1 Challenge the future

Even voorstellen…

• Auke Barnhoorn

• Universitair Docent in Petrofysica

• Department of Geoscience and Engineering

• Faculteit van Civiele Techniek en

Geowetenschappen – TU Delft

• 8 jaar in buitenland gewoond

• Nu 5 jaar in Delft

• Getrouwd, 2 zonen (7 en 1 jr)

http://www.citg.tudelft.nl/aukebarnhoorn

auke.barnhoorn@tudeflt.nl

2 Challenge the future

Wat doe ik in Delft?

• Onderwijs

• BSc Studenten Technische Aardwetenschappen

• MSc Studenten Petroleum Engineering and Reservoir Geology

• Begeleiden van afstudeerstudenten

3 Challenge the future

Wat doe ik in Delft?

• Onderzoek

• Experimenteel gesteente mechanisch onderzoek

• 3D visualiseren van gesteentes

Doel: begrijpen van scheurvormingsprocessen

Toepassingsgebieden:

• Fundamenteel onderzoek

• Geothermie

• Olie/gas winning

• CO2 opslag

• Aardbevingen

4 Challenge the future

Vandaag

• Onze ondergrond en onstaan van gas reservoirs

• Het Ternaard gas veld

• Gaswinning en Aardbevingen en Bodemdaling

• Slot opmerkingen

5 Challenge the future

Hoe ziet de ondergrond eruit?

grains pore space

• Zandsteen

• Holle ruimtes (porositeit) gevuld met olie/gas

• Holle ruimtes 200 mm groot (0.2 mm)

6 Challenge the future

Zandsteen

Bad Bentheim, Duitsland

7 Challenge the future

Boring tot 2-5 km diepte

8 Challenge the future

Stratigrafische

kolom van

NL

Duin et al., 2006

9 Challenge the future

Ondergrond van Nederland

Duin et al., 2006

10 Challenge the future

Hoe wordt gas of olie gevormd?

1. Moedergesteente

• Warm & High sea level

• Abundant marine deposits / Tropical forests

• Organic-rich limestones, clays etc.

~175-300 million years ago

11 Challenge the future

Boring tot 2-5 km diepte

12 Challenge the future

Gasvelden in NL

13 Challenge the future

Gasvelden in NL

14 Challenge the future

Ternaard gas veld

• Upper Slochteren zandsteen (Perm ouderdom)

• Zandsteen onder de Zechstein zout formatie

• Langwerpig N-Z reservoir (‘structurally defined’)

• Dikte: ~104 m

• Porositeit: ~14.4%

• Permeabiliteit: ~ 1.6 mD

• 4 Miljard kubieke meter gas

Factsheet Ternaard from nlog.nl (TNO & Ministerie van

Economische Zaken)

15 Challenge the future

hypocent

er

epicenter

Gaswinning en aardbevingen

bodemdaling

16 Challenge the future

Natural and Induced

Earthquakes

triggered naturally

high natural stress build-up

low natural stress build-up

triggered by human activity

Japan, Italy, New Zealand and 1992 Roermond

(NL)

Basel (geothermal) Blackpool (shale

gas)

waste water injection (Oklahoma)

gas production and compaction

(Groningen)

hydraulic fracturing

17 Challenge the future

Natural and Induced

Earthquakes

triggered naturally

high natural stress build-up

low natural stress build-up

triggered by human activity

Japan, Italy, New Zealand and 1992 Roermond

(NL)

Basel (geothermal) Blackpool (shale

gas)

waste water injection (Oklahoma)

gas production and compaction

(Groningen)

hydraulic fracturing

18 Challenge the future

Natural and Induced

Earthquakes

triggered naturally

high natural stress build-up

low natural stress build-up

triggered by human activity

Japan, Italy, New Zealand and 1992 Roermond

(NL)

Basel (geothermal) Blackpool (shale

gas)

waste water injection (Oklahoma)

gas production and compaction

(Groningen)

hydraulic fracturing

19 Challenge the future

Natural and Induced

Earthquakes

triggered naturally

high natural stress build-up

low natural stress build-up

triggered by human activity

Japan, Italy, Nepal, Turkey and 1992 Roermond

(NL)

Basel (geothermal) Blackpool (shale

gas)

waste water injection (Oklahoma)

gas production and compaction

(Groningen)

hydraulic fracturing

20 Challenge the future

Voorbeelden

Induce

d s

eis

mic

itiy

in t

he O

klahom

a a

rea |

By

Wik

imedia

Com

mons

|

Public

dom

ain

Hyd

rau

lic f

ract

uri

ng

an

d r

ela

ted

act

ivit

ies

| B

y W

ikim

edia

Co

mm

on

s |

Pu

blic

do

ma

in

hydraulic fracturing waste water injection

21 Challenge the future

Recording of Earthquakes since 1996

Induce

d s

eis

mic

ity

| By

NAM

, 2013.

“Tech

nic

al Addendum

to t

he

Win

nin

gsp

lan G

ronin

gen …

” |

Public

dom

ain

`

2012

Huizinge

M3.6

gas fields

22 Challenge the future year

culu

mat

ive

nu

mb

er p

er y

ear

Activity Rate in Groningen

23 Challenge the future

Wat is compactie?

pores

grains

cross section

24 Challenge the future

25 Challenge the future

26 Challenge the future before

compaction after compaction

27 Challenge the future

Compactie

1. Rock compressibility

2. Porosity of the rock

3. Thickness of the layer

4. Reduction of gas pressure

1. Gesteente compressibiliteit

2. Porositeit van het gesteente 14.4%

3. Dikte van de laag ~104 m

4. Afname van gas druk in het reservoir

28 Challenge the future

Compactie

voorspellingen

Nagel 2001

∆𝑡 = ∆𝜎′ ∗ 𝑐 ∗ ℎ

∆t = compaction (reduction in

reservoir thickness) ∆𝜎′ = change in the vertical effective

stress

c = reservoir compressibility (rock

type and porosity)

h = thickness of the reservoir

29 Challenge the future

before gasproduction after gasproduction and compaction

Compactie in Groningen

30 Challenge the future

Bodemdaling

• Afname in gas druk leidt tot compactie in het reservoir

• Compactie in het reservoir leidt tot bodemdaling

• Bodemdaling door gas productie leidt niet tot scheuren in gebouwen etc.

• Bodemdaling kan wel om maatregelen vragen met betrekking tot dam /

dijk hoogtes, veranderingen in eco milieu in Waddenzee.

• De te verwachten bodemdaling is goed te voorspellen.

~40 cm

~30 km

Tilt = 0.002°

31 Challenge the future

before gasproduction after gasproduction and compaction

Compactie en aardbevingen

32 Challenge the future

after gasproduction and compaction before gasproduction displacement and build up of stress

33 Challenge the future

Induce

d s

eis

mic

ity

| By

NAM

, 2013.

“Tech

nic

al Addendum

to t

he

Win

nin

gsp

lan G

ronin

gen …

” |

Public

dom

ain

2012

Huizinge

M3.6

gas fields

34 Challenge the future

Tot slot - conclusies

Gasreservoirs

• Ternaard in zandsteen van de Upper Slochteren Formatie

• ~4 miljard kubieke meter

Bodemdaling

• Bodemdaling door gaswinning door compactie tgv afname in

gas druk.

• Mate van bodemdaling goed te voorspellen.

• Maatregelen voor dam/dijk hoogtes etc.

Aardbevingen

• Aardbevingen door gas winning veroorzaakt door differentiele

compactie in het reservoir (breuk gerelateerd)

• Gas velden met seismiciteit (Groningen), maar er zijn ook gas

velden zonder seismiciteit

35 Challenge the future

Tot slot - Mijn advies

Informatie

• Open dialoog en informatieuitwisseling belangrijk

• Vraag om informatie en begrijp de processen

• Doe dat ook regelmatig!

Monitoring

• Meten is weten! Een monitoringsprogramma kan bepalen

of/hoeveel bv. bodemdaling plaatsvindt, of aardbevingen

plaatsvinden etc.

• Belangrijk om monitoringsprogramma te starten voor start

van productie want alleen dan is de uitgangsituatie bekend