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

Рис.1.13. Схемы приборов для определения проницаемости пород: 1 - кернодержатель; 2 - расходомер; 3 - устройство создающее постоянный расход жидкости или газа через керн; 4-измерители перепада давления; 5 - сосуд с водой; 6 - стеклянная трубка; 7 - вентиль
Кроме стационарных приборов, схема строения которых приведена на рис.1.13, а, для измерения проницаемости используются также упрощенные устройства. Схема одного из них приведена на рис.1.13, б. Образец в кернодержателе одной стороной соединен с атмосферной трубкой, конец которой опущен под уровень воды. Создав через вентиль 7 разрежение под керном, уровень воды в трубке поднимают на некоторую высоту. После закрытия этого вентиля фильтрация воздуха через керн осуществляется под действием переменного разрежения, характеризующегося высотой столба воды в трубке. Мерой проницаемости породы служит (при постоянстве размеров образца) время опускания мениска в трубке в заданном интервале.

На практике оказывается, что проницаемость для жидкости обычно почти всегда меньше, чем для газа. Лишь при высокой проницаемости пород значения ее примерно одинаковы для, жидкости и газа. Уменьшение проницаемости одной и той же породы для жидкости по сравнению с проницаемостью для газа происходит вследствие разбухания глинистых частиц и адсорбции жидкости при фильтрации нефти и воды через породы. (В последующих разделах мы увидим, что толщина адсорбционных слоев нефти иногда достигает размеров поровых каналов малопроницаемой породы). Поэтому абсолютную проницаемость пород принято определять с помощью воздуха или газа. Состав газа на проницаемость пород заметно влияет только при высоком вакууме (при так называемом кнудсеновском режиме течения газа, когда столкновения молекул редки - по сравнению с ударами о стенки пор, т.е. когда газ настолько разрежен, что средняя длина пробега молекул сравнима с диаметром поровых каналов). В этих условиях проницаемость, пород зависит от среднего давления, молекулярной массы газа

---

t и температуры и тем выше, чем меньше молекулярная масса и давление. В пластовых условиях проницаемость горных пород практически мало зависит от состава газа.

Как уже упоминалось, фазовые проницаемости, кроме степени насыщенности пористой среды различными фазами, зависят от ряда других факторов и. специфических свойств конкретной пластовой систёмы. В результате фактические показатели иногда значительно отклоняются от расчетных. Поэтому при определении зависимости относительных проницаемостей от насыщенности следует проводить специальные опыты, поставленные с учетом специфических свойств исследуемой пластовой системы.

Устройство установок, применяемых для этих целей, более сложное, чем установок, рассмотренных ранее, так как необходимо моделировать многофазный поток, регистрировать насыщенность порового пространства различными фазами и расход нескольких фаз. Установки для исследования многофазного потока обычно состоят из следующих основных частей:

) приспособления для приготовления смесей и питания керна;

) кернодержателя специальной конструкции;

) приспособления и устройства для приема, разделения и измерения раздельного расхода жидкостей и газа;

) устройства для измерения насыщенности различными фазами пористой среды;

) приборов контроля и регулирования процесса фильтрации.

Насыщенность порового пространства различными фазами можно определить несколькими способами: измерением электропроводности пористой среды, взвешиванием образца (весовой метод) и т.д.

В первом случае измеряется электропроводность участка пористой среды, строится график, который сравнивается с тарировочной кривой (заранее составленной и представляющей собой зависимость электропроводности среды от содержания в порах различных фаз), затем определяется насыщенность порового пространства соответствующими фазами. Такой метод пригоден, если одна из жидкостей, используемых при исследовании, является проводником электричества (соленая вода, водоглицериновые смеси и т.д.).

---

При весовом методе среднюю насыщенность образца жидкостью и газом определяют по изменению его массы вследствие изменения газосодержания в поровом пространстве среды.

При движении многофазных систем проницаемость для каждой фазы определяется по следующим формулам:

Здесь Qв, Qн и Qг - соответственно расходы в единицу времени воды, нефти и средний расход газа в условиях образца kн, kг и kв - фазовые проницаемости для нефти, газа и воды μв, μн и μг - соответственно динамические вязкости воды, нефти и газа; F-площадь фильтрации; ∆р - перепад давления, ∆L - длина пористой среды. М

Фазовые проницаемости рассчитываются также по результатам вытеснения из пористой среды одной фазы другой и по промысловым данным. Приближенно их можно оценить также по кривым распределения пор по размерам.

---

6. Удельная поверхность горных пород

Удельная поверхность пород - суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объема образца, - зависит от степени дисперсности частиц, из которых они слагаются. Вследствие небольших размеров отдельных зерен песка и большой плотности их укладки поверхность порового пространства пласта может достигать огромных размеров, что значительно осложняет задачу полного извлечения! нефти из породы. Проницаемость, адсорбционная способность, содержание остаточной (реликтовой) воды и т.д. зависят от удельной поверхности нефтеносных пород. Работами советских ученых М.М. Кусакова, Б.В. Дерягина, К.А. Зинченко, Ф.А. Требина установлено, что кроме объемных свойств жидкостей и газов (например, плотности, вязкости) на характер фильтрации нефти влияют и молекулярные явления, происходящие на контактах жидкости и породы. Объемные свойства жидкостей (вязкость, плотность) обусловливаются действием молекул, распространенными внутри жидкой фазы. Поэтому в крупнозернистой породе с относительно небольшой удельной поверхностью молекулы, находящиеся на поверхности, почти не влияют на процесс фильтрации, так как их число весьма мало по сравнению с числом молекул, находящихся внутри объема жидкости. Если же пористая среда имеет большую удельную поверхность, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнимым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностные явления в малопроницаемой породе могут оказать более значительное влияние на процесс фильтрации жидкости, чем в крупнозернистой.

Таким образом, удельная поверхность - одна из важнейших характеристик горной породы. Следует отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту понятия удельной поверхности, сложно точно определить ее величину. Дело в том, что поры в пористой среде представлены каналами размерами от десятков и сотен микрометров (по диаметру) до размеров молекул. Поэтому удельная поверхность

глин или других адсорбентов, влияющая на процесс адсорбции, не имеет для данного пористого вещества определенного значения, а зависит от размера адсорбируемых молекул. Только для молекул, имеющих одинаковые размеры, можно по опытным данным получить близкие значения удельных поверхностей одного и того же адсорбента.

---

У мелкопористых сред при адсорбции существенно отличающихся по размерам адсорбируемых молекул веществ наблюдаются значительные отклонения в размерах удельной поверхности (явление это носит название ультрапористости).

Легко установить, что если бы все частицы имели шарообразную форму (фиктивный грунт), то поверхность всех частиц в 1 м3 породы составила
(1.25)
где Syд - удельная поверхность, м2/м3; m - пористость, доли единицы; d - диаметр частиц, м.

Для естественных песков удельная поверхность вычисляется суммированием ее значения по каждой фракции гранулометрического состава
(1.26)
Здесь Р - масса породы, кг; Р, - масса данной фракции, кг; di - средние диаметры фракций (в м), определяемые по формуле
(1.27)
где di и di - ближайшие стандартные размеры отверстий сит.

По экспериментальным данным К.Г. Оркина, при определении удельной поверхности по механическому составу в формулу (1.26) следует ввести поправочный коэффициент а, учитывающий повышение удельной поверхности вследствие не шаровидности формы зерен (α= 1,2-1,4). Меньшие значения а относятся к окатанным зернам, большие к угловатым.

Используя уравнения, связывающие параметры фиктивного грунта, аналогичные формуле (1.25), можно также установить зависимость между удельной поверхностью и другими параметрами реальных пород. Для этого при выводе соответствующих формул реальный грунт с неоднородными частицами заменяют эквивалентным естественному фиктивным грунтом. При том гидравлическое сопротивление фильтрации жидкости в обоих грунтах и удельная поверхность их должны быть одинаковыми. Диаметр частиц такого фиктивного грунта принято называть эффективным

---