KEM-15 Seismische risico's ten gevolge van afkoelingseffecten bij geothermische systemen

Deze onderzoeksvraag is gericht op het verbeteren van het inzicht in geothermische waterinjectie onder verschillende omstandigheden met verschillende volumes en snelheden, en op de risicobeoordelingsmethode voor geothermische injectieputten. Dit moet SodM helpen bij haar inspectietaken en de sector helpen bij het optimaliseren van productieplannen, het inschatten van de levensduur van de doubletten en het beoordelen van de tijd die nodig is om het thermische en hydrostatische evenwicht te herstellen. Het wordt belangrijk geacht om betere richtlijnen en instrumenten te ontwikkelen als uitgangssituatie en om veilige werkprocedures voor geothermische injectieputten (en productieputten) te kunnen definiëren.

Het onderzoek is specifiek gericht op de volgende onderzoeksvragen: (1) In welke generieke geometrieën (of scenario's) van reservoir + breuk(en) en een dubbel in een bepaalde verre-veldspanningstoestand is er een verhoogd risico op breukinstabiliteit? (2) Onder welke parameters bevinden breuken zich binnen het bereik van het thermische front dat uit de injectieput straalt, binnen de levensduur van een typisch geothermisch systeem (d.w.z. vóór thermische doorbraak bij de productieput)? (2) Wat is de invloed van breukdoorlaatbaarheid in relatie tot de reservoirdoorlaatbaarheid op de grootte van het breukvlak dat wordt afgekoeld door de injectie van koud water? en (4) Hoe verandert de spanningsensor op verschillende punten van een breukvlak in de loop van de tijd met de ontwikkeling van een afgekoeld gebied?

Wat is de omvang van seismische gebeurtenissen die kunnen worden verwacht als gevolg van gecombineerde thermische koelingseffecten?

VOLLEDIGE ONDERZOEKSVRAAG

Het resultaat van dit project bestond uit een hoofdrapport met 12 bijlagen en bevat aanbevelingen en richtlijnen met betrekking tot operationele parameters voor veilige koudwaterinjectie in geothermische reservoirs.

KEM-15 HOOFDRAPPORT (BIJLAGEN A1, A2a en A2b, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11, A12)

De belangrijkste parameters werden onderzocht binnen hun verwachte maximale variabiliteit en gerangschikt zoals hieronder vermeld met betrekking tot hun invloed op het risico van geïnduceerde seismische activiteit: (1)

De oriëntatie van bestaande breuken ten opzichte van het in situ spanningsveld is een belangrijke parameter, aangezien sommige breuken mogelijk al dicht bij hun kritieke toestand zijn. (2) Of een breuk op een onstabiele manier zal verschuiven, wordt bepaald door het teken van de a-b-breukconstituerende parameter, waarbij negatieve a-b-waarden wijzen op een neiging tot onstabiele verschuiving. Helaas is er geen eenvoudige manier om de waarde van deze parameter voor een bepaalde ondergrondse breuk te schatten. (3) Een andere belangrijke parameter is de afstand tussen de injectieput en een bepaalde breuk. Grofweg gezegd is het onwaarschijnlijk dat er een risico bestaat op door afkoeling veroorzaakte seismische activiteit op die breuk als de afstand tussen de injectieput en de breuk groter is dan de afstand tussen de injectie- en productieputten. (4) Het risico op geïnduceerde seismische activiteit is groter op locaties met een hogere natuurlijke seismische activiteit, zoals gekwantificeerd door de seismogene index. Gelukkig is de seismogene index in heel Nederland laag. (5) Het risico van geïnduceerde seismische activiteit hangt ook af van de eigenschappen van het lokale matrixgesteente. Het risico is groter voor gesteenten die stijver en minder doorlatend zijn en een hogere thermische uitzettingscoëfficiënt hebben; het seismische risico is kleiner voor zachtere, meer doorlatende gesteenten met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. (6) Spanningsveranderingen die leiden tot seismisch gevaar houden verband met de injectiesnelheid en -druk en de temperatuur van de geïnjecteerde vloeistof. Door de injectiedruk en -snelheid te verlagen en de reinjectietemperatuur te verhogen, kan de seismische activiteit worden verminderd. (7) Ten slotte is de invloed van (injectie)vloeistofeigenschappen zoals dichtheid en viscositeit op het seismische risico gering.

Het project heeft geleid tot de volgende aanbevelingen, die worden ondersteund door de gegevens en de modelleringsstudies:

1. Gezien de variabiliteit van de eigenschappen van gesteenten en breuken in de ondergrond en de spanningen ter plaatse, is het noodzakelijk om voor elk voorgesteld geothermisch project een a priori locatiespecifieke seismische risicobeoordeling uit te voeren om het natuurlijke seismische risico en het potentieel voor geïnduceerde seismische activiteit te evalueren.

2. Als blijkt dat de potentiële locatie een verhoogd risico op geïnduceerde seismische activiteit heeft, moet een meer gedetailleerde modellering worden uitgevoerd, mogelijk met behulp van de methoden die in deze studie zijn gebruikt.

3. Zodra de productie van geothermische energie in een bepaald veld is gestart, moet een lokaal seismisch monitoringnetwerk worden opgezet om eventuele geïnduceerde seismische activiteit te monitoren.

4. Als een seismische gebeurtenis (of piekgrondversnelling, enz.) wordt waargenomen die een vooraf bepaalde drempel overschrijdt (d.w.z. een “verkeerslichtsysteem”), kunnen de injectiesnelheden worden verlaagd (of de productiesnelheden verhoogd) en kan de temperatuur van de geïnjecteerde vloeistof worden verhoogd om verdere geïnduceerde seismische activiteit te beperken. Het succes van deze mitigatiemethoden kan worden beoordeeld door de geïnduceerde seismische activiteit te monitoren.

Het project is in 2023 geëvalueerd, wat heeft geleid tot enkele correcties in de rapporten. De definitieve versies zijn op deze webpagina te vinden.

EVALUATIE VAN HET ONDERZOEKSPROJECT

Over het algemeen kan worden geconcludeerd dat de onderzoekers de doelstellingen van dit project grondig hebben aangepakt, met behulp van geschikte instrumenten, en dat zij hun resultaten hebben geïnterpreteerd om tot bruikbare conclusies en aanbevelingen te komen.

Wat betreft de gevarenanalyse in verband met geothermische activiteiten, moeten de conclusies, gezien de hierboven samengevatte kwesties, met de nodige voorzichtigheid worden bekeken en mogelijk worden geconsolideerd door middel van verdere analyses. Het project concludeert dat, indien dit beleid wordt gevolgd, de productie van geothermische energie in Nederland waarschijnlijk kan worden voortgezet. De opmerkingen over het onderdeel gevarenanalyse moeten echter altijd in aanmerking worden genomen.

SodM heeft een Nederlandse samenvatting en interpretatie op haar website geplaatst, die via deze link kan worden geraadpleegd.