Porowatość (geologia)

Porowatość w geologii – porowatość odnosząca się do warstwy geologicznej. Jest to pojęcie dotyczące hydrodynamiki podziemnej a odnoszące się do ośrodków porowatych i ośrodków szczelinowych. W tym drugim przypadku mówi się często o porowatości szczelinowej.

Pojęcie porowatości w hydrodynamice podziemnej niezupełnie pokrywa się z pojęciem porowatości w petrografii. W hydrodynamice podziemnej za przestrzeń porową uważa się jedynie taki obszar w ośrodku porowatym, do którego płyn może być bezpośrednio wprowadzony lub z którego może być wyprowadzony na skutek różnicy ciśnień. Drugiej z wymienionych tu konotacji słowa porowatość poświęcony jest odrębny artykuł porowatość skały.

Definicja

Porowatość ośrodka porowatego $\varphi$ definiuje się jako stosunek objętości przestrzeni porowej $V_p$ do objętości całego ośrodka porowatego $V:$

$\varphi \stackrel{\mathrm{d}\mathrm{f}}{=}\frac{V_p}{V}.$

Przez analogię porowatość szczelinową $\varphi$ definiuje się jako stosunek objętości przestrzeni szczelinowej $V_f$ do objętości całego ośrodka szczelinowego $V:$

$\varphi \stackrel{\mathrm{d}\mathrm{f}}{=}\frac{V_f}{V}.$

Własności

Porowatość ośrodka porowatego lub szczelinowego jest typowym parametrem fenomenologicznym. Nie mówi ona nic o kształcie porów (szczelin), ani o ich przebiegu. Wyraża jedynie udział przestrzeni porowej (szczelinowej) w objętości całego ośrodka porowatego lub szczelinowego.

Z przytoczonych powyżej definicji wynikają następujące własności porowatości jako parametru fizycznego:

• porowatość jest zawsze nieujemna i mieści się w przedziale $[0;1),$ przy czym nigdy nie osiąga swojej teoretycznej górnej granicy,
• porowatość jest parametrem bezwymiarowym i wyraża się ją w częściach całości lub w procentach.

Wartość porowatości ośrodków porowatych jest różna i zależy ona między innymi od kształtu ziaren budujących szkielet ośrodka. W przypadku luźnych gruntów może dochodzić nawet do 50%. W przypadku skał porowatych, np. piaskowców będących zazwyczaj kolektorami dla złóż ropy naftowej i/lub gazu ziemnego porowatość wynosi zwykle od kilku do 20%. Łupki są na ogół bardziej porowate – ich porowatość dochodzić może nawet do 50%, lecz ich przestrzeń porową tworzą pory o bardzo małych rozmiarach. Natomiast porowatość skał typu węglanowego jest niska i wynosi maksymalnie do kilku procent. Jest to zwykle porowatość typu szczelinowego.

Znaczenie praktyczne

Porowatość jest parametrem fenomenologicznym informującym o możliwościach ośrodka porowatego dotyczących składowania w nim płynów. Nic natomiast nie mówi o zdolnościach transportowych ośrodka.

Porowatość stanowi obok przepuszczalności jeden z fundamentalnych parametrów charakteryzujących ośrodki porowate i ośrodki szczelinowe. Obydwa te parametry oznaczane są drogą pomiarów laboratoryjnych dla skał kolektorskich złóż ropy naftowej i gazu ziemnego na podstawie analizy rdzeni wiertniczych. W inżynierii złożowej porowatość i przepuszczalność traktuje się jako parametry niezależne, charakterystyczne dla danego złoża. Badania doświadczalne wskazują, że zarówno porowatość, jak i przepuszczalność nie są wielkościami stałymi, lecz wykazują zmienność w zależności od położenia w obszarze złoża rzeczywistego.

Większość specjalistów traktuje przepuszczalność i porowatość jako parametry niezależne, mimo iż kilkadziesiąt lat temu podano związek między nimi w postaci tzw. formuły Kozeny-Carmana. Z praktycznego punktu widzenia formuła ta jest jednak nieefektywna, gdyż zawiera dodatkowe parametry jak powierzchnię właściwą ośrodka i krętość kanałów porowych, trudne na ogół do wyznaczenia.

Bibliografia

• Bear J.: Dynamics of Fluids in Porous Media, American Elsevier, New York – London – Amsterdam, 1972.
• Colins R.E.: The Flow of Fluids through Porous Materials, van Nostrand, New York, 1961.
• Scheidegger A.E.: Physics of Flow through Porous Media, University of Toronto Press, Toronto, 1974.