1. Wstęp teoretyczny

Porowatość skały jest to cecha jakościowa ośrodka skalnego, informacja o występowaniu pustych przestrzeni zawartych między fazą absolutnie suchej skały. Wielkość porowatości ma duży wpływ na większość własności fizycznych skały - co wykorzystane jest w geofizyce do wyznaczania wielkości porowatości.

Pory podzielić możemy z punktu widzenia ich genezy na: pierwotne, wtórne, oraz z punktu widzenia kształtów porów na: stereopory, kanaliki, szczeliny. Pory w skałach mogą mieć różne rozmiary, od nanometrów - do kilku centymetrów.

Bardzo ważną cechą porowatości skały jest łączność między porami. Wyróżniamy pory otwarte (porowatość otwarta), oraz pory zamknięte ( porowatość zamknięta). Łączność między porami zapewnia możliwość przepływu płynów w skale. Wyróżniamy następujące współczynniki porowatości skał:

• całkowita K_pc = V_pc/V

V_pc - objętość całkowita wszystkich pustek w skale

• odkryta K_po = V_po/V

V_po - objętość porów odkrytych

• efektywna

gdzie: V_wew - objętość wody związanej

K_wew - współczynnik nasycenia skały wodą związaną

• dynamiczna

gdzie: V_rr - objętość resztkowa ropy i gazu (węglowodorów nieruchomych)

V_wew - objętość wody związanej

V - objętość próbki

Porowatość skał zmienia się w szerokich granicach. Są skały które praktycznie nie zawierają porów, oraz takie w których porowatość sięga 90% objętości skały. Wysortowanie ziaren w skałach złożowych z ziaren jest cechą wpływającą istotnie na porowatość skały. Skały zawierające ziarna o zbliżonej wielkości (wysortowane) mają większą porowatość od skał o nierównomiernym uziarnieniu (niskim stopniu wysortowania).

Istotnym czynnikiem, który wpływa na wielkość porów jest ciśnienie skał, które może w sposób nieregularny zmieniać średnice porów, nawet nieduże obciążenia mogą pory z makroporów i szczelin do mikroszczelin, które uniemożliwiają wolną filtrację, wolnego gazu i cieczy płynów złożowych. Fakt ten wyjaśnia spadek wartości porowatości wraz ze wzrastającą głębokością zalegania warstw skalnych.

W naszym doświadczeniu mamy za zadanie określić współczynnik porowatości efektywnej skał. Jest to ćwiczenie które składa się z kilku czynności. Po pierwsze należy zważyć próbki skalne suche w powietrzu, następnie nasycamy je wodą , co jest procesem dwustopniowym. Zanurzone w wodzie próbki wkładamy do komory ciśnień i za pomocą pompy próżniowej wysysamy z przestrzeni porowej powietrze, które następnie po wyłączeniu pompy zastępowane jest wodą. Po odczekaniu około 20 minut ważymy nasycone próbki najpierw w powietrzu, a następnie w wodzie. Otrzymane wyniki podstawiamy do wzoru i dokonujemy kolejnych obliczeń związanych z doświadczeniem.

gdzie: m₁ - masa próbki suchej w powietrzu

m₂ - masa próbki nasyconej w powietrzu

m₃ - masa próbki nasyconej w wodzie

K_p - współczynnik porowatości

2. Otrzymane wyniki i ich interpretacja

Tabela 1.

Lp	Symbol próbki	masa-such-pow m1 [g]	masa-nas-pow m2 [g]	masa-nas-woda m3 [g]	Kp	ΔKp	wi	Kpważ	ΔKpważ
1	1.R	136,7	139,34	85,17	0,048	0,007	20408	0,037	0,003
2	2.R	62,83	66,34	39,34	0,033	0,007	20408
3	3.R	62,33	66,33	39,33	0,130	0,018	3086
4	5.R	39,50	40,00	24,84	0,148	0,009	12345
5	P42	76,83	84,14	47,66	0,200	0,005	-	-	-

Błąd ważenia 1/6 [g]

Określenie porowatości poszczególnych próbek skalnych

gdzie:

m_n - masa próbki nasyconej wodą ważonej w powietrzu

m_s - masa próbki suchej ważonej w powietrzu

m_nw - masa próbki nasyconej wodą ważonej w wodzie

m₁ = m_n - m_s

m₂ = m_n - m_nw

obliczanie błędu z prawa przenoszenia błędów

Uśrednienie otrzymanych wyników

Ponieważ iloraz błędu bezwzględnego maksymalnego/błąd bezwzględny minimalny pojedynczych pomiarów wynosi 2,57 i jest większy od 2 stosujemy metodę średniej ważonej

średnia ważona

błąd bezwzględny średniej ważonej:

-błąd względny średniej ważonej:

4. Wnioski

Określaniu wartości współczynnika porowatości poddano próbki skalne o symbolach 1.R, 2.R, 3.R, 5.R, P42 . Do wyznaczenia współczynnika porowatości na podstawie pomiarów na czterech pierwszych próbkach została użyta metoda średniej ważonej ponieważ daje ona dobre rezultaty gdy iloraz błędu bezwzględnego maksymalnego/błąd bezwzględny minimalny jest większy od 2, w naszym przypadku wynosi 3,6. Wartość porowatości próbek wynosiła Kp_waż = 0,037
0,003 dla próbek 1.R, 2.R, 3.R, 5.R, oraz Kp_waż = 0,198
0,005 dla próbki o symbolu P42. Już podczas ważenia nasyconych wodą próbek można było zauważyć znaczny przyrost wagi co świadczyło o tym, że nasycone zostały wolne przestrzenie próbki, czyli pory.

Wywnioskować możemy więc, że porowatość skały może zmieniać się w szerokich granicach od 0 do kilkudziesięciu %. Na wartość porowatości skały wpływa jej skład mineralny oraz charakterystyka strukturalno-teksturalna, co wiąże się z kształtem i obtoczeniem ziaren, składem granulometrycznym, stopniem kompakcji skały pod wpływem sił ciśnienia, a także cementacja skały która zależy od ilości i charakteru spoiwa.

Metodę wyznaczenia wartości porowatości naszych próbek można na podstawie obliczonego błędu względnego określić jako niezbyt dokładną ponieważ błąd względny wynosi 8,1%. Głównym źródłem błędu podczas pomiaru były pomiary masy z dokładnością Δm = 1/6[g] a także krótki czas nasycania porów badanych próbek wodą.

---