1. Стеклянный стержень (коромысло); 2 – нить; 3 – цилиндрический сосуд;

4 – стеклянный диск; 5 – отсчетный микроскоп.

Рис. 4.1.2. Схема весов Фигуровского.

Хорошо перемешанную суспензию вливают в цилиндрический сосуд 3, в который опускают тонкий стеклянный диск 4, подвешенный на плечо седиментометрических весов Фигуровского Н.А. Выпадающее частицы суспензии отлагаются на стеклянном диске. По мере отложения осадка равновесие весов нарушается и для восстановления его требуется дополнительная нагрузка. Регистрируя время и нагрузки, получают данные, которые затем обрабатывают.

Каждый из указанных видов анализа имеет свою ценность и практическое значение. Так, например, для выбора ширины щелей фильтра и размера зерен гравийного фильтра необходимо проводить ситовой анализ, а для гидравлических расчетов, связанных с выносом и оседанием песка в жидкости, надо проводить седиментометрический анализ.

Результаты определения гранулометрического состава, полученного совместно ситовым и седиментометрическим способами, представляются в виде таблицы и оформляются графически. Наиболее распространёнными графиками являются гистограммы, кривые распределения зерен песка по размерам и суммарного состава (кумулятивные кривые). Кривые распределения строятся так, что по оси абсцисс откладываются размеры фракций, а по оси ординат - содержание каждой фракции в исследуемой породе в % по массе (рис. 4.1.3):

Средний диаметр частиц (d), мм

Рис. 4.1.3. Кривая распределения зерен песка по размерам.

На кумулятивной кривой, в отличие от кривой распределения, по оси ординат откладываются нарастающие массовые, или весовые m, проценты (рис. 4.1.4), а по оси абсцисс — диаметры частиц d_срк:

∙100% (2)

(3)

где n – количество сит, k – количество фракций.

Средний диаметр частиц, мм

Рис. 4.1.4. Кривая суммарного гранулометрического состава.

Анализ можно изобразить также в виде точки на треугольнике (чем ближе точка к какой-либо вершине треугольника, тем больше в данной породе фракции, соответствующей этой вершине).

На кривой второго графика (рис. 4.1.4) надо обратить внимание не только на характер кривой, но и на три характерные точки на кривой.

Точка 1, соответствующая размеру отверстия сита, на котором задерживается 10% более крупных фракций, а 90% более мелких фракций проходит через сито; перпендикуляр, опущенный из этой точки на ось абцисс дает диаметр зерен песка d₉₀, по которому определяется, например, размер щелей фильтра, спускаемого в скважину и служащего для ограничения количества песка, поступающего из пласта.

Ширину наиболее распространенных прямоугольных щелей фильтра ориентировочно находят, удваивая указанный диаметр зерен d₉₀. А диаметр круглого отверстия фильтра получают умножением этого диаметра зерен d₉₀ на три. Чтобы получить диаметр гравия в гравийных фильтрах, надо указанный диаметр зерен d₉₀ умножить на 1012.

Точка 2, соответствующая 60%-ному суммарному весовому составу, включая все более мелкие фракции, используется для определения коэффициента неоднородности.

Точка 3, соответствующая 10%-ному суммарному весовому составу, включая все более мелкие фракции, дает так называемый эффективный диаметр частиц. Отношение d₆₀/d₁₀ характеризует коэффициент неоднородности песка.

Для совершенно однородного песка, все зерна которого равны между собой, кривая суммарного состава выразится вертикальной прямой линией, а коэффициент неоднородности будет равен К_н=d₆₀/d₁₀=1. Коэффициент неоднородности пород нефтяных месторождений колеблется в пределах 1,1—20.

Метод отмучивания и ситового рассева наиболее распространен на практике, прост в исполнении и экономичен. Однако точность и информативность его низкая, поскольку позволяет выделять ограниченное (не более 7) количество дискретных классов зернистости. Как подчёркивается в специальной литературе (Методы палеогеографических реконструкций (при поисках залежей нефти и газа)/ Гроссгейм В.А., Бескровная О.В., Геращенко И.Л.-Л.: Недра, 1984. - 271 с.), гранулометрический анализ давно нуждается в кардинальной модернизации.

С целью повышения одновременно точности и экспрессности гранулометрического анализа применяется лазерный дифракционный микроанализатор “Analysette’’ фирмы FRITSCH. Прибор работает на основе оптического сходящегося лазерного луча и принципа рассеивания электромагнитных волн от взвешенных в жидкости частиц. Исследуемая проба вносится в сходящийся лазерный луч, который сканирует пробу и отклоняется на определенный угол в зависимости от диаметра и оптических свойств частиц. Программа математической обработки обеспечивает непрерывный расчёт размера зёрен и выдачу графиков в интегральном и дифференциальном виде, а также полную статистику по любым классам зернистости (среднее арифметическое, геометрическое, гармоническое, мода, медиана, коэффициенты сортировки, асимметрии и др.) и пересчёт в другие виды анализов (рис. 4.1.5).

Рис. 4.1.5. Дифференциальное (f) и интегральное (F) распределения грансостава.

Характерная особенность прибора “Analysette’’- большой диапазон измерения размеров частиц (0.1-1250 мкм). На основании дифференциальных (f) и интегральных (F) распределений оценивались усредненные параметры обломочного материала в целом:

- Мо - модальное значение, соответствующее максимуму на кривой f;

- Ме - медианное значение, соответствующее 50 % на кривой F;

- Срг - среднегеометрическое значение, рассчитываемое по формуле:

Срг=n_i*Lgd_i/n_i (4)

где n_i – доля фракции, d_i - средний диаметр зернистости;

• Кс -коэффициент сортировки:

Кс=Q₃/Q₁, (5)

где Q₃ и Q₁ –квантили размерности на кривой F соответственно при 75% и 25%; при Кс=1-2.5 сортировка считается хорошей, при Кс=2.5-4.5 – средней, при Кс >4.5 – плохой;

• Ка - коэффициент ассиметрии модальной величины относительно медианной согласно формулы:

Ка= Q_3*Q₁/(Ме)², (6)

при Мо<Ме величина Ка >1, при Мо>Ме величина Ка <1.

Такие графики позволяют быстро идентифицировать тип породы с учётом наиболее представительной фракции грансостава. В первом случае проба соответствует алевролиту мелкозернистому, а во втором - песчанику среднезернистому. Несомненное преимущество лазерного анализа состоит в том, что он позволяет детально дифференцировать глинистую компоненту пород, в значительной степени контролирующей их адсорбционно-диффузионные свойства, удельное сопротивление и водонасыщенность. Согласно рис. 4.1.5 содержание пелитовой фракции (<0.01 мм) в низкопроницаемом образце значительное – до 25– 32 %.