Thermo-Triax-Zelle

Thermo-Triax-Zelle

Um die realen Reservoirbedingungen abzubilden, müssen temperatur- und druckabhängige Veränderungen der Kennwerte berücksichtigt werden. Hierzu kann eine rechnerische Ermittlung von Werten für wassergesättigte Gesteine unter realistischen Druck- und Temperaturbedingungen für relevante Teufen erfolgen. Diese ermittelten Kennwerte können mittels Thermotriaxzelle validiert werden. Die Thermotriaxzelle kann die in der Zielformation herrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse simulieren und bietet somit die Möglichkeit, Gesteinsproben aus den Aufschlussanalogen unter realistischen Reservoirbedingungen mit Porenwasserdrücken zu beaufschlagen und deren Permeabilität zu ermitteln.

Hierfür entwickelte die APS GmbH (Wille Geotechnik) und das Fachgebiet Angewandte Geothermie der TU Darmstadt eine Prüfanlage. Weitere Informationen können hier im Poster eingesehen werden.

Experimente in der neuen Triaxialprüfanlage liefern Kennwerte, die die numerische Simulation der Einflüsse von ständiger Zirkulation, Entnahme und Reinjektion von unterschiedlich temperierten Fluiden im Reservoir ermöglichen. Der Bereich der Gesteinspermeabilitäten, die untersucht werden können, reicht von technisch dicht (bis ca. 1E-16 m²) bis zu hochdurchlässig (1E-9 m²). Turbulent instationäre Fließsysteme sind damit genau so einstellbar wie laminar stationäre Zustände.

Die stufenlos temperierbare (0 – 200°C) Hochdruckinnenzelle der Felstriaxial- und Permeabilitätsprüfanlage besteht aus V4A Stahl und ist gegen ein weites Spektrum an hochaggressive Fluide resistent. Es können verschiedene hydrothermale Wässer, die z.B. schwefelsäure- und kohlensäurehaltig sind, eingesetzt werden. Durchströmungsversuche dienen zur Bestimmung der Permeabilität und zur Quantifizierung der hydrothermalen Alteration. Die Durchlässigkeit kann unter instationären (Shut-In) Bedingungen oder stationären Dauerdurchströmungen bestimmt werden. Hierfür wird vom unteren und oberen Austauschstempel getrennt voneinander bis zu 500 bar Porendruck auf die Probe aufgebracht. Die Proben werden in der Zelle wahlweise statisch oder dynamisch belastet.

Technische Daten

- Temperierbare Triaxialzelle (bis 200°C) aus V4A Stahl mit Laststempel ø 50 mm und ø 64 mm Druckplatten für Permeabilitäts- und Kompressionsversuche, erweiterbar auf Druckplatten bis ø 100 mm und Probenhöhen bis 200 mm.

- Steuerung der Axiallasten bis 3000 kN und Messung der Verformung mit induktiven Wegaufnehmern (Genauigkeit 0,001 mm)

- Seitendrucksteuerung bis 600 bar mit Kompensation der temperaturbedingten Volumenänderung des Hydrauliköls von bis zu 20% und Messung der Radialverformung mit 3 Sensoren (Genauigkeit 0,15%)

- Zwei elektromechanische Hochdruck-Porendrucksteuerungen aus V4A Stahl bis 500 bar für aggressive Fluide, Volumen 200 ml pro Shut-In (Auflösung 0,05 ml) und spülbare Probennahmesysteme für gekoppelte ICP-MS Untersuchungen

- Steuerung der Anlage über die Software Geosys mit 5000 Hz Regelfrequenz und Datenerfassung für individuell regelbare Größen: Vertikal- und Horizontalkraft, Wegaufnahme, Durchfluss und Temperatur (20 bit über 16 Messkanäle)