STIMTEC: Stimulationstests mit charakterisierenden periodischen Pumptests und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-Technologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten im Kristallin

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STIMTEC

STIMTEC: Stimulationstests mit charakterisierenden periodischen Pumptests und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-Technologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten im Kristallin

01.07.2017 bis 31.08.2020


Ruhr-Universität Bochum, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik (Experimentelle Geophysik)
Universitätsstr. 150
44780 Bochum

Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geotechnik
Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Sektion 4.2: Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren
geomecon GmbH Berlin

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Nutzung unterirdischer Geosysteme

In petrothermalen Geothermiereservoiren werden hydraulische Stimulationsverfahren eingesetzt, um künstliche Bruchnetzwerke im Gestein zu schaffen. Diese Netzwerke sind die Voraussetzung für einen optimalen Wärmeaustausch und die Gewinnung geothermischer Energie. Die Rissbildung in den stimulierten Gesteinen ist mit kleinräumigen mechanischen Bruchvorgängen verbunden, die schwache seismische Signale erzeugen. Diese induzierten mikroseismischen Ereignisse werden genutzt, um die Rissausbreitung im Untergrund zu verfolgen und zu kontrollieren. Dabei ist der Zusammenhang zwischen den Strukturveränderungen und den induzierten Ereignissen jedoch weitgehend ungeklärt. In der Regel besteht keine Möglichkeit, die tiefliegenden stimulierten Gesteine zu erbohren und obertägige Überwachungstechniken erreichen nicht die notwendige Auflösung. Die korrekte Identifikation der ablaufenden mechanischen Prozesse ist für Prognosen zum Langzeitbetrieb petrothermaler Geothermiereservoire jedoch von großer Bedeutung.

Im Rahmen des Verbundprojekts STIMTEC sollen hydraulische Stimulationsverfahren optimiert und weiterentwickelt sowie die dabei ablaufenden hydromechanischen Prozesse charakterisiert werden. Es ist geplant, die Entstehung und Ausbreitung hydraulischer Wegsamkeiten unter bekannten Randbedingungen im Feldversuch zu untersuchen. Hierfür sollen in einem Versuchsbergwerk Bohrungen angelegt und für kontrollierte Stimulationstests genutzt werden. Im Anschluss an die Tests sind Validierungsbohrungen geplant, um die Auswirkungen der Stimulation zu überprüfen. Die Untersuchungen werden von hydraulischen Pumpversuchen, Laborexperimenten, einem hochauflösenden seismischen Monitoring und numerischen Modellierungen begleitet. Durch das nachträgliche Erbohren eines stimulierten Bereiches soll erstmals der eindeutige Nachweis der ablaufenden hydromechanischen Prozesse sowie der dazugehörigen seismischen und hydraulischen Fingerabdrücke ermöglicht werden. STIMTEC gliedert sich in fünf Teilprojekte mit insgesamt sieben Arbeitspaketen. Nach geologischer und strukturgeologischer Erkundung werden in einem ausgewählten Abschnitt des Bergwerks mehrere Bohrungen durchgeführt. Mittels Pumpversuchen sollen die hydraulischen Ausgangsparameter der Bohrungen bestimmt werden. Weiterhin wird ein Überwachungsnetz aufgebaut, um seismische und akustische Signale während der Stimulation zu erfassen. Nach Abschluss der Stimulationsexperimente werden sog. Validierungsbohrungen abgeteuft und erneut Pumpversuche durchgeführt, um ablaufende hydromechanische Prozesse einzugrenzen und die entsprechenden diagnostischen Phänomene zuzuordnen. Die Arbeiten werden von Laborexperimenten und numerischen Simulationen begleitet. Die Möglichkeit, ein Gesteinspaket erstmals direkt nach der hydraulischen Stimulation untersuchen zu können, lässt einen erheblichen Erkenntnisgewinn zu Stimulationsprozessen im Feldmaßstab erwarten. Im Ergebnis soll ein Konzept für die optimierte Durchführung und Überwachung von hydraulischen Stimulationsmaßnahmen vorliegen.