Влияние литологических факторов на колекторские свойства, страница 5

При больших нагрузках (300 МПа) влажность не оказывает значительного влияния на изменение дисперсности песков. При относительно небольших нагрузках (20 МПа) влажность оказывает различное влияние на процесс дробления частиц в зависимости от их минералогического состава. Пески, содержащие зна­чительное количество кварца, наиболее интенсивно дробятся в сухом состоянии. Во влажном состоянии обломочным зерном легче перемещаться и принять состояние наиболее плотной упаковки, при которой разрушение частиц происходит менее интенсивно.

Пески, содержащие глауконит, кальцит, слюды, полевые шпаты и некоторые другие минералы, снижают свою прочность при увеличении влажности, что приводит к увеличению их дисперсности при воздействии давлений 20 МПа. Экспериментальные работы с уплотнением кварцевых песков под влиянием внешней нагрузки, показали, что при уплотнении 25 МПа наблюдается резкое возрастание суммы разрушенных зерен песка, причем измельчение зерен песка происходит главным образом у крупных фракций. При уплотнении 45 МПа содержание разрушенных зерен песка достигает 13%. Опыты показали, что крупные фракции по сравнению с мелкими уплотняются в меньшей степени. Под влиянием нагрузки 10 МПа модель, со­ставленная из частиц диаметром больше 0,25 мм, уплотняется на 3% , при 20 МПа — на 4% , при 40 МПа — на 5% и при 60 МПа на 6%. Модель песка, составленная из частиц диаметром меньше 0,1 мм, при нагрузке 10 МПа уплотняется по отношению к первоначальному рыхлому состоянию на 5%, при 20 МПа —на 7%, при 40 МПа — на 12% и при 60 МПа — на 15%.

Экспериментально не удается без разрушения зерен уменьшить пористость хорошо отсортированных песков до значений, обусловленных наиболее плотной ромбической упаковкой (т = 25,9%). Этому препятствуют силы трения, возникающие между зернами породы при их перемещении. В условиях длительного воздействия горного давления, проявляющегося в геологическое время, величина трения между зернами может несколько снизиться. За счет растворимости минерального скелета в точках контактов зерен происходит сближение частиц и создается более плотная упаковка.

Для характеристики упругих свойств материала обычно служат модуль Юнга Е, модуль сдвига G, модуль объемного сжатия κ (или его обратная величина — сжимаемость β) и коэффициент Пуассона v. Модуль Юнга представляет собой коэффициент про­порциональности между действующим изолированно продольным растягивающим или сжимающим напряжением и соответствующей ему деформацией. В единицах СИ Е измеряется в Па. Коэффициент поперечного сжатия, или коэффициент Пуассона, представляет собой коэффициент пропорциональности между деформациями в продольном и в поперечном направлениях при простом одностороннем сжатии или растяжении.

Модуль сдвига устанавливает пропорциональность между касательным напряжением, действующим изолированно, и соответствующей деформацией. Модуль сдвига измеряется в тех же единицах, что и модуль Юнга.

Модуль объемного сжатия  κ, определяет пропорциональность между относительным и объемным расширением или сжатием образца и действующим равновеликим всесторонним напряжением, что, в частности, соответствует всестороннему гидростатическому давлению. В единицах СИ  κ измеряется в Па. Величина β, обратная модулю κ, называется коэффициентом объемного (всестороннего) сжатия, или сжимаемостью, и измеряется в м²/Н или Па^-1. Модули Юнга, сдвига и объемного сжатия резко возрастают с увеличением плотности пород, при этом сжимаемость их естественно уменьшается.

Горные породы малой пористости с небольшим содержанием жидкой и газообразной фаз при напряжениях, не превышающих предела упругости, ведут себя как однородные упругие среды, полностью восстанавливающие свои размеры и форму после удаления деформирующих сил. Эти породы условно называют идеально упругими в отличие от дифференциально упругих пород, содержащих жидкую и газообразную фазы в объемах, заметно сказывающихся на их упругих свойствах. К дифференциально упругим относится большинство пород-коллекторов.