Szenarien der Entstehung von Anhydritzementation: Weiterentwicklung der Simulationsmöglichkeiten der chemischen Bildungsbedingungen
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Schneider und Dr. Michael Kühn
Zwischenbericht (Stand 02.07.2002)
1. Erweiterung des Anwendungsbereichs des geochemischen Moduls
Es wurde eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt, um neue Koeffizienten für den thermodynamischen Datensatz des Chemiemoduls des Programms SHEMAT zu ermitteln. Zum einen sollte der Anwendungsbereich erweitert werden, für Temperaturen über 150°C und Drücke über 1 bar, und zum anderen wurde angestrebt den Datensatz mit neunen Elementen zu erweitern, um so auch die Möglichkeit der Simulation von Tonmineralen zu ermöglichen.
Die Datenlage lässt allerdings nur eine Erweiterung des Temperaturbereichs auf 250°C zu (ausgenommen dem Kalk-Kohlensäure-System). Der modifizierte Datensatz ist zur Zeit in Arbeit.
Hinsichtlich erhöhter Drücke sowie zusätzlicher Elemente für den Datensatz besteht nach wie vor dringender Forschungsbedarf. Die für einen solchen Datensatz notwendigen neuen Pitzer-Koeffizienten sind bislang noch nicht bestimmt.
2. Rechenzeitoptimierung des geochemischen Moduls
Auf der Grundlage des Programms PHREEQC (Parkhurst and Appelo, 2001) wurde ein neues, zusätzliches Chemiemodul für das Programm SHEMAT entwickelt. Dieses neue Modul soll zum einen eine Rechenzeitoptimierung erbringen und zum anderen den Anwendungsbereich des chemischen Teils von SHEMAT erweitern.
In Zusammenarbeit mit Dr. Bartels (GTN Neubrandenburg) wurde die notwendige Schnittstelle entwickelt, die das neue Chemiemodul an das Hauptprogramm SHEMAT koppelt. Der Anwender kann dabei entscheiden, ob er das bisherige oder das neue Modul zur Berechnung der reaktiven Transportprozesse nutzen will. Zur Zeit wird das neue Modul optimiert und verifiziert.
3. Weiterentwicklung der Benutzeroberfläche „Processing SHEMAT“
Parallel zu den Programmierarbeiten am Simulator SHEMAT werden die Funktionalitäten der Benutzeroberfläche Processing SHEMAT permanent modifiziert und erweitert.
Herauszustellen ist hierbei die Unterstützung der Berechnung von Wärmesonde durch den hierfür neu entwickelten Netzgenerator. Außerdem neu entwickelt wurde ein Parameterschätzer für die Ausgangspermeabilität eines Strömungsmodells auf Grundlage von Reservoireigenschaften. Die Auswertemöglichkeiten innerhalb der Benutzeroberfläche wurden mit einem Werkzeug erweitert, das die Erstellung von Massenbilanzen über Grenzflächen unterstützt.
4. Sensitivitätsanalysen und Parameterstudien
4.1 Waiwera - Zur Evaluierung des Programms SHEMAT wurde im laufenden und im Vorgängerprojekt eine umfangreiche dreidimensionale Simulation des geologisch gut untersuchten geothermischen Reservoirs von Waiwera (Neuseeland) durchgeführt (Stöfen 2000, Stöfen et al. 2000, Kühn et al. 2001).
Im Rahmen eines Forschungsaufenthaltes (4.11.-14.12.2001) in Kombination mit verschiedenen Vortragspräsentationen an der Universität Auckland (Neuseeland) wurden Temperaturprofile in allen 14 zur Zeit zugänglichen Brunnen des geothermischen Reservoirs von Waiwera gemessen. Die Auswertung der Messungen ist abgeschlossen.
Die neuen Temperaturprofile und die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden in die zur Zeit durchgeführten Verfeinerungsarbeiten des geologischen Modells von Waiwera mit einfließen.
4.2 Präferentielle Fließwege – Mit Hilfe der Simulation eines Durchströmungsversuches (durchgeführt vom GLA-Hamburg, Baermann et al. 2000a, 2000b) konnte die Bildung präferentieller Fließwege in Sandsteinproben der Bohrung Allermöhe 1 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Simulationsrechungen mit dem Programm SHEMAT und die der Laborbefunde sind in sehr gut Übereinstimmung. Für die Bohrung Allermöhe 1 hat eine Abschätzung ergeben, dass dort ebenfalls die Bildung präferentieller Fließwege zu erwarten ist (Kühn and Stöfen 2001). Dies kann für eine mögliche „sanfte“ Stimulation der Bohrung von Bedeutung sein.
4.3 Anhydrit-Säulenversuche – Begleitend zu den Durchströmungsversuchen von der Universität Bremen (Dr. M. Kölling, M. Helms) zur Untersuchung des Fällungsverhaltens von Anhydrit wurden 2D Simulationsrechnungen mit SHEMAT durchgeführt. Die hydraulischen Bedingungen innerhalb der durchströmten Säule konnten mit Hilfe von SHEMAT abgebildet werden. Zu diesem Zweck wurden durchgeführte Tracertests erfolgreich reproduziert. Anschließen erfolgte die numerische Untersuchung der Fällung von Anhydrit unter Berücksichtigung kinetischer Prozesse und im thermodynamischen Gleichgewicht.
Aus den in Bremen durchgeführten Batch-Versuchen konnten für die Datensätze Fällungsraten abgeleitet werden. Auf Grundlage der Ableitung der Raten wird die Modifizierung des Quelltextes des kinetischen Moduls in SHEMAT vorgeschlagen.
5. Geplante Arbeiten