Das Projekt "Teilprojekt C: Geomechanik von Sedimentbecken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Geowissenschaften, Abteilung Petrophysik durchgeführt. Das tektonische Spannungsfeld in der Erdkruste wirkt sich auf eine Vielzahl der Kriterien zur Standortauswahl für die Entsorgung radioaktiver Abfälle aus. Eine verlässliche Prognose im Vorfeld von Erkundungsmaßnahmen wird allerdings dadurch erschwert, dass das Spannungsfeld in seiner Orientierung und Magnitude nicht einheitlich ist. Vielmehr können in Abhängigkeit vom Untergrundaufbau (Lithologien, Störungen) lokal deutliche Abweichungen von der überregional bekannten Spannungsverteilung auftreten. Um ein prozess-basiertes Verständnis dieser räumlichen Variabilität zu erreichen, wird ein geomechanisch-numerisches 3D Spannungsmodell für Deutschland (Dimensionen ca. 1200 x 900 x 80 km3) erstellt. Dieses Modell wird an punktuell gemessenen Spannungsdaten kalibriert und ermöglicht auf Basis kontinuumsmechanischer Ansätze Prognosen für Bereiche ohne Spannungsdaten und die Ableitung aller sechs Komponenten des Spannungstensors. Darüber hinaus werden Modellierungswerkzeuge für räumliche Skalen übergreifende Modelle entwickelt. So wird ein konsistenter Spannungsübertrag zwischen dem Deutschland-Modell und ca. drei Größenordnungen kleineren Teilmodellen ermöglicht. Alle Arbeiten liefern die erforderlichen Grundlagen und Modellierungswerkzeuge für zukünftige geomechanische Standortmodelle. Das Teilprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) befasst sich mit der Zusammenstellung von Struktur- und geomechanischen Daten des Deckgebirges und besonders von Sedimentbecken. Es werden hauptsächlich post-karbone Ablagerungsräume untersucht. Das Norddeutsche Becken, das Molassebecken und der Rheingraben stehen dabei im Fokus der Untersuchungen. Zunächst werden strukturelle Informationen kompiliert und geomechanisch relevante Parameter wie die mechanischen Gesteinseigenschaften oder die räumliche Verteilung des Porendrucks und der Spannungen zusammengestellt. Die Herausforderung in dem Teil des Forschungsvorhabens ist die Identifizierung der relevanten Informationen und die Vereinfachung der z.B. in Landesämtern bestehenden geologischen Modelle für eine geomechanische Modellierung. Aus den Informationen wird ein Deckgebirgsmodell erstellt, das so aufgesetzt wird, dass es zusammen mit dem Grundgebirgsmodell zu einem kompletten Deutschlandmodell zusammengeführt werden kann. Weiterhin sollen Effekte modelliert werden, welche die Spannungsverteilung im Deckgebirge beeinflussen. Zu diesem Zweck sollen generische Modelle zum lateralen und vertikalen Spannungstransfer erstellt werden.
Das Projekt "Teilprojekt A: 3D-Spannungsmodell und Aufskalierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet Ingenieurgeologie durchgeführt. Das tektonische Spannungsfeld in der Erdkruste wirkt sich auf eine Vielzahl der Kriterien zur Standortauswahl für die Entsorgung radioaktiver Abfälle aus. Eine verlässliche Prognose im Vorfeld von Erkundungsmaßnahmen wird allerdings dadurch erschwert, dass das Spannungsfeld in seiner Orientierung und Magnitude nicht einheitlich ist. Vielmehr können in Abhängigkeit vom Untergrundaufbau (Lithologien, Störungen) lokal deutliche Abweichungen von der überregional bekannten Spannungsverteilung auftreten. Um ein prozessbasiertes Verständnis dieser räumlichen Variabilität zu erreichen, wird ein geomechanisch-numerisches 3D Spannungsmodell für Deutschland (Dimensionen ca. 1200 x 900 x 80 km3) erstellt. Dieses Modell wird an punktuell gemessenen Spannungsdaten kalibriert und ermöglicht auf Basis kontinuumsmechanischer Ansätze Prognosen für Bereiche ohne Spannungsdaten und die Ableitung aller sechs Komponenten des Spannungstensors. Darüber hinaus werden Modellierungswerkzeuge für räumliche Skalen übergreifende Modelle entwickelt. So wird ein konsistenter Spannungsübertrag zwischen dem Deutschland-Modell und ca. drei Größenordnungen kleineren Teilmodellen ermöglicht. Alle Arbeiten liefern die erforderlichen Grundlagen und Modellierungswerkzeuge für zukünftige geomechanische Standortmodelle.
Das Projekt "Teilprojekt B: Multiskalenansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Das tektonische Spannungsfeld in der Erdkruste wirkt sich auf eine Vielzahl der Kriterien zur Standortauswahl für die Entsorgung radioaktiver Abfälle aus. Eine verlässliche Prognose im Vorfeld von Erkundungsmaßnahmen wird allerdings dadurch erschwert, dass das Spannungsfeld in seiner Orientierung und Magnitude nicht einheitlich ist. Vielmehr können in Abhängigkeit vom Untergrundaufbau (Lithologien, Störungen) lokal deutliche Abweichungen von der überregional bekannten Spannungsverteilung auftreten. Um ein prozess-basiertes Verständnis dieser räumlichen Variabilität zu erreichen, wird ein geomechanisch-numerisches 3D Spannungsmodell für Deutschland (Dimensionen ca. 1200 x 900 x 80 km3) erstellt. Dieses Modell wird an punktuell gemessenen Spannungsdaten kalibriert und ermöglicht auf Basis kontinuumsmechanischer Ansätze Prognosen für Bereiche ohne Spannungsdaten und die Ableitung aller sechs Komponenten des Spannungstensors. Darüber hinaus werden Modellierungswerkzeuge für räumliche Skalen übergreifende Modelle entwickelt. So wird ein konsistenter Spannungsübertrag zwischen dem Deutschland-Modell und ca. drei Größenordnungen kleineren Teilmodellen ermöglicht. Alle Arbeiten liefern die erforderlichen Grundlagen und Modellierungswerkzeuge für zukünftige geomechanische Standortmodelle.
Das Projekt "Teilvorhaben E: Modellierung des Deformationsverhaltens von Trennflächen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von geomecon GmbH durchgeführt. Bei der geothermischen Energiegewinnung aus tiefen Reservoiren werden Reservoirfluide gefördert, die meistens hochsalinar sind. Diese Lösungen werden nach der Energieausbeute unter neuen Druck- und Temperaturbedingungen in das Reservoir reinjiziert. Die Kreislaufführung des Thermalfluids im Reservoir ist unabdingbar, um einen nachhaltigen, langjährigen Betrieb bei wirtschaftlich vernünftigen Druckverhältnissen sicher zu stellen. Im Zuge dieser Reinjektion kann es zur Ausfällung von Mineralen im Kluft-, Poren- und Rissnetzwerk des geothermischen Reservoirs (Reservoirscaling) kommen. Ausgehend vom Reservoirscaling verändern sich die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften des Gebirges, so dass die Gebirgsdurchlässigkeit zum Teil erheblich reduziert werden kann. Im Rahmen des Teilprojektes sollen aufbauend auf Untersuchung der Verbundpartner Modelle zur Beschreibung des veränderlichen Deformationsverhaltens von Trennflächen entwickelt werden. Die abgeleiteten Modelle werden in eine vorhandene Softwareumgebung (roxol) implementiert und zur Beschreibung des veränderlichen geomechanischen Verhaltens des Nahbereiches der Bohrung verwendet.
Das Projekt "Teilvorhaben D: Kristallkeimbildung und Filterprozesse in geothermischen Systemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik - Kristallographie durchgeführt. Bei der tiefen geothermischen Energiegewinnung ist die Rückführung geförderter Reservoirfluide nach der Energieausbeute Voraussetzung für die Aufrechterhaltung des Fluiddrucks im Reservoir und damit für eine langjährige Nutzung. Allerdings kann es im Zuge der Reinjektion von Fluiden unter veränderten Temperatur- und Druckbedingungen zur Fällung von Mineralphasen kommen, wodurch die Wegsamkeiten im Reservoir allmählich verschlossen werden. Dieses als Reservoirscaling bekannte Phänomen gehört zu den kritischsten limitierenden Faktoren für die nachhaltige Nutzung tiefer geothermischer Ressourcen. Unklar ist bisher, welche Rolle dabei Kristallkeime spielen, die sich bereits oberirdisch durch die Temperaturabsenkung bei der Energieentnahme bilden. Da die heterogene Keimbildung energetisch bevorzugt ist, sind bei Übersättigung der geothermalen Wässer zunächst kristalline Ablagerungen an den Innenwänden von Rohrleitungen die Folge. Jedoch führen turbulenzbedingte Inhomogenitäten bzw. mechanische Störungen auch zur spontanen Bildung freischwimmender Keimkristalle, von denen ein signifikanter Teil von der Strömung mitgerissen und in das Reservoir reinjiziert wird. Dort können sich die typischerweise nano- bis mikrometergroßen Kristallite einerseits durch Filtereffekte kumulieren und andererseits als Kristallisationszentren für Zementationsprozesse fungieren und damit erheblich zum Reservoirscaling beitragen. Dieses Teilprojekt widmet sich daher der Untersuchung der grundlegenden Prozesse, welche zur Bildung kristalliner Phasen bei Abkühlung geothermaler Lösungen führen, und den hydromechanischen Auswirkungen bei Reinjektion entsprechend kristallkeimbelasteter Wässer in das Reservoir.
Das Projekt "Teilvorhaben C: Experimentelle und numerische Untersuchungen des hydraulischen, mechanischen und chemischen Verhaltens von Riss-MatrixSystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein grundlegendes Verständnis des zeitlichen Verhaltens kluftdominierter Reservoire sowie der Interaktion zwischen chemischer Zusammensetzung des Reservoirfluids und den physikalischen Randbedingungen des Reservoirs (z.B. Druck und Temperatur) in Abhängigkeit zum Reinjektions- und Förderdruck zu erlangen. Die Arbeitsergebnisse sollen die Prognosemöglichkeiten und die verfahrenstechnische Beherrschbarkeit des Reservoirverhaltens verbessern. Dabei spielt die Analyse und Beurteilung der Permeabilitätsentwicklung bei variierenden p/T-Bedingungen eine zentrale Rolle. Im Zentrum der Untersuchungen steht die Bewertung der Permeabilität von geklüfteten Reservoiren und deren Änderung durch thermische, mechanische und chemische Wechselwirkungen. Die dazu nötigen experimentellen, analytischen und numerischen Untersuchungen erfolgen anhand von Modellsystemen und Referenzmaterialien. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen erlauben die Parametrisierung und Validierung numerischer Modelle, welche letztlich durch ebenfalls zu entwickelnde Skalierungsverfahren eine Übertragung auf komplexe Reservoirsysteme ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben B: Mikrotomographische Quantifizierung von Fällungsprozessen und reaktive Simulation der induzierten Porositäts-/Permeabilitätsänderung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Geowissenschaften, Arbeitsgruppe Hydrogeochemie durchgeführt. Ziel dieses Teilprojektes ist die Quantifizierung der porenraumverändernden Prozesse durch Lösungs- und Fällungsreaktionen mittels Mikrocomputertomographie sowie darauf basierende Computersimulationen. Proben relevanter Reservoirgesteine werden jeweils vor und nach der von anderen Teilprojekten des Gesamtverbundes (GVB) in Autoklaven- oder Thermotriaxialexperimenten durchgeführten Durchströmungs- bzw. Alterationsexperimenten untersucht. Petrophysikalische Parameter werden nach dem Konzept des 'Digital Rock Physics' (DRP) in repräsentativen Elementarvolumina erfasst und prozessbasiert zur Quantifizierung der Fällungs- und Alterationsprozesse ausgewertet.
Das Projekt "Teilprojekt B: Struktur- und Spannungsfeld" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von geomecon GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Forschungs- und Entwicklungsverbundprojektes ist die Verringerung des Erfolgsrisikos bei der Exploration geothermischer Reservoire zur Wärme- und Stromerzeugung im bayerischen Molassebecken. Es soll ein 3D-Modell für den Großraum München mit geophysikalischen, hydraulischen, geomechanischen und strukturgeologischen Informationen erstellt werden. Hierbei liegt ein Fokus der Analysen auch auf der Katalogisierung und Re-Interpretation der Störungsmuster, da diese Ziel vieler Unternehmungen sind. Es werden weiterhin mittels numerischer Simulationsrechnungen erstmals auf einer quantifizierbaren Basis Richtlinien für hydraulische Tests erarbeitet. Des Weiteren sollen Guidelines zur Verbesserung des Kommunikationsmanagements erstellt werden. Im Rahmen des F/E-Themas sollen folgende Themenschwerpunkte bearbeitet werden: 1. Sedimentologisch-fazielle Analyse von Bohrspülung zur Prognose von Zuflusszonen und zur besseren Planung von Stimulationsmaßnahmen, 2. Analyse des Struktur- und Spannungsfeldes zur Prognose von Bohrungsproduktivitäten, 3. verbesserte Testplanung zur Kostenminimierung von Geothermieprojekten und 4. Erstellung von Guidelines für Geothermieprojekte. Hierbei werden klassische Methoden der Geowisschenschaften wie Kartierung, Labormessungen und Interpretation von Seismik- und Bohrungsdaten mit modernen Simulationstechniken kombiniert, um interdisziplinär integrierte Analysen zur Entwicklung von Strategien entwickeln zu können.
Das Projekt "Langzeitsicheres Abdichtungselement aus Salzschnittblöcken - Vorprojekt zur Kalkulation und Qualifizierung der Forschungsarbeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Aufbereitung und Doponietechnik, Lehrstuhl für Deponietechnik und Geomechanik durchgeführt. Unter der Zielsetzung, die Eignung einer mehrere deka- bis hundert Meter mächtigen Schicht aus Salzschnittblöcken mit Fugenfüllung als langzeitsicheres, arteigenes Schachtverschlusselement zu untersuchen, soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Prüfstand entwickelt, konstruiert und kalkuliert werden, mit dem die geomechanisch-geohydraulische Wirksamkeit eines Verbundsystems aus Steinsalzschnittblöcken mit Fugenfüllung im Technikumsmaßstab laborativ analysiert werden kann. Die Herstellung der für die Laboruntersuchungen erforderlichen Prüfkörper soll durch Voruntersuchungen zur Herstellung von Salzschnittblöcken und Fugenmaterial (- Schnitttechnik/Bearbeitung Salzblöcke; Herstellung / Verarbeitbarkeit Fugenmaterial) und zur räumlichen Anordnung der Salzschnittblöcke (- Vermeidung axial durchgängiger Fugen im Verbundsystem) gezeigt werden. AP1: Konstruktion Technikumsprüfstand / AP2: Angebotsbasierende Kalkulation für bautechnische Realisierung / AP3: Theoretische Untersuchungen zur geometrischen Konfiguration der Salzschnittblöcke / AP4: Herstellung kleinskaliger Verbundsysteme aus Salzschnittblöcken / AP5: Voruntersuchungen zur Herstellung von Fugenmaterial / AP6: Schlussbericht.
Das Projekt "Bohrlochstabilität als Schlüsselfaktor bei der Nutzung von tiefen geothermischen Ressourcen: Theoretische und experimentelle geomechanische Untersuchungen über Möglichkeiten der Optimierung des Tiefbohrprozesses" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Geowissenschaften und Geographie, Fachgebiet Ingenieurgeologie durchgeführt. Es soll ein verbessertes Verständnis der Prozesse erreicht werden, welche die Stabilität von tief in die Erdkruste abgeteuften, vertikalen, geneigten oder abgelenkten Bohrlöchern ursächlich beeinflussen. Bohrlochinstabilitäten sind ein ständiges Risiko bei der Erschließung des Untergrundes, sie haben komplexe geologisch-technische Ursachen. Die stabilitätswirksamen Prozesse sind aus aktuellen Bohrerfahrungen heraus systematisch zu sammeln, zu analysieren und durch geomechanische Elementversuche unter Laborbedingungen weiter zu entschlüsseln. - Darstellung und Analyse aktueller Erfahrungen zur Bohrloch(in)stabilität. - Vergleich der aktuellen Erfahrungen mit Erkenntnissen über Bohrloch(in)stabilität aus früher hergestellten Tiefbohrungen in Regionen mit unterschiedlichen geologischen und geotektonischen Randbedingungen. - Erstellung und Durchführung eines geomechanischen Untersuchungsprogramms, das die relevanten Gebirgsbeanspruchungen unter Laborbedingungen realitätsnah simuliert. Das verbesserte Verständnis der bohrlochdestabilisierenden Prozesse soll zu kostensparenden, technisch zuverlässigen und nachhaltig Bl-stabilisierenden Strategien der Bohrungsherstellung führen.
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