Einfluss reaktiver Gase auf die spektrale induzierte Polarisation von Karbonatgesteinen unter Reservoirbedingungen (Teil II)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Volker Herdegen; Professor Dr. Klaus Spitzer
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310586700

Ziel auch der zweiten Projektphase bleibt es, die spektralen komplexen elektrischen Eigenschaften poröser Medien mit karbonatischer Matrix unter Wechselwirkung mit reaktiven Gasen (z.B. CO2) bei erhöhten Drücken und Temperaturen grundlegend im Labor zu untersuchen und modellhaft zu beschreiben. Die Untersuchungen werden dabei weiterhin gemeinsam von Geophysikern und Verfahrenstechnikern der TU Freiberg durchgeführt sowie von Wissenschaftlern der TU Berlin und der Universität Barcelona unterstützt.Karbonatische Lagerstätten werden immer wichtiger, da sie einen Großteil der bekannten Erdöl- und Erdgasressourcen beherbergen und demzufolge auch für tertiäre Ölfördertechniken und Kohlendioxidsequestrierung von großem Interesse sind. Allerdings stellen Karbonatgesteine aufgrund ihres heterogenen Porenraumes und ihrer reaktiven Gesteinsmatrix eine besondere Herausforderung dar. Elektromagnetische (EM) Verfahren haben sich als geeignete Überwachungsmethoden erwiesen, da sie besonders sensitiv auf Porenfüllungen reagieren. Das petrophysikalische Wissen ist jedoch für Karbonate noch äußerst gering.In der ersten Phase des Projekts haben wir die petrophysikalischen Eigenschaften von festen und zerkleinerten Karbonatgesteinen systematisch untersucht. Wir haben ein grundlegendes Systemverständnis und die notwendigen Werkzeuge entwickelt, um die Hochdruckreaktionskinetik von Karbonaten zu erfassen. Der gewonnene, umfangreiche Datensatz ermöglicht es nun, den Einfluss des Porenraums und der Oberflächeneigenschaften auf die komplexe elektrische Leitfähigkeit von Karbonaten zu untersuchen. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden die Hochdruckexperimente wie geplant startet.In der zweiten Projektphase sollen die beobachteten Effekte unter Laborbedingungen mit der Methode der spektralen induzierten Polarisation (SIP) und mit Messungen der Reaktionskinetik mittels einer Hochdruck-Magnetschwebewaage bei Temperaturen zwischen 15°C und 70°C und Drücken zwischen 0,5 und 30 MPa tiefergehend systematisch untersuchen werden. Niedrige Drücke und Temperaturen repräsentieren dabei flache Aquifere, hohe Drücke und Temperaturen bilden Lagerstätten bis in 2500 – 3000 m Tiefe ab. Schlussendliches Ziel ist die Entwicklung einer modellbasierten Beziehung zwischen den komplexen elektrischen Eigenschaften und der Reaktionskinetik während der Oberflächenalteration für Karbonate unter CO2 und Reservoirbedingungen.Das Projekt wird zusätzliche, wichtige Daten für das grundlegende Verständnis der SIP in Karbonaten und deren Wechselwirkung mit reaktiven Gasen (beginnend mit CO2) liefern. Durch die Verwendung von definiert zerkleinertem Probenmaterial wird die Komplexität des Systems vorteilhaft reduziert und kann der Fokus auf die elektrochemischen Wechselwirkungen im Gestein und deren Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften gelegt werden. Der gewählte Ansatz erlaubt eine Verallgemeinerung der Erkenntnisse und die Bewertung der Einsatzmöglichkeiten für EM-Verfahren beim Monitoring.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Juanjo Ledo; Professorin Dr. Pilar Queralt