Przepuszczalność hydrauliczna - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy przepuszczalności płynów. Zapoznaj się również z: inne znaczenia terminu przepuszczalność.

Przepuszczalność (ang. permeability) w hydrodynamice – zdolność ciała stałego do przeciekania przez niego płynów (cieczy i gazów).

Ścisła definicja przepuszczalności sformułowana jest w hydrodynamice podziemnej w oparciu o prawo Darcy'ego.

Przepuszczalność stanowi podstawową miarę zdolności ośrodka porowatego do transportu zawartych w nim płynów.

Ropa naftowa (olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Ma podstawowe znaczenie dla gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych.
Prawo górnicze – dział prawa ochrony środowiska (będącego częścią prawa administracyjnego) regulujący stosunki administracyjnoprawne w zakresie działalności górniczej (eksploatacji złóż kopalin, podziemnego bezzbiornikowego magazynowania substancji, podziemnego składowania odpadów, a także niektórych prac z zastosowaniem techniki górniczej). Często określa się prawo górnicze jako dział ustawodawstwa określający zasady korzystania ze złóż kopalin. A. Agopszowicz określał prawne stosunki górnicze jako stosunki międzyludzkie powstające w związku z działalnością w utworach skalnych tworzących skorupę ziemską, regulowane przez prawo. Zaliczenie prawa górniczego do prawa ochrony środowiska jest konsekwencją uznania złóż kopalin za element środowiska. Na system prawny górnictwa składają się - obok norm administracyjnych - także normy prawa cywilnego, przede wszystkim w zakresie własności górniczej, użytkowania górniczego oraz odpowiedzialności za szkody. O wyodrębnionym prawie górniczym można mówić do dnia 1 IX 1994 r., kiedy to weszła w życie ustawa z dnia 4 II 1994 r. - Prawo geologiczne i górnicze, uchylająca dekret z dnia 6 V 1953 r. - Prawo górnicze oraz ustawę z dnia 16 XI 1960 r. o prawie geologicznym. Ustawa z 1994 r. połączyła - dotychczas odrębne - prawo górnicze i prawo geologiczne w jedną ustawę, tworząc tym samym jednolitą gałąź prawa. A. Lipiński wskazuje, że "dotychczasowy dualizm regulacji prawnej (...) uznano za sztuczny i nie zapewniający dostatecznej integracji rozwiązań określających zasady wykonywania wspomnianej działalności".

Definicja ścisła

Przepuszczalność jest parametrem, oznaczonym zwykle symbolem $\; K \;$ , wyrażającym podzielony przez lepkość płynu $\; \mu \;$ współczynnik proporcjonalności między wektorem prędkości filtracji płynu w ośrodku porowatym $\; \mathbf{u} \;$ a występującym w płynie gradientem ciśnienia $\; {\rm grad} P \;$ wziętym ze znakiem ujemnym, zgodnie z prawem Darcy'ego:

Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej skał (gruntów). Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych. Grunt stawia opór przesączającej się wodzie, opór ten i współczynnik filtracji zależy od właściwości gruntu:
Porowatość (ang. porosity) - pojęcie z zakresu hydrodynamiki podziemnej odnoszące się do ośrodków porowatych i ośrodków szczelinowych. W tym drugim przypadku mówi się często o porowatości szczelinowej.

$\; \mathbf{u} = - \frac{K}{\mu} \, {\rm grad} \, P \;$

W ośrodkach izotropowych współczynnik przepuszczalności $\; K \;$ , zwany krótko przepuszczalnością jest polem skalarnym. W ośrodkach anizotropowych przepuszczalność $\; \mathbf{K} \;$ jest polem tensorowym drugiego rzędu.

Idea podanej tu definicji jest powszechnie przyjęta w hydrodynamice podziemnej oraz w całym światowym (m.in. amerykańskim, a także polskim) przemyśle naftowym.

Zdefiniowane powyżej pojęcie przepuszczalności jest parametrem materiałowym ośrodka porowatego. Dla przepływów jednofazowych przepuszczalność nie zależy od rodzaju przepływającego płynu.

Prędkość filtracji - (ang. superficial flow velocity) - stosowany powszechnie w hydrodynamice podziemnej, inżynierii złożowej oraz hydrogeologii umowny parametr skalarny lub wektorowy charakteryzujący wartość prędkości poruszania się płynu w ośrodku porowatym, związany bezpośrednio z natężeniem przepływu.
Przepuszczalność gruntu, własności filtracyjne gruntu lub skały - charakteryzuje zdolność gruntu do przewodzenia wody (przepuszczalność hydrauliczną gruntu). Determinuje ona filtrację, gdy pojawią się warunki powodujące przepływ wody podziemnej (spadek hydrauliczny będzie większy od zera). Przepuszczalność gruntu wyraża się współczynnikiem filtracji.

Przepuszczalność a współczynnik filtracji

Zdefiniowanego powyżej pojęcia przepuszczalności nie należy mylić z pojęciem stosowanego m.in. w hydrogeologii współczynnika filtracji $\; \kappa \;$ występującego w formule: $\; \mathbf{u} = - \kappa \, {\rm grad} \, H \;$

gdzie $\; H \;$ jest tzw. wysokością hydrauliczną.

Wymiarem współczynnika filtracji w układzie SI jest m/s, a w układzie CGS cm/s.

W przeciwieństwie do przepuszczalności współczynnik filtracji nie jest parametrem materiałowym ośrodka porowatego i zależy on od rodzaju przepływającego płynu. Jego wartość zmienia się również w sposób znaczący ze zmianą temperatury tego samego płynu.

Hydromechanika - dział mechaniki płynów zajmujący się prawami stanu równowagi i ruchu cieczy oraz mechanicznym oddziaływaniem cieczy na ciała stałe (ścianki ciała opływane przez ciecz). Hydromechanika obejmuje hydrostatykę, hydrodynamikę, hydraulikę i hydrometrię.
Gaz ziemny zwany również błękitnym paliwem – paliwo kopalne pochodzenia organicznego, gaz zbierający się w skorupie ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem. Pokłady gazu ziemnego występują samodzielnie lub towarzyszą złożom ropy naftowej lub węgla kamiennego.

Gdy ciśnienie hydrostatyczne związane jest z wysokością słupa cieczy (np. przepływ wody gruntowej), to wtedy zależność pomiędzy przepuszczalnością i współczynnikiem filtracji można wyrazić wzorem: $K = \kappa \frac {\mu} {\rho g}$

gdzie:

ρ – ciężar właściwy cieczy, kg/m,

g – przyspieszenie ziemskie, m/s.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)