Rocas Sedimentarias
6. Porosidad y Permeabilidad
El comportamiento de una roca o sedimento frente a un fluido (como agua, petróleo o gas) puede describirse a partir de su porosidad y permeabilidad.
La porosidad se define como la relación entre el volumen de huecos o poros de una roca frente al volumen total, y se expresa generalmente en forma de porcentaje.
donde Vh es el volumen de poros, y Vt es el volumen total, y Vs es el volumen de roca sólida.
Las variaciones en tamaño de los poros, grado de conexión, relaciones con la edad de la roca o sedimento, así como la gran influencia que la etapa de litificación tiene sobre la porosidad, hace que sean muy variadas las formas de expresión y su significado. En cuanto a relaciones con el sedimento o roca sedimentaria se distinguen la porosidad primaria y la porosidad secundaria. Porosidad primaria es la originada durante la sedimentación y depende del tamaño y características de los granos, distribución granulométrica y su forma. En las arenas y granos bien clasificados (tamaño uniforme) la porosidad depende mucho de la forma y grado de empaquetamiento de los granos. La distribución granulométrica indicará si la formación más fina rellena los huecos que deja el esqueleto formado por los granos más gruesos. En las pelitas el tamaño de grano tiene mucha influencia pues la velocidad final de la caída condiciona la ordenacion de las partículas en el sedimento, y las ordenaciones más estables reducen apreciablemente la porosidad.
La porosidad secundaria se origina por evolución posterior del sedimento o roca y puede modificar en cualquier sentido la porosidad primaria. La diagénesis, mediante la compactación y cementación disminuye la porosidad. La disolución de algún mineral inestable, la fisuración o disolución a traves de microfisuras origina un aumento de la porosidad.
La recristalización del material calcáreo o arcilloso puede aumentar o disminuir la porosidad, según la extensión de la recristalización y la posibilidad de sustituciones de minerales durante el proceso. La dolomitización en rocas de arrecife aumenta la porosidad, mientras que la dolomitización en calizas estratificadas disminuye la porosidad.
La porosidad efectiva es el volumen de fluido que se extrae de una roca saturada por la acción de la gravedad y la retención específica es el volumen de agua que queda retenida en los poros de la roca frente al volumen de la roca.
Desde el punto de vista cualitativo, la porosidad se puede definir como porosidad abierta, que es la de los poros interconectados, y porosidad cerrada, o volumen ocupado por poros no interconectados. La porosidad total sería la suma de la abierta y la cerrada.
La porosidad de las rocas sedimentarias clásticas puede verse en el siguiente gráfico, en función del tamaño de clasto. En él podemos ver que la porosidad total de los sedimentos de grano fino (limo, arcilla) es mayor que la de las arenas y gravas. Sin embargo, la porosidad efectiva, vinculada a los poros interconectados por los que puede circular fluidos es mayor para los sedimentos de tamaño arena.
En los carbonatos la porosidad presenta otros orígenes además de los intergranulares de origen sedimentario, similar a la de las rocas detríticas. Se habla de porosidad arrecifal, originada por estructuras orgánicas de construcción, de porosidad oolítica, porosidad móldica (cavidades de fósiles), de dolomitización, disolución o de fisuración.
La permeabilidad es una medida de la facilidad con que un fluido atraviesa un material poroso. Están influenciada por el tamaño y forma de los poros y su grado de conexión. Se determina a partir del volumen de fluido que atraviesa una longitud de roca porosa de sección constante en un tiempo dado, y la expresión más frecuente es:
siendo Q el volumen del fluido que por unidad de tiempo atraviesa una sección S, con un gradiente hidráulico de i (diferencia de presión dividido por la longitud atravesada), u es la viscosidad, y gamma el peso específico del fluido.
Tiene una gran variabilidad, su unidad es el "darcy". Un darcy describe la permeabilidad de un medio poroso a través del cual se produce el pasaje de un centímetro cúbico de fluido que tiene un centipoise de viscosidad y fluye en un segundo bajo una presión diferencial de una atmósfera, donde el medio poroso posee un área en sección transversal de un centímetro cuadrado y una longitud de un centímetro. Un milidarcy (mD) es una milésima parte de un darcy y se trata de una unidad utilizada generalmente para las rocas yacimiento.
Sobre la permeabilidad influyen el tamaño del poro, si las interconexiones son muy pequeñas, la película de agua que humedece la superficie del poro prácticamente tapona e hueco y el agua necesita una gran diferencia de presión para moverse. La clasificación y el tamaño de grano aumentan la permeabilidad.
En el campo, la permeabilidad se puede estimar por la conducta de una gota de agua en la superficie de la muestra. Una roca impermeable no absorbe el agua, las permeables si. Los grados de permeabilidad dependen del tiempo que tarda en desaparecer la gota.
El siguiente gráfico muestra una buena descripción de las permeabilidades típicas de los diferentes materiales sedimentarios (sedimento no consolidado):
Según la permeabilidad se usan los valores siguientes: mayor de 1 darcy, permeabilidad muy alta, entre 1 y 0,1 darcy, alta permeabilidad, entre 0,1 y 0,01 permeabilidad media, entre 0,01 y 0,001, baja, y entre 0,001 y 0,0001 permeabilidad muy baja. Si la permeabilidad es menor de 0,0001 el material es impermeable.