Real-Time Monitoring of the Effect of Carbon Dioxide on the Cement Sheath

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Die globale Erwärmung ist eines der erheblichsten Probleme, die die moderne Gesellschaft lösen muss. Eine Möglichkeit, die globale Erwärmung zu stoppen oder zu reduzieren, ist die Abscheidung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre oder industriellen Abgasen und dieses in geologischen Formationen zu lagern. Ein Problem dabei ist die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Bohrlöchern, als Kombination von Zement, Rohren, Dichtungen und Ventilen, die zu möglichen Leckagen führen. Um eine Lagerung von Kohlendioxid zu ermöglich muss es in seinem superkritischen Zustand injiziert werden. Superkritischen Kohlendioxid kann Stahl und Elastomere korrodieren und reagiert mit den Kalziumkomponenten in Zement. Diese werden zersetzt und es kommt zur Bildung von Karbonaten und Bikarbonaten. Diese Karbonatisierung führ zu einem Verlust der Integrität eines Bohrloches. Diese Arbeit fokussiert sich auf die Entwicklung von Methoden, die die kontinuierliche Überwachung der Bohrlochintegrität unter realen Bedingungen ermöglichen. Diese Überwachung wird durch die Konstruktion einer Autoklave ermöglicht, deren Auslegung die superkritischen Bedingungen des Kohlendioxids berücksichtigt. Diese Autoklave ermöglicht auch CT Scans unter praxisnahen Bedingungen (Druck, Temperatur). Auch akustische Messungen mit Piezoelementen sind möglich. Erste Tests mit reinem Klasse G Portland Zement erstellen eine Referenz. Die Anordnung in der Autoklave besteht aus einem Gesteinskern, der mit Zement ummantelt ist. Eine Bohrung in der Mitte des Gesteinkerns ermöglicht eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des Kohlendioxids. Bei einer Eignung der Sensoren zur Überwachung der Bohrlochintegrität können verschiedene Zemente und ihre Eignung zur Verwendung mit Kohlendioxid getestet werden. Der Versuchsaufbau und -ablauf, die hier besprochen werden, gleicht den Zuständen in einer geologische Formation, wodurch die Erkenntnisse repräsentativ sind für die realen Zustände. Während des ganzen Versuchs wird der Druck nie von den Proben genommen. Digitalisierung ermöglicht die in-situ Analyse. Nach Beendigung des Versuchs werden Proben des Zements eingehend chemisch und physikalisch untersucht. Die Daten dieser Analysen werden mit den Sensordaten verglichen, um die kontinuierliche Überwachung zu verbessern. Die Ergebnisse dieser Arbeit können die Leckage von Kohlendioxid in die Umwelt oder andere Formationen verhindern. Eine solche Leckage führt zu einem Misslingen der Lagerung von Kohlendioxid. Die Ergebnisse sollten zu einer ökonomischen Verbesserung der Bohrungen sowie von Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltaspekten führen.

Details

Titel in ÜbersetzungEchtzeitüberwachung des Einflusses von Kohlendioxid auf den Zementmantel
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung22 Sept. 2020
StatusVeröffentlicht - 2020