3.4. Удельная поверхность
Удельная поверхность горной породы - это величина суммарной поверхности частиц, приходящаяся на единицу объема образца.
Наиболее просто удельная поверхность горных пород определяется по гранулометрическому составу и пористости.
Чем больше удельная поверхность горной породы, чем больше в ней содержится физически связанной воды, тем больше ее влияние на механические свойства.
В настоящее время известно значительное число формул, полученных на основе модельных представлений о структуре грунтов, в которых величина удельной поверхности связывается с геометрическими характеристиками поровых каналов.
Для фиктивного грунта эта формула может быть получена из следующих соображений.
В единице объема породы доля, занимаемая
твердыми частицами, составляет величину
( 1 m ), где m– коэффициент
пористости. Число частиц в этом объеме
можно определить как
,
где
- объем шарообразной частицы, имеющей
диаметр D. Тогда удельную поверхность
можно определить как
,где
–
площадь поверхности частицы.
В итоге удельная поверхность выражается через коэффициент пористости и размер частиц как
3.5. Механические свойства
Упругость, прочность на сжатие и разрыв - самые важные механические свойства, которые влияют на процессы, происходящие в пласте в период разработки и эксплуатации месторождений.
К примеру, от упругих свойств горных пород и пластовых жидкостей зависит распределение давления в пласте во время эксплуатации месторождения.
Так же необходимо знать прочность породы на сжатие и разрыв. Эти данные важны при исследовании процессов искусственного воздействия на породы (гидроразрыв пласта), применяемых в нефтегазовом деле для увеличения нефтеотдачи пластов.
Упругость - свойство горных пород сопротивляться изменению их объема и формы под действием приложенных к ним сил.
Прочность на сжатие, растяжение, изгиб и сдвиг горных пород оцениваются через модули, представляющие собой сопротивление, которое оказывает данное тело различным видам деформации.
Для исследования упругости и прочности необходимо знать такие величины, как модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
Модуль Юнга - величина, характеризующая свойство материала сопротивляться растяжению (сжатию) при упругой деформации.
Коэффициент Пуассона - величина относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению.
3.6. Тепловые свойства горных пород
Тепловые свойства горных пород характеризуются следующими физическими параметрами:
удельной теплоёмкостью;
коэффициентом температуропроводности;
коэффициентом теплопроводности.
Эти параметры необходимо учитывать при тепловом воздействии на пласт и решении термодинамических вопросов, связанных с прогнозированием температуры флюидов на устьях добывающих скважин, оценкой фильтрационных параметров пласта, термической обработкой продуктивных горизонтов.
Свойство горных пород поглощать тепловую энергию при теплообмене характеризуется удельной теплоёмкостью пород.
Удельная теплоёмкость оценивается количеством теплоты, необходимым для нагрева единицы массы породы на 1°:
где M – масса породы; dT – прирост температуры от количества теплоты (dQ), переданной породе.
Коэффициент теплопроводности (λ) или удельного теплового сопротивления, характеризует количество теплоты (dQ), переносимой в породе через единицу площади (S) в единицу времени (t) при градиенте температуры (dT/dx), равном единице:
Коэффициент температуропроводности (α) горных пород характеризует скорость прогрева пород, изменения температуры пород вследствие поглощения или отдачи тепла, или скорость распространения изотермических границ.
При нагреве породы расширяются. Способность пород к расширению характеризуется коэффициентами линейного (αL) и объёмного (αV) теплового расширения.