Simulation der Hydrothermalen Wasserzirkulation in einer Hochdruck-Hochtemperatur-Säule

Sascha Frank1, Philipp Zuber1, Jürgen Schreuer1, Stefan Wohnlich1
1 Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Ruhr-Universität Bochum

14.5 in Young Hydrogeologists Forum

25.03.2020, 15:00-15:15, Telemann-Saal

Bei der tiefen geothermischen Energiegewinnung ist die Rückführung geförderter Reservoirfluide nach der Energieausbeute Voraussetzung für die Aufrechterhaltung des Fluiddrucks im Reservoir und damit für dessen langjährige Nutzung. Allerdings kann es während der Reinjektion von Fluiden unter veränderten Temperaturbedingungen zur Fällung von kristallinen Phasen kommen (Demir et al., 2014, Baba et al., 2015), wodurch die Strömungspfade im Reservoir allmählich verschlossen werden. Dieses als Reservoirscaling bekannte Phänomen gehört zu den kritischsten limitierenden Faktoren für die nachhaltige Nutzung tiefer geothermischer Ressourcen.

Der Zweck der konstruierten Hochdruck-Hochtemperatur-Säule (HDTS) ist es, den geothermischen Energiegewinnungskreislauf, von der Fluidförderung bis hin zur Reinjektion des abgekühlten Wassers nach der Energiegewinnung, im Labormaßstab realitätsnah nachzubilden, inklusive damit verbundener möglicher Scalingprozesse in geothermischen Reservoiren. Die Säule soll es ermöglichen ein grundlegendes Verständnis des Reservoirscalings in kluftdominierten Strömungssystemen sowie der Interaktion zwischen chemischer Zusammensetzung des Reservoirfluids und den physikalischen Randbedingungen des Reservoirs (Druck und Temperatur) zu erlangen. Die Ergebnisse sollen die Prognosemöglichkeiten und die verfahrenstechnische Beherrschbarkeit des Reservoirscalings verbessern und die Langzeitnutzung geothermischer Anlagen sichern.

Es wurden schon diverse Untersuchungen zu Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen unter geothermischen Bedingungen durchgeführt (Schmidt et al., 2017, Orywall et al., 2017; Knuth et al., 2016). Jede der in den Experimenten verwendeten Anlagen konnte geothermische Bedingungen nachstellen. Durch die Weiterentwicklung der ursprünglich von Knuth et al. (2016) verwendeten HDTS ergibt sich die Möglichkeit für eine realistischere Simulierung hydrothermaler Geothermieanlagen und Energiegewinnungsprozesse. Die neue Konstruktion umfasst einen hinzugefügten Wärmeübertrager zum Abkühlen des zirkulierenden Fluids, die Möglichkeit zur Aufsättigung des Prozesswassers mit für Scaling relevanten Mineralphasen (z.B. Baryt) sowie die Option während des laufenden Betriebs weitere Lösungen zu injizieren und regelmäßige Probenahmen durchzuführen. Dadurch erweitert die HDTS den aktuellen Stand der Technik hinsichtlich Anlagen für Experimente unter geothermische Bedingungen.



BABA, A., DEMIR, M.M., KOC, G.A., CELA, T. (2015): Hydrogeological properties of hyper-saline geothermal brine and application of inhibiting siliceous scale via pH modification. Geothermics, 53.

DEMIR, M.M. BABA, A., ATILLA, V. INALI, M. (2014): Types of scaling in hyper saline geothermal system in northwest Turkey. Geothermics, 50.

KNUTH, C., WISOTZKY, F., WOHNLICH, S. (2016): Hydrogeochemie geothermischer Reservoire und deren Einfluss auf die technische Nutzbarkeit. – In: Banning, A., Wisotzky, F., Wohnlich, S. (Hrsg.): Bochumer Grundwassertag 2016 – Grundwasser und Energie; Bochumer Geowissenschaftliche Arbeiten 23: 46-57.

ORYWALL, P., DRÜPPEL, K., KUHN, D., KOHL, T., ZIMMERMANN, M., EICHE, E. (2017). Flow-through experiments on the interaction of sandstone with Ba-rich fluids at geothermal conditions. Geothermal Energy. DOI 10.1186/s40517-017-0079-7.

SCHMIDT, R.B., BUCHER, K., DRÜPPEL, K., STOBER, I. (2017): Experimental interaction of hydro-thermal Na-Cl solution with fracture surfaces of geothermal reservoir sandstone of the Upper Rhine Graben. Applied Geochemistry, 81, 36-52.



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