Die Produktiviät einer Produktionsbohrung bzw. die Injektivität einer Injektionsbohrung wird durch die zugeordneten Indizes bestimmt. Der Produktivitätsindex PI beschreibt dabei die Ergiebigkeit einer Bohrung als Quotient der Förderrate Q [kg/s oder m3/s] und der Druckabsenkung Δp [Pa] entsprechend der Formel PI = Q/Δp.
Bei dem Produktivitätsindex handelt es sich im eigentlichen Sinne nicht um eine Gesteins- oder Aquifereigen-schaft. Im Gegensatz zur Transmissivität berücksichtigt der Produktivitätsindex auch brunnenspezifische Eigenschaften. Der Produktivitätsindex kann nur bei lang andauernden Fördertests unter Berücksichtigung der realisierten Bohrlochgeometrie ermittelt werden.
Der Produktivitätsindex stellt ebenfalls eine wichtige Kenngröße für die Bewertung der Leistungsfähigkeit eines erschlossenen Grundwasserleiters in Verbindung der technischen realisierten Erschließungsvariante dar.
Die Mindestproduktivität für eine hydrothermale Nutzung eines Aquifers sollte 75 m3/(h∙MPa) betragen.
Für den Produktivitätsindex PI [m³ / (s∙MPa)] und entsprechend für den Injektivitätsindex gilt:
m3 s-1 MPa-1
Der Produktivitätsindex PI beschreibt die Förderrate Q in Abhängigkeit von der Druckabsenkung s.
PI = Q s-1.
Für Injektionsbohrungen ist das Analogon zum Produktivitätsindex der Injektivitätsindex II. Er beschreibt die Injektionsrate in Abhängigkeit von der Druckerhöhung.
In Wissenschaft und Technik sollten vorrangig SI-Einheiten verwendet werden. Vielfach und auch bem Produktivitärsundex lässt sich das aus historischen Gründen nicht durchsetzen. Als Folge sind Umrechnungen unumgänglich.Unter Berücksichtigung der verschiedenen Einheiten ergibt sich die folgende Umrechnungstabelle bezüglich der verschiedenen für die Indizes verwendeten Maßeinheiten.:
Einheit | m3 s-1 MPa-1 | m3 h-1 MPa-1 | l s-1 (m WS)-1 | l s-1 bar-1 |
m3 s-1 MPa-1 | 1 | 3.600 | 9,81 | 100 |
m3 h-1 MPa-1 | 0,28 · 10-3 | 1 | 2,72 · 10-3 | 27,8 · 10-3 |
l s-1 (m WS)-1 | 0,10 | 367,1 | 1 | 10,2 |
l s-1 bar-1 | 0,01 | 36 | 981 | 1 |
Der Index wird in der Regel aus hydraulischen Tests bestimmt, wobei zu berücksichtigen ist, dass bei kurzen Testzeiten wegen der noch instationären Verhältnisse die Absenkung noch nicht ihr Maximum erreicht hat. Der Produktivitätsindex ist jedoch nicht allein von den Eigenschaften des Untergrundes, sondern auch von denen der Bohrung (Brunnenspeicherung, Skin-Effekt) abhängig.
Der Produktivitätsindex kann unter Zuhilfenahme der Brunnengleichung von Thiem (1906) für vorzugebende Absenkungen s (mit p = p*g*s) und Bohrlochradien r rechnerisch abgeschätzt werden, wenn der kf -Wert, die Aquifermächtigkeit H und die Reichweite des Absenkungstrichters R bekannt sind.
PI = 2π kf H / ln R/r.
Der auf diese Weise ermittelte Produktivitätsindex muss mittels der Dichte ρf und der Erdbeschleunigung g in die übliche Dimensionierung umgeformt werden.
Falls der Öffnungsdruck des Gebirges nicht überschritten wird (elastische oder druckmechanische Verformung), ist der Injektivitätsindex für einen idealen Aquifer mit gleichen Fluideigenschaften identisch mit dem Produktivitätsindex. Da aber die hierfür aufzubringenden Druckdifferenzen von der Viskosität und Dichte des Fluids abhängig sind und da vor allem die Viskosität stark temperaturabhängig ist, ist der Injektivitätsindex bei Geothermiebohrungen (Injektion von abgekühltem Wasser) häufig um ein Mehrfaches kleiner als der Produktivitätsindex (Förderung von heißem bzw. warmem Wasser). Das bedeutet, dass für das Verpressen des abgekühlten Wassers eine höhere Druckdifferenz aufgebracht werden muss als für das Fördern der gleichen Rate.
GICON: Geothermische Potenzialanalyse Projektstandort Darmstadt: Landesamt, 2024
Stober, I., Fritzer, T., Obst, K. & Schulz, R. (2016): Tiefe Geothermie - Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland. – 4. akt. Auflage; Hannover (LIAG): S. 42f.
Weitere Literatur siehe:
zuletzt bearbeitet Januar 2025, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de
