Existen varios factores que afectan la porosidad de la roca, entre estos podemos mencionar los siguientes:
- Tipo de empaque.
- Presencia de material cementante.
- Geometría y distribución del tamaño de los granos.
- Presión de las capas suprayacentes.
1.3.1. Tipo de empaque
Si se tiene un medio poroso compuesto por esferas de igual tamaño, las cuales se encuentran dispuestas formando un arreglo cúbico (figura 1.1), la porosidad obtenida es de 47.64%. Si modificamos la disposición espacial de las esferas manteniendo el tamaño de las mismas, podemos obtener diversos tipos de arreglos, cada uno de los cuales presentará una porosidad diferente. Algunos de los arreglos que se pueden obtener son el arreglo ortorrómbico (figura 1.3) y el arreglo romboédrico (figura 1.4).
El arreglo ortorrómbico y el arreglo romboédrico presentan una porosidad inferior a la del arreglo cúbico, 39.54% y 25.9% respectivamente. Esta disminución en la porosidad se debe a una reducción en el volumen poroso del sistema, ya que parte de las esferas ocupan un volumen que anteriormente se encontraba vacío.
A continuación vamos a realizar el cálculo de la porosidad para un arreglo ortorrómbico y para un arreglo romboédrico, de forma similar a como lo hicimos para el caso de un arreglo cúbico.
Figura 1.3 Arreglo ortorrómbico
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Ec. 1.7 |
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Ec. 1.8 |
Donde:
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Ec. 1.9 |
Donde:
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Ec. 1.10 |
Por lo tanto:
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Ec. 1.11 |
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Ec. 1.12 |
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Ec. 1.13 |
Para un sistema romboédrico como el mostrado en la figura 1.4 se tiene que el volumen de las esferas es igual al calculado en la ecuación 1.7.
Figura 1.4 Arreglo romboédrico
Para el cálculo del volumen total se debe utilizar la ecuación 1.8, donde se tiene:
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Ec. 1.14 |
Como B y C son iguales a los calculados en la ecuación 1.10 se tiene:
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Ec. 1.15 |
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Ec. 1.16 |
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Ec. 1.17 |
Al calcular la porosidad de una roca que presenta un empaque cúbico como el mostrado en la figura 1.1 se obtuvo un valor de porosidad de 47.64%. Si se mantiene el tipo de empaque y se reduce el tamaño de las esferas a la mitad, la porosidad puede ser calculada como se muestra a continuación:
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Ec. 1.18 |
Como se puede apreciar la porosidad continua siendo 47.64%, esto se debe a que la variación en el tamaño de los granos no afecta la porosidad de la roca, siempre y cuando se mantenga el tipo de arreglo o empaque de los granos.
1.3.2. Presencia de material cementante
Los granos que conforman la matriz de la roca se encuentran unidos entre sí por material cementante, el cual se encuentra compuesto principalmente por sílice, carbonato de calcio y arcilla. La presencia de material cementante afecta la firmeza y compactación de la roca, por lo tanto afecta la porosidad de la misma. A medida que aumenta la cantidad de material cementante, la porosidad del sistema disminuye, debido a que este material se aloja en los espacios disponibles para la acumulación de fluidos. Por esta razón, la porosidad de arenas no consolidadas (las cuales presentan poca cantidad de material cementante) es mucho mayor que la porosidad de arenas altamente consolidadas o compactadas.
1.3.3. Geometría y distribución del tamaño de los granos
Figura 1.5 Distribución del tamaño de los granos
Dependiendo del ambiente depositacional en el cual se originó la roca, los granos que la conforman presentarán una determinada distribución en su tamaño. Esta variación en el tamaño de los granos se conoce como escogimiento y es un factor que afecta la porosidad de la roca.
Como se puede apreciar en la figura 1.5, cuando la distribución del tamaño de los granos de una roca es homogénea (buen escogimiento), la porosidad de la roca es alta. A medida que aumenta la heterogeneidad en el tamaño de los granos, la porosidad de la roca diminuye.
La forma de los granos también afecta la porosidad de la roca. Un sistema compuesto por granos perfectamente redondeados presentará una porosidad mayor que un sistema formado por granos alargado, como se aprecia en la figura 1.6.
Figura 1.6 Variación en la forma de los granos
1.3.4. Presión de las capas suprayacentes
Otro factor que afecta la porosidad es la compactación originada por la presión de sobrecarga, la cual es ejercida por el peso de las capas suprayacentes de la roca. A medida que aumenta la profundidad, la presión ejercida por la columna de sedimentos aumenta, esto genera una fuerza que tiende a deformar los granos y reducir el volumen de espacios vacíos, por lo tanto se origina una reducción en la porosidad.
Cuando los fluidos contenidos en el espacio poroso son producidos, la presión interna disminuye, pero la presión externa (presión de sobrecarga) permanece constante, con esto se crea un desequilibrio que origina esfuerzos que tienden a disminuir el volumen bruto y el volumen poroso de la roca, lo que se traduce en una reducción en la porosidad. |
