Определение объемной плотности образцов керна методом гидростатического взвешивания

1. Теоретические основы

Плотность (d) - 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 породы характеризует отношение массы сухой породы экстрагированной от содержания углеводородов и солей, находившихся в поровых водах, к объему этой породы.

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

Минеральная плотность (плотность твердой фазы) породы характеризует 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).

Пористость характеризует 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 (d_п) зависит от плотности составляющих её компонент (d_i) и их объемной доли (n_i= V_i/V):

d_п = Sd_i *n_i (3.1)

В частности, она зависит от плотности и долевого содержания твердой d_тф, жидкой d_ж и газовой d_г фаз 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 d_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 (d_п), известным значениям коэффициентов объемной влажности (W), пористости (Кп) и нефтегазонасыщенности (K_н и K_г), значениям плотности насыщающих её воды, нефти и газа (d_в, d_н и d_г) можно рассчитать плотность пород для случаев полного водонасыщения (d_п,в) или для состояния предполагаемого нефтегазонасыщения (d_п,нг):

; (3.2)

; (3.3)

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

; (3.4)

Практическая часть

В лабораторных условиях обычно определяют плотность абсолютно сухого образца породы, т.к. трудно сохранить характерные для естественного залегания пород влажность, минерализацию и водогазонасыщенность. Массу породы можно определить непосредственным взвешиванием на аналитических весах, а для определения внешнего объема образца горной породы применяется несколько методов: вытеснения ртути, обмера образцов строго правильной формы, гидростатического взвешивания насыщенного жидкостью образца в этой жидкости и в воздухе и др. Наибольшее распространение получил метод гидростатического взвешивания сухого проэкстрагированного образца породы, покрытого тонким слоем парафина (или коллодия), в жидкости (дистиллированной воде) и в воздухе.

Плотности пород δпзависит от плотности твёрдой δ т, жидкой δжи газообразной δг фаз и их соотношения в единице объёма Vппород.

Для изучения влияния составляющих фаз (δт,δж,δг, на δп) в лаборатории исследуют как отдельно плотности каждой фазы, так и породы в целом.

Плотность природных газов δг изменяются от 0,7 до 3,0 кг/м³, жидкостей δж от 700 (нефть) до 1240 кг/м³ (сильно минерализованная пластовая вода). Плотности твердой фазы δт варьируют в пределах 1000-7000 кг/м³, сухих пород δс– 500-700 кг/м³, влажных δп – 1100-7000 кг/м³.

В лаборатории обычно определяют плотность δс абсолютно сухого образца, так как трудно сохранить характерные для естественного залегания пород влажность W, минерализацию и водонефтегазонасыщение. Далее по значениям δс, известным коэффициентам влагоёмкости Wп породы и плотности насыщающей её воды δв или по найденным плотностям воды δв или по найденным плотностям воды δв, нефти δн и газа δг и коэффициентам водо-, нефте- и газонасыщения (kв,kни kг) расчитывают плотность δ породы:

δп = δс + Wпδв

δв = δс + (1 – kн) kпδв +kпkнδн

δп = δс + (1 – kн – kг)kпδв + (1 – kн – kв)kпδг + (1 – kг – kв)kпδн

При определении плотности δп = мп/Vп максимально влажных образцов применяются специальные методики их отбора; взвешиванием устанавливается масса мп влажного образцов. А его объём Vп находится по размерам гильзы для отбора образцов или способом гидростатического взвешивания.

При известных δс, kп и δв (δн, δг) плотность пород может определиться по специальным номограммам.

Задания:

1. Описать технологию подготовки керна к определению плотности в сухом состоянии (изпользовать СТП ОООНПЦ «Тюменьгеофизика»)

2. Выполнить необходимые замеры и определить плотность нескольких образцов керна правильной формы в воздушно-сухом состоянии. Внести данные эксперимента в соответствующую таблицу журнала наблюдений (форму таблицы смотреть [1] стр. 16).

3. Изучить и кратко описать методику определения плотности горной породы в абсолютно сухом состоянии методом гидростатического взвешивания.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение объемной плотности Г.П. в абсолютно сухом состоянии.

2. Дать определение объемной плотности Г.П. в воздушно-сухом состоянии.

3. Описать методику определения плотности методом парафинирования.

4. Может ли метод парафинирования применяться для образцов неправильной формы?

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

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

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: