Batch- und Säulenversuche zur Untersuchung des Sorptionsverhaltens von Uranin, Amidorhodamin G und Tinopal CBS-X an Gesteinen des Rheinischen Schiefergebirges unter erhöhten Temperaturbedingungen

Tobias Vaitl1, Stefan Wohnlich1
1 Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum

P 5.2 in Deep geothermal reservoirs - synergies and conflicts

In der Tiefengeothermie werden immer häufiger Tracerversuche für die Reservoircharakterisierung eingesetzt, um Eigen­schaften wie Reservoirgeometrie, Wärmeaustauschflächen und Verweilzeiten zu ermitteln. Eine gute Kenntnis dieser Parameter führt zu einer opti­malen Nutzung des Reservoirs. Für die Bestimmung der Wärmeaustauschflächendichte spie­len insbesondere die so genannten single-well injection-withdrawal Tracerversuche eine wichtige Rolle. Bei diesem Versuch wird mit Hilfe eines Doppelpackers ein Kluftbereich sepa­riert und anschließend Fluoreszenztracer mit verschiedenen Sorptionseigenschaften injiziert. Im nächsten Schritt verweilt der Tracer für eine bestimme Dauer in dem inji­zierten Bereich. Während dieser Verweilzeit interagieren Tracer und Kluftoberfläche. Nach einer definierten Verweilzeit werden die eingebrachten Fluoreszenztracer aus dem inji­zierten Bereich wieder herausgepumpt. Durch Analyse der Eingabefunktionen und der Durchbruchskurven können Aussagen über wichtige Parameter des geothermischen Reser­voirs getroffen werden (Neretnieks 2007).  Für die Ermittlung von Diffusions-, Sorptions- und Abbaueigenschaften der Tracer am jeweiligen Gestein gibt es verschiedene Methoden. Da diese Methoden meist unter Laborbedingungen (z.B. Raumtemperatur) durchgeführt werden und deshalb von den natürlichen Bedingungen im Untergrund abweichen können, sind starke Differenzen des Tracerverhaltens möglich, was wiederrum zu einer Fehlinterpretation der Durchbruchskurve führen kann. Daraus ergibt sich möglicherweise eine Über- bzw. Unter­schätzung der Lebensdauer des geothermischen Reservoirs.

In dieser Arbeit wurde in einem ersten Schritt das Sorptionsverhalten von oben genannten Tracern an Gesteinen des Rheinischen Schiefergebirges mittels Batch-Ver­suchen unter Raumtemperatur untersucht. In einem zweiten Schritt wurde das Sorptionsverhalten mit identischen Tracern und Gesteinen durch Säulenversu­che ermittelt. Um Informationen über die Sorption unter erhöhten Tempera­turbedingungen in diesen Säulenversuchen zu erlangen, wurde ein Versuchsaufbau entwi­ckelt, welcher eine Erhitzung von Gestein und Tracer ermöglicht.

Die durchgeführten Batch-Experimente zeigten zunächst, dass sich Uranin gegenüber Sand- und Kalksteinen überwiegend konservativ verhielt. Dies galt nicht für die untersuchten Ton­steine, hier sorbierte Uranin bis zu 70 % am Gestein. Amidorhodamin G und Tinopal CBS-X verhielten sich reaktiv. In ersten Säulenversuchen unter erhöhten Temperaturbedingungen konnte die Stabilität der eingesetzten Tracer nachgewiesen werden. Erste Vergleiche des Sorptionsverhaltens der beiden eingesetzten Methoden unter Raumtemperatur legen nahe, dass es zu einer höheren Sorption in Batch-Versuchen gekommen ist. Die Ergebnisse dieser Studie sollen zu einem besseren Verständnis des Tracerverhaltens im Untergrund unter erhöhten Temperaturbedingungen beitragen, und somit eine verbesserte Charakterisierung der Wärmeaustauschflächendichte ermöglichen.



Neretnieks I.: Single-well injection-withdrawal tests (SWIW) in fractured rock. Some aspects on interpretation.  SKB Rapport R-07-54 (2007)