GGU-SLUGTEST: Skin-Effekt

Häufig kann in der unmittelbaren Umgebung eines Bohrloches oder eines Brunnens eine Zone mit im Vergleich zum umgebenden Gestein veränderten hydraulischen Eigenschaften beobachtet werden. Dies wird im Wesentlichen durch das Eindringen von Bohrschmand und Spülungszusätzen oder durch die Quellung vorhandener Tonmineralien verursacht. Ebenso kann der Bohrvorgang eine Auflockerung des Gesteinsverbandes bewirken. Die dadurch hervorgerufene Druckänderung wird als Skin-Effekt bezeichnet (HURST, 1953).

Mathematisch kann der Skin-Effekt auf zwei Arten beschrieben werden, entweder als eine unendlich kleine Zone ohne eigenes Speichervermögen (VAN EVERDINGEN, 1953) oder als endliche Zone bestimmter Stärke mit eigener Speicherkapazität (MOENCH & HSIEH, 1985 a; KARASAKI, 1986).

Für eine Skin-Zone unendlich kleiner Stärke gilt:

mit:

s : Skin-Faktor [-]
k : Durchlässigkeit des Aquifers [m/s]
k_s : Durchlässigkeit der Skin-Zone [m/s]
r_s : Radius der Skin-Zone [m]
r_B: Brunnen-/Bohrlochradius [m]

Für praktische Anwendungen kann ein infinitesimaler Skin mit dem Konzept des effektiven Bohrlochradius (r_eff) beschrieben werden (EARLOUGHER, 1977):

Dies bedeutet, dass bei einem Skin-Faktor ungleich Null der hydraulisch wirksame Radius nicht mehr mit dem tatsächlichen Brunnenradius übereinstimmt. Für einen Skin-Faktor größer als Null wird der effektive Radius kleiner als der Brunnenradius, für einen Skin-Faktor kleiner als Null wird der effektive Radius größer als der Brunnenradius. Der Skin-Faktor liegt zwischen unendlich für vollständig abgedichtete Bohrlöcher und -5 für stimulierte, d.h. gefracte Bohrlöcher (EARLOUGHER, 1977). Nach HAWKINS (1956) beträgt der Druckverlust bzw. der Druckaufbau bei einer unendlich kleinen Skin-Zone:

mit:

h_s : Druckverlust [m]
s : Skin-Faktor [1]
Q : Förderrate [m³/s]
T : Transmissivität [m²/s]

Ein Skin-Effekt (Pseudoskin) kann auch durch einen unvollkommenen Brunnen, turbulentes Fließen, ein geneigtes Bohrloch oder durch den Eintrittswiderstand eines Brunnenfilters hervorgerufen werden (DA PRAT, 1981; 1990).