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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-85053
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8505/


Bissen, Raphael

Charakterisierung und Modellierung von Kluftnetzwerken am Beispiel des Piesberges (Westfal, Norddeutschland)

Characterization and modeling of fracture networks - case study Piesberg (Westphal, N-Germany)

Dokument1.pdf (52.738 KB) (Dissertation) (md5sum: 7f982952742e70929ffc2cfbde6b4184)
Dokument2.pdf (81.797 KB) (Anhang) (md5sum: c068065bcb4a7ccfa831dd3c42eea8d1)
Dokument3.pdf (2.517 KB) (A1-Konturplots Fotogrammetrie) (md5sum: 78743dadba749906bd2f512f762976d5)
Dokument4.pdf (2.969 KB) (A1-Konturplots Kompassmessungen) (md5sum: 7876bb5c4f7c547b11de721b053c78ba)
Dokument1.zip (542,361 KB) (Daten in ZIP-Datei)

Kurzfassung in Deutsch

Mehr als 60% aller Lagerstätten der Welt sind sogenannte NFR´s („Naturally Fractured Reservoir“). Für die optimale Erschließung einer solchen geklüfteten Lagerstätte ist die umfassende Dokumentation des Kluftnetzwerkes und seiner räumlichen Variabilität von entscheidender Bedeutung. Eine wesentliche Herausforderung besteht dabei in der Extrapolation der Bohrungsdaten auf den Lagerstättenmaßstab. Die vorliegende Studie untersucht das Potential von geomechanischen Finite Element (FE) Simulationen und Discrete Fracture Network (DFN) Modellen für eine Prognose und geometrische Beschreibung des Kluftsystems. Während die DFN Modelle auf einer geostatistischen Beschreibung des Kluftnetzwerkes basieren, verwenden die FE Simulationen einen prozessorientierten Ansatz auf Basis der lagerstättenspezifischen Störungsgeometrie
und Gesteinsmechanik. Als Fallbeispiel zum Testen der verschiedenen Arbeitsansätze wurde der Piesberg nördlich von Osnabrück gewählt. Der dortige Steinbruch
erschließt das untere Westfal D (Ober-Karbon) und stellt aufgrund der strukturellen
Position und der guten Aufschlussverhältnisse ein hervorragendes Analogbeispiel zu Erdgaslagerstätten im Karbon des Norddeutschen Beckens (z.B. Husum-Schneeren) dar.
Während der Geländearbeiten wurde die Sprödbruchtektonik am Piesberg sowohl mit
konventionellen strukturgeologischen als auch mit fotogrammetrischen Methoden detailliert aufgenommen. Die Störungsdaten wurden für eine Paläospannungsanalyse zur Bestimmung der Spannungsfeldorientierungen genutzt. Die mechanischen Eigenschaften der Karbon-Lithologien wurden in uniaxialen und triaxialen Druckversuchen bestimmt. Diese wurden als Materialeigenschaften für die FE Modellierung genutzt. Anhand von Dünnschliffen und XRD-Analysen wurde die mineralogische Zusammensetzung der Gesteine sowie der Kluftmineralisation untersucht. Zum quantitativen Verständnis der unterschiedlichen Kluftorientierungen des Piesberges werden geomechanische Lagerstättenmodelle auf Basis der FE-Methode eingesetzt. 2D Modelle wurden unter einem ebenen Spannungszustand („plane-stress“) belastet. Die Modellgeometrie beschreibt dabei verschiedene Phasen in der tektonischen Entwicklung mit unterschiedlichen Störungsmustern (rezent, paläo: „strike slip“). Als Randbedingungen für die Modellierungen wurden verschiedene regionale Spannungsfelder (rezent
und paläo) getestet. Die FEModellierungen weisen lokale Spannungsfeldumorientierungen
im Umfeld der Störungen auf und liefern eine genetische Erklärung für einen Großteil der beobachteten Kluftorientierungen. Geomechanische Lagerstättenmodelle
bieten sich daher als Werkzeug für die Interpolation von Kluftdaten zwischen
Bohrungen bzw. für die Extrapolation des Kluftnetzwerkes in bislang nicht erbohrte
Lagerstättenbereiche an. Für die „Discrete Fracture Network“ (DFN)
Modellierung wurde in Schlumberger PETREL® ein 3D Strukturmodell des Piesberges erstellt und mit gesteinsphysikalischen Eigenschaften versehen. Die stochastische Reproduktion des Kluftnetzwerkes wurde zunächst für einen kleinen Bereich des Steinbruches auf Basis des Datensatzes aus der Fotogrammetrie getestet.
Anschließend wurde innerhalb der Gesamtstruktur unter Verwendung stochastischer
(Klüfte) sowie deterministischer (Störungen) Methoden ein Bruchnetzwerk generiert. Die
modellierten Attribute (Porosität, Permeabilität und Konnektivität) der jeweiligen Kluftnetzwerke wurden auf Simulationsgitter unterschiedlicher Vernetzungsdichte hochskaliert.


Kurzfassung in Englisch

Over 60% of all reservoirs worldwide are so called NFR´s ("Natrurally Fractured Reservoir"). A complete documentation of the fracture network and his variability is crucial for the optimal exploitation of a naturally fratured reservoir. A major challenge is the extrapoltion of well data to the reservoir scale. This stugy investigates the potential of geomechanical FE simulations and DFN models for a prediction and geometrical description of the fracture network. While DFN models are based on a geostatistical description of the fracture network, FE simulations use a process-oriented approach based on the reservoir specific fault pattern and rock mechanics.


SWD-Schlagwörter: Gebirgsmechanik , Finite-Elemente-Methode
Freie Schlagwörter (deutsch): Bruchnetzwerk , Modellierung , Finite Elemente , Felsmechanik
Freie Schlagwörter (englisch): fracture network , modeling , finite element , discrete fracture network , rock mechanics
Institut: Geologisches Institut
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften, Geologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Henk, Andreas (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.12.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 19.03.2012
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