Fachausschuss Geowissenschaften

MERID – Mikrostruktureller Einfluss auf die Reservoirintegrität bei variablen hydromechanischen Druckbedingungen

In dem Forschungsvorhaben wurde die Anisotropie von Rotliegend-Reservoirgesteinen auf der Kornskala erfasst und deren Einfluss auf die Hydrodynamik auf der Reservoirskala ermittelt. Dabei wurden die Permeabilitätsanisotropien im Experiment und im natürlichen Analog quantifiziert und das repräsentative Volumen der Anisotropie im Reservoirgestein bestimmt. Schließlich wurde die Hydrodynamik des Mehrphasentransports während der Druckänderung im Reservoir auf der Kornskala unter Berücksichtigung der Benetzungseigenschaften als digitale Gesteine modelliert und der Einfluss der Mikrostrukturen auf die Reservoirintegrität evaluiert. Ein besseres Verständnis der geologischen Kontrollfaktoren auf die poroelastische Gesteinsmechanik und die Wechselwirkung mit dem Fluidtransport konnte experimentell validiert und durch Strömungssimulationen auf der Mikro- und Reservoirskala berechnet werden.
Die druckabhängige Änderung der Permeabilität korreliert mit der Gesteinszusammensetzung auf der Mikroskala. Feinkörnige Sandsteine mit gut ausgebildeten Tonkutanen und geringer initialer Permeabilität sind drucksensitiver als mittelkörnige Sandsteine mit schlecht ausgebildeten Tonkutanen und mittlerer initialer Permeabilität. Die geringste Drucksensitivität zeigen mittelkörnige Sandsteine mit gut ausgeprägten Tonkutanen und hohen initialen Permeabilitäten. Mit diesen Ergebnissen konnten erstmals die Drucksensitivität mit der Gesteinszusammensetzung gekoppelt werden.
Des Weiteren konnten geomechanische Kennwerte (einaxiale Festigkeit, E-Modul, Bruchdehnung) mit petrographischen Kenndaten korreliert werden. Die Kontaktlänge von detritischen Körnern und diagenetischen Zementen korreliert mit diesen Eigenschaften. Aus dem Verhältnis Porosität zu effektiver Kontaktlänge leitet sich ein Gesteinsfestigkeitsparameter ab, der zur Abschätzung von geomechanischen Parametern genutzt werden kann.
Die Kopplung von Fluidströmungssimulationen und geomechanischen Simulationen wurde erfolgreich auf unterschiedlichen Plattformen durchgeführt. Während klassische Fluidströmungssimulationen Effekte der Kompaktion bei variablen Druckbedingungen nicht berücksichtigen, können diese Effekte nun durch gekoppelte Simulationen dargestellt werden. Hierzu wurde eine Kopplungssoftware entwickelt, welche die Datensätze zwischen unterschiedlichen Simulationsprogrammen austauscht und deren Kopplung koordiniert. Geometrische Probleme bei der Datenübertragung zwischen unstrukturierten Netzen und strukturierten Gittern wurden gelöst. Es wurde hierzu ein System entwickelt, welches die Daten unabhängig von der vorliegenden Form auf Basis der mathematischen Formulierung einer konvexen Hülle austauschen kann.
Fortschritte im Bereich der Strömungssimulation beziehen sich auf die Reduzierung von unphysikalischen Fluidgeschwindigkeitsfeldern an der Grenzfläche zwischen nicht-mischbaren Fluiden bei der Lattice-Boltzmann Methode (spurious currents). Zudem wurden durch die Untersuchung der Diffusivität der Grenzfläche zwischen nicht mischbaren Fluiden in der Lattice Boltzmann Methode physikalisch bedeutende Simulationsergebnisse für variable Kapillarzahlen berechnet. Experimente und Simulationen petrophysikalischer Messwerte und Simulationsergebnisse aus Einphasenfluss-Experimenten wurden gegeneinander validiert und die Möglichkeiten der Permeabilitätssimulation von digitalen Gesteinen in unterschiedlichen Raumrichtungen aufgezeigt.
Anwendungen sind die verbesserte Evaluierung von Reservoireigenschaften im tiefen geologischen Untergrund wie die Förderung aus porösen Kohlenwasserstofflagerstätten, die Auslegung von Energie- und geothermischen Speichern und das Druckmanagement poröser Reservoire zur Vermeidung von Schadbeben.