Post on 14-Aug-2019
Porosität (porosity)
M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung
Dr. Istvan Dunkl
Kristina Sass, Waldemar Eckhardt, Theis Winter und Malte Teipel
Porosität ‐ Permeabilität
• Porosität ist ein Maß für das Hohlraumvolumen innerhalb eines Festkörpers
• Permeabilität ist ein Maß für das Strömungsverhalten von Fluiden durch diesen Porenraum
Porosität (Berechnung)
• Die Porosität φ ist definiert als das Verhältnis des Hohlraumvolumens zum gesamten Festkörpervolumen
• Gleichung:
VH = HohlraumvolumenV = VH + VFVF = Reinvolumen
• Dimensionslos und wird in % angegeben
Messmethoden• Porosität kann mithilfe des Archimedischen Prinzips ermittelt werden
• Porenradienverteilung kann mittels Quecksilberporosemetrie ermittelt werden
Unterscheidung
• Verschiedene Porosität, bedingt durch
• Porenraum zwischen den Komponenten (Interpartikelporosität)
• Klüfte und Spalten• Lösung von Komponenten
Absolute und effektive Porosität
Absolute Porosität nP:
nP = VP / Vges [%]
Absolutes Porenvolumen VP: Gesamtheit aller Poren eines Gesteins:
VP = Vges – VFe [m3]
Hölting & Coldewey (2013)
Absolute und effektive PorositätEffektives Porenvolumen VP,eff: Porenvolumen, das für die Fluidbewe‐
gung durch hydraulisch verbundene Poren zur Verfügung steht:
VP,eff = VP – VHf [m3]
Effektive Porosität nP,eff:
nP,eff = VP,eff / Vges [%]
Porenzahl e:
e = VP / VFe [%]
Hölting & Coldewey (2013)
Primäre und sekundäre Porosität
Primäre Porosität: Entstehung zum Zeitpunkt der Ablagerung des Gesteins• Intergranulare Porosität• Intragranulare Porosität
Sekundäre Porosität: Entstehung nach der Ablagerung des Gesteins • Diagenese Kompaktion und Zementation Verringerung der
Porosität• Lösungsprozesse Erhöhung der Porosität• Umverteilte Porosität
Burley & Worden (2003)
Permeabilität
• Definition: Durchlässigkeit von Gestein/Boden für Flüssigkeiten/Gase
• Nach Darcy gilt: – K: Permeabilität in m²– Q: Fließrate in m³/s– ր–––
Permeabilität und Porosität
• Permeabilität ist abhängig von Porosität, „Porenraumverbindungen“ und Kornsortierung
• Zusammenhang zwischen Porosität und Permeabilität in der Regel linear ‐> Sandstein
• Ausnahmen: – Kalkstein ‐> Hohe Porosität und niedrige Permeabilität– Gebrochene Kristallingesteine ‐> Niedrige Porosität und hohe Permeabilität
• Für Erdöl und Erdgas sollte Permeabilität und Porosität hoch sein!
Permeabilität und Porosität in Abhängigkeit von Sortierung und
Korngröße• Porosität ist
proportional zu der Sortierung
• Permeabilität sind proportional zur Korngröße
• Zusammenspiel zwischen Sortierung und Korngröße sind wichtig für die Perm. und Por.!
Selley 1985
Bedeutung der Porosität
• Porosität ist eine wichtige Gesteinseigenschaft für die Bereiche:– Hydrogeologie– Petroleumgeologie– Geothermie
https://www.spektrum.de/lexika/images/geo/f4f1693_w.jpg
Bedeutung der Porosität
• Der Porenraum kann verschiedene Inhalte enthalten– Grundwasser– Fluide
− Salzhaltig− Hohe Temperaturen
– Gase– Kohlenwasserstoffe
− Erdölfenster (60‐160 °C)− Gasfenster (140‐200 °C)
Bedeutung der Porosität
• Die Porosität nimmt mit zunehmender Tiefe ab– Drucklösung– Kompaktion
• Durch zirkulierende Fluide kommt es zur Mineralneubildung und Zementation des Porenraumes
• Ab etwa 6km Tiefe und Temperaturen über 200 °C werden Porenräume schnell geschlossen
Literatur
Hölting, B. und Coldewey, W. G. (2013): Hydrogeologie: Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie ‐ 11‐15; Berlin Heidelberg (Springer‐Verlag)
Nichols, Gary (2009): Sedimentology and Stratigraphy ‐ 282; Wiley‐Blackwell
Worden, R. H. & Burley, S. D. (2003): Sandstone diagenesis: the evolution of sand to stone – In: Burlry, S. D. & Worden, R. H. (Hrsg.): SANDSTONE DIAGENESIS: Rechent and Ancient: 33‐35; Blackwell Publishing Ltd
Press, F. und Siever, S. (2008): Allgemeine Geologie; Berlin Heidelberg (Springer‐Verlag)
Schmatz et al. (2015): Nanoscale imaging of pore‐scale fluid‐fluid‐solid contacts in sandstone; Geophysical Research Letters
Hemes et al. (2013): Variations in the morphology of porosity in the Boom ClayFormation: insights from 2D high resolution BIB‐SEM imaging and Mercury injection Porosimetry; Netherlands Journal of Geosciences