Визначення карбонатності гірських порід

Мета роботи: вивчення одного з методів визначення карбонатності гірської породи і самостійного визначення його значення на природних зразках породи.

Необхідні прилади і реактиви

1. Газовий лічильник.

2. Соляна кислота (15 - відсоткова).

3. Ємність для реакції кислоти з породою.

4. Навішування карбонатної породи.

Опис приладу

Прилад (рис. 4) складається з газового лічильника 1, де пересувається поршень 5. При взаємодії соляної кислоти 2 з навішуванням карбонатної породи 4, поміщеною в ємність для реакції 3, відбувається виділення вуглекислого газу, об’єм якого і фіксується газовим лічильником.

Рисунок 4 – Газовий лічильник

 

Основні поняття

Під карбонатністю гірських порід розуміється сумарний склад у їх солях вугільної кислоти:

соди Ne₂CO₃

поташу K₂CO₃

вапняку СаCO₃

доломіту СасCO₃·MgCO₃

сидериту FeCO₃ і т. д.

Речовий склад і кількість карбонатів у гірських породах впливають на багато властивостей. Тому вивчення карбонатних порід для з’ясування умов осадонакопичення, формування вторинних пустот у вигляді пор та каверн, для кореляції порід, а також для вибору оптимальних умов термічної й кислотної взаємодії на них із метою збільшення проникності має велике значення.

Визначення карбонатності гірських порід і ґрунтів основане на хімічному розкладанні в них карбонатів та на обліку вуглекислого газу, утвореного при розкладанні. Пов’язані з цим визначенням підрахунки ведуться відносно СаСО₃, тому що вапняк становить основну частину розглянутих карбонатів. Для обліку вмісту СО₂ при визначенні карбонатності існують такі способи.

 

Перший спосіб базується на титруванні розчину НСl при взаємодії його з карбонатами в реакції

СаCO₃+ 2HCl = СаCl₂ + Н₂O + СO₂↑.

У результаті титрування розчином NaOH за наявності індикатора метилового оранжевого визначається кількість НСl, витраченого на розкладання карбонатів.

Другий спосіб визначення карбонатності порід ґрунтується на ваговому визначенні СО₂ шляхом зважування залишків породи, звільненої від СО₂ під впливом НС1.

Третій спосіб визначення карбонатності полягає у вимірюванні об’єму СО₂, що виділився, в результаті дії соляної кислоти на гірські породи, які містять карбонати.

Методика проведення досліду

Перед проведенням досліду візуально визначається справність установки й щільність під’єднування вузлів. Після цього на вагах зважується досліджувана порода (лаборантом), і в ємність 3 заливається 10 мл соляної кислоти. Потім зважений зразок гірської породи поміщають у ємність із соляною кислотою та щільно закривають гумовими пробками зі шлангом від газового лічильника. Записується первинне і кінцеве положення поршня 5 після закінчення реакції кислоти з породою. Для обчислення карбонатності використовують формулу, яка справедлива для породи, що повністю складаєються з вапняку (Са·СО₃),

,

де К – уміст карбонатів у породі в масових відсотках; V – об’єм вуглекислого газу, що виділився при реакції породи з кислотою, см³; m – маса 1 см³ СO₂, міліграм, при температурі й барометричному тиску під час досліду (визначається за таблицею); a – маса породи, поміщеної в колбу, 1 г; 4,4 – коефіцієнт для переходу від СO₂ до СO₃, отримуваний з урахуванням виразу K у % і маси в міліграмі з того, що СаCO₃ доводяться 44 масових одиниць СO₂.

 

Таблиця 4 – Маса 1 см³ O₂ при різному тиску і температурах, мг

Температура, °С	Барометричний тиск, мм ртутного стовпа
	1,803	1,822	1,842	1,853	1,862	1,877
	1,809	1,828	1,848	1,859	1,968	1,883
	1,815	1,834	1,854	1,865	1,875	1,890
	1,822	1,841	1,861	1,872	1,882	1,897
	1,828	1,847	1,867	1,878	1,888	1,903
	1,834	1,853	1,873	1,884	1,894	1,909
	1,840	1,859	1,879	1,890	1,900	1,915
	1,842	1,855	1,886	1,897	1,907	1,922
	1,853	1,873	1,892	1,903	1,913	1,928
	1,859	1,879	1,893	1,910	1,920	1,935

Контрольні питання

1. Що називається карбонатністю гірської породи?

2. Із чого складаються карбонатні породи?

3. За якою формулою визначається карбонатність і одиниця її вимірювання?

4. Для чого необхідно знати карбонатність гірської породи?

5. Які методи визначення карбонатності існують?

6. Який порядок проведення досліду?

7. У яких межах змінюється карбонатність гірських порід?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Визначення кінематичної в’язкості та щільності пластової води

 

Мета роботи: вивчити методику й навчитися визначати в лабораторних умовах в’язкість і щільність пластових вод.

Необхідні прилади і реактиви

1. Занурений термостат.

2. Термостатичний посуд.

3. Візкозиметр.

4. Термометр.

5. Пікнометр або ареометр.

6. Гумова груша.

7. Дистильована вода.

8. Пластова вода або її модель.

9. Аналітичні ваги.

10. Мірний циліндр.

Опис приладу

Прилад для визначення кінематичної в’язкості складається з термостатичної ємності 1, заповненої дистильованою водою 2 і поміщеної в ємність зануреного термостата 3. Віскозиметр (ВПЖ-2) 4 з прикріпленою до нього гумовою грушею 5 закріплюється в штативі й також поміщається в термостатичну ємність 1. Температура води в ємності контролюється за допомогою термометра б. Щільність води пласта визначається ареометром 7 у мірному циліндрі 8, який заповнений пластовою водою або моделлю. За відсутності ареометра щільність визначається за допомогою пікнометра 9 (рис. 5)

Рисунок 5 – Прилад для визначення кінематичної в’язкості

Загальні поняття

У більшості випадків родовища газу підстилають як крайовою, так і підошовною водою, а іноді в розрізі продуктивної пачки виділяються самостійні водоносні горизонти. Зв’язані водоносні та продуктивні частини пластів становлять єдину гідродинамічну систему, й різні зміни властивостей пластової води приводять до змін процесів витіснення газу і нафти з родовища.

Щільність вод пластів зростає зі збільшенням концентрації солей, і в зв’язку з широкою зміною мінералізації щільність вод може бути різною. Відомі розсоли, що насичують породи, щільність яких досягає 1450 кг/м³ при концентрації солей 642,8 кг/м³. Приблизна залежність щільності води від змісту мінеральної речовини наведена в таблиці 5.

 

Таблиця 5 – Щільність пластових вод газових родовищ

Щільність води при 15,5 °С, кг/м^3	Кількість розчиненої мінералізованої речовини, кг/м^3
	―
	27,5
	55,4
	83,7
	119,2
	148,5
	175,8
	210,0

В’язкість води в умовах пластів залежить в основному від температури й концентрації розчинених солей. Вплив тиску на в’язкість води незначна й залежить від природи та концентрації розчинених солей і температури. У ділянках низьких температур (5 – 10 °С) в’язкість слабомінералізованих вод зменшується з підвищенням тиску. Найбільш в’язкі хлоркальцеві води. За одних і тих же умов в’язкість їх перевищує в’язкість чистої води в 1,5 – 2 рази. Оскільки у воді гази розчиняються в невеликій кількості, в’язкість її трохи зменшується при насиченні газом. Тому в’язкість води в умовах пластів можна визначити (при практичних розрахунках) звичайним капілярним віскозиметром при пластовій температурі та атмосферному тиску.

Методика проведення досліду

Перед проведенням досліду необхідно заповнити термостат (за вказівкою лаборанта), потім заповнити віскозиметр досліджуваною рідиною і з течію 15 хвилин витримати віскозиметр у термостаті при ввімкненому пристрої. Відключивши перемішуючий пристрій, необхідно записати в таблиці 6 свідчення термометра, потім за допомогою гумової груші простір під капіляром заповнюємо досліджуваною рідиною вище від верхньої риски. Визначення за допомогою секундоміра рівня рідини від верхньої відмітки до нижньої при потраплянні рідини в нижню ємність дозволяє отримати параметр τ, який заносять у таблицю 6. Перевіривши дослід для однієї й тієї ж температури 3 рази, обчислюють середньоарифметичне значення τ_ср за даними τ₁, τ₂, τ₃. Кінематична в’язкість визначається за формулою

,

де ν – кінематична в’язкість рідини, сСт (мм²/с); τ_ср – середнє значення часу закінчення рідини, с.

Потім проводять вимірювання в’язкості рідини при різних температурах, але не менше ніж при трьох значеннях Т1, Т2, Т3, і заносять у таблицю 6. На основі отриманих розрахунків будується залежність ν = ν(Т) у координатах, указаних на рисунку 6. Щільність рідин пластів визначається за допомогою ареометра 7, який опускається в мірний циліндр 8 з досліджуваною рідиною, і свідчення ареометра записується в таблицю 6 при температурі проведення досліду.

Таблиця 6 – Дані свідчень приладів

Температура рідини, °С	Час стікання рідини τ, с	Середнє значення τср, с	Прискорення сили тяжіння g, см/с^2	Кінематична в’язкість рідини ν, сСт (мм^2/с)
Т1
Т1
Т1
Т2
Т2
Т2
Т3
Т3
Т3

За відсутності ареометра щільність рідини можна визначити за допомогою пікнометра 9. Ретельно вимитий і висушений пікнометр ємністю 5 або 10 мл зважується на аналітичних вагах. Після цього піпеткою або дозатором наливають досліджувану рідину до відмітки на пікнометрі й зважують на аналітичних вагах. Різниця мас заповненого та сухого пікнометра, що ділиться на ємність пікнометра, дає щільність досліджуваної рідини.

Рисунок 6 – Відношення в’язкості до температури

Контрольні питання

1. Що називають в’язкістю?

2. Від чого залежить в’язкість води пласта?

3. Від чого залежить в’язкість нафти?

4. Як визначити щільність рідини?

5. Які одиниці вимірювання кінематичної та динамічної в’язкості?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

Визначення щільності газу

Мета роботи: вивчити методологію визначення відносної й абсолютної щільності газів шляхом дослідження швидкості закінчення газів з ефузіометра.