Определение пористости

Пористость – свойство горной породы иметь в единице объема пространства, не занятые скелетом. Количественно это свойство оценивается коэффициентом пористости, представляющим отношение объема пор V_пор к полному объему породы и выраженное либо в процентах от объема породы, либо в долях единицы (последнее очень часто используется в аналитических выражениях).

Различают общую, открытую, закрытую, эффективные статическую и динамическую пористости горных пород, которые оцениваются соответствующими коэффициентами k _п, k _п.о,k _п.з, k _п.ст , k _п.д и связаны между собою следующими соотношениями:

k _п= k _{п о}+ k _{п з} ; k _п.ст = k _{п о} (1 – k _{в св} ); k _пд = k_{п о} (1 – k _{в о});

где k _{в св} и k _{в о} - коэффициенты связанной и остаточной воды.

В зависимости от размера выделяют мегапоры, и поры сверх­капиллярные, капилляр-ные и субкапиллярные.

Мегапоры - полости, средний радиус которых > 10 мм; иногда это карстовые полости, достигающие многих метров; размер сверхкапиллярных пор от 0,1 до 10 мм, капилляр­ных пор – от 1·10^-3 до 0,1 мм и субкапиллярных пор­ < 1·10^-3 мм. Основная часть субкапиллярных пор не пропус­кает жидкостей при градиентах давлений, наблюю-даемых в природе. Такие поры отмечаются в глинах и в других тонкодисперсных средах.

Песчаники обладают в основном равномерно распределен­ной по объему межзер-новой пористостью. Встречается также трещинная пористость.

Карбонатные породы чаще имеют поры, неравномерно распределенные по объёму; наряду с межзерновой пористостью может иметь широкое распрост­ранение кавернозная и трещинная пористость. Изучение в лабораторных условиях пород с кавернозной и тре-щинной пористостью сложно. Образец (керн) при извлечении на поверхность может быть разрушен именно по трещинам, представляющим значительный интерес. Наличие в образцах каверн может искажать количественные оценки объемов пор и породы.

Для измерения коэффициента пористости необходимо опре­делить соответствующие объемы пор и образца горной породы.

Существуют различные способы определения этих объемов. Наиболее широко используется весовой способ гидростатичес­кого взвешивания, который дает хорошие результаты в породах, не имеющих больших, видимых с поверхности образца, каверн, а также без крупных (не удерживающих внутри себя жидкость) трещин.

ОБЩАЯ ПОРИСТОСТЬ

Коэффициент общей пористости k_п, представляющий от­ношение объема всех пор V_пор к полному объему сухого изучаемого образца V_с определяют исходя из следующего соотношения:

k_п= V_пор / V_с = (V_с - V_T ) / V_с = 1- V_T / V_с = 1 - m_T σ_с / m_с σ_Т , ()

где V_T, V_с , σ_Т, σ_с m_T, m_с - соответственно объёмы, плотности и массы массы твердой фазы и сухой породы.

В сухом состоянии m_T ≈ m_с и, следовательно,

k_п ≈ 1 - σ_с / σ_Т, ()

т. е. коэффициент общей пористости может быть рассчитан по данным определения плотностей сухой породы и твердой фазы.

ОТКРЫТАЯ ПОРИСТОСТЬ

При определении коэффициента открытой пористости k_{п. о.} используют весовые, объемно-весовые, объемные, а также газоволюметрические способы. В практике наиболее часто определение k_{п. о.} осуществляется весовым способом.

Определение коэффициента открытой пористости k_{п. о.} весовым способом

Открытая пористость образца отражает со­вокупность пор, сообщающихся между собой и атмосферой. Коэффициент открытой пористости k _п.о. рассчитывается как отношение объема открытых пор V _{пор о.} к объему сухой породы V_e:

k_{п. о.} = V _{пор о.} / V_e

Объем открытых пор определяют по изменению массы образца при его полном насыщении известной (рабочей) жидкостью

V _{пор о.} = (m _п.ж - m_с ) / σ_ж , (5),

где m_с и m _п.ж - соответственно массы сухого образца и образца, полностью насыщенного рабочей жидкостью плот­ностью σ_ж. В качестве рабочей жидкости чаще всего берут керосин, как жидкость, хорошо проникающую в поры породы. Однако использование керосина для определения k _п.о. имеет ряд недостатков: необходимость последующей отмывки об­разцов от керосина, если предполагается проведение других измерений на данном образце; керосин не вызывает набухания глинистых минералов, тогда как в естественных условиях возможны изменения объема глинистых частиц. В связи с этим целесообразно использовать модель пластовой воды и определять вместо коэффициента открытой пористости k _{п. о.} величину объёмной влажности W_П.

Объем образца V_c определяют по потере массы образца при погружении его в жидкость

V_e = (m _п.ж - m’_п.ж + m _пр) / σ _ж,. (6)

где m _п.ж - масса насыщенного рабочей жидкостью образца в воздухе; m’_п.ж и m _пр-соответственно массы образца, насыщен­ного рабочей жидкостью, и проволочки, полученные при взвешивании их в рабочей жидкости плотностью σ _ж

Коэффициент открытой пористости k_п.о рассчитывают с учетом формул (5), (6)