vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1.8 Удельная поверхность

Под удельной поверхностью (Sуд) горных пород понимают

суммарную поверхность всех ее зерен в единице объёма породы или суммарную свободную поверхность частиц в единице объёма (Sуд = F/V, м2/м3).

Удельная поверхность характеризует степень дисперсности породы, более обобщенно, чем гранулометрический состав. Величина её выражается одним численным значением, а не функцией распределения фракций.

Тем не менее соотношение водо-, нефтенасыщенности, степень проявления молекулярно-поверхностных и капиллярных сил при

движении пластовых жидкостей в пористой среде и фильтрационная способность зависят, с одной стороны, от физико-химических свойств

жидкости, а с другой – от гранулометрического состава, структуры порового пространства, коэффициента пористости пласта и удельной поверхности.

Если пористая среда, через которую происходит фильтрация жидкости, крупнозернистая с относительно небольшой удельной

поверхностью, роль молекул жидкости, адсорбированных на поверхности зёрен и защемлённых в углах их контакта невелика. Число молекул жидкости, связанных с породой, соизмеримо мало с числом молекул жидкости, движущихся в порах породы.

Если пористая среда, через которую происходит фильтрация жидкости тонкозернистая и имеет большую удельную поверхность (например, глины), число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится соизмеримым с числом молекул жидкости, перемещающихся в объёме порового пространства. В этом случае молекулярно-поверхностные силы начинают играть значительную роль.

С увеличением дисперсности удельная поверхность породы возрастает. Удельная поверхность возрастает с уменьшением диаметра зерен и коэффициента пористости. Наибольшую удельную поверхность имеют глины. Чем больше мелких частиц пород в гранулярных коллекторах, а следовательно, и мелких пор, тем больше их удельная поверхность.

Исходя из условий, что частицы имеют сферическую форму и, принимая их размер (классификация, стр. 14) считается, что удельная

поверхность однородной породы составляет: для псаммитов менее 950 м2/м3, для алевритов 950-2300 м2/м3, для пелитов более 2300 м2/м3.

Экспериментально измерить удельную поверхность реальных коллекторов очень сложно, в силу её неоднородности. Удельная поверхность неоднородной породы, когда ни одна из указанных фракций не достигает 50 %, колеблется в пределах 900-2100 м2/м3.

42

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для сравнительных количественных оценок коллекторов было введено понятие "фиктивный грунт". Под фиктивным грунтом предполагается коллектор, сложенный частицами шарообразной формы при квадратной или ромбической укладке (см. рис. 1.9). В 1 м3 породы (V) такой структуры полная поверхность шаров составит площадь (S) и

удельную поверхность соответственно:

S = 6·(1-m)/d,	Sуд = S/V	(1.44)
где S – площадь поверхности, м2;
m – пористость, м3;
d – диаметр, м;
Sуд – удельная поверхность, м2/м3.		диаметра.
В коллекторах всегда присутствуют поры различного

Удельная поверхность зависит и от фазовой проницаемости и от адсорбционной способности пород. Обычно оценивают удельную поверхность пород по различным эмпирическим соотношениям, функционально зависящих от величин пористости (m) и проницаемости (kпр), например, по одному из вариантов формулы Козени:

Sуд = 7·105·(m·√m)/(√kпр).	(1.45)
Или по выражению, предложенному К.Г. Оркиным:
Sуд = с·m·√(m/kпр),	(1.46)

где с – поправочный коэффициент, который учитывает отклонения формы частиц от шарообразной и зависит от величины эффективного диаметра частиц (dэф.) для реальных коллекторов (см. рис. 1.7).

Для мелкопористых адсорбентов и существенно отличающихся по размерам адсорбируемых молекул наблюдаются значительные отклонения в величинах удельной поверхности (явление это носит название ультрапористости).

Чтобы представить, какова удельная поверхность естественных пород, подсчитаем общую поверхность песчинок (шаровых) радиусом r = 0,1 мм в 1 м3 песка.

Поверхность одной песчинки будет равна:

	F 4 r2 ,
а объем		4	r3
		3
		.

Если пористость фиктивного грунта, сложенного песчинками одинакового диаметра, равна т, то объем, занятый песчинками в единице объема породы, будет V = 1—т, а число песчинок в единице объема породы будет равно:

43

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

N 1 m 3 1 m
	4 r 3 .

Очевидно, что суммарная поверхность всех песчинок в единице объема породы будет равна:

S N 4 r2 3 1 m 4 r2 ,

4 r 2

или

S 6 1 m d ,

где d — диаметр песчинок, м, S – удельная поверхность, м2/м3; m – пористость в долях единицы.

Для песчинок радиусом r = 0,1 мм удельная поверхность составит ( при пористости m = 0,26):

3		1 m	3 1 0,26		4		м2
S				2,2 10		,			,
	r		4				м	3
			10

т. е. в 1 м3 песка общая поверхность частиц составит 22 000 м2.

Очевидно, что удельная поверхность глинистых пород может достигать еще большей величины и если поверхность пористой среды нефтяного пласта после окончания эксплуатации залежи останется смоченной хотя бы тончайшей пленкой нефти, это приведет к тому, что большие количества ее не будут извлечены на поверхность .

1.9 Коллекторские свойства трещиноватых пород

Ёмкость продуктивных коллекторов и промышленные запасы нефти в нём определяются преимущественно ёмкостью трещиноватого коллектора, объёмом трещин. Трещиноватость пород в той или иной степени характерна для коллекторов всех типов. Большинство исследователей ёмкость трещиноватого коллектора связывают с пустотами трех видов:

1)межзёрновым поровым пространством, пористость которого составляет 2-10 % полезной ёмкости трещиноватого коллектора;

2)кавернами и микрокарстовыми пустотами, пористость которых может достигать 13-15 % полезной ёмкости трещиноватого

коллектора;

3)пространство самих трещин.

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Причём, пространство самих трещин составляет десятые и сотые доли процента относительного объёма трещиноватой породы. Трещиноватая ёмкость пород несоизмеримо мала с объёмом добываемой из них нефти. Например, 10–15 % трещиноватого пустотного объёма, фильтруют до 80–90 % объёмов жидкости. Исходя из основных коллекторских свойств, обуславливающих ёмкость и пути фильтрации в трещиноватых коллекторах, последние можно подразделить на следующие основные типы:

1)коллектора кавернозного типа, ёмкость которых слагается из полостей каверн и карстов, связанных между собой и со скважиной системой микротрещин;

2)коллектора трещиноватого типа, ёмкость которых определяется в основном системой трещин;

3)коллектора смешанного типа, в том числе и порово-трещиноватые,

ёмкость которых представляет сочетания и переходы по площади и по разрезу трещиноватого или кавернозного с поровым видом. Качество трещиноватого коллектора характеризуют такие

параметры, как густота трещин, интенсивность и плотность трещиноватости пород, раскрытость трещин, зависящие от литологических свойств пород, трещинная пустотность и проницаемость. На величину раскрытости трещин влияют процессы их происхождения. Величина раскрытости трещин колеблется в пределах 14–80 мкм. Как правило, на больших глубинах она составляет 10–20 мкм. Трещиноватость карбонатных пород обычно больше, чем аргиллитов и песчано-

алевритовых пород, песчаников и солей.

При одинаковой прочности пород интенсивность трещиноватости коллектора увеличивается при уменьшении его мощности, за счет веса вышележащих пород.

Параметры трещиноватых пород определяются по результатам изучения кернов и по данным исследования скважин на приток.

1.10 Карбонатность горных пород

Под карбонатностью породы понимается содержание в ней солей угольной кислоты: известняка – СаСО3, доломита – СаСО3· МgСО3, соды – Na2СО3, поташа – K2СО3, сидерита – FeСО3 и др. Общее количество карбонатов относят обычно к содержанию известняка (СаСО3), потому,

что углекислый кальций наиболее распространен в породах и составляет основную часть перечисленных карбонатов.

Определение карбонатности пород проводят для выяснения возможности проведения солянокислотной обработки скважин с целью увеличения проницаемости призабойной зоны (увеличения величины вторичной пористости), а также для определения химического состава горных пород, слагающих нефтяной пласт.

45