DE102014222274A1

DE102014222274A1 - System zur nicht-invasiven Überwachung von Untergrundspeichern und Verfahren zur Detektion von Leckagen in Untergrundspeichern

Info

Publication number: DE102014222274A1
Application number: DE102014222274.5A
Authority: DE
Inventors: Norbert Klitzsch; Christian Vogt
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-11-01
Also published as: US20160160634A1; DE102014222274B4

Abstract

Infolge der Speicherung von Fluiden, z. B. von CO2, Erdgas oder Druckluft, in Untergrundspeichern (21) kann es zu Leckagen (25) kommen, wodurch Speicherfluide und salzhaltige Reservoirwässer in höher gelegene Grundwasserleiter (5) oder sogar an die Erdoberfläche (1) gelangen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines unerwünschten Entweichens von Fluiden durch die Messung von elektrischen Potentialen mit Hilfe eines Rasters von nicht-polarisierbaren Messelektroden (11, 13, 19) oberhalb des Untergrundspeichers (21). Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, Potentialdifferenzen derart zu bestimmen, dass Störeinflüsse durch die Injektionsbohrung (23) bzw. den Fluidaustausch im Untergrundspeicher (21) eliminiert werden. Dies geschieht entweder durch die Ausnutzung der Symmetrie der Potentialverteilung um die Injektionsbohrung (23), indem man die Potentialdifferenzen von Messelektrodenpaaren (13, 19) betrachtet, deren Mittelpunkte mit der Injektionsbohrung (23) zusammenfallen oder durch die rechnerische Simulation der Potentiale, die durch die Fluidbewegung im Untergrundspeicher (21) ohne Leckage (25) entstehen. Diese werden dann von den gemessenen Potentialen abgezogen. Überschreiten die ermittelten Potentialdifferenzen einen Grenzwert weisen sie auf eine Leckage (25) hin.

Description

Die Erfindung betrifft die Detektion von Leckagen, die bei der Speicherung von Fluiden, zum Beispiel von CO₂, Erdgas oder Druckluft, im Untergrund auftreten können. Die Erfindung ist auf alle Fluide anwendbar, die mit Überdruck in Untergrundspeichern, natürliche oder künstliche Hohlräume, die sich meist in 1 km bis 3 km Tiefe befinden, gespeichert werden. Sie wird hier am Beispiel der CO₂-Speicherung erläutert. Es gibt zwei verschiedene Arten von Untergrundspeichern, die auch als Reservoire bezeichnet werden:

I. Kavernen (künstlich geschaffene Hohlräume) in Salzstöcken und
II. Porenspeicher, bei denen die Klüfte und Poren von Gesteinen zur Speicherung genutzt werden. Als Porenspeicher werden einerseits leer geförderte Gas- oder Erdöllagerstätten und andererseits poröse Gesteine (Reservoire) genutzt, bei denen das Wasser im Porenraum durch das eingepresste Fluid verdrängt wird.

Infolge der Speicherung von Fluiden in Untergrundspeichern kann es zu Leckagen kommen, wodurch Fluide und gegebenenfalls auch saline Reservoirwässer in höhergelegene Grundwasserleiter eindringen oder sogar an der Erdoberfläche austreten. Dadurch wird das Grundwasser gefährdet. Im schlimmsten Fall kann eine Leckage sogar eine Gesundheitsgefährdung der Bevölkerung nach sich ziehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf die Erfassung von unterirdischen Fluidströmungen gerichtet. Diese entstehen im Untergrundspeicher durch die Zuführung oder die Entnahme eines Fluids. Ebenso entsteht eine Fluidströmung durch eine Leckage, bei der unter Druck stehendes Fluid aus dem Untergrundspeicher entweicht.
Durch solche Fluidbewegungen wird Wasser verdrängt, wodurch ein elektrisches Potential, meist Strömungspotential genannt, entsteht. Dieses Potential resultiert aus der Existenz einer elektrischen Doppelschicht an der Grenzschicht fest-flüssig im Gestein. Durch die Fluidströmung wird ein Teil der elektrischen Doppelschicht mitgerissen und die dadurch verursachte Ladungstrennung führt zum makroskopisch messbaren Strömungspotential. Im erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dieses Potential mit Hilfe von nicht-polarisierbaren Elektroden (Messelektroden) an der Erdoberfläche oder in Beobachtungsbohrungen gemessen werden.
Im Fall der CO₂-Speicherung im Untergrund werden üblicherweise seismische Messungen zur Überwachung der CO₂-Ausbreitung im Untergrund eingesetzt (siehe zum Beispiel: Bergmann, P. 2012. Time-lapse seismic and electrical resistivity tomography combined for monitoring of the CO2 storage site, Ketzin, Germany, Dissertationsschrift, Geoforschungszentrum, Potsdam). Seismische Messungen haben den Nachteil, dass sie sehr aufwendig und teuer sind. Deshalb können sie nicht zum kontinuierlichen Monitoring eines Untergrundspeichers eingesetzt werden.
In der EP 595 028 A2 wird ein Verfahren zur Beobachtung von Fracvorgängen mit Hilfe von in einem Raster angeordneten Messsonden zur Ermittlung des Eigenpotentials angegeben, wobei die Messsonden zyklisch und möglichst zeitgleich abgefragt werden. Dadurch soll der Einfluss von tellurischen Strömen eliminiert werden. Es ist außerdem vorgesehen, dass neben dem Eigenpotential auch der Erdwiderstand zwischen den Messsonden und der Basissonde zyklisch ermittelt wird. Die Erfindung ermöglicht damit eine von Erdwiderstandsänderungen unabhängige Ermittlung von Potentialen an der Oberfläche eines zu untersuchenden Gebietes. Die so ermittelten Potentiale geben einen Hinweis auf die Stärke und den Verlauf von unterirdischen Störungen, die z. B. durch einen Fracvorgang ausgelöst werden.
Aus der DE 35 29 466 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Grenzen von unterirdischen Erdgas-Lagerstätten bekannt. Dabei wird wenigstens ein Eigenpotential-Messsondenprofil aus mehreren Sonden erstellt. Die Sonden werden an der Erdoberfläche derart verlegt, dass mehrere Messsonden außerhalb und mehrere Messsonden innerhalb des die Lagerstätte überdeckenden Erdoberflächenbereichs liegen. Die Eigenpotentiale aller Sonden werden in periodischen Messzyklen abgefragt und derart gefiltert, dass die höherfrequenten Messwertänderungen von wesentlich länger periodischen Messwertänderungen getrennt werden. Aus den höherfrequenten Messwertänderungen jeder Sonde wird ein Mittel- und/oder Summenwert als Maß für die höherfrequenten Amplituden der zugehörigen Sonde bestimmt. Die höherfrequenten Amplituden der Sonden eines Messsondenprofils werden miteinander verglichen, und der Ort einer abrupten Änderung der höherfrequenten Amplituden benachbarter Sonden wird als Grenze der unterirdischen Lagerstätte gewertet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Detektion einer Ausbreitung von Fluiden im Untergrund bereitzustellen, wobei die Vorrichtung und das Verfahren kostengünstig sind, eine dauerhafte Anwendung und die Erkennung von Leckagen erlauben.
Unter dauerhaft ist ein Zeitraum von mehreren Wochen bis zu 5 Jahren oder länger zu verstehen. Im Falle der CO₂-Speicherung bewegt sich CO₂ während des Injektionszeitraums im Untergrund und verdrängt Wasser. Die Wasserbewegung erzeugt ein Spannungssignal. Dies geschieht so lange, bis das injizierte Fluid (hier CO₂) einen örtlich stabilen Zustand im Untergrundspeicher erreicht. Das Auftreten von Leckagen ist während dieser Zeit am wahrscheinlichsten. Danach auftretende Leckagen können detektiert werden, solange Eigenpotentialmessungen durchgeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das elektrische Potential soll hier mit Hilfe eines nicht notwendigerweise äquidistanten Rasters von Messsonden an oder auch unterhalb der Erdoberfläche (in Beobachtungsbohrungen) erfasst werden. Die Messsonden überdecken den Bereich des Untergrundspeichers, wobei sich Sonden sowohl oberhalb als auch außerhalb des den Untergrundspeicher überdeckenden Bereichs befinden. Die Potentialdifferenzen zwischen den Messsonden und einer nicht-polarisierbaren Basissonde, werden zyklisch abgefragt. Dabei wird unter zyklisch verstanden, dass die Potentialdifferenzen in vorbestimmten Zeitabständen über eine vorbestimmte Zeitdauer mit einer vorbestimmten Frequenz während der vorbestimmten Zeitdauer abgefragt werden. Aus diesen Messdaten wird der Gleichspannungsanteil extrahiert und anschließend analysiert.
Leckagen, die an einem Untergrundspeicher auftreten, können anhand von erhöhten Potentialwerten oberhalb der Leckage detektiert werden, solange die durch die Leckage verursachte Fluidbewegung nicht zu tief liegt.
Wenn Leckagen während einer Fluidzufuhr oder Fluidentnahme in Untergrundspeichern auftreten, wird das durch die Leckage verursachte Potential vom Potential überdeckt, das durch die Fluidströmung im Speicher entsteht. Untergrundspeicher befinden sich normalerweise in so großen Tiefen (> 1000 m), dass die dort entstehenden Strömungspotentiale an der Erdoberfläche unterhalb der Nachweisgrenze liegen würden, wenn nicht die leitfähige Verrohrung der Injektionsbohrung den Untergrundspeicher mit der Erdoberfläche elektrisch verbinden würde. Nur aufgrund dieser elektrischen Verbindung können die im Untergrundspeicher entstehenden Potentiale an der Erdoberfläche nachgewiesen werden. Der Begriff Injektionsbohrung umfasst daher im Rahmen dieser Erfindung die Verrohrung.
Das durch die Leckage verursachte Potential ist durch die metallische Verrohrung sowie die hohen Drücke an der Injektions- und Entnahmestelle vom im Untergrundspeicher entstandenen Strömungspotential überlagert, wodurch eine direkte Detektion der Leckage anhand der Potentialverteilung nicht möglich ist.
Die metallische Verrohrung kann außerdem auch Redoxpotentiale verursachen, die durch Reduktions- und Oxidationsreaktionen an der Metallverrohrung der Bohrung entstehen. Diese Redoxpotentiale sind um ein Vielfaches größer als die durch Leckagen verursachten Strömungspotentiale, was deren direkte Detektion verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, Potentialdifferenzen derart zu erfassen oder zu berechnen, dass Störeinflüsse wie Redoxpotentiale und Strömungspotentiale an der Injektions- oder Entnahmestelle im Untergrundspeicher eliminiert und Leckagen dadurch detektiert werden können.
Dies kann auf zwei Arten realisiert werden:

I. In einem Verfahrensschritt nutzt man die Symmetrie der Potentialverteilung und betrachtet die Potentialdifferenzen zwischen nicht-polarisierbaren Messelektroden, die symmetrisch zur Injektionsstelle angeordnet sind, beispielsweise die in gleichen Entfernungen zur Injektionsstelle angeordnet sind. Für einen isotropen Untergrundspeicher (auch als Porenspeicher bezeichnet) sind die durch Fluidinjektion oder Fluidentnahme verursachten Potentiale im gleichen Abstand (Radius) symmetrisch zur Injektionsstelle identisch, wodurch ihr Einfluss durch die Differenzbildung eliminiert wird.
II. In einem anderen Verfahrensschritt bestimmt man eine Potentialdifferenz zwischen einem gemessenen Potential und einem zu erwartenden Potential ohne Leckage oder Störung jeweils an jedem Messpunkt der nicht-polarisierbaren Messelektroden. Bei einer heterogenen Permeabilität oder Geometrie des Untergrundspeichers wird das Strömungspotential für den Untergrundspeicher ohne Leckage, welches durch die Fluidinjektion in oder die Fluidentnahme entsteht, simuliert und anschließend vom gemessenen Potential abgezogen. Bei der rechnerischen Simulation kann zum Beispiel SHEMAT-Suite oder Comsol verwendet werden. Eine derartige Simulation kann auch bei einem isotropen Untergrundspeicher angewendet werden. Das Redoxpotential wird hier als zeitlich konstant angenommen und muss vor Inbetriebnahme des Speichers erfasst werden.

Diese beiden voranstehenden Arten an Verfahrensschritten zur Ausführung im erfindungsgemäßen Verfahren können dabei je nach Ausführungsform alternativ zueinander oder gemeinsam nebeneinander ausgeführt werden. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verfahrensschritt I (Art I) oder der Verfahrensschritte II (Art II) ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren beide voranstehenden Verfahrensschritte.
Ist eine Leckage vorhanden, treten in beiden Fällen erhöhte Potentialdifferenzen oberhalb der Leckage auf. Durch das Verfahren ist es demnach möglich auch schwächere Potentiale, aufgrund einer Fluidströmung an einer nicht vorgesehenen Stelle, wie einer Leckage, zu erkennen.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens dargelegt, die sowohl einzeln als auch in Kombination ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
Der zu wählende Abstand der nicht-polarisierbaren Elektroden untereinander hängt von der Tiefe ab, in der Fluidströmungen detektiert werden sollen. Soll das aufsteigende Fluid direkt detektiert werden, kann mit Hilfe einer Näherung „elektrische Punktquelle” (siehe dazu auch 5) das elektrische Potential an der Erdoberfläche in Abhängigkeit von der Quelltiefe, berechnet werden. Die Quelltiefe entspricht dabei dem oberen Ende der aufsteigenden Fluide. Wird als Nachweisgrenze für Potentiale 1 mV angenommen, so lässt sich eine Punktquelle bis in etwa 200 m Tiefe nachweisen, wobei die Nachweistiefe auch von der elektrischen Gesteinsleitfähigkeit und der Quellstärke abhängt, weshalb für geringe Quellstärken oder einen sehr leitfähigen Untergrund die Nachweistiefe deutlich kleiner sein kann.
Damit die durch Leckagen verursachten Potentialanomalien sicher erfasst werden können, sollte der Elektrodenabstand nicht größer als 100 m gewählt werden. Breitet sich das aus dem Untergrundspeicher entwichene Fluid in einem darüber gelegenen Grundwasserleiter aus, verbreitert sich die Potentialanomalie (siehe dazu auch die 3a und 3b) zeitabhängig, so dass sie auf jeden Fall erfasst wird, wenn der Grundwasserleiter nicht zu tief liegt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Vielzahl an Messelektroden das Gebiet des Untergrundspeichers überdeckend an der Erdoberfläche und/oder in Beobachtungsbohrungen angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer Überschreitung eines vorbestimmten Potentialdifferenzgrenzwertes vorgesehen, eine Störung bezogen auf den Messpunkt der Messeelektrode zu erkennen, wobei dann die Störung angezeigt werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Untergrundspeicher und einer Injektionsbohrung (auch als Zuführung bezeichnet) zum Untergrundspeicher, wobei Messelektroden symmetrisch um die Injektionsbohrung zum Untergrundspeicher angeordnet sind.
Die Vorrichtung ist geeignet zur Durchführung eines Verfahrens zur Erfassung von unterirdischen Fluidströmungen. Die Vorrichtung umfasst Messelektroden, die in einer Ausführungsform das Gebiet des Untergrundspeichers überdeckend angeordnet sind, wobei die Vorrichtung dabei ein Modul zur Bereitstellung von Potentialreferenzwerten an den Positionen der Messelektroden umfasst.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das Modul ein Simulationsmodul zur Berechnung von Potentialreferenzwerten für den leckage-freien Fall zur Differenzbildung unter Berücksichtigung des aktuellen Zuflusses an Fluid, der Geometrie und der physikalischen Eigenschaften des Untergrundspeichers, insbesondere der Permeabilität, Porosität, der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und des Kopplungskoeffizienten, aufweist.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung sind eine Vielzahl an Messelektroden das Gebiet des Untergrundspeichers überdeckend an einer Erdoberfläche und/oder in Beobachtungsbohrungen angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung sind die Messelektroden in einem Abstand von nicht mehr als 100 m zueinander angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele stellen nur mögliche Ausführungsbeispiele dar und sind nicht einschränkend zu verstehen.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen wie folgt gezeigt
1: einen Schnitt durch die Erdschichten in 3D-Darstellung, der einen Untergrundspeicher mit Leckage und eine Zuführung bzw. Injektionsbohrung enthält;
2a: einen Schnitt durch die Erdschichten nach 1000 Tagen CO₂ Injektion, wobei ein Untergrundspeicher und ein darüber liegender Grundwasserleiter, in den durch eine Leckage CO₂ eingedrungen ist, gezeigt sind;
2b: den Messaufbau von zur Injektionsbohrung symmetrischen Dipolanordnungen;
3a: die beispielhafte Bestimmung einer Leckage mittels Simulation von Potentialreferenzwerten – gezeigt ist die Differenz zwischen den Potentialen an der Oberfläche mit Leckage,
3b: eine beispielhafte Messung (Potentialdifferenz) mit einem Messaufbau gemäß 2b;
4: den schematischen Ablauf des Verfahrens und der Vorrichtung,
5: Elektrisches Potential an der Erdoberfläche, welches durch eine Punktquelle in der Tiefe z (in m) verursacht wird.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Untergrunds 2 mit mehreren Erdschichten 3 unter einer Erdoberfläche 1 und eine CO₂-Speicherung in einem Untergrundspeicher 21, der eine Leckage 25 aufweist. In den Untergrundspeicher 21 wird über eine Zuführung 23, auch als Injektionsbohrung 23 bezeichnet, CO₂ zugeführt. Über dem Untergrundspeicher 21 liegt eine für CO₂ undurchlässige Deckschicht 22. Diese Deckschicht 22 weist eine Fehlstelle auf, durch die eine Leckage 25 entsteht. Solche Fehlstellen können beispielsweise durch Verwerfungen oder stillgelegte Bohrlöcher entstehen. Über die Leckage 25 gelangen CO₂ und saline Reservoirwässer in einen Grundwasserleiter 5. Das CO₂ verdrängt dort das Wasser, so dass eine CO₂-Anreicherung 27 entsteht. Aus dem Grundwasserleiter 5 wird Wasser an einer Entnahmestelle 7 entnommen.
In 2a ist beispielsweise ein Schnitt durch den Untergrund 2 nach 1000 Tagen CO₂ Injektion mit einer Injektionsrate von 1,25 kg pro Sekunde dargestellt. Gezeigt ist außerdem die CO₂ Anreicherung 9 im Untergrundspeicher 21 und in einem darüber liegenden Grundwasserleiter, in den CO₂ als Anreicherung 27 durch die Leckage 25 (alte Bohrung mit Durchmesser 36 cm), hier nicht dargestellt, gelangt ist.
In 2b ist beispielsweise eine CO₂-Anreicherung 9 im Untergrundspeicher 21 nach 1000 Tagen CO₂ Injektion mit einer Injektionsrate von 1,25 kg pro Sekunde ohne Leckage gezeigt. Symmetrisch um die Injektionsbohrung 23 sind nicht-polarisierbare Messelektroden 11, 13, 19, auch als Messsonden bezeichnet, in Dipolanordnung 15 angeordnet.
Die Messelektroden 11 auf der einen Seite werden als erste Messelektroden 13 bezeichnet, denen jeweils in dieser Ausführungsform eine zweite Messelektrode 19 symmetrisch auf der anderen Seite der Injektionsbohrung 23 zugeordnet ist, zwischen denen dann die Potentialdifferenz berechnet wird. Der Mittelpunkt jeder aus erster Messelektrode 13 und zweiter Messelektrode 19 gebildeter Dipolanordnung fällt an der Erdoberfläche 1 mit der Lage der Injektionsbohrung/Zuführung 23 in den Untergrundspeicher 21 zusammen. Die Messelektroden 11 können identisch aufgebaut sein. Als Messelektroden 11 können insbesondere Pb/PbCl₂, Cu/CuSO₄ und Ag/AgCl eingesetzt werden.
In 3a ist eine beispielhafte Darstellung der ortsabhängigen Potentialdifferenz nach 1000 Tagen CO₂ Injektion (bei x = 815 m) mit einer Injektionsrate von 1,25 kg pro Sekunde mit Leckage (bei x = 915) m gezeigt, die man mit einem Messaufbau gemäß 2b erhält, wobei die ermittelte Potentialdifferenz am Ort der Messelektrode 13 aufgetragen ist. Ohne Leckage wäre die Potentialdifferenz überall Null.
In 3b ist eine beispielhafte Messkurve nach 1000 Tagen CO₂ Injektion gezeigt, wobei die Potentialdifferenz zwischen den Simulationen von Potentialwerten und den gemessenen Potentialwerten mit Leckage dargestellt ist. Die Injektion ist bei x = 815 m mit einer Injektionsrate von 1,25 kg pro Sekunde erfolgt. Die Leckage liegt bei ca. x = 950 m.
In 4 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, anhand dessen ein Verfahren zur Feststellung einer Leckage bei der Speicherung von Fluiden in Untergrundspeichern 21 näher erläutert wird. Eine zentrale Steuereinheit 31 steuert die gleichzeitige Aufnahme von Potentialmesswerten an allen Messelektroden 11 mittels einer Vorrichtung 41 zu vorbestimmten Zeitpunkten. Die gleichzeitige Abfrage der Potentialwerte von allen Messelektroden 11 hat den Vorteil, dass zeitlich variable aber an allen Messelektroden gleiche Störungen z. B. durch tellurische Ströme oder Temperaturschwankungen, insbesondere bei der Berechnung der Potentialdifferenz zwischen den symmetrisch zur Injektionsbohrung angeordneten Elektroden, herausfallen und somit das Ergebnis nicht beeinflussen.
Die Weiterverarbeitung der gemessenen Potentiale erfolgt im Auswertemodul 49. Hier werden für einen isotropen Untergrundspeicher die Potentialdifferenzen der Elektroden mit dem gleichen Abstand zur Injektionsbohrung, wie in 2b gezeigt, berechnet. Dafür ist keine Simulation erforderlich. Ist der Untergrundspeicher nicht isotrop oder sind die Messelektroden nicht symmetrisch zur Injektionsbohrung angeordnet, wird für alle Messzeitpunkte und alle Positionen der Messelektroden 11 das Potential für den Fall ohne Leckage durch ein Modul 47, auch mit Simulationsmodul 47 bezeichnet, simuliert. Das Simulationsmodul 47 umfasst einen Prozessor zur Durchführung der Simulationen. Das simulierte Potential wird anschließend im Auswertemodul 49 von den gemessenen Potentialen subtrahiert. Es kann auch vorgesehen sein, dass im Simulationsmodul 47 für die verschiedenen Messpunkte und -zeiten Potentialwerte für den Fall ohne Leckage hinterlegt sind und nur abgefragt werden.
Die im Auswertemodul 49 berechneten Potentialdifferenzen werden einem Modul 51 zur Erkennung einer Überschreitung eines zulässigen Differenzwertes übergeben. Im Modul 51 sind zulässige Grenzwerte für alle Messelektroden 11 hinterlegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass für alle Messelektroden 11 ein identischer Grenzwert hinterlegt ist. Bei Überschreitung des vorbestimmten Grenzwertes wird diese Information an einen Signalgeber 53 weitergeben. Der Signalgeber 53 informiert dann, z. B. durch automatisierte Versendung von Nachrichten an eine Überwachungszentrale, über die Überschreitung des Grenzwertes.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternativen durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Erdoberfläche
2: Untergrund
3: Erdschichten
5: Grundwasserleiter
7: Grundwasserentnahme
9: CO₂-Anreicherung
11: Messelektrode
13: erste Messelektrode
14: Messpunkt
15: Dipolanordnung
17: Mittelpunkt der Dipolanordnung
19: zweite Messelektrode
21: Untergrundspeicher
22: Deckschicht
23: Zuführung/Injektionsbohrung
25: Leckagestelle
27: CO₂ Anreicherung durch Leckage
31: zentrale Steuereinheit
41: Vorrichtung zur Bereitstellung des Potentials an einem Messpunkt
47: Simulationsmodul
49: Auswertemodul
51: Modul zur Erkennung einer Grenzwertüberschreitung
53: Signalgeber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 595028 A2 [0006]
DE 3529466 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Bergmann, P. 2012. Time-lapse seismic and electrical resistivity tomography combined for monitoring of the CO2 storage site, Ketzin, Germany, Dissertationsschrift, Geoforschungszentrum, Potsdam [0005]

Claims

Verfahren zur Erfassung von unterirdischen Fluidströmungen, wobei einem Untergrundspeicher (21) ein Fluid durch eine Injektionsbohrung (23) zugeführt werden kann und Potentialwerte durch nicht-polarisierbare Messelektroden (11, 13, 19) aufgenommen werden, wobei das Verfahren entweder den Verfahrensschritt umfasst, dass unter Ausnutzung der Symmetrie der Potentialverteilung um die Injektionsbohrung (23) Potentialdifferenzen zwischen Messwerten von symmetrisch zur Injektionsbohrung (23) angeordneten nicht-polarisierbaren Messelektroden (13, 19) gebildet werden, oder den Verfahrensschritt umfasst, dass eine Bestimmung einer Potentialdifferenz zwischen einem gemessenen Potential und einem zu erwartenden Potential ohne Leckage (25) oder Störung jeweils an jedem Messpunkt (14) der nicht-polarisierbaren Messelektroden (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei isotroper Struktur des Untergrundspeicher (21) die Potentialdifferenz zwischen den Messelektroden (13, 19) ermittelt wird, deren Mittelpunkt mit der Injektionsbohrung (23) zusammenfällt, wobei die Potentialmessung an beiden Messelektroden (13, 19) vorzugsweise zeitgleich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines vorbestimmten Potentialdifferenzgrenzwertes eine Störung erkannt wird, die in Abhängigkeit vom Vorzeichen der gemessenen Potentialdifferenz am Messpunkt der ersten Messelektrode (13) oder am Messpunkt der zweiten Messelektrode (19) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialreferenzwertwert zur Differenzbildung bei einer heterogenen Permeabilität oder Geometrie des Untergrundspeichers (21) auf einer rechnerischen Simulation der Fluidströmung im Untergrundspeicher (21) ohne störende Einflüsse, insbesondere ohne Leckage (25), basiert.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines vorbestimmten Potentialdifferenzgrenzwertes eine Störung bezogen auf den Messpunkt (14) der Messelektrode (11) erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Messelektroden (11), die als erste (13) und zweite Messelektroden (19) verwendet werden können, das Gebiet des Untergrundspeichers (21) überdeckend an einer Erdoberfläche (1) und/oder in Beobachtungsbohrungen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (11, 13, 19) in einem Abstand von nicht mehr als 100 m zueinander angeordnet sind.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Untergrundspeicher (21) und einer Injektionsbohrung (23) zum Untergrundspeicher (21), wobei Messelektroden (11) symmetrisch um die Injektionsbohrung (23) zum Untergrundspeicher (21) angeordnet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Messelektroden (11, 13, 19) das Gebiet des Untergrundspeichers (21) überdeckend angeordnet sind, wobei die Vorrichtung ein Modul (49) zur Bestimmung der Potentialdifferenzen den jeweiligen Messpunkten der Messelektroden (11) umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Simulationsmodul (47) zur Berechnung eines Potentialreferenzwertes zur Differenzbildung unter Berücksichtigung des aktuellen Fluidzuflusses, der Geometrie und der physikalischen Eigenschaften des Untergrundspeichers (21), insbesondere der Permeabilität, Porosität, der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und des Kopplungskoeffizienten aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Messelektroden (11, 13, 19) das Gebiet des Untergrundspeichers (21) überdeckend an einer Erdoberfläche (1) und/oder in Beobachtungsbohrungen angeordnet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (11, 13, 19) in einem Abstand von nicht mehr als 100 m zueinander angeordnet sind.