Poröse Reservoirgesteine werden sowohl zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und geothermischer Energie als auch zur Zwischenspeicherung von Gasen genutzt. Dabei verursachen sedimentäre und strukturelle Grenzflächen (z. B. Schichtung, Störungen, Deformationsbänder) häufig Durchlässigkeitsunterschiede im Reservoir, die sich um mehrere Größenordnungen vom unbeeinflussten Gesteinsbereichen unterscheiden können. Diese Permeabilitätsanisotropien wirken sich durch hydromechanische Druckänderungen während der Reservoirnutzung auf den Zweiphasenfluss und damit auf die Reservoirintegrität aus.
Ziel des Verbundprojekts MERID ist es, den Einfluss von sedimentären und strukturellen Mikrogefügen auf die Fließeigenschaften in Reservoiren und auf deren Integrität zu quantifizieren. Hierzu sollen die durch Fluiddruckänderungen auftretenden Permeabilitätsvariationen in porösen siliziklastischen Reservoiren experimentell sowie numerisch analysiert und modelliert werden. Es ist geplant, verschiedene Prozesse auf der Kornskala zu untersuchen und mit Hilfe von digitalen Gesteinsmodellen auf die Reservoirskala zu übertragen. In den digitalen Gesteinsmodellen werden Eigenschaften wie Kornmorphologie, Schichtgefüge, mineralogische Zusammensetzung, und geomechanische Merkmale charakterisiert. Auf Grundlage dieser Modelle sollen mit systematischen Strömungssimulationen anisotrope Permeabilitätstensoren und Strömungskennlinien für verschiedene Sandsteine und Porendrücke bestimmt werden. Es ist geplant, die Untersuchungen im Rahmen von sieben Arbeitspaketen durchzuführen. Die Arbeiten umfassen eine Reservoircharakterisierung anhand von Bohrkernmaterial und analogen Gesteinsproben. Mit Hilfe von geomechanischen Laborversuchen wird die Entwicklung von Kompaktionsstrukturen und deren Auswirkungen auf die Porosität und Permeabilität untersucht. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für repräsentative digitale Gesteinsmodelle und fließen in Strömungssimulationen ein, bei der anisotrope Permeabilitätstensoren auf der Porenskala und Reservoirskala bestimmt werden. Hieran schließt sich eine geomechanische Simulation zur Spannungsverteilung im Reservoir an. Die im Rahmen der Untersuchungen ermittelten Veränderungen des Gesteinsgefüges und daraus resultierende Permeabilitätsanisotropien bewirken einen Abfall des Porendrucks im Reservoir und sollen mit Hilfe von realen Reservoirdaten (History Match) verifiziert werden. Als Ergebnis soll ein neuartiges gekoppeltes Modell (Simulator) vorliegen, das die zeitliche Änderung des Lagerstättendrucks auf die Fließeigenschaften eines Reservoirs berücksichtigt. Der Simulator kann zur Prognose der Permeabilitätsentwicklung genutzt werden und damit einen wesentlichen Beitrag zum sicheren und wirtschaftlichen Betrieb von Reservoiren leisten.
Poröse Reservoirgesteine werden als Kohlenwasserstoffreservoire exploriert und als geothermische oder Gas-Zwischenspeicher genutzt. Sie beinhalten sedimentäre Grenzflächen und durch Kompaktion verursachte Strukturen (Drucklösung, Deformationsbänder), die als Permeabilitätsanisotropien während der hydromechanischen Druckänderungen die Reservoirintegrität beeinflussen.
Gleichzeitig werden die Gesteine von einem Zweiphasenfluss (injiziertes Fluid vs. Formationswasser, Öl vs. Formationswasser) durchströmt, wobei die relativen Permeabilitäten von den Benetzungseigenschaften der mineralogischen Mikrostrukturen abhängen. Ziel des interdisziplinären Projekts ist die Modellierung des mikrostrukturellen Einflusses auf den Zweiphasenfluss und die Reservoirintegrität. Hierzu werden die während der Fluiddruckänderungen variierenden vertikalen und horizontalen Permeabilitäten in porösen Reservoiren experimentell und numerisch analysiert und modelliert. Durch gekoppelte geomechanische und hydrodynamische Modelle wird die dreidimensionale Hydrodynamik des Mehrphasenflusses unter Berücksichtigung der Benetzungseigenschaften auf der Kornskala berechnet und das repräsentative Volumen für die Reservoir-Skala abgeleitet. Die Ergebnisse werden anhand vorhandener Reservoirdaten validiert und die gewonnenen Erkenntnisse zur Reservoirintegrität quantifiziert. In dem integrierten interdisziplinären Ansatz werden erstmalig kornskalige Prozesse in Reservoirprozessen appliziert. Die Ergebnisse finden Anwendung in der effizienteren Nutzung von tiefen Reservoiren.
Im schweizerischen Felslabor Grimsel der Nagra werden seit 1983 Eigenschaften granitischer Formationen im Hinblick auf die Endlagerung radioaktiver Abfaelle untersucht. Das Thema der derzeitigen GSF-Arbeiten (VE3) in der Felslaborphase III (1991-1993) ist die Erarbeitung der petrophysikalischen Daten fuer die Beschreibung des Zweiphasenflusses in der kristallinen Matrix und die Kalibrierung des grossraeumigen hydraulischen Modells sowie die Absicherung der Ergebnisse durch in-situ-Messungen. Das GSF-Programm sieht waehrend der Felslaborphase IV vor, im Labor und in situ die Beeinflussung der hydraulischen Fliessverhaeltnisse durch Saettigungsaenderungen im stollennahen Matrixbereich des Kristallins und den Zweiphasenfluss mittels eines hydraulischen Modells quantitativ zu untersuchen. Die Anwendungsmoeglichkeit eines geoelektrischen Messverfahrens soll fuer die raeumliche Erfassung des Wassergehaltes kristalliner Gesteine ueberprueft werden. Diese Arbeiten sind fuer alle Gesteine von Bedeutung, sofern diese die Anforderungen an Barrierengesteine fuer Endlager erfuellen.
Endlager fuer radioaktive Abfaelle im Salinar oder Kristallin sollen mit Tonen oder Ton-Mineralgemischen verschlossen werden. Fuer die Bewertung der Wirksamkeit dieser Nahbereichsbarrieren sind Untersuchungen und die Bereitstellung von Parametern zum advektiven und diffusiven Transport einer gasfoermigen und fluessigen Phase in diesen Materialien notwendig. Es sollen der Zweiphasenfluss und der Kapillardruck fuer verschiedene Wassersaettigungsgrade an Tonen, Ton-Sand-Gemischen verschiedener Zusammensetzung und unterschiedlicher Kompaktierung sowie natuerlichen Tonsteinen untersucht und modelltheoretisch interpretiert werden. Fuer die Langzeitsicherheitsanalyse werden damit Ausgangsdaten fuer weitergehende Berechnungen zur Ausbreitung freigesetzter Radionuklide zur Verfuegung gestellt.