Untersuchung der Hydrogeochemie in geothermalen Reservoiren mittels Hochdruck-Hochtemperatur-Säulenversuchen

Christoph Knuth1, Stefan Wohnlich1
1 Ruhr-Universität Bochum

P 5.4 in Deep geothermal reservoirs - synergies and conflicts

 

Eine wichtige Voraussetzung für die Konzeptionierung und den Betrieb von Geothermieprojekten ist sowohl die Kenntnis über die petrografischen Eigenschaften des Reservoirs als auch die Kenntnis über die charakteristischen hydrochemischen Verhältnisse. Unter ungünstigen Voraussetzungen können innerhalb des Reservoirs durchflusswirksame Bereiche durch Ausfällungen reduziert werden, wodurch der Durchfluss verringert wird. Neben negativen Auswirkungen im Reservoir besteht zusätzlich die Möglichkeit einer Durchflussminderung durch Ausfällungen in technischen Anlagenteilen. Um hydrochemische Prozesse prognostizieren zu können, ist es notwendig petrografische Reservoireigenschaften, Druck- und Temperaturverhältnisse im Reservoir und die Zusammensetzung des Wassers (Fluid) zu kennen.

In Laborexperimenten werden in einer Hochdruck- und Hochtemperatur - Durchflusssäule spezifische Reservoirverhältnisse simuliert. Dazu werden verschiedene Gesteinsproben aus dem Ausstrichbereich einer möglichen Förderbohrung petrografisch untersucht und als Durchflusskörper verwendet.

In einer ersten Versuchsreihe wurden die unterschiedlichen Durchflusskörper mit destilliertem Wasser beaufschlagt und unter variierenden Druck- und Temperaturverhältnissen untersucht, welche hydrochemischen Prozesse auftreten. Dabei wurde der Druck stufenweise in 50 bar – Schritten bis 200 bar erhöht (max. 400 bar möglich). Die Versuche wurden mit einer Temperatur von 25°C und 40°C (max. 180°C möglich) durchgeführt. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Lösung von Mineralphasen stärker temperatur- als druckabhängig ist. Zudem wird deutlich, dass durch eine Druckerhöhung die Löslichkeit ansteigt, diese aber innerhalb einer Druckstufe konstant bleibt. In einer zweiten Versuchsreihe werden die Experimente mit einem synthetisch hergestellten Wasser (Fluid) wiederholt durchgeführt. Die Zusammensetzung des Wassers entspricht dabei der typischen Zusammensetzung des tiefen Grundwassers des Ruhrkarbons (Sole). Zudem werden die Versuche in einer dritten Versuchsreihe mit spezifischen Kluftfüllungen durchgeführt.

Die Laborergebnisse werden genutzt, um hydrochemische Modellierungen mit PhreeqC zu erstellen und so weitere Prognosen über tiefere Bereiche eines geothermalen Reservoirs zu treffen.

Mit den Ergebnissen der Hochdruck- und Hochtemperatursäulenversuche, sowie den Ergebnissen der hydrochemischen Modellierungen soll eine gute Prognose über mögliche hydrochemische Prozesse in einem konkreten geothermischen Reservoir getroffen werden.