2.5 Жыныстың меншікті бет ауданы

Тау жынысының негізгі сипаттамасының бірі болып оның меншікті бет ауданы болып табылады, яғни жыныс көлем бірлігінде жинақталатын бөлшектің қосынды беті.

Бөлек түйірлердің аз өлшемі және оның жайғасуының үлкен тығыздығы нәтижесінде тау жынысының қуысты кеңістігінің жалпы ауданы үлкен өлшемдерге жетеді.

Тау жынысының сулаудың меншікті беті және қабаттағы су капиллярлы кеуек пен кеуек каналдарының мол мөлшері әсерінен молекулярлы күштердің әрекеті, жыныстың адсорбциялық қабілеттілігі және «байланысқан» судың болуы тәуелді болады. Бұл құбылыстар толығырақ төменде сипатталады.

Құмды қабаттың кеуекті каналдарының бетінің өлшемінің жуық өлшемдерін елестету үшін шар пішінді және бірдей өлшемді құмтастан тұратын фиктивті грунттың 1 см³ көлемдегі түйірдің жалпы бет ауданын анықтау жеткілікті.

Егер п арқылы осындай грунттың 1 см²-гі түйір санын, r — түйір радиусын, 1 — бір түйірдің бетін, V — түйір көлемін және т — кеуектілікті белгілесек, онда бір түйірдің бет ауданы f = r, ал бір түйрдің саны мынаған тең болады V = ⁴/₃ r³. 1 см³ жыныстағы түйір саны мынаған тең болады:

(2.6)

1 см³ осындай жыныстағы түйірдің жалпы бет ауданы келесі теңдеумен анықталады:

(2.7)

Осы формуланы қолданып, құмды қабаттың түйірінің толық бет ауданының өлшемі туралы жуық есептулерді келтіру мүмкін болады.

Егер қабаттың кеуектілігін т=0,2, түйір радиусын r=0,1 мм =0,01 см деп белгілесек, онда 1 см³ қабаттың толық бет ауданы мынаған тең болады:

(2.8)

Ал 1 м³ осындай жыныстың жалпы бет ауданы 24000 м²-ге болады. Меншікті беттің түйіршікті жыныстың кеуектілігі мен өткізгіштігінің арасындағы байланысты жуық шамада келесі қатынаспен сипаттауға болады:

(2.9)

мұнда: S' - жыныстың меншікті беті, 1/см; т - өлшемі бірлік үлестегі кеуектілік; k - өткізгіштік, Д (Дарси).

Кәсіптік мәнге ие құрамында мұнай болатын жыныстың меншікті бет ауданы 500-ден 2300 1/см -ге дейін аралығында болады. Меншікті бет аудан 2300 1/см-тен көп болатын жыныстар өткізбейтін немесе аз өткізгішті болады. Олардың қатарына саздар, сазды құмдар, сазды тақтатастар және т.б. жатады.

Меншікті бет ауданын өлшеу үшін ұсақталған сараптаманың мәліметтері бойынша осы шаманы есептеуге негізделген, жуықталған әдісті, сол сияқты басқа да әлдеқайда нақты адсорбция, айырылған газдардың сүзілуін есептеуге негізделген әдістерді қолданады.

2.6 Тау жынысының механикалық сипаттамалары

Мұнай кен орындарын пайдалану және ұңғыны бұрғылау үшін тау жынысының механикалық қасиеттерінің ішінде – серпімділігі, басу мен созуға тығыздығы және иілімділігі үлкен мәнге ие. Мысалы, жыныстың серпімді қасиеті, яғни өз көлемін қысым өзгерісі кезінде өзгерте алу қабілеті пайдалану үрдісі кезінде ондағы қысымның қайта таралуына әсер етеді.

Өлшемділікті арту мақсатында (торпедалау, қабаттың гидравликалық бұзылуы) ұңғының бұрғылау зонасына механикалық әсер ету әдістерін жүргізу және жобалау үшін қабатты түзетін жыныстың беріктік қасиетін білу керек.

Қатты жыныстардың иілімділік қасиеті, яғни үлкен қысым кезінде олардың сынық түзілімінсіз немесе көрінетіндей бұзылыссыз деформациялану қасиеті үлкен тереңдікте ұңғыны бұрғылау кезінде байқалады. Үлкен тереңдікте қатты жыныс қабаттан жоғары жайылатын тау қысымы үлкен мөлшері әсерінен ұңғыға «ағуы» мүмкін. Жер қабығында жүзбелі иілім кірілу және шығарылу қатпарлардың пайда болуы осындай тау жыныстардың иілімділік қасиеті әсерінен болады.

Тау жынысның қабаттық қасиеттері аз зерттелген. Қатты жынысның (құмтас, әктас) «иілімділігі» осы жынысқа жарылымдар бойымен сырғынауға, төмендеуіне және көтерілуіне мүмкіншілік беретін көптеген микрожарылымдарға бағынышты болады деп болжанады. Тау жынысының серпімділік қасиеті жайлы оның сығылу коэффициенті өлшемі арқылы анықталады. Егер жыныстың үлгісін ішкі қысымға шалдыртса, онда үлгі көлемі және оның кеуекті кеңістігінің көлемі азаяды. Қысымды түсіргенде үлгі көлемі және оның кеуектілігі алғашқы қалыпқа келеді.

Тәжірибелер көрсеткендей көпшілік тау жыныстарда қуыс көлемі қабат қысымының өзгеруімен Гук заңына сәйкес төмендейді немесе жоғарлайды.

(2.10)

мұнда: V_пор - қабат қысымының р-ға (в Па) өзгеру кезінде элементтің қуыс көлемінің өзгерісі (в м³); Vo - керн көлемі, м³; β - қуысты ортаның көлемді серпімділік коэффициенті, м²/Н.

(2.11)

Жыныстың көлемді серпімділік коэффициенті теңдеуінен шығатындай, қысымның 1 Па, 1 кПа, 1 МПа өзгеру кезінде қуысты ортаның көлемінің салыстырмалы өзгеруін сипаттайды. Зертханалық және кәсіпшілік мәліметтері бойынша құрамында мұнай болатын қабаттар үшін р = (0,32) 10^-10 м²/Н немесе (0,32) -10^-5 см²/кгс. Басқа сөзбен айтқанда, әр кгс/см² (0,1 МПа) кезінде жыныстағы кеуектілік көлемінің төмендеу қысымы өзінің алғашқы өлшемінен 1/330000-1/50000 аралығында өзгереді.

Мұнай шоғырын ішкі қысым төмендеуі кезінде игеру үрдісінде сұйықтыққа толы кеуектілік кеңістігінің көлемі қысқарады. Осының нәтижесінде сұйықтық кеуектен шыға бастайды. Сондықтан мұнай кен орындарын игеру кезінде тау жыныстарының серпімділігі үлкен роль атқарады.

Тау жынысының тығыздығы деп олардың механикалық бұзылыстарға кедергісін түсінеді. Тау жыныстары сығылу кезінде елеулі кедергі көрсетеді. Жыныстың бұзылысқа бастырма және ығыспа тығыздығы оның сығылуға беріктігінің тек ондық немесе жүздік бөлігін ғана құрайды.

Сығылуға жыныстың тығыздығы көптеген факторлар қатарына бағынышты болады. Мысалы, әктастар тығыздығы ондағы сазды бөлшектің артуымен азаяды. Құмтастар онда цементтеуші материал болып әктасты цемент болған кезде аз тығыздыққа ие болады. Жыныс тығыздығы сонымен қатар олардың түйірленуіне, тығыздығына және ылғалдылығына бағынады.

Аз түйірлі граниттердің сығылуына тығыздығы 260 МПа, ал ірі – 120 МПа-ға жетеді. Әктастар тығыздығы 1500-ден 2700 кг/м³-қа өскен кезде сығылғыштық беріктігі 50-ден 180 МПа-ға дейін артады; құмтастарда тығыздық 1870-тен 2570 кг/м³-ке артқан кезде сығылғыштық беріктігі 15-тен 20 МПа-ға артады. Әктастар мен құмтастардың тығыздығы оларды сумен қанықтырғанда 25-45% азаяды.

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстарының негізгі физикалық параметрін келтіріңіз.

2. Тау жыныстарының кеуектілігі деп нені атайды?

3. Тау жыныстың гранулометриялық құрамы деп нені атайды, қалай анықталады?

4. Тау жыныстарының өткізгіштігі деп нені атайды ? Өлшем бірлігін келтіріңіз.

5. Тау жынысының өткізгіштігінің мөлшерін анықтау үшін қандай заңдылықты қолданады?

6. Тау жынысының механикалық сипаттамаларын қелтіріңіз.