Удельная поверхность горных пород, ее роль при фильтрации нефти и газа

Ответ на вопрос: «Удельная поверхность горных пород, ее роль при фильтрации нефти и газа».

Удельная поверхность горной породы — это величина суммарной поверхности частиц, приходящаяся на единицу объема образца.

Из-за небольших размеров частиц, слагающих горные породы, и большой плотности их упаковки общая площадь поверхностей порового пространства горной породы достигает огромных размеров. Подсчитано, что общая поверхность зерен правильной сферической формы размером 0,2 мм, содержащихся в 1 м3 однородного песка, составляет 20276 м2.

От величины удельной поверхности нефтесодержащих пород зависят их проницаемость, содержание остаточной (связанной) воды, адсорбционная способность и так далее. Если пористая среда имеет большую удельную поверхность, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнимым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностно-молекулярные явления в малопроницаемой породе могут оказать существенное влияние на процесс фильтрации жидкости, чем в высокопроницаемых горных породах.

Удельную площадь поверхности фильтрации нефтесодержащих горных пород подсчитывают по приближенной формуле:

где Sуд — удельная поверхность породы, i2/i3;
m — пористость, доли единицы;
R — проницаемость, м2.

Удельная поверхность нефтесодержащих горных пород нефтяных месторождений колеблется в больших пределах -от 40000 до 230000 м23. Горные породы, имеющие удельную поверхность 230000 м23 и более, относятся к слабопроницаемым. Это глины, глинистые пески, глинистые сланцы и тому подобное. [Кудинов В.И. Основы нефтегазопромыслового дела. 2004г.]

Удельная поверхность породы (Sуд) — суммарная поверхность частиц или поровых каналов, содержащихся в объеме образца — зависит от степени дисперсности частиц, из которых они слагаются (площадь пустот или твердой фазы в 1 м3 горных пород (м23) или на 1 кг горных пород (м2/кг)).

Проницаемость, адсорбционная способность содержание остаточной воды зависит от удельной поверхности нефтенасыщенных пород. На характер фильтрации нефти влияют и молекулярные явления, происходящие на контактах жидкости и породы.

Объемные свойства жидкостей (вязкость, плотность) обуславливаются действием молекул, распространенными внутри жидкой фазы. Поэтому в крупнозернистых горных породах с относительно небольшой Sуд молекулы, находящиеся на поверхности, почти не влияют на процесс фильтрации, т.к. их число весьма мало в сравнении с числом молекул, находящихся внутри объема жидкости.

Если Sуд большое, то число поверхностных молекул жидкости возрастает и становится сравнимым с числом объемных молекул. Поэтому поверхностные явления в мелкозернистых горных породах могут оказать более значительное влияние на процесс фильтрации жидкости, чем в крупнозернистой.

Модель Слихтера: частицы правильной шарообразной формы (фиктивный грунт), угол укладки (60-90).

1) Способ Оркина (способ определения удельной поверхности способом гранулометрического анализа (ситовый анализ):

М0 — масса навески горных пород;
Мi — навеска частиц в i-м сите;
di — средневзвешенный диаметр частиц которые осели на данном сите;
α — учитывает форму частиц (1,2-1,4).

2) Адсорбционный метод (через образец сцементированной горной породы пропускают исследуемые флюиды в состав которых входит специальная индикаторная жидкость, которая определяет свойства данного флюида).
К — коэффициент, по окрашенности или по преломлению.

ΔC = Cжо — Cжк

ΔC — потеря концентрации;
ΔC = f(am);
am — число молей вещества после прокачки;
w — площадь проекции атома данного вещества, приходящаяся на твёрдую поверхность;
Na — число Авогадро.

Sуд = am · Na · w

Формула Козени-Кормана:

3) Метод Дерягина. Прибор рассчитан на насыпную горную породу. Прокачка через образец обеспечивается с помощью разряженного воздуха.

Перечень вопросов для подготовки к госэкзамену по специальности 130503.65 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»