STIMTEC-X: Simulationen und Zirkulationen mit charakterisierenden periodischen Pumptests und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-Technologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten

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STIMTEC-X

STIMTEC-X: Simulationen und Zirkulationen mit charakterisierenden periodischen Pumptests und hochauflösender seismischer Überwachung: Verbesserung von Prognosemodellen und Echtzeit-Überwachungs-Technologien für die Erzeugung von Wasserwegsamkeiten

01.09.2020 bis 31.08.2022


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

Im Verbundprojekt STIMTEC wurden hydraulische Stimulationsverfahren optimiert und weiterentwickelt sowie die dabei ablaufenden hydromechanischen Prozesse charakterisiert. Hierzu sind die Entstehung und Ausbreitung hydraulischer Wegsamkeiten unter bekannten Randbedingungen mit Hilfe kontrollierter Stimulationstests im Versuchsbergwerk Reiche Zeche Freiberg untersucht worden.

Als Ergebnis wurde im Projekt STIMTEC ein gut charakterisiertes und erschlossenes »Untertagelabor« eines anisotropen und heterogenen Gesteinsvolumens von nahezu 105 m3 entwickelt. Die seismische Aktivität bei den durchgeführten Stimulationen variierte erheblich zwischen einigen 10.000 und keinen registrierten Ereignissen. Dabei lassen sich die Aktivitätsunterschiede nicht alleine dadurch erklären, dass bestimmte seismische Wellen so sehr gedämpft werden, dass diese nicht mehr registriert werden können. Das Auftreten mikroseismischer Ereignisse korreliert mit Injektionsratenwechseln, was auf eine wesentliche Rolle der hydromechanischen Kopplung für Spannungsumlagerungen hinweist, welche zu Seismizität führen. Die ausgeprägte Foliation des Freiberger Gneises und die Störungszonen im Reservoirvolumen haben erheblichen Einfluss auf die physikalischen Gesteinseigenschaften, aber erstaunlicherweise weniger auf die Bildung der bei den Stimulationen erzeugten bzw. aktivierten Rissnetzwerke.

Die Motivation für das Anschlussprojekt STIMTEC-X liegt in den unerwarteten Ergebnissen aus STIMTEC zur Variabilität der seismischen Aktivität bei einheitlichen Pumpvorgängen und zur Heterogenität des herrschenden Spannungsfelds, Beobachtungen, die bisher in keinem anderen Untertage-Experiment mit der vorliegenden Auflösung gemacht wurden und die grundlegende Bedeutung für die Steuerungsansätze hydraulischer Stimulationen besitzen. Im Mittelpunkt des Anschlussprojekts STIMTEC-X steht somit die Weiterentwicklung der Prognosemodelle und Echtzeitüberwachungssysteme mit Hilfe eines Demonstrationsexperiments im Bergwerk Reiche Zeche. Der Einfluss geologischer Strukturen und der Gesteinsanisotropie auf lokale Variationen des Spannungsfelds sowie die hydraulischen Eigenschaften eines stimulierten Reservoirs sollen mit Hilfe einer erweiterten Spannungsfeldanalyse und einer Adaption der Beobachtungssysteme untersucht werden. Die im Rahmen von STIMTEC geschaffenen Möglichkeiten bieten für das Anschlussprojekt STIMTEC-X einzigartige Chancen zur Durchführung einer Zirkulation, die erstmals das effektive Reservoirverhalten liefern kann, das die Effizienz der Untergrundnutzung bestimmt. Zudem erlauben die im Zuge einer Zirkulation durchgeführten Produktionstests eine Analyse des asymmetrischen hydraulischen Verhaltens der vorhandenen und erzeugten Risse. Die Untersuchungsergebnisse fließen in die Verbesserung der Stimulationskonzepte ein, mit denen ein optimales Verhältnis zwischen Stimulationserfolg und seismischer Gefährdung erzielt werden soll.