Heterogenität und Anisotropie in hydrogeothermischen Reservoiren – Am Beispiel des Innervariszischen Permokarbons

Antragsteller/in: Adrian Linsel

Förderung: Friedrich-Ebert-Stiftung

Bearbeiter/in: Adrian Linsel

Dauer: 2017 – 2021

Zusammenfassung

Die geothermische Energieproduktion ist weiterhin ein unterrepräsentiertes Mitglied innerhalb der Technologien zur erneuerbaren Energiegewinnung, trotz entscheidender Vorteile wie geopolitischer Unabhängigkeit, Grundlastfähigkeit, geringen Emissionswerten, Kupplungsmöglichkeiten zu anderen Energieformen und nur einen geringen Bedarf an Fläche. Obwohl die Geothermie durch das Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (EEG) gefördert wird, trägt sie lediglich 0,3% zum Primärenergieverbrauch der Bundesrepublik Deutschland bei. Private Investoren werden primär durch die hohen Bohrungskosten und das bisweilen hohe Fündigkeitsrisiko abgeschreckt.

Der wirtschaftliche Erfolg eines geothermischen Projektes ist direkt von den geologischen Untergrundbedingungen im Reservoir abhängig. Vor allem hydrogeothermische Systeme, die meistens in Tiefen von >2000 m erschlossen werden, sind anfällig für räumliche Heterogenitäten und abhängig von der lokalen petrophysikalischen Anisotropie. Bereits geringe Abweichungen von Reservoirmodellen können über die wirtschaftliche Rentabilität eines Geothermieprojektes entscheiden.

Räumliche Heterogenität als ein Schlüsselparameter in der Charakterisierung von geothermischen Reservoiren wird hauptsächlich durch geologische Prozesse während der initialen Entstehung oder sekundär während der tektonischen, hydraulischen und/oder thermischen Überprägung hervorgerufen. Der Grundzustand eines Reservoirs ist somit ein Resultat verschiedenartiger, gekoppelter geologischer Prozesse. Abhängig vom jeweiligen Prozess werden lithologische Einheiten an verschiedenen Stellen in Raum und Zeit geformt, verändert oder zerstört/abgetragen. Den aktuellen Zustand und die Übergänge dieser lithologischen Einheiten zu untersuchen liefert Einblicke in die Bildungsprozesse, die wiederum als Indikator für die räumliche Erstreckung dieser Einheiten genutzt werden können. Die Verteilung und Orientierung petrophysikalischer Eigenschaften im Raum sind hierbei signifikant von der räumlichen Erstreckung und Orientierung der lithologischen Einheiten abhängig, die diese beinhalten.

Heterogenität, als Größe für die Uneinheitlichkeit einer Menge in Raum oder Zeit, sowie die Anisotropie grundlegender geothermischer Reservoireigenschaften werden in Labor- und Feldkampagnen im sogenannten Innervariszischen Permokarbon bestimmt. Das Innervariszische Permokarbon umfasst alle lithologischen Einheiten, die während des Karbon und Perm innerhalb des Variszischen Orogens abgelagert wurden. Vorherige Studien indizieren ein erhöhtes geothermisches Potenzial dieser Gesteinseinheiten für die hydrogeothermische Erschließung, v.a. im Bereich des nördlichen Oberrheingrabens. Dennoch ist die räumliche Heterogenität diesen Gesteinseinheiten weiterhin kaum zu prognostizieren, was letztendlich in einem fehlgeschlagenen Projekt zur geothermischen Stromerzeugung resultierte.

In unseren Untersuchungen verwenden wir ein selbstentwickeltes Softwaresystem mit Datenbankanbindung um Machine Learning Algorithmen auf ausgeprägt heterogene Reservoirdatensätze zu trainieren und somit Information und Wissen aus diesen zu extrahieren. Mit unseren Studien zielen wir darauf ab, die Prognosefähigkeit zur Bestimmung der inneren Kompartmentalisierung eines geothermischen Reservoirs zu erhöhen und somit die Fündigkeitswahrscheinlichkeit eines hydrogeothermischen Strom- und/oder Wärmeerzeugungsprojektes zu erhöhen.