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Porendruck

Ein Gestein besteht in größerer Tiefe aus der Gesteinsmatrix und den Hohlräumen zwischen den Gesteinspartikeln. Alternativ können dies auch Klüfte sein. Dieser Hohlraum ist in der Regel wassergefüllt oder bei Gaslagerstätten auch gasgefüllt. Dieses Wasser steht unter einem Druck, der als Porendruck bezeichnet wird.

Für den Porendruck können folgende Situationen grundsätzlich unterschieden werden:

  • Steht der Porenraum in einer hydraulischen Verbindung mit dem oberflächennahen Grundwasser, ist der Porendruck der hydrostatische Druck. Er ist abhängig von der überlagerten Wassersäule, also letztlich vom Grundwasserspiegel und von der Dichte der natürlichen Formationswässer. Der Porendruck kann künstlich erniedrigt werden (pumpen, fördern) oder erhöht (verpressen, injizieren).
  • Steht der Porenraum in einer hydraulischen Verbindung mit dem oberflächennahen Grundwasser in einer naheliegenden Region mit größerer Höhe als der Bohrlochmund, ist der Porendruck höher als der hydrostatische Druck. Man spricht von artesischen Verhältnissen. Der Druck hängt vom Wasserspiegel in der höher gelegenen Region ab. Das Wasser wird natürlich und nachhaltig (ohne Pumpen) aus dem Bohrloch ausfließen, wenn dieses nicht verschlossen ist.
  • Besteht zwischen dem Porenraum und dem oberflächennnahen Grundwasser keine hydraulische Verbindung, kann der Porendruck vom hydrostatischen Druck abweichen. Dies hängt auch von der geomechanischen Standfestigkeit des Porenraums ab. Entspricht der Porendruck dem lithostatischen Druck, spricht man von 'geo-pressured systems'. Dies wir vor allem dann der Fall sein, wenn der Porenraum nicht standfest ist und zusammengedrückt wird bis der Innendruck dem Außendruck entspricht.
  • Ist der Porendruck kleiner oder größer als der hydrostatische Druck kann man von under-pressured resp. over-pressured systemen sprechen. Over-pressured systems können besonders dann entstehen, wenn das Reservoir in größeren Tiefen war und dann durch Erosion an der Oberfläche der lithostatische Druck verringert wurde während der Porendruck der ursprünglichen Tiefenlage entsprechend konserviert wurde. Dies setzt voraus, dass das Reservoir hydraulisch dicht war und ist.

In allen Fällen, in denen der Porendruck größer als der hydrostatische Druck ist, wird Waser aus dem unverschlossenen Bohrloch natürlich ausfließen (solange bis der Druck abgebaut ist). Sind im Wasser Gasanteile kann es zum 'Blow-out' kommen. Tiefbohrungen werden daher grundsätzlich mit Preventern gesichert.

Wird der Porendruck über den Wert der minimalen horizontalen Hauptspannung (natürlich oder künstlich) erhöht, können vorhandene Risse aufgeweitet oder neue geschaffen werden. So lassen sich die Lagerstätteneigenschaften verbessern (Stimulation).

Der Porendruck ist ein wesentliches Element bei der Betrachtung oder Modellierung  poroelastischer Vorgänge in porösen Gesteinen, also in Aquiferen.

Bei der Förderung von Thermalwasser mit Tauchpumpen wird der Porendruck künstliche verkleinert, bei der Injektion vergrößert. Dabei sind die durch Förderung oder Injektion bedingten Temperaturänderungen in den Bohrungen, wegen der Veränderungen der Thermalwasserdichten zu beachten.