Физика пласта. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Физика пласта

• Название: Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Физика пласта
• Анкор: Физика пласта
• Дата: 21.06.2022
• Размер: 2.25 Mb.
• Имя файла: Fizika_Plasta_Ekzamen.docx
• Тип: Документы; #607015
• страница: 3 из 7

31.Выведите формулу для определения карбонатности.



Карбонатность горной породы рассчитывают по формуле:



где К - содержание СаСО₃ в породе, %;

V₁- отсчет по бюретке до проведения опыта, см³;

V₂- отсчет по бюретке после проведения опыта, см³;

V_к –объем кислоты, введенной в реакционную колбу, см³;

ρ - плотность СО₂, мг/см³;

М – масса породы, взятой для опыта (навески), г.



– содержание в породе в процентах

– объем выделившегося газа, см³

а – масса исследуемого образца, г

– плотность СО₂ в г/м³ при температуре опыта

32. Что называется удельной поверхностью горных пород?

Удельная поверхность горных пород – это суммарная поверхность твердой фазы в единице объема породы (м²/м³) зависит от степени дисперсности пород.

33. Выведите формулу для определения удельной поверхности фиктивного грунта.

В породах, состоящих из частиц малого размера (алевриты, глины и др.) удельная поверхность может достигать очень больших величин и через поверхностные явления (адсорбция и др.) влиять на процесс фильтрации.

Суммарная поверхность (S_УД) шарообразных частиц в 1 м³ фиктивного грунта составляет:

(1.25)

где S_УД – удельная поверхность, м²/м³; m – пористость доли единиц; d – диаметр частиц, м.

Для естественных песков удельная поверхность вычисляется суммированием ее значений для каждой фракции гранулометрического состава:

(1.26)

где М – масса породы, кг; М_i – масса данной фракции, кг; d_i - средний диаметр фракций, определяемые по формуле:

(1.27)

где d’_I и d’’_I – ближайшие стандартные размеры отверстий сит.

34. Напишите формулу для определения удельной поверхности реального грунта со сложным гранулометрическим составом.

Реальный грунт с неоднородными частицами заменяют эквивалентным фиктивным грунтом (при этом гидравлическое сопротивление фильтрации жидкости и удельная поверхность этих грунтов должны быть одинаковыми).

Диаметр частиц фиктивного грунта называется эффективным диаметром частиц (d_ЭФФ).

С учетом формул (1.25) и (1.26) имеем:

(1.28)

или

(1.29)

С другой стороны, гидравлический радиус  пористой среды определяется выражением:

(1.30)

что с учетом (1.29) дает (если принять d_ЭФФ=d):

(1.31)

Учитывая, что гидравлический радиус равен отношению площади порового канала к его периметру, для поры с крупным сечением радиуса R имеем:

Тогда из (1.31) получаем:

(1.32)

Подставляя в (1.32) R из (1.18) ( ), получим:

(1.33)

где k – проницаемость, м²; S_УД – удельная поверхность, м²/м³.

Если выразить проницаемость в мкм², а S_УД – в м²/м³, то:

(1.34)

Из формул (1.32), (1.34) что чем меньше радиус поровых каналов и проницаемость пород, тем больше ее удельная поверхность.

Формула (1.34) является одним из вариантов формул Козени-Кармана, устанавливающей зависимость коэффициента проницаемости от пористости, удельной поверхности и структуры порового пространства.

В общем случае формула Козени-Кармана имеет вид:

(1.35)

где m – пористость (характеризующая динамическую полезную емкость коллектора), S_УД – удельная поверхность, Т – извилистость поровых каналов (отношение средней длины каналов к длине керна – может достигать значение 6 и более),  - структурный фактор, учитывающий форму сечения поровых каналов.

35.Какие типы цементирования обломочных частиц выделяют по взаиморасположению и количественному соотношению цементирующих и обломочных минералов?

Цементирующим веществом горных пород называют минеральные вещества, заполняющие в породе промежутки между составляющими их зернами и обломками (частицами) и связывающее их между собой.

Коллекторские свойства горных пород в известной степени определяются составом, структурой и текстурой цемента.

• 
  Базальный – цемент, в котором зерна погружены, не соприкасаясь между собой. Цементация прочная.
  
• 
  Поровый – вещественная масса цемента заполняет межзерновое пространство породы, при этом отсутствует контакт между зернами, а суммарные объемы зерен и цемента соизмеримы.
  
• 
  Контактный – цементирующий материал концентрируется в местах контакта зерен породы.
  
• 
  Пленочный – цементирующий материал обволакивает зерна породы тонкой пленкой.
  

С увеличение количества цемента в породе проницаемость ее резко уменьшается. При этом наихудшие показатели получаются при базальном и поровом цементах.

36. На какие типы делятся цементы по структуре?

По вещественному составу цемент осадочных пород может быть: 

• 
  карбонатным — кальцитовым, доломитовым, сидеритовым;
  
• 
  сульфатным — гипсовым, ангидритовым, баритовым и др.;
  
• 
  кремнистым — опаловым, халцедоновым, кварцевым;
  
• 
  глинистым — глауконитовым, монтмориллонитовым и др.;
  
• 
  хлоритовым;
  
• 
  фосфатным;
  
• 
  цеолитовым.
  

По структуре составляющего его вещества — аморфный, тонкоагрегатный, пелитоморфный и кристаллическизернистый (мелко-, средне и крупнозернистый).

37. Что такое пористость горных пород?

Пористость горных пород — это наличие в ГП пор, пустот, трещин и каверн. 

Пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы. Это ёмкостной параметр горной породы.



38. Понятие коэффициента открытой пористости. Виды пористости.

Виды пористости:

Общая (полная, абсолютная) пористость – суммарный объём всех пор (V_пор), открытых и закрытых.

Пористость открытая эквивалентна объёму сообщающихся (V_сообщ) между собой пор.

На практике для характеристики пористости используется коэффициент пористости (m), выраженный в долях или в процентах.

Коэффициент общей (полной, абсолютной) пористости (m_п) в процентах зависит от объема всех пор:

(3.4)

Коэффициент открытой пористости (m_о) зависит от объёма сообщающихся между собой пор:

(3.5)

Коэффициент эффективной пористости (m_эф.) оценивает фильтрацию в породе жидкости или газа, и зависит от объёма пор (V_{пор фильтр}), через которые идёт фильтрация:

(3.6)

Для зернистых пород, содержащих малое или среднее количество цементирующего материала, общая и эффективная пористость примерно равны. Для пород, содержащих большое количество цемента, между эффективной и общей пористостью наблюдается существенное различие.

39. Какие существуют методы определения пористости?

Для определения пористости достаточно знать объемы пор и образца, объемы зерен и образца или плотности образца и зерен. Существует много методов определения этих величин и соответственно имеется множество способов оценки величины пористости горных пород.

Для определения объема образца часто пользуются по И. А. Преображенскому методом взвешивания насыщенной жидкостью (обычно керосином) породы в той же жидкости и в воздухе (при этом для расчета объема образца используется закон Архимеда). Объем породы можно найти по объему вытесненной жидкости при погружении в нее образца, насыщенного той же жидкостью.

Насыщения образца жидкостью можно избежать, если использовать метод парафинизации (метод Мельчера). При этом способе образец породы перед взвешиванием в жидкости покрывается тонкой пленкой парафина, объем которого определяется по массе породы до и после парафинизации. Метод парафинизации трудоемок и не повышает точности определений.

Объем образца можно также определить по его размерам, если придать ему правильные геометрические формы, а объем пор — по методу взвешивания. Объем пор при этом находится по разности АР массы породы, насыщенной под вакуумом жидкостью, и массы сухого образца



где р_ж — плотность жидкости.

Следует учитывать, что методом насыщения и взвешиванием определяется не полная пористость, так как часть пор (замкнутых) не заполняется жидкостью, а так называемая пористость насыщения. Поэтому объем пор часто находят по объему зерен. Для этого используют пикнометры и специальные приборы — жидкостные и газовые порозиметры. Порозиметрами пользуются также для нахождения открытой пористости.

Принцип действия газового порозиметра основан на законе Бойля—Мариотта: изменяя в системе объемы газа или давление, по полученным данным подсчитывают объем частиц и пористость.

В жидкостном порозиметре объем зерен или образца, предварительно насыщенного под вакуумом керосином, определяется по объему вытесненной жидкости (керосина) после помещения в камеру прибора твердого тела.

Пористость образца можно представить в виде соотношения площади пор к площади всего образца в каком-либо сечении. На этом основании пористость оценивается с помощью методов, основанных на измерении площадей под микроскопом или определении соотношения этих площадей по фотографиям. Для контрастности при изучении степени взаимосвязанности пор последние иногда заполняются окрашенными воском или пластиками.

Существует много способов определения этих величин и, соответственно много способов нахождения коэффициента пористости пород.

Определение объема образца:

1. 
   спосод И.А.Преображенского – взвешивание образца, насыщенного жидкостью (керосином) в воздухе - _ВОЗД и в керосине _КЕР. Тогда с учетом закона Архимеда имеем:
   

2. 
   по объему вытесненой жидкости при погружении в нее образца, насыщенного той же жидкостью;
   
3. 
   по размерам образца правильной геометрической формы;
   

Определение объема пор:

1. 
   по разности масс М образца, насыщенного под вакуумом жидкостью и сухого образца; в этом случае:
   

где _Ж – плотность жидкости (известна).

2. 
   с помощью жидкостных или газовых порозиметров или по объему зерен – с помощью пикнометров.
   

В газовом порозиметре, изменяя объем газа и давления, на основании закона Бойля – Мариотта подсчитываем объем зерен и пористость.

В жидкостном порозиметре объем пор, предварительно насыщенного под вакуумом керосином, определяют по объеиу вытесненой жидкости (керосина) после помещения образца в камеру прибора.

Если на плоскости измерить площадь пор S_ПОР и площадь всего сечения – S_СЕЧ, то



При этом, если S_ПОР=S_{ПОР П.}, то m_П – коэффициент полной пористости; если S_ПОР=S_{ПОР О}, то m_o – коэффициент открытой пористости.
40. В чем заключается метод Преображенского?

Коэффициент открытой пористости определяется по методу Преображенского сравнением масс сухого и насыщенного керосином образца для расчета объема керосина, вошедшего в поровое пространство керна, а объем образца (керна) – по разности масс насыщенного образца в воздухе и погруженного в керосин того же образца, то есть методом гидростатического взвешивания насыщенного керосином образца.

41. Как определяется средняя пористость пласта?

Пусть пласт состоит из n пропластков, имеющих толщину h1, h2, … hn и пористость m1, m2, … m_n. Средний коэффициент пористости пласта, прилегающего к одной скважине, равен



Если пласт вскрыт k скважинами, на каждую из которых приходится площадь дренирования соответственно F1, F2, … Fk , то средний коэффициент пористости пласта будет равен



где m_cj – средний коэффициент пористости пласта, прилегающего к j-ой скважине, который рассчитывается по вышеуказанной формуле.

42. Как подразделяются поровые каналы нефтяных пластов по размерам?

Свойства пористых горных пород в большой степени зависят от размеров поровых каналов. Поровые каналы нефтегазовых коллекторов условно разделяют на три группы:

1. 
   Сверхкапиллярные (d>0,5 мм);
   
2. 
   Капиллярные –0.0002 d0.5мм (0,2 мкм);
   
3. 
   Субкапиллярные d<0,0002 мм (0,2 мкм).
   

По крупным (сверхкапиллярным) каналам флюиды (нефть, газ, вода) движутся свободно, а по капиллярным – при существенном влиянии капиллярных сил. В субкапиллярных каналах жидкость настолько сильно удерживается силой притяжения стенных каналов (молекулярных сил), что в природных условиях практически перемещаться не может. Вследствие этого породы с субкапиллярными порами (глины, глинистые сланцы) независимо от пористости, практически не проницаемы для жидкостей и газов. К хорошим коллекторам нефти и газа относятся породы с капиллярными и сверхкапиллярными каналами.

43. Что понимают под проницаемостью горных пород? Дайте определение

проницаемости.

Под проницаемостью горных пород понимают их способность пропускать сквозь себя жидкости или газы при наличии перепада давления.

Проницаемость – это важнейший параметр, характеризующий проводимость коллектора, т.е. способность пород пласта пропускать к забоям скважин нефть и газ. Значение проницаемости в совокупности с другими характеристиками предопределяет режим эксплуатации месторождения, а именно: а) давление и темп закачки рабочего агента в пласт (как правило, воды); б) объем и пространственную геометрию закачки для предотвращения преждевременного обводнения пласта и прорыва воды к забоям эксплуатационных скважин и т.д. Знание проницаемости пласта позволяет осуществить наиболее эффективную и рентабельную нефтедобычу.

Проницаемость зависит от:

• 
  Размера поперечного сечения пор
  
• 
  Характера сообщения между порами
  
• 
  Трещиноватости породы (трещинное пространство обладает высокой проводимостью, трещины создают в пласте направления преимущественной фильтрации)
  
• 
  Минералогического состава пород (лучшими фильтрационными свойствами обладают кварцевые пески благодаря низкой сорбционной способности)
  
• 
  Содержания в составе глинистых материалов (глинистые частицы занимают часть пространства между зернами других минералов, уменьшая пористость и сечение пор)
  

По величине проницаемости продуктивные пласты делятся на:

-Низкопроницаемые (от 0 до 100 мД);

-Среднепроницаемые (от 100 мД до 500 мД);

-Высокопроницаемые (более 500 мД).

Существует деление на 5 классов коллекторов (мкм2):

- очень хорошо проницаемые (>1);

- хорошо проницаемые (0,1 - 1);

- средне проницаемые (0,01 - 0,1);

- слабопроницаемые (0,001 - 0,01);

- плохопроницаемые (<0,001).

44. Каков физический смысл размерности проницаемости?

Итак, в международной системе СИ за единицу проницаемости в 1 м² принимается проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 м² и длиной 1 м при перепаде давления 1 Па расход жидкости составляет 1 м³ /сек.

Используется также внесистемная единица проницаемости – Дарси (Д):

1Д – это проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 см² и длиной 1 см при перепаде давлений 1 атм (кгс/см² ) расход жидкости вязкостью 1 сПз составляет 1 см³ /сек.

Учитывая, что 1 сПз = 1 мПа·с, 1 атм = 10⁵ Па, получим 1Д = 10^–12 м² .

45. Дайте определение абсолютной, фазовой, относительной проницаемостям?

Итак, различают три вида проницаемости:

• 
  Абсолютная.
  
• 
  Фазовая (эффективная).
  
• 
  Относительная.