4. Изучение петрофизических свойств горных пород

Основные физические свойства пород и жидкостей, характеризующие нефтяную или газовую залежь, которые необходимо знать для решения задач подсчета запасов, разработки и эксплуатации месторождений, следующие: гранулометрический состав пород, пористость пласта, проницаемость пород коллектора, удельная поверхность пород пласта, карбонатность пород, механические свойства пород и сжимаемость пластовых жидкостей, физические и физико-химические свойства нефти, воды и газа (вязкость, плотность, растворимость газа в нефти и в воде, поверхностные свойства нефти и воды и др.). Рассмотрим вначале основные свойства горных пород, слагающих нефтяные и газовые месторождения.

4.1. Гранулометрический (механический) состав горных пород

Гранулометрия (от лат. granulum - зернышко и ...метрия), гранулометрический анализ, механический анализ - совокупность приёмов определения гранулометрического состава горных пород. Обломочные горные породы состоят из минеральных и органических частиц различного размера. Эти частицы разделяются по их размеру на определённые комплексы, или фракции. Под гранулометрическим (механическим) составом породы (кернов) понимают количественное содержание в них частиц различной величины в процентах по весу. Механический состав пород определяют ситовым и седиментационным анализом. Разделение песчаных фракций (с размерами частиц от 0.074 мм до 2-3 мм) производится просеиванием через наборы сит с соответственными отверстиями – так называемый ситовой анализ. Разделение более мелких частиц производится гидравлическими методами, основанными либо на различии скорости осаждения частиц разного размера в спокойной воде, либо на способности струи различной скорости течения увлекать частицы разного размера.

От грансостава зависят такие важные свойства по­ристой среды как пористость, проницаемость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т. д. Часто гранулометрический состав горных пород, именно терригенных, а их в земной коре в осадочном комплексе до 85-95 %, позволяет решить так называемую обратную задачу, а именно - изучить прошлое суши, что облегчает поиск нефти и газа, а также других полезных ископаемых.

При проведении ситового анализа сита располагают при рассеве таким образом, чтобы вверху было сито с наиболее крупными размерами отверстий (рис. 4.1.1).

Рис. 4.1.1. Сита.

В него насыпают навеску породы и ведут просеивание. После этого взвешивают породу, оставшуюся на каждом сите, а результаты ситового анализа записывают в таблицу. Деление различных фракций терригенных пород по величине обломочного материала в соответствии с классификацией Л.Б. Рухина (Методы изучения осадочных пород) Гостопиздат.-М.-1957. - 611 с.) приводится в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1

Фракция	Обозначение	Размер зерен, мм
Песчаная крупнозернистая	П к/з	0.5-1.0
Песчаная среднезернистая	П с/з	0.25-0.5
Песчаная мелкозернистая	П м/з	0.1-0.25
Глинистая	Гл	 0.01

Размер основной массы зерен песка в нефтяных месторождениях колеблется обычно в пределах 1.25—0.05 мм. Для Пермского Прикамья размер главной массы зерен песка в нефтяных месторождениях - 0.05 - 0.25 мм.

Методы седиментационного разделения частиц по фракциям основаны на различной скорости осаждения зерен разного размера в вязкой жидкости. По формуле Стокса скорость падения в жидкости частиц сфери­ческой формы равна

, (1)

где r — радиус частиц в м;  — скорость осаждения частиц в м/сек; _ж — плотность жидкости в кг /м³; _п — плотность вещества частицы в кг/м³; g — ускорение силы тяжести в м/сек²;  — кинематическая вязкость в м²/сек.

Формула (1) справедлива при свободном нестесненном движении зерен; чтобы не было влияния концентрации частиц на скорость их падения в дисперсной среде, содержание твердой фазы в суспензии не должно превышать по весу 1 % .

Существует большое разнообразие методов седиментационного анализа. Наибольшее распространение в лабораториях по исследованию грунтов получили методы отмучивания током воды, отмучивания сливанием жидкости (метод Сабанина) и метод взвешивания осадка при помощи весов Фигуровского.

При отмучивании током воды грунт помещают в конический или цилиндрический сосуд, через который создают ток воды, направленный снизу вверх. Регулируя скорость движения воды, добиваются выноса из пределов сосуда частиц определенного диаметра, величина которого также может быть определена при помощи формулы Стокса.

При отмучивании сливанием жидкости частицы разного размера разделяют путем слива после определенного времени отстаивания верхней части столба суспензии с мелкими частицами, не успевшими осесть на дно сосуда.

Наиболее совершенный метод седиментационного анализа - взвешивание осадка. Хорошо перемешанную суспензию вливают в ци­линдрический сосуд, в который опускают тонкий стеклянный диск, подвешенный на плечо седиментометрических весов Н. А. Фигуровского (рис. 4.1.2).