Geo-Dat

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© iStockphoto.com/ Lisa-BlueGeo-Dat
Im Verbundvorhaben Geo-Dat sollte eine thermodynamische Datenbasis aufgebaut werden, mit deren Hilfe komplexe geochemische Prozesse in tiefen geothermischen Schichten des norddeutschen Beckens berechnet werden können.  Eine besondere Herausforderung bestand in der Modellierbarkeit der druck- und temperaturabhängigen Löslichkeit bestimmter scale-bildender Mineralphasen in hochsalinaren Lösungen. 

Vorgehensweise
Die Umsetzung des Vorhabens erfolgte in mehreren Teilschritten. Ausgehend von bereits in der thermodynamischen Referenzdatenbasis THEREDA vorhandenen Daten wurden diese über eine datenbankgestützte Recherche erweitert. Auf Basis des erweiterten Datensatzes wurde anschließend eine Parameterdateie für das geochemische Rechenprogramm PHREEQC erstellt. Schließlich wurde diese verwendet, um mit Hilfe des Programms OpenGeoSys ein generisches, am Standort Groß-Schönebeck orientiertes Reservoir möglichst realitätsnah zu simulieren. Mithilfe des Modells sollten die Konsequenzen unterschiedlicher Einflussfaktoren untersucht werden.

Injektionsbohrung (Quelle: Geox)

Validierung mit Daten aus der Praxis
Um die druck- und temperaturabhängige Löslichkeit verschiedener Mineralphasen zu bestimmen wurden an der TU Bergakademie Freiberg Labormessungen durchgeführt. Am Geothermiestandort Groß Schönebeck erfolgte parallel dazu ein ausführliches Fluidmonitoring. Dabei wurden alle relevanten chemischen Parameter vor und hinter einem Wärmetauscher in flüssiger und fester Phase (Mineralpräzipitate) gemessen. Dadurch konnten wichtige Erkenntnisse zu den real in-situ bestimmten Lösungszusammensetzungen und Mineralausfällungen gewonnen werden. Wichtig für die Validierung der neu erstellten Datenbasis waren aber auch Vergleichsrechnungen mit realen, in gut dokumentierten und publizierten Versuchen gewonnenen Löslichkeitsdaten. Es stellte sich heraus, dass es für wesentliche Lösungsprozesse, sowohl im Sediment (z. B. Calcit, Dolomit) als auch in Rohrleitungssystemen und Wärmetauschern (Schwermetallsulfide und -oxide, insb. Blei und Kupfer) keine ausreichenden Messdaten gibt, um diese belastbar für die hier relevanten Randbedingungen modellieren zu können – trotz einer Vielzahl an Publikationen, die sich mit geochemischen Modellrechnungen in genau diesen Systemen befassen.

Aufgabe der GRS
Die GRS koordinierte innerhalb des Vorhabens alle Aktivitäten hinsichtlich der Entwicklung der thermodynamischen Datenbasis. Sie besitzt Expertise bei der Ermittlung von Daten und Parametern für die thermodynamische Modellierung. Hierfür steht auch das Geowissenschaftliche Labor zur Verfügung, das auf die besonderen experimentellen Anforderungen in Verbindung mit hochsalinaren Lösungen eingestellt ist.
Kooperationspartner der GRS in diesem Verbundvorhaben waren das Helmholtz-Zentrum Potsdam ‒ Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) und das Institut für Anorganische Chemie der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Das Vorhaben konnte 2015 abgeschlossen werden. Der dazu veröffentlichte Abschlussbericht ist in der Publikationsdatenbank der GRS abrufbar.