4.2 สมบัติทางกายภาพและสมบัติดัชนีของหิน

 

4.2.4        ค่าการยอมให้ซึมผ่าน (Permeability)

ค่าการยอมให้ซึมผ่านของหินมีความสำคัญต่องานด้านวิศวกรรม โดยเฉพาะย่างยิ่งงานเหมืองแร่ งานกำจัดกากของเสีย และงานด้านปิโตรเลียม ค่าการยอมให้ซึมผ่านจะบอกถึงการเป็นแหล่งกักเก็บน้ำบาดาล หรือแหล่งกักเก็บน้ำมัน เมื่อหินมีค่าการยอมให้ซึมผ่านสูง แต่ถ้ามีค่าการยอมให้ซึมผ่านต่ำจะแสดงความทึบน้ำซึ่งจะเป็นตัวกันการปนเปื้อนของกากของเสียที่เก็บไว้ในโพรงใต้ดิน หรือจะเป็นตัวปิดกั้นการเคลื่อนไปของน้ำมัน การหาค่าการยอมให้ซึมผ่านจะใช้กฎการไหลของดาร์ซี (Darcy's law)

                     (4-5)

 

เมื่อ                   qx                  =          อัตราการไหลของน้ำในทิศทาง x

                        k          =          สัมประสิทธิ์การยอมให้ซึมผ่าน

                        h          =          ศักย์ไฮดรอลิค

                        A          =          พื้นที่หน้าตัดที่น้ำไหลผ่าน

                              =          ลาดไฮดรอลิค (hydrolic gradient ; i)

 

จากสมการข้างต้นจะได้ว่าหน่วยของค่า k เป็นหน่วยของความเร็วเช่น ซม/วินาที  ฟุต/นาที การหาค่า k ของหินในห้องปฏิบัติการสามารถกระทำได้โดยใช้เซลล์ทดสอบของฮูก ให้น้ำไหลผ่านด้วยระบบความดันคงที่

รูปที่4.2 เมื่อของเหลวอื่นที่ไม่ใช่น้ำนำมาใช้ในการทดสอบ ที่ความดัน p ค่าสัมประสิทธิ์การยอมให้ซึมผ่านจะคำนวณจาก

                       

                                       (4-6)

 

เมื่อ                    K         =   สัมประสิทธิ์การยอมให้ซึมผ่านไม่ขึ้นกับชนิดของของไหล

                        p          =          ความดันของของไหล

                                    m          =          ความหนืดของของไหล

           

หน่วยของค่า  K ที่ได้จากสมการ(4-6) จะมีหน่วยเป็นพื้นที่ เช่น ตารางเซนติเมตร (ซม2)ปกติจะใช้เป็นหน่วยดาร์ซี  คือ 1 ดาร์ซี จะเท่ากับ 9.87 x 10-9 ซม2 หากเทียบกับค่า k ที่ใช้น้ำเป็นของไหล ที่ อุณหภูมิ 20° C  1 ดาร์ซีจะเท่ากับ 10-3  ซม/วินาที นอกจากนี้แล้วอาจทดสอบผ่านตัวอย่างทรงกระบอกกลวงที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกัน โดยให้ของไหลผ่านจากช่องกลวงภายในสู่ภายนอกด้วยความดัน             ซึ่งค่า k สามารถคำนวณจากการไหลเป็นวงรอบดังนี้

                              (4-7)

           

เมื่อ                   R1, R2   =   รัศมีภายนอกและภายในของตัวอย่าง

                                    L          =    ความยาวของตัวอย่าง

                                    Dh        =     ค่าต่างศักย์ไฮดรอลิคสัมพันธ์กับความต่างของความดัน

 

            สำหรับหินที่มีรอยแตกหรือรอยแยก Snow (1965) และ (1968)ได้สร้างสมการการไหล ขนานกับแผ่นรอยแตก  โดยหาความสัมพันธ์กับความถี่ของรอยแตก(N)และ ความกว้างของรอยแยก (d) ค่า Nd เรียกว่า ความพรุนของรอยไม่ต่อเนื่อง (discontinuities porosity)(รูปที่ 4.3) ซึ่งมีระยะห่างระหว่างรอยแตก(S)เท่ากับ ค่า k หาได้จากสมการต่อไปนี้

 

                              (4-8)


รูปที่ 4.3 ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของช่องเปิด dระยะห่างรอยแตก และสัมประสิทธิ์ยอมให้ซึมผ่านของหิน (Goodman, 1980)

 


ส่วนการหาค่า k ในสนามจะอาศัยวิธีการสูบทดสอบ ซึ่งจะให้ผลดีกว่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการเนื่องจากรอยแตกต่างๆในธรรมชาติไม่ได้ถูกละเลยไป เหมือนเช่นตัวอย่างขนาดเล็ก อาจใช้แพคเกอร์ (packer) ในหลุมเจาะที่ต้องการทดสอบในชั้นหินที่สนใจเท่านั้น มีขนาด 150 มม อัดน้ำด้วยแรงดัน 1 บรรยากาศเข้าสู่ระยะระหว่างลูกยางที่เบ่งหัวท้าย(L)ภายในบ่อมีระยะระหว่าง 1-5 ม ขึ้นกับความถี่ของรอยแตกที่มีอยู่ในพื้นที่ ระยะเวลาทดสอบอย่างน้อยควรจะ 15 นาที ปริมาณของน้ำ(Q)ที่ไหลเข้าสู่บ่อจะนำมาคำนวณหาโดยกฎของดาร์ซี นั่นคือ    หน่วยของ ค่า k  อาจเรียกว่า ลูยอง (leugeon) ซึ่ง 1 ลูยองจะมีค่าเท่ากับการไหลของน้ำที่อัตรา 1 ลิตรต่อนาที ที่ความดัน 10 บรรยากาศ 1 ลูยองจะเท่ากับ 10-7/วินาที  เมื่อเราได้ค่า k จากการทดสอบในสนามเราสามารถใช้สมการ (4-8) ประเมินหาขนาดช่องเปิดของรอยแตกได้

 

คลิกลากที่นี่ เพื่อเคลื่อนย้ายเมนู
ShortCut Menu