Удельная поверхность горных пород и емкость катионного обмена.



Горная порода как система с определенными физическими свойствами.

В геологической науке –природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору.

С петрофизической точки зрения горная порода состоит из компонентов и фаз различного физико-химического состава и агрегатного состояния.

Такая неоднородная система в физической химии называется гетерогенной.

Твердая фаза:

-минеральные частицы скелета

                  - цемент

Флюиды:

-жидкие

             -газообразные

Жидкая фаза:

              -пластовые воды

              -нефть

              -сжиженные воды

Горная порода – гетерогенная термодинамическая многокомпонентная многофазная система.

Предмет, задачи и методы науки «Петрофизика».

Петрофизика – научная дисциплина, изучающая физические свойства горных пород и закономерности их изменений, проявляющиеся при взаимодействии с физическими полями различной природы.

Предмет (объект исследования) – горная порода, ее литологические и петрофизические свойства.

Задачи – определение изменения петрофизических свойств горных пород в зависимости от:

- литологической характеристики;

- условий исследования (пластовые, атмосферные);

- изменения петрофизических свойств под воздействием промывочной жидкости.

Методы(система приемов и способов):

- экспериментальные методы определения петрофизических свойств в лаборатории;

- математические методы анализа получаемых данных.

Изучаемые свойства в Петрофизике.

Емкостные:

    -пористость (общая, открытая, закрытая, эффективная, динамическая)

    -влагоемкость (полная, капиллярная, подвешенная, максимальная гигроскопическая, гигроскопическая)

Капиллярные:

    -капиллярное давление

    -смачиваемость

    -удельная поверхность

Фильтрационные:

    -газопроницаемость

    -водопроницаемость

    -нефтепроницаемость

Плотностные:

              -плотность породы

              -плотность минералогическая

              -плотность жидкой фазы

              -плотность газообразной фазы

Электрические:

              -электропроводность (удельное электическое сопротивление)

              -диэлектрическая проницаемость

              -естественная и вызванная электрохимическая активность

              -окислительно-восстановительная активность

Тепловые:

              -теплоемкость

              -теплопроводность

              -температуропроводность

Магнитные:

              -намагниченность

              -магнитная восприимчивость

              -температура, соответствующая точке Кюри

Ядерные:

              -радиоактивность

              -нейтронная активность

              -длина диффузии

              -время жизни

Упругие:

              -способность к изменению формы

              -способность к передаче и поглощению упругих колебаний (скорость, ослабление волн)

Прочностные:

              - прочность на сжатие

              -прочность на разрыв

              -прочность на сдвиг

Пластичные:

              -пластичность

 

Роль петрофизики в обеспечении различных направлений нефтегазовой промышленности.

-Полевые геофизические методы разведки (сейсморазведка, ВСП и др)

Свойства: литологические, упругие.

- Бурение скважин

Свойства: литологические, механические, плотностные.

- Геолого-технологические исследования (ГТИ)

Свойства: литологические, геохимические.

- Геофизические исследования скважин (ГИС)

- Вскрытие пластов (ФЕС, ДХС, Упр, Плотн)

- Интенсификация пласта + электр.

- Геомоделирование (Л, ФЕС, Пл)

- Подсчет запасов (+акустич, магнитные)

- Строительство ПХГ (подземные хранилища газов)

 

Виды неоднородности горных пород

Типы неоднородностей – по фазовому, компонентному (минеральному) составу, а также текстурно-структурные.

Фазовый состав: порода представлена тремя фазами – твердой, жидкой и газообразной, или двумя – твердой, жидкой или твердой, газообразной.

Фазовая неоднородность породы предполагает наличие границ раздела между обособленными объемами, занимаемыми каждой фазой.

Компонентный состав: каждая фаза представлена одним, двумя или несколькими минералами (твердая фаза), жидкостями (жидкая фаза), газами (газообразная фаза).

Каждый минеральный, жидкий или газообразный компонент имеет определенный химический состав.

Структурно-текстурное строение характеризует более сложное образование, состоящее из двух или более различных пород, чередующихся в объеме изучаемого геологического объекта – образца породы, пласта и т.д.

 

Уровни неоднородности.

Составные части породы и их примерные размеры, мкм.

Атомы, ионы             0,5*10-4 – 2*10-4

Молекулы                  10-4 – 10-3

Моно- и полимолекулярные слои (толщина) 10-4 – 10-1

Поры, заполненные жидкостью, газом 10-4 - 103

Зерна твердого скелета 10-3 - 105

Полости выщелачивания 102 - 107

Прослои, линзы, включения 103 - 107

 

Глинистость горных пород.

Глинистость осадочных пород – свойство содержать частицы с dэф<0.01мм, реже с <0,001мм.

Глинистые частицы являются обломками глинистых минералов групп каолинита, монтмориллонита, гидрослюды, обломками кварца.

Специфические особенности глинистых минералов:

    - строение – изометрично пластичное

    - высокая дисперсность

    - большая удельная поверхность

    - способность к поверхностной диссоциации

    - способность к изоморфным замещениям

    - способность к преобразованию

Массовая глинистость: сгл= m/mтф

Объемная глинистость: Кгл = сглскгл) (1-Кп)

Относительная глинистость: gгл = Кгл/(Кгл +Кп)

Слоистая глинистость: gгл = Хгл(1-Кп.гл)/[Хгл +Кп.п(1-Хгл)]

Глинистость пород влияет на:

-пористость

-проницаемость

-остаточную водо- и нефтенасыщенность

-диффузионно – адсорбционную активность

-поверхностную электропроводность

- диэлектрическую проницаемость

- а также опред. Радиоактивные и нейтронные свойства пород

 

Цемент горных пород.

Цементирующая часть существенно влияет на коллекторские свойства обломочной породы. От количества цемента зависит структура порового пространства, а вместе с этим величина пористости, проницаемости, плотности, степень уплотнения. Содержание цемента определяет тип цементации породы.

При базальном и поровом типах цемента межзерновое пространство заполнено цементирующим материалом и поэтому межзерновая пористость очень низка или даже отсутствует. При остальных типах цемента этот вид пористости в породах имеется. Характер распределения цементирующего материала в обломочных породах также отражается на проницаемости при равномерном распределении цемента и значительном содержании цемента все поры уменьшаются в размере, из-за чего проницаемость очень низкая. При сгустковом цементе сохраняется часть крупных пор, которые и определяют большую проницаемость пород. Состав цемента несомненно влияет на коллекторские свойства пород. На небольших глубинах пористость глинистого цемента составляет 25-40%, и даже в случае базального (или порового) цемента, заполняющего полностью поровое пространство между обломочными зернами, порода будет пористой за счет глинистой части.

Проницаемость пород с глинистым цементом порового или базального типов близ поверхности незначительна. Механическое уплотнение существенно отражается на коллекторских свойствах обломочных пород. Степень уплотнения возрастает с глубиной. Вместе с этим понижаются пористость и проницаемость. Влияние оказывает вторичное минералообразование, которое происходит в больших коллекторах (кварц и кальцит). Кальцит сначала снижает коллекторские свойства, а потом превращает коллектор в неколлектор. Растворение неустойчивых минералов (кальцит, ангидрит) ведет к повышению коллекторских свойств.

 

Удельная поверхность горных пород и емкость катионного обмена.

Под удельной поверхностью пористой среды понимают полную поверхность твердых частиц, образующих твердую фазу этой среды, или полную поверхность поровых каналов среды, отнесенную к единице массы твердой фазы или к единице объема пористой среды.

Удельная поверхность (см2/см3, см2,г)

                                 -объемная

                                 -массовая

Удельная поверхность зависит от:

              -размеров

              -формы

              -минерального состава

Удельная поверхность увеличивается с увеличением дисперсности.

9. Удельная поверхность горных пород и емкость катионного обмена.

Удельная поверхность – это отношение суммарной поверхности частиц или поровых каналов.

Удельная поверхность (см2/см3, см3/г)

Объемная Sv(Sпорvc/Vc);              Массовая Sm (Sпорmc/mс)

Sv=Sm*bтв*(1-Кп)

Удельная поверхность зависит

1)размеров

2)формы

3)минер.состава

Удельная поверхность увеличивается с увеличением дисперсности.

Методы определения удельной поверхности:

-метод Козени-Кармана (Кп и Кпр)

-по изотермам адсобции газов/паров воды

-метод фильтрации разреженного газа

-по теплоте смачивания

-по данным капиллярной конденсации

-по гранулометрическому составу

-оптический или визуальный, по шлифам

Виды удельной поверхности (по способу определения)

                                          -Адсорбционные

                                          -фильтрационные

                                          -по данным гранулометрического анализа

1)Адсорбционные

Sm=amN*c

am-емкость монослояадсорбата

N-число Авагадра

С-посадочная площадка (омега )

2) Фильтрационные

Sv=c


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 155; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ