KEM-24b Effect van reservoirdrukhandhaving door middel van injectie van gasinjectie op seismische risico's in Groningen, vervolg

In 2022 werd de KEM-24a-studie gepubliceerd, waarin het effect van vloeistofinjectie op seismische activiteit werd onderzocht aan de hand van het Groningen-reservoir als voorbeeld. Voortbouwend op eerdere studies en beschikbare gegevens over het Groningen-reservoir werd een model ontwikkeld om het effect van vloeistofinjectie op seismische activiteit te onderzoeken. De resultaten van deze studie waren echter niet eenduidig. Het model was niet in staat om zowel de historische veranderingen in de reservoirdruk als de waargenomen seismische activiteit na te bootsen. Daardoor kon het voorspellende vermogen van het model niet worden gevalideerd. Een betrouwbare bevinding van deze studie was dat injectie van N2 efficiënter is voor het beïnvloeden van de reservoirdruk dan CO2. Daarom wordt in deze vervolgstudie alleen N2-injectie in aanmerking genomen. Studies naar geothermische systemen hebben aangetoond dat de injectie van relatief koele vloeistoffen in een relatief warm reservoir seismische activiteit kan veroorzaken. Injectie van een koude vloeistof zorgt ervoor dat een deel van het reservoir afkoelt. Deze temperatuurdaling gaat gepaard met thermische krimp van het reservoirgesteente, wat leidt tot een spanningsdaling en mogelijk tot activering van nabijgelegen breuken (bijv. De Simone et al., 2013; Jeanne et al., 2017; Pandey et al., 2018). Het is dus belangrijk om bij de beoordeling van de mogelijkheden voor vloeistofinjectie in uitgeputte reservoirs niet alleen rekening te houden met drukeffecten, maar ook met dit temperatuureffect. Ondanks alle inspanningen is er geen definitief antwoord op de vraag wat het netto-effect is van vloeistofinjectie in uitgeputte reservoirs op het seismische risico. Daarom heeft het KEM-panel aanbevolen om vervolgonderzoek te doen. De staatssecretaris van Economische Zaken en Klimaat heeft besloten deze aanbeveling op te volgen en daarom is KEM-24b gestart.

Zijn er voorbeelden van vloeistofinjectie in reservoirs die vergelijkbaar zijn met het Groningenreservoir? Wereldwijd is vloeistofinjectie in verschillende velden toegepast. Zijn er velden die qua omvang en/of reservoir- en deklaagkenmerken vergelijkbaar zijn met Groningen? Wat kan er van deze gevallen worden geleerd in termen van belangrijke criteria, factoren, enz.?

Wat zijn mogelijke injectiescenario's om seismische activiteit te verminderen nadat de productie is gestopt? Welke scenario's kunnen worden toegepast om seismische activiteit na de productie te verminderen? Zouden die scenario's zich richten op het minimaliseren van het drukverschil in het veld, een algehele toename van de druk overal in het veld, of zijn er andere opties? Hoeveel vloeistof, bijvoorbeeld N2, moet worden geïnjecteerd om effect te hebben op de reservoirdruk en de seismische activiteit? Is dat technisch haalbaar?

Hoe kan het SHRA-model worden aangepast om vloeistofinjectie mee te nemen? De huidige versie van het SHRA-model is niet in staat om de druk- en temperatuureffecten van vloeistofinjectie mee te nemen. Op welke manier moeten de verschillende onderdelen van het model worden aangepast om de druk- en temperatuureffecten van vloeistofinjectie te kunnen bestuderen?

Wat is het effect van vloeistofinjectie op het totale seismische risico? Wat is het effect van de in onderzoeksvraag 2 gedefinieerde injectiescenario's op het seismische gevaar en risicoprofiel van het Groningenveld in vergelijking met een scenario zonder injectie? Hoe zijn de resultaten?

VOLLEDIGE ONDERZOEKSVRAAG

Dit project werd opgezet als vervolg op het KEM-24a project (getiteld “Effect van drukbehoud door vloeistofinjectie op seismisch risico”). Aan het einde van dat project kon geen definitief oordeel worden gegeven over de waarde van vloeistofinjectie voor het behoud van de reservoirdruk en het verminderen van seismische gevaren. Er werden echter aanwijzingen gevonden voor de mogelijke (uitsluitend) positieve effecten van gasinjectie, met name stikstof. Het doel van dit vervolgproject KEM-24b was dan ook om vast te stellen of grootschalige injectie van stikstofgas in het uitgeputte gasveld van Groningen het aantal aardbevingen kan verminderen en daarmee het seismische gevaar en risico kan verminderen. Met andere woorden, in dit stadium werden alleen de mogelijke gunstige effecten van stikstofinjectie onderzocht en gerapporteerd.

KEM-24b ONDERZOEKSRAPPORT

Dit project omvatte vier onderzoekstaken. Deze taken en de gerapporteerde resultaten kunnen als volgt worden samengevat.

Een literatuurstudie, waarin de beschikbare kennis over door vloeistofinjectie veroorzaakte seismische activiteit en risicobeperkende strategieën werd verzameld, met bijzondere aandacht voor lessen die kunnen worden getrokken uit bestaande gevallen (bijv. afvalwaterverwerking, gasopslag, geothermische warmteproductie) en die relevant zijn voor het geval van Groningen. Uit het onderzoek bleek dat het injecteren van stikstof in een leeg gasreservoir met als doel seismische activiteit te verminderen nog nergens ter wereld is gedaan. Niettemin waren de magnitudes van seismische gebeurtenissen die werden waargenomen in gevallen van vloeistofinjectie die relatief analoog zijn aan het geval in Groningen (in termen van verwachte mogelijke geomechanische faalmechanismen, injectiediepte en reservoirkenmerken) relatief klein (magnitudes ≤ 1,7).

Identificatie van scenario's voor stikstofinjectie. In totaal zijn acht scenario's in overweging genomen. Als eenheid voor de gasinjectiesnelheid is gekozen voor 1 ZB = 1,58 miljard m3/jaar (gelijk aan de productiecapaciteit van de stikstoffabriek in Zuidbroek). In drie scenario's werden de injectiesnelheden vastgesteld op 1 ZB. In vijf andere scenario's werd gekeken naar injectiesnelheden van 10 ZB. De laatste scenario's waren weliswaar onhaalbaar op basis van de huidige stikstofproductiecapaciteit, maar werden in overweging genomen om de bovengrens van het effect van stikstofinjectie te bepalen en om enkele mechanismen in verband met herdruk en hun impact op seismische activiteit te illustreren. Uit de resultaten blijkt dat stikstofinjectie met de momenteel mogelijke snelheden zal leiden tot een merkbare drukverhoging (tot 90 psi over een periode van 30 jaar) in vergelijking met geen injectie, en tot een verminderde drukgradiënt over het hele veld. Bij 10 keer hogere injectiesnelheden zal de drukverhoging veel sneller en veel hoger zijn (tot 700 psi over een periode van 30 jaar).

Seismische gevaren- en risicoanalyse, waarbij rekening werd gehouden met de (alleen) potentiële gunstige effecten van gasinjectie en de daaruit voortvloeiende drukveranderingen op de totale seismische activiteit met behulp van de SHRA Groningen. De resultaten tonen aan dat de injectie van stikstof kan leiden tot een vermindering van de voorspelde seismische activiteit in vergelijking met het geval zonder injectie. De vermindering is aanzienlijk groter bij hogere injectiesnelheden. Dienovereenkomstig is er een aanzienlijke vermindering van het seismische risico en neemt het aantal gebouwen dat niet aan de veiligheidsnorm voldoet aanzienlijk af. De omvang van de mogelijke vermindering hangt af van de injectiesnelheden, de ruimtelijke en temporele injectiepatronen en de duur van de injectie. Voor definitieve resultaten op dit gebied moeten echter ook de negatieve effecten worden meegewogen.

Onderzoek naar noodzakelijke aanpassingen aan het seismische bronmodel. Er is onderzocht of het huidige seismische bronmodel moet worden verbeterd, met bijzondere aandacht voor de mogelijkheid om mogelijke negatieve effecten van stikstofinjectie te onderzoeken. Geconcludeerd werd dat het bronmodel moet worden bijgewerkt door een niet-lineaire verdichtingsvertakking toe te voegen, zodat de mogelijke gevolgen van temperatuurverlaging als gevolg van injectie kunnen worden onderzocht.

Samenvattend lijkt de injectie van stikstof een potentieel te hebben voor vermindering van de totale seismische activiteit. Seismische gevaren en seismische risico's kunnen echter niet alleen op basis van dit project worden vastgesteld, aangezien de mogelijke nadelige effecten van injectie niet in aanmerking zijn genomen. Om de haalbaarheid van risicobeperking te bepalen, is een uitgebreide studie en kosten-batenanalyse nodig, waarbij gebruik wordt gemaakt van geschikte modellen die rekening houden met niet-lineaire vervorming, thermische en compositionele effecten, zodat de mogelijke negatieve gevolgen volledig kunnen worden gekwantificeerd. Ook moeten aspecten met betrekking tot de benodigde hoeveelheden stikstof en de mogelijkheden voor de productie ervan en de technologische vereisten worden onderzocht.

Het project is geëvalueerd door het wetenschappelijk onderzoekspanel van KEM.

EVALUATIE VAN HET KEM-24b ONDERZOEK

De conclusie is dat, hoewel deze studie beperkt was in omvang, alle onderzoeksvragen effectief zijn behandeld.

De studie heeft alleen de gunstige effecten van stikstofinjectie onderzocht. Er is gewerkt met eenvoudige injectiescenario's met een zeer eenvoudige ruimtelijke verdeling van injectieputten. Het model dat hier is gebruikt, was ontwikkeld voor de simulatie van gasproductie en niet voor gasinjectie in een uitgeput gasreservoir. Daarom zijn enkele potentieel significante effecten, zoals samenstellings- en thermische effecten, niet meegenomen.

Om de haalbaarheid van risicobeperking te bepalen, is een uitgebreid onderzoek en een kosten-batenanalyse nodig, waarbij gebruik wordt gemaakt van geschikte modellen die rekening houden met niet-lineaire vervorming, thermische en samenstellingseffecten, zodat de mogelijke negatieve gevolgen volledig kunnen worden gekwantificeerd. Ook moeten aspecten met betrekking tot de benodigde hoeveelheden stikstof en het potentieel voor de productie ervan en de technologische vereisten worden onderzocht.