4. Удельная поверхность г.П.

Под удельной поверхностью г.п. понимают суммарную поверхность частиц или поровых каналов содержащихся в ед. объема образца.

S_уд = (1)

S_уд → м² / м³

T- суммарная поверхность частиц, либо поровых каналов в образце, [м²]

V – объем образца, [м³]

Чем больше удельная поверхность, тем больше площадь контакта нефти с породой, тем большая доля нефти сосредоточена на границе раздела нефть-порода.

Гранично-связанная нефть прочно удерживается адсорбционными силами и обладает структурно-механическими свойствами, что значительно затрудняет ее фильтрационную по сравнению с объемом нефтью.

Чем больше удельная поверхность, тем меньше радиус поровых каналов, тем больше капиллярное давление на границе раздела нефть – вода, а следовательно, хуже условия вытеснения нефти. Все это влияет на полноту извлечения нефти из пласта.

По результатам многочисленных исследований удельная поверхность породы может изменяться в пределах от 38,0...390 тыс [м² / м³]

Приведем примеры значений удельной поверхности для пород отдельных месторождений :

1) песчаники Ромашкинское мест-е S_уд → 70...110 тыс м² / м³

2) песчаники Туймазинское мест-е S_уд → 40...90 тыс м² / м³

3) Ташкала (Узбекистан) S_уд → 60...330 тыс м² / м³

Связь м/у поверхностью и др параметрами г.п.

Исследования показали, что удельная поверхность связана со многими физическими параметрами г.п.

Например, S_уд = (2)

S_уд – удельная поверхность

ρ₁ – плотность породы, [кг/м³]

ρ₂ – плотность скелета породы, [кг]

P₁ – масса навески породы, [кг]

Р_i – масса i-ой фракции, [кг]

d_i – средний диаметр частиц i-ой фракции, [м]

n – кол-во фракций в составе породы

т.к. пор-ть или

формулу (2) можно записать в следующем виде:

S_уд = (3)

Лекция № 6

Коэф-нт удельной поверхности можно представить ч/з эффективный диаметр породы, если

d_э (4)

S_уд = 6 ·(1-m) / d_э (5)

Согласно исследованиям Козени удельную поверхность можно выразить ч/з гидравлический радиус

S_уд = (6)

σ – гидравлический радиус, представляет собой отношение площади сечения порового канала к периметру его сечения.

формулу (6) выразим ч/з удельный радиус пор

S_уд = (7)

или представляя в ур. (7) значение r_ср , получим ф-лу для удельной поверхности

S_уд = (8)

Вывод: из ур. (7) и (8) => , что чем меньше радиус порового каналов и проницаемость породы, тем больше удельная поверхность. Выражение (8) является одним из ф-лы Козени – кармана, которая имеет следующий вид:

K = m³ / ( f · S_уд· T² ) (9)

K – коэф-нт проницаемости

f – коэф-нт, учитывающий форму поровых каналов от 2 до 3

T – извилистость поровых каналов (отношение среднестатистической длины каналов к длине керна)

Т → 6 и более, определяется электрометрическими и др способами

Методы определения удельной поверхности.

S_уд может быть определена расчетным и экспериментальным методами.

Расчетные методы:

- по гранулометрическому составу пород

- по проницаемости и пористости

- формулы определения указаны выше

Более точны результаты экспериментальных методов:

1. фильтрационный

2. адсорбции меченных атомов

3. адсорбции красителей

Первый метод основан на исп-ии ф-лы Дерягина. В соответствии с этой ф-лой расход разряженного газа при кнудсеновском режиме подчиняется следующему закону.

Кнудсеновский режим – это режим, когда длина свободного пробега мол. газа при фильтрации соизмерима с диаметром порового канала

(10)

Q – расход газа, [м³/с]

M – мол-ая масса газа

R – универсальная газовая постоянная, [Дж/ кг·К]

T - абсолютная температура , [К]

S_уд – удельная поверхность, [м² / м³]

- градиент давления, [па/м]

Второй метод меченных атомов: при этом методе исп-ся радиоактивные вещества. Уд. пов-ть после адсорбции радиоактивного вещества на пов-ти пор определяют по формеле:

S_уд = (11)

S_уд – удельная поверхность, [м² / м³]

N – число Авагадро

ω - площадь, занимаемая 1^ой молекулой на пов-ти кристалла

a_ω – число молей атомов в-ва, адсорб-го на внутр-ей пов-ти пор

Третий метод занимает особое место по точности. Метод идентичен вышеназванному, получил широкое распр-ие в силу своей безопасности и возможности использования веществ с молекулами малой площадью посадки.