Лабораторная работа № 1

Тема: Изучение плотностных свойств горных пород.

Цель работы: Изучить плотностные свойства горных пород

К ним относятся плотность, объемная масса, пористость, трещиноватость.

Плотностью называется масса единицы объема твердой фазы (минерального скелета) горной породы. Плотность зависит, главным образом от плотности минералов, слагающих породу.

Плотность основных породообразующих минералов в земной коре колеблется в диапазоне от 1900 до 3500 кг/м³.

Плотность осадочных горных пород - в пределах от 1850 до 3200 кг/м³. Чаще всего в геологических разрезах встречаются породы с плотностью от 1850 до 2700 кг/м³.

Важным структурным фактором является объемная масса горной породы. Это масса единицы объема породы в ее естественном состоянии, то есть с минеральным скелетом, порами и трещинами. Объемная масса имеет то же значение, что и плотность монолитных (без пор и трещин) пород.

Для пористых пород объемная масса всегда меньше их плотности. Объемная масса пород, имеющих в порах и трещинах капельную жидкость, больше объемной массы сухих пород. Разница возрастает по мере роста пористости и минерализации пластовой воды.

При увеличении глубины скважины за счет роста горного давления происходит уплотнение пород, смятие пор и пустот, поэтому объемная масса возрастает.

С ростом глубины скважины увеличивается температура горных пород. Повышение температуры вызывает увеличение объема минерального скелета и пластового флюида, поэтому объемная масса несколько снижается.

В работе [1] было предложено плотностью называть осредненные значения объемной массы породы для значительных интервалов и даже полностью для геологического разреза. В таблице 1 приведены плотности основных осадочных пород.

 

Таблица 1 – Плотность осадочных пород [1]

 

Горная порода	Плотность, кг/м3	Горная порода	Плотность, кг/м3
Песчаники	2320-3200	Алевролиты	2340-3040
Глины	1850-2200	Известняки	2360-2980
Аргиллиты	2630-2860	Доломиты	2460-3190
Мергели	2370-2920	Каменная соль	2100-2200

 

Наиболее важным структурным признаком породы является пористость, определяемая наличием в ней пор, трещин (пустот).

Общая (абсолютная, физическая, полная) пористость характеризуется отношением объема пор к объему всей породы. Коэффициент общей пористости К_п есть отношение объема всех пор V_пор к полному объему образца породы V_обр, в долях или процентах

 

К_п = (1)

 

Известна также открытая пористость, которая учитывает сообщающиеся между собой поры. Она всегда меньше или равна общей пористости.

Динамическая (эффективная) пористость учитывает только часть объема открытых пор с движущимся пластовым флюидом. Пористость магматических и метаморфических пород весьма мала (0,8-1,2 %) [2]. Осадочные породы имеют большую пористость (таблица 2).

 

Таблица 2 – Общая пористость основных пород нефтяных и газовых

месторождений

 

Горные породы	Кп, %	Горные породы	Кп, %
Глины	0-62	Песчаники	0-53
Аргиллиты	0-25	Известняки	0-45
Глинистые сланцы	0,5-4	Доломиты	2,5-33
Пески	2-55	Алевролит	0-47

 

Пористость зависит от формы и размеров зерен, степени их окатанности, уплотнения, цементирования обломков и зерен.

Пористость пород-коллекторов нефтяных и газовых месторождений чаще всего находится в следующих пределах (%):

Пески 20-25;

Песчаники 10-30;

Карбонатные породы 10-20.

По происхождению поры, трещины могут быть первичными и вторичными. К первым относятся поры и трещины, образующиеся во время осадконакопления и формирования массива горных пород. Вторичные поры и трещины образовались в течение постдиагенетического изменения. В этом отношении наиболее характерными являются карбонатные породы, например, при доломитизации известняков образуется значительное количество пустот.

По размеру поровые каналы пород-коллекторов условно делят на три группы [3]: сверхкапиллярные – более 0,5 мм; капиллярные - 0,5-0,0002 мм; субкапиллярные – менее 0,0002 мм.

Структура порового пространства зависит от следующих факторов:

- степени трещиноватости;

- гранулометрического состава пород;

- характеристики цементации.

Измерения коэффициента полной пористости горных пород К_п основывается на следующем соотношении

 

(2)

 

где V_зерн – объем минерального скелета образца.

С учетом того, что масса образца складывается из слагающих его зерен, уравнение (2) может быть представлено так

 

(3)

 

где и - суть плотности образца породы и плотности минерального

скелета.

Плотности горных пород () определяются с помощью весов [2, 4, 5] на основании того, что она равна массе пород, отнесенной к ее объему. Масса породы (m _г.п) определяется или путем вытеснения воды в мерном сосуде или посредством гидростатического взвешивания. Последний из перечисленных методов включает подвешенную на тонкой проволоке образец пород, взвешенный на воздухе и при погружении его в воду.

Объем вытесненной воды V_вв численно равен объему образца горной породы. Масса породы фиксируется при взвешивании образца на воздухе. Таким образом плотность горной породы равна

 

(4)