Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Hydraulische Stimulation von tiefen Erdschichten - FRACKING -
zur Gewinnung von Energierohstoffen
Dr. Johannes Peter Gerling
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover
Expertenhearing, Zweckverband Großraum Braunschweig, 3. Juli 2012
Fracoperation: Begleitendes Monitoring
Deformationsmessung
(Uni Hannover)
Schallmessung
Seismologisches
Monitoring
GeneSys: Keine seismischen Ereignisse oder Deformationen registriert !
Wo/wann wird diese Methode eingesetzt?
Ziele • Petrothermale Geothermielagerstätten
• tief liegende, nahezu dichte Erdgaslagerstätten („tight gas“)
• Flözgas / Schiefergas
Einsatzstoffe • Reines Wasser
• Wasser mit Zusätzen (Stützmittel, Chemikalien)
Tiefen • Geothermie > 3000 m
• Tight gas 3000 – 5000 m
• Flözgas/Schiefergas 1000 – 5000 m
Fracking Fluide für Schiefergas:
Hydraulische Suspensionen aus:
Wasser
Sand/Keramik 5 – 32 % [geom. Mittel 18,3 %]
Chemikalien 0,2 – 11 % [geom. Mittel 1,55 %]
Chemikalien sollen Entmischung der Suspensionen sowie
Wachstum von Biofilmen verhindern
Folie: T. Himmelsbach
Chemikalien
• Biozide
• Tenside
• Lösungsmittel
• pH-Stabilisatoren
• Sauerstoffzehrer
• Erdölderivate
• sonstige
In Deutschland ca. 25 – 30 Substanzen eingesetzt (Quelle: http://www.erdgassuche-in-deutschland.de)
teilweise schwer abbaubar und toxisch
Wassergefährdungsklassen 1 bis 3
Einstufung nach Gefahrstoffrecht
(Gesundheit): Xn = Gesundheitsschädlich Xi = reizend
T = Giftig C = Ätzend
Kontamination des Grundwassers muss sicher
ausgeschlossen sein
Folie: T. Himmelsbach
Wasser: 382 m3
Stützkörper: 72 t
Chemikalien: 5,7 t (1,2 %)
davon 2,2 t gefährliche
Chemikalien
Quelle:
http://www.erdgassuche-in-deutschland.de/index.html
Folie: T. Himmelsbach
Beispiel: Soehlingen Z6
Quelle: Geotektonischer Atlas von NW-Deutschland (BGR 2001)
Hydrogeologische Situation Norddeutschland (Raum Lüneburg)
Tonbarriere
„Rupelton“
Folie: T. Himmelsbach
Tiefenwasserstockwerk (salinare Aquifere)
Tonbarriere
Süßwasserstockwerk
• Klare Trennung zwischen oberflächennahen nutzbarem Süßwasser und
hochsalinen Tiefenwasser aufgrund von Tonbarrieren und
Dichteunterschieden von Süß- und Salzwässern (hydraulische Barriere)
• Kontamination von oberflächennahem Süßwasser aufgrund der
hydrogeologischen Situation wenig wahrscheinlich
• Kritische Bereiche Salzstöcke und Störungszonen
Folie: T. Himmelsbach
Prognose der Rissausbreitung durch Modellierung
Gesamtziel der Modellberechnungen • Abschätzung der Rissdimensionen bei der Stimulation
unkonventioneller Kohlenwasserstoff-Lagerstätten
• Ableiten der Bedingungen für einen möglichen Kontakt von injiziertem Fluid und Grundwasserleiter
Vorgehensweise (Beispielberechnung) • Software FieldPro der Fa. RESNET
• Definition einer beispielhaften Modell-Lithologie
(Bsp. für Norddeutsches Becken)
• Zuordnen der gebirgsmechanischen und -hydraulischen Parameter
• Berechnung der resultierenden Rissdimensionen
Rissausbreitung bei hydraulischer Stimulation
Modell-
eingangsparameter
• Injektionsrate und
-volumen, Fluidarten
• Geohydraulische
Parameter
• Gesteinsmechanische
Parameter
• Gebirgsspannungen
sv
sH
sh
0 100 200 300
100
200
300
370
0
0 230 bar
m
0
283
448
614
779
945
1110
1276
Injektions-
horizont
H =
3 7
0 m
1
2
Spannungsprofil Tiefe
L/2 = 270m
minimale horizontale
Hauptspannung
Modellergebnis (1)
Rissausbreitung bei hydraulischer Stimulation
L = 270 m
H =
37
0 m
K = 1·10-20 m²
Injektion von 5000 m³ Wasser mit 100 l/s
1 Ring = 1 h
Modellergebnis (2)
Rissausbreitung bei hydraulischer Stimulation
Injektion von 5000 m³ Wasser mit 100 l/s
K = 1·10-13 m²
L = 320 m
H =
32
0 m
1 Ring = 1 h
• Fracking ist eine seit Jahrzehnten in DEU praktizierte Technologie
• Fracking im tiefen Untergrund ist wg. des Abstands zur Erdoberfläche und aufgrund der Barrierewirkung der überlagernden Schichten (Salz) keine Gefahr für Trinkwasser
• Fracking im „flachen Untergrund“ (ca. 1000 m) ist aus geowissenschaftlicher Sicht mit Trinkwasserschutz vereinbar, sofern
• gesetzliche Regelungen eingehalten werden,
• notwendige technische Maßnahmen getroffen sind und
• standortbezogene Voruntersuchungen durchgeführt wurden.
• Per Simulationsrechnungen können Rissgeometrien im tiefen Untergrund ermittelt werden
• Modelle lassen Aussagen bzgl. Annäherung an Aquifere oder an Trinkwasser-führende Horizonte zu
Fazit