Физика пласта. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Физика пласта
 Скачать 2.25 Mb.
|
|
15. Дайте характеристику метаморфическим горным породам. Метаморфические горные породы формируются из уже готовых горных пород: осадочных, магматогенных и метаморфогенных. Они являются продуктом сложного естественного процесса, происходящего в недрах планеты и названного метаморфизмом. Метаморфические горные породы образуются в результате нагревания или сжатия земной коры. Чаще всего они встречаются в горных районах. Примером метаморфической горной породы является сланец. Изначально сланец был черной глинистой породой, лежащей на дне озера или моря. Иногда в сланцах можно найти ископаемые остатки, но они зачастую сильно сплющены. Имеются и другие метаморфические породы, это мрамор, гнейс, кристаллический сланец. Метаморфические породы образуются в результате сильного изменения уже существующей горной породы. Такая порода подвергается воздействию высоких температур и давления, что приводит к физическим и/или химическим изменениям. Мрамор, сланец и гнейс – примеры этих типов горных пород. Такие породы могут формироваться под воздействием давления глубоко в недрах Земли, что связано с влиянием тектонических процессов, таких, например, как столкновение континентальных плит. Иногда метаморфические породы образуются вследствие разогрева, вызванного притоком горячей магмы из глубин Земли. Метаморфизм – это процесс преобразования любых по происхождению и составу горных пород под воздействием эндогенных сил. Такими эндогенными силами являются температура, давление и химически активные вещества. Изохимический метаморфизм характеризуется тем, что при его прохождении горная порода изменяет только минеральный состав, не изменяя химического. Метасоматический метаморфизм заключается в значительном, иногда абсолютном изменении химического состава горной породы. Такой процесс коротко называют метасоматозом. Температура является одним из важнейших факторов метаморфизма и проявляется в той или иной степени во всех типах этого процесса. Влияние температуры на преобразование горных пород заключается в том, что её повышение почти в любом химическом процессе приводит к увеличению скорости взаимодействия веществ Метаморфизм происходит при определённом диапазоне температур. Минимальная температура, т. е. начальная, при которой начинаются интенсивные процессы метаморфизма, составляет 300-400°С, а максимальная достигает 900-1000°С. Эти пределы находят своё объяснение в следующем: при температурах ниже 300°С химическое взаимодействие веществ, особенно в твёрдом состоянии, чрезвычайно затруднено или вообще невозможно, а при температурах выше 1000°С большинство минералов при высоких давлениях в недрах Земли расплавляется, и процессы метаморфизма сменяются уже процессами магматизма. Правда, самую высокую температуру плавления имеет минерал оливин (1950°С). Давление играет чрезвычайно важную роль в некоторых типах метаморфических процессов и приводит к образованию минералов с более плотной упаковкой атомов. Различают геостатическое, направленное давление (давление нагрузки), по Л. А. Махлаеву [8], и давление флюидов [17, 18]. Геостатическое давление зависит от удельного веса вышележащих горных пород и изменяется от 250 до 300 бар на 1 км. При метаморфизме оно может достигать 10000 бар. Химически активные вещества часто играют решающую роль в метаморфических процессах. Главными элементами при этом считают углекислоту и воду. Вода находится в глубинах земной коры в парообразном состоянии и свободно перемещается сквозь толщу горных пород по многочисленным пустотам и трещинам, растворяя некоторые химические элементы и превращаясь в химически активный раствор. Контактовый метаморфизм тесно связан с внедрением и застыванием магмы и её воздействием на горные породы, в которые она внедрилась. Проявляется он в пределах зон термического и химического воздействия интрузии на вмещающие горные породы. Дислокационный метаморфизм называют также динамометаморфизмом, динамотермальным или катакластическим. Как и контактовый, этот метаморфизм происходит в локальных зонах, представляющих собой зоны на границе перемещающихся относительно друг друга блоков земной коры, то есть в зонах тектонических нарушений. Главной действующей силой этого метаморфизма является направленное давление (стресс). Региональный метаморфизм называют также глубинным, чем подчёркивается его принципиальная особенность. Оба названия вместе дают полное представление о характере и месте этого типа метаморфизма, а также о главных действующих силах или факторах. Главными факторами регионального метаморфизма являются высокая температура, высокое геостатическое давление, иногда – химически активные вещества. Интенсивность действия названных факторов резко возрастает с глубиной, что не требует дополнительного объяснения, так как об этом достаточно подробно говорилось в общем описании процессов метаморфизма. Породы регионального метаморфизма пользуются наибольшим распространением в земной коре. Среди них известны продукты метаморфизма осадочных и магматогенных горных пород. Для них характерны микрозернистая, листоватая и чешуйчатая структуры, сланцеватая, плойчатая, полосчатая, реже – массивная и очковая текстуры. 16. Что такое породы-коллекторы, типы коллекторов? Порода-коллектор – природный материал, в котором находятся нефть и газ; это преимущественно песчаники, известняки и доломиты. Они наиболее благоприятны для накопления УВ; содержат наиболее крупные залежи нефти и газа. Любая порода, которая содержит сообщающиеся поры, может стать коллектором. Горные породы-коллекторы нефти и газа являются сложными физическими объектами, так как они: Многофазны (включают твердую, жидкую и газообразную фазы) Неоднородны (их физические свойства изменяются в пространстве, пример – слоистость) Нестационарны (их физическое состояние и физические свойства изменяются во времени, как при формировании залежи, так и при их эксплуатации) Типы пород – коллекторов: Гранулярные (поровое пространство состоит из межзерновых полостей – песчано – алевролитовые (обломочные) породы и изредка – пласты известняков и доломитов); Трещиноватые (поровое пространство – система трещин – карбонатные отложения, сланцы, блоки пород между трещинами – плотные малопроницаемые породы); Смешанные (поровое пространство – система трещин и поровое пространство блоков, а также каверны и карстовые полости). Установлено, что в настоящее время запасы нефти распределены следующим образом: Песчаные пласты и песчаники – 60 %; Карбонатные породы – 39 %; Выветренные метаморфические и изверженные породы – 1 %. Это значит, осадочные породы – основные коллекторы нефти и газа. 17. Что такое структура и текстура горной породы? Текстура – характер взаимного расположения компонентов породы и их пространственная ориентация. Структура – строение породы, обусловленное величиной, формой зерен, степенью цементации (размер зерен, степень их окатанности, изометричность – одинаковость размеров зерна в разных направлениях сортированности). 18. Назовите петрографические признаки, контролирующие первичную пористость. Поры, сформировавшиеся на этапе седиментации, называются первичными или седиментационными. Пустотное пространство, образованное в постседиментационной стадии, считается вторичным или эпигенетическим. Первичные поры – это структурные поры между гранулами обломочных пород, внутри органических остатков, межкристаллические поры плотных магматических, метаморфических, осадочных пород, поры известковых, кремнистых туфов и др. Петрографические признаки, контролирующие первичную пористость: Размер зерен Сортированность Форма зерен Округленность Характер упаковки Минеральный состав Вторичные поры – это каверны, трещины, каналы в теле пород, образовавшиеся при их растворении, выветривании, кристаллизации, перекристаллизации, доломитизации известняков, тектонических и биохимических процессах. Петрографические признаки, контролирующие вторичную пористость: Эпигенетические (наложенные) текстуры Характеристика обломочных зерен: вторичные изменения (регенерация, растворение, перекристаллизация), число контактов с соседними зернами, тип их сочленения. Цементация, тип цементации Структура цемента Типы пористости, связанные с вторичными преобразованиями цемента 19. В чем сходство и различие терригенных и карбонатных коллекторов? Большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. По литологическому составу коллекторами нефти и газа являются терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), карбонатные (известняки, мел, доломиты), вулканогенно- осадочные и кремнистые породы. Основные типы коллекторов - терригенные и карбонатные. Менее значимые коллекторы, связанные с вулканогенно-осадочными, глинистыми и редко-кристаллическими породами. Терригенные коллекторы. Породы - коллекторы терригенного типа состоят из зерен минералов и обломков пород разных размеров, сцементированных цементами различного типа. Обычно эти породы представлены в разной мере сцементированными песчаниками, алевролитам, а также в виде смеси их с глинами и аргиллитами. Для характеристики терригенных коллекторов большое значение имеет их минералогический и гранулометрический составы. Терригенные коллекторы занимают 1е место. На них приходится доля 58 % мировых запасов нефти и 77 % газа. К примеру, в Западно-Сибирском бассейне, практически все запасы газа и нефти находятся в терригенных коллекторах. Литологически, терригенные коллекторы характеризуются гранулометрией - размером зерен. Размер частиц: крупнозернистых песков - 1-0,25 мм; мелкозернистых песков - 0,25-0,1 мм; алевролитов - 0,1-0,05 мм. Емкостно-фильтрационные свойства различны. Пористость составляет 15-20%, проницаемость - 0,1-0,01 (редко 1) квадратных микрометров (мкм2). Коллекторские свойства определяются структурой порового пространства, межгранулярной пористостью. Глинистость ухудшает коллекторские свойства. Карбонатные коллекторы слагаются в основном известняками и доломитами. Среди карбонатных коллекторов особое место занимают биогенные или органогенные толщи, образованные жизнедеятельностью организмов: кораллов, мшанок, моллюсков, диатомовых водорослей. Карбонатные коллекторы занимают 2е место. На них приходится доля 42% запасов нефти и 23% газа. Главные отличия карбонатных коллекторов от терригенных: Наличие, в основном, только 2х основных породообразующих минерала - кальцита и доломита; Фильтрация нефти и газа обусловлена, в основном, трещинами, кавернами. Карбонатные коллекторы присутствуют на месторождениях бассейна Персидского залива, нефтегазоносных бассейнов США и Канады, в Прикаспийском бассейне. Фильтрационные и емкостные свойства карбонатных коллекторов могут существенно улучшаться, если повлиять на них растворами соляной кислоты, карбонизированной водой или иными способами, которые используют химическую активность кальцита и доломита. природные резервуары в карбонатных коллекторах располагаются на больших площадях, тогда как в терригенных они занимают участки локально 20. Что такое фиктивный грунт? Как меняется его пористость в зависимости от упаковки зерен? Фиктивный грунт - среда, состоящая из шариков одного размера, уложенных во всем объёме пористой среды одинаковым образом по элементам из восьми шаров в углах ромбоэдра. Острый угол раствора ромбоэдра a меняется от 60 до 90. Наиболее плотная укладка частиц при a=60 и наименее плотная при a=90 (куб)  Пористость фиктивного грунта можно вычислить по формуле Слихтера. Пористость фиктивного грунта зависит от способа укладки зерен, но не зависит от размера зерен. У пород, состоящих из неодинаковых по размеру обломков пористость резко снижается, так как мелкие зерна занимают промежутки между крупными зернами, уменьшая объем порового пространства. 21. Как влияет содержание глинистых минералов на фильтрационно-емкостные свойства горных пород? 1. Содержание глинистых частиц в терригенном коллекторе кварцевого или полимиктового состава существенно влияет на их пористость и проницаемость. С ростом глинистости фильтрационно-емкостные свойства коллектора обычно ухудшаются. 2. Огромная поверхность глинистых частиц обусловливает связь содержания в породе физически связанной воды с глинистостью и увеличение коэффициента остаточного водонасыщения с одновременным снижением коэффициента эффективной пористости с ростом глинистости. Образование пленок адсорбированной воды с аномальными физическими свойствами, занимающих значительную долю объема глинистой породы, ведет к возникновению аномальных физических и физико-химических свойств глинистых пород, которые необходимо учитывать при анализе материалов ГИС. 3. Содержание и минеральный состав глинистого материала — главные факторы, определяющие способность породы играть роль литологического экрана нефтяной или газовой залежи. 22. Какие структуры различают по размеру зерен? Структура обломочных осадочных пород зависит преимущественно от размеров и формы зерен. По размерам зерен выделяют структуры: псефитовую (размеры зерен обломков более 2 мм); псаммитовую (0,1 – 2 мм); алевритовую (0,01 – 0,1 мм); пелитовую (0,01 мм и менее). 23. Что подразумевается под гранулометрическим (механическим) составом горных пород? Гранулометрический анализ используется для определения дисперсности минеральных частиц, несцементированных песков и слабосцементированых песчаников. Дисперсность сцементированных пород узучается в шлафах под микроскопом. Степень дисперсности пород влияет на ряд ее свойств: пористость, проницаемость, удельную поверхность, капиллярные свойства и т.д. При выполнения гранулометрического анализа породы разделяют на фрикции по размерам частиц. Гранулометрическим (механическим) составом горной породы называется количественное (массовое) содержание в породе частиц различной крупности. 24. Какими методами определяется механический состав породы? Методы определения механического состава горных пород: Ситовой анализ (для разделений фракций песка d≥0.05 мм); Седиментационный анализ (0,01 Микроскопический анализ (0,002 25. В чем суть ситового метода? Стандартные сита с отверстиями: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм. Ситовой анализ: сверху располагают сито с наибольшим диаметром отверстий, внизу – с наименьшим. В верхнее сито насыпают 50 гр породы и просеивают 15 мин. Массу частиц в каждом сите определяют взвешиванием. 26. В чем суть седиментационного метода? Седиментационный анализ основан на различии скоростей оседания зерен в вязкой жидкости у частиц неодинаковых размеров. Методы седиментационного анализа различны. Основные (при исследовании грунтов): Способ отмучивания током воды и способ слива жидкости (метод Сабанина); Метод взвешивания осадка с помощью весов Фигуровского. При отмучивании грунт помещают в конический или цилиндрический сосуд и регулированием скорости воды, текущей снизу вверх, добиваются выноса из сосуда частиц определенного диаметра, который определяют по формуле Стокса. В  способе слива отделяют медленно оседающие мелкие частицы от оседающих (более крупных и тяжелых) путем слива жидкости, содержащие еще не осевщие на дно сосуда частицы.Наиболее совершенный метод седиментационного анализа – взвешивание осадка, выпавшего из хорошо перемешанной суспензии из грунта и воды, на специальный датчик – подложку (например, тонкий стеклянный диск 4). Осадок взвешивают как функцию времени. Если частицы имеют крупные размеры – осадок выпадает быстро, если размеры частиц малы – то выпадение осадка происходит медленно. Взвешивание осадка производят или на весях Фигуровского (рис. 1.1) или на автоматических седиментационных весах (например, модели ВСД – 1/50). В прборе ВСД – 1/50 (диапазон диаметра частиц 1 – 50 мкм) автоматически регистрируется масса осадка (в пределах 0 – 500 мг) как функция времени. 27. Каковы допущения на применение формулы Стокса? Скорость осаждения V частиц сферической формы определяется формулой Стокса:  , (1.1)где g – ускорение свободного падения, d – диаметр частиц, ν – кинематическая вязкость жидкости,  - плотность частицы породы,  - плотность жидкости.Формула Стокса имеет пределы и условия применения: 1) считают, что формула (1.1) применима для частиц диаметром 0,1 – 0,001 мм; на частицы меньшего диаметра влияет броуновское движение и слои адсорбированной воды; 2) формула Стокса справедлива для свободного (нестесненного) движению зерен, поэтому массово содержание твердой фазы не должно превыщать 1 %. частицы должны быть шарообразной формы; движение их должно происходить достаточно медленно в вязкой и несжимаемой жидкости и в бесконечном удалении от стенок и дна сосуда; частицы должны осаждаться с постоянной скоростью, не превышающей некоторого предельного значения; частицы должны быть твердыми и иметь гладкую поверхность; не должно быть скольжения на границе между движущейся частицей и дисперсионной средой; частицы должны быть достаточно большими по сравнению с молекулами дисперсионной среды. 28. Как графически отображается гранулометрический состав горных пород? После обработки получают зависимость массовой доли частиц от их диаметра. Результаты отображают в виде графиков (таблиц) двух типов: кривой суммарного (накопительного) интегрального гранулометрического состава породы (массовая доля при dЗ кривой распределения зерен по диаметрам (дифференциальной кривой) массовая доля di≤dЗ≤di+1 частиц в интервале Δd=di+1-di   Диаметр частиц, соответствующих точке 1, учитывается при подборе отверстий забойных фильтров для нефтяных скважин. 29. Чем определяется степень неоднородности песка и как ее определить? Степень неоднородности пород характеризуют отношением d60/d10, где d60 – диаметр частиц, при котором сумма масс фракций с диаметром 0dЗd60 состовляет 60 % от массы образца породы (массы всех фракций; точка 2 на рис. 2), d10 – аналогичная величина для 10 % массы всех фракций. Очевидно, что чем больше коэффициент неоднородности, тем более разнородной по гранулометрическому составу является порода. Для однородного песка кривая суммарного состава выражается крутой линией, а для неоднородного – пологой. По кривой распределения зерен выявляют диапазон размеров фракций, которые в основном слагают породу. Коэффициенты неоднородности пород, слагающих нефтяные и газовые месторождения, колеблются в пределах 1÷6. 30. Что понимают под карбонатностью горных пород? Под карбонатностью породы понимается содержание в ней солей угольной кислоты (  ): известняка -  доломита -  , соды  , поташа -  , сидерита -  .Определение карбонатности пород проводят с целью выяснения возможности солянокислотной обработки призабойной зоны скважин для дополнительного увеличения проницаемости призабойной зоны, а также для определения химического состава горных пород, слагающих нефтяной пласт. Методы определения карбонатности: Химический – метод химического титрования Массовый – определение по разнице массы навески до и после вымачивания ее в соляной кислоте Объемный-газометрический – основан на определении объема выделившегося углекислого газа при взаимодействии породы с соляной кислотой в приборе Кларка |