3 Идеальный и фиктивный грунт

При движении природных жидкостей (вода, нефть, газ) в естественном грунте частицы жидкости перемещаются через поры грунта. Такое движение жидкостей в грунте называется фильтрацией. Вследствие чрезвычайно малого поперечного сечения пор и малых скоростей движения в них вязкость жидкости должна играть значительную роль. Обычно движение в порах считают ламинарным, но вследствие значительного искривления стенок каналов и значительных изменений их поперечного сечения наблюдается и турбулентное движение. Ввиду того что частицы грунта имеют неправильную форму и самые разнообразные размеры, невозможно искать решение уравнений движения вязкой жидкости в такой среде. Поэтому с самого начала пришлось пойти по пути построения упрощенных моделей грунта.

Так как легче всего исследовать движение вязкой жидкости в каналах цилиндрической формы, то при гидродинамическом исследовании фильтрации принимают все поры цилиндрическими и предполагают, что оси цилиндров параллельны между собой. Такой грунт называют идеальным. следующей ступенью является грунт, построенный из одинаковых шарообразных частиц; его называют фиктивным грунтом.

4. Определение объема образца сцементированных пород

Для определения объема образца исследуемой породы может быть применено четыре основных способа.

Один из них основан на измерении приращения объема жидкости, в которую погружают образец породы (способ вытеснения). При этом жидкость не должна проникать в поры образца. В качестве такой жидкости применяется ртуть.

Все существующие разновидности этого способа применимы только к сильно сцементированным образцам и неприменимы к слабосцементированным, так как от последних при погружении в ртуть

могут отпадать зерна, вследствие чего возможны существенные погрешности в определении пористости. Другой недостаток этого способа — невозможность из-за непрозрачности ртути обнаружить приставшие к образцу пузырьки воздуха. Кроме того, в лабораторных исследованиях вообще следует избегать применения ртути ввиду ее токсичности.

Наиболее распространенный способ — насыщение образца жидкостью и погружение в ту же жидкость — измерение вытесненного объема. При этом способе образец должен быть сначала настолько насыщен жидкостью, чтобы при измерении она не проникала в его поры. Способ насыщения известен в двух вариантах: а) образец, насыщенный жидкостью (обычно керосином), погружают в ту же жидкость; разность отсчетов объема по уровню жидкости до и после погружения образца составляет его объем; б) образец, насыщенный жидкостью, взвешивают в воздухе и в той же жидкости; частное от деления разности масс на плотность жидкости представляет объем образца. По сравнению со способом вытеснения ртути этот способ требует несколько больше времени, но обладает тем преимуществом, что позволяет видеть пузырьки воздуха на поверхности образца и удалять их, благодаря чему может быть применен к слабосцементнрованным образцам. Этот способ — единственный пригодный для определения пористости маленьких кусочков породы неправильной формы.

Следующий способ определения объема образца основан на покрытии его непроницаемой для какой-либо жидкости оболочкой и погружении его затем в эту жидкость (способ парафинизации).

Образец покрывают весьма тонким слоем парафина, а затем по разности массы образца до и после парафинизации и плотности парафина определяют объем парафиновой оболочки. По величине массы парафинированного образца в воздухе и в воде и по плотности воды вычисляют объем вытесненной воды. Вычитая из него объем парафиновой оболочки, определяют объем образца. Покрывать образец парафином следует с большой тщательностью, не допуская проникновения расплавленного парафина в поры образца и образования в парафине пузырьков и трещин.

Этот способ определения объема образца считается наиболее точным, однако он не более точен, чем предыдущий. Ю. С. Мельниковой был построен график по результатам определения объема образцов пород методом парафинизации и методом насыщения. На оси ординат были отложены объемы образцов, определенные методом парафинизации, а на оси абсцисс — методом насыщения. Из рисунка видно, что результаты определения объемов обоими методами ложатся на прямую, проходящую через начало координат под углом 45*, т. е. дают практически совпадающие результаты. Большой недостаток метода парафинизации — значительные за траты времени на измерения. Но вместе с тем он незаменим при определении объема рыхлых пород, разрушающихся при экстрагировании или при насыщении жидкостью, а также при содержании в породах высокоминерализованных вод. Дело в том, что после экстрагирования и сушки образцов пород в них остаются соли, содержавшиеся в погребенной воде, которые уменьшают объем пор и влияют на точность определения плотности породы и минерального вещества.

Поэтому, когда возникает необходимость в определении плотности породы и минерального вещества, объем образца определяют методом парафинизации и попутно находят содержание хлоридов в породе для внесения соответствующих поправок на минерализацию.

Четвертый способ определения объема образца породы состоит в измерении его геометрических размеров и вычислении объема. Естественно, что этот способ применим лишь к образцам простой геометрической формы (куб, цилиндр). При определении проницаемости пород обычно из керна вытачивают образцы цилиндрической или кубической формы, и в этих случаях объем образца можно вычислять, измерив его линейные размеры. Точность последнего способа ниже, чем предыдущего.

Все описанные выше способы пригодны только к коллекторам порового типа. Сложнее определить объем образцов кавернозных и кавернозно-пористых пород. Метод насыщения в этом случае не применим, так как керосин или вода в кавернах не удерживаются; метод парафинизации также неприменим; парафин заполняет каверны. Следовательно, в том и другом случаях неизбежны существенные погрешности. Иногда для этих пород может быть использован четвертый способ. Когда такая возможность исключена, представляется целесообразным использовать принцип метода парафинизации, заменив облицовку образца парафином на покрытие его хлорвиниловой изоляционной лентой или калькой с последующей парафинизацией.