2.3 Жыныстың гранулометриялық (механикалық) құрамы

Тау жыныстың гранулометриялық құрамы деп осы жынысты құрайтын әркелкі іріліктегі түйірдің өлшемінің толық санын атайды.

Жыныстың гранулометриялық құрамын әдетте жыныстағы бөлек фракциялардың (түйір өлшемі бойынша) жиынындағын пайызбен көрсетеді.

Цементтелген жыныс үшін (құмтастар) түйірдің өлшемін жыныс цементін алдын ала бұзғаннан кейін анықтайды.

Көптеген зерттеулер көрсеткендей ұсақталған құрамға қуысты ортаның маңызды қасиеттері тәуелді: өткізгіштік, кеуектілік, меншікті аудан, капиллярлы қасиеті және т.б. Түйір бөлшектерінің өлшемдері олардың мұнаймен әсерлесетін жазықтығының жалпы өлшемін шарттағандықтан, жыныстың гранулометриялық құрамынан қабатта пайдалану біткен кезде қабатта түйір жазықтығын жабатын пленка күйінде қалатын мұнайдың жалпы көлемі бағынады.

Мұнай кәсіпшілік тәжірибесінде құмның гранулометриялық құрамын білу маңызды. Мысалы, мұнай кен орындарын пайдалану кезінде механикалық сараптама негізінде ұңғыманы бұрғылау кезінде құмның ұңғымаға түсіп кетуін болдырмайтын фильтрді таңдайды.

Тау жыныстарының бөлшектерінің өлшемі коллоидты бөлшектен галечник және валунға дейін өзгереді.

Тәжірибеде түйір бойынша жыныстың құрамының келесі механикалық фракцияларын көрсетеді: малтатас және қиыршықтас – 1 см-ден жоғары, гравий – 1 см-ден 2мм-ге дейін; қатты құм – 2-ден 1мм-ге дейін; ірі құм – 1-ден 0,05 мм; орта құм – 0,5-0,25 мм; ұсақ құм – 0,25-0,1 мм; ірі алеврит – 0,1-0,05 мм; ұсақ алеврит – 0,05-0,01 мм; сазды бөлшек – 0,01 мм төмен.

Зерттеулер көптеген мұнайы бар жыныстардың гранулометриялық құрамы негізінен 1-ден 0,01 мм-ге дейінгі өлшемдері арқылы анықталады.

Жыныстың механикалық құрамы еленген және седиментациялық анализдер жолымен анықталады. Себілмелі тау жыныстарының еленген анализі құрамында өлшемі 0,05 мм-ден және одан жоғары фракциялардың болуын анықтау үшін қолданады. Аз мөлшерлі бөлшектердің өлшемін құрамын анықтау үшін седиментация әдісімен анықталады.

Зертханалық шарт кезінде еленген сараптаманы жүргізу кезінде әдетте сымды немесе жібек електің саңылау өлшемі 0,053, 0,074, 0,105, 0,149, 0,210, 0, 297, 0,42, 0,5, 0,84, 1,68, 3,36 мм болатын (квадрат саңылаудың өлшемі) қолданылады. Елек бұл кезде жоғарыда саңылауы үлкен елек болатындай орналасады.

Мұнайға қанық құм мен құмтастың негізгі салмағы диаметрі 1-ден 0,01 мм-ге дейінгі бөлшектен тұрады.

Жыныста құм фракциясының өлшемінің айырмашылығы неғұрлым көп болған сайын оның әркелкілік коэффициенті соғұрлым жоғары болады. Түйірі әркелкі мұнайға қанық ауданының әркелкілік коэффициенті кең аумақта өзгереді – 1-ден 20-ға дейін.

2.4 Тау жыныстарының өткізгіштігі

Тау жыныстарының өткізгіштігі деп сұйықтықтар мен газдардың сүзілу қасиетін айтады. Табиғатта абсолютті өткізбейтін тау жыныстары болмайды. Белгілі қысым кезінде сұйықтық пен газды кез келген тау жынысы арқылы өткізуге болады. Алайда мұнайлы және газды қабатта болатын қысым өзгерісі әсерінен көптеген жыныстар сұйықтықтар мен газдарға өтімсіз болып табылады. Барлығы тау жынысындағы саңылаулар мен саңылау каналдарының өлшеміне бағынышты болып келеді.

Сұйықтар мен газдарға арналған жыныстың өткізгіштігі саңылауларды жыныста біріктіретін каналдар мен саңылаулар аз болған сайын азаяды.

Саңылау каналдары үш түрге бөлінеді: жоғары капиллярлы, капиллярлы және субкапиллярлы.

Жоғары капиллярлы каналдардың диаметрі 0,5 мм-ден көп болады. Онда сұйықтық гидравлика заңына бағына қозғалады. Бұл каналдар түйірлері домалақ пішінді тау жыныстарында болады, мысалы, гравилі жыныста.

Капиллярлы каналдар диаметрлері 0,5 және 0,0002 мм арасында болады. Онда сұйықтық қозғалған кезде денелер бет аумағында пайда болатын сыртқы күштер көрінеді: беттік тартылу, капиллярлы күштер, жабысу күші және ұстау (сцепление) және т.б. Бұл күштер қабатта сұйық қозғалысына қосымша кедергі жасайды, сондықтан осындай каналдардағы үздіксіз қозғалыс тек беттік күштерді өтуге жететін қозғалыстар әсерінен болады.

Субкапиллярлы каналдардың диаметрлері 0,0002 м-ден кіші болады. Мұндай микроскопиялық каналдардағы беттік күштердің көп болуы соншалық, әдетте қабат жағдайындағы күштер оларды өтей алмайды, сондықтан субкапиллярлы каналдарда сұйықтық қозғалысы болмайды. Сұйықтық субкапиллярлы құрылысқа ие болатын жынысты қанықтырады және жынысқа қатысты жағдайға көшеді, содан кейін қозғалыс тоқтайды.

Мұнай және газ кеніштерінің жыныстары негізінен капиллярлы каналдарға ие. Сондықтан қабатта мұнай мен газ қозғалысы кезінде осы қозғалысқа кедергі болатын күштер әсер етеді.

Мұнай және газ әдетте сазды жыныстан тұратын қабаттың өткізбейтін жабындары субкапиллярлы кеуек пен каналдарға ие болады және онда сұйық қозғалысы болмайды.

Тау жынысының кеуектілігі мен өткізгіштігінің өлшемдері арасында тікелей байланыс болмайды. Мысалы, саздар 40-50%-ке жететін абсолютті кеуектілікке ие, бірақ субкапиллярлы каналдар оларды өткізбейтіндей етеді. Құмтас пен әктастар 8-15%-тен аспайтын кеуектілікке ие, бірақ өткізгіштігі жағынан айырмашылық жасайды, өйткені олардың кеуектілік кеңістігінің құрылысы капиллярлы және жоғары капиллярлы кеуектілік каналының жетілуімен сипатталады.

Тау жынысының өткізгіштігінің мөлшерін анықтау үшін Дарсидің (ашқан ғалым құрметінен) сызықты фильтрация заңын қолдананды, ол бойынша кеуекті ортадағы фильтрация жылдамдығы қысым құлауына пропорционал және оның тұтқырлығына кері пропорционалды тәуелділігімен анықталады:

(2.3)

мұнда: υ - сызықты фильтрацияның жылдамдығы; Q - 1 с ішіндегі жыныс арқылы өтетін сұйықтықтың көлемдік шығымы; F - фильтрация ауданы; k - пропорционалдылық коэф­фициенті, басқаша жыныстың өткізгіштік коэффициенті деп аталады; µ - сұйықтықтың динамикалық тұтқырлығы; р - жыныстың үлгісінің ұзындығындағы қысым құлауы; L - сұйық фильтрациясының жүретін жол ұзындығы.

Жоғарыда келтірілген теңдіктен (2.3) өткізгіштік коэффициенті мынаған тең болады:

(2.4)

мұнда: Q – үлгі ұзындығы бойынша Р орта қысым кезіндегі мұнайдың немесе газдың көлемдік шығымы.

Бұл теңдеуі бойынша тәжірибелік жағдайда сұйықтық бойынша жыныстың өткізгіштігін анықтауда қолданылады.

Осылай СИ жүйесінде өткізгіштік коэффициенті ретінде 1 Па қысым өзгерісінде 1 м ұзындықта 1 м² үлгі ауданы арқылы фильтрация кезіндегі ортаның өткізгішттігі алынады, тұтқырлығы 1Па·с болатын сұйықтық шығымы 1м²/с болады.

k өлшемдігінің (аудан) физикалық мәні болып - өткізгіштіктің фильтрация өтетін кеуекті отаның қима каналдарын сипаттауы табылады.

1 м² өткізгіштік бірлігі үлкен және тәжірибелік есепке ыңғайсыз. Сондықтан кәсіптік істе өткізгіштікті бағалау үшін әдетте тәжірибелік бірлік – дарсиді (д) қабылдайды, ол 1 м²-тағы өткізгіштіктен 10¹² есе кіші (1 Д – қысым өзгерісі 1^кгс/_см² кезіндегі ұзындығы 1см, ауданы 1 см² арқылы өтетін фильтрация кезіндегі кеуекті ортаның өткізгіштігі, 1спз болатын сұйықтың тұтқырлық шығымы 1см²/с құрайды). 0,001 Д тең өлшем миллидарси деп аталады. 1 кгс/см³ = 10⁵ Па, 1 см³ = 10^-6 м³, 1 см² = 10^-4 м² екенін ескерсек, келесі қатынасты аламыз:

(2.5)

Табиғи мұнай коллекторының өткізгіштігі бір қабаттағы кең аралықта өзгеруі мүмкін.

Қабаттағы мұнай мен газ ағыны қысым өзгерісі жоғары жыныс өткізгіштігі аз мөлшерде де (10-20 мд аралығында және одан төмен) байқалады.

Көптеген мұнайлы және газды қабаттардың көп бөлшегі өткізгіштікті 100-ден 2000 мд аралығында мәнге ие. Сазды қабаттар миллидарсидің мыңдық болатын өткізгіштікке ие, сондықтан олар өткізбейтін болып табылады.

Мұнай және газ кен орындарының өндірістік жынысының сипаттық ерекшелігі болып олардың көлденең өткізгіштігі (қабатталуы параллель) осы жыныстың қабатталуына перпендикуляр бағытталатын үлкен болуы табылады. Бұл қабатталудың перпендикуляр жыныс тығыздығының жоғары болуымен түсіндіріледі.

Мұнай және газ кен орындарының кеуекті пайдалану кезінде мұнай, газ, су немесе мұнай-су-газ қоспасы жылжиды. Кеуекті ортада не жылжитыны және қозғалу сипатына байланысты бір ортаның өткізгіштігі әр түрлі болуы мүмкін. Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстардың өткізгіштігін анықтау үшін абсолютті, фазалы (тиімді) және салыстырмалы өткізгіштік деген ұғымдарды енгізеді.

Абсолютті өткізгіш деп қуысты орта тек қана қарастырып отырған фазамен толтырылды деген жағдайда, тек қандай да бір фазаның (газ немесе сұйық) сүзілінуі байқалатын қуыс ортаның өткізгіштігін айтады. Абсолюттік өткізгіш ретінде газ (азот) бойынша анықталған жыныстың өткізгіштігін есептеу қабылданған.

Фазалы (тиімді) өткізгіштік деп қуыстың құрамында көп фазалы жүйенің болуы кезіндегі берілген газ немесе сұйық үшін жыныстың өткізгіштігін айтады. Фазалық өткізгіш жыныстың физикалық қасиетіне және олардың сұйықтық пен газға қанығушылық деңгейіне тәуелді болады.

Қуысты ортаның салыстырмалы өткізгіштігі деп осы ортаның тиімді өткізгіштігінің абсолюттікке қатынасын алады.

Мұнай және газ кен орындарын пайдалану кезінде ортада екі және үш фазалары да бір уақытта болады және қозғалады. Осындай шарттарда ортаның кез келген фазасының өткізгіштігі оның абсолютті өткізгіштігі едәуір аз.

Тәжірибелер көрсеткендей әр түрлі фазаларға арналған тиімді және салыстырмалы өткізгіштері кеуекті орталардың мұнайға, газға және суға қанықтылығы мен сұйықтың физико-химиялық қасиеттеріне тәуелділікте болады.

Судың көлемі артқан кезде мұнай үшін өткізгіштік төмендейді және суға қанықтылық 80%-ке тең болған кезде мұнай қозғалысы тоқтайды. Сондықтан мұнай қабаттарын уақытынан ерте суға тасуынан және судың мұнай ұңғысын бұрғылауға түсуінен сақтау керек.

Кеуекті ортада болатын бос газдың аз мөлшерінде мұнай үшін кеуектілік қатты төмендейді. Демек, мұнай кен орындарын пайдалану үрдісі кезінде мұнайдан жеткілікті газ көлемінің шығуы жағымсыз, өйткені ол мұнайдың ұңғыға жылжуының шартының төмендеуіне әкеледі. Өткізгіштікті анықтау үшін әр түрлі құралдар түрін қолданады.