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SPIN

erstellt von huenken zuletzt verändert: 05.08.2011 12:41

Projekt:
SPIN
Entwicklung des SPIN-Instrumenten-Systems für Erkundung und Monitoring bei der unterirdischen Kohlendioxid-Speicherung mittels nuklearmagnetischer Resonanz
Laufzeit:
01.05.2005 bis 31.08.2006 [Abbruch]
Koordinator:
Dr. A. Kaus

Geohydraulik Data GbR Kirchvers
Körnerstraße 2
55120 Mainz
Projektpartner:
Fachhochschule Gelsenkirchen, Labor für Hochspannungs- und Hochleistungspulstechnik

Technische Universität Berlin, Institut für Angewandte Geowissenschaften (Fachgebiet Angewandte Geophysik)
Programm:
Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN
Themenschwerpunkt: Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raumes
Ziele:
Das Ziel des Verbundes SPIN ist ein Beitrag zur sicheren und effizienten Realisierung von Kohlendioxid-Speicherprojekten mit Hilfe einer neu konzipierten, geophysikalischen Kernspinresonanztechnik.

Das von der Geohydraulik Data konzipierte Abbildungsverfahren mittels Kerspinresonanz (SPectroscopic Imaging of Nuclear magnetic resonance underground = SPIN) soll über die Wasserstoff-Verteilung im Untergrund bei der Charakterisierung von Reservoiren (Wasser, Erdgas, Erdöl, Mischungen) helfen und eine Bestimmung der Formations-Eigenschaften erlauben.

Die "Surface Nuclear Magnetic Resonance" (SNMR) ist eine etablierte Methode zur Erkundung des oberflächennahen Untergrundes bis 150 m. Um einen Einsatz im Rahmen von Sequestrierungsvorhaben zu ermöglichen, ist eine Erweiterung auf Tiefen von mehr als 1000 m erforderlich. Hierzu soll eine ortsfeste Dipolquelle mit einer Länge von 1 bis 1,5 km (geerdet über den Stahlausbau von existierenden Tiefbohrungen oder dem Gestänge von Flachbohrungen) genutzt werden, um einen definierten Stromimpuls zu generieren. Das dadurch erzeugte magnetische Feld führt zu einer Auslenkung der Kernspins von Wasserstoffvorkommen im Untergrund. Nach Rückkehr (Relaxation) der Kernspins in ihre ursprüngliche Position wird ein magnetisches Feld ausgestrahlt. Diese magnetische Resonanz-Antwort kann von mobilen Empfängerantennen registriert werden.

Im Rahmen der Kohlendioxid-Sequestrierung ist das geplante Verfahren für stillgelegte Öl- und Gasfelder, tiefe Kohleflöze und tiefe salinare Aquifere anwendbar. In allen diesen Fällen sind die Poren, Klüfte und sonstige Hohlräume im Gebirge von Wasserstoff führenden Medien wie Wasser, Öl, Methan und deren Mischungen ausgefüllt.

Da die Amplitude der NMR-Signale direkt proportional zur Anzahl der Wasserstoff-Protonen ist, kann mit Hilfe der NMR-Methode der Gehalt im Untergrund detektiert und quantifiziert werden. Aufgrund der Verdrängung des vorhandenen wasserstoffhaltigen Mediums ist es möglich, die Ausbreitung des sequestrierten Kohlendioxids zu verfolgen. Dazu bedarf es entsprechender Referenzmessungen im Vorfeld der Sequestrierung.

Die NMR Technik soll eingesetzt werden für
  • die 3D-Erkundung des Speichers und der Überdeckung bezüglich Wasser- und Kohlenwasserstoffgehalt, effektiver Porosität und Durchlässigkeit vor der Kohlendioxid-Injektion
  • ein Monitoring der Kohlendioxidausbreitung in der Reservoir-Formation während der Injektion
  • die Langzeit-Sicherheitskontrolle nach Abschluss der Kohlendioxid-Einspeicherung
Nach Abschluss einer Machbarkeitsstudie ist die Entwicklung eines Prototyps geplant, der an einem bereits gut erkundeten Testfeld erprobt werden soll.

Anmerkung: Die Machbarkeitsstudie hat gezeigt, dass sich Oberflächen-NMR nicht für den Einsatz als Monitoring-Instrument bei der Kohlendioxidspeicherung eignet. Die Förderung des Verbundvorhabens SPIN wurde deshalb eingestellt.