Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie ...

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Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck 3/90
3.3 Geochemische Modellierungen
mit Beiträgen von T. Kellner, A. Seibt und M. Wolfgramm
Die geochemischen Modellierungen wurden als Auftrag an Geothermie Neubrandenburg
(GTN) vergeben. Die Ergebnisse sind im Folgenden dem Bericht von GTN entnommen.
Die Berechnung der Speziesverteilungen ist für die Auslegung eines Thermalwasserkreislaufes
von großer Bedeutung, da bereits in der Planungsphase auf Probleme
reagiert werden kann. Für die Berechnung von Mineralgleichgewichten in hochsalinaren
Tiefenwässern vom Typ Ca-Na-Cl sollte ein Speziationsprogramm folgende Anforderungen
erfüllen:
• Berechnung von Aktivitätskoeffizienten hochsalinarer Lösungen unter Berücksichtigung
eines hohen Ca-Ionen-Anteils,
• Eignung bei hohen Temperaturen (bis 150 °C),
• Berücksichtigung der Druckabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten und
• Modellierung bestimmter Szenarien, wie z. B. Entgasung, Mischung von Wässern
etc.
Für die Modellierung der Lösungsgleichgewichte der im Tiefenfluid der Bohrung Groß
Schönebeck 3/90 gelösten Ionen wurden drei Speziationsprogramme CHEMEQ,
PHREEQC und SOLMINEQ.88 ausgewählt und die Ergebnisse kritisch bewertet.
Bei verdünnten Lösungen stimmen erwartungsgemäß die berechneten Sättigungsindizes
(SI) für alle Programme in einem Fehlerbereich von +/- 0,2 Sättigungs-Indizes-Einheiten
überein. Somit konnten die Programme zur Ermittlung der Veränderung
der Lösungsgleichgewichte bei Temperaturänderung für das Tiefenwasser Groß
Schönebeck (Probe GS-F 21) angewandt werden.
Die berechneten SI-Werte für Calcit, Baryt und Anhydrit für das Tiefenfluid von Groß
Schönebeck über einen Temperaturbereich von 25 °C bis 150 °C unterscheiden sich
mitunter sehr stark voneinander. Am besten stimmen die SI-Werte mittels
SOLMINEQ.88 mit denen von CHEMEQ für Baryt und Anhydrit bei 70 °C und 150 °C
überein, so dass die Lösungs- und Fällungstendenz von Mineralen in einem Thermalwasserkreislauf
mit diesem geochemischen Modellierungsprogramm ermittelt
wurden.
Die Berechnungen mit dem Programm SOLMINEQ.88 für den Fall der geothermischen
Nutzung des Tiefenfluides haben deutlich gemacht, dass bei Entweichen von
Kohlendioxid aus der flüssigen Phase mit Calcitausfällungen aufgrund einer pH-Wert-
Erhöhung zu rechnen ist. Deshalb sollte ein Betriebsdruck von mindestens 0,7 MPa
über den gesamten Kreislauf eingehalten werden. Bei Abkühlung des Tiefenwassers
auf 70 °C erfolgt dann keine Fällung von Calcit und Anhydrit. Aus thermodynamischer
Sicht muss die Gefahr einer irreversiblen Baryt- und Kieselsäurebildung einkalkuliert
werden, wobei beide Ausfällungsreaktionen möglicherweise kinetisch so gehemmt
sind, dass übertage keine Feststoffe anfallen. Dies sollte allerdings anhand
von Versuchen kontrolliert werden, umso mehr, da im Tiefenfluid der Bohrung Groß
Schönebeck 3/90 Ca-Ionen gegenüber den Na-Ionen dominieren und somit aus
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