Гранулометрический состав горных пород

Гранулометрический анализ используется для определения дисперсности минеральных частиц, несцементированных песков и слабосцементированых песчаников. Дисперсность сцементированных пород узучается в шлафах под микроскопом. Степень дисперсности пород влияет на ряд ее свойств: пористость, проницаемость, удельную поверхность, капиллярные свойства и т.д. При выполнения гранулометрического анализа породы разделяют на фрикции по размерам частиц.

Гранулометрическим (механическим) составом горной породы называется количественное (массовое) содержание в породе частиц различной крупности.

Размеры частиц горных пород изменяются от коллоидных частиц (размером менее 0,001 мм) до галечников и валунов. Однако для нефтеносных коллекторов, как правило, в пределах 0,01 – 1 мм.

Методы определения механического состава горных пород:

1. Ситовой анализ (для разделений фракций песка d≥0.05 мм);

2. Седиментационный анализ (d<0.05 мм).

Стандартные сита с отверстиями: 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5; 0,25 мм.

Ситовой анализ: сверху располагают сито с наибольшим диаметром отверстий, внизу – с наименьшим. В верхнее сито насыпают 50 гр породы и просеивают 15 мин. Массу частиц в каждом сите определяют взвешиванием.

Седиментационный анализ основан на различии скоростей оседания зерен в вязкой жидкости у частиц неодинаковых размеров.

Скорость осаждения V частиц сферической формы определяется формулой Стокса:

, (1.1)

где g – ускорение свободного падения, d – диаметр частиц, ν – кинематическая вязкость жидкости, - плотность частицы породы, - плотность жидкости.

Формула Стокса имеет пределы и условия применения: 1) считают, что формула (1.1) применима для частиц диаметром 0,1 – 0,001 мм; на частицы меньшего диаметра влияет броуновское движение и слои адсорбированной воды; 2) формула Стокса справедлива для свободного (нестесненного) движению зерен, поэтому массово содержание твердой фазы не должно превыщать 1 %.

Методы седиментационного анализа различны. Основные (при исследовании грунтов):

1. Способ отмучивания током воды и способ слива жидкости (метод Сабанина);

2. Метод взвешивания осадка с помощью весов Фигуровского.

При отмучивании грунт помещают в конический или цилиндрический сосуд и регулированием скорости воды, текущей снизу вверх, добиваются выноса из сосуда частиц определенного диаметра, который определяют по формуле Стокса.

В способе слива отделяют медленно оседающие мелкие частицы от оседающих (более крупных и тяжелых) путем слива жидкости, содержащие еще не осевщие на дно сосуда частицы.

Наиболее совершенный метод седиментационного анализа – взвешивание осадка, выпавшего из хорошо перемешанной суспензии из грунта и воды, на специальный датчик – подложку (например, тонкий стеклянный диск 4). Осадок взвешивают как функцию времени. Если частицы имеют крупные размеры – осадок выпадает быстро, если размеры частиц малы – то выпадение осадка происходит медленно. Взвешивание осадка производят или на весях Фигуровского (рис. 1.1) или на автоматических седиментационных весах (например, модели ВСД – 1/50). В прборе ВСД – 1/50 (диапазон диаметра частиц 1 – 50 мкм) автоматически регистрируется масса осадка (в пределах 0 – 500 мг) как функция времени.

После обработки получают зависимость массовой доли частиц от их диаметра. Результаты отображают в виде графиков (таблиц) двух типов:

1. кривой суммарного (накопительного) интегрального гранулометрического состава породы (массовая доля при d_З <d);

2. кривой распределения зерен по диаметрам (дифференциальной кривой) массовая доля d_i≤d_З≤d_i+1 частиц в интервале Δd=d_i+1-d_i

Степень неоднородности пород характеризуют отношением d₆₀/d₁₀, где d₆₀ – диаметр частиц, при котором сумма масс фракций с диаметром 0£d_З£d₆₀ состовляет 60 % от массы образца породы (массы всех фракций; точка 2 на рис. 2), d₁₀ – аналогичная величина для 10 % массы всех фракций.

Диаметр частиц соответствующих точке 1 учитывается при подборе отверстий забойных фильтров для нефтяных скважин.