Hydraulische Stimulation von tiefen Erdschichten - FRACKING - zur Gewinnung von Energierohstoffen Dr. Johannes Peter Gerling

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Mina Hofer
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1 Hydraulische Stimulation von tiefen Erdschichten - FRACKING - zur Gewinnung von Energierohstoffen Dr. Johannes Peter Gerling Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover Expertenhearing, Zweckverband Großraum Braunschweig, 3. Juli 2012

2 Wie wird ein Frac erzeugt?

3 Fracoperation: Begleitendes Monitoring Deformationsmessung (Uni Hannover) Schallmessung Seismologisches Monitoring GeneSys: Keine seismischen Ereignisse oder Deformationen registriert!

4 Wo/wann wird diese Methode eingesetzt? Ziele Petrothermale Geothermielagerstätten tief liegende, nahezu dichte Erdgaslagerstätten ( tight gas ) Flözgas / Schiefergas Einsatzstoffe Reines Wasser Wasser mit Zusätzen (Stützmittel, Chemikalien) Tiefen Geothermie > 3000 m Tight gas m Flözgas/Schiefergas m

5 Fracking Fluide für Schiefergas: Hydraulische Suspensionen aus: Wasser Sand/Keramik 5 32 % [geom. Mittel 18,3 %] Chemikalien 0,2 11 % [geom. Mittel 1,55 %] Chemikalien sollen Entmischung der Suspensionen sowie Wachstum von Biofilmen verhindern Folie: T. Himmelsbach

de) teilweise schwer abbaubar und toxisch Wassergefährdungsklassen 1 bis 3 Einstufung nach Gefahrstoffrecht

6 Chemikalien Biozide Tenside Lösungsmittel ph-stabilisatoren Sauerstoffzehrer Erdölderivate sonstige In Deutschland ca Substanzen eingesetzt (Quelle: teilweise schwer abbaubar und toxisch Wassergefährdungsklassen 1 bis 3 Einstufung nach Gefahrstoffrecht (Gesundheit): Xn = Gesundheitsschädlich Xi = reizend T = Giftig C = Ätzend Kontamination des Grundwassers muss sicher ausgeschlossen sein Folie: T. Himmelsbach

7 Beispiel: Soehlingen Z6 Wasser: 382 m 3 Stützkörper: 72 t Chemikalien: 5,7 t (1,2 %) davon 2,2 t gefährliche Chemikalien Quelle: Folie: T. Himmelsbach

8 Hydrogeologische Situation Norddeutschland (Raum Lüneburg) Tonbarriere Rupelton Quelle: Geotektonischer Atlas von NW-Deutschland (BGR 2001) Folie: T. Himmelsbach

Süßwasserstockwerk Tonbarriere Tiefenwasserstockwerk (salinare Aquifere) Klare Trennung zwischen oberflächennahen nutzbarem Süßwasser und hochsalinen Tiefenwasser aufgrund von Tonbarrieren und

9 Süßwasserstockwerk Tonbarriere Tiefenwasserstockwerk (salinare Aquifere) Klare Trennung zwischen oberflächennahen nutzbarem Süßwasser und hochsalinen Tiefenwasser aufgrund von Tonbarrieren und Dichteunterschieden von Süß- und Salzwässern (hydraulische Barriere) Kontamination von oberflächennahem Süßwasser aufgrund der hydrogeologischen Situation wenig wahrscheinlich Kritische Bereiche Salzstöcke und Störungszonen Folie: T. Himmelsbach

10 Prognose der Rissausbreitung durch Modellierung Gesamtziel der Modellberechnungen Abschätzung der Rissdimensionen bei der Stimulation unkonventioneller Kohlenwasserstoff-Lagerstätten Ableiten der Bedingungen für einen möglichen Kontakt von injiziertem Fluid und Grundwasserleiter Vorgehensweise (Beispielberechnung) Software FieldPro der Fa. RESNET Definition einer beispielhaften Modell-Lithologie (Bsp. für Norddeutsches Becken) Zuordnen der gebirgsmechanischen und -hydraulischen Parameter Berechnung der resultierenden Rissdimensionen

11 Rissausbreitung bei hydraulischer Stimulation s H Modell- eingangsparameter Injektionsrate und -volumen, Fluidarten Geohydraulische Parameter Gesteinsmechanische Parameter Gebirgsspannungen s v s h

12 0 Tiefe m Spannungsprofil Injektionshorizont H = m L/2 = 270m bar minimale horizontale Hauptspannung

13 H = 370 m Rissausbreitung bei hydraulischer Stimulation Modellergebnis (1) Injektion von 5000 m³ Wasser mit 100 l/s K = m² 1 Ring = 1 h L = 270 m

14 H = 320 m Rissausbreitung bei hydraulischer Stimulation Modellergebnis (2) Injektion von 5000 m³ Wasser mit 100 l/s K = m² 1 Ring = 1 h L = 320 m

15 Fazit Fracking ist eine seit Jahrzehnten in DEU praktizierte Technologie Fracking im tiefen Untergrund ist wg. des Abstands zur Erdoberfläche und aufgrund der Barrierewirkung der überlagernden Schichten (Salz) keine Gefahr für Trinkwasser Fracking im flachen Untergrund (ca m) ist aus geowissenschaftlicher Sicht mit Trinkwasserschutz vereinbar, sofern gesetzliche Regelungen eingehalten werden, notwendige technische Maßnahmen getroffen sind und standortbezogene Voruntersuchungen durchgeführt wurden. Per Simulationsrechnungen können Rissgeometrien im tiefen Untergrund ermittelt werden Modelle lassen Aussagen bzgl. Annäherung an Aquifere oder an Trinkwasser-führende Horizonte zu

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