4. З якими петрофізичними властивостями гірських порід пов’язана ємність катіонного обміну.

Наибольшая емкость обмена обычна для природных адсор­бентов: глин, трепелов, диатомитов, опок, пепловых туфов и др. Различие в емкости обмена определяется минеральным соста­вом, структурой глинистых и других минералов пород, степенью ■ее совершенства, изоморфными замещениями, а также сте­пенью дисперсности. Главнейшими обменивающимися катиона­ми в глинах являются Са²⁺, М§²⁺, Н+, Ыа+, К⁺¹, они располо­жены в порядке их обмена друг на друга.

В обменном комплексе глин преобладает либо Ыа, либо Са. Если преобладает Ыа — глины разбухают, если Са — не разбу-хают. Разбухание N8 монтмориллонитовых глин может проис-ходить до отношения первоначального объема к увеличенному как 1 :8.

Емкость обмена песчано-алевритово-глинистых пород возрас-тает с их массовой кгдт или относительной {кТлт/кп) глини- •стостью (рис. 17, а, б), зависит от минерального состава и диа¬метра зерен (рис. 18). При ^з = сопз1 она минимальна у пород с каолинитовым цементом и максимальна при цементе монтмо- риллонитовом.

Вологість гірських порід

1. Вологоємність та водонасиченість гірських порід.

Вологоємність гірських порід  – властивість гірських порід вбирати та утримувати, зокрема в пустотах (порах, кавернах і тріщинах), воду. В. оцінюється за відносним ваговим або об'ємним вмістом (у %) вологи шляхом зважування зразків породи, насичених водою і висушених до постійної ваги. За характером розподілу води в пустотах породи розрізнюють гігроскопічну, молекулярну, капілярну і повну В.г.п.Максимальна, - г і г р о с к о п і ч н а В.г.п., - визначається кількістю вологи, яку порода здатна поглинути з повітря з відносною вологістю 94%. Для пісків гігроскопічність за масою в сер. бл. 1%, для мулів 5-10%, глин - 15-20%.М о л е к у л я р н а В.г.п. залежить від характеристики змочуваності поверхні зерен та їх дисперсності. Напр., кварцові піски мають найменшу молекулярну В. - 1,5%, мули бл. 14%, глини - до 40% (за масою). Максимальна молекулярна В.г.п. та гігроскопічна В.г.п. є оцінкою фізично зв’язаної води.К а п і л я р н а В.г.п. відповідає кількості води, що втримується в пустотах породи за рахунок дії капілярних сил. Для пісків вона складає дек. %, для глин - 18-50%.П о в н а В.г.п. - макс. к-ть води, яку здатна втримувати водонасичена порода в природних умовах її залягання; граничне значення повної В. дорівнює відкритій пористості порід і коливається в межах 0,5-60% та більше (для пухких порід, туфів, вугілля бурого, глин, вапняків). За В. гірські породи поділяють на: вологоємні (глини, торф та ін.), слабковологоємні (піски, мергелі, крейда та ін.) та невологоємні (галька, гравій, кам’янисті породи).

2. Хімічно зв’язана та фізично зв’язана вода в гірських породах.

Хімічно зв’язана вода  входить до складу кристалічної решітки рiзних мiнералiв i може бути видаленою з них лише нагрiванням. Найбільшу кількість води містять слюди та глинисті мінерали -смектити. Більшість з них мають рухливу пластинчасто-листову кристалічну решітку і, як наслідок, високу поверхневу енергію. Це зумовлює активну взаємодію мінералів з водою, яка може поглинатись або віддаватись міжлистовими проміжками. Мінерали при цьому відповідно збільшуються або зменшуються в об’ємі, стають пластичними при змочуванні і крихкими при висиханні. Деякi мiнерали при цьому розпадаються.

Значну кількість води також містить гіпс (CaSO₄×2H₂O) – водний сульфат кальцію. На глибині понад 150 м під дією тиску покриваючих порід гіпс обезводнюється і переходить в ангідрит, зменшуючись при цьому в об’ємі.

Фізично-зв’язана вода утримується на поверхні частинок гірських порід електромолекулярними силами, які набагато перевищують сили тяжіння. Рухливість цієї води, набагато менше вільної (гравітаційної). За деякими фізичними показниками фізично зв’язана вода підрозділяється на міцно зв’язану (гігроскопічну) та рихло зв’язану (плівкову). Міцно зв’язана вода утворюється шляхом адсорбції молекул води з водяної пари, чи з рідкої води. Ця вода покриває частини породи тонкою плівкою яка міцно утримується електромолекулярними силами до 109 Па і вилучається тільки шляхом тривалого прогрівання при температурі 105-110 оС.

3. Залишкова вода в породах-колекторах.Макар

4. Методи визначення залишкової води і ефективної пористості в породах колекторах.Макар

5. Способи визначення зв’язаної води гірських порід.

До цього типу води відносять ту частину води в порах породи, яка залишається в ній завдяки взаємодії молекул води з поверхнею мінерального скелета породи, а також в результаті впливу капілярних сил.Зв’язану воду можна виділити повністю шляхом висушування зразка з нагрівом або в ізотермічному режимі екстрагування зразка в апараті Сокстлета, частково центрифугування капілярним витісненням.

Виділяють наступні види зв’язаної води: а) стрічкова – утримується поверхнею твердої фази; б) кутів пор і тупікових пор; в) капілярна – затримана.

Стрічкова вода представлена багатьма шарами орієнтованих молекул води, розміщених вздовж поверхні твердої фази частинок мінерального скелету породи. Товщина шару стрічкової води складає декілька десятих нонометра (товщина моношару молекули води або гідратованих катіонів до 100 нм.

Фізичні властивості стрічкової води відмінні від властивостей вільної води – густина і в’язкість стрічкової води вище, ніж вільної, температура замерзання і розчинність солей нижче.

Міцно-зв’язана вода – відносять молекули води і гідратні оболонки катіонів, які поглинаються між шаровим простором кристалів монтморилоніту і других змішано-шарових глинистих мінералів.(між шарова вода, або вода набухання глинистих мінералів з рухомою решіткою). Міцно- зв’язана вода має густину 1,3-1,5 г/см³, діелектрична проникність ε = 10-30 відн.од, температура замерзання – 74 ⁰С, практично не розчиняє солей.

Виділення міцно-зв’язаної води, в тому числі і міжшарової здійснюють при t = 105-160 ⁰С. Міцно-зв’язана вода відповідає гігроскопічній вологості породи. Вплив тиску 20 МПа на гірську породу не позволяє витіснити всю міцно-зв’язану воду.

Рихлозв’язана вода – має густину не більшу 1,1-1,2 г/см³, діелектрична проникність більше 30. Температура замерзання – 4 ⁰С, здатна розчиняти солі, але гірше ніж вільна вода. Виділяється при температурі T<105 ⁰С.

В об’ємі, який займає стрічкова вода розміщається подвійний електричний шар. Виникає цей шар близько границі твердої і рідкої фази завдяки тому, що тверда поверхня має як правило від’ємний заряд. По суті це є особливе розподілення електричних зарядів в при граничних областях фаз породи, які дотикаються. Досить добре вивчений подвійний електричний шар на контакті електролітів із твердим компонентом породи. Цей шар складається із: а) іонного; б)адсорбційного; в) орієнтаційного.

Іонний вид шару (рис а) створюється за рахунок залишкових електричних сил на поверхні твердого компоненту порід при різних хімічних потенціалах однакових іонів в різних фазах породи. Він складається із шару дегідратованих потенціаловизначаючих іонів в твердій фазі і шару гідратованих противоіонів в рідкій фазі. Знак їх різний, розміщені дифузно біля самої границі розділу фаз. Знак і об’єм заряду твердої фази визначається хімічним складом контактуючих фаз, станом розділюючих поверхностей.

Шар гідратованих противоіонів примикає до твердої фази і утримується завдяки потенціаловизначаючих іонів. Однак тепловий рух молекул в рідкій фазі розмиває цей шар, тому він має нерухому і дифузну частину. Нерухома частина шару розміщується в поровому просторі і примикає до твердої фази, за нею розміщена дифузна частина, де густина іонів зменшує в напрямку від твердої фази в глибину рідкої.

Адсорбційний вид шару виникає в результаті вибіркової адсорбції іонів індиферентного електроліту на незарядженій поверхні твердої фази індиферентний електроліт не має спільних із твердою фазою іонів. Адсорбується той іон, який має велику валентність і менший гідратний радіус, він ближче підходить до адсорбенту і міцніше утримується ван-дер-вольсовими силами. Останні виникають на поверхні твердої фази під дією адсорбційного іону. Приблизившись до адсорбенту він поляризує поверхневі атоми, при цьому деформуються їхні електронні оболонки і атоми перетворюються в миттєві диполі, які здатні утримувати адсорбуючі іони.

Орієнтаційний вид шару формується із дипольних молекул води. Частина із них орієнтується і утримується в поровому просторі біля позитивних і від’ємних нескомпенсованих або ван-дер-вольсових зарядів на поверхні твердої фази порід, утворюючи шар міцнозв’язаної води. Поле цього шару і залишкові електростатичні сили орієнтують додаткову кількість води, яка створює рихлозв’язаний її шар. До рихлозв’язаної води відносять воду орієнтовану у іонів дифузійної частини шару.