Expose_Gasmembran.qxd:Layout 1
30.04.2009
10:12 Uhr
Seite 2
In-Situ-Messung von Gasen in tiefen Bohrlรถchern
Expose_Gasmembran.qxd:Layout 1
30.04.2009
10:12 Uhr
Seite 3
In-Situ-Messung und chemische Beprobung von Gasen in tiefen Bohrlöchern mit Hilfe eines Gas Membran Sensor Systems Zusammenfassung Wir bieten ein Verfahren für die Echtzeit-Messung und die Beprobung von gelösten Gasen in tiefen, mit Wasser gefüllten Bohrungen oder Brunnen an. Die patentierte Technologie beruht auf der Entwicklung eines GasMembranSensors (GMS) und besitzt einen relativ einfachen Aufbau. Sie verzichtet, sofern weder Temperatur noch Druck (optional möglich) gemessen werden sollen, komplett auf Elektronik unter Tage. Die Sonde befindet sich seit Juni 2008 erfolgreich im Dauereinsatz. Der Einsatzbereich des Gas Membran Sensor Systems umfaßt eine Teufe bis 2.000 Meter bei Druckverhältnissen von bis zu 250 bar und einer Temperatur von bis zu 120°C. Der ausgereifte Stand der Technologie ist beispielsweise für die Bestimmung von Gaskonzentrationen in Gasspeichern, für das Monitoring von Thermal- und Mineralquellen sowie Altlastendeponien geeignet. Weitere Anwendungsfelder sind denkbar, z.B. im maritimen Umfeld. Sprechen Sie uns einfach an.
Ausgangssituation und Stand der Technik Die kontinuierliche Untersuchung und direkte Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Gasen in tiefen Bohrlöchern ist unverzichtbar, um natürliche unterirdische Fluide zu charakterisieren und gas-chemische Veränderungen im Reservoir während industrieller Nutzung zu erkennen. Um Tiefengasproben zu gewinnen stehen bis heute nur relativ teure, zeitaufwändige und komplizierte Techniken (Pumpversuche mit Tauchpumpen, Lifttests, Untertageprobenehmer, U-Tube) zur Verfügung. Dadurch wird die Probenzahl limitiert und die räumlich zeitliche Datendichte beschränkt. Dagegen ist das neuartige am Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) entwickelte GMS-Verfahren für Langzeitund direkte Gasmessungen geeignet, um Veränderungen in der Zusammensetzung und Konzentration der Gase in geologischen Speichern zu messen.
Expose_Gasmembran.qxd:Layout 1
30.04.2009
10:12 Uhr
Seite 4
Produkt- und Verfahrensbeschreibung Hauptkomponente des GMS ist eine Schlauchmembran in einem perforierten Edelstahlgehäuse, das angeschlossen an ein spezielles Bohrlochmesskabel im Zielhorizont des Bohrlochs abgehängt wird. Hier durchdringen die gelösten Gase aus der Umgebung die Membran und werden anschließend mit einem Trägergas nach Übertage transportiert. Die Feldtauglichkeit des GMS wurde an der Pilotanlage zur CO2-Speicherung im brandenburgischen Ketzin (CO2-SINK) nachgewiesen. So konnte die Ankunft des eingebrachten Kryptongastracers und des injizierten Kohlendioxids in eine Beobachtungsbohrung detektiert werden. Durch Verwendung von im Labor bestimmten Kalibrationsfaktoren ist die Quantifizierung der gelösten Gaskonzentration möglich. Mit Hilfe eines Gas-Tomographen werden die für diese Fragestellung relevanten Gase (Wasserstoff, Helium, Methan, Stickstoff, Sauerstoff, Krypton und Kohlendioxid) gemessen. Die Messung und Analyse von anderen Gasen oder flüchtigen organischen Bestandteile ist durch den Einsatz anderer Analyseverfahren möglich. Die GMS-Methode zur Gasanalytik in Bohrlöchern wird vom GFZ als Erfindung in Anspruch genommen und ist geschützt. Die Technologie ist in der USA patentiert.
Ablauf und Umfeld der Beprobung und Analyse von Gasen
Einsatzbereiche Das Gas Membran Sensor System ist generell für die Erfassung von Gasen und flüchtigen organischen Stoffen geeignet. Das System arbeitet unabhängig von den Umfeldfaktoren in tiefen geologischen Schichten, im maritimen Umfeld am Meeresboden sowie im Umfeld von aktiven Vulkanen. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Überwachung von Veränderungen der Gaskonzentrationen in Thermal- und
Expose_Gasmembran.qxd:Layout 1
30.04.2009
10:12 Uhr
Seite 1
GFZ Potsdam
Technologiepotentiale und Vorteile - In-Situ-Messung von Gasen in Echt-Zeit - Patentiertes Verfahren für Teufen ab 50 bis 2.000 Meter - Einfacher Aufbau des Instrumentariums und des Verfahrens - Für die Messung von Gasen ist keine Elektronik unter Tage im Einsatz - Für die optionale Messung von Temperatur- und Druckverhältnissen können spezielle Sensoren integriert werden - Kostengünstiges Verfahren, da keine permanente Bohrlochinstallation erforderlich Komponenten der GasMembranSonde
Mineralquellen. Somit ist die laufende In-Situ-Messung von Tiefenwasser, insbesondere auch Thermal- und Heilwasser möglich. Das Verfahren kann auch die Aussagesagequalität bei der Projektierung geothermischer, thermaler oder mineralwassertechnischer Bohrungen verbessern. Die Überwachung von Altlastendeponien und deren Wechselwirkungen zu den grundwasserführenden Schichten ist ebenfalls möglich. In diesem Fall können flüchtige organische Stoffe vor Ort gemessen werden. Das Instrumentarium benötigt keine permanente Bohrlochinstallation oder –infrastruktur und kann jederzeit, auch unter Tage, entfernt werden. Der robuste und mobile Aufbau fördert auch einen Einsatz in abgelegenen Örtlichkeiten und Regionen.
Entwicklungsstand und Kooperationsanfrage - Erfolgreicher Feldversuch mit Prototypen läuft seit Sommer 2008 - Dienstleister zur Messung von Gasen und flüchtigen organischen Stoffen gesucht - Fertigungsunternehmen für das GMS als marktreifes Produkt gesucht Ansprechpartner Koordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIEN Werner Dransch, Tel.: 0331 288 1074 www.geotechmarket.de, werner.dransch@geotechnologien.de Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ Sektion 4.2, Frau Miethke, Tel. 0331 288 1421