Injektion und injektionsrelevante Prozesse im geologischen Speicher

Beispiel: CO2-Pipeline zu Injektionsbohrungen in In-Salah, Algerien Quelle: BGR

In diesem Arbeitsfeld wurden folgende Aspekte untersucht:

• Fluid‐ bzw. Transporteigenschaften des CO₂‐Stroms in der Injektionsbohrung bei der Injektion von CO₂‐Strömen mit Begleitstoffen als Fluid hoher Dichte.
• Fluiddynamik im Speicher (v. a. Ausbreitung der CO₂‐Fahne und ggf. Rückdiffusion des Formationswassers) mit Fokus auf den Auswirkungen variabler Injektionsmengen auf den Reservoirdruck im bohrlochnahen Bereich und die daraus resultierenden geomechanischen Belastungen des Speichergesteins.
• Gleichgewichtskonzentrationen und Reaktionsraten für gemäß dem Szenario ausgewählte Systeme (Fluid, Formationswasser, Mineral/Gestein, Druck, Temperatur).
• Auswirkungen variierender CO₂‐Strom‐Zusammensetzungen auf Wasser‐Gesteinswechselwirkungen im bohrungsnahen Bereich eines Speichers.
• Auswirkung variierender CO₂‐Strom‐Zusammensetzungen auf injektionsrelevante Gesteinseigenschaften (vor allem Porosität, Permeabilität, Porenraumstruktur, geomechanische Gesteinseigenschaften).

Aus den Ergebnissen sollten u.a. Empfehlungen zu akzeptablen Druckschwankungen und Variationen der CO₂-Strom-Zusammensetzung bei Injektion und Speicherung abgeleitet werden.

Korngefüge des roten (oben) und grauen (unten) Wesersandsteins als Analoga für ein Speichergestein Quelle: MLU

Wie beim Transport, müssen bei der Injektion eines CO₂‐Stroms in einen geologischen Speicher Phasenübergänge bzw. signifikante Dichteänderungen des CO₂‐Stroms in der Injektionsbohrung vermieden werden. Daher wurde ein Berechnungswerkzeug entwickelt, getestet und validiert, mit dem Fluideigenschaften, Strömungsverhalten und Phasenzustand des CO₂‐Stroms in der Injektionsbohrung genau berechnet werden können. Des Weiteren wurden mögliche Auswirkungen variabler Injektionsmengen auf den Reservoirdruck und die daraus resultierenden geomechanischen Belastungen der Speicher- und Barrieregesteine anhand von hydraulisch‐mechanischen Modellberechnungen abgeschätzt.



Mögliche Reaktionen des Speichergesteins mit CO₂ und unterschiedlichen bzw. wechselnden Begleitstoffen wurden in verschiedenen Experimenten (Batch- und Durchflussexperimente) und mit Modellberechnungen untersucht. In diesen Experimenten und Berechnungen sollten insbesondere mögliche Veränderungen von Porosität, Permeabilität, Porenraumstruktur sowie geomechanischen Gesteinsparameter durch eine zeitlich veränderliche CO₂‐Strom-Zusammensetzung betrachtet werden.

Simulierte räumliche Verteilung der Ankeritlösung durch Injektion eines CO2-SO2-Gemisches (99:1 mol%:mol%) in einen salinaren Aquifer; die Injektion erfolgt bei R = 0 m (Wolf et al., 2016)