Für eine numerische Reservoirmodellierung wird aus einer Sammlung vorvorhandener oder neu gewonnenr Daten ein Modell des Reservoirs erstellt, das dieses numerisch beschreibt. Die numerische Beschreibung erlaubt das 'Ablaufenlassen' von Prozessen in diesem Modell (wie z.B. Wärmeausbreitung oder Wasserströmung), die in der Regel durch Differenzialgleichungen beschrieben werden. Diese können für verschiedenen Prozesse 'gekoppelt' sein. 'Numerisch' bedeutet, dass dies auf diskreten Netzen und nicht etwa 'analytisch' erfolgt. Die Auswahl geeigneter Netze (meshing) hat eine entscheidende Bedeutung.

Eine aussagefähige numerische Reservoirmodellierung basiert auf vielerlei Voraussetzungen:

• Die räumliche Ausdehnung eines geothermischen Reservoirs spielt für die geothermische Nutzung eine wichtige Rolle. Aus der geometrischen Form des Reservoirs, d. h. aus der Ausdehnung und Mächtigkeit, kann das Volumen und damit der Energieinhalt des Reservoirs be­rechnet werden. Eine größere Mächtigkeit erhöht bei gleicher Durchlässigkeit die Transmissivität und folglich auch die mögliche Förderrate.
• Als Grundlagen für ein geometrisches Untergrundmodell dienen Daten aus der geophysika­lischen Explorationstätigkeit, die meist mittels seismischer, seltener mit geoelektrischen Ver­fahren gewonnen werden, sowie Ergebnisse von Bohrungen. Oft stammen vorhandene Da­ten aus der Kohlenwasserstoffexploration, die neuerdings durch Untersuchungen für geother­mische Projekte ergänzt werden. Bohrungen stellen Informationen längs einer Linie im Un­tergrund dar, während seismische 2D-Sektionen (vertikale) Flächen-Informationen in der Tiefe zeigen. Erst die 3D-Seismik kann ein räumliches Modell des Untergrundes liefern.
• Die seismischen Messungen müssen zielgerichtet mit aufwändigen mathematischen Verfah­ren bearbeitet werden und aus einer Zeit- in eine Tiefeninformation umgewandelt werden („Processing“). Aufbauend auf dieser Auswertung ist die geologische Interpretation unter be­sonderer Berücksichtigung der geothermischen Fragestellung vorzunehmen. Aufgabe ist es dann, aus den meist unregelmäßig verteilten 1D-Bohrungsinformationen und 2D-Seismik­informationen ein dreidimensionales geologisches Strukturmodell aufzubauen. Das so generierte dreidimensionale geologische Modell beinhaltet die Lagerungsverhältnisse der Schich­ten sowie deren Schichtmächtigkeit.
• Auf Basis des Strukturmodells und der hydrostratigraphischen Daten ist eine thermisch-hy­draulische Modellvorstellung (THM-Modell) zu entwickeln, die als Grundidee des hydrogeologischen Mo­dells dient. Dabei werden insbesondere die lithologisch-stratigraphischen Einheiten des 3D­Strukturmodells in hydrostratigraphische Einheiten überführt und hydraulische Parameter den hydrostratigraphischen Einheiten zugeordnet. Zusätzlich müssen für die einzelnen Horizonte die entsprechenden thermophysikalischen Parameter übernommen werden.

Das (vereinfachte) hydrogeologische Modell ist Grundlage der numerischen Modellierung für den Wärme- und Stofftransport. Unter Annahme geohydraulischer Randbedingungen so­wie eventuell von Grundwasserneubildung und Tiefengrundwasseraufstieg ist ein stationäres Grundwasserströmungsmodell zu entwickeln. Im Rahmen der stationären Kalibrierung sind die geohydraulischen Aquiferparameter und Randbedingungen im numerischen Grundwas­serströmungsmodell so anzupassen, dass sich eine bestmögliche Übereinstimmung gemessener und berechneter Potentialwerte und Potentialverteilungen sowie eine plausible Grundwasserbilanz ergeben. Parameteränderungen sollen nur innerhalb einer plausiblen Bandbrei­te vorgenommen werden. Aufgrund der wenigen Stützpunkte wird diese Kalibrierung in der Regel allerdings mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sein.

Das digitale numerische Modell ist ein digitaler Zwilling der Wirklichkeit. Diese Zwillinge werden, gundsätzlich betrachtet, nur in wenigen Punkten übereinstimmen, dies sollten aber die für die Anwendung relevanten Punkte sein. Die Ergebnisse einer numerischen Resrvoirmodllierung werden üblicherweise in einem konzeptionellen Modell zusammengafasst bzw. in dieses eingearbeitet dabei kann und mus das numerische Modell auch durch descriptive Anteile ergänzt werden.

Literatur

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Weitere Literatur siehe unter Literaturdatenbank und/ oder Konferenzdatenbank auch unter den Stichworten 'reservoir' oder 'modelling'.

zuletzt bearbeitet Dezember 2021, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de