공극률의 정의 및 수학적 계산 방법

안녕하세요!

엔지니어앤트맨 입니다.

 

국내에서 희귀한 전공인 자원공학 또는 지질학을 공부하시는 분들에게는 익숙학 개념인 공극률에 대해서 간략히 알아보겠습니다.

 

공극률의 정의

공극률(Porosity)은 지하 지층 또는 암석 내의 미세한 공간의 비율을 나타내는 수치입니다.

조금  더 교과서에 나오는 언어로 설명하면 다공성 암체(Porous Media)의 총부피 중 암석입자에 의해 점유되지 않은 부분을 의미합니다.

 

일반적으로 암체의 공극은 자연적으로 유체가 채워져 있으므로 공극률은 암체의 유체 저장능력을 나타낸다고 볼 수 있습니다.

다시 말해서, 공극률은 지층이 얼마나 많은 유체(일반적으로 석유 또는 가스)가 저장될 수 있는 정도를 나타내는 중요한 인자입니다.

 

아래 그림을 예시로 설명 해보겠습니다.

그림 1. 공극률의 비교

위의 두 가지 지층 중에서 공극률이 더 큰 지층은 어디 일까요?

 

그림을 보자마자 느낌적(?)으로 아시겠지만 (a) 지층이 암석 입자 사이의 공간이 더 크기 때문에 공극률이 크다고 할 수 있습니다.

 

조금 더 자세히 들어가면 총공극률(Total Porosity), 절대공극률(Absolute Porosity), 유효공극률(Effective Permeability), 그리고 잔류공극률(Residual Porosity) 등의 개념이 있으나 이는 추후에 다른 포스팅에서 설명하겠습니다.

 

공극률의  수학적 계산

공극률은 수학적으로 아래와 같이 정의 됩니다.

그림 2. 공극률의 계산

사용된 각 아래첨자의 의미는 아래와 같습니다.

• p: pore
• b: bulk
• s: solid​ 

위의 수식을 간단히 해석하면 "암석의 빈 공간의 부피를 암석 전체의 부피로 나눈 값" 이라고 할 수 있겠습니다.

 

공극률의 유형

공극률의 유형은 아래와 같이 구별된다고 하는데 우선은 읽고 넘어가기만 하면 될 것 같습니다.

• 입간 공극률(Intergranular Porosity): 퇴적 중 입자사이에 형성된 공극률
• 단열 공극률(Fracture Porosity): 퇴적물이나 암체 내 틈을 따라 발생한 공극률
• 공동 공극률(Vugular Porosity): 암석 내 입자의 선택적 제거(용해)에 의하여 형성된 공극률
• 입내 공극률(Intragranula Porosity): 개별 입자 내에 생기는 공극에 의한 공극률

 

공극률의 중요성

공극률은 다음과 같은 이유로 중요하다고 합니다.

• 자원 평가: 공극률 정보는 지하 구조 내에 저장된 석유, 가스 또는 물의 양을 평가하는 데 필수적
• 탐사 및 생산 계획: 공극률은 탐사와 생산 계획을 개발하는 데 사용됨. 공극률을 이해하면 어떤 지역에서 유체가 저장될 가능성을 예측 할 수 있음
• 유체 이동성 평가: 공극률은 유체의 이동성을 이해하는 데 도움을 주며 유체의 흐름 및 생산을 관리하는 데 중요

 

오늘은 공극률에 대해서 알아보았습니다.

포스팅 관련해서 궁금한 점이 있으신 분은 자유롭게 댓글로 남겨주세요!

감사합니다.

 

마지막 수정: '24년 9월 19일