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HyInteger - Forschungsvorhaben

HyINTEGER soll mögliche Wechselwirkungen zwischen den natürlichen Komponenten (Gesteine, Formationswässer, Biozönosen) von Untergrundspeichern und den Materialien von Bohrungsinstallationen (Stähle, Zemente) in einer Wasserstoffatmosphäre untersuchen.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber

BMWi

Akronym

HyInterger

Titel/ Thema

Untersuchungen zur Integrität von Bohrungen und technischen Materialien in geologischen H2-Untergrundreservoiren

Identifikation/ Zuwendungsnummer

03ET6073

Durchführungszeitraum

2016-01-01  –  2019-09-30

Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag

2.512.432 EUR

Sonstiges

 

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Es werden Autoklaven-Laborexperimente unter reservoirspezifischen Bedingungen mit verschiedenen Kombinationen dieser Komponenten durchgeführt. Diese Informationen fließen dann in numerische Simulationen ein, u.a. zur Wasserstoffausbreitung und Fluidmigrationswegen im Reservoir und entlang von Bohrungen (Leckage-Szenarien), sowie zur Populationsdynamik von Mikroorganismen.

Teilvorhaben

Das Teilvorhaben führt chemische und (sub-)mikroskopisch-mineralogische Untersuchungen an allen eingesetzten anorganischen Stoffen durch - mit den Schwerpunkten Zusammensetzung, Oberflächencharakterisierung. Durch H2-CO2-Laborversuche mit einem Autoklaven mit Sichtfenster auf das ein digitales Mikroskop aufgesetzt wird, sollen die Reaktionsabläufe in-situ und in-time dokumentiert werden. Durch numerische 3D-Simulationen soll die Ausbreitung von Fluiden und von Gasgemischen sowie die Veränderung des Porenraumes im Mikrometer-Bereich modelliert werden TP1 besteht aus 9 Arbeitspaketen:

  1. Projektkoordination;
  2. Probenahmen vor Ort, Literaturrecherche, Aufbau von H2-CO2-Autoklaven, Aufbau einer Projekt-Internetplattform;
  3. Petrographisch-mineralogische Untersuchungen zu Bestand, Zusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit des Bohrkernmaterials und der Stähle und Zemente;
  4. Bestimmung der spezifischen Reaktivität dieser Komponenten;
  5. Geo-, hydro-/fluid- und isotopenchemische Untersuchungen;
  6. Laborexperimente mit H2-CO2-Beschlagung, gekoppelt mit periodischer Fluidentnahme und fotografischer Dokumentation;
  7. Mikro-ComputerTomographie-Untersuchungen und numerische Modellierungen u.a. zu Veränderungen des Porenraumes und Fluidflusses;
  8. Bereitstellung von Input-Parametern für die numerischen Simulationen anderer Teilprojekte;
  9. Publikationen.

In diesem Teilvorhaben werden die bei UGS verwendeten Materialen auf ihre Eignung für die Anwendung in H2-Umgebung getestet und evtl. weiterentwickelt. Dazu werden Probekörper in Autoklaven unter Lagerstättenbedingungen H2 & Lagerstättenfluiden ausgesetzt. Die Proben werden vor und nach den HPHT Versuchen charakterisiert, um durch H2&Fluide verursachte Veränderungen des Materials feststellen zu können. Im Ergebnis sollen Aussagen über die Eignung für die Verwendung unter den bei H2-Speicherung herrschenden Bedingungen gemacht werden. In TP4 sollen verschiedene Betriebsbedingungen simuliert werden, um die Belastungen für die verbauten Materialien vorherzusagen. Um die Änderungen in der Gaszusammensetzung vorherzusagen, ist es geplant verschiedene Injektions- und Ausspeisraten zu simulieren. Der Fokus liegt dabei auf dem Sondennahbereich. Die wesentlichen Themen sind: Kopplung der Strömungssimulation mit Mikrobiologie, Änderungen der Bohrlochinjizierbarkeit, Schwankungen der Gaszusammensetzung über die Zeit in porösen Speichern, Leckageraten durch das Deckgebirge, Handover zu experimentellen Teilprojekten.

Ziel des Teilvorhabens ist die Quantifizierung der porenraumverändernden Prozesse durch Lösungs- und Fällungsreaktionen infolge von Alteration und anderen geochemischen Reaktionen mittels Mikrocomputertomographie und darauf basierende Computersimulationen. In Zusammenarbeit mit den Teilprojekten des Verbundes werden Proben relevanter Reservoirgesteine jeweils VOR und NACH Alterationsexperimenten im Autoklaven mittels µXCT untersucht. Petrophysikalische Parameter werden durch das Konzept 'Digital Rock Physics', DRP, prozessbasiert simuliert und in repräsentativen Elementarvolumina zusammengefasst. Diese werden insbesondere mit den Ergebnissen aus dem TP 1 zusammengeführt, verglichen und zur Quantifizierung der Korrosions- und Alterationsprozesse ausgewertet und gehen dann als REV-Parameter in die numerischen Modellierungen im Bohrungsnahbereich (TP 4) ein. Ein Schwerpunkt ist die Anwendung eines porenskaligen gekoppelten reaktiven Strömungs- und Transportmodells. Es wird eine neue modifizierte thermodynamische Datenbank für hochsalinare Wässer im Druckbereich bis 100 MPa und Temperaturbereich bis 200 °C genutzt, um die die realen experimentellen Randbedingungen abzubilden. Ziel ist die gekoppelte iterative zeitabhängige Simulation der reaktiven Veränderungen des Porenraumes infolge der Alteration.

Hierzu werden Autoklaven-Laborexperimente unter reservoirspezifischen Bedingungen mit verschiedenen Kombinationen dieser Komponenten durchgeführt. Diese Informationen fließen dann in numerische Simulationen ein, u.a. zur Wasserstoffausbreitung und Fluidmigrationswegen im Reservoir und entlang von Bohrungen (Leckage-Szenarien), sowie zur Populationsdynamik von Mikroorganismen. Grundlegende Untersuchungen sollen zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen den, zur Installation und Komplettierung der Bohrungen verwendeten, Materialien mit dem Gestein, den Fluiden und der mikrobiellen Lebensgemeinschaft (Biozönose) unter verschiedenen Bedingungen insbesondere in Bezug auf die Temperatur und die Salinität durchgeführt werden. Die Wechselwirkungen zwischen den Bohrfluiden, der Verrohrung, der Zementation und verschiedenen Einbauten sind in Experimenten unterschiedlicher Komplexität zu erforschen, um das geowissenschaftliche Verständnis in Bezug auf den Einfluss biologischer Prozesse auf die Alteration und Korrosion von Werkstoffen zu erweitern. Ein wesentliches Ziel der Untersuchungen ist die Bewertung des Einflusses mikrobieller Stoffwechselprozesse auf die Bohrungsintegrität und die Korrosion an den obertägigen Installationen. Langzeitversuche unter in-situ nahen Bedingungen mit verschiedenen Werkstoffproben, Reservoirfluiden und Referenzgesteinen sowie Proben aus Wasserstoff-exponierten Bohrungen sollen im Labormaßstab durchgeführt werden, um die Beständigkeit des Materials insbesondere in Bezug auf mikrobiell induzierte Prozesse zu erforschen.

Koopertionspartner

  • Friedrich-Schiller-Universität Jena - Chemisch-Geowissenschaftliche Fakultät - Institut für Geowissenschaften, Jena
  • Technische Universität Clausthal - Fakultät für Energie- und Wirtschaftswissenschaften - Institut für Erdöl- und Erdgastechnik, Clausthal-Zellerfeld
  • Johannes Gutenberg-Universität Mainz - FB 09 Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften - Institut für Geowissenschaften, Mainz
  • Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ - Zentrum für CO2-Speicherung, Potsdam

Weblinks

https://www.enargus.de/pub/bscw.cgi/26?op=enargus.eps2&m=0&v=10&p=0&d=&s=0&q=03ET6073

zuletzt bearbeitet Januar 2020