Файл: Поверхностные явления в пластах и их взаимосвязь с проницаемостью пластов.docx
Добавлен: 27.04.2024
Просмотров: 37
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2.2 Гранулометрический состав
Гранулометрический анализ проводится для определения степени дисперсности минеральных частиц, слагающих породу. Гранулометрическим (механическим) составом породы называют количественное, как правило, массовое содержание в породе частиц различной крупности. Им в значительной степени определяются многие свойства породы: пористость, проницаемость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т. п. По механическому составу можно судить о геологических условиях отложения пород залежи. Так как размеры частиц породы обуславливают общую их поверхность, контактирующую с нефтью, от гранулометрического состава пород зависит количество нефти, остающейся в пласте после окончания его разработки в виде пленок, покрывающих поверхность зерен, и в виде капиллярно удержанной нефти [5].
Одной из наиболее важных характеристик гpyппa является гранулометрический состав - весовое содержание частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа. Количественное содержание в грунте твердых водостойких агрегированных частиц того или иного размера называется микроагрегатным составом.
Определение гранулометрического состава необходимо для решения целого ряда практических вопросов, важнейшими из которых являются: классификация грунтов по гранулометрическому составу; приближенное вычисление водопроницаемости рыхлых несвязных грунтов по эмпирическим формулам; оценка пригодности грунтов для использования их в качестве насыпей для дорог, дамб, земляных плотин; выбор оптимальных отверстий фильтров буровых скважин; расчет обратных фильтров; оценка возможных явлений суффозии в теле фильтрующих плотин и их основаниях, в стенках котлованов, бортах выемок, а также оценка несвязных грунтов - как строительного материала и как заполнителя при изготовлении бетона. От гранулометрического состава зависят такие важные характеристики свойств и состояния грунта, как пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, разбухание, высота капиллярного поднятия, водопроницаемость и др.
Для определения гранулометрического состава выполняется гранулометрический анализ, который состоит в расчленении грунта на группы с близкими по величине частицами - фракциями. Размер частиц обычно определяют по диаметру и выражают в миллиметрах. В настоящее время разработано много способов гранулометрического анализа грунтов, которые можно объединить в следующие группы: визуальный способ, заключающийся в сравнении на глаз или с помощью луны изучаемого грунта с эталонами, состав которых известен; ситовой способ - рассеивание грунта на ситах; центрифугирование, основанное на разной скорости осаждения частиц грунта разной крупности центробежной силой, развивающейся при вращении центрифуги; гидравлические способы (седиментационные), основанные на различии в скорости падения в воде частиц разной крупности. Среди способов этой группы различают: методы отмучивания в спокойной воде - Сабинина, Аттерберга, Вильямса, а также способы, основанные на последовательном отборе проб из приготовленных суспензий (к ним относится пипеточный анализ); способы, заключающиеся в непосредственном взвешивании осадков, последовательно
выпадающих из суспензии при ее отстаивании; способы, основанные на учете изменения плотности суспензии (ареометрический анализ).
Для проведения ситового анализа проэкстрагированный от остаточной нефти и высушенный образец породы массой 40 + 50 г дробят на кусочки, не разрушая отдельных зёрен, и обрабатывают 10% НСl для удаления карбонатов. После этого образец растирают пестиком в фарфоровой чашке с одновременной промывкой водой для удаления глинистой фракции Отмытую породу высушивают, взвешивают и просеивают через набор сит в течении 15 мин. Оставшиеся на каждом сите фракции взвешивают. Суммарная масса фракций должна совпадать с начальной массой отмытой и высушенной породы.
Седиментационный анализ основан на измерении скорости или продолжительности оседания частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде по закону Стокса:
), где (1)
- скорость оседания частиц, м/с;g - ускорение свободного падения, м/с2;
d - диаметр частиц, м;
v- кинематическая вязкость, м2/с
Пласты, сложенные песками, состоят из разнообразных по размерам зерен неправильной формы. Количественное (массовое) содержание в породе частиц различной величины принято называть гранулометрическим (механическим) составом, от которого зависят многие свойства пористой среды: проницаемость, пористость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т. д. По механическому составу можно судить о геологических и палеогеографических условиях отложения пород залежи. Поэтому начальным этапом исследований при изучении генезиса осадочных пород может быть гранулометрический анализ их.
Так как размеры частиц песков обусловливают общую величину их поверхности, контактирующей с нефтью, от гранулометрического состава пород зависит количество нефти, остающейся в пласте после окончания его эксплуатации в виде пленок, покрывающих поверхность зерен [8, c. 97].
Для специальных целей, предусмотренных заданием, пробу грунта подготавливают: для определения гранулометрического (зернового) состава глинистого грунта максимальной диспергации кипячением в воде с добавлением пирофосфорнокислого натрия, а для определения микроагрегатного состава глинистого груша - замачиванием в воде с последующим взбалтыванием на встряхивающем аппарате. Для определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава грунтов следует брать образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния и растертые в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником.
Для определения гранулометрического и микроагрегатного состава грунтов, содержащих органические вещества, следует брать образцы природной влажности.
При определении гранулометрического (зернового) состава песчаных грунтов ситовым методом с промывкой водой применяют водопроводную или профильтрованную дождевую (речную) воду, а при определении гранулометрического (зернового) или микроагрегатного состава глинистых грунтов - дистиллированную воду.
При определении гранулометрического (зернового) или микроагрегатного состава глинистых грунтов ареометрическим или пипеточным методом цилиндры, в которых производится отстаивание суспензии, должны быть защищены от колебания температуры и не подвергаться сотрясениям.
Взвешивание проб грунта на технических весах должно производиться с погрешностью до 0,01 г, а при весе проб грунта 1000 г и более - с погрешностью до 1 г. Взвешивание на аналитических весах должно производиться с погрешностью до 0,001 г. Результаты вычисления гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава грунтов должны определяться с погрешностью до 0,1 %.
Гранулометрический состав песков важно знать в нефтепромысловой практике. Например, на основе механического анализа в процессе эксплуатации нефтяных месторождений для предотвращения поступления песка в скважину подбирают фильтры, устанавливаемые на забое.
Размер частиц горных пород изменяется от коллоидных частичек до галечника и валунов. Однако по результатам исследований размеры их для большинства нефтесодержащих пород колеблются в пределах 1—0,01 мм.
Наряду с обычными зернистыми минералами в природе широко распространены глинистые и коллоидно-дисперсные минералы с размерами частиц меньше 0,1 мкм* (0,001 мм). Значительное количество их содержится в глинах, лёссах и других породах.
В составе нефтесодержащих пород коллоидно-дисперсные минералы имеют подчиненное значение. Вместе с тем вследствие огромной величины их общей поверхности состав этих минералов влияет на процессы поглощения катионов (и анионов). От их количества в значительной степени зависит степень набухаемости горных пород в воде.
Механический состав пород определяют ситовым и седиментационным анализом. Ситовой анализ сыпучих горных пород применяется для рассева фракций песка размером от 0,05 мм и более. Содержание частиц меньшего размера определяется методами седиментации. В лабораторных условиях обычно пользуются набором проволочных или шелковых сит с размерами отверстий (размер стороны квадратного отверстия) 0,053; 0,074; 0,105; 0,149; 0,210; 0,227; 0,42; 0,59; 0,84; 1,69 и 3,36 мм. Существуют и другие системы сит и всевозможных механических приспособлений для рассева. Сита располагают при рассеве таким образом, чтобы вверху было сито с наиболее крупными размерами отверстий. В него насыпают 50 г породы и просеивают ее в течение 15 мин. После этого оставшуюся на каждом сите породу взвешивают и результаты записывают в таблицу.
Гранулометрическим составов почв и грунтов называется относительное содержание в них частиц различной величины, в весовых процентах, при высушенной при температуре 105 градусов Цельсия почвы.
Механический (гранулометрический) состав оказывает влияние на ряд важных свойств почвы: пористость, водопроницаемость, высоту капиллярного поднятия, величину поглотительной способности, водный, воздушный и тепловой режим почвы, усадку и набухание.
В производственном отношении лучшими являются суглинистые почвы (легко и средне суглинистые). Песчаные почвы бесструктурны, бедны органическим веществом и зольными элементами питания растений, но хорошо водопроницаемы и легко обрабатываются. Глинистые почвы, наоборот, плохо водопроницаемы, слабо аэрируются, с трудом обрабатываются, образуя глинистую корку, однако богаты зольными элементами.
Содержание почвенных частиц разной величины определяется различными методами гранулометрического анализа. В результате этого выделяются группы частиц определенного размера, так называемые гранулометрические фракции. При этом гранулометрические фракции отличаются минеральным составом и некоторыми свойствами.
Как бы то ни было, указанная способность почв играет чрезвычайно важную роль в круговороте питательных веществ: она обогащает глинистую и цеолитную часть почвы питательными веществами в удобоусвояемой для растений форме; разнообразит и регулирует состав почвенных растворов. Коэффициент поглощения выражается обыкновенно или в объемах азота (Кноп), или в процентах аммиака (Вольф), поглощенных почвой из раствора нашатыря [11].
2.3 Взаимосвязь поверхностного явления в пластах с проницаемостью пластов.
Проницаемость характеризует способность пласта пропускать воду, нефть и газ. Абсолютно непроницаемых пород нет. Но из-за малых размеров пор, вязкости воды, нефти и газа, адсорбционных свойств породы и других условий породы могут быть слабо проницаемы или непроницаемы. Проницаемость зависит от структурно-текстурных особенностей пласта. Вдоль напластования проницаемость может быть в 3–10 раз выше, чем поперек напластования.
Различают проницаемость абсолютную, эффективную (фазовую) и относительную. Абсолютная проницаемость характеризует проницаемость породы для одной фазы, химически инертной к породе. Абсолютная проницаемость определяется пропусканием через породу газа (азота, гелия) или воздуха при известном давлении фильтрата на входе и выходе. Проницаемость одной и той же породы может быть различной для воды, нефти, газа, соответственно для разного фазового состава.
Фазовой (эффективной) проницаемостью называется способность породы пропускать один флюид в присутствии другого. Эффективные проницаемости характеризуются коэффициентами для газа Кпр.г, воды Кпр.в, нефти Кпр.н. Их значения зависят от объемного соотношения компонентов газа, нефти, воды в фильтрующихся смесях.
Исследования показали:
1. При водонасыщенности до 20–50 % Кпр. для жидкости близок к нулю; вода удерживается и не участвует в фильтрации, а относительная проницаемость для газа будет 0,9–0,98. Из скважины можно добывать чистый газ.
2. При водонасыщенности больше 75–90 % Кпр.г близок к нулю.
3. В зависимости от степени водонасыщенности возможен двух- и однофазный поток.
4. Фильтрация нефти, как однофазной жидкости, возможна только при водонасыщенности меньше 10 %.
5. Значение Кпр.в в основном определяется Кв и практически не зависит от соотношения в породе-коллекторе нефти и газа.
6. При газонасыщенности песчаных пород до 10 %, а известняков до 30 %, газ остается неподвижным, ухудшаются условия и для фильтрации нефти и воды. Выделяющийся в пласте газ при снижении давления оказывает отрицательное влияние на фильтрацию нефти.
Относительная проницаемость пористой среды определяется отношением ее эффективной проницаемости к абсолютной, для данной фазы.
Проницаемость горных пород определяют по закону Дарси. Скорость фильтрации ν пропорциональна коэффициенту проницаемости породы К, градиенту давления Δp и обратно пропорциональна динамической вязкости жидкости μ и длине пористой среды L [10]:
ν = K ⋅1/μ ⋅ Δp/L = Q/F. (2)
Скорость фильтрации определяется также отношением объема расхода жидкости в единицу времени Q к площади фильтрации F.
Единица проницаемости – дарси (Д), ее тысячная доля – миллидарси (млД). Пористая среда обладает проницаемостью 1 дарси для однофазного флюида с вязкостью 1 сантипуаз, полностью насыщающего пористую среду при фильтрации через нее со скоростью 1 см/с (расход 1 см3/с) при площади поперечного сечения 1 см2 и градиенте давления 1 атм (1 Д = 10-12 м2).
В системе СИ за единицу проницаемости принимают 1 м2. При фильтрации через образец площадью 1 м2, длиной 1 м и перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па • с составляет 1 м3/с. Линейный закон фильтрации жидкости является идеальным случаем из общей закономерности фильтрации. Он нарушается в связи с изменением скорости фильтрации, размеров и конфигурации пор, зерен, состава породы, свойств жидкости и других условий [6, c. 77].
Для нефти и газа нарушение