уыа. Практика 1. 1. Гранулометрический состав горных пород
 Скачать 176.37 Kb.
|
Гранулометрический состав горных пород Количественное содержание в породе частиц различной величины называется гранулометрическим (механическим) составом горных пород и имеет смысл только для терригенных слабосцементированных коллекторов. Размер частиц горных пород изменяется от коллоидных частичек до галечника и валунов. Однако размеры их для большинства нефтесодержащих пород колеблются в пределах 0,01÷1 мм. Методика гранулометрического анализа для различных пород различна: В рыхлых породах распределение по размерам зерен проводят путем рассеивания на ситах (ситовой анализ). В более мелких (коллоидно-дисперсных) породах – по скорости оседания частиц в жидкости (седиментационный или седиментометрический анализ). В сцементированных породах изучаются шлифы породы под микроскопом. Таким образом, механический состав определяют ситовым и седиментометрическим (или седиментационным), а также шлифовым анализом. Основные фракции и их характеристика Рыхлые горные породы состоят из частиц различного диаметра, от долей микрона до нескольких сотен миллиметров. Зернам различных размеров, слагающим породу, присущи определенные физические и водные свойства. В рыхлых породах можно выделить пять основных групп частиц или фракций: Гравелистая фракция: диаметр частиц от 2 до 10 мм, наиболее распространена в прибрежных мелководных частях водных бассейнов, среди флювиогляциальных образований, на речных террасах, в долинах горных рек и временных водотоков. Обладает высокой водопроницаемостью, полной водоотдачей и не меняет своего объема при изменении степени влажности. Капиллярные силы в гравелистой фракции не проявляются. Песчаная фракция: диаметр частиц от 2 до 0,1 мм. Различают грубопесчаную фракцию, диаметр которой находится в пределах от 2 до 1 мм, крупнопесчаную фракцию — от 1 до 0,5 мм, среднепесчаную фракцию — от 0,5 до 0,25 мм, и мелкопесчаную фракцию диаметром от 0,25 до 0,1 мм. Пылеватая фракция: диаметр частиц от 0,1 до 0,005 мм. Они могут откладываться в реках при очень медленном течении, в затонах, озерах, морях и океанах (при отсутствии сильных течений). Различают крупную пыль, диаметр частиц которой находится в пределах от 0,1 до 0,05 мм, и мелкую пыль размером от 0,05 до 0,005 мм. Пылеватая фракция обладает незначительной водопроницаемостью и слабой водоотдачей. При увлажнении слабо набухает, приобретает связность. При насыщении водою легко переходит в плывунное состояние. Величина капиллярного поднятия измеряется десятками и сотнями сантиметров. Глинистая фракция: диаметр частиц от 0,005 до 0,0001 мм. Представляет собой тонкодисперсные частицы, отложение которых может происходить либо в руслах рек в застойных условиях, на дне глубоких озер, морей, океанов, либо путем выветривания коренных магматических или осадочных пород. Глинистые частицы связаны между собой поверхностными силами взаимного притяжения и сложными водно-коллоидными связями и энергично взаимодействуют с водой: при увлажнении сильно набухают и обладают разной степенью пластичности. Высота капиллярного поднятия может достигать нескольких сотен сантиметров. Коллоидно-дисперсные частицы диаметром менее 0,0001 мм находятся главным образом в глинистых породах, обусловливают высокую адсорбционную способность пород, активность протекающих в них процессов ионного обмена и высокую степень набухания в воде. Минеральные коллоиды (частицы глины, коллоидного кремнезема, гидрата окиси железа и др.), видимые в микроскоп только при большом увеличении, проходят через обычные фильтры и в присутствии электролитов в воде коагулируют, переходя в твердое состояние. Коллоиды обладают способностью к поглощению катионов из раствора солей. Если коллоиды насыщены основаниями, то они могут вступать в реакции ионного обмена, изменяя физические и водные свойства горной породы. Отдавая, например, поглощенный натрий и взамен его поглощая эквивалентное количество кальция, коллоиды способствуют увеличению рыхлости породы и повышению ее водопроницаемости. Наоборот, замещение кальция натрием способствуют разбуханию глинистых пород, увеличению их вязкости и уменьшению водопроницаемости. Рыхлые горные породы чрезвычайно редко представляют собой скопление какой-либо одной фракции. Обычно все основные фракции находятся в горной породе в тех или иных соотношениях. Поэтому физико-механические и водные свойства рыхлых горных пород зависят от соотношения в них основных фракций, в соответствии с рассмотренными особенностями каждой фракции. Определения размеров зерен и частиц и их соотношение в рыхлых горных породах имеет большое научное и практическое значение. Эти определения помогают выяснить физико-геологические условия формирования водоносных горных пород, используются при гидрогеологических расчетах, связанных с движением подземных вод, находят применение при подборе фильтров и, на6 конец, служат классификационным признаком для систематизации рыхлых горных пород. При исследовании физико-механических свойств рыхлых горных пород производится анализ их гранулометрического состава. Ситовой метод Ситовой анализ, являющийся основным методом определения гранулометрического состава песчаных пород, производится при помощи специального набора сит со штампованными отверстиями 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм (иногда стандартный набор сит заканчивается отверстиями 0,25 мм). Сита собираются в колонну так, чтобы отверстия их уменьшались сверху вниз. На верхнее сито надевают крышку (а), а под нижнее сито подставляют поддон (б) (рис. 1).  Необходимое оборудование: - набор стандартных сит; - технические весы с разновесами; - фарфоровые чашки; - фарфоровая ступка и пестик с резиновым наконечником; - ложка или совок; лист бумаги. 3.1 Подготовка пробы и проведение анализа Довести пробу рыхлой породы до воздушно-сухого состояния. Для этого рассылать ее. тонким слоем, на листе бумаги и. оставить на воздухе на 1—2 суток. (В учебной лаборатории пробы, как правило, уже воздушно-сухие). 2. Взять среднюю пробу квартованием. Для этого породу тщательно перемешать, рассыпать тонким слоем и разделить шпателем или обратным концом ложки, или совка двумя взаимноперпендикулярньши линиями на четыре равные части (квадранты). Два противоположных квадранта оставить в качестве сокращенной пробы, а два других удалить. Такое квартование пробы производить до тех пор, пока на листе бумаги не останется необходимый для анализа вес пробы: а) для пород, не содержащих частиц крупнее 2 мм — 200 г; б) для пород, содержащих частицы крупнее 2 мм до 10% — 500 г; в) для пород, содержащих частицы крупнее 2 мм от 10 до 30% — 200 г, при большем содержании — 300 г. 3. Породу, состоящую из слипшихся агрегатных комочков, растереть в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Растирать пробу следует осторожно, чтобы избежать разрушения отдельных зерен. 4. Отобранную пробу породы взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г и общий вес ее записать в табл. 1.  Взвешенную пробу просеять через колонну сит с помощью легких боковых ударов ладонями рук до полной сортировки частиц породы в ситах на фракции. Для проверки полного разделения пробы на фракции взять каждое сито (начиная с 3 мм) и просеять над, листом бумаги. Частицы пароды, прошедшие через сито, всыпать в сито с нижележащей фракцией, а взятое сито поместить в колонну сит и продолжать сортировку. Каждую фракцию, оставшуюся на сите и в поддоне, собрать в -предварительно взвешенную фарфоровую чашку, взвесить на технических весах, с точностью до 0,01 г, и вычислить чистый вес каждой фракции. В результате просеивания на ситах остаются следующие фракции:  Вычислить процентное содержание каждой фракции по формуле:  где X — содержание фракции в породе; А — вес фракции, г; В — общий вес навески, г. Подсчитать ошибку анализа (А). Для этого сложить вес отдельных франций и сравнить полученную сумму с первоначальным весом навески, взятой для анализа. Расчет произвести по формуле  где Δ — ошибка анализа, %; В — общий вес навески, г; F — суммарное содержаний фракций, г. Ошибка анализа не должна превышать 1%. В противном случае анализ следует повторить. При исследовании глинистых песков отобрать среднюю пробу на гранулометрический анализ, как указано в п. 2, взвесить ее, поместить в фарфоровую чашку и отмыть от глинистых и пылеватых частиц. Для этого песок в фарфоровой чашке залить водой и растереть пестиком с резиновым наконечником. После некоторого отстаивания (примерно 60 с) воду со взвешенными в ней пылевато-глинистыми частицами осторожно слить. Промыть пробу до полного осветления воды. Промытый песок высушить, взвесить и произвести анализ. Результаты анализа глинистых песков вычислять так же, как в п. 7. Содержание же фракций менее 0,1 мм вычислить по разности между общей навеской в граммах и суммой весов всех фракций крупнее 0,1 мм, Если фракций диаметром менее 0,1 мм содержится в 'пробе более 10% (по весу). Седиментационный (седиментометрический) анализ Данный анализ проводится для фракций частиц размером менее 0,05 мм. Разделение таких коллоидно-дисперсных частиц по фракциям основано на различной скорости осаждения частиц разного размера в вязкой жидкости. Расчет скорости свободного падения частиц породы в жидкости производится по формуле Стокса для частиц сферической формы [4]:  где – скорость осаждения частиц; d – диаметр частиц; rж – плотность жидкости; rп – плотность твердой частицы; g – ускорение силы тяжести; n – кинематическая вязкость. Для проведения ориентировочных расчетов последнюю формулу можно упростить, положив плотность жидкости, равной плотности воды ρж = 1 г/см3 , плотность породы ρп = 2.65 г/см3 , вязкость воды при 15 оС ,μ = 0,0114 сПз. Тогда формула Стокса принимает вид:  где d – диаметр частиц в мм, υ – скорость падения частиц в см/c. При выводе формулы Стокса учитывается, что при движении частицы в вязкой жидкости действует сила сопротивления, определяемая законом Стокса [4]:  При этом было сделано несколько допущений, налагающих известные ограничения на ее применение: 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. Заметные отклонения от формулы обнаруживаются при движении частиц, размеры которых меньше 50 мкм и больше 100 мкм. Формула Стокса справедлива при свободном движении зерен, поэтому массовое содержание твердой фазы не должно превышать 1%. Одним из самых простых способов создания такой смеси является метод «отмучивания» по Сабанину: размельченный грунт помещают в конический или цилиндрический сосуд, через который воду направляют снизу вверх. Регулированием скорости воды добиваются выноса из пределов сосуда частиц определенного диаметра. При сливе разделяют мелкие частицы (медленно оседающие) от крупных (быстро оседающие) – это и есть отмучивание. Практически определение зависимости диаметра частиц от скорости их оседания в вязкой жидкости осуществляется на специальной установке – весах Фигуровского (рис. 2) [4]. При этом способе хорошо перемешанную суспензию (частички грунта в жидкости) вливают в цилиндрический сосуд 3, в который опущен тонкий стеклянный диск 4, подвешенный нитью (плечо весов) 2 к стеклянному кварцевому стержню (коромысло) 1. Оседающие частицы суспензии отлагаются на диске, длина погружения которого и время регистрируется отсчетным микроскопом. По результатам всех видов анализа для данного образца (или нескольких) породы составляется сводная таблица.  Практическая часть Построение кривой гранулометрического состава Суммарная кривая гранулометрического состава может быть построена в обыкновенном или полулогарифмическом масштабах. В первом случае по оси абсцисс откладывают диаметры частиц в мм, во втором – значения, пропорциональные десятичным логарифмам (этот прием позволяет сократить длину оси абсцисс при содержании в грунте частиц от крупнообломочных до глинистых). По оси ординат в обоих случаях откладывают проценты содержания фракций нарастающим итогом (отсюда название «суммарная кривая»). Задача Построить кривую гранулометрического состава в полулогарифмических координатах и определить коэффициент неоднородности, используя приведенные данные.
Решение: (см. график) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||