Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie ...

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Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck 3/90
2.4 Modellierung hydraulisch-chemischer Prozesse während der Stimulation
mit Beiträgen von J. Bartels
Die Simulation und Modellierung von gekoppelten hydraulisch-chemischen Prozessen
ist ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der Vorgänge in stimulierten Bohrungen.
Mit dieser Arbeit wurde die Geothermie Neubrandenburg GmbH beauftragt. Die
folgende Zusammenfassung ist dem Bericht entnommen.
Hydrogeothermale Speicher, deren Erschließung mit der Nutzung generierter oder
natürlicher Einzelklüfte oder Kluftsysteme verbunden ist, stellen hohe Anforderungen
an Testauswertungsalgorithmen und Simulationsprogramme, die zu ihrer Analyse,
Beschreibung und Prognose verwendet werden sollen. Die Ursachen für die erhöhte
Komplexität des Problems gegenüber der Erschließung reiner Porenspeicher sind:
• der bestimmende Einfluss der konkreten, standortspezifischen Kluftgeometrie
auf Fließverhalten, Wärmeausbreitung und Kinetik chemischer Reaktionen,
• die Wechselwirkung von "schnellen" Prozessen in den Klüften mit langsameren
Prozessen in der porösen Matrix oder allgemeiner, die Wechselwirkung
zwischen Transport (Kluft) und Speicherung (Matrix).
Die beiden Programme zur numerischen Simulation von Strömung und Wärmetransport
im Untergrund SHEMAT und FEFLOW wurden hinsichtlich ihrer Eignung zur Berechnung
des Fließverhaltens in Porenspeichern, die über eine Kluft an eine Injektionsbohrung
angeschlossen sind, untersucht. SHEMAT erweist sich als geeignet
für Berechnungen von Modellen mit relativ schlecht leitenden Klüften, in denen aber
chemische Reaktionen im Reservoir und ihre Rückkopplung auf die Permeabilität
wichtig sind. Für gekoppelte hydraulisch-thermische Berechnungen mit Klüften oder
Kluftsystemen, die eine komplizierte Geometrie aufweisen oder deren Geometrie
durch Anpassung im Modell ermittelt werden soll, stellt die neue Version 5 von
FEFLOW ein geeignetes Werkzeug dar. Das gilt insbesondere für gut leitende Klüfte,
deren Strömungsverhalten nicht mehr mit dem Darcy-Gesetz angenähert berechnet
werden kann.
Die Berücksichtigung der Temperatur des ausgekühlten reinjizierten Formationsfluids
führt dazu, dass die Anwendung einiger analytischer Verfahren zur Auswertung von
transienten Druckkurven zu ungenau wird.
Das numerische Simulationswerkzeug „SHEMAT/Processing SHEMAT“ wurde substanziell
weiterentwickelt. Es enthält jetzt ein Modul für chemische Reaktionen und
eine graphische Benutzerumgebung. Damit wurde der Umfang der berechenbaren
Mineralsysteme deutlich erweitert. Bild 2.4.1 zeigt beispielhaft die Ergebnisse der
Druck- und Temperaturverteilung für zwei Fälle mit um einen Faktor 10 verschiedenen
Kluftleitfähigkeiten ohne chemische Reaktionen (Referenzsituation, Modellierung
mit SHEMAT).
Die erste Anwendung dieser erweiterten Version erfolgte für Simulationsrechnungen
zur Bestimmung des maximalen Einflusses chemischer Reaktionen bei einem Wasserfrac,
wie er im Frühjahr 2003 in der Bohrung Groß Schönebeck 3/90 erfolgte. Sie
ergeben den zeitlichen Verlauf und die räumliche Verteilung der Gebiete mit Auflösung
oder Ausfällung der relevanten Zementminerale Calcit, Anhydrit und der amor-
STR 04/16