Информация, оборудование, промышленность

Проницаемость горных пород, коэффициент фильтрации, закон Дарси

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

Интересное по этой теме

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.

закон Дарси
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. 
Разместить статью