5 Геометрия порового пространства и методы его изучения

Студенты должны получить представление о методах изучения геометрии порового пространства горных пород.

5.1 Прямые методы

Прямыми методами изучаются: пустоты в шлифах (количество и размер пустот, параметры соединяющих их каналов и трещин); заполнение пустот полимером и последующее растворение матрицы. Замеры пор и каналов на микрофотографиях. Кривые распределения пор и каналов:

Структурные коэффициенты: отношения числа зерен, участвующих в строении пор, к числу пор. При коэффициенте, равном 3,0, поры будут иметь треугольное сечение, при коэффициенте 4,0 – прямоугольное и т.д. Чем выше значение коэффициента, тем выше пористость и крупнее поры.

Определяется удельная протяженность контактов (О.А. Черников) на единицу площади Σl (мм/мм²).

П.П. Авдусин, М.А. Цветкова (1938) ввели понятие о гидравлической характеристике коллектора Ф: Ф=Р/ΣР, где Р – периметр эквивалентной поры, ΣР – суммарные периметр поровых каналов (определяются на фотографиях шлифов).

Рентгеноскопия: пластинка толщиной 1 см пропитывается солями бария.

Полированные поверхности: образец проваривается в канадском бальзаме, окрашенном нигрозоном, шлифуется, полируется. Натирается смесью вазелина с мелом. Черным и белым окрашиваются соответственно открытые и закрытые пустоты.

5.2 Косвенные методы

Удельной поверхностью называется отношение суммарной поверхности всех пор и каналов к единице объема или массы породы. Для идеальной породы Sуд=6(1-m)/D, где m – коэффициент пористости, D – диаметр зерен.

С уменьшением диаметра и пористости возрастает удельная поверхность:

При m=0,477 долей ед. и D=0,25 мм она равна 125,5 см²/см³, при m=0,26 долей ед. и D=0,005 мм она равна 888 см²/см³.

Удельная поверхность реальных пород зависит от размеров, форм и минерального состава зерен. По А.А. Ханину, удельная поверхность песчано-алевролитовых пород изменяется в пределах 0,04 – 10 м²/г.

Удельная поверхность определяет удерживающую способность коллектора, в том числе – водонасыщенность.

Метод адсобрции. Абсорбируется инертный газ (азот, аргон) при низких давлениях и постоянной температуре, близкой к температуре сжижения газа.

S_уд=V_mN_o,

где V_m – количество адсорбированного газа, отвечающее образованию мономолекулярного слоя, моль, N – число Авогадро (6,02310²³), _o – площадь, занятая одной молекулой. Для аргона при тмепературе минус 195,8 ^С она равна 12,810^-16 см³.

Метод изучения микрофотографий. Иголка длиной l бросается N раз.

S_уд=(4Nсn)/lh,

где с – число пересечений границ пор, h – число попаданий внутрь зерен, n – кратнойсть увеличения фотографии.

Расчетный метод.

S_уд=С(m³/К_пр),

где с – коэффициент, зависящий от состава породы, меняется от 4500 для алекролитов до 7700 для среднезернистых песчаников. Применяется для несцементированных пород с однородным гранулометрическим составом.

Изучение распределения поровых каналов. Важно для выяснения причин различия в проницаемости пород близкого гранулометрического состава с примерно равной пористостью.