Het specifieke doel van deze studie is om meer inzicht te krijgen in en een kwantificering te maken van de bijdrage van laterale heterogeniteiten (in termen van lateraal variërende lithologieën en elastische eigenschappen) binnen gasreservoirs en in de bovenliggende lagen op kleine-golflengte fluctuaties op de bodemdalingskom boven uitgeputte gasreservoirs. Hier definiëren we kleine-golflengte fluctuaties als alle fluctuaties met een lengteschaal die kleiner is dan de schaal van het gasreservoir.
De resultaten zullen nuttig zijn om te begrijpen op welke diepte en schaal heterogeniteiten in de ondergrond naar verwachting bijdragen aan onregelmatigheden in de bodemdaling aan het oppervlak. De resultaten zullen een wetenschappelijke basis vormen voor het onderscheid tussen de waarschijnlijke rol van diepe heterogeniteiten en processen en ondiepe heterogeniteiten en processen bij het optreden van kleinschalige fluctuaties in het bodemdalingprofiel.
Het onderzoek werd in opdracht van TNO uitgevoerd en ging in 2024 van start. Het project werd in september 2025 afgerond en geëvalueerd.
Meer ...
In het algemeen wordt in bodemdalingsmodellen de ondergrond geschematiseerd als een reeks lateraal continue, min of meer horizontale lagen met relatief kleine variaties in dikte. Gegevens uit seismisch onderzoek en boorgaten tonen aan dat heterogeniteiten, zoals laterale variaties in lithologieën, laagdikte en materiaaleigenschappen, zowel op reservoirniveau als op verschillende dieptes in de bovenlaag van een gasreservoir kunnen voorkomen, terwijl deze heterogeniteiten verschillende lengteschalen kunnen hebben. Afhankelijk van de diepte, de laterale en verticale afmetingen en de contrasten in materiaaleigenschappen kunnen deze heterogeniteiten van invloed zijn op de vorm van de bodemdalingskom op het maaiveld en kunnen ze mogelijk een (gedeeltelijke) bron zijn van kleine golflengtefluctuaties in bodemdaling, zoals waargenomen op het maaiveld.
Modellering van bodemdaling. (Semi-)analytische modellen zoals AESUBS worden vaak gebruikt om de ontwikkeling van bodemdaling boven uitgeputte gasreservoirs te modelleren. Deze (semi-)analytische benaderingen zijn over het algemeen computationeel efficiënt, waardoor ze kunnen worden gebruikt voor data-assimilatie en modelkalibratie op basis van observaties van bodemdaling, en ze zijn met succes gebruikt voor het modelleren van de grootschalige ontwikkeling van de bodemdalingkom in de tijd. (Semi-)analytische benaderingen kunnen echter alleen rekening houden met verticale variaties in lithologieën en eigenschappen, maar niet met laterale variaties in lithologieën en elastische eigenschappen. Om de impact van deze laterale heterogeniteiten in de ondergrond op het optreden van kleine/intermediaire golflengtefluctuaties in het bodemdalingprofiel te modelleren, zijn numerieke modelleringstechnieken nodig.
Ondergrondse gegevens en bodemdalingmetingen. Informatie over de verschillende schalen van laterale heterogeniteiten in de ondergrond kan worden verkregen uit seismische onderzoeken, geologische kaarten en dwarsdoorsneden en boorgatgegevens die beschikbaar zijn op www.nlog.nl, evenals uit het GeoTop-model van de ondiepe ondergrond. Over het algemeen zullen er meer gegevens over heterogeniteiten in de ondergrond beschikbaar zijn voor de ondiepe ondergrond. Gegevens over karakteristieke kleine golflengtefluctuaties in het bodemdalingprofiel boven Nederlandse gasreservoirs, zoals het gasveld van Groningen, kunnen worden afgeleid uit observaties, zoals nivellerings-, GPS- en InSar-gegevens.
In het onderzoek moeten de volgende specifieke vragen worden behandeld:
1. Belangrijkste onderzoeksvraag: Wat is het effect van laterale heterogeniteiten in de ondergrond op de vorm van de bodemdalingkom boven een leeglopend, verdichtend gasreservoir? Kunnen zij het optreden van kleine golflengtefluctuaties in bodemdaling verklaren, zoals waargenomen boven Nederlandse uitputtende gasvelden?
2. Welke karakteristieke lengteschalen van heterogeniteiten in de ondergrond kunnen we verwachten op reservoirniveau en in de bovenlaag van producerende gasvelden?
3. Wat is de omvang van typische kleine golflengtefluctuaties in bodemdaling zoals waargenomen boven uitputtende gasvelden?
4. Hoe verhoudt de omvang van de waargenomen fluctuaties zich tot de meetfout? Hoe verhoudt de omvang van de kleine golflengtefluctuaties zich tot de onzekerheid van de voorspellingen met gangbare analytische oplossingen voor laagjesstructuren?
5. Wat is de impact van een grote lithologische heterogeniteit in de ondergrond, zoals 1) een visco-elastische zoutkoepel bovenop een elastisch reservoir, 2) diepe subglaciale vallei-afzettingen, op bodemdaling boven een leeglopend gasveld?
6. Wat is de impact van heterogeniteit binnen het reservoir en ruimtelijke variatie in elastische materiaalparameters op fluctuaties in bodemdaling aan het oppervlak? Wat is het effect van heterogeniteiten in de bovenlaag op fluctuaties in bodemdaling aan het oppervlak? Op welke manier beïnvloeden de diepte en omvang van de heterogeniteit (in termen van hoogte en laterale omvang) het bodemdalingprofiel?
7. Wat is de eerste-orde schatting van de verwachte fluctuaties in bodemdaling als gevolg van grondwaterverlaging? Hoe verhouden de golflengten van schommelingen in bodemdaling als gevolg van het proces van reservoirverdichting zich tot differentiële oppervlaktebewegingen veroorzaakt door ondiepe processen zoals grondwateronttrekking?
8. Hoe verhouden de resultaten van numerieke modellering zich tot analytische oplossingen voor gelaagde structuren, in het geval van heterogeniteit onder het oppervlak?
9. Welke invloed hebben de resultaten op het beleid inzake Nederlandse mijnbouwactiviteiten?
10. Welke invloed hebben de resultaten op de technische beoordeling van productieplannen door TNO?
Numerieke modellen, gekalibreerd met realistische parameters, tonen aan dat ondiepe heterogeniteiten lokale verticale en horizontale grondverplaatsingen met 1-9% kunnen versterken, wat overeenkomt met de kortgolflengtefluctuaties die in InSAR-gegevens worden waargenomen. Hoewel de versterking van de verplaatsingen bescheiden is, kan dit leiden tot een toename van de horizontale spanning met 30-200%, wat van belang is bij het beoordelen van mogelijke schade aan gebouwen en infrastructuur in regio's waar de horizontale spanning, zonder rekening te houden met kleinschalige heterogeniteiten, al relatief hoog is.
Alle specifieke onderzoeksvragen zijn in het rapport behandeld.
Het rapport stelt een methodologie voor om laterale elastische heterogeniteiten mee te nemen in voorspellingen van geïnduceerde spanningen. Gebieden met een hoge initiële spanning, zoals gasveldranden en gebieden boven ondiepe kleine gasvelden en zoutcavernes, zijn bijzonder kwetsbaar en moeten prioriteit krijgen bij risicobeoordelingen.
Het ontwikkelen van kaarten van horizontale spanningsversterking zou nauwkeurigere voorspellingen kunnen ondersteunen.
Het KEM-panel heeft het project geëvalueerd:
Het onderzoek werd uitgevoerd door een bekwaam team van onderzoekers. De onderzoeken werden op een rigoureuze en systematische manier uitgevoerd op basis van de integratie van inSAR-waarnemingen met numerieke 2D- en 3D-eindige-verschil- en eindige-elementensimulaties voor verzakkingsmodellering, waarbij rekening werd gehouden met de verzakking in Groningen in de periode van 2016 tot medio 2020. De onderzochte soorten heterogeniteiten zijn zorgvuldig gekozen om realistisch te zijn.
Computersimulaties, gebaseerd op realistische omstandigheden, tonen aan dat ondiepe verschillen in de samenstelling van de ondergrond lokaal de beweging van het oppervlak als gevolg van gaswinning zowel horizontaal als verticaal met ongeveer 1 tot 9% kunnen vergroten. Dit komt overeen met de patronen die worden waargenomen in satellietmetingen.
Hoewel deze lokale veranderingen in beweging relatief klein zijn, kunnen ze in sommige regio's, zoals de randen van gasvelden of gebieden boven ondiepe gasvelden en zoutcavernes, van invloed zijn op het risico van schade aan gebouwen en infrastructuur. Dergelijke regio's moeten een aandachtspunt zijn bij risicobeoordelingen. Het rapport schetst een manier om deze informatie in toekomstige voorspellingen mee te nemen.