Лабораторная работа №3 Определение плотности породы в сухом состоянии

Цель: изучить методики определения плотности сухих образцов керна.

Задачи:

- Описать технологию подготовки керна к определению плотности породы в сухом состоянии;

- Выполнить необходимые замеры и определить плотность нескольких образцов керна правильной формы в воздушно-сухом состоянии (не менее 3-х определений). Внести данные эксперимента в соответствующую таблицу лабораторного журнала наблюдений.

- Изучить и кратко описать методику определения плотности горных пород в абсолютно-сухом состоянии методом гидростатического взвешивания (способом парафинирования).

Литература:

1. В.Г. Виноградов, А.В. Дахнов, С.Л. Пацевич «Практикум по петрофизике»

2. Руководство к лабораторным работам по курсу «петрофизика» под ред. В.Н. Дахнова

3. СТП ООО НПЦ «Тюменьгеофизика»

4. Методические указания к лабораторным работам кафедры

прикладной геофизики, работа 4.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение плотности горной породы в воздушно-сухом состоянии.

2. Дать определение плотности горной породы в абсолютно-сухом состоянии.

3. Описать методику определения плотности пород методом парафинирования.

4. Может ли использоваться метод парафинирования для определения плотности образцов керна неправильной формы.

1. Теоретические основы

Плотность () - физическое свойство тел, количественно оцениваемое отношением их массы к объему тела. (В некоторых областях техники используется так называемая относительная плотность. Для жидких тел относительная плотность определяется по отношению к плотности дистиллированной воды; для газов—к плотности сухого воздуха.)

Различают объемную и минеральную плотности породы. Объемная плотность её зависит от содержания и плотности поровых флюидов, поэтому различают объемную плотность сухой породы и объемную плотность полностью водонасыщенной породы.

Объемная плотность сухой породыхарактеризует отношение массы сухой породы экстрагированной от содержания углеводородов и солей, находившихся в поровых водах, к объему этой породы.

Объемная плотность водонасыщенной породыхарактеризует отношение массы экстрагированной от углеводородов и солей породы, насыщенной водой (раствором) породы, к объему этой породы.

Минеральная плотность (плотность твердой фазы) породыхарактеризует отношение массы сухой породы, экстрагированной от углеводородов и солей, находившихся в поровых флюидах, к объему её твердой фазы.

Масса сухой породы включает массу твердой фазы неорганического и органического происхождения и содержащейся в них воды (кристаллическую, конституционную и гигроскопическую), остающейся после сушки при стандартных условиях (105 С).

Пористостьхарактеризует объем пустотного пространства породы, т.е. той части породы, которая заполнена жидкостью, газом, экстрагируемым органическим веществом, а также той частью адсорбированной влаги, удаление которой не приводит к необратимым изменениям свойств твердой минеральной компоненты пород. Коэффициент пористости характеризуется отношением указанного объёма (Vп), к объему породы (V) и выражается либо в долях, либо в процентах: Кп =Vп/V.

По сообщаемости пор различают открытую (Кп) и закрытую пористость (Кпз) пород, в сумме они представляют общую пористость (Кпо=Кп+Кпз).

Объемная плотность породы (_п)зависит от плотности составляющих её компонент (_i) и их объемной доли (_i=V_i/V):

_п =_i*_i(3.1)

В частности, она зависит от плотности и долевого содержания твердой _тф, жидкой_жи газовой_гфаз в единице объема породы (V_п). Плотность жидкости (воды и нефти) определяется с помощью ареометров. Плотность газа определяют методом взвешивания в емкости известного объема.

В лаборатории обычно определяют объемную плотность абсолютно сухой породы _п. Обусловлено это трудностью сохранения характерных для естественного залегания пород объемной влажности (W), минерализации и нефтегазонасыщенности пород (K_н и K_г). По установленному значению объемной плотности (_п), известным значениям коэффициентов объемной влажности (W), пористости (Кп) и нефтегазонасыщенности (K_н и K_г), значениям плотности насыщающих её воды, нефти и газа (_в, _н и _г) можно рассчитать плотность пород для случаев полного водонасыщения (_п,в) или для состояния предполагаемого нефтегазонасыщения (_п,нг):

; (3.2)

; (3.3)

Между плотностью твердой фазы и объемной плотностью сухой породы, не имеющей закрытых пор, существует следующая зависимость:

; (3.4)

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение плотности вещества.

2. Какие виды плотности горных пород Вы знаете?

3. Какова плотность основных породообразующих минералов песчано-глинистых пород: кварца, полевых шпатов, слюды, известняка, доломита, сидерита?

4. Какова плотность глинистых минералов6 каолинита, хлорита, гидрослюды, хлорита?

5. Какова средняя плотность твердой фазы песчано-глинистых пород?

6. Каковы пределы изменения плотностей поровых флюидов.

7. Как определяется плотность флюидов?

8. Как с помощью пикнометра определить плотность жидкости?

9. Раскройте сущность формул (3.1), (3.5) и (3.7).

Лабораторная работа №4

Теория. Определение коэффициента общей пористости весовым способом (способом Мельчера)

Цель. Изучить методику определения общей пористости плотных и слабосцементированных образцов песчано-глинистых и карбонатных пород.

Задачи.

1. Описать суть методики определения коэффициента общей пористости способом Мельчера. Составить план эксперимента по определению общей пористости, указать необходимую аппаратуру. В работе

использовать стандарт предприятия ООО НПЦ «Тюменьгеофизика» и материалы лабораторной работы №3.

2. Используя данные замеров массы и объема, рассчитать плотность образцов керна в сухом состоянии.

3. Рассчитать коэффициенты общей пористости образцов, приняв δтв. фаз. =2,73 г/см³, оформить таблицу журнала наблюдений.

Теория.

Пористость.

По характеру насыщения порового пространства различают общую, открытую, закрытую, эффективные статическую и динамическую пористости горных пород. Каждый вид пористости характеризуется соответствующим коэффициентом.

Коэффициент kп общей пористости численно равен отношению объема всех пор Vпор к объему сухого образца Vс.

Коэффициент kп используется в интерпретации данных геофизических исследований скважин, изучение общей пористости по разрезу и площади позволяет повысить эффективность геологоразведочных работ при поисках залежей нефти, газа и воды.

Значения коэффициента kп необходимы и при подсчете запасов газа и воды, законтурной и внутриконтурной закачке воды или газа и для ряда других практических задач.

Коэффициенты kп.о, kп.з, kп.эф, kпд оценивают удельный объем соответственно взаимосвязанных открытых пор, закрытых пор, пор, в которых может содержаться свободная вода, нефть и газ, и пор, по которым вода, нефть и газ фильтруется при подсчете емкости коллекторов.

В зависимости от минерального состава структуры, условий залегания и возраста пород коэффициенты общей и открытой пористости изменяются от значений, близких к нулю, до >90%. Коэффициент kп.з закрытой пористости пород, равный kп–kп.о, обычно не превышает 1-5%. Коэффициентыkп.эф песчано-глинистых пород изменяются от 0 до 40%, а kпд – от 0 до >30%.

Общая пористость.

Для определения коэффициента общей пористости kп=Vпор/Vсизмеряется объем Vпорвсех пор сухого образца и полный его объемVс. Практически измерить объем всех пор невозможно, так как часть их не связана друг с другом. В связи с этим при измерении kп исходят из другого очевидного соотношения:

Kп= 1 – V/V = 1 – ттδс/тсδт≈ 1 – δс/δт,[1]

ГдеVт, Vс, δт, δс, тт, тс – соответственно объемы, плотности и массы твердой фазы и сухой породы. Таким образом, коэффициент общей пористости определяется соотношением плотностей сухой породы и ее твердой фазы.

В способе Мельчера коэффициентkп общей пористости определяется по значениям плотностей твердой фазы δт = тт/Vт и сухого образца породы δc = тc/Vc с использованием формулы.(1)

Значения масс определяются взвешиванием сухого образца в воздухе на аналитических весах. Объемы устанавливаются по массам вытесненных ими объемов воды или другой жидкости с известной плотностью. При определении объема образцец для предохранения от проникновения в поры породы жидкости покрывают непроницаемым материалом с известной плотностью.

Способ Мельчера используется при определении коэффициента общей пористости плотных и слабосцементированных образцов песчано-глинистых пород.

Список литературы:

1.Руководство к лабораторным работам по курсу «петрофизика» под ред. В.Н. Дахнова.Москва «Недра» 1982

2. Практикум по петрофизике В.Г. Вмноградов, А.ВДахнов, С. Л. Пацевич. Москва «Недра» 1990, с.36.-

Контрольные вопросы.

1. Назвать виды пористости и записать формулы, их определяющие.

2. Каково соотношение между закрытой, открытой и общей пористостью.

3. Какие виды коэффициентов пористости используются при подсчете емкости коллектора?

4. Назовите диапазоны значений закрытой, открытой, общей и динамической пористости песчано-глинистых пород.

5. Какие процессы в горных породах приводят к образованию вторичной пористости?

6. Дайте понятие пористости пород и назовите принципы классификации пористости.

7. Раскройте смысл понятие структуры порового пространства породы.

Лабораторная работа №5

Тема: Определение открытой пористости методом гидростатического взвешивания (способом Преображенского).

Цель: Изучить методику определения открытой пористости консолидированных образцов керна песчано-глинистых и карбонатных пород.

Задачи:

1. Описать суть методики определения открытой пористости способом гидростатического взвешивания (использовать стандарт ООО НПЦ «Тюменьгеофизика» и составить перечень необходимого оборудования.

2. Используя данные замеров, рассчитать Объем порового пространства нескольких (не менее 3-х) образцов из предложенной коллекции водонасыщенного керна.

3. Используя данные замеров на коллекции водонасыщенного керна рассчитать объемы образцов и коэффициенты открытой пористости.

Теория.

Пористость - наличие в горной породе пространства не заполненого твердой фазой (пор).

В зависимости от размера выделяют мегапоры, сверхкапиллярные, капиллярные и субкапиллярные.

Мегапоры - полости, средний радиус которых > 10 мм, иногда (карстовые полости) достигающий многих метров, размер сверхкапиллярных пор от 0,1 до 10 мм, капиллярных пор - 10⁻³ до 0,1 мм и субкапиллярных пор - < 10⁻³ мм.

По происхождению выделяют межзерновую (первичную), трещинную и кавернозную (вторичную) пористость.

Различают общую, открытую, закрытую, эффективную и динамическую пористости горных пород.

Общая пористость - характеризует пространство горной породы не заполненное твердой фазой. Коэффициент общей пористости Кп представляет отношение объема всех пор Vnop к полному объему полностью сухого образца Vc.

Кп = Vnop/Vc = (Vc - VT)/VC = 1 - VT/VC = 1 - mTδc/mсδт, (1)

где Vт, Vc, δт, δс, mт, mс - соответственно объемы, плотности и массы твердой фазы и сухой породы.

В сухом состоянии mт ≈ mс и, следовательно,

Кп ≈ 1 – δс/δт. (2)

Открытая пористость - отражает совокупность пор, сообщающихся между собой и атмосферой. Коэффициент открытой пористости Кпо рассчитывается как отношение объема открытых пор Vno к объему сухой породы Vc.

Кпо = Vnop/Vc. (3)

Объем открытых пор определяют по изменению массы образца при его полном насыщении известной (рабочей) жидкостью (способ Преображенского)

Vnop. о= (-mп.ж – mс)/δж, (4)

где mс, mп.ж - соответственно массы сухого образца и образца, полностью насыщенного рабочей жидкостью плотностью δж. В качестве рабочей жидкости используют керосин или модель пластовой воды. Как правило, измерение коэффициентов открытой пористости для одних и тех же образцов проводят как по керосину, так и по воде.

Объем образца Vc определяют по потере массы образца при

погружении его в жидкость

Vc = (mп.ж - m᾽п.ж + mпр)/ δж, (5)

где mп.ж - масса насыщенного рабочей жидкостью образца в воздухе; mп.ж и mпр - соответственно массы образца, насыщенного рабочей жидкостью, и проволочки, полученные при взвешивании их в рабочей жидкости плотностью δж. Расчет Кпо производят с учетом формул (3 - 5) следующим образом: (mп.ж - mс)/ (mп.ж - m᾽п.ж + mпр). (6)

Установлено, что для пластов коллекторов Западной Сибири величина закрытой пористости Кпз невелика и соотносится с погрешностью определения пористости лабораторными методами. В связи с этим, различием между общей и открытой пористостью можно пренебречь.

Эффективная пористость - отражает поровое пространство, в котором могут содержаться углеводороды. Коэффициент эффективной пористости Кпэф определяют следующим образом:

Кпэф = Кпо (1 - Кво), (7)

где Кво - коэффициент остаточной водонасыщенности.

Динамическая пористость - характеризует поровое пространство, в котором могут передвигаться флюиды. Коэффициент динамической пористости Кпд определяется по формуле:

Кпд = Кпо (1 - Кво- Кно), (8)

где Кно - коэффициент остаточной нефтенасыщенности равный отношению объемов остаточной нефти и порового пространства.

Определения коэффициента открытой пористости весовым способом.

С помощью этого способа определяются следующие величины.

1. Объем сухого образца

V_с = (m_ж – m^ж _ж.пр + m^ж_пр)/δ_ж,

где m_ж – масса образца, пропитанного рабочей жидкостью, при взвешивании его в воздухе; m^ж_ж.пр и m^ж_пр– массы соответственно образца, пропитанного рабочей жидкостью, и проволочки полученные при взвешивании их в рабочей жидкости; δ_ж – плотность рабочей жидкости.

2. Объём открытых пор

V_пор.о = (m_ж-m_c)/δ_ж

3. Коэффициент открытой пористости

K_п.о = V_пор.о / V_с = (m_ж-m_c)δ_ж / (m_ж – m^ж _ж.пр + m^ж_пр)δ_ж =

= (m_ж-m_c)/ (m_ж – m^ж _ж.пр + m^ж_пр).

Обработка результатов

1.Расчет минеральной плотности породы.

1.1.Расчет минеральной плотности образцов пород выполняют с помощью следующего уравнения:

δтф = m0 * δж /m0 - m2 + a

где δтф - минеральная плотность сухой породы, г/см³;

m0 - масса сухого образца, г;

m2 - масса насыщенного образца в рабочей жидкости, г;

δж - плотность рабочей жидкости, г/см³;

а - масса петли из лески в рабочей жидкости (при массе ее менее 0.004г, влиянием ее можно пренебречь).

1.2.Вычисления выполняют с точностью до 0,005 г/см³.

1.3.Рекомендуемая форма записи результатов определения минеральной плотности пород приведена в приложении 1.

2.Расчет объемной плотности породы по данным метода Преображенского

2.1.Расчет объемной плотности образцов сухой породы выполняют с помощью следующего уравнения:

δп = m0 * δж /m1 - m2 + a

где δп - объемная плотность сухой породы, г/см³;

m0 - масса сухого образца по уравнению (1), г;

m1 - масса насыщенного образца в воздухе, г;

m2 - масса насыщенного образца в рабочей жидкости, г;

δж - плотность рабочей жидкости, г/см³;

а - масса петли из лески в рабочей жидкости (при массе ее менее 0,004г, влиянием ее можно пренебречь).

В случае образцов слабосцементированных пород масса сухого образца (m₀) находится с учетом уравнения (1).

2.2.Расчет объемной плотности образцов полностью водонасыщенной породы выполняют с помощью следующего уравнения:

δпв = m1 * δж/ m1 - m2 + а (3)

где δпв - объемная плотность полностью водонасыщенной породы, г/см³; все остальные обозначения соответствуют уравнению (2).

2.3.Рекомендуемая форма записи результатов определения объемной плотности образцов сухой породы приведена в приложении 1. Аналогичная форма записи предлагается и для определений объемной плотности образцов полностью водонасыщенных пород. Вычисления объемной плотности выполняют с точностью до 0,005 г/см3.

Порядок проведения работы.

Приборы, оборудование, материалы.

1. Весы аналитические с разновесами.

2. Сушильный шкаф.

3. Вакуумный шкаф или вакуумный эксикатор.

4. Керосин или модель пластовой воды.

5. Фильтровальная бумага.

6. Подставка для стакана с моделью пластовой воды.

7. Проволочки.

1. Образец породы, отмытой от содержащихся в нем углеводородов и солей, высушивают до постоянной массы тс в сушильном шкафу при температуре T = 103 - 105 °С. Перед взвешиванием абсолютно сухого образца его для охлаждения помещают в эксикатор с хлористым кальцием (для предотвращения адсорбции образцом влаги из воздуха).

Насыщают образец рабочей жидкостью под вакуумом (операция длится от 10 мин до 1 ч и более, до полного прекращения выделения пузырьков газа из образца).

2. Определяют массу образца, насыщенного рабочей жидкостью, в воздухе mж и в жидкости mж пр, для чего образец, подвешенный к весам за проволочку, погружают в сосуд с рабочей жидкостью, находящейся на подставке. Необходимо при этом следить, чтобы образец не касался стенок и дна сосуда и был полностью погружен в рабочую жидкость.

3. Определяют массу mпр проволочки при ее погружении в рабочую жидкость.

Форма записи исходных данных и результатов определений. Исходные данные и результаты определений kп.о весовым способом записываются в журнал по форме, приведенной в таблице 1.

Таблица 1

Дата	Номер образца	Порода	Масса, кг				Объем, м3		Коэффициент Kп.о,%	Наибольшая относи­тельная погрешность Δkп.o/kn.o, %	Примечание
			mc	mж	mжпр	mжж.пр	Vc	Vпор.о
I	2	3	4	5	6	7.	8	9	10	11	12

Погрешности.

Наибольшая метрологическая относительная погрешность

Δk_п.о/k_п.о= 1/m_ж –m_ж.^ж_пр +m^ж_пр.{(1/m_ж-m_c) [(m_ж–m^ж_ж.пр +m^ж_пр) Х

Х (m_ж–m^ж_ж.пр +m^ж_пр) Δm_c] + Δm^ж_ж.пр+ Δm^ж_пр}.

Так, например, при m_c = 38,75*10⁻³ кг,m_ж = 41,53*10⁻³ кг,m^ж_ж.пр= 28,27*10⁻³ кг,m^ж_пр=1,24*10⁻³ кг, Δm_ж= Δm_с= Δm^ж_ж.пр= Δm^ж_пр= 3*10⁻⁷кг иk_п.о = 19,2% Δk_п.о/k_п.о ≈ 2,4*10^-4 или 0,024%.

При тех данных, но Δ m_ж= Δm_с= Δm^ж_ж.пр= Δm^ж_пр= 0,02*10⁻³ кг (массы определены на технических весах) Δk_п.о/k_п.о = 1,57*10^-2 ≈ 1,6%.

Кроме метрологических погрешностей, возможны методические погрешности, связанные с неполным или чрезмерным удалением керосина с образцов, сколами кусочков породы, неполным насыщением образцов и др.

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать понятие пористости горных пород и описать классификацию пор по размерам и формам.

2. Описать суть методов определения пористости методом Преображенского Мельчера. Показать их преимущества и недостатки.

3. Как, используя данные замеров по методу Преображенского, рассчитать плотность породы в водонасыщенном состоянии.

4. Как, используя данные замеров по методу Преображенского, рассчитать плотность породы в абсолютно сухом состоянии.

5. Как, используя данные замеров по методу Преображенского, рассчитать минералогическую (твердой фазы) плотность породы.