3.8.8. Визначення пористості

Величина пористості вказує на частку об'єму породи, яка зайнята флюїдовмісними порожнинами.

Види порожнин, що створюють пористість, різні за формою, структу­рою і походженням. Це пори (міжзернові порожнини), каверни і тріщини. Розрізняють міжзернову (гранулярну), тріщинну і кавернозну пористість.

Залежно від літологічного складу породи переважає той чи інший вид пористості. Для теригенних порід (пісковиків, алевролітів, аргілітів) харак­тернішою є міжзернова (гранулярна) пористість, для карбонатних порід (вапняків, доломітів) — тріщинна і кавернозна.

Розвиток тих чи інших видів порожнин залежить від умов формування та метаморфізації гірських порід. За походженням порожнини поділяють на первинні і вторинні.

Порожнини первинного походження утворилися під час формування самої породи. Це порожнини: а) між уламками і зернами, що складають породу; б) між площинами нашарування; в) шо утворилися після розкла-

дання органічних решток; г) пухирчастого характеру в деяких вивержених породах, тощо.

До вторинних порожнин належать: а) пори (каверни) розчинення, що утворилися в результаті розчинної дії циркулюючих у них рідин; б) тріщини, пов'язані з дією тектонічних сил у земній корі; в) тріщини, що утворилися в результаті діагенетичних процесів (перекристалізації, доломітизації та ін.).

Величина пористості в породі змінюється в широких межах:

Порода %

Глинисті сланці (аргіліти) 0,54—1,40

Глини 6,0—50,0

Піски 6,0—52,0

Пісковики 3,5—29,0

Вапняки нафтоносні 2,0—33,0

Доломіти 6,0—33,0

Щільні вапняки і доломіти 0,65—2,5

Загальний розмір порожнин у породі багато в чому залежить від серед­нього діаметра пор і площі їх поперечного перерізу. За розміром пори по­діляють на три групи:

• надкапілярні — діаметр понад 0,508 мм, площа поперечного перерізу понад 0,202 мм²; зазвичай, характерні для порід гравійного типу, рух рідини відбувається за законами гідравліки;

• капілярні — діаметр від 0,508 до 0,0002 мм; рух рідини в капілярних каналах відбувається під дією капілярних і додаткових сил, що перевищу­ ють сили молекулярного зчеплення на поверхні поділу між зернами породи і рідиною;

• субкапілярні — діаметр менший 0,0002 мм; переважають молекуляр­ но-поверхневі сили, тому рух рідини у природних умовах не відбувається. Пори такого перетину цілком заповнені зв'язаною водою, тобто водою, яка не бере участі у фільтрації.

Тріщини за розміром поділяють на мікротріщини (розкритість від 0,01 до 0,1 мм) і макротріщини (розкритість понад 0,1 мм). Пористість тріщинуватих порід — це так звана тріщинна пористість: роль пор відіграють тріщини між блоками щільних порід, а гранулярна пористість, тобто міжзернова, — віді­грає другорядну роль. Тріщинна пористість порід зазвичай складає невелику частку (не більше 10 %) від міжзернової. Це можна пояснити тим, що в плас­тових умовах унаслідок впливу гірського тиску більшість тріщин закривається.

Відповідно до розглянутих вище особливостей пор і тріщин розрізня­ють такі види пористості: загальну (повну, фізичну), відкриту та ефективну.

Під загальною, або повною, пористістю розуміють частку об'єму всіх по­рожнин у породі, незалежно від того, сполучаються вони між собою чи ні; під відкритою пористістю — частку об'єму сполучених порожнин у породі. Ефективна пористість враховує частку об'єму пор, в якій флюїди можуть рухатися.

Для вирішення практичних завдань промислової геології найбільший інтерес становить ефективна пористість, тому що вона характеризує той об'єм пор, в якому можлива фільтрація рідини.

Пористість гірських порід визначають різними способами за допомо­гою певних приладів. Спосіб визначення пористості гірських порід має за­довольняти таким вимогам:

1. застосовність до будь-яких зразків досліджуваних гірських порід;

2. необхідна точність;

3. простота апаратури;

4. швидкість визначення параметра.

Відомо, що нафтовмісні породи відносно механічної міцності сильно відрізняються одна від одної і тому для сильнозцементованих і слабозце-ментованих порід не можна застосовувати один і той самий спосіб дослі­дження їх пористості.

Пористість гірських порід навіть у межах невеликої ділянки їх поши­рення дуже змінюється, тому відомості про пористість пласта можна отри­мати лише після проведення кількох достатньо точних визначень. Різні ви­значення пористості в одному і тому самому зразку звичайно приводять до розбіжності в 1—2 %. Проте важко виявити, коли ця різниця є результатом помилок, а коли вона відбувається через неоднорідність породи. Для отри­мання точних даних слід зробити декілька визначень одного і того самого зразка.

У лабораторних умовах можливо визначати коефіцієнти повної, від­критої та ефективної пористості.

Визначення коефіцієнта повної пористості зцементованих порід. Коефіці­єнтом повної пористості породи називають відношення сумарного об'єму всіх пор певного зразка породи до видимого його об'єму. Найпростішим способом визначення пористості гірських порід є об'ємний.

Прилад — порозиметр, що використовують для цього, складається з градуйованої трубки, яка має на одному кінці камеру А, на іншому — роз­ширення С, притерте до посудини В (рис. 3.35).

У зібраному вигляді об'єм приладу до початку шкали дорівнює об'єму камери А (28 см³). Внутрішній діаметр трубки — 4,5 мм, товщина її стінок — 1,5 мм. Об'єм градуйованої частини трубки 5 см³, довжина — 31,4 см. Ціна поділок шкали 0,02 см³; діаметр отвору склянки 2,4 см. Повна довжина приладу 45,7 см.

Для визначення коефіцієнта повної пористості досліджуваний зразок керна зважують на лабораторному склі, разом з останнім кладуть у термо­стат за температури 150 °С і протягом 3 год висушують. Після зважування зразок знову кладуть у термостат і витримують там ще 2 год.

Якщо після цього маса зразка змінюється, то сушіння його продовжу­ють до отримання сталої маси. Масу зразка слід визначати з точністю до 0,01 г.

Якщо досліджуваний зразок містить нафту, перед просушуванням його потрібно проекстрагувати в апараті Сокслета, згідно з методикою, викладе­ною вище. Після цього зразок розпилюють на дві частини: одну — для ви­значення об'єму породи, іншу — для визначення її скелета.

Зразок, призначений для встановлення об'єму породи, перед вживанням обмітають волосяним пензликом і оглядають. Якщо є зайві опуклості й розпушені частинки, які під час досліду можуть обсипатися, їх видаляють,

Рис. 3.35. Схема устрою порозиметра.

Пояснення у тексті

Рис. 3.36. Вакуум-установка для визначення пористості зразків керна:

7 — бензинова колба; 2 — гасова колба; 3 — приймач Тішенка; 4 — вакуумметр

Рис. 3.37. Пікнометр для визначення пористості та проникності сильнозцементованих кернів

атакож згладжують всі гострі кути. Якщо під час сушки в зразку з'явля­ються тріщини, то ці місця викидають і зразок очищають пензликом. Об'­єм готового зразка має становити 3—5 см³.

Потім зразок зважують на техніко-хімічних терезах з точністю 0,01 г і у вакуумі насичують гасом. Для цього зразок кладуть у склянку, останню встановляють у колбу вакуумної установки (рис. 3.36).

Протримавши зразок у вакуумі, його заливають гасом, після чого зно­ву витримують у вакуумі до повного припинення виділення з нього пу­хирців повітря.

Після цього насичений шматок виймають з гасу, кладуть на скло і кілька разів перекладають на сухе місце. Цю операцію повторюють, до­ки на склі не спостерігатимуться сліди гасу і поверхня зразка не стане матовою.

Паралельно з цим у прилад наливають гас і щільно закривають його склянкою. Потім прилад перевертають склянкою вниз і через 5—7 хв роб­лять відлік при прямовисному його положенні.

Після того як з країв склянки гас стече в трубку, стаканчик знімають і насичений гасом шматок зразка, узятий з іншого приладу і висушений, кладуть у склянку.

Потім прилад щільно закривають склянкою, перевертають і роблять дру­гий відлік. Щоб від нагрівання гас не розширявся, рекомендується під час від­ліків прилад брати зігнутим картоном або спеціальним утримувачем (рис. 3.37).

Якщо в зразку спостерігаються пухирці повітря, то потрібно їх видали­ти обертанням приладу в похилому положенні і струшуванням. Відповідно до паспорта приладу в підрахунки вводять необхідні поправки. Різниця між виправленими відліками дорівнює об'єму досліджуваного зразка породи.

Густину у порід визначають за формулою

Визначення коефіцієнта відкритої пористості порід. Коефіцієнтом відкри­тої пористості гірських порід називають відношення сумарного об'єму пор зразка, заповненого рідиною, до видимого його об'єму. Іноді таку порис­тість називають пористістю насичення. Таке найменування є правильні­шим, тому що воно дає поняття лише про ті пори, які заповнені рідиною, що дуже важливо для вивчення нафтоносних колекторів.

Практично вилучити рідину з ізольованих пор за сучасного рівня тех­ніки неможливо. Пористість насичення в лабораторних умовах визначають за методом Преображенського, суть якого полягає у такому.

Узятий для дослідження зразок спочатку зважують на лабораторному склі, маса якого відома, і поміщають у термостат, де сушать протягом З год. Потім зразок охолоджують в ексикаторі, після чого зважують, знову поміщають у термостат, сушать протягом 2 год і знов зважують.

Якщо різниця між першою і другою величиною наважок більша за 0,01 г, то операцію повторюють до отримання сталої маси зразка. У термостаті потрібно тримати сталу температуру не нижче 105 °С.

Якщо зразок насичений нафтою, перед просушуванням його слід ре­тельно проекстрагувати в апараті Сокслета, згідно з відомою методикою.

Просушений зразок обмітають волосяним пензликом, видаляють дріб­ні опуклості та розпушені частинки, всі гострі кути і краї згладжують. За наявності у зразку тріщин ту частину, де вони є, відпилюють і викидають, а решту його частину обережно очищують пензликом. Об'єм готового для дослідження зразка має становити не менше 3—5 см³. Після цих підготов­чих операцій зразок зважують з точністю 0,01 г і насичують гасом за мето­дом, викладеним вище.