Файл: Удельная поверхность горных пород и методы её определения.rtf

dэф. Сопоставляя формулы (1.25) и (1.26), можно видеть, что
(1.28) Или (1.29)
С другой стороны, удельную поверхность можно выразить через гидравлический радиус δ:
(1.29) или

(1.31)
Гидравлический радиус, как известно, равен отношению площади порового канала к его периметру и для поры с круглым сечением радиусом R
Тогда можно написать (1.32)
Подставляя в (1.32) значение R из формулы (1.18), получим
(1.33)
где k - проницаемость, м2; Syд - удельная поверхность, м2/м3. Если выразить проницаемость в мкм2, то получим удельную поверхность в м2/м3: I (1.34). Из формул (1.33) и (1.34) следует, что чем меньше радиус поровых каналов и проницаемость породы, тем больше ее удельная поверхность.

Формула (1.34) представляет собой один из вариантов формул Козени - Кармана, устанавливающих зависимость коэффициента проницаемости от пористости, удельной поверхности и структуры порового пространства. В общем виде формула Козени - Кармана записывается в виде
(1.35)
где m

---

- пористость породы (характеризующая динамическую полезную емкость коллектора); Sуд - удельная поверхность; Т - извилистость поровых каналов (отношение среднестатистической длины каналов к длине керна); φ - структурный коэффициент, учитывающий форму поровых каналов. Значение извилистости Т может достигать 6 и более.

7. Методы определения удельной поверхности горных пород

Кроме упомянутых способов определения удельной поверхности пород (по их гранулометрическому составу, по величине пористости и проницаемости), существуют следующие способы оценки этого параметра: фильтрационный, основанный на измерении сопротивления течению через пористое тело разреженного воздуха; адсорбционные, а также метод меченых атомов.

Методы определения удельной поверхности пористых сред, основанные на использовании пуазейлевского режима течения воздуха сквозь объект исследования [т.е. основанные на использовании формул типа (1.35)], применимы только для приближенной оценки поверхности грубозернистых однородных сред, ширина пор в которых намного больше длины свободного пробега молекул воздуха. При этом не нужно учитывать скольжения газа по стенкам пор. Движение газа в мелкодисперсной пористой среде существенно облегчается при скольжении молекул по стенкам пор, и сопротивление среды с высокой удельной поверхностью прохождению через нее газов иногда существенно меньше по сравнению с подсчитанными по формулам типа (1.35), не учитывающим скольжения газа по стенкам. Поэтому в данном случае можно использовать метод, основанный на измерении сопротивления течению через пористое тело разреженного воздуха при кнудсеновском режиме, имеющем скорее диффузионный характер. Кнудсеновский режим наступает, когда максимальные просветы пор становятся меньше длины свободного пробега молекул газа. В этом случае соударения молекул между собой становятся редкими (по сравнению с ударами о стенки пор). Зависимость молярной скорости течения газа от удельной поверхности и других параметров выражается равенством;

---

(1.36)
где SУД - удельная поверхность образца, м2/м3; Q - число киломолей воздуха, протекающего через 1м2 поперечного сечения пористой среды толщиной ∆х (в м) за 1 с при перепаде давления ∆р (в Па); М - относительная молекулярная масса; воздуха, кг/кмоль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/ (кмоль - градус); Т - температура опыта,°С.

Для определения удельной поверхности пористых тел по результатам измерения кнудсеновского режима фильтрации сконструированы специальные приборы [12].

Горные породы, слагающие пласт, заполнены жидкой cредой - водой и нефтью. Удельная поверхность (например, глин и некоторых других пород) под действием водной среды может изменяться, и "сухие" способы ее измерения не всегда соответствуют действительным условиям залегания пород в естественных условиях.

Удельную поверхность пористых сред в водной среде обычно определяют методом адсорбции красителей или методом поверхностного обмера при помощи радиоактивных индикаторов. Площадь поверхности минералов Syд при этом рассчитывают по числу молекул радиоактивного индикатора, поглощенных пористой средой, и по площади, приходящейся на один атом данного радиоактивного вещества на поверхности кристалла:

где αm - число молей (атомов) вещества, связанного с 1 г твердой фазы; ω - площадь, приходящаяся на один атом данного вещества на поверхности кристалла (значение ее известно для многих веществ); N - число Авогадро.

Количество радиоактивного иона, поглощенного веществом при его погружении в раствор, определяется по уменьшению активности фильтрата раствора вследствие поглощения меченого атома твердой фазой.

---

Особое место по точности занимает адсорбционный метод вследствие того, что поверхность пористой среды промеряется такими малыми объектами, как молекулы адсорбируемого вещества, выстилая ими

Пов. пористой среды. По количеству адсорбированного вещества (т.е. по числу его молекул) и площади, приходящейся на один атом данного вещества, вычисляется удельная поверхность пористой среды.

При адсорбционных методах исследования удельной поверхности пористых сред необходимы сложная аппаратура, высококвалифицированные исполнители. Поэтому в лаб. физики нефтяного пласта эта поверхность пород обычно оценивается фильтрационными методами.

По результатам измерений Ф.И. Котяхова удельная пов. кернов изменяется от 38 000 до 113 000 м2/м3.

Список используемой литературы

1. Медведев Физика нефтяного и газового пласта

. Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта. М., Недра, 1971.

. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта М., Недра, 1982.

---