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s/hydraulische-stimulation/Hydraulische Stimulation/gi

Hochauflösende seismo-thermo-hydromechanische Analyse der hydraulischen Stimulation: Modellentwicklung, Validierung und Anwendung

Enhanced Geothermal Systems (EGS) zielen darauf ab, die in der Erdkruste gespeicherte Wärme durch zirkulierende Flüssigkeiten zwischen Injektions- und Produktionsbohrlöchern zu extrahieren. Ideale Bedingungen finden sich typischerweise in Formationen in einer Tiefe von 2 bis 5 km, in denen die Durchflussrate für kommerzielle geothermische Anlagen nicht ausreicht und in denen die Temperaturen hoch sind (d. H. >> 100 ° C). Daher ist die Hochdruck-Flüssigkeitsinjektion, die als hydraulische Stimulation bekannt ist, eine allgemein angewandte Technik, um ein verbundenes Bruchnetzwerk zu erzeugen, das die Flüssigkeitszirkulation erleichtert. Die hydraulische Stimulation geht typischerweise mit einer induzierten Seismizität einher, die von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden kann und sogar Schäden verursacht. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein grundlegendes Verständnis der induzierten Seismizität in gebrochenen Gesteinen zu vermitteln, das die Fähigkeit verbessert, das seismische Risiko vorherzusagen und zu kontrollieren. Dieses Projekt geht von der Hypothese aus, dass die Seismizität gemeinsam durch die Bruchnetzgeometrie und die aktivierten thermo-hydromechanischen (THM) Prozesse in geologischen Systemen gesteuert wird. Wir werden Discrete Fracture Networks (DFN) anwenden, um die strukturellen Diskontinuitäten darzustellen und die THM-Prozesse mit hoher Auflösung zu modellieren. Dieses Projekt verwendet die Datensätze aus kleinen (Dekameter-) Stimulationsexperimenten am Grimsel-Teststandort in der Schweiz und modernste numerische Modelle, um Folgendes zu erreichen: 1) Testen Sie die Wirksamkeit hochauflösender Modelle zur Erfassung der seismische, hydraulische und mechanische Prozesse, die mit kleinen Experimenten beobachtet wurden; 2) Verknüpfung der geometrischen Attribute eines Bruchnetzwerks (wie Intensität, Konnektivität, Länge und räumliche Verteilung) mit der räumlichen, zeitlichen und Größenverteilung der induzierten Seismizität; 3) ein neuartiges Prognosemodell für die maximal mögliche Größe vorschlagen und testen, das die gemeinsamen Auswirkungen von Multiphysikprozessen berücksichtigt, die unter standortspezifischen geologischen Bedingungen und Betriebsbedingungen dominieren; 4) Bewertung der Hochskalierung der hochauflösenden DFN-Modelle im kleinen Maßstab (Dekameter), um die Experimente im Reservoir-Maßstab (Kilometer) zu simulieren. Dieses Forschungsprojekt ist neu in der Behandlung der durch Injektion induzierten Seismizität durch hochauflösende physikbasierte Modelle und hochwertige Datensätze, die aus einzigartigen In-situ-Experimenten abgeleitet wurden. Die vorgeschlagene Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Förderung der Übergangspolitik hin zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien und trägt dazu bei, unser Wissen über die Auslösemechanismen induzierter Erdbeben zu erweitern.

Vorhaben UG2: GEOREAL - Geothermische Experimente im KTB-Tiefenlabor unter Realbedingungen einer Tiefbohrung

UG: GEOSMART: Integrierte Risikoanalyse auf der Grundlage gekoppelter Simulationen für die Nutzung des tiefen geologischen Untergrundes, Vorhaben: Bohrlochintegrität und Fluidleckage

Ziel des Verbundprojekts GEOSMART ist es, eine transparente und standortunabhängige Methode zur Risikobewertung von hydrothermalen und petrothermalen Tiefengeothermieprojekten sowie von Speicherprojekten auf Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu entwickeln. Üblicherweise wird bei Risikoanalysen zunächst eine Reihe konzeptioneller Vereinfachungen vorgenommen, um komplexe Prozesse im Rahmen probabilistischer Ansätze beschreiben zu können. Für das Projekt GEOSMART wurde ein entgegengesetzter Ansatz gewählt. Es ist beabsichtigt, die erforderlichen Prozessmodelle zunächst entsprechend dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik einschließlich der Prozesskopplung zu entwickeln. Im Anschluss werden für die Prozessmodelle mittels Sensitivitätsanalysen die Schlüsselparameter identifiziert, die den größten Einfluss auf die einzelnen Risikokomponenten haben. Die Abhängigkeit der Risikokomponenten von den Schlüsselparametern wird dann in Form von Wertetabellen bzw. Antwortfunktionen abgebildet und an ein zentrales Systemsimulationsmodell übergeben, mit dem die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die einzelnen Risikokomponenten berechnet wird. Die Schnittstelle über die Wertetabellen bzw. Antwortfunktionen stellt die wesentliche Vereinfachung dar und ermöglicht eine probabilistische Simulation komplexer Modelle. Der entscheidende Vorteil gegenüber herkömmlichen Risikoanalysen besteht darin, dass die relevanten Prozesse nicht auf Grundlage stark vereinfachter Modelle abgebildet werden, was die Genauigkeit von Prognosen deutlich erhöht. Das Projekt GEOSMART gliedert sich in fünf Arbeitspakete. Im Rahmen des ersten Arbeitspaketes wird mit Hilfe des Programmpaketes GoldSim ein zentrales Systemsimulationsmodell entwickelt, an das sämtliche Prozessmodelle über Schnittstellen gekoppelt werden. Das zweite Arbeitspaket befasst sich mit einem Prozessmodell zur Integrität des Deckgebirges und den Auswirkungen von unkontrolliertem Risswachstum im Rahmen der hydraulischen Stimulation. Hierfür sind gekoppelte strömungsmechanische Simulationen vorgesehen. Im dritten Arbeitspaket wird die Migration von Fluiden aus einem Reservoir über geologische Schwächezonen betrachtet. Dabei wird mit dem Prozessmodell insbesondere der Stoff- und Wärmetransport quantifiziert. Änderungen des Spannungsfeldes und die dadurch möglicherweise induzierte Seismizität stehen im Zentrum des vierten Arbeitspaketes. Es ist geplant, mit einem Prozessmodell Wertetabellen für die Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Ereignisse und Erschütterungskarten zu liefern. Im fünften Arbeitspaket wird die Integrität von Bohrungssystemen untersucht. Unter Berücksichtigung aller relevanten Prozesse erfolgt die Quantifizierung von Fluidleckagen für das Gesamtsystem Bohrung mithilfe gekoppelter numerischer Simulationen. (Text gekürzt)

Vorhaben: Analyse der Deckgebirgsintegrität am Beispiel eines Gasspeichers sowie der Stabilität der Risssysteme eines Tiefengeothermieprojekts im Rahmen einer Sensitivitäts- und Risikoanalyse^Vorhaben: Bohrlochintegrität und Fluidleckage^UG: GEOSMART: Integrierte Risikoanalyse auf der Grundlage gekoppelter Simulationen für die Nutzung des tiefen geologischen Untergrundes^Vorhaben: Numerische Simulation der induzierten Seismizität am Beispiel eines Erdgasspeichers sowie eines petrothermalen und eines hydrothermalen Geothermiestandortes, Vorhaben: Schadstoff- und Formationsfluidausbreitung unter besonderer Berücksichtigung von Störungssystemen und geochemischen Prozessen

Ziel ist die Entwicklung einer integrierten Vorgehensweise zur Durchführung von Risikoanalysen im Bereich der geothermischen Energiegewinnung und Speicherung von Fluiden im tiefen geologischen Untergrund. Der Kern der Methodik besteht dabei auf der gekoppelten Prozesssimulation unter Berücksichtigung von Mehrphasenströmung, Geomechanik und Geochemie. Die entwickelte Methodik wird anhand real existierender Projekte/Standorte angewendet und validiert (Fluidphasentransport hinsichtlich Permeabilitätsänderungen, Transportmechanismen, Rissbildung und Heilung sowie Fluidmobilisierung durch Lösungs- und Fällungsreaktionen auf verschiedenen Skalen). Mit Hilfe eines umfangreichen numerischen Ansatzes, welcher geochemische und geomechanische Aspekte verbindet, soll die Varianz und Charakteristika der Überganszonen von natürlichen und artifiziellen Kavernen zum unveränderten Gestein erfasst und bewertet werden. Zur Validierung der Skalierbarkeit werden Untersuchungen auf verschiedenen Skalen durchgeführt. Mit Hilfe numerischer Simulationen sollen prozessorientierte, übertragbare Modellierungsansätze gefunden werden. Das Projekt ist in 5 Arbeitspakete gegliedert. Dabei ist eine enge Kooperation zwischen den AP's erforderlich, da die Arbeitspakete aufeinander aufbauen. DMT leitet das AP 3 'Schadstoff- und Formationsfluidausbreitung' (DMT, GFZ, GEOS) und benötigt insbesondere Ergebnisse aus dem AP2 (Rissausbreitung) zur Beschreibung der Schwächezonen. Die Ergebnisse des AP sind Grundlage zur ganzheitlichen Bewertung im AP1.

UG: STIMTEC: STIMulationstests mit charakterisierenden periodischen Pumpversuchen und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-TEChnologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten im Kristallingestein^Vorhaben: Simulation der Rissnetzwerksgenese während der Stimulationstests zur Mechanismenvalidierung, Vorhaben: Mikroseismisches Monitoring von Simulationstests in strukturell charakterisiertem Kristallingestein und Korrelation der Hypozentrenverteilung von mikroseismischen und akustischen Ereignissen mit dem in Bohrungen direkt bestimmten Rissinventar

Das Projekt STIMTEC konzentriert sich auf die Optimierung von Stimulationsverfahren und die Erforschung dabei ablaufender hydro-mechanischer Prozesse, um die Prognosefähigkeit für Stimulationsverläufe zu steigern und damit eine ökonomische und ökologische Gewinnung geothermischer Energie zu ermöglichen. Die Bündelung interdisziplinärer Kompetenzen an drei wissenschaftlichen Einrichtungen und eines KMU nutzend, soll die Ausbreitung hydraulischer Wegsamkeiten unter bekannten Randbedingungen im Feldversuch durch periodische Pumptests und hochauflösendes seismisches 3D-Monitoring analysiert und in Kombination mit numerischen Modellierungen eine Technologie zur kontrollierten Durchführung von Stimulationen entwickelt werden. Die Aussagen über die aktivierten hydraulischen Wegsamkeiten werden durch nachträgliches Erbohren, hydraulisches Testen und Laborexperimente an Kernmaterial des stimulierten Bereichs validiert, was erstmals einen eindeutigeren Nachweis der ablaufenden hydro-mechanischen Prozesse und eine Zuordnung ihrer diagnostischen Phänomene erlaubt. Das Projekt trägt dem Fehlen meso-skaliger Experimente Rechnung, die gegenüber der realen Skala den Vorteil der Kontrolle über Randbedingungen und Kenntnis der Gesteinsstrukturen und gegenüber Laborexperimenten den Sprung auf die praxisrelevante Zehnermeter-Skala bieten. Es wird ein hervorragend charakterisiertes Reservoirlabor mit einzigartigen Möglichkeiten für eine Weiternutzung hinterlassen. Die Projektarbeiten durch das GFZ zu den Arbeitspaketen AP1-3 sind in 6 Teilabschnitte untergliedert, die eng in den Ablaufplan des Gesamtvorhabens eingebunden sind (Details im Antrag). Folgende Schritte sind geplant: (1) Installation und Instrumentierung, (2) Ultraschall-Messungen, (3) Mikroseismische Beobachtungen, (4) Auswertung der Daten, (5) Wiederholungsmessungen, (6) Zusammenfassende Auswertung der Messergebnisse.

Vorhaben: Mikroseismisches Monitoring von Simulationstests in strukturell charakterisiertem Kristallingestein und Korrelation der Hypozentrenverteilung von mikroseismischen und akustischen Ereignissen mit dem in Bohrungen direkt bestimmten Rissinventar^Vorhaben: Simulation der Rissnetzwerksgenese während der Stimulationstests zur Mechanismenvalidierung^UG: STIMTEC: STIMulationstests mit charakterisierenden periodischen Pumpversuchen und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-TEChnologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten im Kristallingestein^Vorhaben: Simulation zur hydraulisch erzeugten Rissausbreitung in einem Untertage-Experiment auf Basis von Spannungsfeldsimulationen und laborativer Gesteinsparameterermittlung, Vorhaben: HYSPALAB

Das Projekt STIMTEC widmet sich der Optimierung von Stimulationsverfahren und der Erforschung dabei ablaufender hydro-mechanischer Prozesse, um die Prognosefähigkeit für Stimulationsverläufe zu steigern und damit eine ökonomische und ökologische Gewinnung geothermischer Energie zu ermöglichen. Die Bündelung interdisziplinärer Kompetenzen an drei wissenschaftlichen Einrichtungen und eines KMU nutzend, soll die Ausbreitung hydraulischer Wegsamkeiten unter bekannten Randbedingungen im Feldversuch durch hochauflösendes seismisches 3D-Monitoring beobachtet und in Kombination mit hydraulischen Versuchen sowie numerischen Modellierungen eine Technologie zur kontrollierten Durchführung von Stimulationen entwickelt werden. Die Aussagen über die aktivierten hydraulischen Wegsamkeiten werden durch nachträgliches Erbohren, hydraulische Tests und Laborexperimente an Kernmaterial des stimulierten Bereichs validiert, was erstmals einen eindeutigeren Nachweis der ablaufenden hydro-mechanischen Prozesse und eine Zuordnung der für sie diagnostischen Phänomene erlaubt. Das Projekt trägt dem Fehlen meso-skaliger Experimente Rechnung, die gegenüber der realen Skala den Vorteil der Kontrolle über Randbedingungen und Kenntnis der Gesteinsstrukturen und gegenüber Laborexperimenten den Sprung auf die praxisrelevante Zehnermeter-Skala bieten. Es wird ein hervorragend charakterisiertes Reservoirlabor mit einzigartigen Möglichkeiten für eine Weiternutzung hinterlassen.

Vorhaben: Mikroseismisches Monitoring von Simulationstests in strukturell charakterisiertem Kristallingestein und Korrelation der Hypozentrenverteilung von mikroseismischen und akustischen Ereignissen mit dem in Bohrungen direkt bestimmten Rissinventar^Vorhaben: Simulation der Rissnetzwerksgenese während der Stimulationstests zur Mechanismenvalidierung^UG: STIMTEC: STIMulationstests mit charakterisierenden periodischen Pumpversuchen und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-TEChnologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten im Kristallingestein, Vorhaben: Simulation zur hydraulisch erzeugten Rissausbreitung in einem Untertage-Experiment auf Basis von Spannungsfeldsimulationen und laborativer Gesteinsparameterermittlung

Das Projekt STIMTEC konzentriert sich auf die Optimierung von Stimulationsverfahren und die Erforschung dabei ablaufender hydro-mechanischer Prozesse, um die Prognosefähigkeit für Stimulationsverläufe zu steigern und damit eine ökonomische und ökologische Gewinnung geothermischer Energie zu ermöglichen. Die Bündelung interdisziplinärer Kompetenzen an drei wissenschaftlichen Einrichtungen und eines KMU nutzend, soll die Ausbreitung hydraulischer Wegsamkeiten unter bekannten Randbedingungen im Feldversuch durch periodische Pumptests und hochauflösendes seismisches 3D-Monitoring analysiert und in Kombination mit numerischen Modellierungen eine Technologie zur kontrollierten Durchführung von Stimulationen entwickelt werden. Die Aussagen über die aktivierten hydraulischen Wegsamkeiten werden durch nachträgliches Erbohren, hydraulisches Testen und Laborexperimente an Kernmaterial des stimulierten Bereichs validiert, was erstmals einen eindeutigeren Nachweis der ablaufenden hydro-mechanischen Prozesse und eine Zuordnung ihrer diagnostischen Phänomene erlaubt. Das Projekt trägt dem Fehlen meso-skaliger Experimente Rechnung, die gegenüber der realen Skala den Vorteil der Kontrolle über Randbedingungen und Kenntnis der Gesteinsstrukturen und gegenüber Laborexperimenten den Sprung auf die praxisrelevante Zehnermeter-Skala bieten. Es wird ein hervorragend charakterisiertes Reservoirlabor mit einzigartigen Möglichkeiten für eine Weiternutzung hinterlassen. Der Arbeitsplan umfasst folgende Schritte: 1.) Analyse spezifischer Daten aus dem Forschungsbergwerk sowie Literaturrecherche zum Stand von W+T 2.) Numerische Spannungsfeldsimulation 3.) Mechanische Laborversuche Deformationsparametern sowie bruchmechanischen Kennwerten an Freiberger Gneisproben 4.) Numerische Simulation der Rissausbreitung

UG: STIMTEC: STIMulationstests mit charakterisierenden periodischen Pumpversuchen und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-TEChnologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten im Kristallingestein, Vorhaben: Simulation der Rissnetzwerksgenese während der Stimulationstests zur Mechanismenvalidierung

Das Projekt STIMTEC konzentriert sich auf die Optimierung von Stimulationsverfahren und die Erforschung dabei ablaufender hydro-mechanischer Prozesse, um die Prognosefähigkeit für Stimulationsverläufe zu steigern und damit eine ökonomische und ökologische Gewinnung geothermischer Energie zu ermöglichen. Die Bündelung interdisziplinärer Kompetenzen an drei wissenschaftlichen Einrichtungen und eines KMU nutzend, soll die Ausbreitung hydraulischer Wegsamkeiten unter bekannten Randbedingungen im Feldversuch durch periodische Pumptests und hochauflösendes seismisches 3D-Monitoring analysiert und in Kombination mit numerischen Modellierungen eine Technologie zur kontrollierten Durchführung von Stimulationen entwickelt werden. Die Aussagen über die aktivierten hydraulischen Wegsamkeiten werden durch nachträgliches Erbohren, hydraulisches Testen und Laborexperimente an Kernmaterial des stimulierten Bereichs validiert, was erstmals einen eindeutigeren Nachweis der ablaufenden hydro-mechanischen Prozesse und eine Zuordnung ihrer diagnostischen Phänomene erlaubt. Das Projekt trägt dem Fehlen meso-skaliger Experimente Rechnung, die gegenüber der realen Skala den Vorteil der Kontrolle über Randbedingungen und Kenntnis der Gesteinsstrukturen und gegenüber Laborexperimenten den Sprung auf die praxisrelevante Zehnermeter-Skala bieten. Es wird ein hervorragend charakterisiertes Reservoirlabor mit einzigartigen Möglichkeiten für eine Weiternutzung hinterlassen. Der Projektpartner geomecon GmbH analysiert numerisch das durch die Stimulation hervorgerufenen Rissmuster mittels roxol. Der Schwerpunkt der Simulationen wird auf der Identifizierung der maßgeblichen Mechanismen bei der Evolution des Rissnetzwerkes liegen. Der Arbeitsplan der Arbeitspakete der geomecon beinhaltet folgende Einzelpunkte: Felskartierung, Modellbildung, Risswachstumsmodelle und Modellerweiterungen, Vergleichende Simulation des Risswachstums, Modellerweiterung und Validierung

MAGS: Konzepte zur Begrenzung der mikroseismischen Aktivität bei der energetischen Nutzung geothermischer Systeme im tiefen Untergrund, EP 2: Untersuchung von Mikro-Beben in der bayerischen Molasse im Umfeld von geothermalen Reservoiren

Weil die Akzeptanz der tiefen Geothermie durch spürbare Erdbeben wie in Basel oder Landau gelitten hat, entwickeln wir Konzepte zur Begrenzung der mikroseismischen Aktivität bei der energetischen Nutzung tiefer geothermischer Systeme. Hierzu wird die Seismizität (Häufigkeit und Stärke der Erdbeben eines Gebietes) an deutschen Standorten möglichst genau charakterisiert. Wo sich seismische Aktivitäten im Kraftwerkbetrieb zeigen, werden diese berechnet und mit der Gefährdung durch natürliche Erdbeben verglichen. Des Weiteren werden Strategien entwickelt, um spürbare Seismizität bei hydraulischen Stimulationen und im Dauerbetrieb geothermischer Kraftwerke zu vermeiden. Schließlich trägt das Verbundprojekt zu einem besseren Prozessverständnis des Entstehens fluidinduzierter Erdbeben bei.

Entwicklung eines virtuellen geomechanischen Projektlabors für die Begleitung hydraulischer Stimulationen auf der Grundlage von Prozessexpertise aus Experiment und Modellierung - SHynergie

Ziel des Vorhabens ist die Erhöhung des Steuerungspotentials bei hydraulischen Stimulationen in tiefen Bohrungen im Zuge von Projekten zur Gewinnung tiefer geothermischer Energie durch die Bereitstellung eines interaktiven Simulationswerkzeugs auf der Basis eines verbesserten Prozessverständnisses abgeleitet aus experimentellen, theoretischen und numerischen Untersuchungen. Das Werkzeug zielt darauf ab, Handlungsspielraum aus weitgehender Vorbereitung und optimaler Informationsgewinnung zu gewinnen. Das Vorhabenziel soll durch eine interne Organisation in sechs stark vernetzte Unterprojekte erreicht werden. Jedes Unterprojekt wird von mindestens zwei Experten mit unterschiedlichem Hintergrund bearbeitet (Geo- und Ingenieurwissenschaftler sowie Industrieexpertin für Hydro-Geochemie). Der Ansatz kombiniert die Durchführung innovativer Laborexperimente mit der Entwicklung moderner Modellierungsinstrumente für hydro-mechanische und hydro-chemische Wechselwirkungen. Die Verflechtung paralleler und sequentieller Arbeitsschritte erlaubt die Entwicklung des nutzer-orientierten Werkzeugs zur Projektbegleitung.

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