ResKin_Move: Reaktionskinetik in Reservoirgesteinen: Anwendungsbereite Aufskalierung und Modellierung; Einfluss von Partikelmobilisierung infolge von Kalzitzement-Auflösung auf die Reservoireigenschaften

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ResKin_Move

ResKin_Move: Reaktionskinetik in Reservoirgesteinen: Anwendungsbereite Aufskalierung und Modellierung; Einfluss von Partikelmobilisierung infolge von Kalzitzement-Auflösung auf die Reservoireigenschaften

01.10.2020 bis 30.09.2022


Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Forschungsstelle Leipzig, Institut für Ressourcenökologie (Abteilung Reaktiver Transport)
Permoserstr. 15
04318 Leipzig

Universität Greifswald, Institut für Geographie und Geologie (Ökonomische Geologie|Mineralogie) 
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik Kaiserslautern, Strömungs- und Materialsimulation (Hydrodynamik) 
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Geowissenschaften (Ingenieurgeologie) 
Universität Mainz, Institut für Geowissenschaften (Hydrogeochemie)

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Nutzung unterirdischer Geosysteme

Die Kinetik gekoppelter Lösungs- und Fällungsreaktionen wird durch die Reaktivität der Kristalloberflächen auf der molekularen Skala bestimmt. Somit hat die Reaktionskinetik in Reservoirgesteinen über ihre Auswirkungen auf Gesteinsporosität und Permeabilität entscheidenden Einfluss auf die Reservoirqualität.

Ziel des Verbundprojekts ResKin war es, die Rolle der Kinetik chemischer Reaktionen für langfristige Nutzungs- und Sicherheitsanalysen von Reservoirgesteinen zu bestimmen. Die Heterogenität der Oberflächenreaktivität von Zementen im Porenraum von Reservoirsandsteinen wurde quantitativ erfasst und bewertet sowie die Auswirkungen auf die Porositäts- und Permeabilitätsveränderungen längenskalen- und zeitabhängig analysiert. Als Ergebnis sind die Auflösungskinetik auf Grundlage der Reaktionsratenverteilung bei der reaktiven Transportmodellierung (RTM) berücksichtigt und in ResKin erstmals numerisch implementiert worden. RTM mit der Software PoreChem vereint jetzt quantitativ die beiden konkurrierenden Mechanismen der Oberflächen- und Transportkontrolle. Das Konzept der Ratenkarten und Ratenverteilung (Ratenspektren) ist damit als prognostisches numerisches Instrument für Reservoirgesteine und weitere Anwendungen in komplexen porösen Festkörpern verfügbar.

Mit dem Anschlussprojekt ResKin_Move ist die Fortsetzung der Arbeiten zur verbesserten reaktiven Transportmodellierung in Speichergesteinen unter Berücksichtigung von Porenhals-Blockierung (clogging) mit ihrer Auswirkung der Permeabilitätsreduzierung (formation damage) infolge der Mobilisierung von Kolloiden und Nanopartikeln geplant. Im Mittelpunkt des Projekts stehen die Visualisierung und Quantifizierung der Verlagerungsprozesse, die durch heterogene Auflösungsreaktionen induziert werden. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Auflösung von Zementmineralen in Sandsteinen insbesondere Tonminerale und Eisenoxid(hydroxid)e mobilisiert werden. Dies führt zu einer Blockierung der Porenhälse und verursacht trotz Zementauflösung insgesamt eine Verringerung der Gesteinspermeabilität. Diese Umlagerungsprozesse sollen im Rahmen von Laborexperimenten mittels tomografischer Methoden quantitativ erfasst werden und bilden zusammen mit der Bestimmung von Fließpfaden die Basis für die Weiterentwicklung reaktiver Transportmodelle. In Kombination mit den Ergebnissen des Vorgängerprojekts wird die Software für die reaktive Transportmodellierung weiterentwickelt, um die Prognosefähigkeit bzgl. Porositäts- und Permeabilitätsänderungen von Speichergesteinen zu verbessern.

Weitere Informationen finden sich auf der ResKin Projektwebseite.