Mehrphasentransport

Mehrphasentransportprozesse in unverfestigten Sedimenten - Sedimentmobilisierungen und deren Risiken für die CO₂-Speicherung

Michael Warsitzka, Nina Kukowski, Franz May

Projektdauer: 2013 - 2017

Auftraggeber/ Kooperationspartner: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover

Die Emission von CO₂in die Atmosphäre soll durch langzeitliche Speicherung in geologischen Formationen reduziert werden. Im Fokus geologischer CO₂-Speciherung stehen submarine, salinare Aquifere (z.B. in der Nordsee), wobei die Injektion des CO₂potenziell schon in relativ geringen Tiefen ab etwa 800 m erfolgt. In diesen Tiefen sind sub-marine Sedimente oft nur teilweise kompaktiert und konsolidiert. Da die Injektion von CO₂ generell mit einer Erhöhung des Porenfluiddrucks im Reservoir einhergeht, könnten niedrig-permeable Deckgebirgssedimente aufgebrochen und in Folge dessen nicht kompaktierte Reservoirsedimente fluidisiert werden. Bei solchen Prozessen der Sedimentmobilisierung entstehen typische Strukturen wie z.B. "gas chimneys", die in reflexionsseismischen Daten identifiziert werden können oder klastische Gänge

In diesem Projekt werden die mechanischen Auswirkungen der Injektion von Gasen in unverfestigte Sedimente mit Hilfe von physikalischen Analogexperimenten untersucht. Ein wichtiges Ziel unserer Experimentstudie ist es Grenzwerte des Porenfluiddrucks zu ermitteln und Deformationsstrukturennachzubilden, die während der Sedimentmobilisierung auftreten können. Es soll ein Prozessverständnis der Deformationsmechanismen und der Auswirkung kritischer Systemparameter, wie beispielsweise der Permeabilität oder der Sedimentfestigkeit, erlangt werden, mit deren Hilfe die Sicherheit von CO₂-Speichern bewertet werden kann.

Im Analoglabor des LS Allgemeine Geophysik des IGW in Jena werden dazu Sandkastenexperimente durchgeführt, für die verschiedene granulare und pulverförmige Materialien verwendet werden, um eine Schichtung aus hoch-permeablen Reservoirsedimenten und niedrig-permeablen Deckschichtsedimenten skaliert nachzustellen. Als experimentelles Porenfluid wird Luft verwendet, welche über Ventile unter normalen atmosphärischen Bedingungen in die Materialien eingepresst wird. Die Experimente werden mit einer digitalen Spiegelreflexkamera zur Analyse der Bewegungsmuster an der seitlichen Glasscheibe sowie mit einem optischen 3D-Streifenlichtscanner zur Erfassung der Oberflächendeformation analysiert. Drucksensoren unterhalb und innerhalb der Analogmaterialien geben Aufschluss über den Porenfluiddruck bevor und während der Deformation.

Das Projekt findet im Auftrag der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe BGR Hannover und in Zusammenarbeit mit Dr. Franz May (BGR) statt. Die Konstruktion des Experimentierapparats erfolgte durch die wissenschaftlichen und technischen Mitarbeiter des IGW Jena und unter Zuarbeit der Firma Jenpneumatik & Schlauchtechnik GmbH.

Publications

Warsitzka, M. Kukowski, N., May, F. (accepted) Fluid-overpressure driven sediment mobilisation and its risk for the integrity for CO₂ storage sites - an analogue modelling approach, Energy Procedia, Date of submission: 04.10.2016.

Conference abstracts

Warsitzka, M., Kukowski, N., May, F. (2014) Frictional properties of cohesive granular analogue materials. In: GeoFrankfurt 2014, Dynamik des Systems Erde / Earth System Dynamics, Abstract Volume, Joint Conference 21.-24. September 2014, Johann Wolfgang Goethe Univ. Frankfurt a. M., Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für GeowissenschaftenExterner Link, Heft 85, pp. 644.

Warsitzka, M. Kukowski, N., May, F. (2014) Physical Properties of Granulates Used in Analogue Experiments of Caprock Failure and Sediment Remobilisation. AGU Fall Meeting Abstracts. Vol. 1, Nr. H11H-1007.

Warsitzka, M. Kukowski, N., May, F. (2016) Fluid-overpressure driven sediment mobilisation and its risk for the integrity for CO₂ storage sites - an analogue modelling approach, 13th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, GHGT-13, Lausanne, Nr. 208.

Warsitzka, M., Kukowski, N. May, F. (2017) Analogue modelling of caprock failure and sediment mobilisation due to pore fluid overpressure in shallow reservoirs, EGU General Assembly 2017, Geophysical Research Abstracts, Vol. 19, EGU2017-13012.