Ein optimierter semi-analytischer hydromechanischer Kopplungsansatz für die geologische CO2-Speicherung: hydraulische Reaktivierung von Störungen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Verlagsgruppe Mainz GmbH Aachen
2020
|
| Ausgabe: | 1. Auflage |
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen
Heft 25 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Im Titel ist "2" tiefgestellt |
| Beschreibung: | XXVIII, 273 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten |
| ISBN: | 9783958863903 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis Vv
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis IX
Tabellenverzeichnis XVII
Symbolverzeichnis XIX
Kurzfassung XXV
Abstract XXVU
1 Einleitung 1
1 1 Motivation 2
1 2 Zielsetzung und Gliederung der Arbeit 3
2 Geologische Speicherung von Kohlenstoffdioxid
2 1 Beschreibung der Carbon Capture and Storage Technologie (CCS)
2 2 Speicherung von CO: in salzwasserführenden Grundwasserleitern
221 Rückhaltemechanismen
222 Schlüsselindikatoren für die Bewertung eines potenziellen COz-
Speichers 9
223 Verbreitung potenzieller Speicherstandorte in Deutschland sssesseeneensennmnenoenee ll
2 3 Bisherige Anwendungen von CCS 12
2 4 Diskussion und Bewertung 14
241 Leistungsfähigkeit und wirtschaftliche Perspektive nneneeneenennneerenennnerenne 14
242 Unsicherheiten und Risiken 15
243 Risikoanalysen und aktueller Forschungsbedarf nessnsesosenensenensesensesssensusensnen 17
Stratigraphie und Strukturgeologie 21
3 1, Genese von Gesteinen
3 2 Plattentektonik und Gebirgsbildung (Orogenese)
3 3 Entstehung der Sedimentgesteine des Zentraleuropäischen Beckens
331 Sedimente des Trias
332 Sedimente des Jura, der Kreide und des Känozoikums eersessesesensentnnennsesennenenne
3 4 Geologische Störungen
341 Tektonische Faktoren bei der Entstehung von Störungen
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 - 2020
Inhaltsverzeichnis
vi
tstchung von Stérungen
342 Nicht-tektonische Faktoren bei der En
343 Beschaffenheit von Störungen
3,5 Zusammenfassung,
4 Prozessmodellierung von geologischer CO;-Speicherung in
salzwasserführenden Formationen
4 1 Beschreibung der auftretenden Prozesse
42 Grundlagen der hydraulischen Prozesse
421 Definitionen
422 Mehrphasenlluss als thermodynamischer Prozess „meer
423 Fluideigenschaflen
424 Mehrphasenfluss unter teilgesätligten Bedingungen
425 Kontinuumsmechanische Grundgleichungen
4 3 Grundlagen der geomechanischen Prozesse une
431 Theorie der effektiven Spannungen nach Terzaghi und Biot
432 Stoflgesetze „en
4 4 Thermo-hydromechanische Kopplungen von Mehrphasenfluidfluss-
Simulationen «nennen eneestnnan 79
441 Arten der ihermo-hydromechanischen Kopplung «enter 80
4 42 Ansätze zur Beschreibung der Permeabilitäts-Porositätsbezichung einer
Störung 83
4 5 Zusammenfassende Bewertung und aktueller Forschungsbedarl neennene 84
5 _ Formulierung eines semi-analytischen hydromechanischen Kopplungsansatzes 87
5 1 Methodik des neuen Ansatzes 87
5 2 Konzeptionelle Grundannahmen 90
5 3 Formulierung des neuen Ansatzes 93
331 Verwendete Definitionen 93
532 Mathematische Beschreibung des neuen Ansatzes aneencseseenenennenenentnnnnennnrenenneen 96
533 Zugrundeliegende Hypothesen 99
534 Anwendung des neuen Ansatzes 101
5 4 Methodik zur Validierung des neuen Kopplungsansatzes aessssensnsesnenassonnanenesnruenee 102
5 5 Zusammenfassung 102
6 Berechnungsmodelle und numerische Umsetzung 103
6 1 Gliederung 103
6 2 Beschreibung des verwendeten ProgrammsySlems ccssccescssseseceserereeeceesess 104
621 Funktionsweise von ABAQUS 104
622 Validierung der hydromechanischen Funktionsweise von ABAQUS „un 107
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 : 2020
Inhaltsverzeichnis Vil
Numerische Implementierung des neuen Ansatzes in ABAQUS
6 4 Beschreibung der synthetischen Modell variationen
641 Stratigraphische Beschreibung des synthetischen Basismodells und der
daraus entwickelten Modell variationen sssssesssssssesseessvesessassesssnscsssessseesessseses 115
642 Beschreibung des Berechnungsausschnitts, der Diskretisierung und der
Randbedingungen 121
643 Definition der verwendeten Homogenbereiche, Bezugselemente und
Referenzelemente für den semi-analytischen Kopplungsansatz s ssssesssesses 123
644 Verwendete Stoffgesetze, Parametrisierung und Initialisierung des
Modells 126
645 Modellierung des Injektionspre 130
7 Validierung des semi-analytischen Kopplungsansatzes fiir Einphasenfluidfluss
durch die Störung 131
7 1 Zielsetzung und Gliederung 131
7 2 Gesamtübersicht, inhaltliche Zuordnung und Beschreibung der
Parameterstudien 132
7 3 Beschreibung der hydromechanischen Prozesse am Beispiel einer
Modellvariation 137
731 Ergebnisse und Diskussion 137
732 Qualitative Verilizierung der Simulationsergebnisse nesensennensseoneeneen 144
7 4 Ergebnisse von Untersuchungsreihe | zur Ermittlung der Anwendungsgrenzen
und zur Validierung der Hypothesen 146
741 Untersuchung zum Einfluss der horizontalen Diskretisierung der
Störung,
742 Ermittlung der Anwendungsgrenzen einer Basissimulation
743 Untersuchung zur Validierung von Hypothese I
744 Untersuchung zur Validierung von Hypothese 2
745 Untersuchung zur Validierung von Hypothese 3 und 4
Diskussion der Ergebnisse von Untersuchungsreihe 1 unsenseneunssnrensnssunnnenonenenenenenane 167
751 Untersuchung zum Einlluss der horizontalen Diskretisierung der
Störung
752 Ermittlung der Anwendungsgrenzen einer Basissimulation
753 Untersuchungen zur Validierung der Hypothesen 1 bis 4
Ergebnisse und Diskussion von Untersuchungsreihe 2 zur Validierung des
semi-analytischen Kopplungsansatzes 174
Zusammenfassung und Fazit 185
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 - 2020
Vill Inhaltsverzeichnis
8 Validierung des semi-analytischen Kopplungsansatzes für
Mehrphasenfluidfluss durch die Störung 187
8 1 Zielsetzung 187
8 2 Numerische Umsetzung und Implementierung des semi-analytischen
Koppli ig ze 187
8 3 Modellbeschreibung des untersuchten synthetischen geologischen CO:-
Speichers 189
831 Beschreibung der verwendeten Modellvariation, Homogenbereiche,
Bezugs- und Referenzelemente
832 Beschreibung des Berechnungsausschnitts, der räumlichen
Diskretisierung und der Randbedingungen
833 Definition der verwendeten Homogenbereiche, Bezugselemente und
Referenzelemente fiir den semi-analytischen Kopplungsansatz
834 Verwendete Stoffgesetze, Parametrisierung und Initialisierung des
Modells (91
8 4 Simulationsdurchführung und Simulationsübersicht 193
8 5 Ergebnisse und Diskussion der FE-Simulationen 195
8 6 Zusammenfassung und Fazit 203
9 Zusammenfassung und Ausblick 205
Literaturverzeichnis 211
Vorveröffentlichungen 223
Anlagen 225
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 - 2020
|
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Inhaltsverzeichnis Vv
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis IX
Tabellenverzeichnis XVII
Symbolverzeichnis XIX
Kurzfassung XXV
Abstract XXVU
1 Einleitung 1
1 1 Motivation 2
1 2 Zielsetzung und Gliederung der Arbeit 3
2 Geologische Speicherung von Kohlenstoffdioxid
2 1 Beschreibung der Carbon Capture and Storage Technologie (CCS)
2 2 Speicherung von CO: in salzwasserführenden Grundwasserleitern
221 Rückhaltemechanismen
222 Schlüsselindikatoren für die Bewertung eines potenziellen COz-
Speichers 9
223 Verbreitung potenzieller Speicherstandorte in Deutschland sssesseeneensennmnenoenee ll
2 3 Bisherige Anwendungen von CCS 12
2 4 Diskussion und Bewertung 14
241 Leistungsfähigkeit und wirtschaftliche Perspektive nneneeneenennneerenennnerenne 14
242 Unsicherheiten und Risiken 15
243 Risikoanalysen und aktueller Forschungsbedarf nessnsesosenensenensesensesssensusensnen 17
Stratigraphie und Strukturgeologie 21
3 1, Genese von Gesteinen
3 2 Plattentektonik und Gebirgsbildung (Orogenese)
3 3 Entstehung der Sedimentgesteine des Zentraleuropäischen Beckens
331 Sedimente des Trias
332 Sedimente des Jura, der Kreide und des Känozoikums eersessesesensentnnennsesennenenne
3 4 Geologische Störungen
341 Tektonische Faktoren bei der Entstehung von Störungen
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 - 2020
Inhaltsverzeichnis
vi
tstchung von Stérungen
342 Nicht-tektonische Faktoren bei der En
343 Beschaffenheit von Störungen
3,5 Zusammenfassung,
4 Prozessmodellierung von geologischer CO;-Speicherung in
salzwasserführenden Formationen
4 1 Beschreibung der auftretenden Prozesse
42 Grundlagen der hydraulischen Prozesse
421 Definitionen
422 Mehrphasenlluss als thermodynamischer Prozess „meer
423 Fluideigenschaflen
424 Mehrphasenfluss unter teilgesätligten Bedingungen
425 Kontinuumsmechanische Grundgleichungen
4 3 Grundlagen der geomechanischen Prozesse une
431 Theorie der effektiven Spannungen nach Terzaghi und Biot
432 Stoflgesetze „en
4 4 Thermo-hydromechanische Kopplungen von Mehrphasenfluidfluss-
Simulationen «nennen eneestnnan 79
441 Arten der ihermo-hydromechanischen Kopplung «enter 80
4 42 Ansätze zur Beschreibung der Permeabilitäts-Porositätsbezichung einer
Störung 83
4 5 Zusammenfassende Bewertung und aktueller Forschungsbedarl neennene 84
5 _ Formulierung eines semi-analytischen hydromechanischen Kopplungsansatzes 87
5 1 Methodik des neuen Ansatzes 87
5 2 Konzeptionelle Grundannahmen 90
5 3 Formulierung des neuen Ansatzes 93
331 Verwendete Definitionen 93
532 Mathematische Beschreibung des neuen Ansatzes aneencseseenenennenenentnnnnennnrenenneen 96
533 Zugrundeliegende Hypothesen 99
534 Anwendung des neuen Ansatzes 101
5 4 Methodik zur Validierung des neuen Kopplungsansatzes aessssensnsesnenassonnanenesnruenee 102
5 5 Zusammenfassung 102
6 Berechnungsmodelle und numerische Umsetzung 103
6 1 Gliederung 103
6 2 Beschreibung des verwendeten ProgrammsySlems ccssccescssseseceserereeeceesess 104
621 Funktionsweise von ABAQUS 104
622 Validierung der hydromechanischen Funktionsweise von ABAQUS „un 107
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 : 2020
Inhaltsverzeichnis Vil
Numerische Implementierung des neuen Ansatzes in ABAQUS
6 4 Beschreibung der synthetischen Modell variationen
641 Stratigraphische Beschreibung des synthetischen Basismodells und der
daraus entwickelten Modell variationen sssssesssssssesseessvesessassesssnscsssessseesessseses 115
642 Beschreibung des Berechnungsausschnitts, der Diskretisierung und der
Randbedingungen 121
643 Definition der verwendeten Homogenbereiche, Bezugselemente und
Referenzelemente für den semi-analytischen Kopplungsansatz s ssssesssesses 123
644 Verwendete Stoffgesetze, Parametrisierung und Initialisierung des
Modells 126
645 Modellierung des Injektionspre 130
7 Validierung des semi-analytischen Kopplungsansatzes fiir Einphasenfluidfluss
durch die Störung 131
7 1 Zielsetzung und Gliederung 131
7 2 Gesamtübersicht, inhaltliche Zuordnung und Beschreibung der
Parameterstudien 132
7 3 Beschreibung der hydromechanischen Prozesse am Beispiel einer
Modellvariation 137
731 Ergebnisse und Diskussion 137
732 Qualitative Verilizierung der Simulationsergebnisse nesensennensseoneeneen 144
7 4 Ergebnisse von Untersuchungsreihe | zur Ermittlung der Anwendungsgrenzen
und zur Validierung der Hypothesen 146
741 Untersuchung zum Einfluss der horizontalen Diskretisierung der
Störung,
742 Ermittlung der Anwendungsgrenzen einer Basissimulation
743 Untersuchung zur Validierung von Hypothese I
744 Untersuchung zur Validierung von Hypothese 2
745 Untersuchung zur Validierung von Hypothese 3 und 4
Diskussion der Ergebnisse von Untersuchungsreihe 1 unsenseneunssnrensnssunnnenonenenenenenane 167
751 Untersuchung zum Einlluss der horizontalen Diskretisierung der
Störung
752 Ermittlung der Anwendungsgrenzen einer Basissimulation
753 Untersuchungen zur Validierung der Hypothesen 1 bis 4
Ergebnisse und Diskussion von Untersuchungsreihe 2 zur Validierung des
semi-analytischen Kopplungsansatzes 174
Zusammenfassung und Fazit 185
Schriftenreihe Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen University Heft 25 - 2020
Vill Inhaltsverzeichnis
8 Validierung des semi-analytischen Kopplungsansatzes für
Mehrphasenfluidfluss durch die Störung 187
8 1 Zielsetzung 187
8 2 Numerische Umsetzung und Implementierung des semi-analytischen
Koppli ig ze 187
8 3 Modellbeschreibung des untersuchten synthetischen geologischen CO:-
Speichers 189
831 Beschreibung der verwendeten Modellvariation, Homogenbereiche,
Bezugs- und Referenzelemente
832 Beschreibung des Berechnungsausschnitts, der räumlichen
Diskretisierung und der Randbedingungen
833 Definition der verwendeten Homogenbereiche, Bezugselemente und
Referenzelemente fiir den semi-analytischen Kopplungsansatz
834 Verwendete Stoffgesetze, Parametrisierung und Initialisierung des
Modells (91
8 4 Simulationsdurchführung und Simulationsübersicht 193
8 5 Ergebnisse und Diskussion der FE-Simulationen 195
8 6 Zusammenfassung und Fazit 203
9 Zusammenfassung und Ausblick 205
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