51. Гранулометрический состав

Гранулометрический (механический) состав породы - количественное, как правило, массовое содержание в породе частиц различной крупности. Им в значительной степе­ни определяются многие свойства породы: пористость, прони­цаемость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т. п.

В процессе эксплуатации скважин на основании грануломет­рического состава подбирают фильтры, предотвращающие вы­нос песка из пласта в скважину.

Гранулометрический состав горной породы определяют сито­вым и седиментационным анализами. Ситовый анализ применя­ется для фракционирования частиц размером более 0,05 мм. Содержание частиц меньшего размера находят седиментационным анализом.

Ситовый анализ закл-ся в след. - высушенный образец породы массой 40-50 г дробят на кусочки, не разрушая отдельных зерен, и обра­батывают 10%-ным раствором соляной кислоты для удаления карбонатов. После этого образец растирают пробкой в форфоровой чашке с одновременной промывкой водой для удаления глинистой фракции. Отмытую породу высушивают, взвешивают и просеивают через набор сит в течение 15 мин. Оставшиеся на каждом сите фракции взвешивают. Суммарная масса фракций должна совпадать с начальной массой отмытой высушенной породы.

Седиментационный анализ закл-ся на зависимости ско­рости падения частицы в вязкой жидкости от размера частицы. Определение скорости свободного падения частиц породы в жидкости производится по формуле Стокса для частиц сфери­ческой формы:

где — скорость осаждения частиц в жидкости; g—ускорение свободного падения; d — диаметр частиц; — кинематическая вязкость жидкости; — плотность жидкости; — плотность частиц породы.

Ф-ла Стокса справедлива для частиц диаметром 0,1—0,001 мм. На скорость осаждения частиц мень­шего размера ощутимое влияние оказывают броуновское дви­жение и слои адсорбированной на поверхности частиц жидкости, не учитываемые в формуле (1).

Наиболее распространенные методы седиментационного ана­лиза — пипеточный метод, метод отмучивания потоком воды и метод взвешивания осадка. При использовании пипеточного ме­тода навеску породы высыпают в цилиндр, заполненный жид­костью, и тщательно перемешивают. Затем через различные промежутки времени с нескольких глубин пипеткой отбирают пробы жидкости вместе с находящимися на этом уровне части­цами породы. Пробы помещают в фарфоровый тигель, выпари­вают и определяют сухую массу фракции. Диаметр частиц в данной пробе вычисляют по формуле Стокса, зная глубину от­бора пробы и время осаждения частиц.

При отмучивании потоком воды грунт помещают в кониче­ский или цилиндрический сосуд, через который направляют снизу вверх воду. Ступенчатым увеличением скорости течения воды добиваются выноса из сосуда частиц различного диаметра, значение которого рассчитывают по формуле Стокса.

Наиболее точный метод седиментационного анализа основы­вается на взвешивании осадка на весах Н. А. Фигуровского (рис. 2.1). Частицы породы, осе­дающие в жидкости скапливают­ся на стеклянном диске 4, под­вешенном с помощью жесткой нити 2 к коромыслу 1 из кварце­вого стекла. Деформацию коро­мысла под действием веса осев­ших частиц регистрируют с по­мощью измерительного микро­скопа. Диаметр частиц, осевших к данному моменту времени, так, как и во всех седиментационных методах, вычисляют по формуле Стокса. В более совершенных приборах, например ВСД-1/50, масса осевших частиц измеряет­ся электронными весами и непре­рывно регистрируется самопишу­щим прибором.

Результаты гранулометриче­ского анализа представляют в виде таблиц, гистограмм и гра­фиков, иллюстрирующих связь между диаметром частиц и их массовой долей в породе.

Гранулометрический анализ проводят для сыпучих и слабосцементированных пород. Размер зерен крепких, плотносцементированных пород измеряют по шлифам с помощью микроскопа.