Основные гидрогеологические водноколлекторские свойства горных пород Влагоемкость

Основные гидрогеологические (водноколлекторские) свойства горных пород • Влагоемкость (способность пород поглощать и удерживать воду) • Проницаемость (способность пород пропускать воду (водопроницаемость), другие жидкости и газы) • Данные свойства определяются наличием в породах пустотного пространства, которое правильно называть скважностью

Скважность (пустотность) пород • Характеризуется коэффициентом скважности (пустотности): n = Vпуст. / Vпор. (*100 %) • Различают следующие три вида скважности (пустотности): - общую (nс); - открытую (nо); - эффективную (активную, динамическую) (nэф); В общем случае: nс ≥ nо > nэф

Скважность (пустотность) пород Соотношение между открытой (nо) и эффективной (nэф) скважностями определяется размером пустот: при диаметре (ширине) пустот более 0, 5 мм – nо~ nэф; при диаметре (ширине) пустот 10 -4 -0, 5 мм- nо> nэф, nэф >0; при диаметре (ширине) пустот < 10 -4 мм - nо> nэф , nэф =0. (поэтому глины, характеризующиеся открытой скважностью 30 -40 %, являются водо- (флюидо) упорами)

Скважность (пустотность) пород • Основные морфологические виды скважности: - пористость; - трещиноватость; - кавернозность (каверны – изометричные пустоты диаметром (условно) более 1 мм)

Пористость • Значения пористости: - свежие осадки – 50 -90 % (0, 5 -0, 9); - рыхлые осадочные породы (пески, глины) - 20 -45 %; - литифицированные осадочные породы – 10 -30 %; - магматич. , метаморф. породы – 1 -5 %. В качестве типичных поровых сред обычно рассматривают лишь обломочные породы (галечники, гравийники, пески, алевриты и т. д. )

Влагоемкость и влажность • Практически все породы (благодаря их скважности) характеризуются определенной емкостью (емкостными свойствами) и могут содержать определенное количество воды (газов, нефти). Это свойство (применительно к воде) влагоемкость. • Количество воды, содержащейся в породе, влажность породы. • Влагоемкость – свойство породы, влажность – состояние породы. • Абсолютно сухие породы (влажность равна нулю) могут обладать влагоемкостью.

Влагоемкость (w) и влажность (W) • Количественно выражаются одинаково: w (W) = Vводы / Vпор. (* 100 %); Vводы– объем воды в породе (образце); Vпор. – объем этой породы (образца). Это объемная влажность и влагоемкость, объем может быть заменен массой: w (W) = Mводы / Mпор. (* 100 %); в этом случае имеем массовую (весовую) влажность и влагоемкость.

Основные виды влажности и влагоемкости • Гигроскопическая влагоемкость (wg) – максимальное кол-во физ. прочносвязанной воды • Наименьшая влагоемкость (wн) – максимальное кол-во всей физически связанной воды • Полная влагоемкость (wо) – максимальное кол-во воды (всех видов) при полном водонасыщении всех пустот • Гравитационная емкость (wгр) максимальное кол-во свободной воды – wгр = wо - wн • Максимальная влажность (Wо) влажность породы, соответствующая полной влагоемк. – Wо = wо=nc • Естественная влажность (Wест) – влажность породы в естественных условиях залегания, может отвечать любому виду влагоемкости - wg ≤ Wест ≤ wо

Гравитационная емкость (wгр) • Определяет такие важнейшие понятия, как – водоотдача и водопоглощение (недостаток водонасыщения) • Водоотдача – способность пород отдавать свободную гравитационную (капельно-жидкую) воду • Водопоглощение (недостаток водонасыщения) – способность пород поглощать некоторое количество свободной (капельно-жидкой) воды

Водоотдача • Различают 2 вида водоотдачи: - гравитационная водоотдача (µ) - упругая водоотдача (µ*) • Гравитационная водоотдача (µ) – формируется при осушении пород (стекание воды под действием силы тяжести, откачка скважинами) – µ=wо - wн • Примерные значения гравитационной водоотдачи: рыхлые (несцементированные) породы – µ = N * (10 -2 – 10 -1) (д. е. ) сцементированные породы - µ = N * (10 -4 – 10 -2) (д. е. ) • Часто считают, что µ = nэф • Максимальной водоотдачей характеризуются галечники, минимальной - глины

Водопоглощение (недостаток насыщения) • Различают два вида недостатка насыщения: - недостаток гравитационного насыщения (µн или µ’) - недостаток упругого насыщения (µн* или µ’*) • Недостаток гравитационного насыщения формируется при повышении уровня грунтовых вод – µн (µ’) = wо – Wест В связи с тем, что Wест может варьировать в различных пределах (wg ≤ Wест ≤ wо), то 0 ≤ µн (µ’) ≤ wо- wg

Проницаемость • Свойство пород пропускать воду называется водопроницаемостью или фильтрационной способностью • Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации (К или Кф), обычно имеющем размерность скорости – (мм/с, см/с, м/сут) – м/сут • Коэффициент фильтрации зависит как от свойств самих пород (размеры пустот, их форма и др. ), так и от свойств фильтрующейся жидкости или газа • Проницаемость пород, зависящая только от свойств самих пород, характеризуется коэффициентом проницаемости (Кп)

Проницаемость • Коэффициент проницаемости: Кп=К(Кф)* µ/gρ=К(Кф)*۷/g; где µ - динамическая вязкость (Па*с), ρ – плотность (г/см 3), ۷ – кинематическая вязкость (м 2/с). • Размерность Кп – м 2 (отражает площадь фильтрующего пространства) • В практике расчетов единицей проницаемости – Дарси. 1 Д = 10 -12 м 2 (или 1 мкм 2) • Для пресной воды при обычных условиях: 1 м/сут = 1, 2 Д = 1, 2 мкм 2