Грансостав, глинистость, удельная поверхность

1.

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ
СОСТАВ
ГЛИНИСТОСТЬ
ПОРОВЫЙ СОСТАВ,
ПОВЕРХНОСТЬ ПОРОВОГО
ПРОСТРАНСТВА
ЛЕКЦИЯ 2
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

2.

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ
СОСТАВ
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

3.

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ
СОСТАВ относительное содержание
в породе (по массе) частиц
различных размеров.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

4.

ГРАНСОСТАВ ОПРЕДЕЛЯЕТ
СЛЕДУЮЩИЕ СВОЙСТВА
• пластичность
• пористость
• удельная поверхность
• сопротивление сдвигу
• сжимаемость
• разбухание
• высота капиллярного поднятия
• водопроницаемость
• и др.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

5.

ЗАВИСИМОСТЬ kп
ОТ ОТСОРТИРОВАННОСТИ
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

6.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОД ПО
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ
СОСТАВУ
Размер
фракции, мм
Название породы
< 0,01
Глины
Несцементированные
Сцементированные
0,01–0,1
Алеврит
Алевролит
0,1–1,0
Песок
Песчаник
Окатанные
Неокатанные
Несцементированные
Сцементированные
Несцементированные
Сцементированные
1–10
Гравий
Гравелит
Дресва
Дресвяник
10–100
Галька
Конгломерат
Щебень
Брекчия
100–1000
Валуны
Валунные конгломераты
-
-
1000
Глыбы
Глыбовые конгломераты
-
-
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

7.

В НЕФТЯНОЙ ГЕОЛОГИИ
обломочные породы разделяются по размеру частиц
на четыре основные группы:
• Псефиты
50 % частиц диаметром свыше 1 мм
• Псаммиты
50 % частиц диаметром 1 0,1 мм
• Алевриты
50 % частиц диаметром 0,1 0,01 мм
• Пелиты
50 % частиц диаметром меньше 0,01 мм
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

8.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ
В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ
Содержание глинистых частиц
размером менее 0,005 мм
Петрофизика. Зеливянская О. Е.
Порода
30
Глина
30 10
Суглинок
10 3
Супесь
<3
Песок

9.

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ
проводят с целью определения гранулометрического состава.
В зависимости от гранулометрического состава пород
применяют различные методы анализа.
Виды
грананализа
Ситовой анализ
d > 0,05 мм
Петрофизика. Зеливянская О. Е.
Седиментационный
анализ
Микроскопический
анализ шлифов
0,01< d < 0,1 мм
0,002 < d < 0,1 мм

10.

СИТОВОЙ АНАЛИЗ
Крупные фракции, в которые входят зерна и частицы
диаметром от 0,1 до 10 мм, определяются методом
ситового анализа.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

11.

СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ
АНАЛИЗ
определяет содержание мелких фракций, включающих частицы
диаметром <0,1мм, отмучиванием в спокойной воде
Исследование грунта методом Рутковского Б. И.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.
Исследование ареометрическим способом

12.

РЕЗУЛЬТАТЫ
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО
АНАЛИЗА
выражают в виде таблиц и
графиков грансостава
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

13.

ГЛИНИСТОСТЬ,
КОЭФФИЦИЕНТЫ
ГЛИНИСТОСТИ
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

14.

ГЛИНИСТОСТЬ
ОСАДОЧНЫХ ПОРОД
это их свойство содержать частицы
с dэф < 0,01 мм (< 10 мкм),
реже с dэф < 0,001 мм, < 0,002 или < 0,005
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

15.

ГЛИНИСТЫЕ ЧАСТИЦЫ
являются обломками глинистых минералов,
а также других, таких как кварц, полевые шпаты, слюдистые и
тяжелые минералы.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

16.

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ –
группа вторичных водных
силикатов, алюмосиликатов и
ферросиликатов.
В структуру минерала входят слои,
состоящие из кремнекислородных
тетраэдров и алюмогидроксильных
октаэдров, слои объединяются в
пакеты.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

17.

ЁМКОСТЬ КАТИОННОГО
ОБМЕНА (ЕКО) –
общее количество катионов одного рода, удерживаемых
породой в обменном состоянии и способных к обмену
на катионы взаимодействующего с породой раствора.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

18.

ГРУППА КАОЛИНИТА
(КАОЛИНИТ, ГАЛЛУАЗИТ)
Пакет состоит из одного слоя октаэдров и
одного слоя тетраэдров.
Пакеты прочно связаны между собой и
плотно прилегают друг к другу,
в результате чего молекулы воды и
катионы металлов не могут входить
в межпакетное пространство и
минерал не набухает в воде.
Низкая ЕКО.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

19.

ГРУППА
МОНТМОРИЛЛОНИТА
или группа смектита
(монтмориллонит, нонтронит,
бейделит и др.)
Трёхслойный пакет вида тетраэдроктаэдр-тетраэдр.
Связь между пакетами слабая, туда
проникает вода, из-за чего минерал
сильно набухает.
Высокая ЕКО.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

20.

ГРУППА ГИДРОСЛЮД
(гидробиотит, гидромусковит и др.)
Трёхслойные пакеты с сильной связью
между ними.
Практически не поглощают воду и не
набухают в ней.
Отличаются высоким содержанием
калия, поскольку его ионный радиус
позволяет ему входить в пустоты
структуры минерала.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

21.

ГРУППА ХЛОРИТА
Пакеты четырёхслойные, набухающие.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

22.

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ В
ПОРОДАХ
У одних пород может преобладать монтмориллонит, у других –
каолинит, у третьих – гидрослюды.
Размеры глинистых частиц, их адсорбционные свойства и
способность к набуханию неодинаковы
у различных глинистых минералов.
По своим физическим свойствам глинистые минералы резко
отличаются от минералов скелетной основы (песков,
алевролитов) и оказывают влияние на большинство
петрофизических параметров
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

23.

ВИДЫ ГЛИНИСТОСТИ
Рассеянная глинистость – свойство пород
содержать совокупность глинистых частиц,
заполняющих пространство между более крупными
зернами или разделяющую их между собой.
Слоистая глинистость – свойство пород иметь
в своем составе тонкие прослои глин.
Структурная глинистость – свойство пород иметь
в своем составе отдельные зерна из глинистых
минералов.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

24.

УДЕЛЬНАЯ ГЛИНИСТОСТЬ
Удельная массовая
kгл m = mc. гл / mc
Удельная объемная
kгл V = Vc. гл / Vc
тс.гл, Vc. гл – масса и объем сухих глинистых частиц
mc ,Vc – масса и объем сухой породы
k глV
Vс.гл mc.гл / с.гл mc.гл Т (1 k п )
k гл.m (1 k п )
Vc
mc / c
mc
с.гл
т, с. гл и с – плотности соответственно твердого, сухого глинистого
компонентов породы и сухой породы.
kгл m осадочных пород изменяется от нескольких до >90 %.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

25.

УДЕЛЬНОЕ ОБЪЕМНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
НАБУХАЮЩЕГО ГЛИНИСТОГО
КОМПОНЕНТА, kв.гл
Так как порода в естественном залегании
не находится в сухом состоянии, то правильнее оценивать
удельное объемное содержание kв.гл набухающего глинистого
компонента во влажной породе по формуле
k в . гл Vв . гл / Vв п
Vв.гл объем влажной (набухающей) глины
в объеме Vвn влажной породы.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

26.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ
ГЛИНИСТОСТЬ гл отношение объема Vc. гл сухого глинистого компонента к сумме
объемов Vпор пор породы и Vс.гл сухого глинистого компонента
(к объему порозаполнителя между более крупными обломками
породы):
Vc.гл
Vc.гл
гл
Vпор Vс.гл Vc VPs Av
Ps и Av – песчаная и алевролитовая фракции пород.
k гл VVc
k гл V
гл
kпVc k гл VVc kп k гл V
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

27.

КОЭФФИЦИЕНТ
ЗАПОЛНЕНИЯ
Характеризует степень заполнения глиной порового
пространства набухшей глинистой породы
VТ .гл Vв .нб
k зап.глV
VT .гл Vв
Vв.нб, VT.гл и Vв – объемы воды соответственно набухания
глинистого цемента, его твердой фазы и в порах набухшей
глинистой породы.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

28.

ГЛИНИСТОСТЬ ВЛИЯЕТ НА
• средний эффективный и медианный диаметр пор и зерен
• модальный радиус пор и зерен
• удельную поверхность
• удельные водо-, газо-, электро-, теплопроводности
• диффузионно-адсорбционную активность и др.
Значение имеет как удельная глинистость, так и размещение
глинистых частиц – рассеянное или слоистое.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

29.

ЕМКОСТЬ
КАТИОННОГО
ОБМЕНА
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

30.

АДСОРБЦИЯ концентрирование вещества из объема фаз на поверхности
твердого тела или жидкости.
Абсорбция – процесс поглощения газов или паров жидкостью
Причина адсорбции – существование ненасыщенных связей на
поверхности твердого тела.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

31.

ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛОВ
В кристаллических структурах, которыми являются горные
породы, в местах незавершенных связей кристаллической
решетки (углах сколов, нарушениях кристалла) имеются не
скомпенсированные электрические заряды.
Чаще всего они бывают отрицательные.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

32.

ИЗОМОРФНЫЕ ЗАМЕЩЕНИЯ
Кремнекислородные тетраэдры и алюмокислородногидроксильные октаэдры способны к изоморфным
замещениям.
Катион кремния Si4+, находящийся в центре тетраэдра, и катион
алюминия Аl3+, находящийся в центре октаэдра, могут
замещаться на катионы других элементов более низких
валентностей, создавая отрицательные электрические заряды
слоев.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

33.

ВЕЛИЧИНА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
зависит от характера изоморфных замещений.
Если замещение происходит в тетраэдрических сетках,
величина заряда значительно больше, чем в октаэдрах, так как
его источник расположен вблизи поверхности, и ослаблена,
если заряд создан замещением катионов в октаэдрах.
Расстояние между Si4+ и О2+ в тетраэдре равно 0,16 нм,
расстояние между Аl3+ и О2+ в октаэдре более изменчиво и
в среднем составляет 0,189 нм.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

34.

КОМПЕНСАЦИЯ ЗАРЯДА
Возникающий отрицательный электрический заряд слоя
компенсируется ионами К+, Na+, Са2+, Mg2+ и, возможно,
гидроксонием (Н3О)+, находящимся в растворе.
Катионы электролита компенсируют также и отрицательные
заряды незавершенных связей кристаллической решетки
минералов.
Катионы раствора, компенсирующие заряды
решетки, обладают различной активностью и
могут вытесняться с породы другими
катионами в порядке возрастания
активности.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

35.

ЕМКОСТЬ
КАТИОННОГО ОБМЕНА способность породы к катионному обмену с электролитом,
количество миллиграмм-эквивалентов определенного катиона,
поглощенного 1 г вещества при ионообменной адсорбции.
Количественно оценивается в мг-экв на 1 г или на 100 г породы
и обозначается Q или Q100 соответственно.
Минерал, порода
Петрофизика. Зеливянская О. Е.
Q 102, мг. экв / г
Каолин
4 8
Гидрослюды
5 25
Монтмориллонитовые глины
20 160
Лимонит
До 2
Боксит
До 1

36.

ПОРОВЫЙ
СОСТАВ
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

37.

ПОРОВЫЙ СОСТАВ (распределение пор по размерам) – определяет совокупность
концентраций различных по эффективному диаметру пор в
поровом объеме пород.
Концентрация выражается в долях объема всех пор породы.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

38.

ПОРОВЫЙ СОСТАВ
ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД
В основном зависит от их гранулометрического состава
Плохо
отсортированные
поры разные по
размерам, но
преимущественно
мелкие и тонкие,
встречаются
примерно в равных
долях
Петрофизика. Зеливянская О. Е.
Хорошо отсортированные
грубо-, крупно-,
среднезернистые
мелко-, и
тонкозернистые
поры крупные и
близкие по размерам
большинство пор
мелкие и тонкие
Сцементированные
обусловлен не только
размером частиц,
но и содержанием
цемента, поры самых
разных размеров,
доля крупных пор
уменьшается,
а мелких и
субкапиллярных
возрастает

39.

ПОРОВЫЙ СОСТАВ
КАРБОНАТНЫХ ПОРОД
очень сложен, ведь карбонатные
породы, в результате вторичных
изменений, могут содержать также
каверны, сульфатизированные
участки.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

40.

ПОРОВЫЙ СОСТАВ
БИОГЕННЫХ КАРБОНАТОВ
Ракушечники
Детритовые известняки
Целые раковины,
сравнительно крупные и одинаковые
по размеру поры
Различные по крупности
обломки раковин,
больше мелких пор
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

41.

ПОРОВЫЙ СОСТАВ
ХЕМОГЕННЫХ КАРБОНАТОВ
Пелитоморфные известняки
и доломиты
преобладают одинаковые по размеру поры
Петрофизика. Зеливянская О. Е.
Оолитовые известняки
Поры близки по размеру,
но гораздо крупнее,
чем у пелитоморфных

42.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
ПОРОДЫ
Поровый состав мало изучен, зависит от формы и размеров
кристаллов, от их пузырчатости и трещиноватости.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

43.

ОТ ПОРОВОГО СОСТАВА
ЗАВИСЯТ:
• коэффициенты газо- и водопроницаемости,
• удельные электропроводности,
• электрохимические активности
• -активности
• др.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

44.

ПОВЕРХНОСТЬ
ПОРОВОГО
ПРОСТРАНСТВА
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

45.

ПОВЕРХНОСТЬ ПОРОВОГО
ПРОСТРАНСТВА поверхность, отделяющая твёрдую фазу от всех остальных.
Для идеального грунта объемом V, сложенного из шариков,
диаметром d
S = Fшара · N = 4πR2 · (V / d3 ) = π · V / d
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

46.

УДЕЛЬНАЯ
ПОВЕРХНОСТЬ объёмная
SV SпорVc / Vc , м2/м3, м-1, см2/см3, см-1
массовая
Sm Sпорmc / mc , м2/кг, м2/г
SпорVc и Sпорmc – поверхности порового пространства
в объеме Vc и массе mc породы
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

47.

Sm ОСАДОЧНЫХ И
ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД
зависит от:
• минерального состава;
• гранулометрического состава;
• содержания глины;
• формы зерен;
• содержания и типа цемента.
Sm нефтегазовых коллекторов (0,5 2) 103 м2/кг
Sm глин (10÷400) 105 м2/кг
Петрофизика. Зеливянская О. Е.

48.

ВЫВОД ПО ЛЕКЦИИ
Гранулометрический состав осадочных пород, а в особенности
содержание глинистых частиц определяет ряд важнейших
петрофизических параметров.
Поровый состав и поверхность порового пространства –
важнейшие петрофизические параметры.
Петрофизика. Зеливянская О. Е.