Pore pressure influence on ultrasonic measurements simulated with Nitrogen in sandstones

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Gasspeicherung in ehemaligen Öl- oder Erdgaslagerstätten gewinnt, vor allem aufgrund Gasverbrauchsschwankungen zwischen Sommer und Winter immer mehr an Bedeutung. Dabei treten Injektions- und Extraktionsvorgänge auf. Daraus ergibt sich die Frage, ob und inwiefern diese Belastungen beziehungsweise Vorgänge das Speichergestein beschädigen. In der vorliegenden Arbeit wurde an unterschiedlichen Sandsteinproben versucht, Schaden zu induzieren und diesen mit Hilfe von Ultraschallmessungen zu detektieren. Zwei unterschiedliche Experimente wurden unter bestimmten Druckbedingungen durchgeführt. Die vertikale Belastung von 30 MPa wurde durch eine Gesteinspresse aufgebracht, während die Umfangsbelastung von 10 MPa durch eine Hoek Zelle erfolgte. Über ein Leitungssystem wird der Gasfluss sowie auch die Regelbarkeit des Gasdruckes, welcher den Porendruck darstellen soll, sichergestellt. Für Experiment 1 wird ein stufenweiser Anstieg des Gasdrucks um jeweils 10 bar beginnend bei 0 und endend bei 90 bar durchgeführt. Experiment 2 soll die Injektions- und Extraktionsvorgänge mittels zyklischer Belastung von 10 bar und 90 bar (5 Wiederholungen) simulieren. Vor und nach jeder Messung wird eine Ultraschallmessung absolviert. Bei den verwendeten Proben handelt es sich um Sandstein aus dem Trattnach Ölfeld (1R, 2R), Ruhrsandstein der Firma Imberg (DBA1, DBA2), Buntsandstein (DBA5, DBA6) und Sandstein aus Groß Lessen der Firma Exxon Mobile (4.1, 4.2). Vor und nach der Belastung sind Porositätsmessungen durchgeführt worden, welche einen deutlichen Trend zur Abnahme zeigen. Ausnahme hierbei ist der Trattnach Sandstein, welcher eine Porositätszunahme aufweist. Dies wird auf organische Restsubstanz und sehr starke mechanische Beschädigung der Probe zurückgeführt. Die anhand der Laufzeit berechneten P-Wellen Geschwindigkeiten nehmen nach der Belastung in allen Proben ab, wodurch eindeutig auf eine Beschädigung der Proben geschlossen werden kann. Durch eine Fourier Transformation der gemessenen Ultraschalldaten können Aussagen über Schäden bzw. Risse in der Gesteinsprobe getätigt werden. Das Vorhandensein bzw. Fehlen von Frequenzkomponenten ist hierbei der Indikator. Daraus kann geschlossen werden, dass die Induktion von Schaden durch Gasdruck mit Hilfe von Ultraschallmessungen detektierbar ist. Einige Druckstufen zeigen mehr Unterschied zur vorherigen als andere. Durch Ultraschallmessungen werden P-Wellen Geschwindigkeiten erfasst, welche Informationen über die Beschädigung der Probe liefern. Dabei deuten höhere Geschwindigkeiten auf größeren Schaden in der Probe hin. Das Verhalten der Porosität unterstützt diese Beobachtungen und die Fourier Analyse bietet eine gute Ergänzung dazu. Eine Quantifikation der Ergebnisse war mit diesem Versuchsaufbau beziehungsweise Ablauf nicht möglich.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss des Porendrucks auf Ultraschallmessungen in Sandsteinen simuliert mit Stickstoff
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung31 März 2023
DOIs
StatusVeröffentlicht - 2023