Практическое занятие № 7

Тема: Определение показателей плотности – пористости горных пород

Цель: научиться анализировать конструкции буровых насосов, причины износа деталей и определять неполадки в работе насоса.

Основные теоретические положения:

Осадочные горные породы образуются в результате разрушения горных пород на поверхности Земли и последующего накопления и преобразования продуктов этого разрушения. В нефтегазовой геологии осадочные породы изучаются как основные объекты, с которыми генетически связаны нефть и газ. Все осадочные горные породы подразделяются на обломочные, глинистые, хемогенные, органогенные и смешанные.

Обломочные горные породы образуются за счет продуктов механического разрушения ранее существовавших пород и наиболее распространены среди осадочных образований. По величине слагающих обломков различаются грубообломочные, песчаные, алевритовые и пелитовые обломочные породы При классификации обломочных пород учитываются не только размер обломков, но и их форма (окатанные или остроугольные), а также наличие или отсутствие цементирующего материала (таблица 18). Грубые обломки накапливаются вблизи разрушающихся горных пород. По мере удаления встречаются среднеобломочные (песчаные), мелкообломочные (алевритовые) и тонкообломочные (пелитовые) породы.

Таблица 18 – Классификация обломочных пород.

Пористость в обломочных породах обычно межгранулярная (межзерновая).

Цемент, присутствующий в большинстве обломочных пород, обуславливает крепость, плотность и другие свойства породы.

Состав цемента может быть однородным (мономинеральным) или неоднородным (полиминеральным).

По составу цементы бывают:

– известковый цемент узнается по вскипанию с НСl;

– доломитовый – слабая реакция с НСl;

– глинисты й – по размокаемости в воде;

– железистый – по бурому цвету или металлическому блеску;

– гипсовый – по блеску на плоскостях спайности.

Типы цемента (нахождение цементирующего материала по отношению к обломкам):

– базальный – зерна не соприкасаются друг с другом, как бы «плавают» в цементе;

– заполнения пор – зерна соприкасаются друг с другом, цемент заполняет поры между ними;

– пленочный – цемент «одевает» зерна пленкой;

– соприкосновения или контактовый – цемент присутствует в местах соприкосновения зерен.

Песчаники представляют собой сцементированные пески. По минеральному составу они могут быть

– кварцевыми (зерна кварца составляют не менее 95% массы породы),

– аркозовыми (преобладают зерна кварца и полевых шпатов)

– полимиктовыми (зерна различных минералов).

Цвет песчаников чаще всего желтоватый, серый.

В зависимости от размеров зерен песчаники подразделяются на

– крупнозернистые (1-0,5 мм),

– среднезернистые (0,5-0,25 мм)

– мелкозернистые (0,25-0,1мм).

Песчаный материал, из которого образуются пески и песчаники, может накапливаться в морских и озерных водоемах, в руслах рек и т.д.

Алевролиты по минеральному составу чаще всего полимиктовые. Цвет серый. Алевритовый обломочный материал, из которого образуются алевролиты, чаще всего, накапливается на дне озерных и морских бассейнов, в зоне слабоподвижных вод между областями накопления песчаных и глинистых толщ. По размеру зерен алевролиты подразделяются на

– крупнозернистые (0,1-0,05мм),

– среднезернистые (0,05-0,025),

– мелкозернистые (0,025-0,01 мм).

Глинистые породы по происхождению занимают промежуточное положение между чисто химическими и обломочными породами. Они на 50% состоят из частиц размером < 0,01 мм, причем, свыше 30% из них обычно составляют частицы размером < 0,001 мм. Цвет глин серый, пепельный, коричневый, черный. В их составе кроме обломочного материала (мельчайших зерен кварца, полевых шпатов, слюд и др.), образовавшегося в результате физического разрушения горных пород, в большом количестве присутствуют так называемые глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.). Глинистые минералы – продукты химического разложения (выветривания) магматических пород. Эти продукты разложения выносятся текучими водами, откладываются в морях, озерах и реках, а затем превращаются в глинистые породы. Некоторые из них весьма плотные и твердые (аргиллиты) и не размокают в воде, другие же при смачивании водой становятся пластичными. Наибольшей пластичностью отличаются монтмориллонитовые глины, встречающиеся редко. Самые распространенные глины – гидрослюдистые.

Хемогенные породы. Образуются они в результате выпадения солей из истинных и коллоидных водных растворов. Осаждение хемогенных пород чаще всего происходит в лагунах, озерах. Характерная их особенность – отсутствие органических остатков.

В эту группу пород включают известняки, доломиты, каменную соль, ангидриты, гипс и другие мономинеральные породы, состоящие из минерала того же названия, что и порода.

Известняки – горные породы, содержащие более 70% кальцита (СаСО3) Твердость кальцита равна трем (он является эталоном твердости «3» по шкале Мооса). Кальцит реагирует с соляной кислотой (НСl), в результате чего на его поверхности отчетливо видны пузырьки выделяющегося углекислого газа (СО2). Нередко в известняках присутствуют в виде примесей глинистые, алевритовые и песчанистые частицы, а также гипс, доломит.

Доломиты – мономинеральные породы, состоящие из минерала того же названия (СаМg(СО3)2). Они имеют светлую окраску, массивную текстуру. Твердость доломита равна 3,5-4, он реагирует с соляной кислотой в порошке.

Каменная соль нередко образует пласты большой мощности, характеризующиеся кристаллической структурой и плотной массивной текстурой. При повышенных давлениях становится пластичной. Породы имеют обычно светлую окраску.

Ангидриты встречаются в виде пластов зернистого строения, имеют светлый цвет и состоят из минерала ангидрита (СаSO4). Обычно характеризуются массивной текстурой и реже волокнистой. Твердость ангидрита 3-3,5.

Гипс (СаSO4 х 2Н2О) имеет зернистое строение, волокнистую текстуру и светлую окраску. Твердость гипса равна двум (он является эталоном твердости «2» по шкале Мооса). В виде примеси в гипсе могут содержаться ангидрит, доломит, кальцит, обломочный материал.

При макроскопическом описании хемогенных пород, следует помнить, что они сложены кристаллами, поэтому в разделе «структура» необходимо оценивать размер и форму кристаллов. Кристаллы могут быть видны невооруженным глазом или только под микроскопом (скрытокристаллическая или пелитоморфная структура).

Пористостью среди хемогенных пород обычно могут обладать известняки и доломиты, т.е. карбонатные породы. Пустотное пространство в них представлено кавернами и трещинами.

Органогенные породы. Они образуются в результате накопления органических остатков после отмирания животных и растений. Представлены известняками-ракушечниками, писчим мелом, а также углями, асфальтом, горючими сланцами и др. В одних породах эти остатки видны невооруженным глазом. Другие породы, например писчий мел, сложены твердыми известковыми скелетами микроорганизмов. И, наконец, третьи (угли, асфальты и др.) представляют собой горные породы, в которых наряду с минеральной составляющей имеются вещества органического происхождения.

Породы смешанного происхождения. Смешанное происхождение имеют осадочные породы, состоящие из обломочного и какого-либо другого материала (химического или органического происхождения). Эта группа пород включает мергели, песчаные и глинистые известняки и др.

Мергели представляют собой сильноизвестковистые глины. В них содержится от 50% до 70% кальцита. Как правило, они светло-серого, почти белого цвета, легко отличаются от известняков по реакции с соляной кислотой, после воздействия которой на поверхности мергеля остается грязно-серое пятно, обусловленное "удалением" известкового материала и концентрацией на месте реакции глинистых частиц. Мергель образуется в морях и озерах.

Песчаные известняки – это известняки с примесью песчаного материала. Цвет их чаще всего серый. Образуются Песчаные известняки в водоемах, где накапливаются обломочный материал и осадки, представляющие собой либо соли, выпавшие из концентрированных растворов, либо органические остатки.

Схема макроскопического описания вырабатывалась годами, в течение длительной истории развития геологии и может быть выражена таким правилом: литологические свойства отмечаются в той последовательности, в какой они фиксируются глазом при постепенном приближении к породе – сначала воспринимается цвет, затем зернистость, т.е. структура, а также текстура, потом состав, включения и прочие признаки.

Общая схема описания горной породы:

1. Название породы

2. Цвет

3. Структура

4. Текстура

5. Состав породы (для обломочных отдельно состав обломков и цемента)

6. Крепость породы

7. Пористость

8. Включения

9. Вторичные изменения

10. Прочие признаки

Цвет – один из очень важных признаков, отражающий состав породы. Цвет осадочных пород редко бывает чистым и ярким. Большей частью он серый с многочисленными оттенками. Таким образом, при описании надо отмечать основной (преобладающий) цвет, его оттенок, интенсивность, распределение цветовой гаммы по породе.

Структура. В этом разделе описывается размер, форма и сортировка (равно- или разнозернистость) того, из чего состоит порода. Для обломочных пород это обломки (зѐрна), для хемогенных пород – кристаллы, для органогенных пород – органические остатки.

Текстура горных пород (сложение) определяется пространственным взаиморасположением того, из чего состоит порода (зерна, кристаллы, органические остатки) и характером заполнения объема породы. Текстура может массивная (беспорядочная), а может быть слоистой, волокнистой, пятнистой и др., т.е. какой-то упорядоченной. Например, слоистая текстура обусловлена ритмичной сортировкой материала и бывает косая, волнистая, горизонтально-слоистая.

Если слоистость косая, необходимо замерять угол наклона косых слойков по отношению к оси керна или к другой выбранной поверхности и их форму (прямая, вогнутая, выпуклая).

Если слоистость волнистая, то отмечается длина и высота волны, её форма – симметричная или асимметричная.

Состав породы. При описании определяется тип породы по составу: мономинеральный или полиминеральный. Для обломочных осадочных горных пород указывается отдельно состав обломков и цемента.

Крепость пород определяется по упрощенной трехбалльной шкале, применяющейся в полевых условиях:

– породы слабые или слабой крепости (ломаются рукой);

– породы средней крепости (рукой не ломаются, но сравнительно легко разбиваются молотком);

– породы крепкие (с трудом разбиваются молотком).

Пористость пород - важный признак, с ним связано образование залежей нефти, газа, водоносных горизонтов. Макроскопически бывает видна только относительно крупная пористость, например, трещины или каверны. Более мелкую, но зачастую более значительную и эффективную пористость можно определить по скорости впитывания флюидов. Следует обязательно отмечать, каким видом пористости обладает порода (межгранулярные поры, трещины, каверны). Также следует замерять размеры крупных пустот и визуально оценивать процент пустотного пространства в данном образце.

Включения подразделяются на минеральные (конкреции, редкие гальки в песке) и органогенные (раковины беспозвоночных, растительный детрит и т. д.). Они могут присутствовать в образце, а могут и не присутствовать.

Вторичные изменения связанны чаще всего с выветриванием (окремнение или кальцитизация), отмечаются новые минералы, изменение цвета, прочности, пористости и других свойств пород.

Породами-коллекторами называют горные породы, способные вмещать в себя жидкости и газы и отдавать их при разработке. То есть, основными коллекторскими свойствами породы являются пористость и проницаемость. Пористость – это наличие свободного пространства в горной породе, а проницаемость – это способность горных пород пропускать сквозь себя жидкости или газы.

По условиям образования породы-коллекторы бывают терригенные (пески, песчаники, алевролиты и др.) и карбонатные (известняк, доломит). Изучая образец карбонатного коллектора (известняк, доломит), следует помнить, что его образование происходит в водной среде, на больших глубинах. Карбонатные породы могут также иметь химическое и органическое происхождение. Поэтому необходимо тщательно изучить структуру породы, то есть наличие зѐрен, либо кристаллов, либо обломков раковин, сцементированных глинистым, кремнистым или карбонатным материалом.

Породы-коллекторы могут содержать в себе остатки тяжелых углеводородов, и тогда они будут окрашены в темный цвет, обладать специфическим запахом, пачкать руки и т.д.

Признаки присутствия газа в породе визуально обнаружить можно только по запаху в свежем изломе или после помещения образца в воду тут же после его раскола.

Темный цвет породы, не имеющей видимых признаков нефти или газа, говорит о наличии в ней битуминозного вещества. Такая горная порода могла быть нефтегазопродуцирующей. Их изучение важно для определения степени перспектив нефтегазоносности того или иного участка земной коры и путей миграции углеводородов.

После знакомства с породами-коллекторами переходят к изучению пород-покрышек (флюидоупоров). Породы-покрышки – это практически непроницаемые горные породы, препятствующие миграции углеводородов в земной коре и способствующие сохранности уже сформировавшихся их скоплений. Породами-покрышками являются глинистые, карбонатные и галогенные осадочные образования.

Глинистые породы можно определить по их очень тонкому размеру зерен, слоистости, "жирности" на ощупь. Глины состоят из тончайших обломков разрушенных горных пород различного состава, перенесѐнных в водный бассейн и отложенных на большой глубине. Как правило, обломки имеют форму плоских чешуек размером несколько микрон. Цвет глин темный – коричневый, шоколадный, черный. Это зависит от состава чешуек, примесей и геохимических условий среды, в которой шло накопление глинистого материала.

Расстояние между чешуйками глины, слюды в породе ничтожно мало, однако, учитывая большое количество чешуек, объем "свободного" пространства в глинах велик, поэтому пористость глин высокая. Коэффициент пористости глин достигает 50%. Однако, глины исполняют роль покрышек, так как они практически непроницаемы, потому что тончайшие поры в глинах не сообщаются между собой.

Карбонатные покрышки – это известняки, доломиты различного происхождения, без признаков свободного пространства в них. Они плотные, часто глинистые, нередко окремнелые.

Породы-покрышки галогенного типа визуально легко отличить от пород другого типа. Это породы светлых тонов кристаллической структуры, плотные, крепкие. К ним относятся гипсы, ангидриты, каменная соль. Образовались они путем выпадения из рассолов (сильно минерализованных вод) в неглубоких водоемах, сообщающихся с морем (лагунах). Лучшей галогенной покрышкой и наиболее распространенной в природе считается покрышка, сложенная каменной солью. Образец каменной соли отличается от других горных пород правильными кристаллами кубической формы и горько-соленым вкусом.