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Fachausschuss Geophysik

Reservoir-Management and Seismicity – Strategies to Reduce Induced Seismicity

In Norddeutschland wird Seismizität in der Nähe von produzierenden Gasfeldern aufgezeichnet. Ziel dieser Studie ist es, die zugrundeliegenden geomechanischen Randbedingungen besser zu verstehen und einzugrenzen, indem folgende Schlüsselfragen untersucht werden: a) Wie kritisch ist der initiale Spannungszustand im Hinblick auf die Reaktivierung von Störungen in Norddeutschland? b) Was sind die Charakteristika der induzierten Erdbeben in Norddeutschland? c) Wie und wo wird der Spannungszustand durch die Ausförderung modifiziert? d) Sind die beobachteten Kopplungskoeffizienten (reservoir stress path) indikativ für das gesamte Feld? e) Welche Auswirkungen hat die Ausförderung an der Erdoberfläche und kann sie von anderen Ursachen unterschieden werden? f) Gibt es unterschiedliche Senkungen über das Feld Söhlingen hinweg? g) Wie verändern die poro-elastischen Effekte, die aus der Produktion resultieren, den Spannungszustand an den Speichergesteinshorizonten Wustrow, Dethlingen und Havel? und h) Kann ein Reservoir Management dazu beitragen, die Seismizität zu reduzieren?

Die geomechanische Interpretation der Prozesse basiert auf gesteinsmechanischen Tests von analogen Speichergesteinen, zur Ermittlung der Festigkeit intakter und geschwächter Speichergesteine, auf Beobachtungen von vertikalen Versätzen (Satellitendaten und Nivellierung) auf gemessenen Druck- und minimalen horizontalen Spannungsdaten in Bohrlöchern.

Basierend auf der Grundlage einer Datenbank aus Bohrlochdaten des untersuchten Gasfeldes war es möglich, die anfänglichen Spannungszustände und die Entwicklung von Spannung und Porendruck innerhalb des Feldes und zweier seiner Reservoirs über die Zeit zu bestimmen. Laborexperimente an 53 Bohrkernen aus 35 Gesteinsblöcken zeigen, dass weder das intakte noch das geschwächte Speichergestein unter anfänglichen Spannungsbedingungen (natürliches Spannungsfeld vor der Produktion) versagt. Während der Produktion wird das Spannungsfeld durch Porendruck-Spannungskopplung modifiziert. Unter bestimmten Umständen (z.B. Kompartiment-Begrenzungen, Kompartiments mit unterschiedlichen Eigenschaften) können Spannungsänderungen zum Versagen von geschwächten Speichergesteinen an bereits vorhandene Störungen führen. Modellierte und beobachtete Verformungen (INSAR- und Nivellementstudien) stimmen gut überein, woraus geschlussfolgert werden kann, dass INSAR-Methoden auch zur Überwachung von Gasfeldern in großer Tiefe auch unter schwierigen Bedingungen (oberlagerndes Salz) eingesetzt werden können.

Die Modellierungsergebnisse deuten darauf hin, dass Seismizität am ehesten an Störungen innerhalb des Reservoirs oder an lagerstättenbegrenzenden Störungen aufgrund von Spannungsänderungen im Reservoir und initial hohen Porendrücken außerhalb der Lagerstätte induziert wird. Da die Speichergesteine und damit die internen und begrenzenden Störungen von begrenzter Größe sind, begrenzt dies die maximale Größe der induzierten Ereignisse. Würde die Seismizität außerhalb des Reservoirs ausgelöst, könnten höhere Größenordnungen möglich werden. Ein Reservoir-Management einschließlich der Berücksichtigung der Porendruck-Spannungskopplung und des natürlichen tektonischen Spannungsfeldes kann dazu beitragen, das Risiko einer großräumigen Störungsreaktivierung innerhalb und an den Speichergesteinsgrenzen zu reduzieren.

Autoren
B. Müller, C. Scheffzük, F. Schilling, M. Westerhaus, K. Zippelt, M. Wampach, T. Röckel, C. Lempp, A. Schöner
Copyright
2020
Sprache
englisch
eBook ISBN
978-3-947716-09-8
Buchreihen ISSN
0937-9762
Seitenzahl
84
Anzahl der Bilder
104
Anzahl der Tabellen
20
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