Electrical phenomena during carbon dioxide sequestration on the laboratory scale with respect to an electromagnetic monitoring

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke; Professor Dr. Klaus Spitzer
• Subject Area: Geophysics
• Term: from 2012 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 221782423

In der Kooperation von Geophysik und Verfahrenstechnik und vernetzt mit Arbeitsgruppen an der Universität Bonn und dem Geoforschungszentrum Potsdam sollen die elektrischen Phänomene bei der Verpressung von CO2 im Labor grundlegend nachvollzogen werden. Dadurch wird Grundlagenwissen geschaffen, das die zuverlässige Interpretation elektromagnetischer Messdaten, z.B. beim Sicherheitsmonitoring, ermöglicht. Das für elektromagnetische Verfahren relevante elektrische Signal bei der CO2-Verpressung wird primär durch die Verdrängung des salinaren Porenwassers durch das hochohmige CO2 bestimmt. Voruntersuchungen konnten diesen Effekt qualitativ nachweisen und zeigen, dass einfache Verdrängungsmodelle die physiko-chemischen Prozesse nicht hinreichend gut beschreiben, da mindestens zwei gegenläufige Effekte auftreten: Die Erniedrigung der elektrischen Leitfähigkeit ¿ durch Verdrängung gutleitfähigen Porenwassers durch CO2 und eine Erhöhung von ¿ durch Lösung von CO2 im Porenwasser. Wegen der hohen Sensitivität von ¿ gegenüber der Porenraumfüllung ist davon auszugehen, dass es möglich ist, den Sättigungsgrad zu bestimmen, wenn ein validiertes petrophysikalisches Modell vorliegt. Die vorgeschlagene Forschung ermöglicht erstmals die systematische in-situ und real-time Messung der elektrischen Leitfähigkeit und chemischer Parameter CO2-haltiger Wässer sowie der spektralen elektromagnetischen Parameter von Proben bei der Durchströmung mit CO2 bei Drücken bis 30 MPa und Temperaturen bis 80°C. Die Verwendung von reinen Quarzsanden und standardisierten Porenwässern ermöglicht allgemein gültige Ergebnisse, die frei von Störeinflüssen aufgrund von standortspezifischer Mineralogie oder Formationswasserzusammensetzung sind. Angestrebtes Ergebnis ist eine verallgemeinerbare, multidisziplinäre Interpretationsreferenz und ein umfassender Datenkatalog über das elektrische Verhalten des binären Systems CO2-Wasser in porösen Medien als Basis für die anschließende Entwicklung und Dimensionierung elektromagnetischer Monitoringverfahren.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Dr. Georg Nover; Dr. Erik Spangenberg