Проницаемость горных пород
Способность горных пород пропускать через себя жидкости и газы называется проницаемостью. Любая горная порода при больших перепадах давлений может пропускать через себя жидкость или газ. Однако в условиях верхней части земной коры существуют породы, которые практически являются непроницаемы для жидкости и газа. К таким породам относятся плотные породы – соли, глины.
Классификация пустот в горных породах по размерам и форме (по М.К.Калинко,1964г.) | ||||
Размеры, мм | Тип | По морфологии пустот | ||
| микро-поры | Поры | Каналы | Трещины |
< 0.0002 | Субкапиллярные | Субкапиллярные | Субкапиллярные | |
0.0002-0.001 | Микропоры | Микропоровые | Микротрещины | |
0.001-0.01 | Тонкие | Тонкопоровые | Волосяные | |
0.01-0.1 | маккропоры | Очень мелкие | Очень мелкопоровые | Тонкие |
0.1-0.25 | Мелкие | Мелкопоровые | Мелкие | |
0.25-0.5 | Средние | Среднепоровые | Средние | |
0.5-1 | Крупные | Крупнопоровые | Крупные | |
1-2 | Грубые | Грубопоровые | Грубые | |
2-20 | каверны | Каверны мелкие | Мелкокаверновые | Макротрещины |
20-100 | Каверны средние | Среднекаверновые | Широкие | |
100-200 | Каверны крупные | Крупнокаверновые | Весьма широкие | |
200-1000 | пещеры | Пещеры мелкие |
|
|
1000-2000 | Пещеры средние |
|
| |
> 2000 | Пещеры крупные |
|
| |
Проницаемость, закон Дарси
Проницаемость определяет способность породы отдавать жидкости и газы, содержащиеся в них, при перепадах давлений. Еще в середине XIX века проводились опыты по определению скорости фильтрации воды в песках. На основе таких опытов французский ученый Дарси установил закон фильтрации, названный его именем – закон Дарси: скорость фильтрации прямо пропорционально гидравлическому уклону, обратно пропорционально длине пути фильтрации.
где h1, h2 – высоты над нулевым уровнем,
Δl – расстояние между точками измерения (длина пути фильтрации)
Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом фильтрации - Кф. Он зависит от типа жидкости, от ее плотности – d, и динамической вязкости – μ.
Коэффициент пропорциональности при этом называется коэффициентом проницаемости - КПР. Он зависит от пористости пород.
Гидравлический уклон 
можно выразить через давление:
Тогда закон Дарси принимает вид:
Скорость фильтрации прямо пропорциональна перепаду давления жидкости на входе и на выходе из пористой породы, и обратно пропорциональна вязкости жидкости и длине пути фильтрации.
В системе СГС проницаемость измеряется в дарси (Д). За одно дарси принимается проницаемость, при которой через породу с поперечным сечением 1см2 и при перепаде давления 1 ат за секунду проходит 1 см3 жидкости вязкостью 1 сантипуаз (спз). Одна тысячная доля дарси называется миллидарси (мД). В системе СИ коэффициент проницаемости имеет размерность площади – м2, выражает площадь сечения поровых каналов. Один квадратный микрометр (1 мкм2) равняется 10-12 м2. Проницаемость 1 мкм2 соответствует фильтрации 1м3 жидкости за одну секунду через образец горной породы сечением 1м2, длиной 1м при перепаде давления 0,1 Мпа и динамической вязкости жидкости 1 мПа·с. Проницаемость 1 мкм2 соответствует 0,981 Д.
Зависимость между пористостью и проницаемостью прямая, но не линейная. При возрастании плотности пород проницаемость падает, особенно резко при достижении плотности 2 г/см3. Проницаемость зависит не только от общей пористости пород, но и от размеров и формы пор и каналов.
Проницаемость коллекторов нефти и газа изменяется в широких пределах – от 0,001 мкм2 до нескольких мкм2. Пласт называется хорошо проницаемым, если проницаемость его составляет единицы или десятые доли мкм2. Коэффициент проницаемости, замеренный в поверхностных условиях, значительно выше, чем коэффициент проницаемости, замеренный на глубине.
Эффективная пористость пород отсутствует при диаметре капилляров, равном 1 мкм. При диаметре каналов в десятые и сотые доли микрона струйное течение жидкости отсутствует, т.е. закон Дарси не соблюдается. Проникновение жидкости через такие породы происходит не по закону фильтрации, а по закону диффузии, т.е. на молекулярном уровне.
Определение проницаемости производится в лабораториях. Различают два вида проницаемости:
- абсолютная, замеривается в сухой породе продуванием через нее воздуха
- эффективная (фазовая) – способность пропускать через себя один флюид в присутствии в порах других флюидов. Например, проницаемость газа по нефти, нефти по воде.