Szenarien zur Ausbreitung von Fracking-Flüssigkeit und Methan

1 | Konzept - Modellszenarien

Martin Sauter, Alexander Kissinger und Rainer Helmig

Szenarien zur Ausbreitung von

Fracking-Flüssigkeit und Methan

Münster, 11. November 2011



• Ausbreitung der Fracking Flüssigkeit (Szenario 1 & 2)

• Methanmigration (Szenario 3)

Szenario 3Szenario 1

Szenario 2



Aufgabe der Modellierung:

� Erstellung von Worst Case Szenarien zur qualitativen Beschreibung

möglicher Ausbreitungsvorgänge

� Einteilung und Erstellung von Szenarien nach Dauer, Größe und Art der

treibenden Kräfte

• Modellergebnisse sollen

- zu besserem Verständnis der Prozesse führen

- Prozesse veranschaulichen

- helfen relevante Prozesse zu identifizieren



Ausbreitung der Fracking Flüssigkeit (Szenario 1 und 2)

Problematik:

- Ausgangslage: Ausbreitung, der durch Fracking erzeugten Klüfte außerhalb der gasführenden Schicht

- Möglicher Austritt von Fracking Flüssigkeit aus der gasführendenSchicht in darüber liegenden grundwasserführende Schichten

- Vertikaler Transport entlang großem Druck Gradienten für die Dauer des Fracking Vorgangs (Szenario 1)

- Horizontaler Langzeittransport entlang des „schwachen“ natürlichen hydraulischen Gradienten (Szenario 2)



Szenario 1 (1)

Aufbau:

• Ausbreitung entlang einer vertikalen Wegsamkeit

• Wegsamkeit vereinfacht orthogonal zu horizontaler Schichtung



Szenario 1 (2)

Aufbau:

• Kleinskaliges Modellgebiete an verschiedenen Standorten

• Zeitdauer entsprechend Fracking Prozess (ca. 1-2h → hohe Drücke) und Entspannungsphase (ca. 8-10h → natürliche Druckverhältnisse)

• Hydraulischen Parameter aus Bohrprofilen an Standorten in Nordrhein-Westfalen und Niedersachsen (→ s. Settings Geologie)



Szenario 1 (3)

Ziele:

• Qualitative Beschreibung möglicher Ausbreitungsvorgänge über mögliche Wegsamkeiten (Fließpfade)

• Variation der Parameter zur Identifikation möglicher Störungszonen

- Permeabilität

- Effektive Porositätsverteilung

- Geometrische Einflüsse unterschiedlicher Störungszonen

• Variation des anstehenden Drucks durch den Fracking Vorgang



Szenario 1 (4)

Ergebnisse: kf[m/s] n

e[-]

10-3 0.05

10-6 - 10-10 0.01-0.001

10-5 0.01

10-8 0.001

Beispielhafte Ergebnisse für ein Setting:

Überdruck = 150 barkf Kluft = 10-3 [m/s]

Kluft am linken Rand

Aufstieg der Fracking-Flüssigkeit inder Kluft

1400m

Eindringen derFracking-Flüssigkeitin salinen Aquifer



Szenario 2 (1)

Aufbau:

• Großskaliges Modellgebiet (100km Länge)

• Modellgebiet basiert auf 2d Schnitt durchdas Münsterländer Kreidebecken(→ s. 2D Schnitt IHS)

Hydraulischer Gradient



Szenario 2 (2)Aufbau:

• Horizontaler Transport entlang natürlichem hydraulischen Gradienten

• Simulation über lange Zeiträume aufgrund geringer Fließgeschwindigkeiten

• Transport der Fracking Flüssikeit als konservativer Tracer in der Wasser Phase

• Annahme: Tracer befindet sich im gut durchlässigen Cenoman-Turonüber dem Carbon (gasführender Schicht)

• Einbau von vertikalen Störungszonen an verschiedenen Punkten



Szenario 2 (3)

Ziel:

• Qualitative Beschreibung des Langzeittransports der FrackingFlüssigkeit

• Vertikale Störungszonen durch den Cenoman-Turon sowie den schlecht durchlässigen Emscher Mergel sollen auch vertikalen Transport berücksichtigen



Methan Migration Szenario 3 (1)Problematik:

• Mögliche Ausbreitung von Methan als eigenständige Phase und in

Wasser gelöst

• Durch Fracking erzeugte Klüfte

könnten sich außerhalb der

gasführenden Schicht ausbreiten

Methan

GelöstesMethan

Grundwasser-strömung

Sand Körner



Methan Migration Szenario 3 (2)Problematik: (Methan in Phase)

• Methan Ansammlungen an Dom- bzw.Antiklinalstrukturen an der Grenze zuschlecht durchlässigen Schichten

• Durch ansteigende Methan Sättigungansteigender Gas Druck an Domstrukturen

→ Stärkere Migration an

bereits vorhandenen

Störungszonen

→ Entstehung von neuen

Störungszonendurch erhöhten Gasdruck



Methan Migration Szenario 3 (3)

Möglicher Szenarioaufbau:

• Beschreibung möglicher Methan Migration mit 2 Phasen (Wasser plus Methan) und 3 Komponenten Modell (´Methan, Wasser und Salinität)

• Langzeitsimulation

• Treibende Kraft: Dichte Unterschiede und Druckgradienten im Betrieb

• Berücksichtigung örtlicher hydrogeologischer Schichtungen (Settings)

• Beispielhafter Einbau von Störungszonen und Antiklinalstrukturen



Zusammenfassung

Auswahl von Szenarien auf der Basis von

Expertenwissen

Einbeziehung von Wahrscheinlichkeiten für die

Parameterverteilungen in ausgewählten Szenarien

Folgeberechnungen aus dem erhaltenen

Simulations-output, um es in für den jeweiligen

Standort belastbare Aussagen umzuformulieren

Szenarien zur Ausbreitung von Fracking-Flüssigkeit und Methan

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