Алексеев В.И., Петров Д.А. Специальные методы исследования осадочных горных пород

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра минералогии, кристаллографии и петрографии

СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ

ГОРНЫХ ПОРОД

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальности 130306

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

УДК 551.1/4(075.83)

СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ

ГОРНЫХ ПОРОД: Методические указания к лабораторным работам / Санкт-

Петербургский государственный горный ин-т. Сост.: В.И. Алексеев, Д.А. Петров.

СПб, 2009. 26 с.

В методических указаниях изложена методика проведения лабораторных

работ по курсу «Специальные методы исследования осадочных горных пород ».

Приведены рекомендации по подготовке к занятиям, работе с петрографическими

образцами и шлифами и оформлению результатов выполнения лабораторных

исследований.

Предназначены для студентов специальности 130306 «Прикладная геохи-

мия, петрология, минералогия», обучающихся по специализации «Петрография и

геохимия пород – коллекторов нефти и газа».

Табл. 6. Ил. 6 Библиогр.: 17 назв.

Научный редактор проф. Ю.Б. Марин

им. Г.В.Плеханова, 2009 г.

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены в соответствии с про-

граммой курса «Специальные методы исследования осадочных гор-

ных пород» для специальности 130306 «Прикладная геохимия, петро-

логия, минералогия».

В современных условиях всё возрастающего экономического

интереса к природным углеводородам, сопровождающегося их исто-

щительной разработкой и ухудшением горно-геологических условий

добычи, важнейшую роль приобретают литологические исследования

природных резервуаров. Специальные методы исследования осадоч-

ных горных пород, направленные на оценку их фильтрационно-

ёмкостных свойств, позволяют повысить эффективность прогнозиро-

вания и геологоразведочных работ в нефтегазоносных бассейнах,

способствуют высокотехнологичной эксплуатации вскрытых пластов.

Глубокое знание специальных методов исследования осадочных гор-

ных пород является обязательным для студентов специальности

130306, обучающихся по специализации «Петрография и геохимия

пород – коллекторов нефти и газа».

Цель учебной дисциплины – познакомить студентов со спе-

циальными методами исследования осадочных горных пород, сла-

гающих нефтегазоносные комплексы.

В результате лабораторных занятий по курсу «Специальные

методы исследования осадочных горных пород» студент должен:

● закрепить знание теоретических основ, задач и возможно-

стей специальных методов исследования осадочных горных пород;

● научиться грамотно проводить петрографическое изуче-

ние осадочных пород для оценки их коллекторских свойств, выпол-

нять математическую обработку и интерпретацию результатов на-

блюдений;

● получить представление о существующих полевых и ла-

бораторных методах оценки фильтрационных свойств, водонасы-

щенности и нефтегазонасыщенности горных пород, о их комплекси-

ровании со специальными петрографическими методами при реше-

нии прикладных задач нефтегазовой геологии.

В процессе лабораторных и самостоятельных работ студент

закрепляет представления об арсенале современных методов иссле-

дования осадочных пород и знание теоретических основ их примене-

ния. Лабораторные работы помогают ему научиться выбирать и при-

менять на практике методы оценки коллекторских свойств горных

пород, а также правильно интерпретировать получаемые результаты.

Для успешного освоения методов исследования пород-

коллекторов студент должен предварительно освоить учебные дис-

циплины «Минералогия», «Литология», «Основы учения о полезных

ископаемых», «Методы петрографических исследований», «Лабора-

торные методы исследования минералов и горных пород» и «Матема-

тические методы моделирования в геологии».

В настоящих методических указаниях изложены план и поря-

док выполнения лабораторных работ по специальным методам иссле-

дования осадочных горных пород, требования к оформлению их ре-

зультатов. В указания включен список основной и дополнительной

литературы, которая рекомендована к пользованию при выполнении

работ и рефератов.

1. ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Программой учебной дисциплины предусмотрено изучение

наиболее распространенных пород-коллекторов, с которыми геолог

постоянно сталкивается при изучении природных резервуаров нефти

и газа. С целью повышения эффективности прогнозных и разведоч-

ных работ в нефтегазоносных бассейнах, надежного определения

параметров для подсчёта запасов, проектирования разработки место-

рождений и мероприятий по повышению нефтеотдачи необходимо

детально исследовать нефтегазосодержащие породы лабораторными

методами. Одним из направлений специальных исследований оса-

дочных пород является петрографическое изучение их коллекторских

свойств, структуры порового пространства с помощью поляризаци-

онного микроскопа.

Исходным материалом для лабораторных работ служат учеб-

ные коллекции шлифов пород-коллекторов кафедры минералогии,

кристаллографии и петрографии. Подборка включает в основном

препараты главных видов коллекторов – песчаников, алевролитов,

известняков и доломитов. При самостоятельной работе студенты мо-

гут использовать также учебные коллекции шлифов Горного музея,

кафедры исторической и динамической геологии, кафедры геологии и

разведки месторождений полезных ископаемых.

Главным объектом лабораторных работ являются главнейшие

коллекторы – обломочные породы, но все планируемые исследования

могут быть легко переориентированы на карбонатные, сульфатные и

кремнистые коллекторы.

Учебные шлифы имеют большую научную и учебную цен-

ность, так как несут важную информацию о различных литологиче-

ских или фильтрационно-ёмкостных свойствах коллекторов, служат

эталоном конкретного вида порового пространства. При работе со

всеми коллекциями студенты обязаны относится к ним бережно,

помня о невосполнимости части шлифового фонда. Разбитый шлиф –

это, как правило, свидетельство низкой квалификации или халатно-

сти студента, его некомпетентности как будущего инженера и

научного исследователя.

2. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

При подготовке к проведению лабораторных работ, следует

освоить материал лекций, проштудировать соответствующие разделы

учебного пособия и другой рекомендуемой учебной и научной лите-

ратуры. При этом наиболее важные определения, термины, методиче-

ские положения необходимо конспектировать, а схемы классифика-

ции специальных методов исследования пород, алгоритмы и примеры

их применения фиксировать в виде таблиц, блок-схем и рисунков.

Для рациональной организации такой подготовки самостоятельная

работа над заданиями предваряется демонстрациями на лабораторных

занятиях эталонных петрографических коллекций кафедры МКП,

примеров применения лабораторных методов их исследования и ре-

зультатов обработки данных.

Перед проведением микроскопических исследований студен-

ты должны восстановить в памяти знания по применению кристалло-

оптического метода определения горных пород и стереологических

методов исследования структуры минеральных агрегатов. Обработка

и интерпретация данных наблюдений невозможна без свободного

владения методами математической статистики и современными ин-

формационными технологиями.

3. ТЕМЫ И СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Тема 1. СТРУКТУРА МИНЕРАЛЬНОГО СКЕЛЕТА

ПОРОД–КОЛЛЕКТОРОВ

Лабораторная работа № 1:

Гранулометрический анализ пород-коллекторов

Цель работы: научиться измерять и интерпретировать грану-

лометрические параметры пород-коллекторов.

Исходный материал: шлифы рабочей коллекции пород-

коллекторов.

Решаемые задачи: 1) измерить размеры зёрен в обломочной

породе с использованием микроскопа и системы VideoTest (в режиме

ручных измерений); 2) построить гистограммы распределения зёрен

по размерам (в десятичном и логарифмическом масштабах); 3) вы-

числить средний размер зёрен и коэффициент сортировки.

Объем работы: 2 задания.

Лабораторное обеспечение: поляризационный микроскоп

Zeiss AxioLab с видеоприставкой, компьютеры с установленными

программами VideoTest и MS Excel.

Теоретические основы выполнения работы.

Под гранулометрическим составом породы понимают размер

составляющих её компонентов и их количественные соотношения.

Процессы дифференциации обломочного материала во время пере-

носа и осаждения отражаются на распределении их по размеру и ока-

зывают большое влияние на коллекторские свойства осадочной по-

роды. Результаты распределения могут быть выражены с помощью

гистограмм. Для разделения зёрен по фракциям и построения гисто-

грамм могут использоваться различные градационные шкалы. Наи-

более простой является десятичная шкала, с постоянным размером

классов. Однако частицы в обломочных породах часто распределя-

ются по логнормальному закону, поэтому наряду с десятичной шка-

лой широко используются логарифмические шкалы. Примером такой

шкалы может служить шкала γ (табл.1, по В.П. Батурину):

Таблица 1

Соотношение десятичных значений со шкалой γ (по В.П. Батурину)

Шкала диаметров

части в мм

Значение тех же

диаметров частиц

по шкале γ

Шкала диаметров

частиц в мм

Значение тех же

диаметров частиц

по шкале γ

0,01 20 0,315 5

0,012 19 0,40 4

0,016 18 0,50 3

0,020 17 0,63 2

0,025 16 0,80 1

0,031 15 1,0 0

0,04 14 1,25 - 1

0,05 13 1,60 - 2

0,063 12 2,00 - 3

0,08 11 2,50 - 4

0,10 10 3,15 - 5

0,125 9 4,00 - 6

0,16 8 6,30 - 7

0,20 7 8,00 - 8

0,25 6 10,00 - 10

Данные гранулометрического анализа пород позволяют по-

лучить ряд характеристик и, прежде всего, величину среднего диа-

метра зёрен, необходимую для замены фракционного состава породы

обобщающей величиной. Вычислять средний размер зёрен при ис-

следовании шлифов рекомендуется по формуле:

ср

= 0,01 ∙ (d

+ … +d

), (1)

где d

, d

… d

– средние диаметры зёрен по классам; n

, n

… n

– процентное содержание соответствующих фракций в породе.

Выражать гранулометрический состав породы с помощью

одного только среднего или средневзвешенного диаметра зёрен нель-

зя, так как в этой величине устранены все различия отдельных фрак-

ций, составляющих породу. При одном и том же значении среднего

диаметра, отклонение от него меняется для разных фракций. Вели-

чина отклонений индивидуальных значений от среднего характери-

зует степень однородности обломочного материала, его сортировку и

называется коэффициентом отсортированности (S

). Для расчета

этого коэффициента можно применять такой статистический пара-

метр, как стандартное отклонение выборки, по формуле:

= (d

ср

+σ) / d

ср

, (2)

где σ – стандартное отклонение выборки.

Порода считается хорошо отсортированной при S

= 1,0–1,5,

среднесортированной при S

= 1,5–2,0 и плохосортированной при

> 2,0.

Другой способ определения отсортированности – построение

интегральной (кумулятивной) кривой, которая показывает суммар-

ную долю фракций меньше определенного диаметра.

кумулятивная кривая

100

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45

размер, мм

Рис. 1. Пример кумулятивной кривой

Коэффициент отсортированности К

в данном случае опреде-

ляется как соотношение диаметров частиц, содержащихся в количе-

стве 25% (Q

) и 75% (Q

= Q

/ Q

(3)

Коэффициент отсортированности К

равен 1÷2,5 для хорошо

отсортированной породы, 2,5÷4,5 – для среднеотсортированной и

более 4,5 – для плохо отсортированной. По кумулятивной кривой

можно также определить медианный размер M

(такой размер зерен,

меньше и больше которого в породе содержится 50% частиц), и ко-

эффициент асимметрии Ka, который показывает, зёрна какой круп-

ности преобладают в породе:

Ka = (Q

∙ Q

) / M

(4)

Если Ka < 1, в породе преобладает крупнозернистый матери-

ал, если Ka > 1, – преобладает тонкозернистый материал.

Порядок выполнения работы:

Часть 1. Получение и обработка микрофотографий.

1) помещают шлиф в микроскоп, выбирают участок измере-

ний: в поле зрения должно попадать не менее 200-300 зёрен (для

среднезернистых пород рекомендуется объектив 1,25

, для мелкозер-

нистых – 2,5

);

2) переключают микроскоп в режим работы с камерой, запус-

кают на компьютере программу VideoTest;

3) выводят изображение с камеры на экран (команда «Вывес-

ти изображение»); в появившемся окне Baumer Optic, в меню «Уста-

новки» регулируют при необходимости яркость и баланс цветов, на

микроскопе регулируют фокус; загружают изображение, нажав кноп-

ку OK;

4) в меню программы VideoTest «Измерения – Калибровки»

устанавливают калибровку, соответствующую рабочему объективу

микроскопа (Полам 2,5, Полам 10, Полам 20 и т.д.), выбирают калиб-

ровку в миллиметрах;

5) в меню «Инструменты» устанавливают режим «ручные из-

мерения»;

6) при помощи инструмента «Измерение длины» измеряют

длину 200 зёрен (для большей точности рекомендуется увеличивать

изображение при выделении); зёрна необходимо выделять все под-

ряд, независимо от размера, без пропусков;

7) выделяют таблицу классов и копируют её в программу Ex-

cel, сохраняя в рабочей папке.

Часть 2. Построение гистограммы, кумулятивной кривой и

расчет гранулометрических параметров.

1) сортируют значения по возрастанию;

2) выбирают из имеющегося списка значений максимальное

(χ

max

) и минимальное (χ

min

) значения;

3) определяют число классов группировки (К) (количество

столбцов гистограммы). Обычно принимают от 8 до 15, но существу-

ет формула для определения количества классов: K=1+4 ∙ lg(n), где n

– число наблюдений;

4) определяют интервал одного класса: C = (χ

max

- χ

min

)/K

5) выбирают границы классов: границу первого класса выби-

рают так, чтобы туда обязательно попало минимальное значение χ

min

а последующие – простым добавлением интервала класса С;

6) данные разносят по классам и подсчитывают количество

наблюдений, попадающих в каждый класс (определяют частоты);

значения, совпадающие с границей класса, относят к меньшему клас-

су;

7) строят столбчатую диаграмму: по оси Х – границы классов,

по оси Y – частоты;

8) аналогичным образом строят гистограмму распределения

по шкале γ (по Батурину) для чего в качестве границ классов берут

значения из таблицы; сравнивают с десятичной гистограммой и оце-

нивают характер распределения (нормальный, логнормальный, би-

модальный);

9) подсчитывают средневзвешенный размер зёрен по десятич-

ной шкале, используя формулу (1);

10) подсчитывают коэффициент отсортированности S

по

формуле (2) и оценивают степень сортировки;

11) строят кумулятивную кривую на диаграмме, в которой по

оси x откладывают размер зерен, а по оси y – процентное содержание