Геология нефти

Общие указания

Дисциплина «Геология нефти и газа и инженерная геология» состоит из двух самостоятельных наук – «Геология нефти и газа»,

целью которой является изучение состава, свойств, происхождения нефти и газа, процессов формирования и разрушения залежей, а также закономерностей их распространения; «Инженерная геология» - наука, изучающая свойства горных пород, природные геологические и инженерно-геологические процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.

Входе выполнения контрольной работы по дисциплине «Геология нефти и газа и инженерная геология» студентам следует познакомиться с решением некоторых практических задач, которые пригодятся для последующего успешного усвоения специальных дисциплин нефтегазового профиля.

Контрольная работа включает в себя два задания, при выполнении которых следует использовать приведенные в методическом указании образцы.

Вприложениях к методическим указаниям приведены необходимые справочные материалы.

Номер варианта выдается преподавателем. Задания следует выполнять в тонкой школьной тетради.

Задание № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ВИДА ГРУНТА

Грунты состоят из отдельных частиц различной формы, крупности и вещественного состава. Группа частиц с приблизительно одинаковыми диаметрами определенного диапазона называется фракцией. Наиболее распространенная классификация определяет следующие наименования грунтовых частиц в зависимости от фракций.

Процентное содержание фракций грунта по массе называется гранулометрическим (механическим) составом грунта. Это один из важнейших факторов, определяющих физико-механические свойства грунта. От него в значительной мере зависят сжимаемость грунтов и их сопротивление сдвигу (деформационные и прочностные показатели), пористость и водопроницаемость, пластичность, усадка и разбухание (для связных грунтов) и др.

Гранулометрический состав определяется с помощью гранулометрического (механического) анализа, заключающегося в разделении грунта на отдельные фракции. Этот анализ необходим : - для определения наименования песчаных грунтов по крупности (пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые); для определения приблизительного значения коэффициента фильтрации (по эмпирическим формулам); для определения возможности суффозии грунтов; для различных фильтрационных расчетов и т.д.

Существует много способов проведения гранулометрического анализа. В нашей стране наибольшее распространение получили следующие: ситовый (просеивание грунта через набор сит), пипеточный, ареометрический и др. Ситовый способ применим для фракций размером до 0,1 мм, ареометрический способ применяется для более мелких фракций -пылеватых и глинистых.

Гранулометрический состав песчаных грунтов определяется по ГОСТ 12536-79 «Методы лабораторного определения гранулометрического и микроагрегатного состава».

Определение гранулометрического состава грунта (ситовой анализ)

Необходимое оборудование: технические весы с разновесами, шпатель, набор стандартных сит, чашечки, пестик с фарфоровой ступкой.

Методика определения

1.Образец песчаного грунта довести до воздушно-сухого состояния и отобрать пробу массой 100 г.

2.Сита расположить вертикальной колонкой так, чтобы отверстия их уменьшались сверху вниз: 10, 5,… 0,1 мм и поддон. На верхнее сито высыпать подготовленную навеску грунта.

3.Верхнее сито закрыть крышкой и легкими круговыми движениями в течение 3 мин просеять грунт через набор сит. В результате просеивания проба грунта разделяется на фракции: на верхнем сите – 10 мм, на следующем – 5…10 мм, ниже – 2…5 мм и т.д. На поддоне останется фракция < 0,1 мм.

4.Содержимое каждого сита и поддона высыпать в заранее взвешенные чашечки и взвесить. Полученный результат (после вычитания массы чашечки) выразить в процентах к массе всей навески и занести в журнал. Расхождение между массой навески и суммой масс всех фракций более 1% не допускается. Навеску распределить пропорционально массе фракций. При отсутствии специальных чашечек содержимое сит и поддона можно высыпать прямо на чашу весов, предварительно протерев ее. Результаты каждого взвешивания записывать

вграфу «Масса фракции».

Расчетная задача

По приведенным в табл. 1 результатом ситового анализа несвязанного грунта постройте интегральную кривую зернового состава, определите степень неоднородности, коэффициент выветрелости и дайте наименование грунта по этим показателям.

Таблица 1.

Примечания к табл.: ококатанные, н- неокатанные обломки.

Пример решения (вариант 15)

Для установления наименования грунта по зерновому составу последовательно определяют суммарное содержание частиц (%), начиная от наиболее крупных фракций, и сравнивают его с табличными значениями (см. приложение 1). В нашем случае грунт содержит более 50% частиц крупнее 2 мм (46+33+15 =94%), следовательно данный грунт является гравийным (с учетом преобладания окатанных частиц).

Для построения интегральной кривой зернового состава вычисляют суммарное содержание частиц (%), начиная от самых мелких фракций, результаты заносят в таблицу 2.

Таблица 2.

По этим данным строят кривую (см. рис. 1), откладывая по оси абсцисс диаметр частиц, а по оси ординат суммарное содержание частиц (%). Эффективные диаметры d10 и d60 находят по графику, проводя горизонтальные прямые через точки на оси ординат, соответствующие 10 и 60%, до пересечения с интегральной кривой, и опускают перпендикуляр из точек пересечения на ось абсцисс.

3

рН – реакция среды – т.е. щелочно-кислотные свойства воды, определяется концентрацией водородных ионов. В кислых средах присутствуют соли железа, а в щелочных – сода.

Результаты химического анализа подземных вод выражают в виде содержания отдельных ионов в ионно-весовой, эквивалентной и процентно-эквивалентной формах:

В нефтепромысловой практике пользуются также характеристикой вод по Пальмеру. Выделяется 6 солевых групп – S1 – первая соленость, S2 – вторая соленость, первая щелочность – А1, вторая – А2, третья соленость S3, третья щелочность – А3.

Характеристика вод по Пальмеру – это солевые группы, полученные путем комбинирования отдельных ионов и выражающие химические свойства вод – соленость, жесткость, щелочность, кислотность.

Первая соленость представлена солями сильных оснований и сильных кислот: хлоридом натрия и сульфатом натрия.

Вторая соленость представлена солями щелочноземельных металлов и сильных кислот – это хлориды и сульфаты кальция и магния. Это постоянная жесткость воды.

Первая щелочность представлена солями щелочных металлов и слабых кислот – питьевая сода (NaHCO3). При наличии соды вода имеет щелочную реакцию. Если есть S2 вода жесткая, если есть А1 вода - щелочная (мягкая).

Вторая щелочность – соли щелочноземельных металлов и слабых кислот (гидрокарбонаты кальция и магния). Это устранимая жесткость воды

Третья соленость получается при соединении сильных анионов с очень слабыми катионами - ионами трехвалентных металлов: хлориды и сульфаты железа, алюминия, свободная серная и соляная кислоты. Вода кислая, кислотная.

Третья щелочность соответствует соединениям слабых анионов с трехвалентными катионами. Значение её ничтожно.

Сульфатно-натриевый и гидрокарбонатно-натриевый типы соответствуют континентальным условиям, хлоридно-магниевый тип - морской обстановке, хлоридно-кальциевый тип – глубинной обстановке, отсюда и генетический тип воды (в общих чертах).

Наиболее распространенные типы вод нефтяных месторождений – гидрокарбонатно-натриевый и хлоридно-кальциевый, свойственный обстановке затрудненного и весьма затрудненного водообмена и восстановительным условиям. Главную роль в составе вод нефтяных месторождений играют среди анионов – хлорид-ион, среди катионов – ион натрия.

Расчетная задача

Используя данные таблицы 3 вычислите погрешность химического анализа подземной воды, определите ее класс, группу и наименование. Определите вид жесткости подземной воды. Запишите состав воды в виде формулы солевого состава. Используйте приложения 2-4.

5

Таблица 3.

Пример решения (вариант № 15)

Теоретически суммы анионов и катионов, выраженные в мг-экв форме должны быть равны, поэтому для определения погрешности пересчитывают данные анализа из мг/л в мг-экв/л, используя пересчетные коэффициенты (прил. 3), результаты записывают в табл. 4.

Например, содержание в воде гидрокарбонат-иона равно: 353 * 0,0164 = 5,79 мг-экв/л, где 353 мг/л —содержание иона по условию задачи; 0,0164—-пересчетньтй коэффициент. Отдельно суммируют содержание анионов и катионов. Относительная погрешность анализа: х = [|(13,15—13,281|)/(13,15 + 13,28)*100≈ 0,5%.

Далее выражают химический состав воды в %-экв форме, приняв суммы анионов и катионов за 100 % каждую, и записывают в следующую графу табл. 4.

6

В связи с тем, что при анализе воды сухой остаток не определялся, вычисляют его приближенно. При выпаривании все негазообразные вещества, кроме гидрокарбонат-иона, переходят в сухой остаток. Гидрокарбонат-ион распадается по уравнению: 2НСО3- → СО32- + С02 + Н2О. При этом в виде диоксида углерода и паров воды теряется около 0,5 его массы, точно 0,508. Экспериментально

определенный сухой остаток всегда больше вычисленного (с учетом 0,5 НСО3), иногда на 5...12 %. Учитывая это, общую минерализацию (сухой остаток) приближенно вычисляют по формуле:

М =(1,05...1,12)(0,5НСО3- + SО42- + Сl- + Nа+ + Са2+ + Мg2+ ≈ 1,1(0,5 - 353 + 126 +168 + 247 + 8 + 26) ≈ 827 мг/л.

Таблица 4.

По классификации Щукарева (прил. 4) вода называется хлоридно-гидрокар-бонатная натриевая и относится к 26-му классу, группе

А.

Формулу солевого состава составляют в виде дроби, в числителе которой записывают анионный состав воды (%-экв) в убывающем порядке, а в знаменателе — катионный. Перед дробью записывают содержание газов и специфических элементов, если они имеются в воде, и общую минерализацию М. В названии читаются первые два аниона, а затем первые два катиона. При записи названия воды анионный и катионный состав пишут в виде дроби:

Кроме формулы солевого состава на практике часто пользуются формулой Курлова, в которой не записывают ионы, содержание которых менее 10%. В формуле Курлова также может быть указано содержание газов и температура воды.

Общую жесткость определяют как сумму катионов кальция и магния, выраженных в мг-экв/л: 0,4 +2,14 = 2,18 мг-экв/л. В полученному значению, с привлечением данных приложения 2, вода варианта 15 классифицируется как мягкая.

Название воды: пресная, гидрокарбонатно-хлоридно-натриево-магниевая, мягкая, кислая, 26 класс, группа А.

Определение характеристики вод по Пальмеру

7

(использовать данные по содержанию ионов в %-экв, столбцы 4 и 8 табл. 4) Для определения характеристик по Пальмеру используют следующие формулы:

1) Если (rCl- +rSO42-) > r Na+ , (где знак (r) перед ионом, указывает на содержание последнего в эквивалентной форме) то солевые группы определяют по следующим формулам:

S1 = r Na+

S2 = rCl- +rSO42- - r Na+

A1 = 0

A2 = r Na+ + r Mg2++ r Ca2+ - rCl- - rSO42- = r НСО3-

(если сумма катионов и анионов в %-экв равна 100%, то во всех формулах добавляется множитель 2 ) 2) Если (rCl- +rSO42-) < r Na+ , то солевые группы определяют по следующим формулам:

S1 = rCl- +rSO42- ; S2 = 0 A1 = r Na+ - rCl- - rSO42-

A2 = r Mg2++ r Ca2+ = (rCl- +rSO42- + НСО3-) – r Na+

Таким образом, для вод варианта 15

(rCl- +rSO42-) < r Na+ , т.к. 36+20<81

Следовательно, S1 = 36+20 =56 %-экв; S2 = 0; A1 = 81-36-20 = 25 %-экв; A2 = 3+16 =19 %-экв. Класс 1, щелочная (мягкая вода)

приложение 5.

3. Список используемой литературы

1.В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. Инженерная геология. -М.: Высшая школа. 2002. 501 с.

2.А.А. Карцев. Геология нефтяных и газовых месторождений.- М.: ГНТИ. 1963. 350 с.

3.Геологи нефти и газа: Учебник для вузов/ Э.А. Бакиров, В.И. Ермолкин, В.И. Ларин. и др.- М.: Недра. 1990. 240 с.

4.ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.-М.: 1995.

5.С.Н. Чернышев, А.Н.Чумаченко, И.Л.Ревелис. Задачи и упражнения по инженерной геологии. – М.: Высш. шк., 2002. 254 с.

8