Проницаемость горных пород

Проницаемость горных пород характеризует их способ­ность пропускать через себя любые жидкости или газы, а водопро­ницаемость — способность пропускать свободную воду. Коли­чественно это оценивается в первом случае величиной к_п, а во вто­ром — к. Рассмотрим связь структуры порово-трещинного простран­ства и свойств фильтрующейся жидкости с проницаемостью пород.

Связь с геометрией порово-трещинного пространства

Ее исследо­вали многие ученые на примере различных моделей. Простейшей является модель пучка капиллярных трубок радиусом r_т) для которой зависимость Q_т от V потока:

Проницаемость пород уменьшается с увеличением глубины их залегания под действием веса вышележащих пород. Особенно резко это проявляется для глинистых пород . Породы с упорядочен­ной внутренней структурой проявляют анизотропию фильтрационных свойств. Обычно говорят об анизотропии в главных направлениях — горизонтальном к_х и вертикальном к_z. Для оценки этих свойств поль­зуются показателем анизотропии:

Связь с физико-химическими факторами

Теоретически согласно формуле к от свойств фильтрующейся жидкости не зависит. Однако экспериментальные исследования, проведенные М. Маскетом, Л. И. Кульчицким, В. М. Гольдбергом и др. , показали, что на­блюдается существенное изменение проницаемости глинистых пород при фильтрации воды с различными минерализацией, составом и тем­пературой. Это является следствием физико-химических взаимодейст­вий минерального скелета с фильтрующейся водой и приводит к из­менениям в структуре пород. Проницаемость песчаников для пресной воды ниже, чем для соленой, эта разница невелика для чистых песча­ников и достигает двух порядков в глинистых. Средне- и мелкозерни­стые пески с содержанием монтмориллонитовых и гидрослюдистых  глин имеют самую низкую проницаемость по дистиллированной воде; с увеличением концентрации растворов NaС1 и СаС1₂ проницаемость резко увеличиваете#, а затем стабилизируется. Наибольший эффект наблюдается для песков с прослоями монтмориллонитовых глин. Проницаемость для кислых растворов больше, чем для основных. Од­нако в математической постановке задач динамики подземных вод этот фактор пока не учитывается.

Связь со степенью водонасы

Значения к и к_п существенно зависят от соотношения ко­личеств в порово-трещинном пространстве жидкости и газа. Разли­чают абсолютную, или физическук), фазовую и относительную прони­цаемости. Под абсолютной понимают проницаемость к_п горной породы, которая определена только для однородных газов, химически инертных к породе. Фазовая проницаемость к_пж или к_пг опреде­ляется для одной какой-либо фазы в условиях одновременного дви­жения в породе другой. Величина ее зависит от степени насыщенности порово-трещинного пространства жидкостью или газом и их физико­химических свойств. Относительная проницаемость к определяется следующим образом:

График зависимости относительной фазовой проницаемости по нефти и воде от водонасыщенности

Из рисунке выше видно, что наличие малых количеств нефти резко уменьшает проницаемость водонасыщенной породы. В зоне аэрации процесс движения влаги идет в ненасыщенной среде, и разное содер­жание свободного воздуха существенно изменяет ее проницаемость. В этом случае водопроницаемость пород при неполном водонасыщёнии характеризуется коэффициентом влагопереноса к_в (коэффи­циент фазовой водопроницаемости). С. Ф. Аверьянов предложил вычислять к_в по формуле:

К относительной водопроницаемости легко перейти, если разделить к_в на к. Графики для лёссовидных супесей и суглин­ков, построенные экспериментально, показаны на рисунке ниже.

Зависимости относительного коэффициента влагопереноса от относительной влажности