DE102010007655A1 - Method for monitoring carbon dioxide reservoir in e.g. coal-fired power station, involves closing lines or regions determined from time variation of amplitude and/or frequency and from alteration of dynamic change on state of reservoir - Google Patents

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    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Abstract

The method involves measuring natural seismic earth noises by multiple sensors (1a-1c), and determining a frequency spectrum for various measurement time slots. A set of spectral lines or spectral regions determined from a time variation of amplitude and/or a frequency and from an alteration of a dynamic change are closed on a state of a carbon dioxide (CO2) reservoir. Time variation of the spectral lines or the spectral regions is compared with another set of spectral lines or spectral regions resulting on the state of the CO2 reservoir. An independent claim is also included for a device for monitoring a CO2 reservoir comprising a frequency transformer for transforming sensor signals into a frequency room.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen von CO2-Lagerstätten.The invention relates to a method and a device for monitoring CO 2 deposits.

Kohlendioxid (CO2) fällt bei jeder Art von Verbrennung, vor allem bei der Industrieproduktion, beim Betrieb von Kohlekraftwerken, sowie in grollen Mengen bei der Förderung von Erdöl und Erdgas, an. Da es als Treibhausgas wirkt, beeinflusst es nicht nur die Umwelt nachhaltig, sondern wirkt bereits in geringerer Konzentration toxisch auf den menschlichen Organismus.Carbon dioxide (CO 2 ) is produced in all types of incineration, especially in industrial production, in the operation of coal-fired power plants, and in large quantities in the production of crude oil and natural gas. Since it acts as a greenhouse gas, not only does it have a lasting effect on the environment, it also has a toxic effect on the human organism at a lower concentration.

In den Industrieländern hat man sich daher entschlossen, in größeren Mengen anfallendes Kohlendioxid in natürlichen unterirdischen Speichern zu lagern. Zur Lagerung sind natürliche Formationen aus porösem Gestein geeignet, über denen ein Deckgestein liegen muss, das für CO2 absolut undurchlässig ist. Das poröse Gestein kann mit Wasser gefüllt sein, welches beim Einpressen von CO2 unter hohem Druck verdrängt wird und so Raum für das zu speichernde Medium freigibt.In industrialized countries, it has therefore decided to store larger amounts of carbon dioxide in natural underground storage. For storage, natural formations of porous rock are suitable, over which a cover stone must lie, which is absolutely impermeable to CO 2 . The porous rock can be filled with water, which is displaced under high pressure during the injection of CO 2 and thus releases space for the medium to be stored.

Von größter Bedeutung für die Eignung als CO2-Lagerstätte ist die Dichtigkeit des Deckgesteins. Wegen der tektonischen Bewegungen der Erdkruste ist diese besonders problematisch. Ein weiteres Risiko stellt der Umstand dar, dass das CO2 bei hohen Drücken und hohen Temperaturen in eine ”superkritische Phase” übergeht, in der die physikalischen Eigenschaften des CO2 denen einer Flüssigkeit mit dem Verhalten eines Gases gleichkommen. In dieser superkritischen Phase besitzt das CO2 ein extrem hohes Lösungs- und Diffusionsvermögen, das es dem CO2 ermöglicht, vermeintliche Deckschichten und Speichergrenzen ggf. leicht zu durchdringen und somit aus der Lagerstätte zu entkommen.Of utmost importance for suitability as CO 2 deposit is the tightness of the cover rock. Because of the tectonic movements of the earth's crust this is particularly problematic. Another risk is the fact that CO 2 at high pressures and high temperatures changes into a "supercritical phase" in which the physical properties of CO 2 equate to those of a liquid with the behavior of a gas. In this supercritical phase, the CO 2 has an extremely high solubility and diffusivity, which allows the CO 2 , if necessary, easily penetrate putative surface layers and storage limits and thus escape from the deposit.

Wegen der toxischen und umweltschädlichen Eigenschaften des CO2 sind für CO2-Lagerstätten erhebliche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, insbesondere um ein unkontrolliertes Austreten von CO2 zu vermeiden oder dies zumindest frühzeitig zu erkennen.Because of the toxic and environmentally harmful properties of CO 2 , considerable safety precautions must be taken for CO 2 deposits, in particular in order to avoid an uncontrolled escape of CO 2 or at least to recognize this at an early stage.

Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Testbohrungen bis in die Tiefe der Lagerstätte auszuführen und dort Sensoren zu platzieren, die z. B. den Druck, die Temperatur oder andere physikalische Messgrößen erfassen. Aus den Messdaten wird dann das Fluidverhalten des gespeicherten Mediums abgeleitet. Derartige Testbohrungen haben den Nachteil, dass sie relativ aufwändig und teuer sind. Außerdem sind sie für die Überwachung von CO2-Lagerstätten eher ungeeignet, da sie nur für geschlossene Systeme mit festen Randbedingungen sinnvolle Ergebnisse liefern und es sich bei natürlichen CO2-Lagerstätten um „offene” Systeme handelt, die sich in unvorhersehbarer Weise verändern können. So können z. B. lithologische Veränderungen auftreten, die den Betriebszustand des CO2 beeinflussen, oder das gespeicherte CO2 kann plötzlich in neue Randbereiche des Speichers eindringen, wobei zwischen dem Eindringen von CO2 in Randbereiche und einem Austreten zur Erdoberfläche nicht unterschieden werden kann. Hinzu kommt, dass die Anzahl der Testbohrungen begrenzt ist und es sehr unwahrscheinlich ist, dass eine Zustandsänderung des Speichers genau an der Position auftritt, an der sich eine Testbohrung befindet.From the state of the art, it is known, for example, to carry out test bores down to the depth of the deposit and to place sensors there, which are eg. B. detect the pressure, temperature or other physical parameters. The fluid behavior of the stored medium is then derived from the measured data. Such test bores have the disadvantage that they are relatively complicated and expensive. Moreover, they are rather unsuitable for the monitoring of CO 2 deposits, as they provide meaningful results only for closed systems with fixed constraints and natural CO 2 deposits are "open" systems that can change in an unpredictable way. So z. B. lithological changes that affect the operating state of the CO 2 , or the stored CO 2 can suddenly penetrate into new edge regions of the memory, which can not be distinguished between the penetration of CO 2 in edge regions and an exit to the earth's surface. In addition, the number of test wells is limited and it is very unlikely that a memory state change will occur exactly where a test well is located.

Alternativ könnten unterirdische CO2-Lagerstätten auch mittels eines Bodenradars oder eines Bodensonars überwacht werden, das elektromagnetische oder akustische Wellen aussendet, die dann an Grenzschichten unterschiedlicher Art reflektiert werden. Mit diesen Verfahren könnten somit geometrische Veränderungen der Grenzschichten erfasst werden. Für die Überwachung des CO2 selbst sind diese Verfahren jedoch nicht geeignet.Alternatively, underground CO 2 deposits could also be monitored by means of a ground radar or a ground sonar that emits electromagnetic or acoustic waves which are then reflected at boundary layers of different types. With these methods, geometric changes of the boundary layers could thus be detected. However, these methods are not suitable for monitoring the CO 2 itself.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Überwachen von natürlichen CO2-Lagerstätten zu schaffen, mittels dessen bzw. derer der Zustand der Lithologie und/oder des CO2 überwacht werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a device for monitoring natural CO 2 deposits, by means of which or the state of the lithology and / or the CO 2 can be monitored.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1, sowie im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1, and in claim 8. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen von natürlichen CO2-Lagerstätten vorgeschlagen, bei dem mittels wenigstens eines Sensors das natürliche seismische Erdrauschen passiv gemessen, und aus verschiedenen Zeitfenstern des bzw. der Sensorsignale jeweils ein Frequenzspektrum ermittelt wird. Aus der zeitlichen Änderung der Amplituden und/oder Frequenzen bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche und/oder aus der zeitlichen Änderung des dynamischen Verhaltens bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche können Informationen über den Zustand der Gesteinsformation oder des darin enthaltenen CO2 abgeleitet werden. So kann beispielsweise aus dem Anstieg einer Amplitude einer signifikanten Spektrallinie auf eine Zunahme des internen CO2-Drucks an einer bestimmten Position, oder auf eine Ausbreitung von CO2 in bestimmte Bereiche der Gesteinsformation geschlossen werden. Auch aus einer Frequenzverschiebung einzelner Amplituden-Maxima hin zu höheren oder niedrigeren Frequenzen kann eine Aussage über Veränderungen in der Gesteinsformation oder im CO2 gemacht werden. Außerdem kann z. B. aus dem temporären Auftreten eines Amplituden-Maxima bei einer bestimmten Frequenz, z. B. bei 25 Hz oder 40 Hz, auf eine geologische Veränderung in der CO2-Lagerstätte oder eine Veränderung des Phasenzustands des CO2 geschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit auch die Möglichkeit, unvorhersehbare geologische Veränderungen oder plötzliche Veränderungen des gespeicherten CO2 zu erfassen.According to the invention, a method for monitoring natural CO 2 deposits is proposed in which the natural seismic ground noise is measured passively by means of at least one sensor, and in each case a frequency spectrum is determined from different time windows of the sensor signal (s). From the temporal change of the amplitudes and / or frequencies of certain spectral lines or spectral ranges and / or from the temporal change of the dynamic behavior of certain spectral lines or spectral ranges, information about the state of the rock formation or the CO 2 contained therein can be derived. For example, an increase in amplitude of a significant spectral line may account for an increase in internal CO 2 pressure at a particular location, or a spread of CO 2 to certain areas of the rock formation. From a frequency shift of individual amplitude maxima to higher or lower frequencies, a statement about changes in the rock formation or in CO 2 can be made. In addition, z. B. from the temporary occurrence of an amplitude maxima at a certain frequency, z. At 25 Hz or 40 Hz, on a geological change in the CO 2 deposit or a change in the phase state of CO 2 are concluded. The method according to the invention thus also offers the possibility of detecting unpredictable geological changes or sudden changes in the stored CO 2 .

Die genannten seismischen Sensoren sind vorzugsweise an oder nahe der Erdoberfläche angeordnet und befinden sich maximal in wenigen Metern Tiefe. Die Sensoren sind vorzugsweise wenigstens im Bereich der zu CO2-Lagerstätte fest installiert. Im Randbereich oder außerhalb des CO2-Feldes können dagegen auch mobile Sensoren für eine oder wenige Messungen ausgesetzt werden. Die mobilen Sensoren werden z. B. für bestimmte Zeitfenster an unterschiedlichen Positionen temporär ausgesetzt.Said seismic sensors are preferably arranged at or near the earth's surface and are located at a maximum depth of a few meters. The sensors are preferably permanently installed at least in the region of the CO 2 deposit. In contrast, mobile sensors for one or a few measurements can be exposed in the edge area or outside the CO 2 field. The mobile sensors are z. B. temporarily suspended for certain time windows at different positions.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zeitliche Änderung bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche beobachtet und ausgewertet.According to a preferred embodiment of the invention, the temporal change of certain spectral lines or spectral ranges is observed and evaluated.

Wahlweise oder zusätzlich kann aber auch die zeitliche Änderung einer ersten Menge von Spektrallinien oder Spektralbereichen mit derjenigen einer zweiten Menge von Spektrallinien oder Spektralbereichen verglichen und daraus eine Information über den Zustand der Gesteinsformation oder des darin enthaltenen CO2 gewonnen werden. Eine Menge kann dabei ein oder mehrere Elemente umfassen. Die zugrunde liegenden Sensorsignale können von einem einzigen oder von verschiedenen Sensoren stammen. Die zeitliche Änderung der Amplitude oder Frequenz kann in einem einzigen oder in unterschiedlichen Zeitabschnitten betrachtet werden, wie z. B. die zeitliche Änderung einer ersten Amplitude in einem ersten Zeitabschnitt im Verhältnis zur zeitlichen Änderung derselben oder einer anderen Amplitude in einem zweiten Zeitabschnitt.Optionally or additionally, however, the temporal change of a first set of spectral lines or spectral ranges can be compared with that of a second set of spectral lines or spectral ranges, and information about the state of the rock formation or of the CO 2 contained therein can be obtained therefrom. An amount may include one or more elements. The underlying sensor signals may be from a single or different sensors. The temporal change of the amplitude or frequency can be considered in a single or in different time periods, such. Example, the temporal change of a first amplitude in a first period in proportion to the time change of the same or another amplitude in a second period of time.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nicht das gesamte vom Sensor aufgenommene Spektrum überwacht, sondern nur solche Spektrallinien und/oder Spektralbereiche, deren Frequenz unterhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz liegt. Es hat sich gezeigt, dass Frequenzen kleiner als 100 Hz, insbesondere kleiner als 50 Hz und vor allem Frequenzen kleiner als 30 Hz besonders aussagekräftig und damit relevant sind für die Überwachung der CO2-Lagerstätte sind. Insbesondere sind auch Frequenzen über 30 Hz relevant.According to a preferred embodiment of the invention, not all of the spectrum recorded by the sensor is monitored, but only those spectral lines and / or spectral regions whose frequency is below a predetermined cutoff frequency. It has been found that frequencies less than 100 Hz, in particular less than 50 Hz and especially frequencies smaller than 30 Hz are particularly meaningful and therefore relevant for monitoring the CO 2 deposit. In particular, frequencies above 30 Hz are also relevant.

Die durch Frequenztransformation erzeugten Frequenzspektren werden vorzugsweise in diskrete Spektralbereiche mit einer vorgegebenen Breite von z. B. 0,2 Hz zerlegt.The frequency spectrums generated by frequency transformation are preferably divided into discrete spectral ranges with a predetermined width of z. B. 0.2 Hz decomposed.

Der Beobachtungszeitraum, in dem die zeitliche Änderung der Spektrallinien und/oder Spektralbereiche überwacht wird, kann mehrere Stunden oder auch Tage betragen. Die Datenaufnahme kann dabei kontinuierlich aber auch diskontinuierlich erfolgen. Dadurch lassen sich Veränderungen im CO2, wie z. B. eine Ausbreitung des CO2 in bestimmte Teilbereiche der Lagerstätte, beobachten. Außerdem lassen sich Zustandsänderungen der Gesteinsformation ermitteln. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also möglich, Veränderungen im Druck, der Temperatur oder der Ausdehnung von CO2, oder geologische Veränderungen der Gesteinsformation zu erkennen. Dadurch wird es auch möglich – iterativ – Ausbreitungsmodelle (forward modelling) für den Speicher zu entwickeln.The observation period, in which the temporal change of the spectral lines and / or spectral ranges is monitored, can be several hours or even days. The data recording can be done continuously but also discontinuously. As a result, changes in CO 2 , such. B. a spread of CO 2 in certain areas of the deposit, observe. In addition, state changes of the rock formation can be determined. With the aid of the method according to the invention, it is thus possible to detect changes in the pressure, the temperature or the extent of CO 2 , or geological changes in the rock formation. This also makes it possible - iteratively - to develop propagation models (forward modeling) for the memory.

Außerdem ist es durch eine Extrapolation der Messdaten in die Zukunft möglich, einen Trend für das zukünftige Verhalten des CO2 oder der Gesteinsformation zu bestimmen.In addition, by extrapolating the measurement data into the future, it is possible to determine a trend for the future behavior of the CO 2 or the rock formation.

Zur Auswertung der Sensordaten ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die unter anderem einen Frequenztransformator zum Erzeugen eines Frequenzspektrums aus den Sensorsignalen, sowie einen Profilanalysator umfasst, der die zeitliche Änderung der Amplitude und/oder der Frequenz bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche ermittelt und daraus eine Information über den Zustand der Gesteinsformation oder des darin enthaltenen CO2 bestimmt.For the evaluation of the sensor data, a device is provided according to the invention which, inter alia, comprises a frequency transformer for generating a frequency spectrum from the sensor signals, as well as a profile analyzer, which determines the temporal change of the amplitude and / or the frequency of certain spectral lines or spectral ranges and from this an information determined by the state of the rock formation or the CO 2 contained therein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 einen Querschnitt durch ein lithologisches Profil einer CO2-Lagerstätte; 1 a cross section through a lithological profile of a CO 2 deposit;

2 die Anordnung mehrerer Sensoren innerhalb und außerhalb einer CO2-Lagerstätte; 2 the arrangement of several sensors inside and outside a CO 2 deposit;

3 mehrere zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommene Spektralprofile; und 3 several spectral profiles recorded at different times; and

4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Überwachen von natürlichen CO2-Lagerstätten; 4 a block diagram of a device for monitoring natural CO 2 deposits;

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen Querschnitt durch ein lithologisches Profil einer CO2-Lagerstätte mit mehreren Gesteinsschichten 3, 4 und 5. Die Schicht 3 ist dabei ein poröses Gestein, in dem CO2, das von der Erdoberfläche in die Tiefe gepumpt wird, gespeichert werden kann. Das in der Schicht 3 gespeicherte CO2 ist mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. 1 shows a cross section through a lithological profile of a CO 2 deposit with multiple rock layers 3 . 4 and 5 , The layer 3 is a porous rock in which CO 2 , which is pumped from the earth's surface into the depth, can be stored. That in the layer 3 stored CO 2 is denoted by the reference numeral 2 designated.

Über der porösen Schicht 3 liegt eine CO2-undurchlässige Deckschicht 4, die verhindert, dass das CO2 nach oben zur Erdoberfläche entweichen kann. Eine über der Deckschicht 4 liegende Schicht 5 bildet eine Übergangszone zur Erdoberfläche. Over the porous layer 3 lies a CO 2 impermeable cover layer 4 , which prevents CO 2 from escaping up to the surface of the earth. One over the top layer 4 lying layer 5 forms a transition zone to the earth's surface.

An oder nahe der Erdoberfläche sind mehrere Sensoren 1a–1c angeordnet, die das natürliche seismische Erdrauschen aufnehmen. Der Abstand zwischen zwei der Sensoren 1a–1c kann z. B. einige hundert Meter oder wenige Kilometer betragen.At or near the surface of the earth are several sensors 1a - 1c arranged to absorb the natural seismic noise of the earth. The distance between two of the sensors 1a - 1c can z. B. be a few hundred meters or a few kilometers.

Die Sensoren 1a–1c nehmen ein kontinuierliches Signal auf, mit einer Abtastrate von beispielsweise 100 Samples pro Sekunde (SPS). Sie setzen dabei geringste Bewegungen der Erdoberfläche in eine elektrische Messgröße um [V sec/m]. Die Messsignale der Sensoren 1a–1c werden vorzugsweise noch im jeweiligen Sensor digitalisiert und enthalten vorzugsweise die folgenden Bestandteile: eine Sensorkennung, eine Information über die Koordinaten des Ortes, an dem sich der Sensor befindet, eine Zeitmarke und die eigentlichen Messdaten als kontinuierlicher Datenstrom.The sensors 1a - 1c record a continuous signal at a sample rate of, for example, 100 samples per second (SPS). They set the smallest movements of the earth's surface into an electrical measurand [V sec / m]. The measuring signals of the sensors 1a - 1c are preferably still digitized in the respective sensor and preferably contain the following components: a sensor identifier, information about the coordinates of the place where the sensor is located, a time stamp and the actual measurement data as a continuous data stream.

Die Sensorsignale werden beispielsweise drahtlos an eine Auswerteeinheit (nicht gezeigt) übertragen, die die kontinuierlichen Messdaten in den Frequenzraum transformiert. Aus dem Spektrum können z. B. die Amplitude und die Frequenz einzelner Spektrallinien oder Spektralbereiche ermittelt werden. Jedem Signal ist eine Koordinate und eine absolute Zeit zugeordnet (UTM/UTC). Aus der Gesamtheit aller Sensorsignale lässt sich dann eine in Raum und Zeit unterteilte Informationscharakteristik ableiten (Ereignisraum).The sensor signals are transmitted, for example, wirelessly to an evaluation unit (not shown), which transforms the continuous measurement data into the frequency domain. From the spectrum z. B. the amplitude and the frequency of individual spectral lines or spectral ranges are determined. Each signal is assigned a coordinate and an absolute time (UTM / UTC). From the totality of all sensor signals, an information characteristic subdivided into space and time can then be derived (event space).

Im Rahmen der Signalauswertung werden die durch Frequenztransformation erzeugten Frequenzspektren vorzugsweise in diskrete Spektralbereiche mit einer Breite von z. B. 0,2 Hz zerlegt. Diese Frequenzbereiche decken einen Frequenzbereich mit niedrigen Frequenzen, z. B. zwischen 0,1 Hz und 30 Hz, vollständig ab. Aus der Position oder Amplitude bestimmter Spektrallinien und/oder deren zeitlicher Veränderung kann der Zustand der Gesteinsformation 3–5 oder des darin enthaltenen CO2 bestimmt werden. So kann z. B. aus dem temporären Auftreten eines Amplituden-Maxima bei einer bestimmten Frequenz auf Veränderungen im CO2-Reservoir geschlossen werden.As part of the signal evaluation, the frequency spectrums generated by frequency transformation are preferably in discrete spectral regions with a width of z. B. 0.2 Hz decomposed. These frequency ranges cover a frequency range with low frequencies, e.g. B. between 0.1 Hz and 30 Hz, completely off. From the position or amplitude of certain spectral lines and / or their temporal change, the state of the rock formation 3 - 5 or the CO 2 contained therein. So z. B. from the temporary occurrence of an amplitude maxima at a certain frequency to be inferred changes in the CO 2 reservoir.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die Spektrallinien oder Spektralbereiche eines einzigen Sensorsignals analysiert. So kann z. B. eine erste Menge von Spektrallinien oder Spektralbereichen, oder deren zeitliche Änderung, mit einer zweiten Menge von Spektrallinien oder Spektralbereichen verglichen werden, um daraus auf einen Zustand der Gesteinsinformation 3–5 oder des darin enthaltenen CO2 zu schließen. Alternativ oder zusätzlich können aber auch die aus einem ersten Sensorsignal generierten Spektren mit den aus einem zweiten Sensorsignal generierten Spektren verglichen werden.According to a first embodiment of the invention, the spectral lines or spectral ranges of a single sensor signal are analyzed. So z. B. a first set of spectral lines or spectral regions, or their temporal change, are compared with a second set of spectral lines or spectral ranges, in order to a state of the rock information 3 - 5 or the CO 2 contained therein. Alternatively or additionally, however, the spectra generated from a first sensor signal can also be compared with the spectra generated from a second sensor signal.

2 zeigt eine Aufsicht auf ein Überwachungsgebiet mit zwei Zonen, das eine zentrale Zone A und eine die Zone A ringförmig umgebende Zone B umfasst. Die Zone A deckt im Wesentlichen die räumliche Ausdehnung des CO2-Feldes 2 ab. In dieser Zone sind die Sensoren 1a–1g fest installiert. Die Zone B deckt die Randbereiche des CO2-Feldes 2 ab und erstreckt sich im Wesentlichen außerhalb der geometrischen Ausdehnung des CO2-Feldes 2. In der Zone B sind die Sensoren nicht fest installiert, sondern werden vorzugsweise nur für eine oder mehrere Messungen ausgesetzt. 2 shows a plan view of a surveillance area with two zones, which comprises a central zone A and a zone B surrounding the zone A annular. Zone A essentially covers the spatial extent of the CO 2 field 2 from. In this zone are the sensors 1a - 1g permanently installed. Zone B covers the border areas of the CO 2 field 2 and extends substantially outside the geometric extent of the CO 2 field 2 , In Zone B, the sensors are not permanently installed, but are preferably exposed to only one or more measurements.

3 zeigt mehrere Frequenzspektren, die aus unterschiedlichen Zeitenfenstern t1–t6 eines kontinuierlichen Sensorsignals eines einzigen Sensors 1a–1g erzeugt wurden. Jedes Zeitfenster kann z. B. eine Länge von mehreren Minuten, wie z. B. 30 min haben. Der dargestellte Frequenzbereich umfasst dabei Frequenzen zwischen 0 Hz und etwa 6 Hz. Wie zu erkennen ist, verändert sich die Position einer signifikanten Spektrallinie bei etwa 1 Hz in Richtung höherer Frequenzen, wobei deren Amplitude A gleichzeitig sinkt. Eine andere signifikante Spektrallinie bei etwa 3 Hz ändert ihre Position dagegen nicht, allerdings steigt die Amplitude A1 bis auf einen Wert A6 an. Aus der zeitlichen Änderung der Amplitude A bzw. der Frequenz f kann abgeleitet werden, dass sich der interne Druck im CO2-Reservoir 2 an der geografischen Position des betreffenden Sensors verändert hat. 3 shows several frequency spectra, the different time windows t 1 -t 6 a continuous sensor signal of a single sensor 1a - 1g were generated. Each time window can z. B. a length of several minutes, such as. B. 30 min. The frequency range shown here comprises frequencies between 0 Hz and about 6 Hz. As can be seen, the position of a significant spectral line changes at about 1 Hz in the direction of higher frequencies, with their amplitude A simultaneously decreasing. By contrast, another significant spectral line at about 3 Hz does not change its position, but the amplitude A 1 rises to a value of A 6 . From the temporal change of the amplitude A or the frequency f can be deduced that the internal pressure in the CO 2 reservoir 2 has changed at the geographical position of the respective sensor.

4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zum Überwachen von CO2-Lagerstätten. Dieses System umfasst einen oder mehrere Sensoren 10, die das natürliche seismische Erdrauschen kontinuierlich messen, sowie einen Datenspeicher 11, der die Signale aller n Sensoren speichert. Die Nutzdaten werden außerdem in einer zentralen Datenbank 20 gespeichert. 4 shows a schematic block diagram of a system for monitoring CO 2 deposits. This system includes one or more sensors 10 , which continuously measure the natural seismic ground noise, as well as a data memory 11 which stores the signals of all n sensors. The user data is also stored in a central database 20 saved.

Ein Sequenzer 12 ruft aus dem Datenspeicher 11 vorgegebenen Datenpakete ab. Diese werden dann in einem Frequenztransformator 13 in den Frequenzraum transformiert und somit ein zugehöriges Frequenzspektrum erzeugt. Ein nachfolgender Spektralanalysator 14 zerlegt den Frequenzraum in diskrete Spektralbereiche mit einer Breite von z. B. 0,2 Hz, erfasst deren Amplituden und erkennt Signifikanzen. Ein Spektralprofilmanager 15 transformiert das Frequenzspektrum zurück in den Zeitraum. Ein Komparator 16 vergleicht dann das aus einem ersten Zeitfenster generierte erste Frequenzspektrum mit einem aus einem anderen Zeitfenster generierten zweiten Frequenzspektrum, das aus der zentralen Datenbank 20 ausgelesen wird.A sequencer 12 calls from the data store 11 predetermined data packets. These will then be in a frequency transformer 13 transformed into the frequency domain and thus generates an associated frequency spectrum. A subsequent spectral analyzer 14 decomposes the frequency space into discrete spectral ranges with a width of z. B. 0.2 Hz, detects their amplitudes and detects significances. A spectral profile manager 15 transforms the frequency spectrum back into the period. A comparator 16 then compares the first frequency spectrum generated from a first time window with a second frequency spectrum generated from another time window, which is from the central database 20 is read out.

Danach wird mit Hilfe eines Spektralprofilanalysators 17 eine zeitliche Änderung der Amplituden und/oder der Frequenz bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche erkannt und bewertet. Ein Betriebszustandsgenerator 18 ermittelt aus den vom Profilanalysator 17 gelieferten Daten eine Information über den Zustand des CO2, wie z. B. dessen Temperatur, Druck oder geografische Ausdehnung. Ein Ereignisgenerator 19 bestimmt aus den vom Profilanalysator 17 gelieferten Daten eine Information über Ereignisse, die die lithologische Struktur der Gesteinsschichten 3–5 betreffen, wie z. B. unterirdische Veränderungen, Rissbildungen, etc.. Die ermittelten Zustände und Ereignisse werden wiederum in der zentralen Datenbank 20 gespeichert und darüber hinaus auf einer Anzeigeeinrichtung, wie z. B. einen Bildschirm 22, angezeigt. Ein Reservoirmodell-Generator 23 erzeugt aus den Zustands- und Ereignisdaten ein entsprechendes Reservoirmodell, das die wichtigsten Eigenschaften des CO2-Reservoirs 2 abbildet. Der Reservoirmodell-Generator umfasst anfänglich ein mathematisches Basis-Reservoirmodell, welches aus allen bekannten und vorzugsweise auch aus alten erwarteten statischen strukturellen (3D seismischer Kubus), geologischen, lithologischen, geophysikalischen und geochemikalischen Daten und aus den Daten des zu speichernden Mediums hergeleitet wurde. Dieses Simulationsmodell wird dann mit den spektralen Messdaten korreliert und korrigiert. Das vom Modellgenerator 23 erzeugte Reservoirmodell wird vorzugsweise in einem zusätzlichen Speicher 21 gespeichert.Thereafter, using a spectral profile analyzer 17 a temporal change of the amplitudes and / or the frequency of certain spectral lines or spectral ranges detected and evaluated. An operating state generator 18 determined from the profile analyzer 17 supplied information about the state of CO 2 , such. B. its temperature, pressure or geographical extent. An event generator 19 determined from the profile analyzer 17 data provided information about events affecting the lithological structure of the rock strata 3 - 5 relate to such. B. underground changes, cracking, etc .. The determined states and events are in turn in the central database 20 stored and also on a display device such. B. a screen 22 , displayed. A reservoir model generator 23 generates from the state and event data a corresponding reservoir model, the most important properties of the CO 2 reservoir 2 maps. The reservoir model generator initially comprises a basic mathematical reservoir model derived from all known and preferably also from old expected static (3D seismic cube), geological, lithological, geophysical and geochemical data and from the data of the medium to be stored. This simulation model is then correlated with the spectral measurement data and corrected. That of the model generator 23 generated reservoir model is preferably in an additional memory 21 saved.

Das bisherige Verhalten der CO2-Lagerstätte kann außerdem in die Zukunft extrapoliert werden, um dadurch Trends für dessen zukünftiges Verhalten zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist eine Einheit 24 vorgesehen.The previous behavior of the CO 2 deposit can also be extrapolated into the future to determine trends for its future behavior. For this purpose is a unit 24 intended.

Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Systems lassen sich Zustände und Veränderungen in der CO2-Lagerstätte einschließlich der umgebenden Gesteinsformation 4, 5 in Echtzeit beobachten und auch Modelle für die zukünftige Ausbreitung entwickeln.With the aid of the system described above, conditions and changes in the CO 2 deposit, including the surrounding rock formation, can be achieved 4 . 5 observe in real time and also develop models for future propagation.

Claims (8)

Verfahren zum Überwachen von CO2-Lagerstätten (2–5), dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines oder mehrerer Sensoren (1a–1g) das natürliche seismische Erdrauschen gemessen, für verschiedene Zeitfenster der Messung jeweils ein Frequenzspektrum (f) ermittelt, und aus einer zeitlichen Änderung der Amplitude (A1–A6) und/oder der Frequenz (f) bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche und/oder aus einer Änderung des dynamischen Verhaltens bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche auf einen Zustand der CO2-Lagerstätte (3–5) oder des darin enthaltenen CO2 (2) geschlossen wird.Method for monitoring CO 2 deposits ( 2 - 5 ), characterized in that by means of one or more sensors ( 1a - 1g ) measured the natural seismic ground noise, determined for different time windows of the measurement in each case a frequency spectrum (f), and from a temporal change in the amplitude (A 1 -A 6 ) and / or the frequency (f) of certain spectral lines or spectral ranges and / or a change in the dynamic behavior of certain spectral lines or spectral regions to a state of the CO 2 deposit ( 3 - 5 ) or the CO 2 contained therein ( 2 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung einer ersten Menge von Spektrallinien oder Spektralbereichen mit der entsprechenden zeitlichen Änderung einer zweiten Menge von Spektrallinien oder Spektralbereichen verglichen und daraus auf einen Zustand der CO2-Lagerstätte (3–5) oder des darin enthaltenen CO2 (2) geschlossen wird.A method according to claim 1, characterized in that the temporal change of a first set of spectral lines or spectral ranges with the corresponding temporal change of a second set of spectral lines or spectral ranges compared and therefrom to a state of CO 2 deposit ( 3 - 5 ) or the CO 2 contained therein ( 2 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung der Amplitude (A1–A6) und/oder der Frequenz (f) solcher Spektrallinien und/oder Spektralbereiche überwacht wird, deren Frequenz kleiner ist als eine vorgegebene Grenzfrequenz.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the temporal change of the amplitude (A 1 -A 6 ) and / or the frequency (f) of such spectral lines and / or spectral ranges is monitored, whose frequency is smaller than a predetermined cutoff frequency. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz kleiner als 100 Hz, insbesondere kleiner als 50 Hz und vorzugsweise kleiner als 30 Hz ist.A method according to claim 3, characterized in that the cutoff frequency is less than 100 Hz, in particular less than 50 Hz and preferably less than 30 Hz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Änderung der Spektrallinien und/oder der Spektralbereiche in Zeiträumen von Stunden oder Tagen beobachtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temporal change of the spectral lines and / or the spectral ranges in periods of hours or days is observed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zeitlichen Änderung der Spektrallinien und/oder der Spektralbereiche auf einen Druck, eine Temperatur oder eine geografische Ausdehnung von CO2 (2), auf eine Veränderung einer der genannten Größen, oder auf eine geologische Veränderung der CO2-Lagerstätte (2–5) geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the temporal change of the spectral lines and / or the spectral ranges to a pressure, a temperature or a geographic extent of CO 2 ( 2 ), a change in one of the above sizes, or a geological change in the CO 2 deposit ( 2 - 5 ) is closed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen Sensordaten ein Trend für das zukünftige Verhalten des CO2 (2) oder der CO2-Lagerstätte (3–5) ermittelt wird und dadurch ein Zukunftsmodell abgeleitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the recorded sensor data, a trend for the future behavior of the CO 2 ( 2 ) or the CO 2 deposit ( 3 - 5 ) is determined and thereby a future model is derived. Vorrichtung zum Überwachen von CO2-Lagerstätten (2–5), gekennzeichnet durch wenigstens einen Sensor (1a–1g) zum Messen des natürlichen seismischen Erdrauschens, einen Frequenztransformator (13) zum Transformieren der Sensorsignale in einen Frequenzraum, und einen Spektralprofil-Analysator (17), der die zeitliche Änderung der Amplitude (A1–A6) und/oder der Frequenz (f) bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche und/oder die Änderung des dynamischen Verhaltens bestimmter Spektrallinien oder Spektralbereiche analysiert und daraus auf einen Zustand der CO2-Lagerstätte (3–5) oder des darin enthaltenen CO2 (2) schließt.Device for monitoring CO 2 deposits ( 2 - 5 ), characterized by at least one sensor ( 1a - 1g ) for measuring natural seismic noise, a frequency transformer ( 13 ) for transforming the sensor signals into a frequency space, and a spectral profile analyzer ( 17 ), which analyzes the temporal change of the amplitude (A 1 -A 6 ) and / or the frequency (f) of certain spectral lines or spectral ranges and / or the change of the dynamic behavior of certain spectral lines or spectral ranges to a state of CO 2 deposit ( 3 - 5 ) or the CO 2 contained therein ( 2 ) closes.
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