1. Определение пористости и водонасыщенности массива горных пород комплексом физических методов контроля

Пористость горной породы количественно характеризуется коэффициентом общей пористости (пористостью) К_П:

К_П = V_П / V_C (1)

где V_П – объем всех пор в образце;

V_C – общий объем абсолютно сухого образца.

Поровое пространство может быть заполнено флюидом (порозаполнителем), в качестве которого может быть вода, нефть, природный газ, воздух. Общее содержание воды в образце количественно характеризуется весовой W и объемной n_W влажностями:

W = P_В / Р_СК n_W = V_В / V_ОБ (2)

где P_В, V_В – вес и объём воды в образце;

V_ОБ – объём всего образца;

Р_СК – вес скелета образца.

Однако при одном значении влажности, но при различной величине пористости будет иметь место различная степень насыщения пор водой, которая характеризуется коэффициентом влажности (величиной водонасыщения):

К_В = W / W₀ = n_W / К_П (3)

где W – реальная влажность породы;

W₀ – полная возможная влажность той же породы.

Таким образом, определение коэффициента водонасыщенности представляет собой две задачи: определение пористости породы и определение ее влажности.

1. Определение пористости массива горных пород акустическим методом контроля

Пористость горных пород в случае большого объема измерений, производимых непосредственно в массиве, определяется главным образом методом акустического каротажа, основанным на применении формулы "среднего времени". Физическая сущность этой формулы заключается в предположении об аддитивном сложении времени прохождения упругих волн через твёрдую (t_ТВ) и жидкую (t_Ж) фазы породы:

t_Σ = t_T · (1 – К_П) + t_Ж · К_П (4)

или

1 / C_P = (1 – К_П) / C_РТ + К_П / С_Ж, (5)

где t_Σ и C_P – соответственно время и скорость распространения продольной волны в пористой породе;

t_T и С_РТ – время и скорость продольных волн в твердой фазе;

t_Ж и С_ж – время и скорость воды в жидкости (порозаполнителе).

В случае акустического каротажа при неизменной базе контроля l, определяемой длиной каротажного зонда, когда измеряется интервальное время распространения волны Δt = l / C, коэффициент пористости определяется следующим образом:

К_П = (Δt – Δt_T) / (Δt_Ж - Δt_T) = (C_РТ - C_P) · С_Ж / (C_РТ – C_Ж) · С_Р (6)

где Δt, Δt_T, Δt_Ж – интервальное время прохождения волны соответственно в пористой породе, твердой среде и жидкой фазе, мкс/м;

С_i – соответствующие этим временам скорости в данных фазах.

Таким образом, для определения величины К_П необходимо знать скорость распространения (интервальные времена) продольной волны в твердой и жидкой фазах.

Скорость в жидкой фазе (в воде или в буровом растворе, если l мало и радиус воздействия акустического поля зонда не выходит за пределы промытой зоны) изменяется в достаточно узких пределах и может быть определена экспериментально либо по заданному ее среднему значению. Скорость в твердой фазе С_РТ соответствует скорости продольных волн в данной породе при нулевой пористости (С_Р → C_РТ при К_П → 0) и зависит от состава породы, типа и степени цементации, плотности отдельных твердых компонентой и т.д. Величина C_РТ может колебаться для отдельных разностей в широких пределах.