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Durchlässigkeit

Durchlässigkeitsbeiwerte für die Bayrische Molasse. Quelle: Mraz et al.

In der Gesteinshydraulik versteht man unter Durchlässigkeit oder Permeabilität die Durchlässigkeit eines Gesteins für Fluide, also Flüssigkeiten oder Gase.

Maßeinheit

  • m2 für die Permeabilität K, ( häufig wird von Ingenieuren stattdessen die Einheit Darcy verwendet, 1 Darcy = 0,98697·10-12 m2)
  • m s-1 für den Durchlässig­keitsbeiwert kf

Definition

Die Permeabilität und der Durchlässigkeitsbeiwert beschreiben die Durchlässig­keit eines porösen Mediums gegenüber einem Fluid (z. B. Wasser), wobei sich die Permeabili­tät allein auf die Gesteinseigenschaften beschränkt und der Durchlässigkeitsbeiwert die Eigenschaften des Fluids zusätzlich einbezieht. Der Durchlässigkeitsbeiwert gibt an, welcher Volumenstrom Q bei einem hydraulischen Gradienten i pro Fläche A bei einer bestimmten Fluidtemperatur strömt.

Die Permeabilität steht mit dem Durchlässigkeitsbeiwert unter Berücksichtigung der dynamischen Viskosität µ und der Dichte ρF des Fluids und der Erdbe­schleunigung g durch die Formel

kf = K ρF g µ-1

in Beziehung.

Für reines Wasser bei 10 °C gilt folgendes Äquivalent:

  • Ein Durchlässigkeitsbei­wert von 10-5 m s-1 entspricht einer Permeabilität von 1 D bzw. 1 m s-1 entspricht 10-7 m2. Beide Parameter K und kf können richtungsabhängig sein und müssen dann als Tensor geschrieben werden.

Bestimmung

Messungen an Bohrkernen im Labor (Eigenschaft der Gesteinsmatrix), Ablei­tung aus Bohrlochmessungen (Permeabilität); Auswertung von Pump- und Injektionstests, Markierungsversuchen (Tracer, Eigenschaft des Gebirges).

Sekundäre Parameter

  • dynamische Viskosität des Fluids µ [kg m-1 s-1]
  • kinematische Viskosität des Fluids ν = µ/ρ [m2 s-1]

Die Dichte des Fluids ρF [kg m-3], Dichte und Viskosität des Wassers beeinflussen maßgeblich die Durchlässigkeit. Die Größen sind von der Art und Größe des Lösungsinhalts, dem Druck, dem Gasgehalt und der Temperatur abhängig.

Wertebereich

  • 10-8–10-20 m2 (permeabel > 10-13 m2) für K,
  • 10-1–10-13 m s-1 (durchlässig > 10-6 m s-1) für kf.

Die Mindestpermeabilität für eine hydrothermale Nutzung sollte über 10-13 m2 bzw. über 10-6 m s-1 liegen.

Literatur

Heitfeld, K., H., Koppelberg, W.: Durchlässigkeitsuntersuchungen mittels WD-Versuchen. Zb. Geol. Paläomtol. Bd. 1. Aufl. Stuttgart : Schweizerbart, 1981 

Stober, I. & Villinger, E. : Hydraulisches Potential und Durchlässigkeit des höheren Oberjuras und des Oberen Muschelkalks unter dem baden-württembergischen Molassebecken. In: Jh. Geol. Landesamt Baden-Württemberg, H. Nummer 37 (1997), S. 77–96 

Stober, I., Jodocy, M. & Hintersberger, B.: Gegenüberstellung von Durchlässigkeiten aus verschiedenen Verfahren im tief liegenden Oberjura des südwestdeutschen Molassebeckens. In: Z. Dt. Ges. Geowiss. : (2013), Nummer DOI: 10.1127/1860-1804/2013/000, S. 1-17 

Stober, I., Jodocy, M. & Hintersberger, B.: Vergleich von Durchlässigkeiten aus unterschiedlichen Verfahren - Am Beispiel des tief liegenden Oberen Muschelkalk-Aquifers im Oberrheingraben und westlichen Molassebecken. In: Z. geol. Wiss. : (2012), Nummer 40 (1), S. 1-18 

Terzaghi, K. : Die Berechnung der Durchlässigkeitsziffer des Tones aus dem Verlauf der hydrodynamischen Spannungserscheinungen. In: Sitzungsberichte Akad. Wiss. Wien, Nummer 132 (1923), S. 125-138

Elena Mraz, Elena, Markus Wolfgramm, Inga S. Moeck und Kurosch Thuro: Flüssigkeitseinschlüsse in Karbonaten des Oberjuras in Tiefbohrungen des südlichen Alpenvorlandes , DGK 2017. 

Weblink

http://www.chemie.de/lexikon/Permeabilität_(Petrophysik).html 

zuletzt bearbeitet Dezember 2021, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de