Гранулометрический состав горных пород

Количественное содержание в породе частиц различной величины называется гранулометрическим (механическим) составом горных пород и имеет смысл только для терригенных слабосцементированных коллекторов. Размер частиц горных пород изменяется от коллоидных частичек до галечника и валунов. Однако размеры их для большинства нефтесодержащих пород колеблются в пределах 0,01 ÷1 мм. Методика гранулометрического анализа для различных пород различна:

* В рыхлых породах распределение по размерам зерен проводят путем рассеивания на ситах (ситовой анализ).

* В более мелких (коллоидно-дисперсных) - по скорости оседания частиц в жидкости (седиментационный или седиментометрический анализ).

* В сцементированных породах изучаются шлифы породы под микроскопом.

Таким образом, механический состав определяют ситовым и седиментометрическим (или седиментационным), а также шлифовым анализом.

Ситовый анализ сыпучих горных пород применяют для определения содержания фракций частиц размером от 0,05 до 10 мм. Проэкстрагированный и высушенный образец нефтесодержащей породы (40-50 г) раздробляется на кусочки и обрабатывается 10%-м раствором соляной кислоты для удаления карбонатов. После этого порода растирается в фарфоровой чашке резиновой пробкой с одновременным промыванием водой для удаления глинистой фракции. Отмытая от глинистой фракции проба высушивается и рассеивается на ситах. Применяют сита с размерами отверстий, совпадающих с принятой классификацией. Сита бывают трех видов: шелковые, проволочные и штампованные. В нашей стране обычно применяют штампованные сита с отверстиями 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5 и 0,25 мм. Количественное содержание фракций определенного размера рассчитывают на бескарбонатную породу. После каждого анализа производят проверку на потерю ве­са фракции при рассеве. Суммарный вес полученных фракций должен совпадать с весом исходной бескарбонатной навески породы.

Для рассеивания сита располагаются друг над другом и просеивают от сита с большим диаметром отверстий к меньшим в специальных приборах (ротан), где сита приобретают возвратно - поступательные движения с встряхиванием. Для определения механического состава керна берут навеску образца 50 г, проэкстагированного и высушенного при температуре 107^о до постоянной массы. Просеивание проводят строго в течение 15 мин.

Для определения процентного содержания полученных фракций проводят их взвешивание (по ситам) с точностью до 0,01 г. Сумма масс всех фракций после просеивания не должна отличаться от первоначальной массы образца более чем на 1-2%.

Пример оформления результатов:

№ сита	Размер частиц, мм	Содержание, %	Сумма, %
… n	0,002 0,002 – 0,005 … 3,3	3,23 3,77 … 0,2	3,23 …

Седиментационный (или седиментометрический) анализ проводится для фракций частиц размером менее 0,05 мм. Разделение таких коллоидно-дисперсных частиц по фракциям основано на различной скорости осаждения частиц разного размера в вязкой жидкости. Расчет скорости свободного падения частиц порода в жидкости производится по формуле Стокса для частиц сферической формы:

(1.2.1)

где - скорость осаждения частиц; d - диаметр частиц;

r_ж - плотность жидкости; r_п - плотность твердой частицы;

g - ускорение силы тяжести; n - кинематическая вязкость.

Формула (2.1) может быть записана и следующим образом:

,

где μ; – динамическая вязкость жидкости.

Для проведения ориентировочных расчетов последнюю формулу можно упростить, положив плотность жидкости равной плотности воды ρ_ж =1г/см³, плотность породы ρ_п =2.65 г/см³, вязкость воды при 15⁰С μ;=0.0114сПз. Тогда формула Стокса принимает вид:

,

где d – диаметр частиц в мм, υ; – скорость падения частиц в см/c.

При выводе формулы Стокса учитывается, что при движении частицы в вязкой жидкости действует сила сопротивления, определяемая законом Стокса:

.

При этом было сделано несколько допущений, налагающих известныеограничения на ее применение:

· частицы должны быть шарообразной формы;

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

· частицы должны осаждаться с постоянной скоростью, не превышаю­щей некоторого предельного значения;

· частицы должны быть твердымии иметь гладкую поверхность;

· не должно быть скольжения на границе между движущейся частицей и дисперсионной средой;

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

Заметные отклонения от формулы обнаруживаются при движении частиц, размеры которых меньше 50мкм и больше 100 мкм. Формула Стокса справедлива при свободном движении зерен, поэтому массовое содержание твердой фазы не должно превышать 1%. Одним из самых простых способов создания такой смеси является метод «отмучивания» по Сабанину: размельченный грунт помещают в конический или цилиндрический сосуд, через который воду направляют снизу вверх. Регулированием скорости воды добиваются выноса из пределов сосуда частиц определенного диаметра. При сливе разделяют мелкие частицы (медленно оседающие) от крупных (быстро оседающие) – это и есть отмучивание.

Практически определение зависимости диаметра частиц от скорости их оседания в вязкой жидкости осуществляется на специальной установке – весах Фигуровского (рис. 1.2.1). При этом способе хорошо перемешанную суспензию (частички грунта в жидкости) вливают в цилиндрический сосуд 3, в который опущен тонкий стеклянный диск 4, подвешенный нитью (плечо весов) 2 к стеклянному кварцевому стержню (коромысло) 1. Оседающие частицы суспензии отлагаются на диске, длина погружения которого и время регистрируется отсчетным микроскопом 5.

По результатам всех видов анализа для данного образца (или нескольких) породы составляется сводная таблица.

Рис. 1.2.1. Весы Н.А. Фигуровского.   1 – стеклянный стержень; 2 – нить; 3 – цилиндрический сосуд; 4 – стеклянный диск; 5 – отсчетный микроскоп.