Реферат - пористість гірських порід
Міністерство освіти і науки Укаїни
Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
«Уфимський державний нафтової технічний університет»
Кафедра «Розробка та експлуатація нафтових і газових родовищ»
РЕФЕРАТ
На тему: «Пористість гірських порід»
Виконав: студент групи МТ-06-03
^ Нафтовий пласт являє собою гірську породу, просочену нафтою, газом і водою.
Властивості гірської породи вміщати (обумовлено пористістю гірської породи) і пропускати (обумовлено проникністю) через себе рідину називаються фільтраційно-ємнісними властивостями (ФЕС).
Фільтраційні і колекторські властивості порід нафтових пластів характеризуються такими основними показниками:
пористістю;
проникністю;
капілярними властивостями;
питомою поверхнею;
механічними властивостями.
Під пористістю породи розуміють наявність у ній пустот. Розрізняють загальну, відкриту і закриту пористості. Загальна по-рістость- це весь обсяг порожнеч в породі, відкрита - обсяг зв'язкових порових каналів, за якими може фільтруватися рідина або газ. Відповідно, закрита пористість - це обсяг ізольованих порожнин. Очевидно, що загальна пористість є сума відкритої і закритої. Для кількісної характеристики пористості використовується ко-коефіцієнт пористості, рівний відношенню обсягу порожнеч зразка породи до об'єму всього зразка:
^ ВИДИ ПОРИСТОСТІ
Загальна (повна, абсолютна) пористість - сумарний обсяг усіх пір (Vпор), відкритих і закритих.
Пористість відкрита еквівалентна обсягом сполучених (Vсообщ) між собою пір.
На практиці для характеристики пористості використовується коефіцієнт пористості (m), виражений в частках або у відсотках.
Коефіцієнт загальної (повної, абсолютної) пористості (mп) в процентах залежить від обсягу всіх пір:
Коефіцієнт відкритої пористості (mо) залежить від обсягу сполучених між собою пор:
Коефіцієнт ефективної пористості (mеф.) Оцінює фільтрацію в породі рідини або газу, і залежить від обсягу пір (Vпор фільтр), через які йде фільтрація.
Для зернистих порід, що містять малу або середню кількість цементуючого матеріалу, загальна і ефективна пористість приблизно рівні. Для порід, що містять велику кількість цементу, між ефективною і загальної пористістю спостерігається істотна відмінність.
Для коефіцієнтів пористості завжди виконується співвідношення:
Для хороших колекторів пористість лежить в межах 15-25%
Порові канали нафтових пластів умовно поділяються на три групи:
субкапіллярние (розмір пір <0,0002 мм) – практически непроницаемые: глины, глинистые сланцы, эвапориты (соль, гипс, ангидрит);
капілярні (розмір пір від 0,0002 до 0,5 мм);
сверхкапіллярние> 0,5 мм.
За великим (сверхкапіллярним) каналам і порам рух нафти, води, газу відбувається вільно, а по капілярах - при великій участі капілярних сил.
У субкапіллярних каналах рідина утримується міжмолекулярними силами (силою тяжіння стінок каналів), тому практично ніякого руху не відбувається.
Породи, пори яких представлені в основному субкапіллярнимі каналами, незалежно від пористості практично непроникні для рідин і газів (глини, глинисті сланці).
^ НАСИЧЕНІСТЬ порового простору
Пористість порід продуктивних пластів визначають в лабораторних умовах з керновому матеріалу. Пористість пласта на великих ділянках визначається статистично за великим числом досліджених зразків керна. З пористістю пов'язані величини насичення пласта флюїдами: водонасиченому (Sв), газонасиченості (Sг), нефтенасищенность (S н), величини, виражені в частках або у відсотках.
Зв'язок пористості і коефіцієнта насиченості (в частках):
Загальна і відкрита пористість залежать від:
глибини залягання (падає зі збільшенням глибини);
від щільності порід, кількості цементу і ін.
Для оцінки коефіцієнта пористості незцементованих по-Рісто середовищ використовується модель фіктивного грунту, представляю-щая грунт у вигляді набору кульок однакового діаметра. Очевидно, що пористість залежить тільки від конфігурації куль. Разли-ють два види розташування куль фіктивного грунту (рис.1). тісне і вільний. Кут θ на рис.1 змінюється в межах ≤ θ ≤.
Рис.1 Упаковка зерен породи: а) θ =; б) θ =
Сліхтер показав, що пористість т пов'язана з кутом θ співвідношенням
т = 1
З цієї формули випливає, що пористість фіктивного грунту т при зміні кута в межах від до змінюється від 0,259 до 0,476. У реальних умовах на пористість нефтеводогазосодержащіх порід впливають кілька факторів: розмір і форма зерен породи, їх розташування, розподіл часток за розмірами, процеси цемен-тації, розчинення і відкладення солей, руйнування мінералів і ін. Зазвичай пористість реальних порід не перевищує 20-25% (у пісків і пісковиків). У глин вона може досягати 50% і більше, у відомого-няков - ще більшого значення.
Поряд з пористістю використовується ще одна характеристика пористого середовища - просвітні. Якщо взяти поперечний переріз керна, то під просвітні розуміється відношення площі пустот до загальної площі поперечного перерізу керна, т. Е.
Неважко показати взаємозв'язок пористості і просвітні, розум-ножів чисельник і знаменник правої частини попередньої формули на довжину керна l:
Особливо важливе значення має залежність пористості від давши-лення. Встановлено, що з підвищенням пластового тиску по-рістость зростає. Причому, якщо пористе середовище має плас-тичні властивості, то зміни пористості можуть мати не-оборотний, гістерезисний характер.
^ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ПОРИСТОСТІ
Пористість - це основний параметр при підрахунку запасів нафти або природного газу в поклади.
Найбільш простим способом визначення відкритої пористості зразка породи є об'ємний метод. Зразок породи насичують газом, яка не сорбируется породою, наприклад азотом або повітрям. У зразку породи створюється певний тиск p1. Після встановлення в системі рівноваги виробляють випуск газу з по-пологи, при цьому тиск знижується до атмосферного р0. Потім за допомогою газового лічильника заміряють об'єм газу V, що вийшов з зразка.
Запишемо рівняння матеріального балансу для початкового і ко-кінцевого станів:
звідки і визначаємо пористість т.
Внутрішню структуру пористого простору вивчають на основі результатів досліджень перетинів кернів, що відбираються в свердловині з даного пласта. Відновлення внутрішньої будови породи по її поверхневих властивостях є єдино можливим, по-кільки матеріал породи колектора непрозорий. Таке восстанов-ня засноване на методах однієї з галузей прикладної математики-ки - стереологіі - науки, що розглядає дослідження тривимірної структури тіл, коли відомі тільки їх перетину або проекції на площину.
Застосування стереологіческіх методів дозволяє оцінювати такі параметри, як питома поверхня, звивистість і т. Д. Для з'ясування основних положень стереологіческіх методів звернемося до (рис.2). на якому зображені плоске перетин зразка породи (в збільшеному масштабі) і січна пряма певної довжини (відрізок). Виявляється, що, якщо підрахувати середнє число перетинів цієї прямої з лініями кордонів зерен при багаторазовому випадковому киданні зазначеного відрізка на виділену площину, то можна визначити сумарну протяжність ліній кордонів зерен на одиниці площі шліфа, питому поверхню породи і ряд інших характеристик пористого середовища.
Рис.2 Плоске перетин зразка породи
Рис.3 Взаємне розташування голки і лінії:
а) геометричні характеристики
б) геометричне місце точок перетину
Вирішення цього завдання пов'язане з відомою завданням Бюффона про голці, яка полягає в наступному. Нехай горизонтальна площина розграфлена системою паралельних прямих, віддалених один від одного на відстані а. На цю площину випадковим чином кидається голка довжиною 1<а. Говоря о случайном бросании, мы подразумеваем, что средняя точка иглы может с равной вероятностью оказаться на любом расстоянии от какой-либо линии на плоскости, а любой угол между иглой и линией является равновероятным. Брошенная описанным образом игла в каждом случае может не пересечь ни одной линии или пересечь только одну, поскольку 1<а. Требуется определить среднее число пересечений иглы с какой-либо прямой линией при многократном бросании.
Виходячи з елементарних геометричних міркувань можна показати, що ця вірогідність
Розглянемо (рис.3, а), де через х позначено відстань від центру голки до найближчої паралелі і через φ - кут, складений голкою з цієї паралеллю. Величини х і φ повністю визначають положення голки. Всілякі положення голки визначаються точ-ками прямокутника зі сторонами а і π (рис.3, б). З малюнка видно, що для перетину голки з паралеллю необхідно і до-статочно, щоб х ≤. Точки зазначеного прямокутника, соот-ветствующие даному нерівності, знаходяться в заштрихованої на цьому малюнку області. Очевидно, що шукана ймовірність дорівнює відношенню заштрихованої області до площі прямокутника:
P ==
З рівняння (1) випливає, що математичне очікування числа перетинів при п киданнях одно
При заміні голки якої-небудь лінією довжиною L можна розділити останню на елементарні ділянки довжиною l кожен.
Згідно із законом додавання ймовірностей математичне очікування числа перетинів в даному випадку буде в стільки разів більше цього показника при киданні голки довжиною l. у скільки разів довжина лінії більше довжини голки, т. е.
Твір ln одно сумарній довжині ліній, які перетинають систему ліній на площині, при всіх киданнях на неї будь-якої лінії довжиною L (ці лінії називаються випадковими січними, а сам метод - методом випадкових січних). Число т перетинів лінії довжиною L системою ліній, нанесених на площині, що припадає на одиницю довжини січних ліній, можна визначити за формулою
Зауважимо далі, що величина (1 / а) є сумарною довжиною нанесених на площині паралельних ліній, віднесених до одиниці її площі, т. Е. Питомою протяжністю ліній на площині або питомою периметром. Дійсно, якщо на площині виділити квадрат зі стороною, що дорівнює одиниці, причому, дві сторони квадрата направити паралельно мережі ліній, нанесених на площині, то довжина кожного відрізка цих ліній всередині квадрата буде дорівнює одиниці, а їх число всередині квадрата виявиться рівним 1 / а = руд.
Відзначимо, що величина руд. характеризує звивистість порові каналів.
У Таблиці 1 додатка наведені результати застосування методу січних для перетину, зображеного на (рис.2). На малюнку січна пряма перетинає кордони зерен в восьми точках. При іншому розташуванні це число може бути іншим. Однак для кожної даної структури існує певне конкретне середнє значення числа перетнути-ний, залежне від сумарної протяжності ліній на одиниці площі.
Число випадків = 146, число = 1701.
Очевидно, що середнє число перетинів
т = 1701/146 = 11,6 (мм) (в масштабах рис. 2)
Відповідно питома периметр:
Виходячи з формули (3) неважко оцінити і питому поверх-ність. Будемо розглядати замість січних циліндрики зникаюче малою площею поперечного перерізу, вісь яких збігається з віссю січних. Тоді площа перетину кордонів розділу зерен циліндром, віднесена до його об'єму, буде (в силу передбачуваної изотропности зразка) пропорційна питомій поверхні. З іншого боку, ця величина пропорційна числу перетинань т.
Таким чином, питому поверхню можна визначити за формулою S = 4m.
Результати застосування методу січних