RQP - Gesteinscharakterisierung & Reservoirqualitätsvorhersage

C - Gesteins-Charakterisierung

Wir analysieren die geologischen Anisotropien der geologischen Körper von der Mikro- bis zur Reservoir-Skala und leiten Modelle zur Veränderungen von Gesteinseigenschaften durch strukturelle, sedimentäre, geomagnetische und andere geologische Prozesse ab. Dazu nutzen wir weltweit Aufschlüsse, Bohrkerne sowie Steinbrüche der Steine & Erden Industrie. Die Charakterisierung beinhaltet die Deformation und Diagenese ("struktruelle Diagenese") (Abb. 4). Die Gesteins- und Reservoircharakterisierung beinhaltet Mineralgefüge, Diagenese, Gesteinsmagnetik, spektrales GR sowie Porositäts- und Permeabilitätsanalysen. Mittels der bei uns gemessenen seismischen Wellengeschwindigkeiten werden Porosität und Geomechanik abgeleitet. Mit unseren sGR, vp und handheld XRF koppeln wir Analogdaten von Gesteinen aus Aufschlüssen und Bohrkernen mit Bohrlogs. Daraus können Modelle für andere Reservoire abgeleitet werden.

Abb. 1. Transparenter Dünnschliff mit blau gefärbtem Porenraum unter dem optischen Lichtmikroskop bei planar- (links) und gekreuzten (rechts) Polarisatoren zeigt einen sekundären Porenraum durch ein gelöstes Feldspatmineral. Die bei der Lösung und Quarzabwanderung gebildeten Kaolinit-Tonminerale werden durch Illit-Tonminerale ersetzt (Busch et al. 2017).

H - Reservoir-Heterogenitäten

H1 - Porositäten und Permeabilitäten

Wir messen die petrophysikalischen Parameter Porosität und Permeabilität im Einphasenfluß bis zu in-situ Reservoirbedingungen von etwa 150°C und 50 MPa. Neben Zylindern kann auch der Permeabilitätstensor and Gesteinswürfeln ermittelt werden. Die p-T petrophysikalischen Variationen werden mit makro- und mikroskopischen, sedimentologischen und strukturgeologischen Parametern gekoppelt, um neue Abhängigkeiten zu erforschen und Beziehungen der lateralen und vertikalen Heterogenität zu Sedimentologie, Mineralgefüge und Strukturgeologie zu entwickeln.

Abb. 2 Beprobung einer ephermalen Flussrinne, Plattensandstein, Unterer Buntsandstein (aus Schmidt et al 2020 ZDGG).

H2 - Fractures & Faults 

Wir entwickeln Modelle zu spröder und duktiler Deformation. Digitale Modelle von Brüchen und Bruchverteilungen in Reservoiren werden mit kontaktfreien Methoden mit unseren Drohnen und unserem terrestrischen Laserscanner erstellt, um die Anisotropie und Heterogenitäten der 3D Gesteinskörper zu erfassen (Abb. 2). Wir bringen digitale Brüche in horizontalen Bohrungen unter in-situ Spannungen und berechnen in Szenarien Anzahl und Raumlage der konduktiven, fluid-leitenden Klüfte (Abb. 3). Mikrostrukturen in Salzgesteinen können genutzt werden, um Kriechraten für den Untergrund- und Bohrungstabilität anhand von Mikrostrukturen zu ermitteln. Deformationsprozesse in Deckschichten wie Salz- und Tongesteinen sowie Nanotektonik in Hartgesteinen eröffnet neue Methoden zur Gesteinsanalyse.

Abb. 2. 3D Laserscan (grau) des großen Steinbruchs Piesberg bei Osnabrück, von den Dimension entsprechend einem Reservoir im Untergrund. Die leicht gefalteten Schichtflächen (grün) und die tektonische Störung (blau) bilden die Struktur des Reservoir-Analogs. Der Laserscan des Steinbruchs (grau) mit den Bäumen auf der obersten Berme (weißer Pfeil). Das Bruchmuster von tektonischen Brüchen (Klüften) wurde entsprechend der Raumlage (gelb, blau, rot) eingefärbt und in das geologische Model populiert, um Fließwege im Reservoir berechnen zu können ( aus Wüstefeld et al. 2018).

Abb. 3. Bruchverteilung und -Lage entlang einer Horizontalbohrung in Subsalz-gebrochenen Karboanten. Farbkodierte Brüche zeigen deren Öffnung (obere Reihe) und Bewegung (untere Reihe) (von Becker et al. 2019).

Abb. 3. 3D Untergrundmodell des Ruhrgebiets mit Lager der steilen Verwerfungen und Lage der mikroseismischen Bewegungen, verursacht durch den Spannungsabbau während der Bergwerksflutung (Allgaier et al. in prep).

P - Reservoir-Quality Prediction

Wir analysieren diagenetische Alteration und die Zementation von Poren- und Brüchen und zugehörige physiko-chemische Alterationen und prognostizieren mit numerischen und experimentellen Ansätzen die Qualitäten von porösen und gebrochenen Gesteinen. Unsere Prototypen von Durchlicht- und geschlossenen Mikroreaktoren spiegeln den reaktiven Stofftransport von Geofluiden in Gesteinen wider und verbessern die Vorhersage mikrostruktureller Alterationen.

Abb. 2. Modellierte Versenkungskurve von abgelagerten Gesteinen über ca. 250 Mio Jahre für 5 unterschiedliche Bohrungen stimmen mit modellierten Illitzementen und experimentell gemessenen K-Ar Altern authigener Illite überein. Damit kann die Menge an Quarz- und Illit-Zement für unterschiedliche Temperaturmodelle berechnet, und die berechneten Porenvolumina und Permeabilität des Reservoirs in der Tiefe besser eingeengt werden (Busch et al. 2018).