Langzeit-Bohrungsverschluss: Konzeptentwicklung, numerische Modellierung und feldtechnische Erprobung - Wundram, Lars
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In dieser Dissertation wird ein innovatives Bohrungsverschlusskonzept mit langzeitiger Wirkung präsentiert, das für die Langzeitverwahrung von CO2 in tiefen Erdgaslagerstätten im Rotliegend der Lokation Altmark erprobt worden ist. Das neue Konzept stellt eine Erweiterung der konventionellen Verwahrungstechnologie von Förderbohrungen dar, in dem es die Vorteile des Kriechverhaltens der massiven, homogenen und tief liegenden (>3.000m) Zechsteinsalze, insbesondere in der Region Altmark, in das Bohrungsverschlusskonzept integriert. Es umfasst die folgenden Verschlusskomponenten, die sich in der…mehr

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Produktbeschreibung
In dieser Dissertation wird ein innovatives Bohrungsverschlusskonzept mit langzeitiger Wirkung präsentiert, das für die Langzeitverwahrung von CO2 in tiefen Erdgaslagerstätten im Rotliegend der Lokation Altmark erprobt worden ist. Das neue Konzept stellt eine Erweiterung der konventionellen Verwahrungstechnologie von Förderbohrungen dar, in dem es die Vorteile des Kriechverhaltens der massiven, homogenen und tief liegenden (>3.000m) Zechsteinsalze, insbesondere in der Region Altmark, in das Bohrungsverschlusskonzept integriert. Es umfasst die folgenden Verschlusskomponenten, die sich in der Materialzusammensetzung, der Lage, dem Wirkungseintritt und der Wirkungsdauer unterscheiden: (1) ein Standardverschlusselement als geotechnische Barriere in Form einer Zementverfüllung vom Speicherhorizont bis zum impermeablen Zechstein, (2) ein Salzverschlusselement, das sich innerhalb einer ausgefrästen und lateral erweiterten Bohrungssektion innerhalb des plastischen Zechsteins befindet und eine geologische Langzeitbarriere mit dem umgebenden Steinsalz bilden wird, (3) zwei Bridge Plugs im ungefrästen Teil der Bohrung oberhalb und unterhalb des Salzverschlusselements als geotechnische Barriere und Widerlager für die Salzkompaktion und (4) ein weiteres Standardverschlusselement aus Zement, das sich vom Bridge Plug oberhalb des Salzstopfens bis zum Bohrungskopf erstrecken wird. Diese wissenschaftliche Studie legt den Schwerpunkt auf die Entwicklung und feldtechnische Erprobung des natürlich ausgebildeten Salzverschlusselements als Schlüsselkomponente des Langzeitbohrungsverschlusskonzepts. Umfassende numerische Simulationen, die vor und während des Feldversuchs (2010-2011) durchgeführt wurden, haben erfolgreich die zeitliche Entwicklung der Bohrungskonvergenz vorhergesagt, wobei Feldmessdaten zwecks Modellverifikation hinzugezogen wurden. Die Ergebnisse des Gesamtprojektes umfassten: (1) Bewiesene vollständige Konvergenz der Zechsteinformation zum Verschluss der Bohrung sowohl numerisch als auch im Feldversuch, (2) das erfolgreiche Erbohren von Gesteinsbohrkernen aus dem Salzverschluss zwecks Gewinnung von Probekörpern für geomechanische und geohydraulische Laborversuche und (3) die nachgewiesene hydraulische Barriereintegrität der Zechsteinformation anhand eines Formationsintegritätstests mittels hydraulischer Injektion an der für den Feldversuch umgerüsteten Erdgasförderbohrung. Basierend auf diesen Ergebnissen kann das Langzeit-Bohrungsverschlusskonzept für die Lokation Altmark als erfolgreich bewertet werden. Gemäß den gewonnenen Erkenntnissen sowie der fachspezifischen Expertise kann dieses Konzept auch auf andere für die Gasspeicherung vorgesehene Lagerstätten unterhalb von Salzgesteinen übertragen werden.
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Autorenporträt
Lars Wundram wurde 1979 in Stade geboren, studierte Bauingenieurwesen an der Leibniz Universität Hannover und schließ 2008 mit dem Diplom im Vertiefungsfach Geotechnik ab. Nach einer Tätigkeit als Sachverständiger für Bodenmechanische/Geotechnische Fragestellungen in einem Ingenieurbüro begann er 2009 sein Promotionsstudium an der Technischen Universität Clausthal-Zellerfeld (TU Clausthal) im Fach ¿Petroleum Engineering¿ in der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Z. Hou. Als Mitarbeiter des Energie Forschungszentrums Niedersachsen (efzn) bearbeitete er dort Gebirgsmechanische Fragestellungen in der Erdöl-/Erdgastechnik. Im Rahmen seines Promotionsstudiums vertiefte er seine Kenntnisse in der Salzmechanik und bekam durch Besuch von Seminaren/Vorlesungen am Institut für Erdöl-/Erdgastechnik (ITE) der TU Clausthal für ihn bis dahin neuartige Einblicke in die Wissenschaft der Bohrtechnik und der Lagerstättenkunde. Durch die Übernahme des Koreferats durch Herrn Prof. Dr. Kurt M. Reinicke (ehemals Institutsleiter des ITE im Bereich Bohrtechnik) herrschte ein reger wissenschaftlicher Austausch mit den Doktoranden des Instituts und ihren vielfältigen Fragestellungen. Im Rahmen der Bearbeitung seines Promotionsthemas und der Tätigkeiten im CLEAN-Projekt über den langfristigen Verschluss von untertägigen CO2-Speicherstätten erschienen u.a. Veröffentlichungen in Fachbüchern/-journalen - Development of a long-term wellbore sealing concept based on numerical simulations and in-situ-testing in the Altmark natural gas field.Environmental Earth Sciences, Journal paper. Springer Verlag 2012. ISSN: 1866-6280, DOI10.1007/s12665-012-1670-7 - Development of a Long-Term Wellbore Sealing Concept. In: Advanced Technologies in Earth Sciences ¿ CLEAN CO2 Large-Scale Enhanced Gas Recovery in the Altmark Natural Gas Field ¿ Geotechnologien Science Report No.19. pp 39-51. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013. ISBN: 978-3-642-31676-0, ISSN: 2190-1635. DOI 10.1007/978-3-642-31677-7). Seit 2013 ist Lars Wundram Mitarbeiter beim Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) in Salzgitter und bearbeitet dort Gebirgsmechanische Fragestellungen im Bereich des untertägigen Monitorings (Standortüberwachung) und den numerischen Modellrechnungen.