Development of geophysical methods to characterize methane hydrate reservoirs on a laboratory scale

Gashydrate sind kristalline Feststoffe bestehend aus Wasser und Gasmolekülen. Sie sind stabil bei erhöhten Drücken und niedrigen Temperaturen. Natürliche Hydratvorkommen treten daher an Kontinentalhängen, in Permafrostböden und in tiefen Seen sowie Binnenmeeren auf. Bei der Hydratbildung orientieren sich die Wassermoleküle neu und bilden sogenannte Käfigstrukturen, in die Gas eingelagert werden kann. Aufgrund des hohen Drucks bei der Hydratbildung können große Mengen an Gas in die Hydratstruktur eingebaut werden. Das Volumenverhältnis von Wasser zu Gas kann dabei bis zu 1:172 bei 0°C und Atmosphärendruck betragen. Natürliche Gashydrate enthalten hauptsächlich Methan. Da Methan sowohl ein Treibhausgas als auch ein Brenngas ist, stellen Gashydrate gleichermaßen eine potentielle Energieressource sowie eine mögliche Quelle für Treibhausgase dar. Diese Arbeit untersucht die physikalischen Eigenschaften von Methanhydrat gesättigten Sedimentproben im Labormaßstab. Dazu wurde ein großer Reservoirsimulator (LARS) mit einer eigens entwickelten elektrischen Widerstandstomographie ausgerüstet, die das erste Mal an hydratgesättigten Sedimentproben unter kontrollierten Temperatur-, Druck-, und Hydratsättigungsbedingungen im Labormaßstab angewendet wurde. Üblicherweise ist der Porenraum von (marinen) Sedimenten mit elektrisch gut leitendem Salzwasser gefüllt. Da Hydrate einen elektrischen Isolator darstellen, ergeben sich große Kontraste hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften im Porenraum während der Hydratbildung und -zersetzung. Durch wiederholte Messungen während der Hydraterzeugung ist es möglich die räumliche Widerstandsverteilung in LARS aufzuzeichnen. Diese Daten bilden in der Folge die Grundlage für eine neue Auswerteroutine, welche die räumliche Widerstandsverteilung in die räumliche Verteilung der Hydratsättigung überführt. Dadurch ist es möglich, die sich ändernde Hydratsättigung sowohl räumlich als auch zeitlich hoch aufgelöst während der gesamten Hydraterzeugungsphase zu verfolgen. Diese Arbeit zeigt, dass die entwickelte Widerstandstomographie eine gute Datenqualität aufwies und selbst geringe Hydratsättigungen innerhalb der Sedimentprobe detektiert werden konnten. Bei der Umrechnung der Widerstandsverteilung in lokale Hydrat-Sättigungswerte wurden die besten Ergebnisse mit dem Archie-var-phi Ansatz erzielt, der die zunehmende Hydratphase dem Sedimentgerüst zuschreibt, was einer Abnahme der Porosität gleichkommt. Die Widerstandsmessungen zeigten weiterhin, dass die schnelle Hydraterzeugung im Labor zur Ausbildung von kleinen Hydratkristallen führte, die dazu neigten, zu rekristalliesieren. Es wurden weiterhin Hydrat-Abbauversuche durchgeführt, bei denen die Hydratphase über Druckerniedrigung in Anlehnung an den 2007/2008 Mallik Feldtest zersetzt wurde. Dabei konnte beobachtet werden, dass die Muster der Gas- undWasserflussraten im Labor zum Teil gut nachgebildet werden konnten, jedoch auch aufbaubedingte Abweichungen auftraten. In zwei weiteren Langzeitversuchen wurde die Realisierbarkeit und das Verhalten bei CO2-CH4-Hydrat Austauschversuchen in LARS untersucht. Das tomographische Messsystem wurde dabei genutzt um während der CH4 Hydrat Aufbauphase die Hydratverteilung innerhalb der Sedimentprobe zu überwachen. Im Zuge der anschließenden CO2-Injektion konnte mithilfe der Widerstandstomographie die sich ausbreitende CO2-Front überwacht und der Zeitpunkt des CO2 Durchbruchs identifiziert werden.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Potsdam

Year

2016

Author dc:creator

• Priegnitz, Mike

Contributors dc:contributor

• Schicks, Judith Maria

• hydrate
• Electrical Resistivity Tomography (ERT)
• geophysics
• Gashydrate
• Elektrische Widerstandstomographie (ERT)
• Geophysik

Statement dc:rights

• Keine öffentliche Lizenz: Unter Urheberrechtsschutz

Repository record source_url

https://publishup.uni-potsdam.de/frontdoor/index/index/docId/8932

OAI identifier oai:identifier

oai:kobv.de-opus4-uni-potsdam:8932