Seismic and geoelectric/electro-magnetic methods are used as complementary tools for the identification of fluid/gas effects in underground storage and production scenarios. Both methods generally have very different resolution. Seismic tends to be acquired by much more dense geometrical layouts and the geoelectric or electro-magnetic acquisition being a potential field method shows information integrated over spatial distances. These inherent scale and design dependent differences require spatial tuning in joint inversion approaches and careful matching in independent interpretations of both methods. We present results matching seismic and electrical resistivity tomography (ERT) results from two repeat surveys acquired during CO2 storage operations at the Ketzin pilot site in Germany. Datasets are provided in HDF5 format and grouped in different levels. Two main levels exist. Raw data includes processed seismic data and ERT inversion results. Seismic mass estimation relies on amplitude differences and timeshifts. ERT inversion results have been converted from VTK. Please read the data description file for more information.
The data presented here contains PHREEQC geochemical modeling input and output files to model mineralogical-geochemical reactions due to the CO2 injection at the Ketzin CO2 storage site, Germany. The used modeling tool is PHREEQC version 3.4 (Parkhurst & Appelo, 2013), and the Pitzer database (PITZER.dat) is applied. The geochemical model is conducted to investigate the potential mineral precipitation in the reservoir. The available characterization of the Stuttgart Formation (Norden & Frykman, 2013) and pristine formation fluid (Würdemann et al., 2010) is used in the models. Ketzin baseline (referred as to B, data collected by Würdemann et al. (2010) and post-CO2 injection (referred as to PI, previously unpublished observation data) brine solutions were sampled and analyzed under the surface (B-S and PI-S) and reservoir conditions (B-R and PI-R). Ketzin reservoir pressure and temperature data were obtained at the observation well Ktzi 202 at a depth of 650m before and after the CO2 injection (previously unpublished observation data).
The Ketzin pilot site has been the longest-operating European onshore CO2 storage site. Between June 2008 and August 2013, a total amount of 67 kt of CO2 has safely been injected into a saline aquifer. The reservoir consists of 630 m to 650 m deep sandstone units of the Stuttgart Formation of Upper Triassic age. These were deposited in a fluvial environment (Förster et al., 2010). A sequence of about 165 m of overlaying mudstones and anhydrites is sealing the storage complex and act as caprock (Martens et al., 2012).The research and development programme at Ketzin is among the most extensive worldwide in the context of geological CO2 storage (Giese et al., 2009). Research activities have produced a broad data base and knowledge concerning the storage complex at Ketzin itself but also CO2 storage in general (Liebscher et al., 2013; Martens et al., 2011-2014; Würdemann et al., 2010; Schilling et al., 2009).This publication compiles the operational data (flow rate, cumulative mass, density, injection temperature, electrical conductivity and in-well pressure data) recorded during a field experiment on brine injection at the Ketzin pilot site during October 2015 to January 2015. Anyone should feel free to make use of the published data for any ethical purpose (civil use) – for example for process modelling and engineering.
Das Verbundhaben CO2MAN schließt an das EU-Projekt CO2SINK an und ist die Fortführung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur CO2-Speicherung am Pilotstandort in Ketzin. Der Fokus von CO2MAN liegt auf der Neu- bzw. Weiterentwicklung von zuverlässigen Überwachungstechnologien zum Nachweis der CO2-Ausbreitung im Speicher. Begleitet werden diese Messungen von umfangreichen Modellierungsarbeiten. Ziel ist es, ein möglichst kostengünstiges, sicheres und integriertes Überwachungskonzept für die geologische CO2-Speicherung in tiefen Grundwasserleitern zu entwickeln, das geophysikalische Messmethoden mit numerischer Modellierung verbindet. Die Bearbeitung des Verbundprojekts erfolgt in enger Kooperation der Verbundpartner im Rahmen von vier Themenfeldern: TF 1 Wissenschaftliche Infrastruktur, TF 2 Geophysikalisches Monitoring, TF 3 Reservoirprozesse und TF 4 Modellierung und Simulation. Das GFZ Potsdam übernimmt die Koordination des Verbundprojekts und ist für den Speicherbetrieb am Standort Ketzin sowie die Durchführung der geplanten Bohrungen zuständig. Zu den Aufgaben des GFZ gehört weiterhin die Durchführung des geophysikalischen Monitorings (Bohrlochmonitoring, Seismik, Geoelektrik), die Untersuchung von Reservoirprozessen (Geochemie, Mineralogie, Mikrobiologie, Petrophysik) sowie die geologische, geochemische und geomechanische Modellierung. Außerdem ist das GFZ für das Datenmanagement und die Öffentlichkeitsarbeit des Verbundes verantwortlich.
Das Deutsche GeoForschungsZentrum wird im Rahmen des Verbundprojekts GeoEn II Strategien entwickeln und Handlungsoptionen aufzeigen, um natürliche Ressourcen zu sichern und umweltverträglich zu gewinnen sowie eine nachhaltige Nutzung des unter- und oberirdischen Raums zu ermöglichen. Es werden Forschungen zum Aufbau und Betrieb von Untertagelabors mit Forschungsbohrungen, Labor- und Experimentiertechnik, tomographische Verfahren der geophysikalischen Tiefensondierung, sowie zur Analyse und Modellierung von Geoprozessen betrieben. Das GFZ wird mit dem Projekt GeoEn II und den daraus entstehenden Technologien das Innovationspotenzial in den Neuen Ländern weiter erhöhen. Zusätzlich soll im Bereich der Shale Gas-Forschung das Alleinstellungsmerkmal des GFZ durch die geplanten Arbeiten in GeoEn II verstärkt werden. Arbeitsplanung Zur Erforschung der Nutzungsprozesse werden methodische Entwicklungen umgesetzt, die den Aufbau des Monitoringsystems mit Temperaturbeobachtung und Fluidzusammensetzung in Groß Schönebeck bzw. die geophysikalische Erkundung in Ketzin betreffen. Die Experimente erlauben bisher bestehende Validierungen von Modellierungen von Langzeitzirkulationen zu optimieren. Dabei werden in den Arbeitspaketen Bohr- und Reservoirtechnologien sowie Charakterisierung geothermischer Fluide und ihrer Wechselwirkungen mit Materialien in geothermischen Anlagen und Reservoirgesteinen die Grundlagen gelegt. Zum Verständnis der Rolle mikrobiologisch induzierter Prozesse in Geoanlagen sollen die Partner GFZ und UP in GeoEn gemeinsam Struktureinheiten vorbereiten, die grundlegende Untersuchungen zu diesen Prozessen ermöglichen. Konzepte zur Erschließung und Nutzung von heimischen Shale Gas-Lagerstätten sollen entwickelt werden.
Das Verbundhaben CO2MAN schließt an das EU-Projekt CO2SINK an und ist die Fortführung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur CO2-Speicherung am Pilotstandort in Ketzin. Der Fokus von CO2MAN liegt auf der Neu- bzw. Weiterentwicklung von zuverlässigen Überwachungstechnologien zum Nachweis der CO2-Ausbreitung im Speicher. Begleitet werden diese Messungen von umfangreichen Modellierungsarbeiten. Ziel ist es, ein möglichst kostengünstiges, sicheres und integriertes Überwachungskonzept für die geologische CO2-Speicherung in tiefen Grundwasserleitern zu entwickeln, das geophysikalische Messmethoden mit numerischer Modellierung verbindet. Die Bearbeitung des Verbundprojekts erfolgt in enger Kooperation der Verbundpartner im Rahmen von vier Themenfeldern: TF 1 Wissenschaftliche Infrastruktur, TF 2 Geophysikalisches Monitoring, TF 3 Reservoirprozesse und TF 4 Modellierung und Simulation. Um die Ergebnisse von thermo-hydro-mechanisch-chemisch gekoppelten Simulationen im Kontext der geologischen Strukturen und der sich ergebenden physikalischen Parameter beurteilen zu können, sollen vom UFZ Leipzig Methoden der wissenschaftlichen Visualisierung weiterentwickelt und implementiert werden. Es ist geplant, zunächst die Anforderungen an Visualisierungsmethoden und Modellinteraktion zu spezifizieren. Unterstützt wird dies anhand einer ersten Visualisierung der geologischen Strukturen des Ketzin Reservoirs. Gleichzeitig soll die datenmäßige Infrastruktur geschaffen werden, um das Visualisierungszentrum des UFZ für die Visualisierung der Projektdaten zu nutzen. Als nächster Schritt werden zusätzlich die Reservoir Parameter dargestellt. Hierauf aufbauend sollen auch die Prozessdaten visualisiert werden, wobei entsprechende Methoden entwickelt und implementiert werden müssen, z. B. zur Darstellung von mehreren Attributen gleichzeitig oder von Daten mit Unsicherheiten. Abschließend ist eine Nutzung der entwickelten Methoden zur Darstellung der gesamten Feldstudie geplant.
Das Verbundhaben CO2MAN schließt an das EU-Projekt CO2SINK an und ist die Fortführung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur CO2-Speicherung am Pilotstandort in Ketzin. Der Fokus von CO2MAN liegt auf der Neu- bzw. Weiterentwicklung von zuverlässigen Überwachungstechnologien zum Nachweis der CO2-Ausbreitung im Speicher. Begleitet werden diese Messungen von umfangreichen Modellierungsarbeiten. Ziel ist es, ein möglichst kostengünstiges, sicheres und integriertes Überwachungskonzept für die geologische CO2-Speicherung in tiefen Grundwasserleitern zu entwickeln, das geophysikalische Messmethoden mit numerischer Modellierung verbindet. Die Bearbeitung des Verbundprojekts erfolgt in enger Kooperation der Verbundpartner im Rahmen von vier Themenfeldern: TF 1 Wissenschaftliche Infrastruktur, TF 2 Geophysikalisches Monitoring, TF 3 Reservoirprozesse und TF 4 Modellierung und Simulation. Die Universität Stuttgart ist am Teilprojekt Reservoirsimulation & Visualisierung beteiligt, in dessen Rahmen die Zusammenstellung und Integration der bisher vorhandenen Daten in ein Reservoirmodell erfolgen sowie dessen fortlaufende Aktualisierung sichergestellt werden soll. Nach einer umfangreichen Parametrisierung der verwendeten numerischen Simulatoren ist die Abbildung der bisherigen Ausbreitung des CO2 im Untergrund vorgesehen. Nachfolgend sollen mit Hilfe adaptierter Modelle Prognosen zur zukünftigen CO2-Ausbreitung und Druckentwicklung vorgenommen werden. Als zentrale Simulationswerkzeuge ist der Einsatz von TOUGH2 und OpenGeoSys vorgesehen.
Im Rahmen des von 2004 bis 2010 laufenden EU-Projekts CO2SINK wurde die unterirdische Speicherung von Kohlendioxid in einem tiefliegenden Grundwasserleiter untersucht. Dabei handelte es sich um das erste Projekt zur geologischen Kohlendioxidspeicherung, das auf dem europäischen Festland durchgeführt wurde. Auf einem Gelände im brandenburgischen Ketzin wurden 2007 insgesamt drei Bohrungen bis in eine Tiefe von etwa 800 Metern angelegt. Eine Bohrung dient zur Kohlendioxidinjektion, während die beiden anderen Bohrungen zur Beobachtung genutzt werden. Seit Juni 2008 wird Kohlendioxid hoher Reinheit in einen salinaren Grundwasserleiter der Stuttgart Formation in etwa 630 bis 650 m Tiefe injiziert. Vor der Speicherung fanden im Rahmen der Vorerkundung umfangreiche geologische, geophysikalische und petrophysikalische Untersuchungen statt. Während der Bohrphase wurden Gesteinsproben (Bohrkerne) aus dem Speicherhorizont und dem darüber liegenden Deckgebirge gewonnen, Fluide analysiert und hydraulische Untersuchungen durchgeführt. Die anschließende Speicherphase wird von einem aufwendigen Monitoringprogramm begleitet, mit dessen Hilfe die Kohlendioxidausbreitung im Untergrund verfolgt und die Speicherüberwachung gewährleistet werden. Das Projekt CO2SINK endete im März 2010 und wird im Rahmen des Projekts CO2MAN (CO2-Reservoirmanagement) fortgeführt. Die Ergebnisse, die im Rahmen von CO2SINK am Pilotstandort Ketzin erzielt wurden, sind vielversprechend. Für eine fundierte Bewertung der eingesetzten Technologie und des Speicherverhaltens sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich. Zentrale Ziele des Verbundprojekts CO2MAN sind die weitere Überwachung des Kohlendioxidausbreitungsverhaltens im Untergrund, die Charakterisierung und Quantifizierung Kohlendioxidinduzierter Wechselwirkungen, die Überprüfung von Modellierungs- und Simulationswerkzeugen sowie der Wissenstransfer in die Öffentlichkeit. Das Verbundprojekt gliedert sich in insgesamt vier Themenfelder. Themenfeld 1: Wissenschaftliche Infrastruktur: Im Rahmen des Themenfeldes 1 sollen der laufende Speicherbetrieb sichergestellt und zwei weitere Bohrungen abgeteuft werden. Themenfeld 2: Geophysikalisches Monitoring: Das Themenfeld 2 umfasst verschiedene komplementäre geophysikalische Monitoringverfahren. Themenfeld 3: Reservoirprozesse. Im Rahmen des Themenfeldes 3 sollen die Wechselwirkungen zwischen dem injizierten Kohlendioxid, dem Formationsfluid und dem Reservoir- bzw. Deckgestein untersucht werden. Themenfeld 4: Modellierung & Simulation: Das Themenfeld 4 dient der Modellierung und Simulation verschiedener Prozesse in der Speicherformation und den darüber liegenden Deckgesteinen. Öffentlichkeitsarbeit: Der Wissenstransfer in die Öffentlichkeit ist ebenfalls eine zentrale Aufgabe des Projekts und wurde bereits im Rahmen von CO2SINK erfolgreich durchgeführt. (Text gekürzt)
Übergeordnete Gesamtziele der wissenschaftlichen Arbeiten am CO2-Speicherstandort Ketzin sind die Verifikation und Verbesserung von Methoden zur Beobachtung und Quantifizierung des injizierten CO2. Die im Rahmen des EU-Projekts CO2SINK begonnenen Arbeiten sollen mit dem Verbundprojekt CO2MAN fortgesetzt werden. Ziel des Vorhabens COGITO ERGO SUM ist es, die durch die Industriefinanzierung im Projekt CO2MAN geschaffene Basis zur CO2-Injektionsdauer zu verbreitern. Durch die Bereitstellung von zusätzlichem CO2 sollen insbesondere 1. die Flexibilität der monatlichen Injektionsraten erhöht, 2. die Gesamtlaufzeit der Injektionsphase verlängert und dadurch 3. erweiterte wissenschaftliche Untersuchungen ermöglicht werden. Die Bearbeitung des geplanten Vorhabens erfolgt innerhalb von zwei Arbeitspaketen und in enger Kooperation mit dem Verbundprojekt CO2MAN.
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