Permeabilität (Geowissenschaften)

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:

$k={\frac {q*\mu *l}{\Delta p*A}}$

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: 1 Darcy = 9,86923 · $10^{-13}$ m²

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:

Lagerstättentyp	Öl	Gas
kaum wirtschaftlich	k < 0,5 mD	k <0,1 mD
mäßig	0,5 <k < mD	0,1 <k < mD
gut	<k <500 mD	<k <100 mD
excellent	k >500 mD	k > 100 mD

Meßanordnung zur Bestimmung von Permeabilitäten

Bestimmung von Flüssigkeitspermeabilitäten

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

Relative Permeabilität