completed projects

Erarbeitung eines Rock-Data-Katalogs für Gasformationen
Fö.:DGMK-593-9/4, Lz.:01.2005-03.2010, Ltg.: Prof. G. Pusch, Dr.Reitenbach

Die Analyse und Entwicklungsplanung von Gaslagerstätten und –speichern erfordert eine integrierte Anwendung von gesteinsphysikalischen, reservoirmechanischen und produktionstechnischen Daten als Basis für rechnergestützte Reservoirmodellierung und Simulation. Diese Eingabedaten müssen aufgabenabhängig aus verschiedenen Quellen zusammengetragen, analysiert und sortiert werden. Die für eine Datenauswahl erforderliche petrophysikalische Erfahrung, die ein Lagerstätteningenieur oder Modellierer nicht a priori mitbringen kann, erschwert häufig jedoch die Auswahl von Funktionen für die praktische Anwendung. Im Rahmen dieses DGMK-Forschungsprojektes wurde eine mit interaktiven Datenabfrage-, Datenkorrelations- und Eingabehilfemodulen gekoppelte, rechnergestützte Datenbank der digitalisierten gesteinsphysikalischen Daten entwickelt, die den Petrophysikern, Lagerstätteningenieuren und Modellierern eine Hilfe bei der Durchführung von Lagerstättenanalysen und Simulationsstudien bietet.

 

Feasibility Study on the Potential of CO2 Storage for Enhanced Gas Recovery in Mature German Gas Reservoirs (CSEGR)
Fö.: BMBF. Förderkennzeichen 03-G-0627A Lz.: 05.2005-04.2008 Ltg.: Prof. G. Pusch

The German Government aims at a 40% reduction of greenhouse gases until 2020. Even though Germany has achieved a remarkable reduction of CO2 emissions since 1990, annual reduction increments are declining. Globally, CO2 emissions are even increasing. Thus additional measures are needed to achieve the long-term reduction targets.The Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) has compared different options for the underground storage of CO2 in Germany with a priority for depleted gas fields.

More than 50% of the gas reservoirs are already in a mature status and they are potential candidates for future CO2 storage. Injection of CO2 into depleted natural gas reservoirs could increase the reservoir pressure and enhance the recovery of the residual gas. This combination of CO2 storage and recovery enhancement   (CSEGR: CO2 Storage Enhancing Gas Recovery) is a theoretical concept still, that has not been practiced on a field wide scale.

This study shall investigate the feasibility of CSEGR for likely separation and storage systems (source–transport–sink) representing typical industrial sources and reservoir types in Germany. The proposed study will consider two systems for the technical evaluation of CO2-EGR feasibility:

  • A large lignite fired power plant in East Germany (Vattenfall) emitting about 10 Mt of CO2 annually shall be the source of CO2 for EGR operations in heterogeneous, fine-scale structured, and anisotropic layered gas carrier rocks of the Rotliegend reservoirs in the Altmark (EEGmbH). The Altmark would provide sufficient storage capacity for the CO2 emitted during the life-time of a large lignite fired power plant.
  • A homogeneous, large-scale structured, isotropic Buntsandstein gas reservoir in Northwestern Germany, Barrien (Wintershall AG) shall be used for an EGR study injecting CO2 separated at a planned industrial natural gas treatment facility (E.on Ruhrgas) emitting a few hundred thousand tons of CO2 annually

Within this feasibility study the geological, technical, and economical key parameters that influence the optimisation of CSEGR have been investigated.

 

Exploration and Evaluation of the Eastern Mediterranean Sea Gas Hydrates and the Associated Deep Biosphere (ANAXIMANDER)
Fö.: EU Contract EVK3-CT-2002-0068 Lz.: 2002-2006 Ltg.:Dr.V.Meyn

The primary objectives of this project were to study experimentally the gas hydrates systems and to achieve a data base for modelling reservoirs containing gas hydrates. The composition of the gas hydrates is a crucial parameter for a better understanding of the sub-sea mud volcano geochemistry.

The phase behaviour and kinetics data obtained serve for the validation of the computer model and for the determination of the conditions (pressure, temperature, handling time) under which sampling tools should be effectively used to avoid an irreversible distortion of samples. Additionally, the maximum time that can be allowed for the tool/sample handling at atmospheric pressure without causing significant decomposition of hydrates will be determined. The experimental device will be flashed directly to ambient at the expected surface temperature.

The work package WP4 of the ANAXIMANDER project performed at the ITE was dedicated to the issues of the experimental evaluation of the gas hydrates state in sediments for which the following properties have been determined:

  • Transport of methane by diffusion and/or convection in the liquid phase,
  • Transport of methane by diffusion in the solid state, "migration" of bubbles included within hydrates,
  • Transport of NaCl by diffusion and/or convection,
  • Distribution of gas hydrates in the pore space / formation of transport channels.

 

Einfluss struktureller Heterogenitäten auf die Speicherkapazitäten von Kohlendioxid in Aquifer-Porenspeichern
Fö.:BGR, Lz.:01.2004-12.2006, Ltg.: Prof.Dr.Pusch

Das interdisziplinär organisierte Projekt wurde im Rahmen der Hochschulvergabeprojekte der BGR am Institut für Erdöl- und Erdgastechnik der TU Clausthal bearbeitet.

Als eine mögliche Lösung des Problems der Entsorgung des Kohlendioxides, das in großen Mengen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in den Kraftwerken ensteht,  ist seine Versenkung und Speicherung in den aufgelassenen Gaslagestätten und Aquiferstrukturen angesehen. Mithilfe einer Modellstudie sollten die Fragen über die Entscheidungsfaktoren einer geologisch und reservoirmechanisch optimierten Speicherung von CO2 in solchen untertägigen porösen Strukturen geklärt werden. Auf Grund der Analogie mit der Untertage-Erdgasspeicherung wurden bei einer numerischen Reservoir Studie die in der Gas Reservoir Engineering bekannten Techniken der mathematischen Modellierung und Simulationssoftware für die generische Simulation der Einbringung der CO2 in Aquiferstrukturen angewendet. Die Ergebnisse der Simulationsstudie führten zu einer Formulierung von günstigen bzw. ungünstigen Aquiferspeichereigenschaften und zur Festlegung von Grenzwerten für die spätere CO2-Speicherplanung.

 

Modellentwicklung zur Gaspermeation aus unterirdischen Hohlräumen im Salzgebirge
Fö.:BMBF-02 C 0952, Lz.10.2002-06.2006, Ltg.: Prof.Dr.Pusch mit Partnern IfG (Leipzig) und GMuG (Karlsruhe)

Für die Standortbewertung von unterirdischen Deponien zur Einlagerung von Abfällen sind sicherheitstechnische Untersuchungen und Modellrechnungen zur Schadstoffausbreitung ein wesentlicher Bestandteil der Analysen. Durch Laboruntersuchungen und in-situ Messungen sollten belastbare Grundlagen über das mechanische und hydraulische Stoffverhalten des Salzes gegenüber einer Gasphase und über die Prozessformen, die dieses Verhalten steuern erarbeitet werden.

Im experimentellen Programm wurden laborative Messungen der Gaspermeation an ungestörten Salzkernen und Untersuchungen der Kapillar- und Gassperrdrücke an Salzpresslingen und Sandsteinreferenzmaterial zur Korrelation der Prozessabläufe mit dilatant aufgelockerten Salzkernen in Anwesenheit einer Restlauge durchgeführt. In-situ-Gasinfiltration- und Gasfracversuche zur Bestimmung des Druckaufbaus (Sperr- bzw. Fracdruck und Messungen des Gastransports bei gleichzeitiger räumlicher Lokalisierung des gebildeten Risssystems durch Schallemissions- und Durchschallungsmessungen bildeten das Feldexperimentprogramm.

Die aus den Untersuchungen abgeleiteten Ergebnisse sind als Basis für die Prozess-Simulation der Gasausbreitung aus einem unterirdischen Grubenbau in das Wirtsgestein verwendet worden

 

Bestimmung der Gas/Wasserfließeigenschaften der geringpermeablen Oberkarbon Sandsteine
Fö.:Exxon Mobil Production Deutschland GmbH, Lz.:11.2004-11.2005, Ltg.: Dr. Reitenbach

Confidential Study

 

Einfluss der Alkoholzumischung zum Frac-Fluid auf die Produktivität und auf zeitabhängige Effekte der Produktivitätsminderung in Tight Gas Reservoirs
Fö.:Exxon Mobil Production Deutschland GmbH, Lz.:01.2004-03.2005, Ltg.: Dr. Ionescu

Confidential Study

 

Geologische und petrophysikalische Grenzparameter zur Definition der Produzierbarkeit von gering-permeablen Gaslagerstätten
Fö.:DGMK, Lz.:04.2001-08.2004, Ltg.: Prof. Dr. Pusch, Prof. Dr. Blendiger

Das Gemeinschaftsprojekt DGMK 593-7 wurde im Rahmen des DGMK Forschungs-programms zur Erschließung von Erdgasreserven aus deutschen Tight-Gas-Formationen in Zusammenarbeit des Instituts für Geologie und Paläontologie und des Instituts für Erdöl-und Erdgastechnik der TU Clausthal durchgeführt. Die fracnahen Spannungsbedingungen führen lokal zur Überschreitung der Dilatanzgrenze des Gesteins. Die hierdurch ausgelöste Mikrorißbildung kann potentiell zur Freisetzung von in den Poren enthaltenen Feinmaterialien führen und dadurch Permeabilitätsverlust bedingen. Die Untersuchungen umfassten die Charakterisierung von Bohrkernmaterial aus geringpermeablen gasführenden Rotliegend- und Oberkarbonsandsteinen Norddeutschlands mit Hinblick auf mögliche schädigungsrelevante Eigenschaften sowie die experimentelle Simulation fracnaher Spannungsbedingungen mithilfe eines Triaxialpermeameters. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen als Basis für die Überprüfung und Bewertung einer möglichen mechanischen Schädigung des unmittelbaren Umfeldes von hydraulischen Fracs in Tight-Gas Reservoirs.

 

Bestimmung der für die Bohrlochstabilität verantwortlichen kapillaren Grenzwerte in dichten Sandsteinlagerstätten
Fö.:Exxon Mobil Production Deutschland GmbH, Lz.:01.2003-05.2004, Ltg.:Prof. Dr. Pusch, Dr. Reitenbach

Die niederpermeablen Rotliegendsandsteine und Oberkarbonsandsteine, die als Speicher für Tight-Gas Vorkommen fungieren, reagieren empfindlich auf die Invasion von wässrigen Fluiden. Zur Vorbeugung durch die Invasion des Spülungsfiltrates verursachten Schädigungseffekte werden die so genannten „Underbalanced Drilling“- und „Underbalanced Completion“- Techniken im Trägerbereich eingesetzt. Die Erschließung des niederpermeablen Gasträgers unter hydraulischem Unterdruck kann zwar die unerwünschte Invasion des Spülungsfiltrates in die Formation verhindern. Die Bohrlochinstabilität und der Gaszutritt in die Bohrung können aber als negative Folgen der Anwendung dieser Techniken auftreten. Im Rahmen dieses Kooperationsprojektes wurden aufgrund von Kapillardruckmessungen (ITE) und gebirsmechanischen Untersuchungen (Institut für Aufbereitung und Deponietechnik) hydraulische Unterdruck-Grenzfunktion sowie die gebirgsmechanischen Grenzparameter der Bohrlochstabilität für die niederpermeablen Oberkarbonsandsteine bestimmt.

 

Bestimmung der Wasser-und CO2-Mobilitäten in den Schichten des unteren Rhyolits und des angrezenden Bischof Tuffs der Long Valley Caldera durch hydraulische Messungen und „Low Frequency“ Kernspinresonanzmessungen
Fö.:DFG, Lz.:03.2002-09.2003, Ltg.:Prof. Dr. Pusch, Dr. Reitenbach

Im Rahmen des Internationalen Teifbohrprogramms (ICDP) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) werden in der Long Valley Caldera (Kalifornien, USA) mit Hilfe von einer tiefen Forschungsbohrung tektonische unr geothermische Prozesse beobachtet, die ein Gefahrenpotential für die Umwelt in dieser Region darstellen. Metasedimentgesteine im Basement der Resurgent Domes der Long Valley Caldera weisen ein großes Potential an CO2-gesättigtem kapillar- bzw. tongebundenem Wasser, das durch periodische seismiche Aktivitäten, ausgelöst durch die dilatanten Porenvolumensänderungen sowie Mikrorissbildungen, mobilisiert werden kann. Die Mobilität des CO2 und die Restwassersättigung wurden unter den gegebenen Temperatur- und Druckbedingungen des Teufenabschnitts 700-300 m durch Flutversuche in einer NMR-Flutzelle untersucht. Die bestimmten hydraulischen Parameter dienen als Basis zur Beurteilung des rezenten CO2-Ausgasungsprozesses sowie für die Modellierung von geothermischen Phänomenen in den flachen Sedimentablagerungen der LV-Caldera.

 

Simulation des Produktionsverhaltens gefracter Bohrungen in geringpermeablen Gaslagerstätten - Special Core Analysis
Fö.:DGMK, Lz.:04.2001-09.2003, Ltg.:Prof. Dr. Pusch, Dr. Reitenbach

Das Gemeinschaftsprojekt DGMK 593-9 wurde im Rahmen des DGMK Forschungsprogramms zur Erschließung von Erdgasreserven aus deutschen Tight-Gas-Formationen durch ein Konsortium von Hochschuleinrichtungen und Industrieunternehmen: Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau der TU Bergakademie Freiberg, Institut für Erdöl- und Erdgastechnik (ITE) der TU Clausthal, die Ingenieurgesellschaften IbeWa, DBI GUT, ESK Freiberg durchgeführt. In diesem Projekt sollten auf der Basis der projektspezifischen, experimentell ermittelten gesteinphysikalischen Eingabedaten und der Weiterentwicklung von Standardsoftware die praxisbezogenen Techniken der Simulation des Förderverhaltens von gefracten Tight-Gas-Horizontalbohrungen erarbeitet werden. Im Teilprojekt des ITE „Experimentelle Untersuchungen“ wurden die hydraulischen Trägerschädigungsmechanismen in der frac-nahen Zone und deren Einflüsse auf das Phasenfließeingenschaften an den unterschiedlichen Rotliegendsandsteintypen experimentell bestimmt. Die hiervon abgeleitete Datenbasis wurde für das Teilprojekt „Simulation“ sowie für die Industrie bereitgestellt.

 

Polymerbehandlung von Horizontalbohrungen in Gasspeichern
(Fö: EU, DBI-Gas- und Umwelttechnik, Lz: 1/96 - 7/97, Ltg: Prof. Dr. Pusch)

Eine am ITE entwickelte Low-Molecular-Weight Adsorptionstechnologie von hydrophoben Polymeren (Terpolymere) brachte bei Erdgasbohrungen und Erdgasspeicherbohrungen eine wirtschaftlich bedeutende Verbesserung der Gasproduktivität durch verminderten Wassereintrag in die Bohrung. Auch in Horizontalbohrungen des Erdgasspeichers Kalle konnte die Verbesserung der Produktivität und der Injektivität der Bohrung bei verspäteten Wasserdurchbruch erreicht werden

Einfluß der Klüftung auf den Stofftransport und den Retentionsprozeß in diagenetisch verformten Tonsteinen
(Fö: DFG, Lz: 7/98 - 6/2000, Ltg: Prof. Dr. Pusch u. Prof. Reik)

In diagenetisch verfestigtem, geklüftetem Tonsteinmaterial wird die Migration von Wasser und der Mechanismus des Stoffrückhaltevermögens an insitu präparierten Probekörpern untersucht. Im Vordergrund steht die Erfassung der mobilen und immobilen Wasseranteile in der Tonmatrix und des davon beeinflußten Stofftransportes zwischen Matrix und Klüften. Als multifunktionales Tracersystem wird schweres Wasser als Phasentracer und Schwermetallionen als Komponententracer eingesetzt. Mit dieser Methodik sollten Diffusions- und Dispersionsvorgänge von Adsorptions- und Stoffaustauschphänomenen durch Messung der Konzentrationsprofile unterscheidbar sein.

 

Mechanische und hydraulische Eigenschaften von Auflockerungszonen im Salinar
(Fö: DFG, Lz: 7/98 - 6/2000, Ltg: Prof. Dr. Pusch und Prof. Dr. Lux)

Das Spannungsgleichgewicht an der Begrenzung von unterirdischen Hohlräumen kann in der Folge zur Ausbildung von Auflockerungszonen führen, die entweder als Gefügeauflockerung oder in Form von Rißbildungen (und eventuell Abschalungen) auftreten. Das mechanische und hydraulische Verhalten des Lagergesteins kann dadurch soweit verändert werden, daß eine sichere Verwahrung von Schadstoffen in der Betriebsphase der unterirdischen Deponie nicht gewährleistet werden kann. Die Entstehung der mechanischen und hydraulischen Eigenschaften der Auflockerungszone soll experimentell untersucht und mathematisch modelliert werden.

 

HYACE - Data Collection and Analysis
(Fö: EU, Lz: 3/98 - 9/99, Ltg: Prof. Dr. Pusch, Dr. Alkan)

Die größten Methangasresourcen der Welt befinden sich in Gashydratsedimenten an den Kontinentalrändern in der Tiefsee. Zur Untersuchung der Möglichkeiten einer Erdgasgewinnung über Bohrlöcher ist die Entwicklung von Probenahmeeinrichtungen unter insitu Bedingungen notwendig. Die durch Druck- und Temperaturveränderungen bewirkten Zustandsänderungen der Probe sollen durch eine Modellsimulation auf den Ursprungszustand zurückgerechnet werden. Dafür muß ein geeignetes "Hydratflußmodell" entwickelt und erprobt werden.

 

Bestimmung der Mobilität und Sättigungsverteilung von wässrigen Fluiden durch "Low Frequency" Kernspinresonanzmessungen (NMR) und durch hydraulische Messungen in mikroporösen Gesteinen der kontinentalen Kruste
(Fö: DFG, Lz: 1/99 - 12/99, Ltg: Prof. Dr. Pusch u. Dr. Reitenbach)

Bei den Untersuchungen der kontinentalen Kruste treten in großen Teufen Gesteinsstrukturen und -texturen auf, deren Porosität und Permeabilität andere Strömungsformen erwarten läßt, welche von der Wechselwirkung zwischen Gestein und Fluid geprägt sind. Die advektiven Strömungsprozesse werden maßgeblich von den freien und gebundenen Fluidanteilen bestimmt. Diese meßtechnisch nachzuweisen dient die Kernspintomographie an durchströmten Probekörpern. Die so gewonnen Erkenntnisse ermöglichen, das bisher unzureichende Verständnis dynamischer Vorgänge zu verbessern.

 

Up-Scaling an der Schnittstelle Geologische Modellbildung und Numerische Lagerstättensimulation
(Fö: DGMK, Lz: 07.97 - 08. 2000, Ltg.: Prof.Dr. Pusch, Dipl.-Math. Junker)

Die Übertragung des feinskaligen geologischen Modells, dessen Integrität durch die 3-D Seismik gestützt werden kann, auf ein 3-D Fließmodell erfordert aus Rechenzeitgründen und zur überschaubaren Visualisierung eine Vergröberung des räumlichen Blockrasters. Um nicht allzu große Informationsverluste zu erfahren, wurden verschiedene Upscaling Verfahren, von den einfachen Mittelwertsbildungen, den kombinierten Verfahren, bis zu den raumauflösenden komplexen Verfahren der Tensorberechnung und der Renormalisierung untersucht und ihre Vor- und Nachteile bewertet.

 

Messung und Extrapolation von Gas- und Laugepermeabilitäten von salinarem Versatzmaterial in Endlagerbauwerken für radioaktive Abfallstoffe
(Fö: EU, GRS (ISTec), Lz: 02.97 - 03.99, Ltg.: Dr. Reitenbach, Dr. Cinar)

Die kapillaren Eigenschaften von kompakterem Salzgranulat, welches dem Endzustand der Konvergenz nach 100 Jahren Nachbetriebszustand entspricht, wurde gemessen und mit dem ebenfalls gemessenen hydraulischen Leitfähigkeiten beim Endzustand der nicht reduzierbaren Phasensättigungen korreliert. Gas- und Laugepermeabilitäten zeigen ein fast spiegelbildliches Sättigungsverhalten, mit geringen Drainagefließwiderstand für die nichtbenetzende Phase.

 

Produktivitätsabfall in Erdgasspeicher- und Erdgasproduktionsbohrungen durch Halitausfällungen
(Fö: DGMK, Lz: 07.97 - 12.97, Ltg: Dr. Meyn)

Der Druckkegel im Einsatzbereich von Speicherbohrungen und Erdgasproduktionsbohrungen bewirkt eine vermehrte Verdampfung von Schichtwasser in den Gasstrom, so daß in Salzwässern mit mittleren bis hohen Sättigungsgraden eine Übersättigung an NaCl mit nachfolgender Salzausfällung und Verstopfung eintreten kann. Die reservoir-mechanischen Bedingungen des vermehrten Salzausfalls wurden im Labor untersucht, um Datengrundlagen für die Modellierung und Vorhersage des Schadensfalls zu schaffen. Präventive Maßnahmen stellten ebenso eine Zielvorgabe der Untersuchungen dar.

 

Tight Gas Recovery - der Einfluß der geologischen Parameter auf die Produktivität gefracter Rotliegend- und Oberkarbonsandsteine
(Fö: DGMK , Lz: 04.2001 - 03.2002, Ltg. Prof. Pusch, Dr. Alkan)

Die Anpassung von Lagerstättenparametern des Gridblock-Modells an die Natur der Lagerstättenausbildung kann durch den Vergleich von gemessenen Produktionsdaten mit vorhergesagten Produktionsdaten optimiert werden. Bisher wurde die Anpassung überwiegend mit Hilfe des Gradientenverfahrens versucht, das nicht in der Lage ist, ein globales Minimum der Fehlerfunktion zu bestimmen, welches frei von mehrdeutigen Lösungsansätzen ist. Mit Hilfe von nicht-linearen Optimierungsverfahren (Simulated Annealing, Evolutionäre Strategien und Simplexverfahren) sollen daher mehrdeutige Lösungen ausgeschlossen und globale Minima gesucht werden.

 

 

 

search  sitemap  Hands-On Teaching  Data Privacy  Imprint
© TU Clausthal 2019