По физике нефтяного и газового пласта

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО ФИЗИКЕ НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

 

Методические указаниядля студентов очной и заочной формобучения по специальности 130503.65 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».

 

 

 

 

Пермь 2013 г.

Лабораторные работы по курсу «Физика нефтяного и газового пласта» включают 14 лабораторных работ с краткой теоретической проработкой, описанием лабораторного оборудования и методикой выполнения работ.

Предназначены для студентов очной изаочной формобучения по специальности 130503.65 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».

 

 

Составили:	Зав. кафедрой НГТ, проф.	Хижняк Г.П.
	доцент кафедры НГТ, канд. техн. наук	Злобин А.А.
	ст. преподаватель кафедры НГТ	Плюснин Г.В.

 

Содержание

№	Наименование	Стр.
	Содержание
	Введение
	Общие правила выполнения и защиты лабораторных работ
	Отбор керна, профильные исследования, изготовление и подготовка образцов
	Изучение петрофизических свойств горных пород
	4.1. Гранулометрический состав
		Лабораторная работа № 1. Определение гранулометрического состава пород ситовым способом
4.2. Карбонатность
	a)	Лабораторная работа № 2. Определение карбонатности горных пород газометрическим способом с помощью прибора Кларка
	b)	Лабораторная работа № 3. Определение карбонатности горных пород газометрическим способом с помощью карбонатомера КМ-04М
4.3. Пористость
		Лабораторная работа № 4. Определение коэффициента пористости по методу Преображенского
4.4. Проницаемость
		Лабораторная работа № 5. Определение коэффициента абсолютной проницаемости горных пород при стационарной фильтрации газа с помощью установки ГК-5
	Лабораторная работа № 6. Измерение фазовой проницаемости горных пород с помощью установки BPS -805
	4.5. Остаточная водонасыщенность и распределение пор по размерам в образцах горных пород
		Лабораторная работа № 7. Моделирование остаточной водонасыщенности горных пород методом центрифугирования
Лабораторная работа № 8. Построение дифференциальной кривой распределения пор по размерам в образце горных пород по методу центрифугирования
	Изучение физико-химическихсвойств флюидов
	5.1. Плотность флюидов
	Лабораторная работа № 9. Определение плотности жидкости с помощью тензиометра К – 11
5.2. Поверхностное натяжение
	Лабораторная работа № 10.Определение поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз методом счета капель
Лабораторная работа № 11.Определение поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз методом кольца с помощью тензиометра К-11
Лабораторная работа № 12.Определение поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз методом пластины
5.3. Вязкость
	Лабораторная работа № 13.Исследование зависимости изменения вязкости жидкости от температуры
5.4. Растворы
	Лабораторная работа № 14.Измерение рН, общего солесодержания, солености, удельного сопротивления, удельной электропроводности раствора с помощью комбинированного измерителя «Seven Multi».
	Приложение 1
	Приложение 2
	Список литературных источников

 

ВВЕДЕНИЕ

Для выполнения работ используется лабораторное оборудование аудиторий 08, 08^а и 317^а кафедры «Нефтегазовых технологий» (НГТ).

Цель методического пособия - закрепить и углубить теоретические знания по соответствующим разделам курса, привить навыки проведения экспериментальных исследований, ознакомить с методикой эксперимента по определению некоторых физических свойств горных пород и флюидов, помочь раскрыть физическую сущность процессов, происходящих в поровом пространстве, научить пользоваться лабораторным оборудованием и дать навыки математической обработки полученных экспериментальных данных.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Подготовка к лабораторным работам заключается в самостоятельном изучении теории по рекомендуемой литературе и конспектированию необходимых методических указаний по лабораторной работе. Студент должен заблаговременно ознакомиться с описанием предстоящей лабораторной работой, методикой проведения эксперимента, сделать эскиз или схему установки, заготовить соответствующие таблицы и, если необходимо, миллиметровку для построения графиков.

Выполнение отдельной лабораторной работы производится группой из 3-4-х человек в часы, предусмотренные расписанием занятий.

Перед выполнением работы дежурный по группе получает необходимые приборы и инструменты, после этого студенты должны ознакомиться непосредственно с лабораторным оборудованием и подготовить его к работе.

Включение оборудования производится только с разрешения ведущего преподавателя после соответствующей проверки и инструктажа по технике безопасности.

Отчет выполняется на листах формата А4 и сдается на очередном занятии ведущему преподавателю.

Отчет обязательно должен включать в себя: название работы, краткие теоретические выкладки, порядок расчета параметров, схему установки, таблицу результатов, графики и основной вывод.

Расчет параметров производится, используя математические зависимости с расшифровкой входящих переменных и с указанием размерностей величин.

Графики выполняются на листах-вкладышах из миллиметровой бумаги. Экспериментальные или расчетные точки на графике наносятся отчетливо и должны быть обозначены. Координатные оси подписываются, и указывается определенная размерность.

Защита производится путем индивидуального или коллективного собеседования с членами группы, выполнившими лабораторную работу. Необходимым условием успешной защиты отчета является безукоризненное знание ответов на все контрольные вопросы.

Для удобства работы в конце методического пособия дан справочный материал о соотношениях между единицами физических величин основных систем единиц (Приложение 1), о приставках и множителях для образования десятичных кратных и дольных единицах (Приложение 2).

 

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

Отбор керна при бурении скважин – сложная, трудоемкая задача, особенно при бурении глубоких скважин. Но несмотря на большие финансовые затраты отбор керна производят, так как он позволяет получить максимально полную информацию о породах глубокозалегающих горизонтов (литологический состав, фильтрационно-емкостные свойства, характер насыщения и др.).

Нормы отбора керна скважин регламентируется в зависимости от категории скважины - опорная, параметрическая, структурная, поисковая, разведочная, эксплуатационная, специальная. В опорных скважинах производится сплошной отбор керна, начиная с опорного горизонта. В параметрических скважинах проводится отбор керна в размерах, обеспечивающих установление и уточнение стратиграфических границ. Проходка с отбором керна варьируется в зависимости от изученности разреза и глубины скважины. В поисковых скважинах керновый материал служит для характеристики литологии и стратиграфии разреза, уточнения структурных построений и предварительной оценки параметров пород-коллекторов. Керн в этих скважинах отбирается в объеме 20 % от глубины скважины. В разведочных скважинах, расположенных на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью, отбор керна в объеме не менее 6-8 % от общей глубины скважины производится в интервалах залегания продуктивных пластов. В эксплуатационных скважинах объем керна определяется требованиями представительности исходных данных при обосновании подсчетных параметров продуктивного пласта. В оценочных скважинах, бурящихся на вновь вводимых или длительно разрабатываемых месторождениях (залежах) с целью определения величины нефтенасыщенности и оценки остаточных запасов продуктивных пластов, должен производиться сплошной отбор керна по всей толще продуктивного пласта.

Регистрация и нумерация керна проводится в строгом соответствии с порядком извлечения его из колон­ковой трубы. Для укладки, транспортировки и хранения керна используются ящики длиной 1 м, шириной 0.6 м, высотой 0.1 м. В ящиках должны быть продольные перегородки, расстояние между которыми зависит от диаметра керна (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. Ящики с керном.

Одной из основных составляющих геологической информации о разрезе, вскрытом скважиной, является литологическое описание кернового материала, поднимаемого в процессе бурения. Различают предварительное и окончательное описание. Предварительное макроскопическое описание керна выполняется на буровой непосредственно после извлечения керна из колонковой трубы представителем геологической службы с целью отнесения породы к тому или иному литотипу, установления степени макронеоднородности, текстурных особенностей, фикса­ции наличия или отсутствия пористости, каверн и трещин, визуальной оценки характера насыщенности и т. п. При выполнении макроописания керна пользуются лупой, соляной кислотой и каким-либо растворителем (бензином). Окончательное макроописание керна выполняют в центральном кернохранилище или лаборатории. При этом уточняется и дополняется полевое макроописание.

Изучению керна в центральном кернохранилище предшествует его обработка: сначала

	керн моется и выполняется проверка его укладки. Для этого керн может быть разложен на специальные роликовые столики (длиной 1 м) (рис. 3.2) для дальнейшего перемещения или оставаться в тех же ящиках, в которые был уложен на буровой. Раскладка на столиках должна соответствовать раскладке ящиков (одна ячейка в ящике = одна ячейка столика). Керн в ячейках раскладывается по порядку возрастания номеров со строгим сохранением последовательности отбора.
Рис. 3.2. Керн на роликовом столике.

Далее следуют профильные (продольные) исследования: фотографирование, гаммасканирование, продольная распиловки и отбор образцов на дальнейшие стандартные и углубленные исследования.

Каждый ящик (или столик) фотографируется в ультрафиолетовом (УФ) и дневном свете. Фотографирование производится при помощи специализированной фотолаборатории, в ПНИПУ и Центре исследования керна и пластовых флюидов (ЦИКиПФ) ООО «ПермНИПИнефть» - это комплексы «Фотокерн-люкс» (рис. 3.3). Фотография, сделанная при дневном свете, позволяет уточнить детали литологии пород (например, текстурные особенности, распределение и формы каверн, распределение включений, кальцитизацию и др.), характер насыщения их полостного пространства нефтяным флюидом. Фотоизображения, выполненные в УФ, дают ценную информацию о насыщенности

Рис. 3.3. Установка «Фотокерн-люкс».

пустотного пространства пород разреза углеводородами (УВ) и их типе - тяжелая нефть, легкая нефть, газ (рис. 3.4, 3.5).

Фото при дневном свете

Фото в ультрафиолетовом свете Бледно-желтое и зеленовато-желтое свечение – нефтенасыщенные песчаники

 

Рис. 3.4. Образец фотографий керна из визейских терригенных отложений при дневном и ультрафиолетовом свете. Насыщение нефтью проявляется на снимке в УФ светло-желтым свечением, плотные породы – не светятся (темно-синие).

 

Целью фотографирования керна в УФ является качественный и количественный люминесцентный анализ. Для интерпретации полученных фотоизображений используется подготовленная эталонная коллекция.

Гаммасканированиевсей колонки керна выполняется после его фотографирования. На этом этапе профильных исследований производится измерение естественной радиоактивности пород керна. Различные породы характеризуются различным содержанием радиоактивных радикалов (U, T, K и др.), что эффективно используется в геофизике для изучения разрезов скважин радиоактивными методами каротажа (ГК, НГК и др.). При сканировании естественной радиоактивности колонки поднятого керна получают кривые распределения радиоактивности пород в интервале разреза, пройденном с отбором керна (рис. 3.6).

 

Фото при дневном свете

Фото в ультрафиолетовом свете.Ярко-голубое и розоватое свечение – нефтенасыщенные по трещинам, кавернам и пористым участкам

 

Рис. 3.5. Образец фотографий керна из башкирских карбонатных отложений при дневном и ультрафиолетовом свете. Насыщение легкими углеводородами отчетливо проявляется на снимке в УФ ярко-голубым и розовым свечением.

Интегральная активность	Уран	Торий	Калий
Рис. 3.6. Результаты профильной гаммаспектрометрии керна из верейского горизонта (пласт В3) в разрезе скв. 108 Енапаевской площади, инт. 1115.0-1119.5 м.

Для профильного сканирования естественной радиоактивности керна используется гаммаспектрометр "Спутник-Гео" (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Гаммаспектрометр «Спутник-Гео» для профильной

гаммаспектрометрии керна.

Полученные кривые (суммарную кривую) необходимо сопоставить с кривой гамма-каротажа (ГК), снятой в разрезе скважины (рис. 3.8). В итоге, появляется возможность уточнить положение керна в разрезе продуктивного горизонта и проверить корректность его выемки и укладки.

Рис. 3.8.Сопоставление результатов профильной гаммаспектрометрии и радиокаротажа. Верейский горизонт, пласт В3. Керн необходимо поднять на 1 м.

 

При работе с продуктивными пластами небольшой толщины точность отбора керна имеет большое значение, т.к. позволяет избежать ошибки при интерпретации результатов петрофизических исследований, планировании мероприятий разработки и повышения нефтеотдачи.

Макроскопическое описание керна выполняется после продольного гаммасканирования и продольной распиловки. При описании необходимо пользоваться лупой, эталонной шкалой твердости, шаблонами для определения размеров зерен песчаных пород, соляной кислотой (объемная концентрация 1:10) для определения карбонатности и растворителями (бензин, хлороформ) для определения битуминозности.

Возможен следующий порядок макроскопического описания керна:

а) название породы (конгломерат, гравелит, песчаник, алевролит, аргиллит, глина, мергель, известняк, доломит, ангидрит и др.);

б) цвет породы (отмечается основной цвет, оттенки, изменение цвета по слою, приуроченность различного цвета к тем или другим литологическим типам пород или их особенностям):

в) вещественный состав породы (например: песчаник кварцевый, полимиктовый, полевошпатово-кварцевый и др.);

г) структура породы. Для обломочных пород дается общая характеристика: мелко-, средне-, крупно-, разнозернистая; характер отдельных структурных элементов - угловатость, окатанность, сортировка; изменение структурных особенностей по слою и др.).

д) текстура породы. Основным текстурным признаком осадочных пород является наличие слоистости. Слоистость классифицируется по толщине пропластков и характеру их контактов.

е) контакты между слоями. Этот признак очень важен для последующих фациальных и секвенстратиграфических реконструкций. Контакты бывают эрозионными и постепенными.

ж) трещиноватость. Важный признак, который должен быть тщательно описан на целом керне, еще не подвергнутом фрагментации на различные виды исследования. В описании необходимо ответить характер, густоту (в пересчете на один метр длины и на поперечное сечение), длину и выдержанность трещин в пределах керна, ширину, форму, строение стенок трещин, раскрытость и закрытость их (в мм), вещество, выполняющее трещины (нефть, твердый битум, кальцит, гипс и др.).

з) наличие видимых невооруженным глазом пор или пустот (каверн и полостей), их размеры, форма, обилие.

и) условия залегания слоя. Определение угла падения необходимо для тектонических построений и для определения истинной мощности отложений. Важно указать, залегает слой горизонтально или наклонно, в последнем случае определить при помощи транспортира угол падения относительно оси керна. При определении угла падения необходимо иметь в виду возможное искривление ствола скважины или его наклон, предусмотренный проектом. Для избегания ошибочного истолкования условий залегания перед выполнением макроописания желательно ознакомиться с фактическими данными по бурению изучаемой скважины.

Макроскопическое изучение керна является базой для всех дальнейших геологических обобщений и научных выводов. Только профессиональное изучение пород в их естественной слоевой последовательности дает объективное представление о разрезе в целом. Макроописание керна сопровождается систематическим отбором образцов для последующих лабораторных исследований.

После выполненных профильных исследований (фотографирования, гамма-сканирования и макроописания) и отбора образцов для дальнейших исследований керн укладывается на долговременное хранение на специальные стеллажи (рис. 3.9, 3.10).

Рис. 3. 9. Вилочный штабелер «4500 Samag» Италия, доставка, укладка и выемка керна из ячеек стеллажей.	Рис. 3. 10. Система стеллажей для хранения керна, фирма «Стелл» Россия.

 

Подготовка отобранных для дальнейших исследований образцов горных пород должна осуществляться в соответствии с требованиями ГОСТа 26450.0-85 «Породы горные. Общие требования к отбору и подготовке проб для определения коллекторских свойств». Стандарт распространяется на горные породы, насыщенные в природных условиях нефтью, газом или водой и устанавливает общие требования к отбору и подготовке образцов.

Изготовляются образцы правильной геометрической формы – цилиндрической и кубической. Образцы высверливаются (вырезаются) преимущественно из серединной части керна с исключением участков, на которых визуально фиксируются трещины. Предпочтительны образцы цилиндрической формы диаметром и длиной не менее 25 мм. Для их изготовления применяются вертикально-сверлильный станок (рис. 3.11) с алмазными коронками и отрезная пила (рис. 3.12).

Рис. 3.11. Вертикально-сверлильныйстанок.	Рис. 3.12. Радиальная отрезная пила RCSS-415.

 

Условным значком указывают ориентацию образца параллельно или перпендикулярно напластованию. Маркировку образца осуществляют черной тушью или быстросохнущей краской на очищенной поверхности (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Цилиндры и кубики.

Для определения свойств горных пород - пористости, абсолютной проницаемости, гранулометрического состава, карбонатности - необходимо иметь сухой минеральный скелет образца, лишенный каких-либо следов присутствия нефти и воды. Для этого образцы, содержащие углеводороды, очищаются от них путем экстракции. Удаление органического содержимого из пор породы лучше всего осуществляется экстрагированием образцов в аппарате Сокслета (рис. 3.14). В качестве растворителей используют спиртобензольную смесь в соотношении 1:2, толуол, четыреххлористый углерод, хлороформ и др.

Рис. 3.14. Аппараты Сокслета.

При высокой минерализации пластовой (связанной) воды, образцы, не содержащие водорастворимые и набухающие минералы, подвергают термической экстракции в аппарате Сокслета в присутствии дистиллированной воды.

Проэкстрагированные образцы высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре не более 102-105⁰С. Сушка образцов, содержащих более 20% глинистых и неустойчивых минералов, производится при температуре не более 80⁰С. Высушенные образцы хранятся в эксикаторе над прокаленным хлористым кальцием.

Образцы слабосцементированных, легко разрушающихся и кавернозных пород заделывают в специальные латексные манжеты, покрывают боковые поверхности эпоксидной шпатлевкой, устанавливают на торцах высокопористые пластины из спеченного стекла.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОРОД

СИТОВЫМ СПОСОБОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Построение кривых распределения зерен по размерам и суммарного гранулометрического состава. Ознакомление с методикой проведения эксперимента и электродинамическим вибростендом ПЭ-6700.

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА: Вибростенд приводится в действие электромотором, который посредством соединительной муфты связан с встряхивающим механизмом, заключенным в кожух станины.

Сита устанавливают на поддоне, передвигаемом вдоль двух колонн, и закрепляют хомутом. С помощью эксцентриков, закрепленных на валике, и, соединенных хомутом с поперечиной, осуществляется вращательное движение и встряхивание сит. Вибростенд работает с частотой колебания рабочего стола от 12 до 25 гц и амплитудой колебания от 0,25 до 4 мм. Благодаря этому сита встряхиваются, способствуя тем самым нормальному рассеиванию зерен.

Под ситами внизу устанавливается плотная бумага, в которую отсеивается фракция с размером частиц меньше 0.14 мм. Стандартный набор состоит из 11 сит. Размеры отверстий сит указаны в таблице 4.1.2.

(c) Таблица 4.1.2

№ п/п	№ сита	Сторона квадратного отверстия, мм	№ п/п	№ сита	Сторона квадратного отверстия, мм
		1.60			0.2
		1.25			0.14
		0.80			0.071
		0.63			0.05
		0.56			0,009
		0.45

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Образец породы, экстрагированный и высушенный при t = 105 ⁰С, размельчают на составляющие его зерна в фарфоровой или агатовой ступке пестиком.

2. Из приготовленного таким образом песка берут навеску, равную 50 г.

3. Установить в встряхивающий аппарат набор из 5 сит, диаметр отверстий в которых составляет 0.8; 0.56; 0.45; 0.2; 0.14 мм. Под ситами внизу установить плотную бумагу, в которую отсеивается фракция с размером частиц меньше 0.14 мм.

4. Индикатором ТАЙМЕР установить время – 15 минут. При меньшей продолжительности рассеивание может быть не полным.

5. Подстроить при необходимости амплитуду вибрации рабочего стола ручкой регулятора АМПЛИТУДА.

6. После автоматической остановки вибростенда, набор сит извлечь из аппарата и содержимое каждого сита и плотной бумаги аккуратно высыпают на глянцевую бумагу и обметают сита от приставших частиц мягкой волосяной кисточкой.

7. Каждую фракцию взвесить и подсчитать ее процентное содержание по массе g_i:

, (7)

где m_i – масса песка, оставшегося на i-ом сите; N – количество сит.

8. По формуле (2) рассчитать нарастающее суммарное содержание фракций.

9. Результаты занести в таблицу 4.1.3.

(d) Таблица 4.1.3

	Фракции, мм
	<0.14	0.14-0.2	0.2-0.45	0.45-0.56	0.56-0.8	>0.8
m, г
gi, %
dср, мм

10. Построить кривые распределения зерен песка по размерам и суммарного гранулометрического состава (см. рис.4.1.3 и рис.4.1.4).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Определить по данным графика суммарного гранулометрического состава размеры скважинных фильтров, необходимых для ограничения выноса песка из пласта.

2. Охарактеризовать фракции, определить степень неоднородности кривой распределения зерен по размерам.

3. Сделать вывод о фильтрационных (низко-, средне-, высокопроницаемый) свойствах исследуемого образца керна.

Карбонатность.

Под карбонатностью понимают содержание в породе солей углекислоты (Н₂СО₃): известняка СаСо₃, доломита CaMg(CO₃)₂, соды кальцинированной (Na₂CO₃), поташа K₂CO_3, сидерита FeCO₃ и др. Содержание этих солей, т.е. карбонатность коллекторов, колеблется в широких пределах:

– терригенные породы либо не содержат их совсем, как кварцевые песчаники, либо содержание карбонатов может изменяться от долей до десятков процентов (0.1-30) в виде цемента;

– в карбонатных породах, в частности в известняках, содержание СаСО₃ более 50 %.

По упрощенной схеме Ноинского М.Э. карбонаты делятся на:

Наименование	Содержание СаСО3, %
Известняк	95-100
Доломитовый известняк	50-95
Известковый доломит	5-50
Доломит	0-5

 

Карбонатность пород имеет важное значение для промысловой практики. Породы продуктивных пластов, содержащие значительное количество карбонатов, могут быть с успехом подвергнуты обработке соляной кислотой для увеличения проницаемости призабойной зоны.

Измеряется карбонатность (К) в процентах или долях единицы.

Ккарб =

(1)

здесь m – масса навески пористой среды (0.1-1) г; m_карб – масса карбонатов в навеске, г.

Формула для расчета карбонатности выводится в предположении, что кальцит CaCO₃ составляет основную часть карбонатов породы.

При взаимодействии кальцита с 14-% соляной кислотой при температуре 20 ⁰С реакция протекает в течение 60 сек по следующей схеме:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + Н2СО3 = CaCl2 + H2O + CO2 ↑

(2)

где Н₂СО₃ – углекислота, которая сразу разлагается на воду (H₂O) и углекислый газ (CO₂), CaCl₂ – хлорид кальция.

Пусть V – объем выделившегося углекислого газа СО₂, см³; ρ – плотность СО₂ в условиях опыта, г /см³. Тогда масса m выделившегося СО₂ равна:

m = V · ρ,

(3)

Молекулярная масса СО₂ равна 44 (12+2·16), молекулярная масса СаСО₃ – 100 (40+12+3·16), т.е. на 100 весовых единиц СаСО₃ приходится 44 весовые единицы СО₂. Обозначив через х массу прореагировавшего карбоната СаСО₃, составим пропорцию отношения молекулярной массы к массе вещества:

(4)

и подставляя (3) в (4) имеем:

(5)

подставим (5) в (1):

(6)

В химических таблицах плотность углекислого газа дается в граммах на литр (г/л) или, что то же самое, в миллиграммах на см3 (мг/см3) (проверить самостоятельно). Обозначим плотность из таблиц - ρ_г. Из таблицы плотность углекислого газа при температуре 20 0С и барометрическом давлении Рбар=760 мм рт. ст. равняется 1.878 г/л. Это значит, что в одном литре содержится 1.878 г углекислого газа. Тогда в 1 см3 объема углекислого газа находится в 1000 раз меньше, т.е. плотность в размерности (г/см3) будет в тысячу раз меньше табличной (г/л):

ρ (г /см^3)=10^3 ρ (г /л).

(7)

Подставим (7) в (6):

(8)

здесь m - масса навески в г, V - объем газа в cм³, ρ - плотность газа СО₂ в условиях опыта в м г /см³ (г /л).

При взаимодействии доломита реакция протекает в течении 20-25 мин по схеме:

CaMg(CO3)2 + 4HCl = CaCl2 +MgCl2 +2H2O +2 CO2.

(9)

При расчете кальцита в формулу (8) подставляется значение объема газа V, выделившегося за первые 60 сек реакции, при расчете доломита – остальной объем выделившегося газа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

СПОСОБОМ НА ПРИБОРЕ КЛАРКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение коэффициента карбонатности образца горной породы объемным газометрическим методом на приборе Кларка АК-4 (рис. 4.2.1).

Рис. 4.2.1. Прибор Кларка АК-4.

Карбонатность рассчитывается по формуле (8). Эта формула используется при предположении, что кальцит CaCO3 составляет основную часть карбонатов породы. ОПИСАНИЕ ПРИБОРА: Прибор (рис. 4.2.2) состоит из термостата (1) с крышкой, цилиндра (6), закрепленного в крышке с помощью пробки (12), бюретки (5) на 75 см^3, вставленной в пробку (11), /кольцевое пространство между цилиндром (6) и бюреткой (5) сообщается с атмосферой/, реакционной колбы (2) и уравнительной склянки (7).

Нижняя часть цилиндра соединяется резиновой трубкой с отводом крана (8), второй отвод крана соединен с уравнительной склянкой. Бюретка при помощи резиновой трубки соединяется со змеевиком (4), другой конец которого соединен с отводом на пробке реакционной колбы. В пробку реакционной колбы вставлена измерительная бюретка с краном.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Тщательно растереть в ступке экстрагированный и высушенный образец горной породы, взять навеску 0,15 г и высыпать в реакционную колбу.

2. Установить уровень жидкости в цилиндре и бюретке в верхнем положении с помощью крана (8) и уравнительной склянки.

3. Плотно закрыть колбу пробкой и поместить в термостат.

4. После некоторой выдержки, необходимой для выравнивания температур во всех звеньях прибора, передвижением уравнительной склянки (7) при открытом кране (8) установить уровни воды в бюретке (5) и в цилиндре (6) на одной отметке. Когда уровни находятся в одной горизонтальной плоскости, перекрыть кран (8) и взять отсчет по шкале, нанесенной на бюретке.

5. Залить в реакционную колбу 7 см³ HCI (кран закрыт).

6. Осторожно открыть кран на бюретке. Выделяющийся в процессе взаимодействия соляной кислоты с породой углекислый газ поступает в бюретку, вытесняя из нее воду в кольцевое пространство. Для установления на одинаковой высоте уровней воды в бюретке и цилиндре

1 – термостат; 2 - реакционная колба; 3 - воронка с краном; 4 – змеевик; 5 - мерный цилиндр; 6 - крышка термостата; 7 - уравнительная склянка; 8 – кран; 9 – цилиндр; 10 – термометр; 11, 12 - резиновые пробки; 13 -резиновая пробка с отверстием;

14, 15, 16 - резиновые соединительные трубки.

Рис. 4.2.2. Схема прибора Кларка.

опустить склянку /7/, приоткрыть кран /8/ и выпустить часть воды из цилиндра в склянку. Эту операцию повторить до тех пор, пока не прекратится выделение углекислого газа из исследуемого образца.

7. Взять отсчет уровня воды в бюретке после проведения опыта и уравнивания положения раздела воздуха и воды в цилиндре и бюретке.

8. Записать показания термометра в термостате и значение барометрического давления.

9. Заполнить таблицу 4.2.1.

Таблица 4.2.1

Данные лабораторных исследований

№ п/п	Темпе-ратура опыта, град. С	Баромет-рическое давление, мм. рт. ст.	Начальный уровень жидкости V1, см^3	Конечный уровень жидкости V2, см^3	Объем кислоты HCl, см^3	Масса навески г/п, г	Плотность CO2 r, м г /см^3	Коэффи-циент карбонат-ности, Ккарб, %

 

10. Содержание карбонатов в породе (по массе) определить по формуле (8), в которой объем V выделившегося во время реакции газа равен:

V = (V1 – V2) – Vк,

(10)

где V₁, V₂ – отметки уровней в мерном цилиндре до и после реакции соответственно; Vк - объем использованный в реакции соляной кислоты HCl, см³; r_т - плотность CO₂ в условиях опыта, м г /см³, берется из табл. 4.2.2 (колеблется в пределах 1.778 при t =28 ⁰С и Р_б =742 мм рт. ст. до 1.969 при t =10 ⁰С и Р_б =771 мм рт. ст.).

Таблица 4.2.2

Плотность углекислого газа в м г /см³ в зависимости от давления и температуры

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Дать определение карбонатности горных пород.

2. С какой целью определяют карбонатность горных пород.

3. Привести формулу для определения карбонатности.

4. Объяснить значение числового коэффициента 4.4 в формуле (8).

5. Доказать, что численные значения (г /л) и (м г /см³) совпадают.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ

ПО МЕТОДУ ПРЕОБРАЖЕНСКОГО

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение коэффициента открытой пористости по методу Преображенского путем насыщения образца горной породы жидкостью.

Одним из наиболее распространенных методов определения открытой пористости является метод Преображенского. Сущность метода заключается в определении пустотного пространства образца (по разност