Коэффициент пористости песка: Коэффициент пористости песка! — Инженерная геология — общие вопросы — Форумы

Строительство: три главных коэффициента песка

Песок как природный материал может иметь разный состав и свойства. Это важно учитывать при проектировании и строительстве. Свойства песка отражают их показатели – коэффициенты уплотнения, фильтрации и разрыхления.

Коэффициент уплотнения

Благодаря порам между частицами, песок может иметь разную плотность. Разработка и погрузка уменьшает её, транспортировка, укатка, трамбовка – увеличивают. Заранее рассчитать эти изменения и помогает коэффициент уплотнения (Купл). Как его вычисляют? Высушив пробу песка, делят её массу на объём и узнают изначальную плотность. А в справочных таблицах есть полученные в лабораториях показатели максимальной плотности. Отношение первой величины ко второй и есть коэффициент уплотнения. Эта отвлечённое число (от 0 до 1), не имеющее единицы измерения.

 Для чего важно знать Купл? В проектной документации сооружения обязательно указывается, каким он должен быть в каждом конкретном случае. И исполнителю работ  необходимо уплотнить слой песка до заданной величины.  

 На практике часто используется коэффициент относительного уплотнения. Это отношение плотности сухого, уплотнённого до нужной величины песка, к его исходной плотности (например, при погрузке в карьере). Зная этот коэффициент, можно рассчитать реальное количество закупаемого материала, а значит, и транспортные расходы, продолжительность работ и др.

Коэффициент фильтрации

Благодаря пористости песка, влага проникает через его слой довольно свободно. Недаром даже сложилась поговорка: «как вода в песок». Вода движется сквозь разные типы песка с разной скоростью. Эту скорость и отражает коэффициент фильтрации (Кф). Он показывает, сколько метров в сутки проходит влага в данном песке. Стандартные величины Кф приведены в справочниках.

Учесть Кф особенно важно, если слой песка используют для дренирования и защиты от промерзания (основание проезжей части и обочины дорог, садово-парковые дорожки), для очистки сточных вод. Для этих целей, кстати, нужен песок с высоким Кф.

Водопроницаемость песка зависит от размера его частиц, количества и характера примесей. Мелкие частицы глины, пыли, заполняя поры, тормозят продвижение влаги. У крупнозернистого, хорошо промытого прибрежного речного песка Кф=5–20 м/сутки, тогда как у песка из карьера показатель намного ниже (Кф=0,5–7 м/сутки).

Зная Кф, можно оценить и пригодность песка для строительных смесей. Низкий Кф означает большое количество примесей, снижающих качество песка. Песок с высоким Кф дороже, имеет смысл выбирать его для изготовления бетона, тротуарной плитки, кладки кирпича, устройства стяжек. Если Кф невысок, песок вполне пригоден для пластичных штукатурных смесей, поднятия уровня земельного участка, засыпки ям и траншей. К тому же, такой песок дешевле.

Коэффициент разрыхления

В ходе работ с песком его масса не только уплотняется, но и разрыхляется. Во время выемки из карьера, рытье котлована и т. п. объём песка увеличивается. Учесть это при проектировании и выполнении работ помогает коэффициент разрыхления (Кр). Вычисляется он в процентах как отношение объёма рыхлого грунта к его первоначальному объёму. Величина Кр зависит от состава песка, его изначальной плотности и влажности (у влажного песка она выше).

Как правило, для расчётов берут из справочников готовый, уже вычисленный специалистами коэффициент. Чтобы рассчитать объём рыхлого песка, нужно знать его объём в уплотнённом состоянии.

Пример. Необходимо рассчитать транспортные расходы на перевозку песка, изъятого при разработке прямоугольного котлована с вертикальными стенками. Размеры котлована: 15 х 30 м, глубина 3 м, грунт – влажный песок. Задача решается так:

  • определяем объём котлована: V=15 х 30 х 4 =180 (м?). Это объём изымаемого грунта в естественном состоянии;
  • находим в справочнике Кр для влажного песка = 1,1–1,25%. Принимаем его, допустим, за 1,2%.
  • рассчитываем объём разработанного разрыхлённого песка: V1 = 180 х 1,2 = 216 (м?). Это и есть реальный объём песка, который предстоит вывезти.

Нередко Кр называют коэффициентом начального разрыхления и используют ещё и коэффициент остаточного разрыхления (Ко). Он показывает, насколько больше по сравнению с природным состоянием будет объём слежавшегося и уплотнённого песка. Ко применяют, когда песок собираются складировать, засыпать им траншеи и др.   

 

Пористость грунта — Энциклопедия по машиностроению XXL

Пористый грунт может дольше сохранять влагу или способствовать более интенсивной аэрации, а оба эти обстоятельства приводят к увеличению начальной скорости коррозии. Существует, однако, и другая связь защитные свойства продуктов коррозии, образующихся в хорошо аэрированных грунтах, могут быть лучше, чем у пленок, образующихся в неаэрированных почвах. В большинстве грунтов, особенно если нет хорошей аэрации, коррозия идет с образованием глубоких язв. Очевидно, что точечная коррозия опаснее для трубопроводов, чем равномерная, протекающая с большей скоростью. Следует упомянуть также, что в плохо аэрированных почвах, содержащих сульфаты, могут существовать сульфатвосстанавливающие бактерии, которые часто ускоряют коррозию.  [c.182]
Порозность и пористость грунтов определяются экспериментальным путем Ч  [c.296]

Обозначим через п объемную пористость грунта и через п коэффициент поверхностной пористости грунта  

[c.297]

С этой целью обозначим коэффициент объемной пористости грунта через п и коэффициент поверхностной пористости грунта через Пд  [c.539]

В числе первых исследований следует указать на изучение движения воды в пористом грунте, проведенное Дарси [Л. 57] в 1856 г. Был выведен закон о пропорциональности перепада давления первой степени скорости фильтрации, послуживший основой для дальнейшего изучения проницаемости грунтов.  [c.241]

РЕШЕНИЕ ПЛОСКИХ ЗАДАЧ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ТЯЖЕЛОЙ ЖИДКОСТИ В НЕНАСЫЩЕННЫЙ ПОРИСТЫЙ ГРУНТ в РАМКАХ МОДЕЛИ МГНОВЕННОГО НАСЫЩЕНИЯ )  [c. 300]

Решаются плоские задачи нестационарной фильтрации тяжелой жидкости в однородный ненасыщенный пористый грунт из одиночной выемки и из бесконечной периодической системы идентичных выемок. Уровень жидкости в выемке — известная функция времени что имитирует распространение жидкости по борозде, нормальной плоскости задачи. Фильтрация в грунт, занимающий пространство вне (в основном — ниже) выемки, осуществляется под действием силы тяжести и начинается в момент = О после ее мгновенного заполнения жидкостью. При О

[c.300]

Нестационарная фильтрация в ненасыщенный пористый грунт 301  [c.301]

Высота подъема капиллярной влаги зависит от эффективного радиуса пор грунта. Уровень грунтовых вод и пористость грунта определяют влажность, которая влияет на скорость коррозии.  [c.153]

В последнее время этот метод был перенесен и на случай параболических уравнений с сильным вырождением, которые используются, например, для описания нелинейной фильтрации газа в пористом грунте.

[c.20]

Рассмотрим для простоты случай, когда в (41) давление газа, закачиваемого в грунт. Уравнение (41) приобретает вид  [c.233]

Построены в виде рядов два типа решений нелинейного уравнения плоской нестационарной фильтрации газа в пористом грунте. Доказана локальная сходимость рядов. Получены и исследованы два класса точных решений нелинейного уравнения фильтрации, описываемые обыкновенными дифференциальными уравнениями. Приведены результаты численных расчетов.  [c.269]


Дан обзор цикла выполненных в последнее время в Свердловске исследований специальных степенных конструкций рядов, используемых для представления решений нелинейного уравне кия Лейбензона, описывающего нестационарную фильтрацию газа в пористом грунте. Кроме этого приведены новые результаты, относящиеся к исследованию скорости сходимости приме няемых рядов, изучению неодномерной фильтрации, а также некоторые результаты численных расчетов.
[c.281]

Здесь е — коэффициент пористости грунта  [c.355]

Фильтрационные свойства грунта зависят от его пористости. Пористость грунта характеризуется отношением объема пор ко всему объему грунта, п==Уп1У. Различные грунты имеют различную пористость. Так, пористость песка л 0,4 глины л 0,5 и т. д. Грунт называется однородным, если фильтрационные свойства его одинаковы по всему объему.  [c.133]

В механике грунтов величину п, согласно (17-8), иногда называю1 просто пористостью грунта коэффициентом же пористости называют другую величину.  [c.539]

Через h x, t) обозначен уровень грунтовых вод, т — пористость грунта. Примем O xdoo. В сечении а = О находится стенка канала, на которой поддерживается постоянный уровень h (О, t) = onst. В некотором сечении х = х производится замер  

[c.213]

Нанлгепо- вание грунта Коэффициент пористости грунта е Состояние грунта в основании  [c. 1010]

Пространство вне выемки (или борозды) занято однородным пористым грунтом, в число физических характеристик которого наряду с уже упоминавшимся коэффициентом п входит коэффициент пористости ш пространственной задаче вдоль оси 2 много меньше, чем по х и у. Это позволяет в уравнениях, описывающих фильтрацию жидкости в пористом грунте, пренебречь производными по Z п свести определение и п где и п v — х п -компоненты U, к решению плоской задачи.  [c.302]

Согласно (1.б)-(1.10), если H(t) = onst = 1 и как следствие этого отсутствует задний фронт, то на эволюцию формы зоны полного насыщения во времени г не влияют безразмерные параметры ш, п и X, характеризующие фильтрационные свойства пористого грунта. В этом случае наряду с ер = ер(х, у, т) не зависят от ш, п и х и поля масштабированной скорости U° = jж — Vp.  

[c.304]

При получении этого уравнения не учитывалась двумерность течения в пористом грунте, т.е. перетекание жидкости в направлении, касательном к Г, что, строго говоря, верно лишь при = 0. Поэтому оно используется лишь на достаточно малом начальном интервале о [c.304]

ОбожяСенные изд пия после остывания покрываются эмалевым шликером. Перед нанесением шликера необходимо смочить грунтовый слой водой или протереть сильно разбавленным эмалевым шликером. Только после такой обработки грунтового слоя можно нанести эмалевый шликер посредством пульверизации или облива. Покрытые изделия сушат при 60—80°, а затем подвергают обжигу в муфельной печи при 825—850°. В изделиях сантехники эмалью покрываются большие поверхности, вследствие чего не удается при помощи однократного покрытия получить ровный и плоттйый слой эмали, как это имеет место в посуде. Поэтому изделия приходится покрывать эмалью два раза.. Для второго покрытия пользуются более легкоплавкой и сильно заглушенной эмалью, обладающей хорошим блеском. Ее наносят более тонким слоем, чем в первый раз. Надо обратить особо серьезное внимание на полную просуцпсу второго слоя эмалевого шликера перед обжигом, так как в первом слое эмали могут быть поры, через которые из шликера второй эмали в грунт проходит вода.

Вследствие пористости грунта эта вода распространяется под слоем эмали и просвечивается в виде, серых пятен. Если во время сушки не удалить эту воду, то при обжиге второго слоя эмали она превращается в пар и вспучивает размягченную эмаль, образуя в ней вздутия — пузыри.  [c.287]


Определение классификационных характеристик глинистых и песчаных грунтов. Построение эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта

СОДЕРЖАНИЕ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

ЗАДАЧА 1.1 Определение классификационных характеристик глинистых и песчаных грунтов……………………………………………………………………………………….….3

ЗАДАЧА 1.2 Определение гранулометрического (зернового) состава сыпучего грунта……………………………………………………………………………………………5

ЗАДАЧА 1.3 Письменный ответ на вопросы по разделам дисциплины……………………6

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

ЗАДАЧА 2.1 Построение эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта………………………………………………………………………………………. .…8

ЗАДАЧА 2.2 Построение эпюры контактного давления……………………………………11

ЗАДАЧА 2.3 Определение средней осадки основания методом послойного суммирования………………………………………………………………………………..13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….…………..15

Контрольная работа №1

Задача 1.1

Определение классификационных характеристик глинистых и песчаных грунтов.

Данные для варианта 7.

Вид грунта: песок с размером частиц>0,1 мм , которых в грунте меньше 75%

Плотность скелета грунта ρd, т/м3 : 1,79

Влажность W=0,06  WL= Wp=

Вид грунта : глинистый грунт

Плотность скелета грунта ρd, т/м3 : 1,61

Влажность WL= 0,39, Wp=0,21

Коэффициент водонасыщенности ST=0,59

Полное наименование песчаного грунта включает наименование по гранулометрическому составу, плотности сложения, степени заполнения пор водой; глинистого грунта- по числу пластичности и показателю текучести.

По данным табл1 прил 2 находим, что песок с размером частиц>0,1 мм , которых в грунте меньше 75% являетс пылеватым песком.

Находим коэффициент пористости и коэффициент водонасыщения песка

, где е- коэффициент пористости

ρs – плотность частиц грунта, г/см3

ρd- плотность сухого грунта, г/см3

Находим коэффициент водонасыщения песка

,где

— коэффициент водонасыщения песка

W-природная влажность грунта, природная единица

 -плотность воды, принимаемая1 г/см3

В соответствии с данными табл.2 и табл.3 прил.2 устанавливаем разновидность   грунта   по   коэффициенту   пористости   и коэффициенту водонасыщения.

Итак, полное наименование грунта — песок пылеватый, плотного сложения, малой степени водонасыщения.

Переходим к расчету характеристик глинистого грунта. По числу пластичности Iр определяем вид грунта:

I p= (wL - w p) • 100%

Ip= (0.

39 – 0.21) • 100%=18%

По данным табл.5 прил.2 определяем, что грунт с Ip= 18% является глиной. Для того, чтобы определить разновидность глины по показателю текучести IL, который определяется по формуле

,

необходимо найти влажность грунта W.

W ,

В последнем уравнении неизвестен коэффициент пористости е. Его определяем по формуле

=0.7

Затем определяем влажность:

W0.15

Теперь можно вычислить показатель текучести

=-0.333

По данным табл.6 прил.2 определяем, что грунт находится в твердом состоянии состоянии, т.к. >0

Полное наименование грунта – глина твердая.

ЗАДАЧА 1.2

Определение гранулометрического (зернового) состава сыпучего грунта

По приведенным в табл.2 результатам зернового анализа сыпучего грунта построим кривую зернового состава, определим степень неоднородности и дадим наименование грунта по этим показателям.

По данным табл. 1 прил. 2 определяем наименование грунта: песок гравелистый (масса частиц крупнее 2 мм более 25 %).

Степень неоднородности гранулометрического состава рассчитываем по формуле

 

, где

d60  d10 - диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % частиц.

=10.5/0.29=36.21

Данный крупный песок является неоднородным, т.к   

ЗАДАЧА 1.3

Письменный ответ на вопросы по разделам дисциплины

1 Что такое гранулометрический состав песка и зачем он определяется?

Под гранулометрическим , или механическим составом грунта понимается относительное содержание в нем (по весу) частиц различной величины. Гранулометрический состав является одним из важных факторов, определяющих физические свойства грунта. От него зависят такие важные характеристики свойств и состояния грунта, как пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, разбухание, высота капиллярного поднятия, водопроницаемость и др.

Определение гранулометрического состава необходимо для решения целого ряда практических вопросов, важнейшими из которых являются:

1) классификация грунтов по гранулометрическому составу;

2) приближенное вычисление водопроницаемости рыхлых не связных грунтов по эмпирическим формулам;

3) оценка пригодности грунтов для использования их в качестве насыпей для дорог, дамб, земляных плотин;

4) выбор оптимальных отверстий для фильтров буровых скважин;

5) оценка возможных явлений суффозии в теле фильтрующих плотин и их основаниях, в стенках котлованов, бортах выемок и т. д. и расчет обратных фильтров;

6) оценка рыхлых несвязных грунтов — как строительного материала и главным образом как заполнителя при изготовлении бетона.

2. Что такое показатель текучести глинистого грунта, зависит

{2} } .$$

(1)

Где \({\text{GR}}_{\text{index}} = \frac{{{\text{GR}}_{ \log } — {\text{GR}}_{\text{ ma}} }}{{{\text{GR}}_{\text{сланцы}} — {\text{GR}}_{\text{ma}} }}\), V сланцы is объемная доля сланца в интересующей зоне. GR ma — показания гамма-каротажа в 100% материнской породе, GR shale — показания гамма-каротажа в 100% сланцах, а GR log — показания гамма-каротажа в интересующей зоне (Bassiouni 1994). ; Клавье и др.1971).

Уравнение плотности нейтронов для сланцевого объема

$$V_{\text{сланцы}} = \frac{{{\text{NPHI}}_{ \log } — {\text{NPHI}}_{\text{ma}} + M_{1} \ влево ( {\ rho _ {\ text {ma}} — \ rho_ { \ log } } \ right)}} {{{\ text {NPHI}} _ {\ text {сланцы}} — {\ text {NPHI}} _{\text{ma}} + M_{1} \left( {\rho_{\text{ma}} — \rho_{\text{сланец}} } \right)}}.$$

(2)

Где \(M_{1} = \frac{{{\text{NPHI}}_{\text{f}} — {\text{NPHI}}_{\text{ma}} }}{{\rho_ {f} — \rho_{\text{ma}} }}\), который представляет собой наклон линии, соединяющей точку 100% воды и точку 100% матрицы.NPHI log и ρ log — нейтронная пористость и объемная плотность, соответственно, показания каротажа в интересующей зоне. NPHI ma и ρ ma представляют нейтронную пористость и объемную плотность, соответственно, показания каротажа в 100% основной породе. NPHI f и ρ f — нейтронная пористость и объемная плотность, соответственно, логарифмические показания в 100% воде. NPHI shale и ρ shale – нейтронная пористость и объемная плотность, соответственно, логарифмические показания для 100% сланца (Schlumberger 1991).

Эффективная плотность флюида в зоне промывки (вторжения)

$$\rho_{f} = \rho_{\text{mf}} {\rm{S}}_{\text{xo}} + \rho_{\ text{g}} \left( {1 — {\text{S}}_{\rm{xo}} } \right),$$

(3)

где S xo – водонасыщенность в промывной зоне, ρ g – плотность газа, ρ mf – плотность фильтрата бурового раствора.

Уравнение плотности и пористости

$$\phi_{t} = \frac{{\rho_{\text{ma}} — \rho_{ \log } }}{{\rho_{\text{ma}} — \rho_{f}}} . $$

(4а)

$$\phi_{{t\_{\text{сланец}}}} = \frac{{\rho _{\text{ma}} — \rho_{\log } }}{{\rho_{\text{ ma}} — \rho_{f} }} .$$

(4б)

$$\phi_{e} = \phi_{t} — \left( {\phi_{{t\_{\text{сланец}}}} V_{\text{сланец}}} \right) .$$

(4с)

Алгоритм расчета пористости по кроссплоту плотности нейтронов (Schlumberger 1991)

Если \left\langle {\rho_{b}\, {\text{and}}\,\rho_{b}} \right\rangle 0\)

$$\phi_{d} = \frac{{\rho_ {b} — \rho_{ \lim } }}{{\rho_{\text{mf}} — \rho_{ \lim } }} .$$

(5а)

Где: ρ b — объемная плотность, ρ lim плотность зерен известняка (типичное значение 2,71 г/см 3 ), ρ типичное значение 1 г/см 3 ), ρ песок плотность зерен песчаника (типичное значение 2,65 г/см 3 ), ρ dol плотность зерен доломита (типичное значение 2 . 9 г/см 3 ), φ n – показания нейтронного каротажа пористости, φ d – плотность пористости.

Условие для определения линии литологии таково, что если \(\phi_{n} \le \phi_{d}\), выбрана комбинация известняка и песчаника, и если \(\phi_{n} > \phi_{ г}\) выбрана комбинация известняк-доломит. Испытание проводится для ангидрита таким образом, что если ). Расчетная пористость должна быть равна нулю (0).В противном случае расчет выполняется следующим образом: во-первых, матрица преобразуется из известняка в песчаник или доломит, в зависимости от комбинации линий литологии, определенной выше. Во-вторых, кажущийся водородный индекс (HA) рассчитывается с использованием нейтронной пористости с пористостью матрицы песчаника или доломита (\(\phi_{VA}\)):

$${\text{HA}} = \frac{{\phi_ {n} — \phi_{\text{VA}}}}{{1 — \phi_{\text{vA}}}} .$$

(5б)

Пористость на кроссплоте рассчитывается итеративно с использованием соответствующих уравнений комбинации линий. Итерация сходится, когда разница последней рассчитанной пористости от предыдущей меньше или равна 0,01.

Сочетание известняка и песчаника:

$$\phi_{2} = \frac{{{\text{HA}}\left( {\rho_{ \lim } — \rho_{b} } \right) + \ phi_{n} \left( {\rho_{\text{песок}} — \rho_{\lim } } \right)}}{{{\text{HA}}\left( {\rho_{\lim} — \rho_{\text{mf}} } \right) + \rho_{\text{песок}} — \rho_{ \lim } }} .$$

(5с)

Комбинация известняк-доломит:

$$\phi_{2} = \frac{{{\text{HA}}\left( {\rho_{ \lim } — \rho_{b} } \right) + \ phi_{n} \left( {\rho_{\text{дол}} — \rho_{\lim } } \right)}}{{{\text{HA}}\left( {\rho_{\lim} — \rho_{\text{mf}} } \right) + \rho_{\text{дол}} — \rho_{ \lim } }} .{{\ frac { — 2} {n}}} ,$$

(7)

где \(d = 1 — 0,5 \times V_{\text{сланец}}\).

Удельное сопротивление пластовой воды (метод отношения)

$$R_{w} = \frac{{R_{\text{mf}} R_{t} }}{{R_{\text{xo}} }},$ $

(8)

, где R mf – удельное сопротивление фильтрата бурового раствора, а R xo – удельное сопротивление зоны проникновения.

(PDF) Повторное рассмотрение влияния размера зерна на пористость

SPE 0082 3

та же пропорция.Различные уровни сортировки включали очень хорошо отсортированные, хорошо отсортированные и умеренно отсортированные

отсортированные. Очень хорошо отсортированные образцы состояли только из среднего значения одного размера зерна; хорошо отсортированные образцы

были составлены из средних значений двух размеров зерна, а среднесортированные образцы

были составлены из средних значений трех и четырех размеров зерна.

Во всех случаях, после просеивания и комбинирования фракций разного размера по мере необходимости, песчинки

уплотнялись и насыщались соляным раствором 30 г/л, и определялась пористость каждого образца.При определении пористости взвешивали сухую пачку образца песка, после чего образец песка полностью насыщали соляным раствором и снова взвешивали. Пористость для каждого образца была получена следующим образом:

Объем пор = (масса насыщенного образца – масса сухого образца)/плотность насыщающей жидкости

Пористость = (объем пор/объемный объем)*100%

Зерно Затем размеры были нанесены на график в зависимости от пористости каждого образца.

Результаты и обсуждение

Результаты по пористости первой серии рассматриваемых экспериментов представлены на рисунках 1A-1H.Рисунок

1A показывает тенденцию очень хорошо отсортированного песка. Из этой тенденции видно, что пористость уменьшалась по мере увеличения размера зерен песка

. Результаты для четырех различных размеров зерна представлены на рисунке 1B. На рисунке

1C приведены значения пористости для трех случаев, когда два близких размера зерна объединены вместе в

одной и той же пропорции. Результат показывает, что по мере уменьшения размеров зерен пористость увеличивалась (хотя между 600/500 и 500/300 наблюдалось очень небольшое увеличение).На рисунках с 1D по 1F показаны результаты пористости

для различных комбинаций двух разных размеров зерна. Можно наблюдать ту же тенденцию увеличения пористости с

уменьшением размера зерен песка (некоторые увеличения незначительны и поэтому могут быть незаметны

на графиках), за исключением 600/300 на рисунке 1E. Как правило, из этого набора результатов

видно, что пористость увеличивается с уменьшением размера песчинок.

Результаты второй серии экспериментов по пористости представлены на рисунках с 2А по 2Е.Представлено в

На рисунке 2А показана тенденция пористости очень хорошо отсортированных размеров зерен, которая показывает тенденцию к увеличению с

уменьшением размеров зерен. На рисунке 2B значения пористости каждого рассматриваемого размера зерна представлены

, что подтверждает ту же тенденцию. На рисунках 2C и 2D показаны значения пористости для двух и трех близких размеров зерен

соответственно. Снова можно наблюдать тенденцию увеличения пористости с уменьшением размера зерна. На рисунке 2E

представлена ​​пористость для четырех размеров зерна и одного набора из пяти размеров зерна.

Результаты определения пористости для третьей серии экспериментов представлены на рисунках 3A–3E. На рис. 3А показана тенденция для очень хорошо отсортированных размеров зерен, которая согласуется с предыдущими результатами. На рисунке 3B представлена ​​пористость

для каждого рассматриваемого размера зерна, и можно наблюдать ту же тенденцию увеличения пористости с

уменьшением размера зерна. На рисунке 3C представлена ​​пористость для двух близких размеров зерна.

Этот набор результатов не показал тенденции, как в предыдущих двух сериях экспериментов, однако тенденцию, которая

согласуется с двумя предыдущими сериями экспериментов, можно наблюдать на рисунке 3D и 3E для трех и четырех

близких размеров зерна соответственно. .Но замечено, что наборы 600/500/300 и 600/500/300/250 с рис.

,

3D и 3Е соответственно отклонились от этой тенденции. Такое же отклонение наблюдалось на рис. 600/300

рис. 1Е. Обычный размер зерна в этих отклонениях составляет 600 и 300 мм. В результатах второго случая

размер зерна 600 𝜇𝑚 не рассматривался, чтобы подтвердить, произойдет ли такое же отклонение

.

Размер зерен не влияет на пористость, но сферичность песчинок влияет на пористость (Чилингарян и др. ,

1975).На рисунке 4 представлено соотношение между пористостью и диаметром частиц из однородных зерен размером

, полученное из указанной литературы. Линии тренда пористости для округлых и угловатых зерен

согласуются с линиями тренда в этой работе. Следует отметить, что результирующая картина для округлых

зерен такая же, как и для угловатых зерен, но значения пористости для угловатых зерен обычно выше

Плотность и пористость породы — PetroWiki

пород-коллекторов является ключевым фактором при оценке их углеводородного потенциала.Плотность и пористость взаимосвязаны.

Плотность

Плотность определяется как масса на единицу объема вещества.

………………….(1)

обычно в г/см 3 или кг/м 3 . Другими единицами измерения, которые могут встречаться, являются фунт/галлон или фунт/фут 3 (см. Таблица 1 ).

  • Таблица 1. Преобразование плотности.

Для простого, полностью однородного (однофазного) материала это определение плотности является простым.Однако грунтовые материалы, используемые в нефтяной инженерии, представляют собой смеси нескольких фаз, как твердых (минералов), так и жидких. Горные породы, в частности, пористы, а пористость тесно связана с плотностью.

Пористость

Пористость ( Φ ) определяется как нетвердая или объемная доля пор.

………………….(2)

Пористость представляет собой объемную долю и, следовательно, безразмерна, и обычно выражается в долях или процентах. Во избежание путаницы, особенно когда речь идет о переменной или меняющейся пористости, ее часто указывают в единицах пористости (1 PU = 1%).

Для описания пористости требуется несколько определений объема:

………………….(3)

Из них мы можем определить различные виды пористости:

………………….(4)

Зависимость плотности от пористости

На рис. 1 показано появление этих типов пористости в песчанике.

  • Рис. 1 – Расчетная плотность в зависимости от пористости для песчаника, известняка и доломита.

Аналогичным образом, определения стандартных плотностей, связанных с горными породами, следуют следующим образом:

………………….(5)

Откуда м с , M , M , M , M M , M B , и M FL масса твердой, сухой породы, насыщенной породы, плавучей породы и жидкости соответственно.

Плотность композита, такого как горная порода (или буровой раствор), может быть рассчитана по плотности и объемной доле каждого компонента. Для двухкомпонентной системы

………………….(6)

где ρ смесь — плотность смеси; ρ A – плотность Компонента А; ρ B — плотность B; A и B — объемные доли A и B соответственно (таким образом, B = 1− A ).

Расширение до общей системы с n компонентами,

………………….(7)

Например, используя Eqs. 4 , 5 , 6 , и 6 для рок-рок, состоящей из двух минералов, м 1 и м 2 и две жидкости, F 1 и F 2, мы находим

……………….(8) и ………………..(9)

Экв. 8 — это фундаментальное соотношение, используемое в науках о Земле для расчета плотности горных пород.Учитывая пористость и удельную жидкость, плотность можно легко рассчитать, если известна плотность минерала или зерна. Плотность зерен для обычных породообразующих минералов показана в таблице 2 . Результат применения Eq. 9 показан на Рис. 1 .

  • Таблица 2 — Плотность зерен обычных породообразующих минералов

Обратите внимание в таблице 2 , что для одной и той же группы минералов, таких как полевой шпат или глина, указано несколько значений плотности.Плотность будет систематически изменяться по мере изменения состава. Например, в ряду плагиоклаза плотность увеличивается по мере замещения натрия (альбит, ρ = 2,61 г/см 3 ) кальцием (анортит, ρ = 2,75 г/см 3 ). Наиболее проблематичными минералами являются глины, особенно расширяющиеся глины (монтмориллонит или смектит), способные содержать большие и переменные количества воды. При этом плотности могут различаться на 40% и более. Это особая проблема, потому что глины являются одними из наиболее распространенных минералов в осадочных породах.

Породы-коллекторы часто содержат значительные количества полутвердых органических материалов, таких как битум. Обычно они имеют плотность света, аналогичную плотности угля.

Плотность порового флюида подробно описана в разделе Свойства порового флюида.

Плотность и пористость в пласте

Как правило, плотность увеличивается, а пористость монотонно уменьшается с глубиной. Это ожидаемо, поскольку перепад давления обычно увеличивается с глубиной. По мере увеличения давления зерна будут смещаться и вращаться, чтобы достичь более плотной упаковки.Большее усилие будет приложено к контактам зерна. Раздавливание и растрескивание — частый результат. Кроме того, диагенетические процессы, такие как цементация, заполняют поровое пространство. Материал может растворяться в точках контакта или вдоль стиолитов, а затем транспортироваться для заполнения пор. Некоторые текстуры, возникшие в результате этих процессов, были видны на микрофотографиях типов пород. В Рис. построена функция глубины для сланцев.Формы и общее поведение этих кривых схожи, даже несмотря на то, что они происходят из самых разных местоположений с разной геологической историей. Кривые такого типа часто аппроксимируются экспоненциальными функциями по глубине, чтобы определить локальную тенденцию уплотнения.

  • Рис. 2 – Плотность сланцев как функция глубины из нескольких осадочных бассейнов (по Castagna et al . [1] и Rieke and Chillingarian [2] ). 1 = газонасыщенные обломочные породы: вероятная минимальная плотность (McCulloh [3] ).2 = аргиллит долины реки По (Storer [4] ), 3 = средние сланцы побережья Мексиканского залива по геофизическим измерениям (Dickinson [5] ), 4 = средние сланцы побережья Мексиканского залива по данным каротажа плотности (Eaton [ 6] ), 5 = скважина бассейна Маркайбо (Dallmus [7] ), 6 = Венгрия, рассчитанная плотность во влажном состоянии (Skeels [8] ), 7 = сухие пенсильванские и пермские сланцы (Dallmus [7] ), 8 = Восточная Венесуэла (Dallmus [7] ).

Перепад или эффективное давление не всегда увеличиваются с увеличением глубины.Аномально высокое давление порового флюида («избыточное давление») может возникать из-за:

  • Быстрое уплотнение
  • Низкая проницаемость
  • Обезвоживание минералов
  • Миграция флюидов под высоким давлением

Высокое поровое давление приводит к аномально низкому перепаду эффективного давления. Это может замедлить или даже обратить вспять нормальную тенденцию к уплотнению. Такая ситуация наблюдается в рис. 3 [9] . Пористость как сланцев, так и песков показывает ожидаемую потерю пористости с увеличением глубины в неглубоких участках.Однако примерно на глубине 3500 м поровое давление возрастает, и пористость фактически увеличивается с глубиной. Это демонстрирует, почему необходима локальная калибровка. Это также указывает на зависимость свойств горных пород от давления.

  • Рис. 3 – Пористость сланцев и песчаников с глубиной. Пористость уменьшается до тех пор, пока высокое поровое давление (= геодавление) не снизит эффективное давление и не вызовет увеличение пористости (из Stuart [9] ).

Методы измерения

Лаборатория

В лаборатории можно использовать многочисленные методы для определения пористости и плотности.Наиболее распространены по весу насыщения и закону Бойля. Для горных пород без чувствительных минералов, таких как смектиты, пористость и плотность в сухом состоянии, зернистость и насыщенность могут быть получены из насыщенной массы, сухой массы и объема (или плавучей массы). Эти измерения позволяют рассчитать насыщенную, сухую и зернистую плотность, а также пористость и объем минералов и пор, используя уравнений. 3 5 .

Метод закона Бойля измеряет относительные изменения давления газа внутри камеры с образцом горной породы и без него.Внутренний (связанный) объем пор рассчитывается из этих изменений давления, из которых извлекаются пористость и плотность.

Регистрация

Существует несколько методов каротажа для измерения плотности или пористости. [10] [11] Эти косвенные методы могут давать существенные ошибки в зависимости от скважинных условий, но они обеспечивают измерение свойств на месте. Гамма-каротажи бомбардируют пласт излучением от активного источника.Излучение рассеивается обратно к каротажному прибору в зависимости от электронной плотности материала. Плотность пласта извлекается из амплитуды этих обратно рассеянных гамма-лучей. Нейтронный каротаж оценивает пористость по взаимодействию частиц с атомами водорода. Нейтроны теряют энергию при столкновении с атомами водорода, что дает меру содержания водорода. Поскольку большая часть водорода в горных породах находится в поровом пространстве (вода или нефть), это связано с пористостью, заполненной жидкостью.Обратите внимание, что нейтронный каротаж будет включать связанную воду в глинах как пористость. Кроме того, когда поровой жидкостью является относительно бедный водородом газ, нейтронный каротаж будет недооценивать пористость. Аналогичным образом журнал ядерного магнитного резонанса (ЯМР) определит содержание водорода. Однако этот инструмент позволяет различать свободную объемную воду и связанную воду. Акустические каротажи также используются для измерения пористости, особенно когда аномальные минералы (например, сидерит) или скважинные условия делают другие инструменты менее точными.Этот метод включает преобразование скорости в пористость с использованием одного из соотношений, представленных в разделе «Скорости упругих волн». Гравиметрия также использовалась в скважине для измерения изменений плотности. Хотя этот инструмент нечувствителен к мелкомасштабным изменениям, он позволяет измерять плотность далеко за пределами пласта.

Сейсморазведка

В грубом масштабе плотность иногда можно извлечь из сейсмических данных. Этот метод требует выделения составляющей плотности импеданса. Обычно для этого требуется анализ сейсмических данных в зависимости от смещения или угла отражения.Этот метод, вероятно, найдет более широкое применение по мере улучшения сейсмических данных и дальнейшего включения в описание коллектора.

Номенклатура

В пор = общий объем пор, м 3 или см 3
В п-кон = связанный объем пор, м 3 или см 3
В p-iso = объем изолированных пор, м 3 или см 3
Φ = пористость
Φ fx = трещинная пористость
Φ р-э = эффективная пористость
Φ p-iso = изолированная, неэффективная пористость
р = плотность, кг/м 3 или г/см 3
ρ б = насыпная плотность, кг/м 3 или г/см 3
ρ Б = плотность рассола, кг/м 3 или г/см 3
ρ д = сухая плотность, кг/м 3 или г/см 3
ρ фл = плотность жидкости, кг/м 3 или г/см 3
ρ г = плотность зерна или минерала, кг/м 3 или г/см 3
ρ G = плотность газа, кг/м 3 или г/см 3
ρ О = плотность нефти, кг/м 3 или г/см 3
ρ насыщенность = насыщенная плотность, кг/м 3 или г/см 3
ρ W = плотность воды, кг/м 3 или г/см 3
М = молекулярная масса, г/моль
А ж  1 , А ж  2 = фракционная жидкость, компонент 1, 2 и т. д.
А м 1 , А м 2 = фракция минеральная составляющая 1, 2 и т.д.
А 1 , А 2 = фракция компонент 1, 2 и т.д.

Каталожные номера

  1. 1,0 1,1 Кастанья, Дж.П., Батцле, М.Л., и Кан, Т.К. 1993. Физика горных пород — связь между свойствами горных пород и реакцией AVO.В книге «Отражательная способность, зависящая от смещения — теория и практика анализа AVO», под ред. П. Кастанья и М.М. Бэкус, № 8, 124–157. Талса, Оклахома: серия исследований в области геофизики, Общество геофизиков-исследователей.
  2. 2.0 2.1 Рике III, Х.Х., Чилингарян, Г.В. 1974. Уплотнение глинистых отложений. Амстердам, Нидерланды: Научное издательство Elsevier.
  3. 3,0 3,1 Маккалох, Т.Х. 1967. Массовые свойства осадочных пород и гравиметрические эффекты нефтяных и газовых коллекторов.Профессиональный документ Геологической службы США 528-A, Министерство внутренних дел, Геологическая служба США, Вашингтон, округ Колумбия http://pubs.usgs.gov/pp/0528a/report.pdf.
  4. 4.0 4.1 Storer, D. 1959. Уплотнение глинистых отложений в бассейне Падано. В газоносных отложениях Западной Европы, Vol. 2, 519–536. Рим, Италия: Accademia Nazionale dei Lincei.
  5. 5.0 5.1 Дикинсон, Г. 1953. Геологические аспекты аномального пластового давления на побережье Мексиканского залива в Луизиане.Бык AAPG. 37 (2): 410-432.
  6. 6,0 6,1 Eaton, B.A. 1969. Прогнозирование градиента трещин и его применение в нефтепромысловых операциях. J Pet Technol 21 (10): 1353–1360. СПЭ-2163-ПА. http://dx.doi.org/10.2118/2163-PA.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 Даллмус, К.Ф. 1958. Механика эволюции бассейна и ее связь со средой обитания нефти в бассейне. В «Среде обитания нефти» Л.Г. Недели, № 36, 2071–2174. Талса, Оклахома: Мемуары AAPG, AAPG.
  8. 8.0 8.1 Skeels, C. 2001. Hydrol. Процессы 15 (25 октября 2001 г.): 3073.
  9. 9,0 9,1 Стюарт, К.А. 1970. Геодавление. Представлено на Симпозиуме по аномальному подземному давлению Университета штата Луизиана в 1970 году, Батон-Руж, Луизиана, США.
  10. ↑ Шлюмберже. 1985. Диаграммы интерпретации журналов, издание 1985 года. Шугар Лэнд, Техас: Schlumberger.
  11. ↑ Херст, А., Гриффитс, К.М., и Уортингтон, П.Ф. 1992.Геологическое применение каротажных диаграмм II, № 65. Бат, Великобритания: Издательство Геологического общества.

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Гарднер, Г., Гарднер, Л., и Грегори, А. 1974. Скорость образования и плотность – диагностическая основа для стратиграфических ловушек. Геофизика 39 (6): 770-780. http://дх.doi.org/10.1190/1.1440465.

Хан Д.-Х., Нур А. и Морган Д. 1986. Влияние пористости и содержания глины на скорость волн в песчаниках. Геофизика 51 (11): 2093-2107. http://dx.doi.org/10.1190/1.1442062

См. также

Влияние порового флюида на механику горных пород

Отношения обрушения горных пород

Прочность горных пород на сжатие

Акустические скорости горных пород и пористость

Определение пористости

Определение пористости с помощью регистрации ЯМР

Оценка пористости методом акустического каротажа

Регистрация плотности

PEH:Rock_Properties

Грунтовые воды — OpenLearn — Открытый университет

Количество воды, которое может храниться в породе, зависит от ее пористости , которая представляет собой долю объема породы, состоящую из пор:

Основными факторами, контролирующими пористость, являются зерна размер и форма, степень сортировки (хорошо отсортированный осадок имеет узкий диапазон размеров зерен), степень заполнения цементом поровых пространств зерен и степень трещиноватости.На рис. 14 показано, как изменяется пористость в зависимости от степени сортировки и формы зерен в рыхлых отложениях (отложениях, которые не были уплотнены или сцементированы). Наиболее пористыми являются рыхлые отложения с округлыми зернами одинакового размера (т.е. идеально отсортированные) (рис. 14а). Пористость отложений уменьшается по мере увеличения угловатости зерен, потому что зерна могут укладываться более плотно друг к другу, при этом выпуклости одних зерен входят в углубления других (рис. 14в). Пористость также ниже, если осадок плохо отсортирован, так как мелкие зерна могут занимать промежутки между более крупными зернами (рис. 14б).

Рисунок 14 Пористость в рыхлых отложениях (от (а) до (в)): (а) хорошо отсортированы, имеют высокую пористость; б) плохо сортируется, имеет низкую пористость; в) имеет угловатые зерна и низкую пористость; а в сцементированных породах (от (d) до (f)): (d) пористость уменьшилась за счет цементации; (e) имеет пористость раствора, так как он частично растворился; (f) имеет трещинную пористость. (а)-(г) показаны вертикальные сечения 1 см в поперечнике, (д) ​​и (е) 1 м в поперечнике.

Вопрос 3

  • a.Почему образец на рис. 14а представляет собой хорошо отсортированный осадок, а на рис. 14б и с плохо отсортированный осадок?

  • б.Что более пористое — хорошо отсортированные осадки или плохо отсортированные?

  • c. При одинаковых степенях сортировки как зависит пористость от округлости зерен?

  • d. Оцените пористость отложений на рисунках 14а-d, выбрав для каждого значение из следующих диапазонов: менее 10%; 10-20%; 20-30%; 30-40%.

Ответ

  • а. Образец на Рисунке 14а имеет довольно однородный размер зерна, поэтому геологически хорошо отсортирован, тогда как образцы на Рисунках 14b и c имеют диапазон размеров зерна.

  • b. Пористость больше в хорошо отсортированных отложениях, так как поры не заполнены более мелкими зернами.

  • c. Породы с округлыми зернами обычно имеют более высокую пористость, чем породы с угловатыми зернами; например, пример (а) имеет более высокую пористость, чем пример (с).

  • d. Пористость на рисунках 14а-d составляет соответственно 30-40%, 20-30%, 10-20%, менее 10%.

Консолидированные (уплотненные и/или сцементированные) осадочные породы, магматические и метаморфические породы обычно менее пористые, чем рыхлые отложения (табл. 1).Цемент в консолидированных осадочных породах занимает то, что в противном случае было бы пространством между зернами, поэтому, например, сцементированный песчаник будет менее пористым, чем рыхлый песок с зернами аналогичного размера. Магматические и метаморфические породы обычно имеют очень низкую пористость из-за их взаимосвязанных кристаллов. Однако есть вулканические породы, содержащие пузырьки газа, и некоторые из них имеют высокую пористость.

Просмотр документа [Совет: удерживайте клавишу Ctrl и щелкните ссылку, чтобы открыть ее в новой вкладке. (Скрыть подсказку)]

Пористость горных пород может увеличиваться в результате процессов, происходящих после того, как порода сформировалась.Это называется вторичной пористостью, чтобы отличить ее от межкристаллитной или первичной пористости. Одним из видов вторичной пористости является трещинная пористость, вызванная трещинами в горных породах (рис. 14f). Другим типом вторичной пористости является растворная пористость, которая развивается там, где часть породы растворилась, оставив открытые пространства (рис. 14e). Это характерно для известняков, которые растворяются кислыми дождевыми и грунтовыми водами: в результате этого процесса могут образовываться огромные каверны.

Вопрос 4

В общих чертах, как изменяется пористость в зависимости от размера зерен (а) рыхлых отложений и (б) затвердевших отложений?

Ответ

Пористость зависит от размера зерна следующим образом:

  • a.Для рыхлых отложений чем больше размер зерен, тем ниже пористость (табл. 1).

  • b. Для консолидированных сланцевых и песчаниковых отложений, чем больше размер зерна, тем выше пористость.

Так с какой скоростью вода течет под землей? Разделив обе части закона Дарси (уравнение 1) на A , мы получим:

, где q — удельный расход , объем воды, протекающей через единицу площади поперечного сечения, т.е.е. В/О . Фактическая скорость потока грунтовых вод ( v ) определяется как:

, где n — пористость породы. Так, для данного конкретного расхода низкая пористость дает гораздо более высокую скорость потока; это связано с тем, что такое же количество потока должно проходить через гораздо меньшую пористую площадь. Например, вода, протекающая через пористый песчаник, течет медленнее, чем вода, протекающая через гранит или известняк, когда пористость обеспечивается всего одной или двумя узкими трещинами.

Скорость течения в породах чрезвычайно мала по сравнению с поверхностным течением, даже для пород с высокой гидравлической проводимостью. Например, вода, падающая на реку Чилтернс к западу от Лондона, будет течь со скоростью от 0,1 до 1 м с 90 105 −1 90 106 в реке, и на то, чтобы достичь Лондона, потребуется несколько дней. Однако подземные воды, даже протекающие через горные породы с гидравлической проводимостью до 1 м в сутки, будут иметь скорость только около 3 × 10 90 105 −3 90 106 м в сутки при гидравлическом градиенте от Чилтернса до Лондона и потребуют тысячи лет, чтобы пройти такое же расстояние.

Использование пористости в качестве показателя прочности для оценки выноса песка | Ежегодная техническая конференция и выставка SPE

История добычи, давление жидкости и прочность на одноосное сжатие являются основными данными для оценки риска образования песка. Оценки прочности на сжатие по каротажным диаграммам проиллюстрированы на примере скважины на конструкции Жерминьи-су-Кулона. Затем отношения между прочностью на сжатие и пористостью разрабатываются с использованием теоретического подхода к контактам зерен, анализа опубликованных данных по механике горных пород и механических измерений пробок, взятых из керна скважины.Показано, что фактор уплотнения может дополнять пористость при анализе. Полевой пример иллюстрирует взаимосвязь между критическим перепадом давления и коэффициентом уплотнения или пористостью.

Введение

Основной рамкой данного исследования является добыча нефти и газа из слабоконсолидированных пластов. Хорошо известно, что такому производству может помешать образование песка. Для предотвращения выноса песка можно использовать различное оборудование с гравийной набивкой, но оно является дорогостоящим и, как правило, вредным для производительности скважины.Поэтому решение об использовании такого оборудования имеет значительный экономический эффект и требует четкой оценки риска выноса песка.

В качестве возможных механизмов разрушения песка предлагаются разрыв при растяжении и разрыв при сжатии. Разрыв при растяжении возможен при двух условиях:

  • градиент давления жидкости на очистном забое больше градиента радиального напряжения,

  • тангенциальное эффективное напряжение не превышает уровень разрушения при сжатии (менее ucs ).

Поскольку давление жидкости и касательное эффективное напряжение связаны уравнением равновесия песка, условия (a) и (b) налагают верхний предел p max на перепад давления Pd — Pw через зону, дренируемую перфорацией. p max пропорционально toucs, и могут быть найдены различные значения отношения p max/ucs в зависимости от геометрии дренажа (радиальная, сферическая) и от истории добычи (влияние периодов остановки). Разрушение при сжатии возможно и в том случае, если в симметричных условиях: градиент давления остается меньше градиента радиального напряжения, эффективное касательное напряжение достигает критического уровня.Этим условиям соответствует максимум полного истощения ptd, который линейно зависит от ucs.

Полевые наблюдения, по-видимому, подтверждают общие направления этих теоретических анализов. Например, удовлетворительные условия добычи достигаются, если депрессионное давление Pdd поддерживается ниже 0,5 ucs. Поэтому, используя теоретическое моделирование и полевые наблюдения, две категории данных представляются очень важными: данные о давлении, характеризующие историю добычи и поток жидкости, а также данные, характеризующие прочность породы на одноосное сжатие.

влияние размера зерен и содержания цемента на индексные свойства слабозатвердевших искусственных песчаников | Журнал геофизики и инженерии

Аннотация

Изучено влияние текстурных характеристик, особенно размера зерна, на индексные свойства слабозатвердевших искусственных песчаников. С этой целью было проведено относительно большое количество лабораторных испытаний искусственных песчаников, изготовленных в лаборатории.Подготовленные образцы представляют собой пятнадцать типов песчаника, состоящих из пяти различных средних размеров зерен и трех различных содержаний цемента. Были определены показатели свойств горных пород, включая эффективную пористость, объемную плотность, индекс прочности при точечной нагрузке и значения молотка Шмидта (SHVs). Экспериментальные результаты показали, что размер зерна оказывает значительное влияние на индексные свойства слабозатвердевших песчаников. Пористость образцов обратно пропорциональна размеру зерна и линейно уменьшается с увеличением размера зерна.Хотя наблюдалась прямая зависимость между размером зерна и сухой объемной плотностью, поскольку объемная плотность увеличивалась с увеличением среднего размера зерна. Кроме того, было замечено, что индекс прочности при точечной нагрузке и SHV образцов увеличились в результате увеличения размера зерна. Эти наблюдения косвенно связаны с уменьшением пористости в зависимости от среднего размера зерна.

Введение

Изучение характеристик коллектора требует, чтобы свойства горных пород учитывались количественно.Песчаники, как класс осадочных пород, являются обычными вмещающими породами для нефтяных и газовых коллекторов. Их свойства, в свою очередь, контролируют добычу углеводородов через скважину. Знание этих свойств и взаимосвязей между ними необходимо для разведки и добычи подземных нефти и газа. Следовательно, все свойства песчаника имеют экономическое значение, и знание этих свойств необходимо для понимания резервуара и его способности к добыче углеводородов.

Для изучения свойств пород-коллекторов и понимания взаимосвязей между ними важно классифицировать эти свойства. Берг (1970) установил три основные группы свойств горных пород. Первый класс свойств был назван первичными или определяющими свойствами, потому что это основные характеристики коллектора. Определяющими свойствами являются зерновой состав, текстура, осадочные структуры, а также форма и размер тела коллектора или морфология. Эти свойства обычно определяются средой осаждения и исходными материалами.Эти основные свойства оказывают первичное влияние на другие свойства коллектора, которые поэтому называются зависимыми или вторичными свойствами. Зависимые или вторичные свойства включают эффективную пористость, проницаемость, объемную плотность, индекс прочности при точечной нагрузке, значение молотка Шмидта (SHV) и т. д. Третий класс свойств называется скрытыми или третичными свойствами. Это свойства, измеренные в скважине по геофизическим каротажам. Наиболее важными из этих свойств являются время прохождения звука, спонтанный потенциал, удельное сопротивление и радиоактивность.

Вторичная пористость или показатель пористости пласта-коллектора контролируется текстурными параметрами. Основными элементами текстуры являются крупность, степень сортировки и упаковка зерна. Первые два являются наиболее важными и обычно измеряемыми элементами. Трудно оценить упаковку зерен в двумерном шлифе породы. Следовательно, в этом измерении обычно нет необходимости, и фактически его делают редко. В то время как влияние сортировки на индекс пористости достаточно хорошо изучено, влияние размера зерна изучено меньше, и в этом вопросе нет четких результатов.Другими словами, различные исследователи сообщают о противоречивых результатах (Rogers and Head 1961, Chilingarian and Wolf 1975, Bell 1978a, Brown 1993, Ulusay et al 1994, Ogolo et al 2015). В данной работе исследуется зависимость показателей пористости песчаников, особенно пористости, от размера зерен на искусственно приготовленных образцах. Знание взаимосвязи между размером зерен и индексом пористости данного резервуара может быть использовано как указание, по крайней мере, в качественном отношении, на эти важные свойства.

2. Фон

Исследования песчаников показали, что их механические и петрофизические свойства сильно различаются. Различия в индексных свойствах песчаников, таких как пористость, объясняются различиями в некоторых петрографических характеристиках (Bell 1978a, 1978b, Barbour and Ko 1979, Fahy and Guccione 1979, Shakoor and Bonelli 1991, Hsieh et al 2008, Zorlu и др. 2008). Петрографические свойства, которые, как известно, влияют на свойства песчаников, включают размер зерен, степень сортировки, форму зерен, упаковку зерен, степень сцепления зерен и количество связующего материала.Эти факторы можно определить в лаборатории и обычно измеряют во время рутинных исследований тонких срезов (Bell, 2007, Shakoor and Bonelli, 1991, Ulusay, и др., , 1994).

Теоретически пористость не зависит от среднего размера зерна. Эта идеальная ситуация, соответствующая максимальной степени сортировки, редко встречается в природе. Несколько исследователей показали, что хорошо отсортированные естественно отложенные песчинки влияют на значения пористости. Прайор (1973) проанализировал несколько песков и показал, что пористость уменьшается с увеличением среднего размера зерна.Bell (2016) заявил, что пористость колеблется в пределах 44–49 %, 41–48 % и 39–41 % для мелкого, среднего и крупного песка соответственно. Аль-Хомадхи и Хамада (2001) сообщили, что по мере увеличения размера зерна пористость немного уменьшается. Такое поведение наблюдается в трех классах цементации. Ogolo et al (2015) изучили умеренно и хорошо отсортированные пески, полученные из трех разных мест в дельте Нигера, и указали, что пористость уменьшается с увеличением размера зерна. Обычно они наблюдали, что пористость уменьшалась примерно с 42% до 26% по мере увеличения размера песчинок с 45 до 1000 мкм с.Однако, в отличие от этих результатов, Браун (1993) показал, что в карбонатных породах по мере увеличения размера зерен увеличивается пористость. Он отметил, что такое отношение пористости к размеру зерен обычно наблюдается при петрографических исследованиях обломочных пород. Кроме того, Ulusay и др. (1994), работая с песчаниками, указали, что взаимосвязь между эффективной пористостью и размером зерна является статистически значимой и существует тенденция к увеличению пористости с увеличением среднего размера зерна. С другой стороны, Роджерс и Хед (1961), используя хорошо отсортированные синтетические пески, заметили, что пористость не зависит от размера зерна.Chilingarian и др. (1975) заявили, что когда все размеры зерен представляют собой идеальные сферы, пористость не зависит от среднего размера зерен. Белл (1978a) отметил, что корреляция между пористостью и медианным размером зерна слабая, и на самом деле не следует ожидать значительной корреляции между этими двумя параметрами. Таким образом, в опубликованных исследованиях получены противоречивые результаты о влиянии размера зерен на пористость породы. Еще одним важным свойством является объемная плотность породы-коллектора. В основном на него влияет состав зерна, а также те же факторы, которые влияют на его пористость, за исключением того, что любой фактор, имеющий тенденцию к уменьшению пористости, приводит к увеличению плотности.

Помимо пористости и плотности, очень ценным может быть изучение влияния размера зерен на индекс прочности при точечной нагрузке и SHV, как на показатели прочности породы. Таким образом, основные цели данного исследования заключаются в изучении взаимосвязи между размером зерен и индексными свойствами слабозатвердевших песчаников, включая пористость, плотность, индекс прочности при точечной нагрузке и SHV.

3. Подготовка проб

Для лучшего контроля качества была проведена обширная экспериментальная программа на синтетических образцах, созданных в лаборатории.Объектом исследования было влияние размера зерен на механические свойства слабозатвердевшего песчаника. Образцы были изготовлены из песка, портландцемента и воды. Химический состав зерен песка, используемых в экспериментальной программе, представлен в таблице 1. Как указано в таблице 1, SiO 2 составляет примерно 97,5% состава, а в составе зерен преобладает кварц. Кварц обычно считается минералом, наиболее устойчивым к атмосферным воздействиям и истиранию во время транспортировки.Следовательно, зерна кварца являются основным компонентом многих природных песчаников (Берг, 1986).

Таблица 1.

Состав песчинок, используемых для пробоподготовки.

SiO 2 . Fe 2 О 3 . Ал 2 О 3 . К 2 О . СаО . MgO .
975 0.85 0.95 0,95 0,27 0.27 0.24
Sio 2 . Fe 2 О 3 . Ал 2 О 3 . К 2 О . СаО . MgO .
97.Таблица 1.

SiO 2 . Fe 2 О 3 . Ал 2 О 3 . К 2 О . СаО . MgO .
975 0.85 0.95 0,95 0,27 0.27 0.24
Sio 2 . Fe 2 О 3 . Ал 2 О 3 . К 2 О . СаО . MgO .
97.5 0.85 0.95 0.95 0,19 0,27 0.27 0.24 0.24 0.24

Сандистовые камни состоят из зерна, которые могут варьироваться в размере на несколько порядков (BERG 1986). Размер зерен, отбираемых для пробоподготовки, зависит от цели экспериментального исследования. В этом исследовании для изучения влияния размера зерна на свойства песчаника использовался широкий диапазон размера зерна. Средний размер зерна, D 50 (размер ячеек, через который проходит 50% зерна) был выбран равным 0.3 и 1,63 мм. Для расчета медианного размера зерен были определены кривые распределения зерен по размерам с помощью ситового анализа.

Кривые гранулометрического состава были получены на основе стандартного ситового анализа дезагрегированного материала. Совокупный весовой процент пропущенного зерна нанесен на график в зависимости от размера ячеек сит D , для которых были определены кривые распределения. На рис. 1 представлены кривые гранулометрического состава пяти отобранных образцов. Различные статистические параметры, такие как средний размер зерна, однородность и сортировка, могут быть рассчитаны на основе данных, полученных из кумулятивных кривых.В табл. 2 приведены основные характеристики гранулометрического состава образцов, в том числе медианная крупность D 50 , степень сортировки S o , коэффициент однородности C u , коэффициент кривизны, C c . Степень сортировки выражается коэффициентом Траска, S o , который рассчитывается как (Trask 1932):

\begin{eqnarray}{S}_{o}=\sqrt{\displaystyle \frac{{ D}_{75}}{{D}_{25}}},\end{equation}

So=D75D25,

1где D 25 и D 75 размеры ячеек, из которых 25 % и 75% зерен проходят соответственно.Рассчитанные значения коэффициента Trask показывают, что степень сортировки образцов одинакова, так как хорошо сортируются образцы с разным медианным размером зерна.

Рисунок 1.

Гранулометрический состав выбранных песков.

Рисунок 1.

Гранулометрический состав выбранных песков.

Таблица 2.

Текстурные свойства отобранных образцов песка.

90 588
№ образца . Содержание цемента (%) . D 10 (мм) . D 50 (мм) . D 60 (мм) . Коэффициент однородности ( C u ) . Коэффициент кривизны ( C c ) . Степень сортировки ( S или ) . Классификация сортировки .
1 D 1 С 1 15
2 D 1 С 2 20 0,2 0,31 0,34 1,7 0,99 1,23 Ну
3 D 1 С 3 25

4 D 2 С 1 15        
D 2 C 2   20  0.35 0,5 0,54 1,54 0,98 1.2 Очень хорошо
6 91 179 Д 2 91 179 С 3 25

7 + D 3 + С 1 15
D 3 C 2   20  0.51 0,71 0,76 1,5 0,96 1,19 Очень хорошо
9 D 3 С 3 25

10 D 4 С 1 15
11  D 4 C 2   20  0.72 1,12 1,17 1.6 1,14 1,17 Очень хорошо
12 + D 4 + С 3 25

13 D 5 С 1 15
14  D 5 C 2   20  1.13 1,63 1,7 1,5 1,11 1,14 Очень хорошо
15 D 5 С 3 25
. Содержание цемента (%) . D 10 (мм) . D 50 (мм) . D 60 (мм) . Коэффициент однородности ( C u ) . Коэффициент кривизны ( C c ) . Степень сортировки ( S или ) . Классификация сортировки . 91 220
1 D 1 С 1 15
2 D 1 С 2   20  0.2 0,31 0,34 1,7 0,99 1,23 Ну
3 + D 1 + С 3 25

4 D 2 С 1 15
D 2 C 2   20  0.35 0,5 0,54 1,54 0,98 1.2 Очень хорошо
6 91 179 Д 2 91 179 С 3 25

7 + D 3 + С 1 15
D 3 C 2   20  0.51 0,71 0,76 1,5 0,96 1,19 Очень хорошо
9 D 3 С 3 25

10 D 4 С 1 15
11  D 4 C 2   20  0.72 1,12 1,17 1.6 1,14 1,17 Очень хорошо
12 + D 4 + С 3 25

13 D 5 С 1 15
14  D 5 C 2   20  1.13 1,63 1,7 1,5 1,11 1,14 Очень хорошо
15 D 5 С 3 25      
Таблица 2.

Текстурные свойства отобранных образцов песка.

+
№ образца . Содержание цемента (%) . D 10 (мм) . D 50 (мм) . D 60 (мм) . Коэффициент однородности ( C u ) . Коэффициент кривизны ( C c ) . Степень сортировки ( S или ) . Классификация сортировки . 91 220
1 D 1 С 1 15
2 D 1 C 2 20 0,2 0,31 0,34 1,7

699
1,23 Ну
3 + D 1 + С 3 25

4 D 2 С 1 15
5 D 2 С 2   20  0.35 0,5 0,54 1,54 0,98 1.2 Очень хорошо
6 91 179 Д 2 91 179 С 3 25

7 + D 3 + С 1 15
D 3 C 2   20  0.51 0,71 0,76 1,5 0,96 1,19 Очень хорошо
9 D 3 С 3 25

10 D 4 С 1 15
11  D 4 C 2   20  0.72 1,12 1,17 1.6 1,14 1,17 Очень хорошо
12 + D 4 + С 3 25

13 D 5 С 1 15
14  D 5 C 2   20  1.13 1,63 1,7 1,5 1,11 1,14 Очень хорошо
15 D 5 С 3 25
. Содержание цемента (%) . D 10 (мм) . D 50 (мм) . D 60 (мм) . Коэффициент однородности ( C u ) . Коэффициент кривизны ( C c ) . Степень сортировки ( S или ) . Классификация сортировки . 91 220
1 D 1 С 1 15
2 D 1 С 2   20  0.2 0,31 0,34 1,7 0,99 1,23 Ну
3 + D 1 + С 3 25

4 D 2 С 1 15
D 2 C 2   20  0.35 0,5 0,54 1,54 0,98 1.2 Очень хорошо
6 91 179 Д 2 91 179 С 3 25

7 + D 3 + С 1 15
D 3 C 2   20  0.51 0,71 0,76 1,5 0,96 1,19 Очень хорошо
9 D 3 С 3 25

10 D 4 С 1 15
11  D 4 C 2   20  0.72 1,12 1,17 1.6 1,14 1,17 Очень хорошо
12 + D 4 + С 3 25

13 D 5 С 1 15
14  D 5 C 2   20  1.13 1,63 1,7 1,5 1,11 1,14 Очень хорошо
15 D 5 С 3 25
Коэффициент однородности, как параметр формы, является соотношением между D 60 и D 10 , где D 60 и D 10 — размеры ячеек, через которые проходит 60% и 10% зерен соответственно (Bell 2007).{2}}{{D}_{10}\times {D}_{60}}.\end{уравнение}

Cc=(D30)2D10×D60.

2

Определенные значения C u и C c свидетельствуют о том, что все отобранные образцы имеют практически одинаковые коэффициенты однородности и кривизны и все они относятся к пескам однородной сортности. Как показано на рисунке 1, из-за сходства значений S o , C u и C c для анализируемых образцов все полученные кумулятивные кривые имеют сходную форму, несмотря на то, что образцы имели разный средний размер зерна.Различия между зернами S o , C u и C c зерен в природных образцах могут иметь некоторое влияние на влияние размера зерна на индексные свойства, но в настоящем исследовании эти эффекты сведены к минимуму, поскольку образцы готовятся в лаборатории и имеют одинаковые коэффициенты S o , C u и C c .

Образцы были приготовлены путем смешивания порций песка выбранного гранулометрического состава с цементом и водой.Как показано на рисунке 1, в этом исследовании использовались пять различных распределений размера зерна. Для каждого гранулометрического состава использовались три различных содержания цемента: 15%, 20% и 25%. Содержание цемента и воды рассчитывали как отношение использованной массы цемента и воды к общей сухой массе образца соответственно. Воду смешивали с цементом и зернами до получения однородной пасты. Содержание воды составляло 8,5% для мелкозернистых образцов ( D 50  < 0.51 мм) и 7,5 % для крупнозернистых образцов ( D 50 > 0,51 мм). Окончательную смесь заливали в стандартные кубические бетонные формы размерами 150×150×150 мм 3 для отверждения. Образцы оставляли в формах на 24 ч (для начала отверждения), затем погружали в воду и отверждали в течение 15 сут. Образцы сушили в сухом помещении при температуре 20 °С в течение 30 сут (рис. 2). Свойствами, определенными испытаниями, проведенными в сухих условиях в лаборатории для лучшего сравнения результатов, были эффективная пористость ( n ), насыпная плотность в сухом состоянии ( ρ ), индекс прочности при точечной нагрузке (Is (50) ), и ШВ.

Рис. 2.

Виды образцов искусственно подготовленного песчаника.

Рис. 2.

Виды образцов искусственно подготовленного песчаника.

4. Влияние размера зерна и содержания цемента на пористость

Пористость пород-коллекторов является одним из наиболее важных показателей, определяющих способность формаций-коллекторов хранить углеводороды. С другой стороны, пористость явно является ключевым параметром прочности песчаника (Jeng, et al 2004, Hsieh et al 2008), поскольку поры снижают целостность породы.Таким образом, несколько исследователей коррелировали пористость с прочностью пород на сжатие без ограничений (Dyke and Dobereiner 1991, Hawkins and McConnell 1992, Jeng et al 1994, Hatzor and Palchik 1997, Hatzor and Palchik 1998, Palchik 1999, Jeng et al. 2002, Jeng et al. 2004, Lin et al. 2005, Weng et al. 2005, Tsai et al. 2008, Weng 18 et al. 9180). Если значения пористости сравнить с соответствующей им прочностью на сжатие, между этими двумя параметрами можно увидеть обратную зависимость.Поэтому характеристика пористости как функции текстурных свойств песчаников будет очень полезной.

Пористость песчаника представляет собой отношение объема пустот, возникающих между зернами и цементом или внутри них, к общему объему породы. Песчаники имеют широкий диапазон пористости. Для оценки влияния текстурных параметров на пористость и плотность эффективная пористость и объемная плотность всех образцов определялись экспериментально с использованием стандартного метода насыщения, предложенного ISRM (1981).Пористость ( n ) испытанных образцов колеблется от 11,7 % до 23,6 % при среднем значении 17,3 %. Стоит отметить, что природный песчаник обычно имеет пористость в пределах 10-25%.

График зависимости пористости от среднего размера зерна показывает, что при данных условиях уплотнения и цементации искусственно подготовленных песчаников мелкозернистые образцы обладают более высокой пористостью, чем крупнозернистые (рис. 3). Было замечено, что пористость образца с содержанием цемента 15% снижается примерно на 40% по мере увеличения среднего размера зерна от 0.31 до 1,63 мм. Эта тенденция снижения пористости в зависимости от увеличения среднего размера зерна справедлива для содержания цемента 20% и 25%. Рисунок 3 показывает, что зависимость между пористостью и размером зерна может быть описана линейным образом. Полученные результаты согласуются с данными Прайора (1973), которые показывают, что пористость уменьшается с увеличением размера зерна.

Рисунок 3.

Влияние размера зерна на пористость.

Рис. 3.

Влияние размера зерна на пористость.

Теоретически доказано, что упорядоченная упаковка одинаковых сфер (например, кубических, шестиугольных, орторомбических и т. д.) приводит к пористости, не зависящей от размера зерна. Объем порового пространства изменяется прямо пропорционально объему сфер (Fraser, 1935). Роджерс и Хед (1961), работая с хорошо отсортированными синтетическими песками, указали, что пористость не зависит от размера зерна. Поэтому с теоретической точки зрения размер зерна не влияет на пористость упорядоченной упаковки зерен сферической формы.Однако в природе размер зерен влияет на пористость, потому что в песках, отложенных естественным путем, изменяется сферичность песков. Более того, в реальных условиях осадконакопления упорядоченная упаковка энергетически неустойчива и минералы распределены хаотично.

Полученные результаты согласуются с данными Прайора (1973), которые показывают, что пористость уменьшается с увеличением размера зерна. Эта экспериментально установленная тенденция увеличения пористости с уменьшением размера зерна, вероятно, связана с рядом факторов, которые лишь косвенно связаны с размером зерна.Сферичность и округлость, по-видимому, связаны с размером зерна, более мелкие зерна имеют более низкие значения (Чилингариан и Вольф, 1975, Берг, 1986, Селли, 2000). Другими словами, более мелкие зерна имеют тенденцию быть более угловатыми и могут поддерживать более рыхлые набивочные ткани, следовательно, они могут иметь более высокую пористость, чем более крупные зерна (Rogers and Head 1961, Jorden and Campbell 1984, Selley 2000). С другой стороны, равновесная пористость осадочной породы, состоящей из случайной упаковки песчинок, зависит от устойчивости, придаваемой породе силами сцепления и трения, действующими между отдельными зернами.Эти силы трения напрямую связаны с открытой площадью поверхности зерен. Удельная поверхность (площадь открытой поверхности зерна на единицу твердого объема) обратно пропорциональна размеру зерна. Это показывает, что, когда все другие факторы одинаковы, данный вес мелких зерен будет стабилизироваться при более высокой пористости, чем такой же вес более крупных зерен. По мере уменьшения размера зерна увеличивается удельная площадь поверхности и, как следствие, увеличиваются силы трения. С увеличением сил трения, действующих между отдельными зернами, зерна имеют тенденцию менее плотно упаковываться друг в друга, и, таким образом, увеличивается пористость.

Содержание цемента обычно играет важную роль, влияя на различные механические и физические свойства песчаников. Взаимосвязь между эффективной пористостью и содержанием цемента, вероятно, значительна (Bell 1978a). Влияние содержания цемента на пористость представлено на рисунке 4. На рисунке 4 видно, что в образцах с одинаковым размером зерна пористость уменьшается в зависимости от увеличения содержания цемента. Цементация включает соединение зерен путем осаждения материала в пустотах между зернами.Это снижает эффективную пористость осадочных пород. Экспериментальные результаты образцов с разным медианным размером зерна показывают, что при увеличении содержания цемента с 15 до 25 % пористость снижается в среднем на 20 %.

Рисунок 4.

Влияние содержания цемента на пористость песчаника.

Рисунок 4.

Влияние содержания цемента на пористость песчаника.

5. Влияние размера зерна и содержания цемента на плотность

Сухая объемная плотность образца породы определяется как его масса на единицу объема.В основном на него влияет зерновой состав, а также количество пор между зернами. По мере увеличения доли порового пространства плотность уменьшается. Поскольку на поровое пространство влияет размер зерна, ожидается, что размер зерна также может влиять на плотность. Зависимость между плотностью и средним размером зерна испытанных образцов показана на рисунке 5. Как показано на этом рисунке, существует прямая зависимость между плотностью и средним размером зерна. Эта прямая зависимость обусловлена ​​уменьшением пористости, связанным с увеличением размера зерна.

Рисунок 5.

Влияние размера зерна на плотность.

Рис. 5.

Влияние размера зерна на плотность.

Кроме того, как показано на рис. 5, для данного размера зерна на сухую плотность искусственных песчаников влияет количество цементного материала, заполняющего поры. Как правило, плотность образцов имеет тенденцию к увеличению с увеличением содержания цемента.

Насыпная плотность может быть использована для получения предварительного показателя пористости (Brown 1977).Зависимость между пористостью и плотностью всех 15 испытанных образцов представлена ​​на рисунке 6. Как показано на этом рисунке, существует статистически значимая корреляция между объемной плотностью и эффективной пористостью, и между этими двумя параметрами может быть установлена ​​обратная линейная зависимость. Это означает, что увеличение пористости отражается уменьшением плотности.

Рис. 6.

Зависимость между объемной плотностью и эффективной пористостью.

Рис. 6.

Связь между объемной плотностью и эффективной пористостью.

6. Влияние размера зерна на индекс прочности при точечной нагрузке и твердость породы

Твердость по отскоку использовалась в механике горных пород с начала 1960-х годов (Miller 1965) в качестве неразрушающего быстрого индексного теста для характеристики прочности горных пород. Он используется во всем мире благодаря своей простоте, быстроте и портативности, при этом он очень полезен, по крайней мере, на начальном этапе проектирования.На достоверность результатов испытаний с помощью молотка Шмидта обычно влияют такие факторы, как размеры образца, атмосферные воздействия и содержание влаги, гладкость поверхности, тип молотка и т. д. (Sabatakakis et al 2008).

Зависимость SHV от размера зерна показана на рисунке 7. Этот рисунок показывает, что SHV достаточно чувствительна к текстурному параметру среднего размера зерна и увеличивается в зависимости от среднего размера зерна. Таким образом, можно установить линейную зависимость между этими двумя параметрами.Тенденция увеличения SHV с размером зерна на рисунке 7 связана с пористостью, так что, когда размер зерна увеличивается, пористость уменьшается. За счет уменьшения пористости должна повышаться твердость породы.

Рисунок 7.

Влияние размера зерна на значение молотка Шмидта.

Рис. 7.

Влияние размера зерна на значение молотка Шмидта.

Исследования по установлению взаимосвязи между прочностью горных пород и индексом прочности при точечной нагрузке восходят к периоду сразу после разработки метода точечной нагрузки Брохом и Франклином (1972).Все доступные уравнения, связывающие прочность на одноосное сжатие с индексом прочности при точечной нагрузке, обсуждаются и сообщаются Kahraman et al (2005). Эти уравнения показывают, что индекс прочности при точечной нагрузке является хорошим индикатором прочности породы. Для оценки влияния размера зерен и содержания цемента на показатель прочности при точечной нагрузке из кубических образцов были высверлены керновые образцы с отношением длины к диаметру 0,3–1,0. Подготовленные образцы представляют собой пятнадцать типов песчаника, состоящих из пяти различных средних размеров зерен и трех различных содержаний цемента.Индекс прочности при точечной нагрузке всех образцов определяли осевыми испытаниями в соответствии с предложенными методами ISRM (ISRM 1985). На рис. 8 показаны разбитые образцы после испытаний. Определенные значения Is (50) находились в диапазоне от 0,65 до 2,18 МПа при среднем значении 1,47 МПа. Рисунок 9 иллюстрирует взаимосвязь между индексом прочности при точечной нагрузке и медианным размером зерна. Подобно SHV, индекс прочности при точечной нагрузке напрямую связан со средним размером зерна и увеличивается с увеличением размера зерна.

Рисунок 8.

Образцы после испытаний на точечную нагрузку.

Рис. 8.

Образцы после испытаний на точечную нагрузку.

Рисунок 9.

Связь между индексом прочности при точечной нагрузке и средним размером зерна.

Рис. 9.

Зависимость между индексом прочности при точечной нагрузке и средним размером зерна.

7. Заключение

В данной работе исследовано влияние размера зерна на индексные свойства слабозатвердевших пластовых искусственных песчаников с очень хорошо отсортированными зернами.Свойства индекса, которые были изучены в этом исследовании, включают эффективную пористость, сухую объемную плотность, SHV и индекс прочности при точечной нагрузке. Для количественной оценки влияния размера зерна на эти свойства было приготовлено 15 типов искусственного песчаника со средним размером зерна от 0,31 до 1,63 мм и содержанием цемента от 15% до 25%. По стандартным методикам испытаний были определены текстурные параметры и индексные свойства всех образцов.

Экспериментальные результаты показали, что при определенном содержании цемента пористость уменьшается по мере увеличения размера зерна.Поскольку мелкие зерна имеют тенденцию быть более угловатыми и способны поддерживать более рыхлые набивочные ткани, следовательно, они могут иметь более высокую пористость, чем крупные зерна. Также с уменьшением размера зерна увеличивается удельная поверхность и, как следствие, увеличиваются силы трения между отдельными зернами. При увеличении сил трения, действующих между отдельными зернами, зерна имеют тенденцию менее плотно упаковываться друг в друга, и, таким образом, увеличивается пористость.

Значения индекса прочности при точечной нагрузке и твердости по молотку Шмидта, как показателей прочности горных пород, увеличиваются с увеличением размера зерен.Эти наблюдения косвенно связаны с изменением пористости в зависимости от размера зерна. С увеличением размера зерна пористость уменьшается. Снижение пористости, в свою очередь, увеличивает индекс прочности при точечной нагрузке и СТС. Наконец, следует отметить, что пористость уменьшается в зависимости от увеличения содержания цемента. Цементация включает соединение зерен путем осаждения материала в пустотах между зернами. Это снижает эффективную пористость осадочных пород. Следует отметить, что результаты, полученные в ходе текущих исследований, справедливы для искусственных песчаников, вяжущий материал (цемент) которых отличается от вяжущего материала природных песчаников, и для природных песчаников требуются дополнительные исследования.

Каталожные номера

, . , 

2001

Определение взаимосвязи петрофизических и механических свойств моделируемых пород песчаника

Proc. 6-й Скандинавский симп. Петрофизика

, том.

том 18

 

Тронхейм, Норвегия

NERP (Северная программа энергетических исследований)

,  . , 

1979

Взаимосвязь механических, индексных и минералогических свойств каменноугольной породы

20th US Symp. по механике горных пород (USRMS)

Американская ассоциация механиков горных пород

., 

2007

Инженерная геология

2-е изд.

Oxford

Butterworth-Heinemann

. , 

1978a

Физические и механические свойства выпавших песчаников, Нортумберленд, Англия

Eng. геол.

, том.

12

 (стр. 

1

29

)1–29. , 

1978b

Петрографические факторы, относящиеся к пористости и проницаемости песчаника Фелл

Q. J. Eng. геол. Гидрогеол.

, том.

11

 (стр.

113

126

)113–26. , 

2013

Инженерные свойства грунтов и горных пород

Амстердам

Elsevier

. , 

2016

Основы инженерной геологии

Амстердам

Elsevier

. , 

1970

Выявление осадочных обстановок в пластовых песчаниках

ГКАГС Пер.

, том.

20

 (стр. 

137

143

)137–43., 

1986

Песчаники коллектора

Englewood Cliffs, NJ

Prentice-Hall

,  . , 

1972

Испытание на прочность при точечной нагрузке

Межд. Дж. Рок Мех. Мин. науч. геомех. Абстр.

, том.

9

 (стр. 

669

676

)669–76. , 

1977

Многофакторный анализ петрографических и химических свойств, влияющих на пористость и проницаемость в отдельных карбонатных водоносных горизонтах в центральной Пенсильвании

Докторская диссертация Университет штата Пенсильвания

., 

1993

Использование анализа основных компонентов, корреляции и пошаговой множественной регрессии для исследования отдельных физических и гидравлических свойств водоносных горизонтов карбонатных пород

J. Hydrol.

, том.

147

 (стр. 

169

195

)169–95,  . ,

1975

,

Уплотнение крупнозернистых отложений, I

, том.

18

 

Амстердам

Elsevier

,  . , 

1991

Оценка прочности и деформируемости песчаников

Q.Дж. Инж. геол. Гидрогеол.

, том.

24

 (стр.

123

134

)123–34,  . , 

1979

Оценка прочности песчаника по данным петрографических шлифов

Bull. доц. англ. геол.

, том.

16

 (стр. 

467

485

)467–85. , 

1935

Экспериментальное исследование пористости и проницаемости терригенных отложений

J. Geol.

, том.

43

 (стр. 

910

1010

)910–1010,  ., 

1997

Влияние размера зерна и пористости на напряжение зарождения трещин и критическую длину трещины в доломитах

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

, том.

34

 (стр. 

805

816

)805–16,  . , 

1998

Критерий разрушения на основе микроструктуры доломитов Аминадава

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

, том.

35

 (стр. 

797

805

)797–805,  . , 

1992

Чувствительность прочности и деформируемости песчаника к изменению влажности

Q.Дж. Инж. геол. Гидрогеол.

, том.

25

 (стр. 

115

130

)115–30,  ,  ,  . , 

2008

Интерпретация того, как макроскопическое механическое поведение песчаника зависит от микроскопических свойств, выявленных с помощью модели связанных частиц

Eng. геол.

, том.

99

 (стр. 

1

10

)1–10

ISRM

. , 

1981

Определение характеристик горных пород и мониторинг. Предлагаемые методы ISRM

.

Оксфорд

Пергамон

ISRM

. , 

1985

Предлагаемый метод определения прочности при точечной нагрузке

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч. геомех. Абстр.

, том.

22

 (стр. 

51

60

)51–60,  ,  . , 

1994

Свойства некоторых слабых пород на Тайване

Proc. 1994 г. Тайваньский симпозиум по горной инженерии, Национальный центральный университет

Чунли, Тайвань

(стр.

259

267

) стр. 259–67, , , ., 

2002

Деформационные характеристики слабых песчаников и влияние на тоннельную деформацию

Проходка тоннелей Подземная космическая техника.

, том.

17

 (стр. 

263

274

)263–74,  ,  ,  . , 

2004

Влияние петрографических параметров на геотехнические свойства третичных песчаников Тайваня

Eng. геол.

, том.

73

 (стр. 

71

91

)71–91,  . , 

1984

Каротаж скважины I: свойства горных пород, скважинная среда, буровой раствор и температурный каротаж.

Даллас, Техас

SPE Petroleum Technology Resources

 ,  ,  . , 

2005

Влияние пористости на соотношение между прочностью на одноосное сжатие и индексом точечной нагрузки

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

, том.

42

 (стр. 

584

589

)584–9,  ,  ,  . , 

2005

Ослабление смачивания третичных песчаников – микроскопический механизм

Окружающая среда. геол.

, том.

48

 (стр. 

265

275

)265–75., 

1965

Инженерная классификация и индексные свойства неповрежденной горной породы

Докторская диссертация Университет Иллинойса

,  ,  ,  ,  . , 

2015

Повторное рассмотрение влияния размера зерна на пористость

SPE Nigeria Annual Int. конф. и выставка

Общество инженеров-нефтяников

. , 

1999

Влияние пористости и модуля упругости на прочность при одноосном сжатии в мягких хрупких пористых песчаниках

Rock Mech.Рок инж.

, том.

32

 (стр. 

303

309

)303–9. , 

1973

Проницаемость-пористость и вариации некоторых голоценовых песчаных тел

AAPG Bull.

, том.

57

 (стр. 

162

189

)162–89,  ,  ,  . , 

2008

Индексные свойства и изменение прочности, контролируемые микроструктурой для осадочных пород

Eng. геол.

, том.

97

 (стр.

80

90

)80–90., 

2000

Прикладная седиментология

Амстердам

Elsevier

,  . , 

1991

Взаимосвязь между петрографическими характеристиками, инженерными показателями и механическими свойствами выбранных песчаников

Bull. доц. англ. геол.

, том.

28

 (стр.

55

71

)55–71. , 

1932

Происхождение и окружающая среда исходных отложений нефти

Хьюстон, Техас

Gulf Publishing Company

,  ,  ,  ,  ., 

2008

Деформационное поведение слабых песчаников в зависимости от времени

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

, том.

45

 (стр. 

144

154

)144–54,  ,  . , 

1994

Прогноз инженерных свойств выбранного литаренитового песчаника по его петрографическим характеристикам с использованием корреляционных и многомерных статистических методов

Eng. геол.

, том.

38

 (стр. 

135

157

)135–57,  ,  ,  ., 

2008

Простая модель анизотропного размягчения слабых песчаников под напряжением

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

, том.

45

 (стр. 

155

166

)155–66,  ,  ,  . , 

2005

Характеристика деформационного поведения третичных песчаников

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

, том.

42

 (стр. 

388

401

)388–401,  ,  ,  ,  . , 

2008

Прогноз прочности песчаников на одноосное сжатие с использованием петрографических моделей

Eng.геол.

, том.

96

 (стр. 

141

158

)141–58

© 2018 Институт геофизических исследований Sinopec

Пористость и проницаемость | Encyclopedia.com

Пористость и проницаемость являются двумя основными факторами, которые контролируют движение и накопление флюидов в горных породах и отложениях. Они являются неотъемлемыми характеристиками этих геологических материалов. Эксплуатация природных ресурсов, таких как подземные воды и нефть , частично зависит от свойств пористости и проницаемости.

Пористость – это отношение объема отверстий (пустот) к общему объему материала. Пористость представляет собой емкость хранения геологического материала. Первичная пористость осадка или породы состоит из промежутков между зернами, из которых состоит этот материал. Чем плотнее упакованы зерна, тем ниже пористость. Если взять в качестве примера коробку с шариками, внутренние размеры коробки будут представлять объем образца. Пространство , окружающее каждый из сферических шариков, представляет собой пустое пространство.Пористость ящика с шариками определяется путем деления общего объема пустот на общий объем образца и выражается в процентах.

Первичная пористость рыхлых отложений определяется формой зерен и диапазоном имеющихся размеров зерен. В плохо отсортированных отложениях с более широким диапазоном размеров зерен более мелкие зерна имеют тенденцию заполнять промежутки между более крупными зернами, что приводит к меньшей пористости. Первичная пористость может варьироваться от менее одного процента в кристаллических породах, таких как гранит , до более 55% в некоторых почвах.Пористость некоторых пород увеличивается за счет трещин или растворения самого материала. Это известно как вторичная пористость.

Проницаемость является мерой легкости, с которой жидкости будут течь через пористую породу, отложения или почву . Как и в случае с пористостью, упаковка, форма и сортировка гранулированных материалов определяют их проницаемость. Хотя порода может быть очень пористой, если пустоты не связаны между собой, тогда жидкости внутри закрытых, изолированных пор не могут двигаться.Степень, в которой поры внутри материала взаимосвязаны, известна как эффективная пористость. Такие породы, как пемза и сланец, могут иметь высокую пористость, но могут быть почти непроницаемыми из-за плохо связанных между собой пустот. Напротив, хорошо отсортированный песчаник точно повторяет приведенный выше пример ящика мрамора.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

ЮК «Эгида-Сочи» - недвижимость.

Наш принцип – Ваша правовая безопасность и совместный успех!

2022 © Все права защищены.