Akışkanlar mekaniğinde veyer bilimlerindegeçirgenlik, gözenekli bir malzemenin (genellikle birkaya veya konsolide olmayan bir malzeme) akışkanların içinden geçmesine izin verme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Ölçü birimine Henry Darcy'den (1803-1858) adı verilendarcy ya da milidarcy (md) denir.
Geçirgenlikgözeneklilik ile bağlı. Aynı zamanda ortamdaki gözeneklerin şekilleri ve bunların bağlanma seviyeleri ile ilgilidir.
Yüksek geçirgenlik, sıvıların kayalardan hızla geçmesine izin verecektir. Geçirgenlik bir kayadaki basınçtan etkilenir. Kumtaşları geçirgenlik bakımından birden azdan 50.000 milidarcy (md) kadar değişebilir. Geçirgenlik daha yaygın olarak onlarca ila yüzlerce md arasındadır. % 25 gözenekliliğe ve 1 md geçirgenliğe sahip bir kaya, önemli miktarda su akışı sağlamaz. Bu tür "sıkı"kayalar, geçirgenlik oluşturmak ve birakış sağlamak için genellikle yapay olarak uyarılır (kırılır veya asitlenir).
SI geçirgenlik için birimi, m2 'dır. Geçirgenlik için pratik bir birimdarcy (d) veya daha yaygın olarakmilidarcy (md) (1 darcy 10−12 m2). İsim, içilebilir su temini için kum filtrelerinden su akışını ilk kez tanımlayan Fransız Mühendis Henry Darcy'yi onurlandırıyor. Kumtaşları için geçirgenlik değerleri tipik olarak birdarcy fraksiyonundan birkaçdarcys'e kadar değişir . cm2 birimi aynı zamanda, bazen kullanılmaktadır (1 cm2 = 10−4 m2108 d).
Geçirgenlik kavramı,petrol vegaz rezervuarlarındakihidrokarbonların[1] veakiferlerdeyeraltı suyunun[2] akış karakteristiklerinin belirlenmesinde önemlidir.
Bir kayanın stimülasyon olmadan sömürülebilir bir hidrokarbon rezervuarı olarak kabul edilmesi için, geçirgenliği yaklaşık 100 md'den daha büyük olmalıdır (daha düşük geçirgenliğe sahip hidrokarbon - gaz rezervuarlarının yapısına bağlı olarak, gazın düşükviskozitesi nedeniyle hala kullanılabilir sıvı yağ). Geçirgenliği 100 md'den önemli ölçüde düşük olan kayalar verimlicontalar oluşturabilir (bakınızpetrol jeolojisi). Konsolide olmayan kumların geçirgenliği 5000 md'nin üzerinde olabilir.
Konsept ayrıca, bir alanın zemin koşullarının inşaat için uygun olup olmadığını belirlerken jeoloji dışında, örneğinkimya mühendisliğinde (örn.Filtrasyon) ve İnşaat Mühendisliğinde birçok pratik uygulamaya sahiptir.
Geçirgenlik, Darcy kanunda, deşarj (akış hızı) ve sıvı fiziksel özellikleri (örn.Viskozite) ile gözenekli ortama uygulanan bir basınç gradyanı arasındaki orantılılık sabitinin bir parçasıdır:[3]
nerede:
Doğal olarak oluşan malzemelerde geçirgenlik değerleri birçok büyüklük sırasına göre değişir (bu aralığın bir örneği için aşağıdaki tabloya bakın).
Suyun gözenekli bir ortamdan akışı için özel olarak orantılı sabitliğe hidrolik iletkenlik denir; geçirgenlik bunun bir parçasıdır ve sıvının değil, sadece gözenekli ortamın bir özelliğidir. Bir yeraltı sistemi için hidrolik iletkenlik değeri göz önüne alındığında, geçirgenlik aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Geçirgenlik tipik olarak laboratuvarda Darcy kanunun sabit durum koşulları altında uygulanması veya daha genel olarak kararsız akış koşulları için difüzyon denklemine çeşitli çözümlerin uygulanmasıyla belirlenir.[4]
Geçirgenliğin doğrudan (Darcy kanun kullanılarak) veya ampirik olarak türetilmiş formüller kullanılarak tahmin yoluyla ölçülmesi gerekir. Bununla birlikte, bazı basit gözenekli ortam modelleri için geçirgenlik hesaplanabilir (örneğin, aynı kürelerin rastgele kapalı ambalajı).
Bir borudaki viskoz akış için Hagen-Poiseuille denklemine dayanarak geçirgenlik şu şekilde ifade edilebilir:
nerede:
Mutlak geçirgenlik, tek fazlı bir sıvı ile% 100 doymuş gözenekli bir ortamdageçirgenliği belirtir. Bu aynı zamandaiç geçirgenlik veyaspesifik geçirgenlik olarak da adlandırılabilir. Bu terimler, söz konusu geçirgenlik değerinin, heterojen bir malzeme bloğunun uzamsal ortalaması değil, ortamın yoğun bir özelliği olduğu kalitesini ifade eder; ve sadece malzeme yapısının (sıvının değil) bir fonksiyonudur. Değeri göreli geçirgenliğin değerinden açıkça ayırırlar.
Bazen gazlara geçirgenlik, aynı ortamdaki sıvılardan biraz farklı olabilir. Bir fark ile ara gazın "kayma" atfedilebilen bir katı[5] gaz olduğunda, ortalama serbest yolu (standart sıcaklık ve basınçta, 0.01 ila 0.1 um kadar) gözenek büyüklüğü ile karşılaştırılabilir. Ayrıca bkz. Knudsen difüzyonu ve daralması. Örneğin, kumtaşları ve şeyllerden geçirgenlik ölçümü 9.0 × 10−19 m2 ila 2.4 × 10−12 arasında değerler verdi Su için m2 ve 1,7 × 10−17 arasında m2 - 2,6 × 10−12 azot gazı için m2 .[6] Rezervuar kaya ve kaynak kaya gaz geçirgenliği,şeyl gazının,sıkı gazın veyakömür yatağı metanın en uygun şekilde ekstraksiyonunu düşünürkenpetrol mühendisliğinde önemlidir.
Anizotropik ortamdaki geçirgenliği modellemek için bir geçirgenliktensörü gereklidir. Basınç üç yönde uygulanabilir ve her bir yön için geçirgenlik üç yönde ölçülebilir (Darcy'nin 3B'deki kanunu vasıtasıyla), böylece 3'e 3 tensöre yol açar. Tensör, hemsimetrik hem de pozitif tanımlı (SPD matrisi) olan 3'e 3matris kullanılarak gerçekleştirilir:
Geçirgenlik tensörü her zaman köşegenleştirilebilir (hem simetrik hem de pozitif tanımlıdır).Özvektörler akışın ana yönlerini, yani akışın basınç düşüşüne paralel olduğu yönleri veöz geçirgenlikleri temsil edenözdeğerlerini verecektir.
Bu değerler sıvı özelliklerine bağlı değildir; sıvının içinden aktığı malzemeye özgü hidrolik iletkenlik değerleri için aynı kaynaktan türetilmiş tabloya bakınız.[7]
| geçirgenlik | geçirgen | Yarı-geçirgen | geçirmez | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Konsolide olmayan kum ve çakıl | İyi sıralanmış çakıl | İyi düzenlenmişkum veya kum ve çakıl | Çok ince kum, silt,lös, tın | ||||||||||
| Konsolide olmayan kil ve organik | Turba | Katmanlıkil | Tüysüz kil | ||||||||||
| Konsolide kayaçlar | Son derece kırılmış kayalar | Petrol rezervuar kayalar | kumtaşı | kalker,dolomit | granit | ||||||||
| k (cm2) | 0.001 | 0.0001 | 10−5 | 10−6 | 10−7 | 10−8 | 10−9 | 10−10 | 10−11 | 10−12 | 10−13 | 10−14 | 10−15 |
| k (millidarcy) | 10+8 | 10+7 | 10+6 | 10+5 | 10.000 | 1.000 | 100 | 10 | 1 | 0.1 | 0.01 | 0.001 | 0.0001 |