Permeabilität (Petrophysik)

Die beiden Artikel beschreiben das Gleiche (Permeabilität von Gesteinen und Sedimenten) aus zwei leicht verschiedenen Perspektiven. Als neues Lemma würde sich vielleicht Permeabilität (Geophysik) oder Permeabilität (Geologie) eignen. --Neumeier 04:59, 19. Feb. 2007 (CET)

Die Permeabilität ist ein Maß für das Durchströmen von Gasen oder Flüssigkeiten durch einen porösen Körper. Als Maßeinheit dient das Darcy, benannt nach dem französischen Wissenschaftler Henry Darcy (1803-1858), der 1856 das Fließen von Wasser durch Kiesbetten untersucht hat. Die Permeabilität wird über das Darcysche Gesetz definiert:

Hierbei bedeuten:

k = Permeabilität in Darcy,

q = Fließrate in cm³/sec,

μ = Viskosität des Fließmediums in centiPoise,

l = Länge des porösen Körpers in cm,

Δp = Druckdifferenz in atm,

A = Querschnittsfläche des porösen Körpers in cm².

Die Permeabilität ist eine Konstante, wenn die folgenden Parameter eingehalten werden:

1. laminare Fließbedingungen
2. keine Wechselwirkung zwischen Gesteinsoberfläche und Fließmedium
3. nur eine Phase im Porenraum bei 100 %iger Sättigung mit dieser Phase.

Umrechnungsfaktor:

Da 1 Darcy eine relativ hohe Permeabilität ist, wird im Fluidbergbau mD oder die SI-Einheit µm² verwendet. Für eine Einstufung der Kohlenwasserstoff-Förderung aus geologischen Formationen ist neben der Nettomächtigkeit deren Permeabilität entscheidend:

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Meßanordnung zur Bestimmung von Permeabilitäten

  In gesteinsphysikalischen Laboratorien wird die Permeabilität routinemäßig an zylindrischen Proben mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Länge von 40 ... 80 mm bestimmt. Die Orientierung der Proben ist standardmäßig parallel zur Schichtung. Für Untersuchungen, bei denen es auf ein großes Porenvolumen ankommt (beispielsweise relative Permeabilität), sind auch Probendurchmesser von 40 mm üblich. Ein Sonderfall ist die Bestimmung der Permeabilitätsanisotropie an Würfeln von 40 oder 30 mm Kantenlänge. Diese sind so aus dem Kernmaterial herauszuarbeiten, dass zwei Flächen parallel zur Schichtung orientiert sind und somit Daten parallel und senkrecht zur Schichtung an einer Probe bestimmt werden können. In den USA sind für Routinemessungen Proben von 1 Zoll x 1 1/2 Zoll gebräuchlich.

Absolute Permeabilität

Ölpermeabilität

Wasserpermeabilität

Die Durchlässigkeit oder (spezifische) Permeabilität k0 [m2] ist eine gesteinsspezifische Konstante, die nicht von der durchströmenden Flüssigkeit abhängt. Um z. B. den Durchlässigkeitsbeiwert kf für ein Fluid (z. B. Wasser) zu berechnen, verwendet man kf =k0⋅g ν mit ν=η ρ kf gesättigte Leitfähigkeit des Fluids k0 Permeabilität [m2] g Erdbeschleunigung [kg m s2] ν kinematische Viskosität des Fluids [m2 s-1] η dynamische Viskosität des Fluids [Pa s] ρ Dichte des Fluids [kg m-3] Die Permeabilität kann aus der mittleren Korngrösse berechnet werden k0≈C⋅d w2 dw wirksamer Korndurchmesser des porösen Mediums C gesteinsspezifischer Koeffizient (Proportionalitätsfaktor) C ist eine gesteinsspezifische Konstante, die die Wirkung der Schichtung, Packung, Kornanordnung, Grössenverteilung und Porosität unabhängig von den Eigenschaften der durchfließenden Flüssigkeit berücksichtigt. Durch die Permeabilität k kommt die Struktur des Porenraums zum Ausdruck. Früher wurde für die Permeabilität eines Gesteins k die Einheit Darcy benutzt (1 Darcy = 9.678 . 10-9 cm2). Die moderne Definition ist Permeabilität = 1, wenn 1 cm3 Wasser (bzw. eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von 1 mPa s-1) in 1 s durch ein Gesteinsstück mit dem Volumen 1 cm3 fließt bei einem Druckunterschied von 105 Pa zwischen Eintritts- und Austrittsstelle und T = 0°C .

Gaspermeabilität

Relative Permeabilität

Das Zwei-Phasen-System Öl/Wasser

Das Zwei-PhasenSystem Gas/Wasser

Das Drei-Phasen-System Gas/Öl/Wasser