Определение газопроницаемости горных пород

ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМОКАЕМОСТИ ГРУНТОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ ГРУНТОВ

Ползучесть в условиях колебания, давления и температуры жидкости является основным реологическим параметром горной породы. Явление ползучести стенок глубоких скважин представляет собой нежелательный фактор и оказывает отрицательное влияние в процессе ее проводки. Основные факторы, вызывающие возникновение реологических процессов горных пород ствола скважины следующие: давление вышележащих пород, перепад давления, перепад температуры между пластом и скважиной, а также колебания давления и температуры во времени.

Ползучесть проявляется в постоянном росте деформации при неизменном напряжении, обычно при продолжительном действии нагрузки на породу, даже если давление не превышает предела пропорциональности.

Значительной ползучестью отличаются глины, аргиллиты, некоторые разновидности известняков и хемогенных пород. Ползучесть усиливается при увеличении влажности породы.

Устойчивость пород одного и того же состава в разных дисперси­онных средах различна. Так в щелочных средах глины деформируются быстрее, растворы полимеров, силикаты, гуматы оказывают крепящее действие на породы. Поэтому при выборе бурового раствора для вскрытия интервала, особенно подверженного данному виду деформации, необходимо обратить внимание на его pH и крепящее действие.

Единица измерения ползучести - Δ1 - м, а так как деформация представляет собой достаточно малую величину, т.е. измеряется в мм, то ползучесть записывается так: Δ1*10³,м.

1.3.Лабораторная работа № 3

Размокаемость грунтов также является деформационной характеристикой неустойчивых горных пород. К ним относятся глины, аргиллиты, хемогенные породы.

Размокаемость грунтов измеряется в процентах и вычисляется по формуле

Г – Р

П=-------- 100% (1.4)

Г

где П - распад грунта, %

Г - начальная числовая отметка на приборе;

Р - числовая отметка в процессе размокания.

Скорость размокания грунта одного и того же состава неодинакова в различных дисперсионных средах. В растворах крепящего действия, например, хлоркальциевых, силикатных или имеющих в своём составе высоковязкие полимеры, скорость размокания гораздо ниже, чем в электролитах.

Знание лабораторных значений размокаемости грунтов дает возможность правильно подобрать состав промывочной жидкости при вскрытии неустойчивой горной породы.

2.1.1.Описание лабораторной ycтановки ГК-5

Схема установки для определения газопроницаемости приведена на рис.1.

Газ из баллона 1 с редуктором 2,позволяющим регулировать давление, через барботажный сосуд 3 и манометр 4 подводится к испытуемому образцу 5, помещенному в специальную герметизирующую обойму и, пройдя через образец, поступает в емкость 6 с водой и градуированной стеклянной трубкой, по которой вытесненная газом, прошедшем через образец, вода попадает в мерный цилиндр 7. В цилиндре фиксируется объем воды через определенное время: 5,10,15 мин.

Измерение расхода газа (жидкости) производится не менее, чем при трех давлениях, устанавливаемых в зависимости от проницаемости образца. При каждом давлении, расход газа (жидкости) измеряется не менее 3-х раз. Результаты измерений заносятся в журнал проведения испытаний, где указывается также температура и атмосферное давление окружающей среды.

При подсчете проницаемости учитывается противодавление, которое оказывает столб жидкости в стеклянной градуированной трубке.

Испытуемый образец размещается в герметизирующей обойме. Герметизация образца осуществляется резиновой манжетой, которая сжимается винтовым зажимом и при этом плотно прилегает к стенкам обоймы и образца.

2.1.2.Определение физической (абсолютной) газопроницаемости горной породы

Подготовленные к испытанию образцы горной породы перед проведением опыта обезвоживаются предварительно в сушильном шкафу при невысокой температуре, не вызывающей деструкцию породы.

После предварительного обезвоживания образцы высушиваются до постоянного веса в вакуумном шкафу и затем хранятся в эксикаторах над фосфорным ангидритом.

Взвешивание образцов для определения конца высушивания следует проводить через каждые 2 часа.

Перед определением проницаемости измеряются длина и диаметр образцов штангенциркулем в м, и первоначальная высота воды в градуированной трубке 7 линейкой в м.

Подготовленный образец вставляется в герметизирующую обойму, прибор собирается по

схеме на рис.1.,но в случае определения абсолютной газопроницаемости увлажнять азот не надо, поэтому из схемы исключается барботажный сосуд 3.

Рис. 1. Установка для определения газопроницаемости

1 – Баллон с азотом;

2 – Редуктор;

3 – Барботажный сосуд;

4 – Манометр;

5 – Обойма с образцом;

6 – Емкость с водой и градуированной стеклянной трубкой;

7 – Измерительная емкость.

Открывают кран на редукторе, подают давление на манометр 4. Сначала давление составляет 10 делений манометра, при таком давлении снимают три показания объема жидкости в мерном цилиндре за 5,10,15 мин фильтрации, потом давление повышают до 15 делений и снимают также три показания через 5,10,15 мин, и при давлении 20 делений объем отфильтровавшейся воды через 5,10,15 мин.

Результаты опыта оформляются следующим образом:

ПРИМЕР 1

Образец N____

Газ - азот - сухой

Длина образца l- м, диаметр образца d - м, атмосферное давление по барометру Р мм.рт.ст., первоначальная высота воды в градуированной трубке Н - мм.вод.столба

P,делений
V, см^3
t, с

2.1.3.Определение фазовой (эффективной) газопроницаемости горной породы

Определение аффективной газопроницаемости водонасыщенного образца породы производится по несколько отличной методике.

Образцы породы не подвергают высушиванию, а погружаются в воду и помещают под вакуумную тарелку. При разряжении в - 0,1 атм образцы насыщаются водой в течение суток.

Образцы извлекают из воды непосредственно перед испытанием, замеряют их длину, диаметр и укрепляют в герметизирующей обойме.

Собирают установку по рис.1, но следует учесть барботажный сосуд, т.е. перед вхождением в образец азот должен быть увлажнен. В противном случае возможно частичное испарение воды из образца во время опыта, что повлечет за собой изменение его газопроницаемости.

Далее определение эффективной газопроницаемости производят так же, как описано в п.2.1.2. и результаты опыта оформляются по той же схеме.

Затем приступают к математической обработке полученных результатов.

2.1.4.Расчет коэффициентом абсолютной и фазовой газопроницаемости породы

Опытные данные вводятся в компьютер в тех единицах, которые указаны в таблицах. Программа расчета коэффициентов учитывает атмосферное давление, температуру, расход газа, его расширение его динамическую вязкость, время фильтрации газа, перепад давления до и после образца.

Программа составлена в диалоговом режиме и трудностей при работе в ней быть не должно.

Результаты расчетов распечатать и приложить к отчету.

2.1.5. Содержание отчета по определения газопроницаемости

Отчет должен содержать: название работы, цель работы, перечисление необходимого оборудования, рисунок установки, результаты опытов в виде рекомендованной таблицы; компьютерную распечатку расчета коэффициентов абсолютной и фазовой газопроницаемости, конечный результат с учетом выпадающих точек.

Дата добавления: 2015-04-24