Физические свойства жидкостей

Применяемые при строительстве, опробовании и эксплуатации скважин жидкости по своим свойствам во многом отличаются от обычной воды. Несмотря на это, все они могут быть названы жидкостями, ибо с точки зрения гидравлики жидкостью называют физическое тело, обладающее двумя основными свойствами: - она весьма мало изменяет свой объем при изменении давления и температуры, в этом отношении жидкость сходна с твердым телом; она обладает текучестью, благодаря чему жидкость не имеет собственной формы и принимает форму того сосуда, в котором она находится - в этом отношении жидкость отличается от твердого тела и является сходной с газом.

Виды жидкостей. Жидкости делят на два вида капельные и газообразные.

Капельные жидкости, в свою очередь, подразделяют на чисто вязкие и аномальные. Чисто вязкие жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию и малым сопротивлением к растягивающим и касательным усилиям. Для чисто вязких жидкостей характерно отсутствие касательных напряжений в состоянии покоя. Примером чисто вязких жидкостей могут служить: техническая вода и истинные растворы на водной основе, керосин, бензин, истинные растворы на углеводородной основе. Аномальные капельные жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию и наличием касательных напряжений в состоянии покоя. Примером аномальных капельных жидкостей могут служить: различные суспензии, эмульсии, коллоидные системы. При строительстве, опробовании и эксплуатации скважин в основном применяются аномально капельные жидкости, которые называют промывочными, пакерными или тампонажными.

Газообразные жидкости (газы) обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопротивления ни растягивающим, ни касательным усилиям и имеют малую вязкость.

Плотность. Плотностью жидкости  называют массу жидкости m отнесенную к ее объему V:

                                                                                    (1.17)

Удельный вес. Удельным весом жидкости  называют силу тяжести жидкости G отнесенную к ее объему V:

                                                                                     (1.18)

Связь между плотностью жидкости  и удельным весом жидкости :

                                                                         (1.19)

g - ускорение свободного падения.

Удельный объем. Удельным объемом жидкости v, называют объем жидкости V, отнесенный к массе этой жидкости m:

                                                                     (1.20)

Сжимаемость жидкостей. Сжимаемость жидкостей характеризуется коэффициентом сжимаемости , под которым понимается относительное изменение объема жидкости , возникающее при изменении давления на единицу :

                                                                     (1.21)

Вязкость жидкостей. Вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление скольжению отдельных слоев жидкости относительно друг друга. При движении жидкости каждый слой ее скользит по другому, т.е. внутри жидкости происходит процесс, аналогичный трению.

Вязкость жидкостей влияет на сопротивление, возникающее при движении их по трубам и другим гидравлическим каналам. Внутреннее трение жидкостей характеризуется коэффициентом вязкости. Различают динамический и кинематический коэффициент вязкости.

Динамический коэффициент вязкости. Силы внутреннего трения между частицами жидкости, движущимися прямолинейно, пропорциональны отнесенному к единице длины изменения скорости по нормали, к направлению движения и площади поверхности соприкосновения слоев:

                                                (1.22)

где:  - коэффициент внутреннего трения или динамический коэффициент вязкости, зависящий от свойств данной жидкости;

 - площадь поверхности соприкасания слоев;

 - изменение линейной скорости жидкости;

 - расстояние между слоями по нормали к направлению линейной скорости.

Физический смысл динамического коэффициента вязкости представляет собой работу, которую надо совершить при относительном течении слоев жидкости для единицы объемного расхода.

Кинематический коэффициент вязкости  - есть отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости:

                                                                       (1.23)

Кинематический коэффициент вязкости представляет собой работу, которую необходимо совершить при относительном движении слоев жидкости единицы массового расхода.

Коэффициент структурной вязкости  и динамического напряжения сдвига  промывочных жидкостей определяется по данным лабораторных исследований. Так, как определение этих параметров связано с некоторыми трудностями, то в первом приближении для промывочных жидкостей их можно находить по следующим эмпирическим формулам:

                                                                       (1.24)

где:  - плотность промывочной жидкости, в кг/см³.

Предельное статическое напряжение сдвига это условная характеристика прочности тиксотропной структуры, возникающей в буровом растворе после нахождения в покое в течении одной (CHC₁) и десяти (СНС₁₀) минут. Первая величина характеризует удерживающую способность бурового раствора, а вторая - структуру раствора при восстановлении циркуляции раствора.

               

 

#######

Земная кора сложена из горных пород, которые по происхож­дению делятся на три группы:

- магматические (или изверженные),

- осадочные и

- метаморфические (или видоизмененные).

 

Магматические породы образовались в результате застыва­ния магмы и имеют, в основном, кристаллическое строение. Животных и растительных остатков в них не содержится. Типичные представи­тели магматических пород - базальты и граниты.

Осадочные породы образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и поверхности материков. В свою очередь они делятся на обломочные породы, а также породы химического, органического и смешанного происхождения.

               Породы химического происхождения образовались вслед­ствие выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций в земной коре. Такими породами являются гипс, каменная соль, бурые железняки, кремнистые туфы и др.

              Породы органического происхождения являются окамене­лыми останками животных и растительных организмов. К ним относятся известняки, мел и др.

              Породы смешанного происхождения сложены из материа­лов обломочного, химического и органического происхождения. Представители данных пород - мергели, глинистые и песчаные извес­тняки.

              Обломочные породы образовались в результате отложения мелких кусочков разрушенных пород. К ним относятся валуны, га­лечники, гравий, пески, песчаники, глины и др.

Метаморфические породы образовались из магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в толще земной коры. К ним относятся сланцы, мрамор, яшмы и др.

    Поскольку основные известные месторождения нефти и газа сосредоточены в осадочных породах, им необходимо уделить допол­нительное внимание.

Осадочные породы встречаются в пониженных местах континентов и в морских бассейнах. В них часто сохраняются останки животных и растительных организмов, населявших Землю в различные времена в виде отпечатков и окаменелостей. Поскольку определенные виды организмов существовали только в течение опре­деленных промежутков времени, то и возраст пород стало возможным увязать с наличием в них тех или иных останков. На этом основано применяемое в геологии исчисление возраста горных пород. Оно пред­ставлено в виде геохронологической таблицы (табл. 1).

Таблица .1

Геохронологическая таблица

Эра (группа)	Период (система)	Стадия развития органического мира	Продол­житель­ность (в млн. лет)
1	2	3	4
Кайно­зойская	Четвертичный	Животный и растительный мир близок к современному; появление человека	1
	Неогеновый	Интенсивное развитие млекопитаю­щих, расцвет флоры покрытосемен­ных, беспозвоночные близки к современным	65
	Палеогеновый
Мезо­зойская	Меловой	Развитие крупных пресмыкающихся на суше; появление флоры покрыто­семенных; в морях развитие аммонитов	60
	Юрский	Расцвет гигантских пресмыка­ющихся и флоры голосеменных. Появление летающих ящеров и птиц. Развитие белемнитов	35
	Триассовый	Распространение наземных форм пресмыкающихся; развитие богатой флоры голосеменных	35
Палео­зойская	Пермский	Появление пресмыкающихся; широ­кое распространение крупных земно-водных. Появление голо­семенных растений. Вымирание плеченогих	30
	Каменноуголь -ный	Развитие фауны земноводных. Расцвет плауновидных папорот-нико-вых растений	55
	Девонский	Появление насекомых и земновод­ных, Развитие наземных растений. Разнообразная фауна плеченогих и кораллов	50
	Силурийский	Следы наземной жизни, первые рыбы; разнообразная фауна ракообразных, плеченогих и кораллов	45
	Ордовикский		80
	Кембрийский	Примитивные формы простейших плеченогих и трилобитов, развитие водорослей	90
Проте­розойс­кая		Широкое распространение водорослей. Появление простейших животных	800
Архео­зойская		Остатки органического мира неизвестны	Более 2000

    В соответствии с этим исчислением все время формирования земной коры (З...3,5 млрд. лет) делится на эры, которые подразделя­ются

    на периоды,

    периоды - на эпохи,

    эпохи - на века (последние в табл. 5.1 не показаны).

Толща горных пород, образовавшаяся в тече­ние эры, называется группой,

                       в течение периода - системой,

                       в течение эпохи - отделом,

                       в течение века - ярусом.

 

    Каждый отрезок геологичес­кого времени характеризуется определенными видами организмов, не живших на Земле ни до, ни после этого времени.

    Древнейшая эра - археозойская ( от греческих слов «архе» -начало и «зоо» - жизнь), что означает «эра начала жизни».

В породах этого возраста останки растительности и животных встречаются очень редко.

           Следующая эра - протерозойская («протос» - первый, «эос» - заря), что означает «заря жизни». В породах этой эры встречаются окаменелости беспозвоночных животных и водорослей.

           Палеозойс­кая эра ( «палеон» - древний), т.е. «эра древней жизни», характеризуется не только бурным развитием растительной и живот­ной жизни, но и интенсивными горообразовательными процессами. В породах этого возраста найдены крупные месторождения угля, не­фти, газа, сланцев.

           Мезозойская эра («мезос» - средний), т.е. «эра средней жизни», также характеризуется условиями, благоприятны­ми для образования нефти, газа и угля.

           И, наконец, кайнозойская эра («кайнос» - новый), т.е. «эра новой жизни», это эра наиболее благо­приятных геологических условий для образования данных полезных ископаемых. К отложениям этого возраста приурочены самые круп­ные в мире месторождения нефти и газа.

              

     

 

 Формы залегания осадочных горных пород

    Характерный признак осадочных горных пород - их слоис­тость.

Данные породы сложены, в основном, из почти параллельных слоев (пластов), отличающихся друг от друга составом, структурой, твердостью и окраской.

    Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, а сверху - кровлей.

Пласты осадочных пород могут залегать не только горизон­тально, но и в виде складок (рис. 5.1), образовавшихся в ходе колебательных, тектонических и горообразовательных процессов.

    Изгиб пласта, направленный выпуклостью вверх, называется анти­клиналью, а выпуклостью вниз - синклиналью. Соседние антиклиналь и синклиналь в совокупности образуют полную складку.

    В России почти 90 % найденных нефти и газа находятся в ан­тиклиналях, за рубежом - около 70 %.

    Размеры антиклиналей составляют в среднем: длина 5...10 км, ширина 2...3 км, высота 50...70 м.

Однако известны и гигантские анти­клинали.

Так, самое крупное в мире нефтяное месторождение Гавар (Саудовская Аравия) имеет размеры в плане 225x25 км и высоту 370 м,

а газовое месторождение Уренгой (Россия): 120x30 км при высоте 200 м.

 

    По проницаемости горные породы делятся на

- проницаемые (коллекторы) и

- непроницаемые (покрышки).

 

    Коллекторы - это лю­бые горные породы, которые могут вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя при наличии перепада давле­ния.

Встречаются следующие типы коллекторов:

1) поровые, состоящие из зернистых материалов (пески, пес­чаники и др.), пустотами в которых являются межзерновые поры;

2) кавернозные, пустоты в которых образованы полостями-кавернами различного происхождения (например, образованными в результате растворения солей проникающими в породу поверхносты-ми водами);

3) трещиноватые, образованные из непроницаемых опор, но вмещающие в себя жидкости или газ за счет многочисленных микро-и макротрещин (трещиноватые известняки и др.);

4) смешанные (кавернозно-трещиноватые, трещиновато-но­ровые, кавернозно-поровые или кавернозно-трещиновато-поровые).

 

    Наилучшими коллекторскими свойствами обладают поровые коллекторы.

 

Неплохими способностями вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя могут обладать и другие типы коллекторов.

Так, па некоторых месторождениях Сау­довской Аравии взаимосвязанные системы трещин создают каналы длиной до 30 км. К трещиноватым коллекторам за рубежом приуро­чено более 50 % открытых запасов нефти, а в России - 12 %.

    Покрышки - это практически непроницаемые горные поро­ды. Обычно ими бывают породы химического или смешанного происхождения, не нарушенные трещинами.

Чаще всего роль покры­шек выполняют глины:

- смачиваясь водой, они разбухают и закрывают все поры и трещины в породе.

    Кроме того, покрышками могут быть каменная соль и известняки.

---

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 99; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!