковыми и являются) гранулометрический состав в определенной сте­пени условен. Это связано с тем, что в процессе разрушения исходной породы возможно разрушение и какой-то доли частиц, составляющих породу. Часть же частиц может составлять некие агрегаты, что вносит определенную ошибку в оценку гранулометрического состава. Поэтому при изучении литолого-петрографической характеристики и других свойств сцементированных пород обыч­но проводят микроскопические исследования шлифов. Тем не менее, гранулометри­ческий состав определяют и при помощи ситового и седиментометрического анали­за.

Ситовой анализ

enPOBiaiii!, <иштя . прид«еняют .для определения, содержания . фракций частиц раз­мером от |Ц05 до 6-7 мм. Для определения механического состава пород берут

7

навеску образца около 50 г, тщательно проэкстрагированного и высушенного при температуре 107 °С до постоянной массы. Просеивание проводят в течение 15 мин. Для определения процентного содержания полученных фракций в исследуемом об­разце осуществляют их взвешивание. Погрешность оценки не должна превышать 1-2%.

Седиментометрический анализ

Для определения содержания в исследуемых образцах фракций с размером частиц менее 0,053-0,074 мм применяют седиментометирческий анализ. При этом используют фракцию песка, прошедшего самое мелкое сито.

Седиментометирческий анализ основан на измерении скорости оседания час­тиц дисперсной фазы в дисперсионной среде по закону Стокса.

Исходя из основных уравнений гидродинамики, ^ Стоке установил, что ско­рость падения твердых частиц сферической форумы, в жидкости равна:/

18vU>, J

где д -ускорение свободного падения, см/с2; d - диаметр частиц, см; V - скорость движения частиц, см/с; v - кинематическая вязкость жидкости, см2/с; р, pj - плотность вещества частиц и плотность жидкости, г/см3.

При выводе формулы Стоксом было сделано несколько допущений, налагающих известные ограничения на ее применение:

  1. частицы должны быть сферической формы

  2. движение их должно происходить достаточно медленно в вязкой и несжи­маемой жидкости и в бесконечном удалении от стенок и дна сосуда

  3. частицы должны осаждаться с постоянной скоростью, не превышающей не­которого предельного значения

  4. частицы должны быть твердыми и иметь гладкую поверхность

  5. не должно быть скольжения на границе между движущейся частицей и дисперсионной средой

6) частицы должны быть достаточно большими по сравнению с молекулами
дисперсионной среды.

Заметные отклонения от формулы наблюдаются при движении частиц размером меньше 50 мкм и больше 100 мкм. В указанных же пределах размеров частиц не­большие отклонения частиц от шарообразной формы не оказывают заметного влия-

8

ния на определение их среднего эффективного диаметра. Более существенно влия­ет на скорость падения частиц в дисперсионной среде их концентрация. Поэтому определению допустимого значения ее было посвящено большое число работ, в ре­зультате которых было установлено, что концентрация частиц при седиментомет-рическом анализе не должна превышать 1% (по массе) к объему жидкости.

Результаты гранулометрического и седиментометрического анализа представ­ляют в виде таблиц и графиков, дающих наглядное представление о составе поро­ды. Графическое представление результатов гранулометрического анализа сводит­ся к получению интегральной кривой гранулометрического состава и кривой рас­пределения частиц по размерам. Статистические параметры этих кривых дают ко­личественное представление о неоднородности гранулометрического состава пород и позволяют сравнивать породы друг с другом.

Форма и окатанность частиц обломочных пород

Наряду с гранулометрическим составом и степенью дисперсности терригенных пород большое значение имеет форма и окатанность частиц, слагающих породу, которые влияют на пористость, проницаемость и прочность пород. По форме и окатанности частиц можно судить в общих чертах об условиях переноса и отложе­ния их. Существует несколько методов количественной оценки формы частиц. Наи­более распространен метод Уэделла- Согласно ему под "сферичностью" {w) части­цы понимается отношение величины поверхности шара (s) , равновеликого данной частице, к действительной поверхности частицы (S) или приближенно отношение диаметра круга, эквивалентного по площади горизонтальной проекции данной час­тицы, к диаметру минимальной описанной вокруг нее окружности.

Округлость исчисляется по формуле:

где г - радиус кривизны горизонтальной проекции частицы

R - радиус максимальной вписанной в проекцию окружности

Между сферичностью и округлостью, как ни странно, не наблюдается отчет­ливой связи, если не считать некоторой тенденции увеличения (р) с увеличением (w) .

Типы цемента обломочных пород

Цементация терригенных пород оказывает решающее влияние на коллекторские и петрофизические свойства пород. Степень влияния цементации терригенных по­род на их свойства зависит от типа и строения цемента. Прежде всего цемент

9

может распределяться в породе равномерно и неравномерно. При равномерном рас­пределении он может представлять собой массу, в которую вкраплены частицы по­роды. При этом пустотность породы близка к нулю. Такой цемент относят к ба-зальному типу. Наряду с этим пустотность породы может оказаться близкой к ну­лю, когда частицы ее расположены плотно, а поры полностью заполнены цементом. Такой тип цемента именуется поровым. При малом количестве цемента в породе он может распределяться только в местах контакта частиц или на их поверхности в виде тонкого покрова, соответственно называясь контактовым или пленочным.

Исследования показали, что содержание цемента в терригенных коллекторах в зависимости от его типа колеблется от 0 до 50%, влияя соответствующим обра­зом на проницаемость породы.

По минералогическому составу цемент бывает глинистым и карбонатным. Ко­личественное содержание цемента определяют в ходе седиметометрического анали­за. Карбонатность породы - содержание карбонатного цемента определяют путем разложения карбонатных минералов с выделением СОг.' Один из способов измерения карбонатности породы заключается в измерении объема выделившегося углекислого газа в результате взаимодействия навески породы с соляной кислотой:

VP

к = —

4.4а

где К - содержание СаС03 в породе, %; V - объем С02, см3; Р - масса 1 см3 СОг в мг при температуре и барометрическом давлении в момент отсчета; а - мас­са исследуемого образца, г.

Лекция 2

1.3 Пористость горных пород

Пористость - свойство горных пород. Поры различают по происхождению, форме, размеру, взаимосвязи.

Виды пористости Происхождение пор

Поры бывают первичные и вторичные. ^ Первичные поры.возникают при образо­вании породы и изменяются по величине и форме при ее уплотнении, цементации и метаморфизации. Первичные^- это структурные поры между гранулами обломочных пород, межкристаллические поры плотных магматических, метаморфических, оса­дочных пород, поры известковых, кремнистых туфов, пеплов и др. Вторичные поры - это каверны, трещины, каналы в теле пород, образовавшиеся при их растворе­нии, выветривании, кристаллизации, перекристаллизации, доломитизации извест­няков, тектонических и биохимических процессах.

^ Каверны^возникают при растворении (выщелачивании) трещиноватых карбонат­ных пород и гипсов. Трещины Появляются в плотных породах в результате резких изменений их объемов при тектонических подвижках, в результате процессов кри­сталлизации, перекристаллизации, доломитизации.

Форма пор

По форме поры могут быть: близкие к ромбоэдральным (у рыхлых хорошо от­сортированных, окатанных обломочных пород), близкие к тетраэдральным (у тех же, но уплотненных пород), щелевидные (у глин, слюд и других пород с пластин­чатыми структурными элементами), в виде каналов переменного сечения и непра­вильной формы (у плохо отсортированных обломочных образований), трещиновидные (у плотных осадочных пород), каверновидные (у карбонатных пород и гипсов), каналовидные (у лессов), а также соответствующие по форме кристаллам плотных магматических, метаморфических и осадочных пород.

Размер пор

Размер отдельных пор характеризуется эффективным (средним) диаметром, или поперечным сечением, которые для разных пород варьируют в широких преде­лах.

По эффективному диаметру выделяют: 1) крупные сверхкапиллярные поры с диаметром более 0.1 мм. Их много у отсортированных, слабосцементированных по­род (галечников, гравия, крупно- и среднезернистых песков, обломочных карбо­натных разностей), у выщелоченных карбонатных пород, где они достигают очень больших размеров и называются мегапорами (это карстовые образования в толще карбонатных пород и гипсов);

2

2) капиллярные поры с эффективным диаметром в пределах 10~4-10-1 мм, характер­ные для менее отсортированных и крупнозернистых, более сцементированных обра­зований (мелкозернистых песков, песчаников, обломочных карбонатных пород и др.)• Сверхкапиллярные и капиллярные поры нередко объединяются под названием макропор; 3) тонкие субкапиллярные поры диаметр которых изменяется от 2*10~6 до 10~4 мм, свойственны природным адсорбентам (глинам, микрокристаллическим, мелоподобным известнякам, диатомитам, трепелам, пепловым туфам и др.); 4) микропоры с диаметром < 2*10 мм присутствуют в некоторых природных цеолитах.

В основу классификации пор по размерам положены данные о характере связи пластовых жидкостей с твердой фазой и ее перемещении в пористых средах.

В сверхкапиллярных порах доля связанной воды невелика и основной ее объ­ем движется согласно гидродинамическим законам для труб. В капиллярных порах содержание связанной воды больше и ее падению под действием силы тяжести пре­пятствуют капиллярные силы.

В субкапиллярных порах вода практически неподвижна.

В микропорах, диаметр которых соизмерим с размерами молекул воды, она находится только в прочносвязанном состоянии. В этом случае поры заполняются жидкостью под действием адсорбционных сил.

Взаимосвязь пор и виды пористости

Поры пород могут быть изолированы или связаны между собой. Взаимосвязан­ные поры называют открытыми, а не связанные - закрытыми. Сумма объемов закры­тых и открытых пор характеризует общую или полную пористость породы.

И1Пп= Vnop/Vn

Данные о полной пористости пород используются при интерпретации материа­лов ГИС.

Открытая пористость соответственно характеризуется коэффициентом откры­той пористости

П1оп= Vonop/Vn (1)

Эффективная пористость характеризует объем каналов фильтрации, в которых осуществляется движение жидкости при градиентах давления, соответствующих природным условиям.

тэф= Vsnop/Vn (2)

Чаще всего она определяется с учетом объема связанной (остаточной) воды, т.е.

тэф= 1- V0B/Vn (3)

Это понятие весьма условно и трактуется разными авторами по разному, равно как и понятие динамической пористости при существовании в пористой сре­де двух- и трехфазных систем. Например, нефтенасыщенный коллектор характери­зуется динамической пористостью равной

3

m„„H= 1- VOB/Vn - VOH/Vn (4)

Лабораторные методы определение пористости

Если объем минеральной части образца породы обозначить через VM, то выра­жение (1) примет вид:

тпп= 1- V^a/Vn (5)

Выразив объемы Умин и Vn через их массу и плотность, получим

тпп= I- Рп/Рмин (6)

Из (5) и (6) видно, что коэффициент полной пористости породы можно опреде­лить, если известны объем образца и объем минеральной части, или объем образ­ца и объем пор, или плотность породы и слагающих ее минеральных частиц.

Для определения объема образца может быть применено несколько способов. Один из них основан на измерении вытесненного объема жидкости при погружении в нее образца. При этом жидкость не должна проникать в поры образца. В каче­стве такой жидкости используется ртуть. Метод имеет многочисленные недостат­ки, среди которых основными являются токсичность и невозможность контролиро­вать отсутствие воздуха на поверхности образца, погруженного в ртуть. Наибо­лее распространенным является метод насыщения образца керосином и взвешивание его в воздухе и в керосине. В этом случае объем образца равен:

Vn=(PB-PK)/pK (7)

Следующий способ основан на покрытии поверхности образца, например, па­рафином и погружении в жидкость. По точности этот метод не превосходит метод насыщения, а трудоемкость его значительно выше. Поэтому он не нашел широкого применения.

Для образцов правильной геометрической формы (чаще всего цилиндрической) возможно вычисление его объема по замерам геометрических размеров. Точность этого способа меньше за счет отклонений реальной формы от геометрической.

Методы оценки объема образца с использованием насыщения пригодны для по­род порового типа и не приемлемы для кавернозных пород, т.к. насыщающие жид­кости вытекают из поверхностных каверн. В этом случае прибегают к изоляции поверхности пленкой или заполнению каверн пористой средой и тогда становится возможной оценка кавернозности пород.

Определение объема пор сводится к измерению объема жидкости, проникшей в образец при его насыщении под вакуумом, или к измерению объема минеральной части образца в случае измерения пористости по газу. Понятно, что в этих слу­чаях определяется открытая пористость.

Для определения объема твердой фазы породы также существует несколько способов. Один из них - объемометрический - основан на использовании закона Бойля-Мариотта. Очищенный и высушенный образец помещают в камеру известного объема, после чего в системе прибора изменяют давление и по полученным данным

4

подсчитывают объем минеральных частиц. Этот способ используется при оценке открытой пористости по газу с применением точного калиброванного оборудова­ния.

Оценка кавернозности карбонатных пород

Существует несколько методов оценки кавернозности пород. Все они сводят­ся к устранению влияния объема поверхностных каверн на точность измерения объема пор. Все дальнейшие операции такие же как при определении пористости пород порового типа. Наиболее простой способ заключается в изоляции поверхно­сти пленкой и определении объема поверхностных каверн. Далее, полагая, что образец изотропен в отношении каверн, а также, что остаточная вода содержится только в тонких каналах фильтрации и отсутствует в кавернах, можно рассчитать долю каверн в объеме порового пространства как:

\ мсав' ^пустот) = ( Ков — Ков)/Ков , (о)

где Ков* - коэффициент остаточной водонасыщенности пористой матрицы

Ков - коэффициент остаточной водонасыщенности образца кавернозно-пористой породы.

Другой способ заключается в заполнении поверхностных каверн составом с известной пористостью, определении объема этого наполнителя и расчете доли каверн в объеме пустот.

Структура порового пространства

У различных типов пород различные по происхождению поры находятся в не­одинаковых соотношениях в поровом пространстве. Они неодинакого распределяют­ся и в объеме пород. Отсюда возникает представление о специфической структуре поровых пространств.

У трещинно-кавернозных известняков и доломитов, например, между кристал­лами под микроскопом видны первичные микропоры, равномерно распределенные по объему. Их суммарный объем составляет относительно небольшую часть объема всех пустот. Вторичные поры этих пород - трещины и каверны, видимые невоору­женным глазом, имеют субкапиллярные, капиллярные и сверхкапиллярные размеры. Часто каверны резко отличны по эффективным диаметрам, иногда запечатаны вто­ричным кальцитом, неравномерно распределены по объему отдельных разностей по­род. Их общий объем нередко составляет значительную долю порового пространст­ва. Различны раскрытость и длина трещин, их взаимное расположение. Доля их в объеме порового пространства, как правило, невелика, но влияние на проницае­мость они оказывают существенное. Причем, чем ниже проницаемость матрицы по­род, тем более существенную роль в проводимости пористых сред играет их тре-щиноватость.

5

Структура поровых пространств обломочных пород намного проще. Однако и в этом случае разные по типу породы сильно различаются по характеру строения порового пространства.

Размеры каналов фильтрации (эквивалентный радиус) в породах порового ти­па месторождений Удмуртии изменяются от 1 до 150-200 мкм и в среднем состав­ляет от 5 до 20 мкм. С увеличением размеров каналов фильтрации проницаемости пористых сред возрастает. Размеры каверн в образцах керна достигают несколь­ких сантиметров.

Строение порового пространства изучают в шлифах под микроскопом и мето­дами лабораторных исследований с помощью капилляриметров с полупроницаемой мембраной или ртутных порозиметров. По результатам этих исследований получают распределение размеров каналов фильтрации, определяют диапазон изменения и среднее значение эквивалентного радиуса каналов, коэффициент неоднородности и прочее. С ростом неоднородности коэффициент, характеризующий ее, возрастает. Установлено, что неоднородность пористых сред по размерам каналов фильтрации увеличивается по мере улучшения коллекторских свойств пород.

Средний эквивалентный радиус каналов фильтрации определяется как

Rcp=S(Ri cp * Wi)/SWi , (9)

где Ri Cp=(Ri+ Ri+i)/2 - средний радиус в интервале изменения капиллярного дав­ления от PKi до PKi+i.

Wi = (Ki-Ki+j.) / (Ri-Ri+i) - плотность вероятности в этом интервале изменения радиусов.

Коллекторские свойства в определенной мере отражают структурные особен-

ности пористой среды. В частности, считается, что параметр Л— пропорционален

V т

среднему эквивалентному радиусу поровых каналов. Зависимости между этими ве­личинами для терригенных

, 0,391

R = 8,306| — ]

и карбонатных

= ll,107f-l

0,345 ( К

R

пород месторождений Удмуртии и Пермской области существенно отличаются. Во всем диапазоне изменения фильтрационно-емкостных характеристик пород средние эквивалентные радиусы поровых каналов в карбонатах в 1,2-1,6 раза выше, чем в терригенных.

6

1.4 Проницаемость горных пород
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Похожие:

Лекция 1 введение iconАнализ к ф. м н., доцент Рудой Евгений Михайлович 2013-2014 уч год
Лекция (2 часа) Введение. Нормированные пространства. Компактные множества. Теорема Хана-Банаха
Лекция 1 введение iconЛекция введение
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...
Лекция 1 введение iconЛекция «Сущность и проблемы вэд, состояние вэд в России» 1 час. 2...
Лекция «Внешнеэкономические операции и сделки: виды, классификация, организация» 1 час
Лекция 1 введение icon1. Лекция: Введение. История, предмет, структура информатики
Хотя информатика и считается достаточно молодой наукой по отношению ко многим другим отраслям знания, но предпосылки к ее зарождению...
Лекция 1 введение iconЛекция №1. Введение в Экономикс. Основная проблема экономики и производственные...
Под материальными потребностями подразумевается желания потребителей приобрести и использовать товары и услуги, которые доставят...
Лекция 1 введение iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция 1 введение iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция 1 введение iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция 1 введение iconЛекция №1
Лекция № Общие принципы эффективной организации учебного процесса. Физиологиче­ская цена учебных нагрузок
Лекция 1 введение iconЛекция №1 Введение
Системное по – это комплексы программ, предназначенные для совместного использования технических средств вычислительных систем, для...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница