Zur Beurteilung hydraulischer Wegsamkeiten in natuerlichen Gesteinen ist eine Messung der Permeabilitat im Labor unumganglich. Eine direkte Messung der Permeabilitat unter den in-situ Druckbedingungen ist nur bedingt möglich, da einerseits die wahren Druckbedingungen in-situ nicht bekannt sind und andererseits, in groβen Teufen, derart hohe Drucke herrschen, daβ eine Simulation im Labor nicht moglich ist. Eine Extrapolation der im Labor gemessenen Permeabilitaten kann nur dann sinnvolle Resultate liefern, wenn der Druckeinfluβ auf die Permeabilitat bekannt ist. Hierbei ist jedoch nicht nur der auβere Druck auf das Gestein zu beruecksichtigen, sondern auch der Druck im Porenraum. Dieser hat eine, dem auBeren Druck entgegengesetzte Wirkung, die ebenfalls nicht vernachlaβigt werden darf. Bei der experimentellen Ermittlung dieser Einfluesse muessen aber zunachst alle meβtechnischen Einfluesse korrigiert werden, um eine rein gesteinscharakeristische Permeabilitat zu erhalten. Die hierbei bestimmbaren Parameter Klinkenberg-Faktor und Forchheimer- Faktor sind weitere druckabhangige Kenngröβen zur Beschreibung der hydraulischen Eigenschaften eines Gesteins.
Die Bestimmung der Permeabilitat geht auf den französischen Ingenieur D'Arcy zurueck, der erstmals in der Mitte des 19. Jahrhunderts die Strömung von Wasser durch vertikale Sandschuettungen untersucht hat. Diese Form der "D'Arcy-Gleichung" ist jedoch nur bei der Verwendung inkompressidler Fluessigkeiten gueltig. Bei konsolidierten, niederpermeablen Gesteinen muβ dagegen mit Gas als Flieβmedium gemessen werden, denn nur mit niedrig viskosen Gasen sind meβbare Durchfluesse bei hinreichend kleinen Druckdifferenzen möglich. Da Gas ein kompressibles Medium ist, entspricht das am Probenausgang unter auβerem Luftdruck gemessene Durchfluβvolumen nicht dem Volumen in der Probe unter dem erhöhten mittleren Porendruck. Gleichung 2 stellt nun die Auswertegleichung zur Berechnung der Permeabilitat aus Labormessungen dar. Bei der Verwendung von Gas zur Permeabilitatsmessung treten weitere Effekte auf, die zur Bestimmung der Permeabilitat korrigiert werden muessen.
Bei der laminaren Strömung einer Fluessigkeit durch ein Rohr nimmt deren Flieβgeschwindigkeit an der Rohrwand bis auf Null ab. Ein strömendes Gas hat dagegen auch an der Rohrwand eine endliche Geschwindigkeit in Strömungsrichtung. Physikalisch laβt sich dies durch eine, der laminaren Strömung ueberlagerte Diffusionsbewegung beschreiben. Eine Erhöhung des Druckes im strömenden Gas reduziert diese Geschwindigkeit der Gasmolekuele an der Wand. Eine Erhöhung des Gasdruckes auf unendlich wuerde dazu fuehren, das sich die Gasströmung zu einer Fluessigkeitsströmung equivalent verhalt. Der Wert des Klinkenberg-Faktors reprasentiert im wesentlichen das Verhaltnis zwischen Diffusions- und laminarer Strömung im Porenraum. Er hangt somit von der mittleren freien Weglange der Gasmolekuele und dem hydraulisch wirksamen Radius in der Probe ab. Aufgrund der Abhangigkeit des Klinkenberg- Faktors von λ ergeben Messungen mit unterschiedlichen Gasen auch unterschiedliche Klinkenberg-Faktoren. Deshalb sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daβ wir bei unseren Messungen ausschlieβlich Stickstoff verwendet haben. Die experimentelle Bestimmung der wahren Permeabilitat und des Klinkenberg- Faktors erfolgt durch Messung der Permeabilitat bei unterschiedlichen Porendrucken und Auftragung der Permeabilitatsmeβwerte ueber dem reziproken Porendruck (Abbildung 1). Aus der durch die Meβpunkte festgelegten Geraden lassen sich α und Kt aus Gleichung 3 betimmen.
In der Hydrodynamik beschreibt die Reynolds- Zahl das Verhaltnis der Tragheitskraft zur viskosen Kraft.
