Geleerde lessen UDG rapporten

Naar aanleiding van de Green Deal UDG zijn er als inbreng voor het UDG Exploratie Werk Programma (EWP)  in totaal 14 ondersteunende onderzoekstudies uitgevoerd. Deze studies werden uitgevoerd om de haalbaarheid van Ultra Diepe Geothermie in Nederland beter in te kunnen schatten. Daarbij is onder meer het beoogde reservoir bestudeerd (het Dinantien) en is gekeken naar mogelijke risico’s bij de winning van aardwarmte uit dit reservoir. Deze studies waren niet projectspecifiek maar generiek en zoveel mogelijk landsdekkend. Ze hebben geresulteerd in een publieke set van gegevens en rapporten waarmee verschillende projecten op een eenduidige manier geanalyseerd en met elkaar vergeleken kunnen worden. De studies zijn uitgevoerd door projectteams, bestaande uit (inter)nationale experts en medewerkers van TNO en EBN. Alle studies zijn afgerond en gepubliceerd op NLOG.

Het Dinantien als reservoir

Voor UDG wordt er gekeken naar de Dinantien kalksteenlaag in het bijzonder, omdat deze zich in Nederland mogelijk op de juiste dieptes bevindt voor de gewenste hogere temperaturen waar UDG zich op richt.  De geschiktheid van een laag voor de winning van aardwarmte hangt af van 3 factoren: de dikte, de permeabiliteit (doorlatendheid) en de temperatuur. De verschillende onderzoeken naar de geschiktheid van deze laag zijn dan ook gedaan om meer te weten te komen over deze factoren. Voor het Dinantien in Nederland willen we vooral weten: Is de laag aanwezig? Hoe dik is deze laag? Wat is de temperatuur? En vooral: hoe is het gesteld met de doorlatendheid?

Dikte, Diepte en Facies

Om antwoord te geven op de vraag of de Dinantienlaag ergens aanwezig is en hoe dik deze is, werden er op basis van seismische gegevens kaarten gemaakt die de dikte en diepte van deze kalkstenen aangeven (WP2.1.1 & WP2.1.2 en WP2.1.4). Delen van Nederland zijn echter slecht bedekt met seismiek waardoor deze kaarten ‘witte vlekken’ hebben. Er bestaan verder ook grote verschillen in ‘facies’ binnen de Dinantien kalksteenlaag. Deze verschillen hebben te maken met de omstandigheden waaronder het kalkgesteente werd afgezet. Hierbij speelt bijvoorbeeld mee of de zee waarin deze laag werd afgezet ondiep of juist diep was. De variaties in facies zijn onderzocht (WP2.1.5) met behulp van gesteentemateriaal dat in eerdere boringen naar boven is gehaald. Ook werd er gekeken naar voorbeelden van deze gesteentes die in omringende landen aan het aardoppervlak liggen. Op deze manier is er een beter beeld ontstaan van de verspreiding van de verschillende facies in Nederland.

Permeabiliteit

Om een inschatting te maken van de permeabiliteit en de factoren die hierbij een rol spelen werden er metingen uit eerdere boringen naar de Dinantien kalksteen gebruikt om middels petrofysische analyses de gesteente-eigenschappen te bepalen (WP2.2.3). Hieruit blijkt dat deze kalksteen zelf vaak weinig poreus en permeabel is, behalve als er verbreukingen en karsten gevormd zijn.

Om de aanwezigheid van deze verbreukingen en karsten (en daarmee de doorlatendheid van de laag) beter te kunnen voorspellen is er ook gekeken naar hoe deze lagen na afzetting veranderd zijn in de loop van de tijd, onder invloed van temperatuur en chemische processen diep in de aarde. Dit is ten eerste gedaan met behulp van een reconstructie van de begravingsgeschiedenis (WP2.1.3) van de Dinantien kalkstenen in delen van Nederland. Daarbij werd onder meer onderzocht op welke dieptes de laag zich heeft bevonden sinds het ontstaan ervan. Er werd ook gekeken welke chemische processen (WP2.2.2) in de geologische geschiedenis daarbij mogelijk effect kunnen hebben gehad op de plaatselijke doorlatendheid van het Dinantien. Hierbij is gesteentemateriaal uit eerdere boringen gebruikt en gekoppeld aan de begravingsgeschiedenis. Aan de ene kant kan de doorlatendheid worden verbeterd door gedeeltelijke, natuurlijke oplossing van kalk, ‘karstificatie’. Aan de andere kant kan de doorlatendheid ook zijn verslechterd doordat er mineralen of metaaldeeltjes zijn neergeslagen in het gesteente. Dankzij deze studie is er meer inzicht in welke processen hebben plaatsgevonden, welke effecten dat heeft gehad op de gesteentes, en hoe daarmee de doorlatendheid voorspeld kan worden op plekken waar nog niet is geboord.

Zoals hierboven reeds genoemd zijn verbreukingen (fractures) erg belangrijk om genoeg water uit deze gesteentes te kunnen produceren of erin te kunnen injecteren. Daarom werd er ook onderzocht of de hoeveelheid spleten in het Dinantien en hun doorlatendheid kunnen worden ingeschat (WP2.2.1). Deze studie heeft laten zien dat er een grote mate van variatie is in de hoeveelheid en de grootte van deze fractures, waardoor de doorlatendheid ook sterk kan variëren.

Temperatuur

De laatste belangrijke factor voor aardwarmtewinning is de temperatuur. De temperatuur in de ondergrond neemt toe met diepte, maar dit varieert enigszins in het Dinantien. Daarom werden de variaties in temperatuur in Dinantien kalkstenen (WP2.3) onderzocht. Er is een 3D model van de verschillende lagen van de Nederlandse ondergrond gemaakt aan de hand van de nieuwste kaarten en met gegevens uit boringen. Aan de lagen werden inschattingen voor relevante thermische eigenschappen zoals de thermische conductiviteit en de radiogene warmteproductie toegekend. Dit heeft geleid tot een beter temperatuurmodel voor de diepe (>3 km) ondergrond in Nederland, zodat de temperaturen op verschillende dieptes beter kunnen worden voorspeld. Volgens dit model is het Dinantien inderdaad een geschikte laag wat betreft de temperatuur.

Veiligheid en winning

Veilige en verantwoorde winning staan voorop bij ontwikkeling van (UltraDiepe) Geothermie. Om een goed inzicht te krijgen in de mogelijke risico’s heeft een groep experts uit de olie- en gasindustrie en de geothermie-industrie een lijst gemaakt van de gevaren die mogelijk bestaan bij het doen van UDG-boringen. Dit UDG Hazard Register (WP4.1) kan gebruikt worden om op specifieke locaties te bekijken welke gevaren er mogelijk bestaan en hoe deze gemitigeerd kunnen worden.

Omdat het winnen van aardwarmte en het winnen van olie en gas op sommige punten vergelijkbaar zijn moet er vaak rekening gehouden worden met vergelijkbare beheersmaatregelen. Hierbij is natuurlijk ook gekeken naar de observaties die bij eerdere boringen naar het Dinantien in WP2.2.3 verzameld waren. Hieruit blijkt dat de temperaturen vaak hoger zijn dan normaal op het niveau van het Dinantien. Op een aantal plekken zijn ook forse overdrukken gemeten. De kans op aanwezigheid van H₂S en andere gassen is groot. Ook kunnen er zware metalen aanwezig zijn. Hiervoor zullen beheersingsmaatregelen toegepast moeten worden bij het boren, produceren en injecteren. Deze zijn vergelijkbaar met veelgebruikte maatregelen uit de olie- en gasindustrie.

Verder zijn er in de ondergrond van nature spanningen aanwezig. Om de doorlatendheid van de Dinantien kalkstenen beter in te schatten, naast eventuele dreigingen rond  seismiciteit, is een beter begrip van deze spanningen nodig. Daarom werd er een grote-schaal inventarisatie van stressoriëntatie en grootte, een analyse van impact van lokale, geologische, factoren op spanningsvelden, en ‘best practices’ voor het modelleren van spanningsvelden gedaan (WP2.4). Het rapport suggereert dat de richting van spanningen in bovenliggende formaties indicatief kan zijn voor de Dinantien kalksteenformaties. Nieuwe data over het spanningsveld op Dinantien niveau blijft hierbij extreem waardevol omdat data zeer beperkt beschikbaar zijn. Ook werd er een vergelijkende inventarisatie gemaakt van binnen- en buitenlandse geothermieprojecten met of zonder geïnduceerde seismiciteit (WP 3.1A). Verder werd er ook gekeken naar factoren die een rol spelen bij geïnduceerde seismiciteit specifiek in het Dinantien reservoir (WP 3.1B). Dit onderzoek concludeerde dat de kans op geïnduceerde seismiciteit die door mensen gevoeld kan worden zeer waarschijnlijk beperkt zal blijven tot enkele projecten in gebieden met een specifieke combinatie van verschillende lokale factoren.

Om ook een inschatting te kunnen maken van het mogelijke vermogen van UDG doubletten is er een studie uitgevoerd naar productiviteit en injectiviteit (WP 3.2). Omdat er grote onzekerheden zijn in de verbreuking, zijn er grote onzekerheden in de uitkomsten van geschatte vermogens van deze installaties. Met name de onzekerheden in de mate en de dimensies van verbreuking geven een grote onzekerheid in de geschatte vermogens. Deze inschattingen variëren nu van 3 tot 180 MW per doublet. Om een haalbare business case te bereiken zijn tenminste vermogens van zo’n 30 tot 60 MW nodig.

Methodes en technieken

Naast seismisch onderzoek zijn er andere geofysische meetmethodes (WP2.1.4) waarmee de ondergrond in kaart gebracht kan worden. Sommige van deze niet-seismische methodes, zoals gebruikmaking van zwaartekracht en aardmagnetisme, zijn al veelgebruikt bij exploratie naar aardwarmte. De gegevens die op deze manier verworven kunnen worden ondersteunen de interpretatie van seismiek, zeker in gebieden waarvan geen of weinig (goede) seismische data beschikbaar zijn. Dit is een waardevolle toevoeging voor de interpretatie van het Dinantien en voor UDG. Sommige andere niet-seismische methodes, zoals de Magneto-Tellurische methode en Controlled Source Electro Magnetics zijn minder gebruikt en minder bewezen. Voor deze technieken is een studie uitgevoerd om te kijken of deze technieken toepasbaar zouden kunnen zijn in de Nederlandse geothermie, ook op andere niveaus dan het Dinantien.

Conclusie

Er is in het programma een hoop studiewerk uitgevoerd om de geschiktheid van het Dinantien reservoir voor de UDG in Nederland beter te kunnen bepalen. Er werd daarbij o.a. onderzoek gedaan naar de dikte, diepte en facies, de permeabiliteit en de temperaturen van deze laag. Deze studies hebben geresulteerd in een publieke set van ondergrondgegevens en rapporten en nieuwe inzichten over de Dinantien kalkstenen. Hiermee kunnen verschillende projecten op een eenduidige manier geanalyseerd en met elkaar vergeleken worden. Hiermee zijn de onzekerheden over de mogelijkheden voor UDG kleiner geworden. De doorlatendheid blijkt de grootste onzekerheid. Deze onzekerheid maakt dat UDG nog niet gezien kan worden als een bewezen duurzame bron van energie. Een eerstvolgende stap om deze onzekerheid te verkleinen is een eerste boring naar het beoogde reservoir om de doorlatendheid te onderzoeken. Het is daarbij belangrijk om te vermelden dat de uitgevoerde studies ook grote waarde hebben voor aardwarmtewinning op conventionele dieptes.