2. Гранулометрический состав пород

Гранулометрическим (механическим) составом породы называют 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 седиментацион- ным анализом.

Для проведения ситового анализа проэкстрагированной от остаточной нефти и 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 форфо- ровой 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 основывается 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:

_v=*j[L(-£s—l), (2.1)

18v V р_ж / ⁴ ’

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

Считается, что формула 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 (2.1).

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 ткгель, 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 седи- ментационного 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.

Р

Рис. 2.1. Схема весов Н. А. Фигуровского:

1 — стеклянный стержень; 2 — нить; 3 — цилиндрический сосуд; 4 — стеклянный диск; 5 — измерительный микроскоп

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

Графически гранулометрический состав можно представить в виде интегральной кривой распределения (рис. 2.2) или графика плотности распределения частиц по размерам (рис. 2.3). Точки интегральной кривой распределения получают, отмечая, как правило, в полулогарифмических координатах диаметр и суммарную массовую долю частиц, начиная от нуля и кончая данным диаметром.

По интегральной кривой распределения судят о неоднородности пород по размерам слагающих ее зерен. Количественно она характеризуется отношением deo/dw, где d₆₀, dw — диаметры, для которых суммарная доля частиц с диаметрами от нуля до данного диаметра, составляют соответственно 60 и 10% (точки 2 и 3 на рис. 2.2). Для нефтяных месторождений эта величина обычно изменяется от 1,1 до 20. По диаметру, соответствующему суммарной массовой доле 90% (точка 1 на рис. 2.2), подбирают забойные противопесчаные фильтры с определенными размерами отверстий.

Гранулометрический анализ проводят для сыпучих и слабо- сцементированных пород. Размер зерен крепких, плотносцемен- тированных пород измеряют по шлифам с помощью микроскопа.

Рис. 2.2. Кривая суммарного гранулометрического состава зерен породы

о 0^01 0^05 0,1 OJS ~0^2 0,25 J,мм

Рис. 2.3. Кривая распределения зерен породы по размерам (1) и гистограмма (2)