Виды пористости пород: Что такое Пористость — Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Виды пористости — sprosigeologa.ru

Пористость является одной из очень важных характеристик грунта. Ниже приведен перечень ее видов – тех, которые принято выделять в инженерной геологии.

Итак, различают следующие виды пористости:

Активная – объём пор, через который при данном напорном градиенте может происходить фильтрация воды. С увеличением содержания глинистых частиц, с повышением содержания в нём связанной воды активная п. уменьшается.

Вторичная – пористость, возникающая после формирования грунта в результате растворения, выщелачивания, расслоения и выноса некоторых его составляющих, а также при образовании в грунте трещин капиллярных и субкапиллярных размеров.

Динамическая – объём пор, через которые при определённом давлении и температуре происходит движение жидкостей или газов. Динамическая п. всегда меньше общей.

Закрытая – пористость, при которой поры не могут сообщаться друг с другом и с окружающей средой, они изолированы от неё, движение воды и газов по ним исключено.

Критическая – пористость песка, при испытании которого на сдвиг не происходит его разрушения. Критическую п. определяют при испытании на сдвиг двух образцов грунта одного и того же состава, один из которых находится в рыхлом, а второй – в нормальном сложении.

Межагрегатная – пористость осадочных, сцементированных грунтов, обусловленная наличием пор внутри и между агрегатами минеральных зёрен, обломков пород, остатков скелета животных и растений.

Межгранулярная – пористость осадочных зернистых грунтов, обусловленная наличием пор между частицами и обломками, их слагающими.

Межзерновая – пористость кристаллическизернистых грунтов, обусловленная наличием пор и микротрещин в кристаллическизернистой основной массе грунта.

Насыщенная – пористость, которую занимает жидкость при насыщении грунта.

Неэффективная – пористость или её часть, не пропускающая жидкость или газ вследствие изолированности пор или недостаточной величины градиента напора.

Эффективная – пористость, при которой при данном градиенте напора происходит движение жидкости и газов в грунте. Эффективная п. характеризует, главным образом, коллекторские свойства грунтов, возможность движения в них жидкостей и газов.

Общая – пористость грунта, обусловленная наличием закрытых (п₃) и открытых (п₀) пор. Общая п. представляет их сумму:

п=п₃+п₀.

Открытая – пористость, при которой поры сообщаются друг с другом и с окружающей средой.

Трещинная – пористость преимущественно полускальных и скальных грунтов. Трещинная п. оценивается отношением суммарного объёма трещин к объёму исследуемого грунта, выраженным в процентах. Трещинную п. можно вычислить по формуле: п_тр=1-g_d/g_s, где g_d – плотность скелета грунта; g_s – плотность твёрдого компонента грунта.

Макроскопическая – см. Макропористость грунта.

Главная—>Определение свойств грунтов—>Виды пористости

Пористость горных пород

Пористость 
горных пород.

Типы 
пористости и определяющие её факторы.

Лабораторные 
способы определения.

Пористость 
осадочных, магматических и метаморфических 
пород.

      Пористость горных пород  — характеризуется наличием
пустот (пор), заключённых в горных породах.
Благодаря пористости горные пород могут
вмещать (за счёт влияния капиллярных
сил) жидкости и газы. К пористости не следует
относить ёмкость каверн и трещин, характеризующих
общую пустотность горных пород (ввиду
влияния гравитационных сил). Различают
три вида пористости: общую (физическую),
открытую и эффективную.

    Пористость определяет физические свойства горных пород: прочность, скорость распространения упругих волн, сжимаемость, электрические,
теплофизические и другие параметры. В нефтяной геологии методы промысловой геофизики основаны на использовании
зависимостей между этими параметрами.

     Общая пористость — объём сообщающихся и изолированных
пор — включает поры различных радиусов,
формы и степени сообщаемости. Открытая пористость
— объём сообщающихся между собой пор,
которые заполняются жидким или газообразным
флюидом при насыщении породы в вакууме;
она меньше общей пористости на объём
изолированных пор.

Эффективная
пористость характеризует часть объёма,
которая занята подвижным флюидом (нефтью, газом) при полном насыщении
порового пространства этим флюидом; она
меньше открытой пористости на объём связанных
(остаточных) флюидов.

Общая и открытая
пористость зависят от:

глубины залегания,
падает с увеличением глубины ; от
плотности пород; количества цемента и др.

     В лабораторных условиях
П. г. п. определяется методами свободного,
вакуумного (под вакуумом) и принудительного
(под давлением) насыщения горных пород
жидкостью, а также методами, основанными
на расширении газа, и др. В полевых условиях
для оценки величины П. г. п. используются
различные виды каротажа скважин. Результаты изучения
П. г. п. используются для подсчёта запасов
полезных ископаемых (например, нефти
и газа), выборе технологии разработки
полезных ископаемых и др.

     Еще пористость определяют
методом Преображенского, насыщая породы
керосином или 3%-ным раствором солёной воды. Пористость определяется
по разнице весов сухого и насыщенного
образца, отнесённой к объёму образца,
умноженному на плотность насыщающей жидкости.
Отношение объёма пор к объёму образца
даёт искомую величину пористости, её
выражают в % или в долях единицы.

     Пористость пород продуктивных
пластов определяют в лабораторных условиях
по керновому материалу. Пористость пласта
на больших участках определяется статистически
по большому числу исследованных образцов
керна.

С пористостью 
связаны величины насыщения пласта
флюидами: водонасыщенность (S_в), газонасыщенность
(S_г), нефтенасыщенность
(S_н), величины, выраженные в долях
или в процентах.

Связь пористости и коэффициента насыщенности
в долях:

. (5)

S_насыщ = 1; S_г = 1 — (S_B
+ S_H). (6)

Рис. 3. Влияние 
естественного уплотнения пород 
на их пористость: 1. — песчаники, 2. — глины

     Величина пористости тесно связана с
вещественным составом горных пород. В
илах, лёссах она достигает 80%; в осадочных горных породах (известняки, доломиты, песчаники) изменяется от единиц до 35%;
в вулканогенно-осадочных породах (туфопесчаники,
туффиты) — в пределах 5-20%; в магматических
породах — не более 5%. Теоретическая величина
пористости зависит от размера, формы
и упаковки зёрен и изменяется от 26 до
44,6%.

Осадочные и вулканогенные горные
породы (песчаники, известняки, лавы, туфы
и др.) характеризуются большим 
диапазоном значений пористости (от 50
до 10% и менее). Магматические и метаморфические
породы обладают, как правило, малой пористостью
(0,1—3%). С возрастанием глубины залегания
пород П. г. п. обычно уменьшается (особенно
осадочных) и на больших глубинах может
иметь очень малые значения.

     Значение коэффициента пористости зависит
от размера и формы зерен, степени их отсортированности
и уплотнения, а также от минерального
состава цемента и типа цементации. Наибольшей
пористостью среди терригенных пород
в естественных условиях обладают несцементированные
или слабосцементированные разности.
По величине поровых каналов выделяются
следующие группы: сверхкапиллярные, с
диаметром пор – 0,508-2 мм; капиллярные —
0,0002 — 0,508 мм; субкапиллярные – менее 0,0002
мм. Движение нефти и газа в сверхкапиллярных
порах происходит свободно, капиллярных
– при значительном участии капиллярных
сил, субкапиллярных – движение жидкости
практически невозможно. Породы с субкапиллярными
порами относятся к непроницаемым, плотным:
глины, глинистые сланцы, известняки. В
зависимости от характера полостей выделяют
три типа коллектора: поровый, каверновый,
трещинный. Поровые коллекторы образованы
межзерновой пористостью в терригенных
и карбонатных породах.

Каверновые характерны для карбонатных 
пород. Трещинные коллекторы встречаются
преимущественно в карбонатных породах
и терригенных с карбонатным цементом.
Они в чистом виде встречается редко и
отмечены на больших глубинах в плотных
карбонатных породах, песчаниках, хрупких
сланцах, метаморфизованных и изверженных
породах. Чаще можно видеть карбонатные
коллекторы смешанного типа – порово-каверново-трещинные.
В их формировании принимали участие различные
процессы: выщелачивание, доломитизация
— увеличивающие емкость; перекристаллизация,
окремнение, уплотнение – снижающие емкостные
свойства коллекторов. В зависимости от
преобладания тех или иных полостей и
типа коллектора пористость карбонатных
пород колеблется от 0,1 до 30%. Для коллекторов
с межзерновыми порами она составляет
16 – 20%. В каверновых коллекторах достигает
30% и выше. Емкость трещинных коллекторов
чрезвычайно мала и составляет всего 0,1
– 3%.

Рис. 1. Различная 
укладка сферических зёрен одного
размера, составляющих пористый материал:
а — менее плотная кубическая укладка,
б — более компактная ромбическая укладка

Таблица 1 Коэффициенты
пористости некоторых осадочных 
пород

Список 
использованной литературы: Звездин В. Г. Нефтепромысловая геология:
Учебное пособие: Пермский государственный
университет, 2007 , Энгельгардт В., Поровое
пространство осадочных пород, М., 1964; Исследования
физико-механических свойств горных пород,
М., 1961; Справочник физических констант
горных пород, М., 1969; Леворсен А. И., Геология
нефти и газа, пер. с англ., 2 изд., М., 1970

Минералогия песчаников: Пористость и проницаемость

Пористость и проницаемость – течение воды и других геофлюидов

Это часть серии How To… по Минералогия песчаников Почти все процессы требуют присутствия воды в той или иной форме. Большая часть седиментации происходит в воде (очевидным исключением являются эоловые отложения). Захоронение и уплотнение отложений связано с вытеснением воды. Диагенеза не было бы в отсутствие воды; углеводороды не будут мигрировать в ловушки, а полезные ископаемые не будут концентрироваться в рудных телах. Водные жидкости под давлением уменьшают сцепление и трение, способствуя деформации породы. Метаморфизм был бы мучительно медленным даже по геологическим меркам, если бы не перенос массы в горячих водных жидкостях.

Все эти процессы требуют не только присутствия воды, но и ее постоянного движения или течения. Под поверхностью Земли для пребывания и потока водных флюидов требуются два фундаментальных свойства пород и отложений:
– пустоты, обычно в форме межкристаллитных пор и трещин, и
– связность между пустотами.
Первый из них обозначается как пористость ; второй как проходимость .

Существует два основных типа пористости: межзерновая пористость , которая характеризует пески, гравий и ил, и трещинная пористость в твердых породах. Трещинная пористость образуется при хрупком разрушении твердых пород или остывании лавовых потоков. Связанные сети трещин могут обеспечить пути для потока жидкости, даже если вмещающая порода непроницаема (например, гранит, базальт, затвердевший песчаник). Высокопродуктивные водоносные горизонты не редкость в трещиноватых коренных породах.

Межзерновая пористость представляет собой пустое пространство между контактами обломочных зерен и выражается в процентах от общего объема осадочной породы. Это безразмерное число (т. е. не имеет единиц измерения). Все отложения начинают жизнь с некоторой пористостью. Хорошо отсортированные пляжные, речные и дюнные пески имеют начальную пористость от 30% до 40%, илы достигают 70%. Эти значения представляют собой общее пустое пространство, а именно большие поры плюс большое количество микропор в крошечных уголках и трещинах между зернами и кристаллами. Гидрогеологи сочли полезным определить эффективная пористость как пористость, обеспечивающая легкое перемещение жидкости. Это исключает микропористость, когда силы поверхностного натяжения препятствуют течению. Эффективная пористость всегда меньше общей пористости. Перейдите по этой ссылке на простой эксперимент , предназначенный для измерения пористости .

По мере захоронения осадка зерна оседают (т. е. становятся более плотными), поскольку начинают уплотняться. Уменьшение пористости за счет механического уплотнения продолжается во время захоронения осадка, вместе с отложением цемента ( 0005 химический диагенез ). Особенно это проявляется при уплотнении грязи. Высокая начальная пористость бурового раствора обусловлена ​​микропорами между частицами глины, размер которых измеряется микронами. Уплотнение уплотняет глины и отгоняет поровую воду. Кривые уплотнения (пористость-глубина) бурового раствора, подобные приведенному ниже примеру, обычно показывают потерю пористости, которая на небольших глубинах является почти экспоненциальной, становясь приблизительно линейной на глубинах, где формируются сланцы; общая пористость сланца чрезвычайно низка.

Каналы перетока флюидов (воды, нефти, газа) из одного порового пространства в другое представляют собой узкие соединения, примыкающие к контактам зерен. Эти соединения обычно называют поровыми каналами . Поровые каналы подвержены закупорке при уплотнении отложений (к этому склонны каменные песчаники) и при цементации, особенно глинистыми цементами.

Пористость также может увеличиваться в процессе диагенеза захоронения. Первичный механизм образования вторичная пористость — это растворение или частичное растворение зерен каркаса, таких как биокласты полевого шпата и карбоната. Многие из этих вторичных пор больше, чем связанные межзерновые поры; это важный диагностический ключ к их идентификации. Точно так же карбонатные и глинистые цементы могут быть склонны к растворению, что приводит к увеличению пористости после отложения.

Глубины залегания и температуры, при которых наблюдается образование вторичной пористости, обычно совпадают с химическими реакциями, сопровождающимися разложением органического вещества. Побочные продукты этих реакций включают двуокись углерода (и угольную кислоту) и органические кислоты, такие как уксусная кислота. Происходит фундаментальный сдвиг pH и химического равновесия, особенно для карбонатов, что способствует растворению.

Вторичная пористость также может образовываться при субаэральном обнажении горных пород и в результате биотурбации. Однако вторичная пористость, наблюдаемая в большинстве древних песчаников, является продуктом погребального диагенеза.

Проницаемость измеряет легкость, с которой жидкость течет через отложения или горные породы. Поток жидкости из одной части породы в другую или из водоносного горизонта в скважину зависит от связей между порами и трещинами. Горная порода или осадок могут иметь высокую пористость, но низкую проницаемость, если межкристаллитная или межкристаллитная связность низка — яркими примерами являются ил и сланец. В крупнозернистых отложениях, лишенных глины, наблюдается хорошая корреляция между пористостью и проницаемостью. Это соотношение не применяется при наличии значительного количества глины.

Проницаемость может быть выражена двумя способами. Основные эксперименты Генри Дарси с заполненными песком трубами (в 1856 г.) установили эмпирическую взаимосвязь между гидравлическим градиентом (который в основном является выражением гидравлической потенциальной энергии) и расходом . Константа пропорциональности в этом соотношении называется гидравлической проводимостью ( K ) (метка, заимствованная из теории электричества), которая имеет единицы измерения расстояния и времени (см/с, фут/с). В математических терминах гидравлическая проводимость выражается как скорость, также известная как Скорость Дарси . Гидравлическая проводимость является стандартным выражением проницаемости в исследованиях подземных вод. Его значение зависит не только от связности пор, но и от динамической вязкости и плотности жидкости (вязкость измеряет сопротивление течению — сырая нефть более вязкая, чем вода). Таким образом, для любой пористой среды значение K будет различным для воды и нефти, что является важным фактором при восстановлении подземных вод .

Углеводородная промышленность имеет дело с жидкостями с сильно меняющейся вязкостью (вода, нефть, газ) и выбрала стандартное выражение собственная проницаемость ( k ), которая зависит только от пористой среды. Единицей является Дарси , которая математически сводится к единицам площади (футы ² , м ² ). В основном это мера размера пор (в нефтяной промышленности обычно используется термин миллидарси ). Часто используемые преобразования в Дарси:

1 м ² = 1,013 x 10 ¹² Дарси

1 Дарси = 9,87 x 10 ^-13 м ^{2 9}

Гидравлическая проводимость (K) и собственная проницаемость (k) связаны плотностью жидкости и динамической вязкостью таким образом, что:

k (m ² ) = K (м/с) x (1,023 x 10 ^-7 м.с) (компоненты времени исключаются)

Типичные значения проницаемости для рыхлых отложений и некоторых эквивалентов горных пород показаны в таблице ниже.

Как видите, проницаемость сланца крайне низкая. По этой причине сланцевые пласты являются хорошими герметиками для резервуаров углеводородов, а водоупоры — для замкнутых водоносных горизонтов. Поток жидкости в сланцах и хорошо сцементированных песчаниках или известняках можно усилить с помощью гидравлического разрыва пласта. Этот процесс (гидроразрыв) является передовым и центральным в добыче сланцевой нефти (несмотря на все плюсы и минусы этого промышленного процесса). Но это история для другого раза.

Вот три превосходных текста, в которых подробно изложены теоретические аспекты вышеизложенного:

P.A. Аллен и Дж. Р. Аллен, Бассейновый анализ: принципы и приложения . Блэквелл 2005

Ч. У. Феттер. Applied Hydrogeology , 2001. Prenticehall

P.A.Domenico и F.W.Schwartz Физическая и химическая гидрогеология, 1998 John Wiley & Sons

, как это:

, например, нагрузка

.

0001

Глава 14 Подземные воды

Подземные воды хранятся на открытых пространствах в горных породах и рыхлых отложениях. Камни и отложения у поверхности находятся под меньшим давлением, чем на значительной глубине, и поэтому имеют больше открытого пространства. По этой причине, а также из-за того, что бурение глубоких скважин обходится дорого, большая часть подземных вод, к которым имеют доступ отдельные пользователи, находится в пределах первых 100 м от поверхности. Некоторые муниципальные, сельскохозяйственные и промышленные пользователи подземных вод получают воду с большей глубины, но более глубокие подземные воды, как правило, имеют более низкое качество, чем неглубокие подземные воды, поэтому существует предел того, насколько глубоко мы можем погружаться.

Пористость — это процент открытого пространства в рыхлых отложениях или горных породах. Первичная пористость представлена ​​промежутками между зернами в осадке или осадочной породе. Вторичная пористость – это пористость, возникшая после образования породы. Он может включать трещинную пористость — пространство внутри трещин в любой породе. Некоторые вулканические породы имеют особый тип пористости, связанный с пузырьками, а некоторые известняки имеют дополнительную пористость, связанную с полостями в окаменелостях.

Пористость выражается в процентах, рассчитанных от объема открытого пространства в породе по сравнению с общим объемом породы. Типичные диапазоны пористости ряда различных геологических материалов показаны на рис. 14.2. Неконсолидированные отложения, как правило, имеют более высокую пористость, чем консолидированные, потому что они не содержат цемента, и большинство из них не были сильно спрессованы. Мелкозернистые материалы (например, ил и глина), как правило, имеют большую пористость (в некоторых случаях до 70 %), чем более крупные материалы (например, гравий). Первичная пористость, как правило, выше в хорошо отсортированных отложениях по сравнению с плохо отсортированными отложениями, где существует ряд более мелких частиц, заполняющих пространства, образованные более крупными частицами. Ледниковый тилл, который имеет широкий диапазон размеров зерен и обычно образуется при сжатии под ледниковым льдом, имеет относительно низкую пористость.

Консолидация и цементация в процессе литификации рыхлых отложений в осадочные породы снижает первичную пористость. Осадочные породы обычно имеют пористость в диапазоне от 10% до 30%, некоторые из которых могут быть вторичной (трещинной) пористостью. Размер зерен, сортировка, уплотнение и степень цементации пород влияют на первичную пористость. Например, плохо отсортированный и хорошо сцементированный песчаник и хорошо спрессованный аргиллит могут иметь очень низкую пористость. Магматические или метаморфические породы имеют наименьшую первичную пористость, потому что они обычно формируются на глубине и имеют взаимосвязанные кристаллы. Большая часть их пористости проявляется в виде вторичной пористости в трещинах. Из консолидированных пород наибольшей потенциальной пористостью обладают хорошо трещиноватые вулканиты и известняки с кавернозными отверстиями, образовавшимися в результате растворения, а наименьшей — интрузивные магматические и метаморфические породы, образовавшиеся под большим давлением.

Рисунок 14.2 Изменения пористости рыхлых материалов (красный цвет) и горных пород (синий цвет) [SE]

Пористость — это мера того, сколько воды может храниться в геологических материалах. Почти все породы содержат некоторую пористость и, следовательно, содержат подземные воды. Подземные воды находятся под вашими ногами и повсюду на планете. Учитывая, что осадочные породы и рыхлые отложения покрывают около 75 % континентальной коры при средней мощности в несколько сотен метров и что они, вероятно, имеют в среднем около 20 % пористости, легко увидеть, что огромный объем воды можно хранить в земле.

Пористость описывает, сколько места может быть для удержания воды под землей, а проницаемость описывает, как эти поры имеют форму и взаимосвязаны. Это определяет, насколько легко воде течь из одной поры в другую. Большие поры означают меньшее трение между текущей водой и стенками пор. Меньшие поры означают большее трение вдоль стенок пор, но также и больше изгибов и поворотов, через которые должна проходить вода. Проницаемый материал имеет большее количество более крупных, хорошо связанных пор, тогда как непроницаемый материал имеет меньше мелких пор, которые плохо связаны. Проницаемость является наиболее важной переменной в подземных водах. Проницаемость описывает, насколько легко вода может течь через горную породу или рыхлый осадок и насколько легко будет извлечь воду для наших целей. Геофизики и инженеры количественно определяют характеристику проницаемости геологического материала с использованием ряда различных единиц, но наиболее распространенной является 9 единиц.0005 гидравлическая проводимость . Для гидравлической проводимости используется символ K . Хотя гидравлическая проводимость может быть выражена в различных единицах, в этой книге мы всегда будем использовать м/с.

Материалы на рис. 14.3 показывают, что существует широкий диапазон проницаемости геологических материалов от 10-12 м/с (0,000000000001 м/с) до примерно 1 м/с. Рыхлые материалы, как правило, более проницаемы, чем соответствующие породы (сравните, например, песок с песчаником), а более крупные материалы гораздо более проницаемы, чем более мелкие. Наименее проницаемыми породами являются нетрещиноватые интрузивные магматические и метаморфические породы, за которыми следуют нетрещиноватые аргиллиты, песчаники и известняки. Проницаемость песчаника может широко варьироваться в зависимости от степени сортировки и количества присутствующего цемента. Трещиноватые магматические и метаморфические породы, и особенно трещиноватые вулканические породы, могут быть высокопроницаемыми, как и известняк, который растворился вдоль трещин и плоскостей напластования, образуя отверстия для растворения.

Рисунок 14.3 Изменения гидравлической проводимости (в метрах в секунду) рыхлых материалов (красный цвет) и горных пород (синий цвет) [SE]

Отложения песка и глины (а также песчаника и аргиллита) довольно пористые (от 30% до 50% для песка и от 40% до 70% для ила и глины), но в то время как песок может быть достаточно проницаемым, глина и аргиллит — нет.

Поверхность большинства зерен силикатных минералов имеет небольшой отрицательный заряд из-за несовершенства минеральной структуры. Вода (h3O) — полярная молекула. Это означает, что хотя она и не имеет общего электрического заряда, одна сторона молекулы имеет небольшой положительный заряд (сторона с двумя атомами водорода) по сравнению с небольшим отрицательным зарядом на другой стороне. Вода сильно притягивается ко всем минеральным зернам, и вода в этом слое связанной воды (несколько микрон вокруг каждого зерна) не может двигаться и течь вместе с остальной частью грунтовых вод. На нижних диаграммах, показанных здесь, связанная вода представлена ​​темно-синими линиями вокруг каждого зерна, а вода, которая может двигаться, — светло-голубой. В песке еще много воды, способной двигаться через осадок, но в глине/иле почти вся вода плотно удерживается в зернах и это снижает проницаемость. [ЮВ]

Теперь мы увидели, что существует широкий диапазон пористости геологических материалов и еще более широкий диапазон проницаемости. Подземные воды существуют везде, где есть пористость. Однако способность этих грунтовых вод течь в значительных количествах зависит от проницаемости. Водоносный горизонт определяется как массив горных пород или рыхлых отложений, который обладает достаточной проницаемостью, чтобы вода могла проходить через него. Рыхлые материалы, такие как гравий, песок и даже ил, являются относительно хорошими водоносными горизонтами, как и горные породы, такие как песчаник. Другие породы могут быть хорошими водоносными горизонтами, если они хорошо трещиноваты. водоупор представляет собой тело, не допускающее пропускания значительного количества воды, такое как глина, тил или слаботрещиноватая изверженная или метаморфическая порода. Это относительные термины, а не абсолютные, и обычно они определяются исходя из чьего-то желания откачивать грунтовые воды; что является водоносным горизонтом для того, кто не нуждается в большом количестве воды, может быть водоносным горизонтом для того, кто нуждается в ней. Водоносный горизонт, выходящий на поверхность земли, называется безнапорным водоносным горизонтом .