subi

SUBI

Promotionsprojekt: M. Zain-Ul-Abedin

SUBI – Sicherheit von Untertagespeichern bei zyklischer Belastung: Funktionalität, Integrität und Überwachung von Speichern und Bohrungen

Abb. 1. Arbeitsschritte, der Studie. Verschiedene Ansätze und Datenquellen werden kombiniert, um ein gekoppelt thermisch-hydraulisch-mechanisches Modell auf Reservoirskala zu erstellen und zu berechnen.
Abb. 1. Arbeitsschritte, der Studie. Verschiedene Ansätze und Datenquellen werden kombiniert, um ein gekoppelt thermisch-hydraulisch-mechanisches Modell auf Reservoirskala zu erstellen und zu berechnen.

Das Projekt ist durch den Bedarf an unterirdischen Gasspeichern (UGS) motiviert, welche die kurzfristigen starken Schwankungen des Energiebedarfs während des Sommer-Winter-Zyklus ausgleichen können. Es ist Teil des vom BMBF geförderten größeren Forschungsprojekts SUBI, das auch bohrlochmaßstäbige Studien und die Analyse von Salzkavernen für UGS umfasst. Unser Fokus liegt auf gekoppelten thermohydraulisch-mechanischen (THM) Mehrphasenmodellen poröser Reservoire, um die Auswirkungen hochfrequenter Injektions-Produktions-Zyklen auf Kluftgenerierung, die Reaktivierung von Störungen und die Integrität des Deckgesteins zu bewerten. Dies wird unter anderem dazu beitragen, den maximalen sicheren Injektionsdruck und damit die Speicherkapazität eines UGS-Standorts festzulegen.

Abb. 2. Anfängliche Verteilung des Porendrucks in dem Reservoir der Fallstudie.
Abb. 2. Anfängliche Verteilung des Porendrucks in dem Reservoir der Fallstudie.

Neben generischen Studien konzentriert sich die Arbeit auf ein ehemaliges Gasfeld im Bayerischen Molassebecken östlich von München, für das eine hypothetische Umwandlung in ein UGS simuliert wird. Uniper SE stellte freundlicherweise verschiedene Datensätze zur Verfügung, die für diese Fallstudie verwendet werden. Der Workflow kombiniert thermohydraulische (TH) Berechnungen, basierend auf der Software Eclipse, mit mechanischen (M) Simulationen unter Verwendung der Software Techlog und Visage (Abb. 1). Die Geometrie des Reservoirs wurde mit Hilfe von interpretierten seismischen Daten, Mächtigkeitskarten und Bohrlochdaten erstellt. Das Untergrundmodell zeigt eine durch Störungen begrenzte Struktur mit seitlichen Abmessungen von 4 km in N-S bzw. 8 km in W-E Richtung. Der Porendruck zu Beginn des UGS-Stadiums wird mit Hilfe einer Eclipse-Simulation aus den Porendrücken abgeleitet, die während der Gasförderung und der nachfolgenden Shut-in-phase gemessen wurden (Abb. 2). Mechanische Eigenschaften (E-Modulus, Poissonzahl, Biot-Koeffizient, Dichte), Porendrücke sowie eine erste Abschätzung der vertikalen und horizontalen Spannungen in der Nähe von Bohrungen werden unter Verwendung von Bohrlochdaten und Techlog, einer Software für 1-D mechanische Erdmodellierungen (MEM), abgeleitet. Diese Daten werden verwendet, um ein geomechanisches 3D-Modell in Visage (Petrel Reservoir Geomechanics) aufzubauen, das durch die wechselseitige Abhängigkeit von Porendruck, effektiven Spannungen, volumetrischem Strain, Porosität und Permeabilität an eine 3D Eclipse-Simulation gekoppelt ist. Es wird erwartet, dass diese Kombination aus Reservoir-Engineering und Reservoir-Geomechanik wertvolle Einblicke in die sichere Nutzung von UGS-Standorten bietet, auch für Injektion-Produktions-Zyklen mit hoher Frequenz (Tage bis Wochen).

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Förderung

Das Teilprojekt „THM-Multiphasen-Modellierungen im Reservoirmaßstab zur Nutzung von Untertage-Porengasspeichern als Kurzzeitspeicher“ im Rahmen des Verbundprojekts UG: SUBI wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert im Fachprogramm „Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)“ unter dem Förderkennzeichen 03G0869B

Publikationen

Zain ul Abedin, M., Henk, A., Rudolph, T., 2019. Coupling of flow and geomechanical simulations for short-term underground gas storage – a case study from the Bavarian Molasse Basin, DGMK/ÖGEW-Früjahrstagung, 25-26 April 2019, Celle, Germany.

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