In-Situ-Messungvon Gasen in tiefen Bohrlöchern

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ZusammenfassungWir bieten ein Verfahren für die Echtzeit-Messung und dieBeprobung von gelösten Gasen in tiefen, mit Wasser ge-füllten Bohrungen oder Brunnen an. Die patentierte Tech-nologie beruht auf der Entwicklung eines GasMembran-Sensors (GMS) und besitzt einen relativ einfachen Aufbau.Sie verzichtet, sofern weder Temperatur noch Druck (op-tional möglich) gemessen werden sollen, komplett aufElektronik unter Tage. Die Sonde befindet sich seit Juni2008 erfolgreich im Dauereinsatz.

Der Einsatzbereich des Gas Membran Sensor Systemsumfaßt eine Teufe bis 2.000 Meter bei Druckverhältnissenvon bis zu 250 bar und einer Temperatur von bis zu 120°C.

Der ausgereifte Stand der Technologie ist beispielsweisefür die Bestimmung von Gaskonzentrationen in Gasspei-chern, für das Monitoring von Thermal- und Mineral-quellen sowie Altlastendeponien geeignet. Weitere An-wendungsfelder sind denkbar, z.B. im maritimen Umfeld.Sprechen Sie uns einfach an.

Ausgangssituation und Stand der TechnikDie kontinuierliche Untersuchung und direkte Bestimmungder chemischen Zusammensetzung von Gasen in tiefenBohrlöchern ist unverzichtbar, um natürliche unterirdischeFluide zu charakterisieren und gas-chemische Veränderung-en im Reservoir während industrieller Nutzung zu erkennen.

Um Tiefengasproben zu gewinnen stehen bis heute nur relativteure, zeitaufwändige und komplizierte Techniken (Pumpver-suche mit Tauchpumpen, Lifttests, Untertageprobenehmer,U-Tube) zur Verfügung. Dadurch wird die Probenzahl limitiertund die räumlich zeitliche Datendichte beschränkt.

Dagegen ist das neuartige am Deutschen GeoForschungs-Zentrum (GFZ) entwickelte GMS-Verfahren für Langzeit-und direkte Gasmessungen geeignet, um Veränderungenin der Zusammensetzung und Konzentration der Gase ingeologischen Speichern zu messen.

In-Situ-Messung und chemische Beprobung von Gasenin tiefen Bohrlöchern mit Hilfe eines Gas Membran Sensor Systems

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Produkt- und VerfahrensbeschreibungHauptkomponente des GMS ist eine Schlauchmembran ineinem perforierten Edelstahlgehäuse, das angeschlossenan ein spezielles Bohrlochmesskabel im Zielhorizont desBohrlochs abgehängt wird. Hier durchdringen die gelöstenGase aus der Umgebung die Membran und werden anschlie-ßend mit einem Trägergas nach Übertage transportiert.

Die Feldtauglichkeit des GMS wurde an der Pilotanlage zurCO2-Speicherung im brandenburgischen Ketzin (CO2-SINK)nachgewiesen. So konnte die Ankunft des eingebrachtenKryptongastracers und des injizierten Kohlendioxids in eineBeobachtungsbohrung detektiert werden. Durch Verwen-dung von im Labor bestimmten Kalibrationsfaktoren ist dieQuantifizierung der gelösten Gaskonzentration möglich. MitHilfe eines Gas-Tomographen werden die für diese Frage-stellung relevanten Gase (Wasserstoff, Helium, Methan,Stickstoff, Sauerstoff, Krypton und Kohlendioxid) gemessen.Die Messung und Analyse von anderen Gasen oder flüchti-gen organischen Bestandteile ist durch den Einsatz andererAnalyseverfahren möglich.

Die GMS-Methode zur Gasanalytik in Bohrlöchern wird vomGFZ als Erfindung in Anspruch genommen und ist geschützt.Die Technologie ist in der USA patentiert.

EinsatzbereicheDas Gas Membran Sensor System ist generell für die Erfas-sung von Gasen und flüchtigen organischen Stoffen geeignet.Das System arbeitet unabhängig von den Umfeldfaktoren intiefen geologischen Schichten, im maritimen Umfeld amMeeresboden sowie im Umfeld von aktiven Vulkanen.

Ein weiterer Einsatzbereich ist die Überwachung von Ver-änderungen der Gaskonzentrationen in Thermal- und

Ablauf und Umfeld der Beprobung und Analyse von Gasen

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Mineralquellen. Somit ist die laufende In-Situ-Messung vonTiefenwasser, insbesondere auch Thermal- und Heilwassermöglich. Das Verfahren kann auch die Aussagesagequalitätbei der Projektierung geothermischer, thermaler oder mine-ralwassertechnischer Bohrungen verbessern.Die Überwachung von Altlastendeponien und deren Wech-selwirkungen zu den grundwasserführenden Schichtenist ebenfalls möglich. In diesem Fall können flüchtige orga-nische Stoffe vor Ort gemessen werden.

Das Instrumentarium benötigt keine permanente Bohr-lochinstallation oder –infrastruktur und kann jederzeit,auch unter Tage, entfernt werden. Der robuste und mobileAufbau fördert auch einen Einsatz in abgelegenen Örtlich-keiten und Regionen.

Technologiepotentiale und Vorteile- In-Situ-Messung von Gasen in Echt-Zeit- Patentiertes Verfahren für Teufen ab 50 bis 2.000 Meter- Einfacher Aufbau des Instrumentariums und des Verfahrens- Für die Messung von Gasen ist keine Elektronik unterTage im Einsatz

- Für die optionale Messung von Temperatur- und Druck-verhältnissen können spezielle Sensoren integriert werden

- Kostengünstiges Verfahren, da keine permanenteBohrlochinstallation erforderlich

Entwicklungsstand und Kooperationsanfrage- Erfolgreicher Feldversuch mit Prototypen läuft seitSommer 2008

- Dienstleister zur Messung von Gasen und flüchtigenorganischen Stoffen gesucht

- Fertigungsunternehmen für das GMS als marktreifesProdukt gesucht

AnsprechpartnerKoordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIENWerner Dransch, Tel.: 0331 288 1074www.geotechmarket.de,werner.dransch@geotechnologien.de

Helmholtz-Zentrum PotsdamDeutsches GeoForschungsZentrum GFZSektion 4.2, Frau Miethke, Tel. 0331 288 1421

GFZ

Potsdam

Komponenten der GasMembranSonde

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