Удельная поверхность горных пород

Удельная поверхность пород — суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в единице объема образца,— зависит от степени дисперсности частиц, из которых они слагаются. Вследствие небольших размеров отдельных зерен песка и большой плотности их укладки поверхность поро-1 вого пространства пласта может достигать огромных размеров, что значительно осложняет задачу полного извлечения! нефти из породы.

Проницаемость, адсорбционная способность, содержание остаточной (реликтовой) воды и т. д. зависят от удельной поверхности нефтеносных пород. Работами советских ученых М. М. Кусакова, Б. В. Дерягина, К. А. Зинченко, Ф. А. Требина установлено, что кроме объемных свойств жидкостей и газов (например, плотности, вязкости) на характер фильтрации нефти влияют и молекулярные явления, происходящие на контактах жидкости и породы. Объемные свойства жидкостей (вязкость, плотность) обусловливаются действием молекул, распространенными внутри жидкой фазы. Поэтому в крупаозернистой породе с относительно небольшой удельной поверхностью молекулы, находящиеся на поверхности, почти не влияют на процесс фильтрации, так как их число весьма мало по сравнению с числом молекул, находящихся внутри объема жидкости. Если же пористая среда имеет большую удельную поверхность, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнимым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностные явления в малопроницаемой породе могут оказать более значительное влияние на процесс фильт­рации жидкости, чем в крупнозернистой.

Таким образом, удельная поверхность — одна из важней­ших характеристик горной породы. Следует отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту понятия удельной поверхности, сложно точно определить ее величину. Дело в том, что поры в пористой среде представлены каналами размерами от десятков и сотен микрометров (по ди­аметру) до размеров молекул. Поэтому удельная поверхность

глин или других адсорбентов, влияющая на процесс адсорбции, не имеет для данного пористого вещества определенного зна­чения, а зависит от размера адсорбируемых молекул. Только для молекул, имеющих одинаковые размеры, можно по опыт­ным данным получить близкие значения удельных поверхно­стей одного и того же адсорбента.

У мелкопористых сред при адсорбции существенно отлича­ющихся по размерам адсорбируемых молекул веществ наблю­даются значительные отклонения в размерах удельной поверх­ности (явление это носит название ультрапористости).

Легко установить, что если бы все частицы имели шарооб­разную форму (фиктивный грунт), то поверхность всех частиц в 1 м3 породы составила

(1.25)

где Syд — удельная поверхность, м2/м3; m — пористость, доли единицы; d — диаметр частиц, м.

Для естественных песков удельная поверхность вычисля­ется суммированием ее значения по каждой фракции грануло­метрического состава

(1.26)

Здесь Р — масса породы, кг; Р,— масса данной фракции, кг; di — средние диаметры фракций (в м), определяемые по фор­муле

(1.27)

где di и di —ближайшие стандартные размеры отверстий сит.

По экспериментальным данным К. Г. Оркина, при определении удельной поверхности по механическому составу в фор­мулу (1.26) следует ввести поправочный коэффициент а, учи­тывающий повышение удельной поверхности вследствие не ша­ровидности формы зерен (α= 1,2—1,4). Меньшие значения а относятся к окатанным зернам, большие к угловатым.

Используя уравнения, связывающие параметры фиктивного грунта, аналогичные формуле (1.25), можно также установить зависимость между удельной поверхностью и другими пара­метрами реальных пород. Для этого при выводе соответствую­щих формул реальный грунт с неоднородными частицами за­меняют эквивалентным естественому фиктивным грунтом. При том гидравлическое сопротивление фильтрации жидкости в обоих грунтах и удельная поверхность их должны быть оди­наковыми. Диаметр частиц такого фиктивного грунта принято

называть эффективным dэф. Сопоставляя формулы (1.25) и (1.26), можно видеть, что

(1.28)

или

(1.29)

С другой стороны, удельную поверхность можно выразить через гидравлический радиус δ: (1.29)

или (1.31)

Гидравлический радиус, как известно, равен отношению

площади порового канала к его периметру и для поры с круглым сечением радиусом R

Тогда можно написать

(1.32)

Подставляя в (1.32) значение R из формулы (1.18), получим

(1.33)

где k — проницаемость, м2; Syд — удельная поверхность, м2/м3. Если выразить проницаемость в мкм2, то получим удельную поверхность в м2/м3:I (1.34)

Из формул (1.33) и (1.34) следует, что чем меньше радиус поровых каналов и проницаемость породы, тем больше ее удельная поверхность.

Формула (1.34) представляет собой один из вариантов формул Козени — Кармана, устанавливающих зависимость коэффициента проницаемости от пористости, удельной поверхности

и структуры порового пространства. В общем виде формула Козени — Кармана записывается в виде

(1.35)

где m — пористость породы (характеризующая динамическую полезную емкость коллектора); Sуд — удельная поверхность; Т — извилистость поровых каналов (отношение среднестатис­тической длины каналов к длине керна); φ — структурный ко­эффициент, учитывающий форму поровых каналов. Значение извилистости Т может достигать 6 и более.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 52; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!