Für eine sichere und nachhaltige Nutzung unterirdischer Geosysteme muss die Integrität von Reservoir- und Barrieregesteinen langfristig gewährleistet sein. Eine besondere Rolle spielen dabei Prozesse, welche durch Rissbildung und Risswachstum zu einer Schwächung des Gesteins führen können. Diese Schwächung kann z. B. durch Diffusions- und Transportprozesse infolge wechselnder Druck- und Spannungsbedingungen hervorgerufen werden. Dabei ist die Rissbildung und Rissausbreitung im Untergrund mit seismischen Ereignissen verbunden. Diese Mikrobeben sind zumeist nur mit entsprechend sensitiver Messtechnik registrierbar, die Seismizität kann allerdings auch spürbare Größenordnungen erreichen oder sogar zu Schädigungen an Bauwerken und Infrastruktur führen. In konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten wird häufig nach einem längeren Produktionszeitraum eine erhöhte seismische Aktivität festgestellt, die auf Kompaktionsprozesse des Reservoirgesteins und die Aktivierung von Bruchzonen zurückzuführen ist. Bei der hydraulischen Stimulierung unkonventioneller Kohlenwasserstofflagerstätten oder geothermischer Reservoire werden seismische Ereignisse aufgezeichnet, die je nach Belastungszyklus und Gesteinstyp stark variieren können. Auch in Gasspeichern führen Belastung und Rissbildung zu erhöhter Seismizität, welche Prozesse anzeigt, die sich ungünstig auf die Speicherstabilität auswirken. Im Rahmen des Verbundprojekts SECURE sollen skalenübergreifende Werkzeuge zur Prognose und Charakterisierung hydromechanischer Prozesse bei der Nutzung unterirdischer Reservoirsysteme entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf Rissbildung und Risswachstum in Reservoiren und Deckgesteinen, welche als mikroseismische Ereignisse detektiert werden können. Hierzu sollen Modelle konzipiert werden, die erstmals bruchmechanische Prinzipien mit probabilistischen Seismizitätsmodellen kombinieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete. Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets steht das Monitoring. Dabei soll geprüft werden, wie schwache Mikroseismizität bestmöglich detektiert und charakterisiert werden kann. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung einheitlicher Standards zur Beschreibung von Magnituden und Herdparametern. Das zweite Arbeitspaket umfasst die Entwicklung fluidmechanischer Reservoirmodelle anhand von vier Fallstudien. Hierfür werden von den Industriepartnern Daten aus konventionellen Erdgasfeldern, aus Experimenten zur hydraulischen Stimulierung, aus Gasspeichern und aus geothermischen Aquifersystemen bereitgestellt. Ziel ist es, Druck- und Spannungsfelder als Funktion der Produktions- und Feldparameter zu bestimmen. Im dritten Arbeitspaket sollen auf Basis von Spannungssimulationen Seismizitätsmodelle entwickelt werden, welche zur Kalibrierung der fluidmechanischen Reservoirmodelle dienen. (Text gekürzt)
Eine transparente und standortunabhängige Methodik zur Risikobewertung ist ein wesentlicher Baustein für die Akzeptanz sowie eine effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung des geologischen Untergrundes. Die Stärke der vorgeschlagenen Methodik besteht darin, dass sie in jeder Projektphase auf dem jeweils aktuellen Kenntnisstand und Entwicklungsstand der Detailmodelle beruht und im Laufe der Entwicklung eines Projektes kontinuierlich verbessert wird. Der modulare Aufbau der Methodik ermöglicht hierbei, unabhängig vom Programmpaket die aktuellsten Modelle standortspezifisch zu integrieren. Ein Systemsimulationsmodell (AP 1) dient als Grundlage zur Risikobewertung durch die Integration der in den Einzelmodulen (APs 2-5) entwickelten Prozessmodelle. GEOSMART verfolgt das Ziel, eine konsistente Methodik zur Risikobewertung für die Nutzung des geologischen Untergrundes für hydro- und geothermale Tiefengeothermieprojekte sowie zur Speicherung und Entsorgung von Fluiden auf der Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu schaffen. Mithilfe einer bei der probabilistischen Modellierung üblichen Korrelationsanalyse werden Prozesse und Parameter identifiziert, die einen wesentlichen Beitrag zum standortspezifischen Risiko leisten. Dies erlaubt eine objektivierte Durchführung des Risikomanagements. Dazu erfolgt in GEOSMART die Implementierung von gekoppelten Prozesssimulationsmodellen unter Berücksichtigung von Mehrphasenfluss, Geomechanik, Geochemie und Wärmetransport sowie deren innovative Integration in ein ganzheitliches Systemsimulationsmodell zur effizienten Quantifizierung der wesentlichen Risiken. Der Arbeitsplan umfasst folgende Schritte: 1.) Analyse des aktuellen Standes von W+T 2.) Aufbau von Modellen zur Rissausbreitung bzw. Aktivierung existierender Diskontinuitäten 3.) Anwendung der Modelle auf zwei unterschiedliche Standorte 4.) Ableitung von Meta-Modellen als Input für die Monte-Carlo basierte Risikoanalyse
Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Laborprogramms zur Untersuchung von thermisch induzierter und gasdruckgetriebener Rissbildung bei Wasserstoff gefüllten Speicherkavernen im Steinsalz. Da es aktuell keine Labor- oder in situ Versuche gibt, welche die Kombination von thermisch induzierter und druckgetriebener Rissbildung untersuchen, sind diese Laborversuche notwendig, um die Mechanismen dieser Art der Rissbildung und Fortschreitung besser zu verstehen und die Forschungsergebnisse des Projektes 'RiSa' eindeutig validieren zu können. Zunächst wird in enger Zusammenarbeit mit GL Test Systems ein neuartiger Prüfstand zum punktuellen Kälteeintrag in einen unter Innendruck stehenden Salzgesteinshohlprüfkörper realisiert. Nach einer Phase von Vorversuchen werden anschließend Versuchsreihen mit verschiedenen Salztypen sowie Belastungs- und Temperaturbedingungen durchgeführt. Abschließend werden numerische Nachrechnungen mit den in 'RiSa' entwickelten Modellen vorgenommen. Somit können die numerischen Modelle zur thermisch induzierter und gasdruckgetriebener Rissbildung und Rissfortschreitung überprüft werden. Das Projekt 'La-thi-ga' unterteilt sich in drei Teilbereiche, welche von zwei Mitarbeitern/-innen bearbeitet werden: 1 Entwicklung der Versuchsanlage, 2 Durchführung der Laborversuche, 3 Durchführung numerischer Nachrechnungen der Laborversuche mit zwei verschiedenen numerischen Programmsystemen. Zunächst wird die Firma GL Test Systems die notwendige Versuchsanlage in enger Zusammenarbeit mit dem IGtH / IUB entwickeln (s. AAK Antrag - GL Test Systems). In verschiedenen Versuchsreihen mit unterschiedlichem Steinsalz und unterschiedlichen Belastungsbedingungen werden die Laborversuche von den zwei Mitarbeitern/ -innen durchgeführt. Parallel zu den Laborversuchen werden die numerischen Nachrechnungen durchgeführt, wobei die zwei Mitarbeiter/ -innen die Versuche mit jeweils unterschiedlichen numerischen Programmsystemen bearbeiten und simulieren.
Ziel des Verbundprojekts GEOSMART ist es, eine transparente und standortunabhängige Methode zur Risikobewertung von hydrothermalen und petrothermalen Tiefengeothermieprojekten sowie von Speicherprojekten auf Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu entwickeln. Üblicherweise wird bei Risikoanalysen zunächst eine Reihe konzeptioneller Vereinfachungen vorgenommen, um komplexe Prozesse im Rahmen probabilistischer Ansätze beschreiben zu können. Für das Projekt GEOSMART wurde ein entgegengesetzter Ansatz gewählt. Es ist beabsichtigt, die erforderlichen Prozessmodelle zunächst entsprechend dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik einschließlich der Prozesskopplung zu entwickeln. Im Anschluss werden für die Prozessmodelle mittels Sensitivitätsanalysen die Schlüsselparameter identifiziert, die den größten Einfluss auf die einzelnen Risikokomponenten haben. Die Abhängigkeit der Risikokomponenten von den Schlüsselparametern wird dann in Form von Wertetabellen bzw. Antwortfunktionen abgebildet und an ein zentrales Systemsimulationsmodell übergeben, mit dem die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die einzelnen Risikokomponenten berechnet wird. Die Schnittstelle über die Wertetabellen bzw. Antwortfunktionen stellt die wesentliche Vereinfachung dar und ermöglicht eine probabilistische Simulation komplexer Modelle. Der entscheidende Vorteil gegenüber herkömmlichen Risikoanalysen besteht darin, dass die relevanten Prozesse nicht auf Grundlage stark vereinfachter Modelle abgebildet werden, was die Genauigkeit von Prognosen deutlich erhöht. Das Projekt GEOSMART gliedert sich in fünf Arbeitspakete. Im Rahmen des ersten Arbeitspaketes wird mit Hilfe des Programmpaketes GoldSim ein zentrales Systemsimulationsmodell entwickelt, an das sämtliche Prozessmodelle über Schnittstellen gekoppelt werden. Das zweite Arbeitspaket befasst sich mit einem Prozessmodell zur Integrität des Deckgebirges und den Auswirkungen von unkontrolliertem Risswachstum im Rahmen der hydraulischen Stimulation. Hierfür sind gekoppelte strömungsmechanische Simulationen vorgesehen. Im dritten Arbeitspaket wird die Migration von Fluiden aus einem Reservoir über geologische Schwächezonen betrachtet. Dabei wird mit dem Prozessmodell insbesondere der Stoff- und Wärmetransport quantifiziert. Änderungen des Spannungsfeldes und die dadurch möglicherweise induzierte Seismizität stehen im Zentrum des vierten Arbeitspaketes. Es ist geplant, mit einem Prozessmodell Wertetabellen für die Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Ereignisse und Erschütterungskarten zu liefern. Im fünften Arbeitspaket wird die Integrität von Bohrungssystemen untersucht. Unter Berücksichtigung aller relevanten Prozesse erfolgt die Quantifizierung von Fluidleckagen für das Gesamtsystem Bohrung mithilfe gekoppelter numerischer Simulationen. (Text gekürzt)
Für eine sichere und nachhaltige Nutzung unterirdischer Geosysteme muss die Integrität von Reservoir- und Barrieregesteinen langfristig gewährleistet sein. Eine besondere Rolle spielen dabei Prozesse, welche durch Rissbildung und Risswachstum zu einer Schwächung des Gesteins führen können. Diese Schwächung kann z. B. durch Diffusions- und Transportprozesse infolge wechselnder Druck- und Spannungsbedingungen hervorgerufen werden. Dabei ist die Rissbildung und Rissausbreitung im Untergrund mit seismischen Ereignissen verbunden. Diese Mikrobeben sind zumeist nur mit entsprechend sensitiver Messtechnik registrierbar, die Seismizität kann allerdings auch spürbare Größenordnungen erreichen oder sogar zu Schädigungen an Bauwerken und Infrastruktur führen. In konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten wird häufig nach einem längeren Produktionszeitraum eine erhöhte seismische Aktivität festgestellt, die auf Kompaktionsprozesse des Reservoirgesteins und die Aktivierung von Bruchzonen zurückzuführen ist. Bei der hydraulischen Stimulierung unkonventioneller Kohlenwasserstofflagerstätten oder geothermischer Reservoire werden seismische Ereignisse aufgezeichnet, die je nach Belastungszyklus und Gesteinstyp stark variieren können. Auch in Gasspeichern führen Belastung und Rissbildung zu erhöhter Seismizität, welche Prozesse anzeigt, die sich ungünstig auf die Speicherstabilität auswirken. Im Rahmen des Verbundprojekts SECURE sollen skalenübergreifende Werkzeuge zur Prognose und Charakterisierung hydromechanischer Prozesse bei der Nutzung unterirdischer Reservoirsysteme entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf Rissbildung und Risswachstum in Reservoiren und Deckgesteinen, welche als mikroseismische Ereignisse detektiert werden können. Hierzu sollen Modelle konzipiert werden, die erstmals bruchmechanische Prinzipien mit probabilistischen Seismizitätsmodellen kombinieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete. Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets steht das Monitoring. Dabei soll geprüft werden, wie schwache Mikroseismizität bestmöglich detektiert und charakterisiert werden kann. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung einheitlicher Standards zur Beschreibung von Magnituden und Herdparametern. Das zweite Arbeitspaket umfasst die Entwicklung fluidmechanischer Reservoirmodelle anhand von vier Fallstudien. Hierfür werden von den Industriepartnern Daten aus konventionellen Erdgasfeldern, aus Experimenten zur hydraulischen Stimulierung, aus Gasspeichern und aus geothermischen Aquifersystemen bereitgestellt. Ziel ist es, Druck- und Spannungsfelder als Funktion der Produktions- und Feldparameter zu bestimmen. Im dritten Arbeitspaket sollen auf Basis von Spannungssimulationen Seismizitätsmodelle entwickelt werden, welche zur Kalibrierung der fluidmechanischen Reservoirmodelle dienen. (Text gekürzt)
Eine transparente und standortunabhängige Methodik zur Risikobewertung ist ein wesentlicher Baustein für die Akzeptanz sowie eine effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung des geologischen Untergrundes. Die Stärke der vorgeschlagenen Methodik besteht darin, dass sie in jeder Projektphase auf dem jeweils aktuellen Kenntnisstand und Entwicklungsstand der Detailmodelle beruht und im Laufe der Entwicklung eines Projektes kontinuierlich verbessert wird. Der modulare Aufbau der Methodik ermöglicht hierbei, unabhängig vom Programmpaket die aktuellsten Modelle standortspezifisch zu integrieren. Ein Systemsimulationsmodell (AP 1) dient als Grundlage zur Risikobewertung durch die Integration der in den Einzelmodulen (APs 2-5) entwickelten Prozessmodelle. GEOSMART verfolgt das Ziel, eine konsistente Methodik zur Risikobewertung für die Nutzung des geologischen Untergrundes für hydro- und geothermale Tiefengeothermieprojekte sowie zur Speicherung und Entsorgung von Fluiden auf der Grundlage einer modularen Simulation des Gesamtsystems zu schaffen. Mithilfe einer bei der probabilistischen Modellierung üblichen Korrelationsanalyse werden Prozesse und Parameter identifiziert, die einen wesentlichen Beitrag zum standortspezifischen Risiko leisten. Dies erlaubt eine objektivierte Durchführung des Risikomanagements. Dazu erfolgt in GEOSMART die Implementierung von gekoppelten Prozesssimulationsmodellen unter Berücksichtigung von Mehrphasenfluss, Geomechanik, Geochemie und Wärmetransport sowie deren innovative Integration in ein ganzheitliches Systemsimulationsmodell zur effizienten Quantifizierung der wesentlichen Risiken. AP 1.1 Prozessanalyse und konzeptionelles Modell: AP 1.2 Modellimplementierung: AP 1.3 Anwendungsszenario: AP 1.4 Sensitivitätsanalyse AP 1.5 Anpassung und Dokumentation AP 1.6 Koordination des Gesamtprojektes
Inhalt der Forschungsarbeit ist die Definition und Beschreibung des Grenzzustandes, insbesondere der Rissinitiation von unterströmten Baugrubenwände in bindigen Böden. Der Grenzzustand wird auf ein Erosionsversagen zurückgeführt und allgemein gültig beschrieben.
Untersuchung der Verbrennung und Schadstoffentstehung in einem direkeinspritzenden Dieselmotor. Hierzu werden mittels getakteter Gasentnahme Brenngasproben von verschiedenen Positionen im Brennraum entnommen. Diese werden auf die Komponenten: Trockener Russ; Polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK); HC, NOx, CO, CO2, O2 analysiert. Die Messdaten geben Aufschluss ueber den raumlichen und zeitlichen Ablauf der Verbrennung und der Schadstoffentstehung/der Schadstoffreduktion. Die Messdaten sollen als Eingangsdaten bzw zur Verifizierung von Rechenmodellen verwandt werden.
Aerosole treten in unterschiedlichen Bereichen der Verfahrenstechnik entweder als unerwuenschtes Abgas auf oder werden als Produkt gezielt generiert. Typische Beispiele sind die Entstehung von Russpartikeln bei Verbrennungsprozessen, die Erzeugung von technischen Russen, von keramischen Partikeln, Pigmenten, nanokristalinen und magnetischen Werkstoffen. Zur gezielten Beeinflussung dieser Prozesse sind Kenntnisse sowohl der chemischen Zusammensetzung der Gase als auch der Groesse und Menge der Partikel erforderlich. Zur Untersuchung dieser Vorgaenge werden Partikel aus russenden Niederdruckflammen mit Hilfe einer Molekularstrahlanlage in ein Partikel-Massenspektrometer (PMS) geleitet. Dort koennen elektrisch geladene Partikel bezueglich ihrer Masse und Ladung analysiert werden. Untersuchungen an russenden C6H6/O2-Flammen wurden durchgefuehrt, um den Einfluss von aromatischen und aliphatischen Strukturen der Brennstoffe auf die Russbildung zu studieren. Ein grosser Anteil an Fullerenionen konnte nachgewiesen werden. In C2H2/C6H6/O2-Mischflammen konnten sowohl benzoltypische als auch acetylentypische Partikel nachgewiesen werden. In Zukunft sollen Partikel aus russenden C6H6/O2-Flammen abgeschieden und gesammelt werden, um den Fullerenanteil mit anderen Diagnosemethoden zu bestimmen.
Durch die Austrocknung und Rissbildung mineralischer Dichtungsschichten in Oberflaechenabdichtungen kann die Funktionstuechtigkeit des Abdichtungssystems vermindert werden. Die Hauptaufgabe der Oberflaechenabdichtung, die Minimierung der Infiltration in den Deponiekoerper und damit die Sickerwasserneubildung, ist somit nicht mehr in vollem Umfang gewaehrleistet. Hierzu sind in den letzten Jahren zahlreiche Felduntersuchungen durchgefuehrt worden. Ziel des Forschungsprojektes am Lehrstuhl fuer Ingenieurgeologie und Hydrogeologie ist es, die Austrocknung und die damit verbundene Veraenderung der Durchlaessigkeit von mineralischen Dichtungsmaterialien im Labormassstab zu erfassen und im Hinblick auf die Austrocknungsgefaehrdung und Rissbildung mineralischer Dichtungsschichten zu bewerten. Die Untersuchungen werden an Flotationsbergmaterial und natuerlichen Deponietonen durchgefuehrt. Flotationsberge fallen bei der Steinkohlenaufbereitung an und stellen ein feinkoerniges bindiges Material aus Ton-, Silt- und Sandsteinen des Oberkarbons dar. Sie sollen als mineralisches Dichtungsmaterial im Deponiebau eingesetzt werden. Neben der Charakterisierung des Probenmaterials und der Ermittlung der Proctordichte wird das Austrocknungsverhalten und die Rissbildung proctorverdichteter Flotationsberge und Tone bei unterschiedlichen Temperatur- und Feuchteverhaeltnissen ermittelt. Hierbei wird im wesentlichen die zeitliche Veraenderung des Volumens und des Wassergehaltes betrachtet. Nach definierten Trocknungszeiten, dh nach Erreichen einer bestimmten Wasserspannung an der Probenoberflaeche, werden die Veraenderungen der Durchlaessigkeit in Triaxialzellen untersucht. Aus den Laborergebnissen sollen Auswirkungen des Materialverhaltens auf die mineralische Dichtungsschicht abgeschaetzt werden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 25 |
| Wissenschaft | 2 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 25 |
| License | Count |
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| offen | 25 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 25 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 18 |
| Webseite | 7 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 21 |
| Lebewesen & Lebensräume | 15 |
| Luft | 14 |
| Mensch & Umwelt | 25 |
| Wasser | 15 |
| Weitere | 25 |