Parametrisierung von Karbonat-Lösungsraten als Eingangsdaten für THMC-Modelle

Claus-Dieter Heldmann1, Wolfram Rühaak1, Ingo Sass1
1 Institute of Applied Geosciences, Department of Geothermal Science and Technology, Technische Universität Darmstadt

O 13.8 in Reaktive Transportmodellierung

14.04.2016, 16:30-16:45, Audimax A, Geb. 30.95

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Im süddeutschen Molassebecken werden seit mehreren Jahren jurassische Karbonate als Reservoir für hydrothermale Reservoire genutzt. Die Thermalsole wird zur Energiegewinnung üblicherweise über Dublettensysteme gefördert. Dabei ist das reinjizierte Fluid nach Abkühlung, Mineral-Ausfällungen und Gasaustritt häufig nicht im chemischen Gleichgewicht mit dem Reservoirsystem aus Sole und Gestein.

An mehreren Geothermiebohrungen im Molassebecken wurde im Bereich der Injektionen eine deutliche Erhöhung der Injektivität nachgewiesen. Zur Erklärung dieser Beobachtung wurden Modellierungen der thermischen, hydraulischen, mechanischen und chemischen Bedingungen und Abläufe durchgeführt (Rühaak et. al, 2015).

Kalklösung erweitert u.a. bestehende Klüfte und trägt damit zur Erhöhung der Durchlässigkeiten bei. In den betrachteten Gesteinen dominieren Kalzium-Magnesium-Minerale die Lösungsraten. Die chemischen Reaktionen in diesen Fluiden mit hoher Mineralisation hängen nicht nur von physikalischen Parametern sondern auch von den einzelnen Spezies ab. Damit haben die Lösungsraten viele Variablen und durch ihre iterative Berechnung einen wesentlichen Anteil an der Rechenzeit der gekoppelten Modelle. Eine für diskrete Werte von Variablen vorberechnete Matrix, die Reaktionsraten durch Interpolation ermittelt, kann diese Rechenzeit verkürzen. Allerdings müssen alle relevanten Variablen berücksichtigt werden und zwar in Intervallen, die angepasst auf den Verlauf der Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion sind.

Auf Basis von Kalzit-Lösungsraten wurde mit einem erweiterten PhreeqC Datensatz (Bozau, 2013) eine Matrix der Reaktionsgeschwindigkeiten erstellt, ausgehend von verschiedenen Zusammensetzungen die mit Ausnahme des Calziumkarbonats präferentiell Verdünnungen darstellt. Die Variablen der Matrix sind Temperatur, Druck, Ionenstärke als Maß der Mineralisation, Calcium und Karbonatkonzentration, sowie der pH-Wert. Über den gesamten Bereich der Matrix werden systematisch interpolierte Reaktionsraten mit berechneten Raten der chemischen Modellierungssoftware verglichen.

Zur Verifizierung des Ansatzes findet im Rahmen eines Benchmarks ein Abgleich mit einer explizit berechneten Lösung statt.



 

Bozau, E., 2013. Prozessmodellierung hochsalinarer Wässer mit einem erweiterten PHREEQC-Datensatz. Grundwasser 18, 93–98.

Rühaak, W., Pei, L., Heldmann, C.-D., Bartels, J., Sass, I., 2015. Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical Coupled Modeling of Geothermal Doublet Systems in Limestones. Geophysical Research Abstracts, Vol. 17, EGU2015-6378, 2015, EGU General Assembly, Vienna, Austria.



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