Пористость, коэффициент пористости
Без исследования физических свойств грунта невозможно получить полноценную характеристику участка, на котором планируется проведение строительных работ. Грунтовая лаборатория компании ООО «ГеоЭкоСтройАнализ» обладает профессиональным штатом сотрудников и современным оборудованием, позволяющим качественно изучить любые тип почв и грунтов.
Показатель пористости считается одним из важнейших в характеристике любого грунта. Он входит в число основных свойств механического и физического типа, который определяется в лабораторных условиях.
Без Технического отчета, составленного на основании исследований основных свойств грунта, не определиться с наиболее подходящими и рациональными проектными решениями по проектированию будущих строительных работ. Можно уверенно заявить, что общий объем инженерно-геологических работ на 50 процентов состоит из лабораторных исследований. На основании инженерных изысканий заказчик получает детальную информацию об рассматриваемом участке предполагаемой застройки, о подробно описанной геологии участка, основных геологических особенностях территории, прогнозировании изменения существующих условий в период эксплуатации объекта.
Показатель пористости грунта – один из тех, вычисление которых обязательно на этапе подготовки к строительству. Пористостью грунта называют показатель наличия в нем мелких пустот. Пористость рассчитывают в качестве процентного отношения между объемом этих пустот и общим объемом исследуемого грунта. Определяя этот показатель, в грунтовой лаборатории вычисляют и коэффициент пористости, который является соотношением между объемом пустот и объемом твердой фазы образца грунта.
Для определения пористости грунта у разных его типов используются различные способы. К примеру, для глинистых грунтов расчет пористости выполняют в соответствии с удельным и объемным весом образца. Все дело в показателе связности этого вида почвы.
Существует прямая связь между данным показателем и другими характеристиками грунта. К примеру, показатель несущей способности грунтов находится в прямо пропорциональной зависимости от параметра пористости, присущего исследуемому образцу. С уменьшением коэффициента пористости грунта происходит уменьшение его несущей способности (степени сжатия грунта, при воздействии на него внешней нагрузки).
Инженеры-геологи считают, что пористость является важнейшей характеристикой структуры грунта. Показатель весового коэффициента пористости напрямую связан с коэффициентом водонасыщенности (влажности) различных типов грунтов, который рассчитывается после полного наполнения пор водой. Для песчаных грунтов характерна сравнительно небольшая пористость (от 30 до 35 процентов). Поэтому песчаные грунты способны отлично пропускать воду. Для глинистых грунтов характерна большая пористость (до 70 процентов), что характеризует их практическую водонепроницаемость.
Показатель пористости грунта в комплексе инженерно-геологических изысканий считается важнейшей вспомогательной характеристикой, без которого не получить информацию о других свойствах грунта. Без параметра пористости невозможно рассчитать сопротивление грунта, построить компрессионную кривую, определить характеристику сжимаемости грунта и другие важные параметры.
Пористость горных пород говорит о наличии в ней трещин, каверн, пор и иных полостей, в которых может содержаться вода, газ или нефть. Пористость может быть полной или открытой. Полную пористость определяют по объему всех пор породы, открытую пористость определяют по всем сообщающимся между собой порам.
Нефтепромысловая практика использует открытую пористость, так как благодаря ей появляется возможность извлечения нефти из земных недр. Ее определяют в качестве соотношения между объемом открытых пор и объемом образца породы и называют коэффициентом пористости, который считается характеристикой емкостных свойств горной породы.
Лабораторные исследования пористости, коэффициентов пористости и водонасыщения грунтов
Пористостью грунта n (%) называют отношение объёма пор к общему объёму пробы грунта. n является классификационным показателем, по величине которого проводят отнесение песчаных и скальных грунтов к разновидностям.
При величине n ≤ 3 грунт выделяют непористую разновидность, при 3 < n ≤ 10 – слабопористую, 10 < n ≤ 30 – среднепористую, а при n >30 – сильнопористую (согласно таблице Б.3 п. Б.1.3 ГОСТ 25100). n находится в обратной зависимости от плотности частиц грунта, чем больше плотность частиц грунта, тем меньше значение n. Величина n изменяется в пределах от 0% (пор нет) до 99% (1% скелета). Расчёт n проводят по формуле:
где ρS – плотность частиц грунта, г/см 3 ;
ρd – плотность скелета грунта, г/см 3 .
Существует также и другое понятие – коэффициент пористости грунта e (д. е.). Коэффициентом пористости называют отношение объёма представленной пробы грунта, соответствующего поровому пространству, к объёму, занимаемому твёрдой фазой грунта. e также является классификационным показателем, применяемым для отнесения песка к разновидностям. В зависимости от величины e и грансостава состава песчаные грунты подразделяются на пески плотные, пески средней плотности и рыхлые пески (согласно таблице Б.12 п. Б.2.5 ГОСТ 25100). Величина e может быть равна единице (объём грунта равен объёму, занимаемому скелетом) и превышать её (торф, лёсс). Расчёт е проводят по формуле:
Коэффициент пористости используют для расчёта коэффициента водонасыщения Sr (д.е.). Sr определяют как отношение влажности грунта в естественном состоянии к влажности, соответствующей полному водонасыщению грунта Sr применяется для отнесения песчаных и крупнообломочных грунтов к разновидностям по степени влажности. При величине 0 < Sr ≤ 0,5 выделяют грунты малой степени водонасыщения (маловлажные), при 0,5 < Sr ≤ 0,8 – грунты средней степени водонасыщения (влажные), при 0,8 < Sr ≤ 1 – водонасыщенные грунты. Расчёт Sr проводят по формуле:
где, W – природная влажность грунта, %;
ρS – плотность скелета (частиц) грунта, г/см 3 ;
е – коэффициент пористости, д. е.;
ρw – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 .
Данные показатели являются важными вспомогательными характеристиками, применяемыми, например, для построения графика компрессии и вычисления модуля деформации грунтов, что необходимо для принятия оптимальных проектных решений при возведении зданий. Наши специалисты произведут для вас все необходимые расчёты и на основании полученных результатов определят разновидность проб грунта по данным показателям.
- Вода
- Воздух
- Почва, донные отложения
- Пищевая продукция
- Физические факторы
- Отходы
- Растительность
- Радиационный контроль
Может ли коэффициент пористости быть больше 1
Зависимость параметра пористости от коэффициента пористости
Изучение коллекторских свойств пород имеет важное значение для подсчета запасов нефти и газа, выбора рациональной методики разработки месторождений и решения ряда вопросов, связанных с формированием залежей нефти и газа.
В настоящее время пористость и проницаемость определяют в основном путем лабораторных анализов керна, отобранного из скважин. Однако такой метод имеет ряд существенных недостатков [2] и его целесообразно дополнить геофизическими исследованиями скважин, проводимыми для определения коллекторских свойств пород.
Удельное сопротивление не глинистых пород при полном заполнении порового пространства водой зависит в основном от пористости их [4]. Это дает возможность определять пористость пород по их удельному сопротивлению. Для исключения влияния минерализации воды, насыщающей поровое пространство, обычно рассматривают не удельное сопротивление, а параметр пористости
где ρвп — удельное сопротивление водонасыщенного коллектора; ρв — удельное сопротивление насыщающей коллектор воды при температуре пласта.
Для установления зависимости параметра пористости Рп от коэффициента пористости Кп необходимо знать следующие величины: удельное сопротивление (минерализацию) воды, насыщающей коллектор, температуру пласта, удельное сопротивление водонасыщенного коллектора и его коэффициент пористости.
Зависимость Рп= f (Кп) устанавливают для каждого района по экспериментальным данным.
Такая зависимость была получена нами для продуктивной части разреза Березовского месторождения газа.
Величины минерализации, температуры и удельного сопротивления воды, насыщающей коллектор I (валанжин) и II (готерив- баррем) продуктивных горизонтов Березовского района, приведены в табл. 1 .
Минерализация пластовых вод определялась ЦНИЛ Тюменского геологического управления.
Измерение температуры производилось максимальными термометрами против пластов при опробовании скважин. Полученные величины температур, замеренные максимальными термометрами, хорошо совпадают с данными измерений электротермометром.
Из табл. 1 видно, что минерализация пластовых вод для I и II продуктивных горизонтов изменяется незначительно.
Незначительное изменение минерализации пластовых вод является благоприятным фактором для оценки коэффициента пористости коллекторов по геофизическим данным.
Величины пористости, удельного сопротивления и параметра Рп для водоносной части I и II продуктивных горизонтов Березовского месторождения газа приведены в табл. 2.
Коэффициенты пористости определялись ЦНИЛ Тюменского геологического управления. Определение удельного сопротивления водоносного пласта ρвп производилось по материалам БЭЗ.
Зависимость Рп = f (Кп) для продуктивной части разреза Березовского месторождения газа по данным табл. 2 изображена на рисунке . По оси абсцисс отложена величина средней пористости Кп.ср по лабораторным данным и по оси ординат — параметр Рп.
При рассмотрении указанного графика видно, что между параметром Рп и коэффициентом пористости существует тесная связь.
Зависимость между параметром Рп и величиной коэффициента пористости определяется уравнением
Рп = 1/Кп 1,85 (при Кп>0,2).
Погрешности в определении коэффициента пористости по параметру Рп приведены в табл. 3 .
Среднее значение относительной ошибки в определении пористости по величине Рп составляет около 7%. Однако иногда погрешность доходит до 13-18% и более. Большое расхождение в определении пористости по величине Рп и керну зависит в основном от двух причин: точности определения коэффициента пористости коллектора по керну и точности определения этого коэффициента по данным удельного сопротивления пласта. Рассмотрим этот вопрос более подробно.
А.И. Леворсен считает, что если измерять пористость в каждых 0,3 м керна, отобранного при вскрытии коллектора, то даже у наиболее однородных на вид пород она резко и отчетливо изменяется.
На совещании по вопросам изучения коллекторов нефтяных и газовых месторождений, состоящемся в Баку летом 1958 г., Ю.С. Мельниковой (ВНИИ) было доказано, что для получения точных данных о пористости пласта необходимо производить анализ керна через 0,3 м (при сплошном отборе) и брать среднее значение
Как видно из табл. 3 , коэффициент пористости определяли в среднем через 1-1,5 м разреза, что значительно снижает точность определения Кп .
Как было указано выше, величину параметра пористости определяли по материалам БЭЗ. Однако применение этой методики не всегда обеспечивало необходимую точность из-за сложности геологических условий, для которых интерпретация кривых БЭЗ недостаточно совершенна.
С целью повышения точности в определении удельного сопротивления пласта для изучения коллекторских свойств необходимо использовать более совершенные методы определения удельного сопротивления, например, экранированное зондирование, микрозондирование и др.
Приведенная кривая зависимости Рп = f( Кп.ср ) для продуктивной части разреза Березовского месторождения газа может быть использована на практике.
1. Вопросы промысловой геофизики. Сб. статей. Перевод с англ., Гостоптехиздат, 1957.
2. Дахнов В.Н., Кобранова В. Н., Латышова М.Г., Ряполова В.А. Промысловая геофизика. Сб. статей. Гостоптехиздат, 1957.
3. Кейвсар З.И. О связи относительного сопротивления с пористостью, удельной поверхностью и проницаемостью породы. Сб. «Прикладная геофизика», вып. Ю. Гостоптехиздат, 1958.
4. Комаров С.Г. Определение пористости пород по удельному сопротивлению. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 14, Гостоптехиздат, 1956.
6. Морозов Г.С. Методика определения пористости, проницаемости и удельной поверхности водоносных пород по данным электрического каротажа. Сб. «Прикладная геофизика», вып. 19. Гостоптехиздат, 1958.
Тюменское геологическое управление
Интервал опробования, м
Минерализация с, г/ л
Температура t пласта, °С
I продуктивный горизонт
Контекстная справка
Коэффициент пористости ( e ) описывает пористость грунта и рассчитывается по формуле:
объем твердых крупинок
Значения коэффициента пористости e (Braja M. DAS: Principles of Foundation Engineering)
Коэффициент пористости e [-]
Плохого гранулометрического состава со свободной плотностью
Плотный песок хорошего гранулометрического состава
Песок с угловатыми частицами и со свободной плотностью
Песок с угловатыми частицами и большой плотностью