Физические свойства горных пород

Question 1

Что такое гранулометрический состав? Что от него зависит?

Answer 1

Это количественное (массовое) содержание в породе частиц различной величины. От него зависят проницаемость, пористость, удельная поверхность, капиллярные свойства.

Question 2

В чем заключается седиментационный анализ?

Answer 2

Он нужен для определения размеров частиц, данные формируются на основе различия скоростей осаждения зерен неодинакового размера в вязкой жидкости.

Question 3

Зачем нужна формула Стокса и как она выглядит?

Answer 3

Она определяет скорость осаждения в жидкости частиц сферической формы.

В формуле - ню - кинематическая вязкость, ро п и ро ж - плотность вещества и жидкости.

Question 4

Какие графики строят в результате провеления анализа на гранулометрический состав?

Answer 4

График суммарного состава (у - массовая концентрация в %, х - d или logd). Либо график распределения зерен породы по размерам. (у - массовая концентрация фракции, х - d)

Question 5

Что обозначает данное соотношение?

Answer 5

Это степень неоднородности песка. d60 - диаметр частиц, при котором сумма масс фракций диаметрами, начиная от нуля и до данного d составляет 60%.

Question 6

Что такое пористость? В чем измеряется?

Answer 6

Это наличие в ней пустот. Отношение объёма пор ко всему объёму породы (это если полная (или абсолютная)). Измеряется в долях единиц, либо процентах.

Question 7

На какие виды по происхождению делятся поры (и другие пустоты)?

Answer 7

Бывают первичные (в процессе осадконакоплния и формирования породы) и вторичные (в рез. последующих процессов разлома и дробления породы)

Question 8

На какие виды делят поровые каналы по размеру?

Answer 8

Сверхкапиллярные (>0,5 мм), капиллярные (0,5 - 0,0002 мм), субкапиллярные (0,0002 мм (0,2 мкм))

Question 9

Примеры субкапиллярных пород? Затруднено ли в них движение жидкости, почему?

Answer 9

Глины, глинистые сланцы. Они практически непроницаемы. Там настолько сильно удерживаются силой притяжения стенками каналов (там действие молекулярных сил материала стенок).

Question 10

Что такое коэффициент открытой пористости m₀?

Answer 10

Это отношение объёма открытых, сообщающихся пор к объёму образца.

Question 11

Что такое статическая полезная емкость?

Answer 11

Объём пор и пустот, которые могут быть заняты нефтью и газом.

Question 12

Что такое динамическая полезная ёмкость коллектора П_дин?

Answer 12

Относительный объём пор и пустот, через которые может проходить фильтрация нефти и газа в условиях пласта. В зависимости от препадов давления часть жидкости все-равно не двигается (пленки у поверхности).

Question 13

Как можно найти пористость через плотность зерен?

Answer 13

Question 14

По какому методу часто определяют пористость образца в “домашних” условиях?

Answer 14

По Преображенскому, методом взвешивания насыщенного керосином образца в той же жидкости и в воздухе.

Т.е. Р1 - масса сухого образца в воздухе, Р2 - скеросином в воздухе, Р3 - с керосином в керосине. Ро ка - плотност керосина.

Question 15

Какие приборы существуют в помощь измерению пористости?

Answer 15

Пикнометры (объём зерен часто измеряют), жидкостные/газовые порозиметры.

Question 16

Что такое проницаемость?

Answer 16

Это способность пород пласта пропускать к забоям скважин нефть и газ.

Question 17

Чем абсолютная проницаемость отличается от фазовой и относительной?

Answer 17

Абсолютная - проницаемость пористой среды, которая определена только при наличии одной фазы, химичеси инертной к ней (чаще воздух или газ). Фазовая - п. при наличии или движении в порах многофазных систем.

Относительная - это отношение фазовой к абсолютной.

Question 18

Как выглядит уравнение Дарси для линейного плоскопараллельного потока?

Answer 18

Question 19

Как можно из уравнения Дарси (линейного) вывести коэффициент пропорциональности (проницаемость)?

Answer 19

Question 20

Как изменится уравнение проницаемости для газа?

Answer 20

Qr — объемный расход газа, приведенный к среднему давлению
р в образце. Необходимость использования среднего расхода газа
в этом случае объясняется непостоянством его объемного расхода
при уменьшении давления по длине образца. Т.е. р - не постоянна а средняя (р=(р₁+р₂)/2)

Question 21

Выведите Q для газа, учитывая закон Бойля-Мариотта.

Answer 21

Газ расширяется изотермически (ну и тут плюс понятие среднего давления ещё), поэтому

Question 22

Как выглядит формула для проницаемости с учетом Q, найденного по Бойлю-Мариотту?

Answer 22

Question 23

Расскажите, в чем измеряются все параметры, связанные с проницаемостью в формуле (и сама проницаемость).

Answer 23

Question 24

В чем вообще смысл понятия проницаемости? И используем ли мы на практике размерность СИ?

Answer 24

Физический смысл размерности к (площадь) заключается в том,
что проницаемость характеризует величину площади сечения каналов пористой среды, по которым в основном происходит фильтрация.
Для оценки проницаемости на практике обычно пользуются
единицей Д а р с и, которая приблизительно в 10¹² раз меньше, чем
проницаемость в 1 м².

Question 25

Иногда необходимо применять проницаемость при радиальной фильтрации. Как тогда трансформируется уравнение Дарси для жидкости?

Answer 25

мю - вязкость, h - высота цилиндра, rн - радиус наружного кольца (в - внутреннего)

Question 26

Иногда необходимо применять проницаемость при радиальной фильтрации. Как тогда трансформируется уравнение Дарси для газа?

Answer 26

мю - вязкость, Q_г - расход газа при атмосферном Р, Qг (с черточкой) - расход газа при среднем Р, h - высота цилиндра, r_н - радиус наружного кольца (в - внутреннего)

Question 27

Если в несцементированном песке содержится 20% воды, то чему равна относительная проницаемость для нее? Почему? С чем это связано?

Answer 27

Если в несцементированном песке содержится 20% воды, относи-
тельная проницаемость для нее все еще остается равной нулю (т. е. вода является неподвижной фазой). Это связано с тем, что при небольшой водонасыщенности вода удерживается в мелких и тупиковых порах, в узких местах контактов зерен, не участвующих в фильтрации жидкостей, а также в виде неподвижных местных пленок и микрокапель располагается на поверхности породы. В некоторой части пор она все же содержится и поэтому фазовая проница-
емость по нефти вскоре после начала увеличения водонасыщенности быстро уменьшается и в присутствии 30% связанной воды относительная проницаемость для нефти снижается уже в два раза.

Question 28

Если в пласте находится примерно 30% воды, то как это повлияет на проницаемость нефти?

Answer 28

Фазовая проницаемость по нефти вскоре после начала увеличения водонасыщенности быстро уменьшается и в присутствии 30% связанной воды относительная проницаемость для нефти снижается уже в два раза. Из этого следует, что необходимо беречь нефтяные пласты и забои скважин от преждевременного обводнения.

Question 29

При скольки процентах воды в пласте проницаемости нефти уже не будет?

Answer 29

Из рис. 1.4 также следует, что если водонасыщенность песка S
составляет 80%, относительная проницаемость для нефти уже
равна нулю. Это означает, что при вытеснении нефти водой из несце-ментированных песков остаточная нефтенасыщенность составляет не менее 20%, а в песчаниках, как увидим далее, оказывается еще большей. Нефть в таком случае прочно удерживается в породе капиллярными и другими силами.

Question 30

Чем опасны водные фильтраты
бурового раствора при освоении скважины?

Answer 30

При проникновении в породу
фильтрата бурового раствора возрастает их водонасыщенность в наиболее узкой части потока (в призабойной зоне пласта). В результате значительно уменьшается относительная проницаемость пород для нефти, а также уменьшается дебит скважины. Водные фильтраты
бурового раствора (не обработанного специальными веществами)
обычно прочно удерживаются породами вследствие гидрофильных свойств последних и плохо удаляются из пор пласта при освоении скважин. Поэтому теории фазовой проницаемости, смачиваемости и взаимодействия фильтрата бурового раствора с породой используются при разработке рецептуры растворов, применяемых для вскрытия продуктивных пластов и обеспечивающих сохранение естественных фильтрационных свойств пород.

Question 31

Влияет ли изменение физико-химических свойств жидкостей влияет на движение фаз. Например, что будет с проницаемостью с уменьшением поверхностного натяжения нефти на разделе с водой?

Answer 31

Известно, например, что с уменьшением поверхностного натяжениях нефти на разделе с водой снижается капиллярное давление и увеличивается подвижность нефти и воды, в результате увеличиваются относительные проницаемости породы для жидкости.

Question 32

Какое соотношение должно соблюдаться при проведении лабораторных опытов, для того, чтобы погрешность была как можно меньше?

Answer 32

По результатам исследования Д. А. Эфроса, кроме
равенства в модели и натуре углов смачивания 0 (тета) и пористости пород m ,
должно также соблюдаться это условие: (где сигма - поверхностное натяжение на границе вода-нефть)

Question 33

Answer 33

Question 34

Как выглядит закон Пуазейля?

Answer 34

где n —число пор, приходящихся на единицу площади фильтрации;
R —радиус поровых каналов (или средний радиус пор среды)

F - площ. фильтрации

Question 35

Как найти пористость из закона Пуазейля?

Answer 35

Question 36

Вычислите отношение между k и m через законы Пуазейля и Дарси. Как изменятся формулы, если выбрать размерность Дарси или мкм?

Answer 36

Question 37

Как Котяхов решил поправить формулу вычисления радиуса через соотношение m и k?

Answer 37

фи - структурный коэффициент, учитывающий строение порового пространства

Question 38

Что показывает и как выглядит функция Леверетта?

Answer 38

Левереттом была
впервые сделана попытка учесть влияние свойств пород и жидкостей
и свести данные о зависимости капиллярного давления от насыщен-ности различных пластов в единую зависимость с помощью функции

Question 39

Что такое кнудсеновский режим течения газа?

Answer 39

Когда столкновения
молекул другсдругом редки посравнению с ударами о стенки пор,
т.е.когда газ настолько разрежен,что средняя длина пробега моле-кул сравнима с диаметром поровых каналов

Question 40

Что такое тарировочная кривая?

Answer 40

Заранее составленная зависимость электропроводности от содержания в порах различных фаз.

Question 41

Что такое удельная поверхность горных пород?

Answer 41

Это суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объёма образца.

Question 42

Какая величина удельной поверхности у глин?

Answer 42

Удельная пов. глин и других адсорбентов не имеет определенной величины, а зависит от размера адсорбируемых молекул.

Question 43

Что такое ультрапористость?

Answer 43

Для мелкопористых адсорбентов и слишком разных по размерам молекул наблюдается значительное отклонение в величине удельной поверхности (это явление наз. ультрапористость)

Question 44

Влияет ли состав газа на проницаемость пород?

Answer 44

Состав газа на проницаемость пород заметно влияет только при высоком вакууме (при кнудсеновском режиме течения газа). Тут проницаемость зависит от среднего давления, молекулярной массы, температуры и тем выше, чем меньше М и р.

Question 45

Как найти удельную поверхность, учитывая, что у всех частиц шарообразная форма?

Answer 45

d - диаметр частиц

S - удельная поверхность (м²/м³) для 1 м³

Question 46

Как найти удельную поверхность у песков?

Answer 46

Р - масса породы (кг)

Р_i - масса фракции

d_i - средние диаметры фракции

Question 47

Как найти диаметры частиц фиктивного грунта d_эф через массы? Можно ли записать через него формулу удельной поверхности?

Answer 47

Тогда и удельную поверхность можно записать через эф диаметр, там просто d на d_эф поменять.

Question 48

Как можно выразить удельную поверхность через гидравлический радиус б (дельта)?

Answer 48

Question 49

Что такое гидравлический радиус?

Answer 49

Это отношение площади порового канала к его периметру и для поры с круглым сечением с радиусом R он равен:

Question 50

Как выглядит общая формула Козени-Кармана?

Answer 50

f - коэффициент, учитывающий форму поровых каналов (от 2 до 3)

Т - извилистость поровых каналов (отношение среднестатистической длины каналов к длине керна) (может быть 6 и больше)

Question 51

Найдите частный случай формулы Козени-Кармана для удельной поверхности через гидравлический радиус и соотношение между радиусом, проницаемостью и пористостью.

Какой можно сделать вывод, исходя из полученной формулы?

Answer 51

Чем меньше радиус поровых каналов и проницаемость, тем больше удельная поверхность.

Question 52

Что такое пуазейлевское течение газа?

Answer 52

Т.е. для грубозернистых сред, ширина пор в которых намного больше длины пробега молекул, так что не нужно учитывать скольжение молекул по стенкам (газ вообще не жидкость, у него скорость у стенок не равна 0).

Question 53

Если у нас Кнудсеновское течение газа, то по какой формуле считать S?

Answer 53

Газ вообще не жидкость, у него скорость у стенок не равна 0. Засчет этого в мелкодисперсных средах сопротивление прохождению газа значительно меньше.

Поэто му Козени-Карманы и вообще все те формулы, что были выведены не подходят, применяем только:

Q - число киломолей воздуха, протекающих через 1 м² сечения пористой среды толщиной dХ (м) и перепадом давления dp (Па)

М - относительная молекулярная масса воздуха (кг/кмоль)

R - универсальная газовая постоянная

Т - температура опыта в ⁰С

Question 54

У глины например под действием воды удельная поверхност меняется. Да и у многих других пород тоже. Как здесь у.п. измерять?

Answer 54

Тут измеряют поверхностным обмером при помощи радиоактивных индикаторов, поглощенных пористой средой.

Адсорбционные методы - это хорошее изобретение, достаточно просто подсчитать количество вошедших молекул на единицу площади, но минус в том, что нужна сложная аппаратура.

а_м - число грамм-атомов вещества, связанного с 1 граммом твердой фазы

N - число Авогадро

омега - площадь, приходящаяся на один атом данного вещества на поверхности кристалла

Question 55

Какой важный параметр существует помимо пористости?

Answer 55

Трещиноватость, поскольку именно наличие трещин предопределяет в большей степени емкостные свойства коллекторов.

Question 56

На какие типы делят породы по пустотам в трещиноватом коллекторе?

Answer 56

1) Коллекторы кавернозного типа (Емкость - каверны, фильтрация идет через них по микротрещинам, карбонатные породы в основном)
2) Коллекторы трещиноватого типа (В основном емкость составляют только трещины и микротрещины с открытостью > 5 мкм, мало распространены)
3) Смешанные (почти все такие)

Question 57

Чем определяется интенсивность растресканности пород?

Answer 57

Если у нас одна система трещин, то часто как меру растресканности берут густоту:

Г=dn/dL

dn - количество трещин, секущих нормаль их плоскостей

dL - длина нормали.

Question 58

Чему равна трещинная пористость?

Answer 58

m_т= bT

b - раскрытость трещин

Т - объемная плотность трещин

Question 59

Как зависит проницаемость от трещинной пористости и величины раскрытия трещин?

Answer 59

Это все показывает формула Буссинеска:

q - расход жидкости на единицу протяженности щели

b - раскрытие трещин

мю - динамическая вязкость

дпподикс - градиент давления

Question 60

Если приравнять формулу Буссинеска и закон Дарси, то чему равна проницаемость трещиноватых коллекторов?

Answer 60