шпоры ФГП. 1. Физика горных пород и процессов

• Название: 1. Физика горных пород и процессов
• Анкор: шпоры ФГП.docx
• Дата: 24.06.2018
• Размер: 28.55 Kb.
• Имя файла: шпоры ФГП.docx
• Тип: Документы; #20677

1.Физика горных пород и процессов, занимается изучением физических свойств горных пород и породных массивов при их взаимодействии с естественными и искусственно создаваемыми физическими полями в ходе проведения горных работ, в частности, при добыче полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений

3. Анализ статистических данных может осуществляться применительно к различным объектам (явлениям и процессам). Основным условием, обеспечивающем правильность статического анализа и получаемых из этого выводов, является понимание сущности изучаемых массовых явлений и процессов. К числу основных принципов анализа статистических данных относится также знание особенностей той конкретной обстановки, места и времени, в которых развивается изучаемое явление.Следующим основным принципом анализа статистических данных является комплексный характер изучаемого явления.

5. Пористость количественно оценивает емкостные свойства пород-коллекторов. В общем виде это отношение объема пустот (пор) в образце к его объему, выраженное в процентах. Это же отношение в долях единицы называется коэффициентом пористости. В соответствии с поровым пространством пористость может быть первичной и вторичной и, следовательно, межзерновой, межзерново-трещинной, трещинно-каверновой, каверновой и др. Принято под понятием собственно пористости понимать межзерновую пористость. Различают два основных вида пористости — общую и открытую: коэффициент общей пористости Кобщ=Vп.общ/ Vобр; где Vп.общ— объем всех пор в породе; Vобр—объем образца; коэффициент открытой пористости Коткр=Vп.с./ Vобр, где Vп.с.— объем сообщающихся пор в породе. открытая пористость непосредственно характеризует емкостные свойства породы как коллектора, она учитывается при подсчете запасов нефти и газа, проектировании и анализе разработки и т. п. В коллекторах с трещинной и каверновой пористостью определяют:

коэффициент трещинной пористости Кп.трещ-кавер= Vп.тр-кав/ Vобр, где Vп.тр— объем трещин в породе; коэффициент трещинно-каверновой пористости Кп.тр= Vп.тр/ Vобр, где Vп.тр-кав суммарный объем трещин и каверн в породе; коэффициент пористости матрицы Кп.м= Vп.м/ Vобр, где Vп.м— объем порового пространства матрицы.

6. Пористость осадочных пород, особенно песков и алевритов, тем выше, чем более однородны по размеру и лучше окатаны отдельные песчинки. И наоборот, чем разнообразнее по размеру частицы, слагающие породу, и чем меньше они окатаны, тем меньше пористость породы. В метаморфических породах пористость определяют температура и состав горячих растворов, давление, его характер и длительность воздействия магматические породы имеют незначительную пористость. Исключение составляют изверженные разности пород, такие, как туфолавы, трахит (Р = 55 - 60%). Выветрившиеся магматические породы также имеют высокую пористость

7. Влажность – степень насыщенности водой (плёночной, капиллярной и гравитационной) пор, трещин и других пустот горных пород в естественных условиях. Влагоёмкость горных пород - способность горных пород вмещать и удерживать определённое количество воды. Выражается в процентах от абсолютно сухой породы

8. Виды влагоемкости: Различают влагоемкость максимальную или полную, и влагоемкость молекулярную. Максимальная, или полная, влагоемкость определяется количеством всех видов воды, содержащихся в породе и при условии полного заполнения пор.Молекулярная влагоемкость — количество воды, которое удержится в породе силами молекулярного сцепления, если гравитационной воде будет предоставлена возможность вытекать из породы под влиянием силы тяжести. СВОБОДНАЯ ВОДА - вода, содержащаяся в горных породах и находящаяся под влиянием капиллярных и гравитационных сил. СВЯЗАННАЯ ВОДА — часть воды, физически или химически удерживаемая твёрдым веществом горной породы. Связанная вода в отличие от свободной воды (гравитационной) неподвижна или слабо подвижна. Она подразделяется на воду в твёрдом веществе породы и воду в порах. ОСТАТОЧНАЯ ВОДА - Суммарное содержание в породе капиллярно-удержанной и физически связанной воды

9. В объеме, занимаемом пленочной водой, расположен двойной электрический слой (ДЭС), возникающий близ границы твердой и жидкой фаз благодаря тому, что поверхность твердой фазы имеет электрический заряд, обычно отрицательный. Двойной слой на границе фаз состоит из внутренней и внешней обкладок.

10. Проницаемость характеризует проводимость породы, т.е. способность пород пласта пропускать жидкость и газ. Различают абсолютную, фазовую и относительную проницаемости. Дарси закон устанавливает линейную зависимость между объемным расходом жидкости или газа и гидравлическим градиентом (уклоном, перепадом давления) в пористых средах, например, в мелкозернистых, песчаных и глинистых грунтах. Дарси закон является эмпирическим, он адекватно описывает характер движения поровой жидкости при относительно малых градиентах давления, в том числе при фильтрации воды через грунт под плотинами и другими гидротехническими сооружениями, через стенки и дно каналов. Дарси закон обычно используют при расчетах режимов разработки нефти и газа. Формула, выражающая линейный Дарси закон, имеет вид: v = Q / F = ( k / m ) (ΔP / L)где v - скорость фильтрации жидкости или газа, Q - объемный расход,

F - площадь поперечного сечения образца или эффективная площадь рассматриваемого объема пористой среды, k - коэффициент проницаемости среды, m - динамическая вязкость жидкости или газа, ΔP - перепад давления на длине среды L. Единица проницаемости называемая Дарси (Д), отвечает проницаемости такой горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см2, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см3 жидкости, вязкость которой 1 сП

11. Проницаемость абсолютная (физическая) – проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при следующих условиях:

1. Отсутствие физико-химического взаимодействия между пористой средой и этим газом или жидкостью. 2. Полное заполнение всех пор среды этим газом или жидкостью. Проницаемость фазовая (эффективная) – проницаемость пористой среды для данного газа или жидкости при одновременном наличии в порах другой фазы или системы (газ-нефть, газ-нефть-вода). При фильтрации смесей коэффициент фазовой проницаемости намного меньше абсолютной

проницаемости и неодинаков для пласта в целом.

13. По характеру проницаемости: равномерно проницаемые; неравномерно проницаемые; трещиноватые. По величине проницаемости (мкм2) для нефти выделяют 5 классов коллекторов: очень хорошо проницаемые (>1); хорошо проницаемые (0,1 – 1); средне проницаемые (0,01 – 0,1); слабопроницаемые (0,001 – 0,01); плохопроницаемые (<0,001). Для классификации коллекторов газовых месторождений используют 1–4 классы коллекторов. Особенности проницаемости двухфазной смеси При движении двухфазной смеси нефти и газа через пористую среду относительная проницаемость для нефти падает по мере снижения насыщенности пор нефтью.

14. Масса единицы объема твердой фазы (минерального скелета) породы называется плотностью породы. Масса единицы объема породы в ее естественном состоянии отличается от массы той же единицы объема, заполненного только твердой фазой породы; такое отличие обусловлено в первую очередь пористостью породы. Поэтому в горном деле наряду с плотностью широко пользуются понятием объемной плотности δ. Объемной плотностью называется масса единицы объема породы при данной пористости в ее естественном состоянии. Плотность пород всегда больше их объемной плотности.

15. Факторы определяющие плотность горной породы Плотность горных пород зависит от их генезиса, минерального состава, пористости, трещиноватости, влажности, степени метаморфизма, температуры и давления. Плотность магматических горных пород повышается от кислых разностей к основным и ультраосновным по мере уменьшения содержания лёгкого кремнезёма и постепенного увеличения содержания тяжёлых элементов. Плотность метаморфических пород и зависит от их состава, вида и степени метаморфизма. Например, снижение плотности горных пород наблюдается при гидротермально-метасоматических изменениях, увеличение — при контактовом метаморфизме Плотность осадочных пород в значительной мере определяется их пористостью, влажностью, фациально-литологическими и тектоническими факторами

16. Классификация минералов по плотности: Плотные или тяжелые >4 г/см3 – Самородные минералы, большинство сульфидов, более половины оксилов, силикаты, фосфаты, вольфрамиты, часть карбонатов. Средней плотности 2,5-4 г/см3 – состоит из породообразующих минералов. Легкие <2,5 г/см3 – состоит из самородных не металлов (C, S), глин, хлоридов

18. Плотность магматических горных пород повышается от кислых разностей к основным и ультраосновным по мере уменьшения содержания лёгкого кремнезёма и постепенного увеличения содержания тяжёлых элементов. Плотность метаморфических пород и зависит от их состава, вида и степени метаморфизма. Например, снижение плотности горных пород наблюдается при гидротермально-метасоматических изменениях, увеличение — при контактовом метаморфизме Плотность осадочных пород в значительной мере определяется их пористостью, влажностью, фациально-литологическими и тектоническими факторами

20.Магни́тный моме́нт — основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитный момент измеряется в А⋅м2 или Дж/Тл Намагни́ченность — векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела. Измеряется в А·м−1 Магнитная восприимчивость определяется отношением намагниченности единицы объёма вещества к напряжённости намагничивающего магнитного поля. По своему смыслу восприимчивость является величиной безразмерной.

21. Криваянамагничивания ферромагнетиков имеет сложный характер, для парамагнетиков она представляет прямую линию с положительным угловым коэффициентом, для диамагнетиков - прямую с отрицательным угловым коэффициентом. Магнитная восприимчивость и проницаемость ферромагнетиков зависит от напряженности поля; у парамагнетиков и диамагнетиков этой зависимости нет

22. Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов. С повышением температуры увеличивается подвижность атомов и при определенной температуре (точка Кюри) домены полностью лишаются магнитных моментов и ферромагнетик переходит в парамагнетик. У ряда минералов, имеющих магнитную проницаемость того же порядка, что и парамагнетики, при определенных температурах наблюдается аномальный скачок в значении величины μ. Такие минералы входят в группу антиферромагнетиков. Размагничивающий фактор, размагничивания коэффициент. При намагничивании во внешнем поле образца или детали из ферромагнитного материала разомкнутой формы (например, цилиндра) на его краях образуются магнитные полюсы, создающие внутри образца магнитное поле обратного по отношению к внешнему полю направления. Размагничивающее поле полюсов образца H0 пропорционально его намагниченности J и равно: H0 = NJ

23. Диамагнитными являются минералы с преобладанием ковалентной связи, а также содержащие ионы с электронной конфигурацией благородных газов. К числу диамагнитных минералов относятся, например, галит, сильвин, кальцит. Парамагнитные минералы содержат ионы с некомпенсированными магнитными моментами и обнаруживают небольшой остаточный магнитный момент. Обычно в таких минералах присутствуют парамагнитные ионы железа или марганца МИНЕРАЛЫ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ —гр. м-лов, для которых характерны сравнительно высокая положительная магнитная восприимчивость, зависимость последней от намагничивающего поля, способность к приобретению остаточной намагниченности, наличие магнитного гистерезиса, намагниченности насыщения и точки Кюри /магнетит, самородное железо, железистая платина/

24. НАМАГНИЧЕННОСТЬ горных пород — характеризуется магнитным моментом единицы объёма горной породы, возникающим под действием внешнего магнитного поля. Измеряется в А/м. Индуцированная намагниченность возникает под действием земного магнитного поля исчезает С прекращением его действия. меняется при любой вариации внешней магнитной силы. Индуцированная намагниченность любого образца породы равна J_i=kT , где  (каппа) - его магнитная восприимчивость, а  - полный вектор постоянного геомагнитного поля. При длительном воздействии магнитного поля на горные породы с течением времени возникает вязкая остаточная намагниченность. 

25. Нормальная и остаточная намагниченность вызвана намагничением интенсивными импульсами поля (напр , при ударах молний). Идеальная намагниченность является результатом одновременного действия постоянного магнитного поля и интенсивного переменного поля с убывающей амплитудой

26. Термальная намагниченность. Когда лава или интрузия остывает, происходит формирование зерен ферромагнетиков. При охлаждении ниже точки Кюри атомарные магниты внутри каждого зерна начинают самопроизвольно формировать домены и ориентируются по внешнему полю – формируется остаточная намагниченность. Вязкая намагниченность. Механизм действует в породах, которые имеют точку Кюри немного более высокую, чем температура окружающей среды. За счет длительного времени часть доменов намагничивается по современному полю.

27. Химическая намагниченность. Формируется при химическом преобразовании немагнитных железистых материалов в магнитные в результате выветривания или при осаждении окислов железа из воды, просачивающейся через горные породы. Это важный механизм намагничивания песчаников. Ориентационная намагниченность. образуется в процессе осаждения ранее намагниченных ферромагнитных зерен с преимущественной их ориентацией в направлении действующего во врем я осадконакопления магнитного поля

29. Магнитная восприимчивость у ферромагнетиков положительна (c > 0) их намагниченность J растет с увеличением напряжённости магнитного поля Н нелинейно.

30. Магнитные свойства магматических пород определяет магнетизм их твердой фазы. Высокую и повышенную магнитную восприимчивость этого компонента объясняют наличием в его составе магнетита, гематита, минералов титаномагнетитовой и гемоильменитовой серий. Важнейшими из них являются магнетит, титанамагнетиты. Магнитная восприимчивость метаморфических пород изменяется от практически немагнитных до сильномагнитных. Незначительная магнитная восприимчивость характерна для метаморфических пород, происходящих из практически немагнитных осадочных. Очень высокие значения магнитной восприимчивости наблюдаются у железистых кварцитов. Магнетизм осадочных пород связан в основном с их акцессорными минералами. Максимальные значения установлены у песчаников и алевролитов вблизи источников сноса, и они обусловлены относительно высокой концентрацией магнетита. Наименьшей магнитной восприимчивостью обладают известняки, доломиты, ангидриты, гипсы, каменная соль и угли.

4. Пористость горных пород - Характеризуется наличием пустот (пор), заключенных в горной породе. Благодаря пористости породы могут вмещать (за счет влияния капиллярных сил) жидкости и газы. Различают три вида пористости: - общую (физическую) - объем сообщающихся и изолированных пор. Включает поры различных радиусов, формы и степени сообщаемости.- открытую – объем сообщающихся между собой пор, которые заполняются жидким или газообразным флюидом при насыщении породы в вакууме. Она меньше общей пористости на объем изолированных пор. - эффективную – характеризует часть объема, которая занята подвижным флюидом (нефтью, газом) при полном насыщении порового пространства этим флюидом. Меньше открытой пористости на объем связанных (остаточных) флюидов. Коэффициент пористости характеризует отношение объема пор к объему твердой фазы насыщении порового пространства этим флюидом. коэффициент общей пористости Кобщ=Vп.общ/ Vобр; где Vп.общ— объем всех пор в породе; Vобр—объем образца; коэффициент открытой пористости Коткр=Vп.с./ Vобр, где Vп.с.— объем сообщающихся пор в породе.