Vurdering af det geotermiske potentiale i området omkring Rødding-1 boringen vest for Skive by

Transkript

1 Side 1/15 Til: Skive Geotermi A/S, ved Direktør Lars Yde Fra: GEUS, L.H. Nielsen, C.M. Nielsen, A. Mathiesen, L. Kristensen & J. Therkelsen Kopi til: Jens Jørgen Møller; Flemming G. Christiansen; Journalen Fortroligt: Nej Dato: GEUS-notat nr.: 08-EN J.nr. GEUS: Emne: Vurdering af det geotermiske potentiale i området omkring Rødding-1 Vurdering af det geotermiske potentiale i området omkring Rødding-1 boringen vest for Skive by Dette notat, bestilt af Direktør Lars Yde, Skive Geotermi A/S, resumerer de væsentligste resultater af de geologiske undersøgelser og reservoir simuleringer, GEUS har foretaget for Skive Kommune og Skive Geotermi med henblik på vurdering af det geotermiske potentiale i området omkring Rødding-1 boringen. Grundlaget for GEUS vurdering GEUS har tidligere udført landsdækkende analyser af det geotermiske potentiale i Danmark, som viser, at Gassum Formationen har et geotermisk potentiale i store dele af landet (Fig. 1)(1). Derudover har GEUS siden 2010 udført en række lokale geofaglige undersøgelser for Skive Kommune og Skive Geotermi for at vurdere undergrundens lokale beskaffenhed og det geotermiske potentiale i Gassum Formationen i et område ved Rødding-1 boringen (2,3). Undersøgelserne er baseret på foreliggende data fra dybe boringer og seismiske data indsamlet i forbindelse med tidligere olieefterforskningsaktiviteter i området. Der er ikke indsamlet nye primære data i form af nye boringer eller nye seismiske data i forbindelse med de geotermiske undersøgelser. Som følge af interesseområdets placering i et område afgrænset af seismiske linjer på alle sider, har GEUS tidligere vurderet, at det ikke er nødvendigt at indsamle nye seismiske data forud for en kommende eksplorationsboring (Fig. 2). De lokale geotermiske undersøgelser supplerer GEUS landsdækkende vurdering og er foretaget i en fortløbende proces med trinvist øget detaljeringsgrad med sigte på gradvist at øge sikkerheden i vurderingerne og dermed modne beslutningsgrundlaget for et geotermisk projekt. Da undergrundens geologiske opbygning kan være kompliceret og kun kendes fra spredte dybe boringer suppleret med indirekte informationer fra seismiske data vil der altid være en vis usikkerhed i

2 Side 2/15 prognoser vedrørende et reservoirs dybde, temperatur og ydeevne. I det efterfølgende afsnit resumeres de væsentligste konklusioner fra de udførte undersøgelser. Gassum Formationen Gassum Formationen findes i det meste af Danmark og dens udbredelse og sammensætning er veldokumenteret (1,4,5,6). Formationen er påvist i en række boringer i Nord- og Midtjylland, og det forventes, at formationen findes i hovedparten af dette område bortset fra på toppen af markante saltstrukturer og på Ringkøbing-Fyn Højderyggen. Boringerne Kvols-1, Oddesund-1, Rødding-1 og Skive-1 og -2, der er placeret relativt nær det udpegede interesseområde har alle påvist formationen; det samme har Mejrup-1 boringen syd for området samt boringer i Himmerland Graven (Farsø-1, Hyllebjerg-1 og Års-1). Vurdering af boreprofilerne fra disse boringer sammen med de undersøgte lokale seismiske data viser i kombination med GEUS regionale geologiske model, at formationen med meget stor sandsynlighed findes i det udpegede interesseområde (7) (Fig. 2). Skive-1 og -2 boringerne har sammen med tidligere seismisk kortlægning vist, at Gassum Formationens tykkelse og dybde er markant påvirket af saltbevægelse på dele af Skive saltstrukturen, ligesom forkastninger formentlig bryder kontinuiteten af reservoiret på dele af strukturen. Figur 3 viser en detaljeret sammenligning mellem Kvols-1, Oddesund-1 og Rødding-1 boringerne, som vurderes at være de boringer, der er mest repræsentative for interesseområdet. De tre boringer viser, at Gassum Formationen i dette område overordnet set består af tre dele. Den øvre del består af skiftende lag af lersten og finkornede sandsten, der har et ringe geotermisk potentiale. Den midterste del består hovedsageligt af mellemkornet sandsten, der udgør hoved reservoiret (main reservoir vist med rød farve på figur 3), som har et godt geotermisk potentiale. Den nedre del består af finkornede sandsten, der nedefter gradvist afløses af lersten; denne del har et begrænset geotermisk potentiale (2,3,8). Interesseområdet Skive Kommune har udpeget et interesseområde mellem de to VNV ØSØ orienterede seismiske linjer og og de to SSV NNØ orienterede linjer og (Fig. 2). Rødding-1 boringen er lokaliseret i den vestlige del af området, og har dokumenteret forekomsten af Gassum Formationen. Formationen er 96 m tyk i boringen, hvoraf hovedreservoiret i formationens midterste del er 30 m tyk med 26 m net sandsten. GEUS tolkning af de eksisterende seismiske data viser en forkastningszone, som bryder kontinuiteten af Gassum Formation i den nordligste udkant af interesseområdet (1) (Fig. 2, 4a og 4b). GEUS har derfor anbefalet, at de geotermiske boringer placeres i passende afstand syd for denne zone. Bortset fra den påviste forkastningszone viser tolkningen af de seismiske data ikke tegn på større

3 Side 3/15 brudzoner eller forkastninger. Det er derfor GEUS vurdering, at kontinuiteten af Gassum Formationen ikke brydes indenfor interesseområdet. Brøndenes placering og forventede ydeevne GEUS har i to tidligere rapporter præsenteret beregningsresultater for en mulig produktion af geotermisk varme i området omkring Rødding-1 brønden (9, 10). Beregninger er udført ved reservoirsimulering på baggrund af en opstillet geologisk model. Den geologiske model er baseret på de forhåndenværende data og på de antagelser og forbehold, som er beskrevet i de tidligere rapporter til Skive Kommune og Skive Geotermi, og som er nødvendige, når der simuleres på et begrænset geologisk dataset. Grænsebetingelser og antagelser for reservoirsimuleringerne er beskrevet i (9) og (10). Der er regnet på forskellige alternative brøndplaceringer (Fig. 5), hvor brøndene er placeret i par på de enkelte lokaliteter. Afstanden mellem brøndene i de enkelte brøndpar er 800 m målt ved reservoirdybde svarende til, at de er boret med en hældning fra lodret på 15 grader. Afstanden mellem et produktionsbrøndpar og et injektionsbrøndpar er fra ca m til 2000 m. Der er yderligere er regnet på hvilken indvirkning forkastningszonen nord for Rødding-1 brønden har på reservoirets ydeevne (Fig. 2). Resultaterne af simuleringerne viser, at det er en fordel at placere injektionsbrøndene højt på den saltstruktur, der findes i Rødding området og produktionsbrøndene længere nede ad flanken. Dette skyldes at, reservoirets permeabilitet aftager jo dybere reservoiret ligger, mens temperaturen samtidig stiger med ca. 2.8 o C for hver 100 meters dybde. Ved at placere injektionsbrøndene højt på strukturen opnås den bedst mulige permeabilitet for injektionsbrøndene. Dette er en fordel når det afkølede vand skal returneres til reservoiret, idet der skal et relativt højere tryk til at re-injicere det afkølede formationsvand end til at producere det varme formationsvand, da det afkølede vand har en højere viskositet. Produktionsvandet får til gengæld den højst mulige temperatur, når brøndene placeres dybest muligt. I simuleringsmodellen er der anvendt en temperatur funktion, hvor temperaturen er sat til 8 o C på overfladen og stigende med 28 o C pr 1000 m s dybde (10). Denne relation passer med de ca. 64 o C, der er målt i Rødding-1 brønden (3). For at opnå en produktionsrate på ca. 150 m 3 /time er en tryksænkning på bar nødvendig. De beregnede tryksænkninger er forskellen mellem trykket i reservoiret og trykket i brønden på reservoirdybde, dvs. den trykforskel der er nødvendig for at der sker vandstrømning fra reservoiret ind i brønden. Den trykfordelingen der sker op gennem brønden til overfladen er ikke medregnet.

4 Side 4/15 Resultaterne fra simuleringerne viser også, at injektionsbrøndene skal have et relativt højere injektionstryk på ca. 90 bar (på reservoirdybde) for at re-injicere med en rate på 150 m 3 /time. En nærmere vurdering af brøndtrykkenes betydning i borehullet bør foretages i forbindelse med det endelige brønddesign. Resultaterne viser ligeledes, at der ikke er betydende forskel på den simulerede produktion og temperatur for de to alternative placeringer af produktionsbrøndene (Fig. 5). Ligeledes viser beregningerne, at forkastningen ikke har betydning for produktionsraterne og kun en meget lille betydning for injektionsbrøndene, hvor injektionstrykket stiger med ca. 2 bar, hvis forkastningszonen modelleres som helt afspærrende for flow og tryk. Simuleringerne viser også, at der ikke sker temperatur gennembrud i et produktionsforløb over 25 år. Her spiller den relative store afstand mellem produktions- og injektionslokaliteterne positivt ind, idet det har direkte indvirkning på anlæggets levetid. Simuleringsresultaterne skal vurderes på baggrund af de geologiske usikkerheder, som et begrænset datagrundlag giver. I den geologiske model er usikkerheden derfor afgrænset som 9 forskellige udfald af de betydende parametre for strømningsberegningerne (9). De 9 forskellige resultater kan grupperes i tre grupper; de tre laveste produktionsrater, de tre mellemste (omgrænsende en most likely case) og de tre højeste. Middelværdien for produktionsraten for den laveste gruppe er ca. 5 gange lavere end middelværdien for den mellemste gruppe. Middelværdien for den højeste gruppe viser en produktionsrate, som er ca. fem gange højere en den mellemste gruppe. De simulerede resultaterne følger derved ganske godt den usikkerhedsvariation, der er indlagt i input data (9). Produktionsrater højere end 150 m 3 /time er derfor også sandsynlige. Nedenstående betragtninger forsøger at kvalificere og indsnævre usikkerheden specielt for den lave ende af det mulige produktionsinterval ved at inddrage og vurdere en brøndtest, som tidligere er udført i Oddesund-1 brønden (11). Oddesund-1 testen viste, at permeabiliteten (væske) ligger inden for milli-darcy (md) i Gassum reservoiret i Oddesund-1 boringen (11). Da porøsiteten i Gassum reservoiret er lidt lavere i Rødding-1 end i Oddesund-1, forventer GEUS, at gennemsnitspermeabiliteten også er lidt lavere (8). Til sammenligning er den anvendte gennemsnitlige permeabilitet for most likely i simuleringsmodellen ca md. Disse tal er bestemt ud fra de tilgængelige konventionelle kerneanalyser, som stammer fra analyser af de kerner, der gennem årene er taget i et antal boringer i Danmark fra Gassum Formationen; bemærk at der ikke findes kernedata fra hverken Oddesund-1, Rødding-1 eller Kvols-1.

5 Side 5/15 Ovenstående betragtninger vedr. inddragelsen og vurderingen af Oddesund-1 testen viser, at hvis testen også er gyldig eller delvist gyldig for Gassum reservoiret i Rødding-1 boringen, hvad GEUS seneste undersøgelser tyder på (8,12), så er low case beregningerne for Gassum reservoiret i Rødding-1 (9) ikke er et sandsynligt udfald. Ligeledes kan det anføres, at den log beregnede transmissivitet for Rødding-1 brønden på ca. 17 Dm (8) er baseret på en permeabilitet, som ligger i den lave ende af det sandsynlige permeabilitets interval påvist af Oddesund-1 testen. Dette kan tyde på, at most likely simuleringerne kan være for konservative; på den anden side er det forventningen, at permeabiliten er lidt lavere i Rødding-1 end i Oddesund-1, pga. de lidt højere porøsiteter i Oddesund-1. For de logberegnede transmissiviteter er benyttet gas-permeabiliteter; i testen og simuleringsmodellen er der anvendt væske-permeabiliteter. Gas-permeabiliteten antages at være 2 gange væske-permeabilitet, en relation som er behæftet med en vis usikkerhed, men som for nærværende ikke kan bestemmes bedre pga. det nuværende datagrundlag. Geologiske risici i forbindelse med borearbejdet Før en boring udføres udarbejdes en boreprognose, som beskriver det forventede boreprofil med hensyn til dybde, tykkelse og beskaffenhed af de geologiske lag. Prognosen udgør det geologiske grundlag for udarbejdelse af et boreprogram, som beskriver det nødvendige brønddesign og de boretekniske forhold så det sikres, at det udpegede boremål kan nås. Boreprognosen bygger på tilgængelige data fra tidligere udførte boringer i området; i dette tilfælde i særlig grad Rødding-1, Oddesund-1 og Kvols-1 og den regionale geologiske model for området. Boreprogrammet bør endvidere opsamle og resumere boretekniske erfaringer og eventuelle problemer, som tidligere er erfaret fra boringerne i området; sådanne erfaringer er gengivet i Final well reports eller Well completions reports, som findes arkiveret hos GEUS. De geologiske risici i interesseområdet, forstået som risikoen for at en boring møder uventede forhold i undergrunden, vurderes at være meget begrænsede. Områdets geologiske opbygning vurderes at være relativ simpel i og med at den geologiske lagfølge er kendt fra en række boringer, og der ikke er set tegn på strukturelle komplikationer i form af folder eller markante forkastninger på de foreliggende seismiske data udover den nævnte forkastningszone i den nordligste udkant af området. Den meget ensartede opbygning af Gassum Formationen i området, som underbygges af den geologiske og petrofysiske tolkningen af Oddesund-1, Kvols-1 og Rødding-1 boreprofilerne (7,8), viser at formationen i hele interesseområdet med stor sandsynlighed er udviklet som i Rødding-1 profilet.

6 Side 6/15 Ligeledes viser den seismiske tolkning, i kombination med GEUS regionale modeller, at de geologiske lag over Gassum Formationen med stor sandsynlighed er udviklet som i Rødding-1 boringen. Risikoen for uventede geologiske forhold i lagserien vurderes derfor til at være meget begrænset. Ud fra denne betragtning vurderer GEUS, at indsamling af nye seismiske data inden for interesseområdet ikke er nødvendigt. De væsentligste geologiske udfordringer i forbindelse med borearbejdet vurderes derfor at være: 1. Mulig forekomst af meget store sten i de kvartære lag. 2. Forekomst af sprækker i den øvre del af kalkgruppen. 3. Forekomst af reaktive muddersten hovedsageligt i Vedsted Formationen og den nedre del af Fjerritslev Formationen. De kvartære lag indeholder stedvist ekstraordinære store sten, som enten må fjernes eller undgås ved at flytte boringen, hvis sådanne mødes under arbejdet med den øverste casing (conductor pipe). Kalkgruppen er ofte opsprækket i den øvre del, hvilket der bør tages hensyn til i design af boreprogram herunder især casing programmet så risiko for tab af boremudder og andre problemer undgås. Problemet med reaktive muddersten bør nøje overvejes i forbindelse med design af boreprogram og brug af boremudder; problemet kan reduceres/elimineres ved hensigtsmæssig design af boremudder (vægt og kemisk sammensætning), samt tilstrækkelig høj borehastighed så borehullet står åbent i så kort tid som muligt. Da problemet øges ved lange boretider kan problemet bl.a. reduceres ved at bore lodret eller næsten lodret, som set ved en række tidligere uproblematiske boringer. Konklusioner På baggrund af de udførte analyser af det lokale datasæt i kombination med GEUS regionale geologiske modeller kan det konkluderes at: 1. Gassum Formationen med meget stor sandsynlighed findes i hele det udpegede interesseområde. 2. Dybden til formationen kan angives med en sikkerhed på +/- ca. 5 %. 3. En sandsynlig temperatur for formationsvandet i Gassum reservoiret i ca m dybde er ca. 64 C (± ca. 5%) baseret på temperaturmålinger i Rødding-1 boringen. 4. Den midterste del af formationen i Rødding-1 indeholder en ca. 30 m tyk, næsten ler-fri sandstensenhed i dybdeintervallet m. Denne del, som indeholder ca. 26 m net sand domineret af mellemkornede sandsten med en gennemsnitlig porøsitet på ca %, har et betydeligt geotermisk potentiale. Enheden forventes at findes i hele interesseområdet.

7 Side 7/15 5. De foreliggende vurderinger af prøve materiale (borespåner og sidevægskerner) viser, at brøndtesten udført i hovedreservoiret i Oddesund-1 boringen med stor sandsynlighed også er valid for hovedreservoiret i Rødding-1 boringen. Dette tyder på at den tidligere beregnet low case situation for Gassum reservoiret i Rødding-1 ikke er sandsynlig i interesseområdet, ligesom most likely case muligvis er for konservativ. 6. De foreliggende seismiske data viser, at den laterale kontinuitet af Gassum Formation sandsynligvis ikke brydes af forkastninger i interesseområdet bortset fra den allernordligste del af området 7. Reservoirsimuleringer med den seneste brøndplacering viser, at der kan opnås en produktionsrate/injektionsrate på 150 m 3 /time for de enkelte brønde i hvert brøndpar med et bundhulstryk på henholdsvis ca. 60 bar for en produktionsbrønd og ca. 90 bar for en injektionsbrønd. 8. Simuleringerne viser, at effekten fra den nordlige forkastningszone ikke har betydning for produktiviteten så længe brøndene er placeret syd for Rødding-1 brønden. Ligeledes viser simuleringerne, at der ikke sker temperaturnedslag i produktionsbrøndene ved en levetid på 25 år.

8 Side 8/15 Forbehold Dette notat resumerer en række resultater baseret på de forhåndenværende data med de antagelser og forbehold, som er beskrevet i de tidligere rapporter til Skive Kommune og Skive Geotermi. GEUS er ikke ansvarlig for notatets og rapporternes anvendelse eller fortolkninger. Referencer 1: Mathiesen, A., Kristensen, L., Bidstrup, T. & Nielsen, L.H. 2009: Vurdering af det geotermiske potentiale i Danmark. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse rapport 2009/59, 85 pp. 2: Mathiesen, A., Kristensen, L., Bidstrup, T. & Nielsen, L.H. 2011: Evaluation of the possible geothermal Gassum reservoir in the area around the Rødding-1 well. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse rapport 2011/16 30 pp. 3: Mathiesen, A., Kristensen, L., Bidstrup, T. & Nielsen, L.H. 2011: Evaluering af det geotermiske potentiale i området omkring Rødding-1. GEUS-notat nr. 08-EN pp. 4: Nielsen, L.H. & Japsen, P., 1991: Deep wells in Denmark Lithostratigraphic subdivision. Danm. geol. Unders., Ser. A 31, 179 pp. 5: Michelsen, O., Nielsen, L.H., Johannessen, P., Andsbjerg, J. & Surlyk 2003: Jurassic lithostratigraphy and stratigraphic development onshore and offshore Denmark. In: Ineson, J. R. & Surlyk, F. (eds): The Jurassic of Denmark and Greenland. Geological Survey of Denmark and Greenland Bulletin 1, : Nielsen, L.H. 2003: Late Triassic Jurassic development of the Danish Basin and Fennoscandian Border Zone, Southern Scandinavia. In: Ineson, J. R. & Surlyk, F. (eds): The Jurassic of Denmark and Greenland. Geological Survey of Denmark and Greenland Bulletin 1, : Nielsen, L.H. 2012: Regional continuity of the Upper Triassic-Lower Jurassic Gassum Formation. GEUS-notat No.: 08-EN pp. 8: Kristensen, L., Therkelsen, J. & Nielsen, L.H. 2012: Evaluation and comparison of the Gassum Formation sandstone reservoir in the wells Rødding-1 and Oddesund-1. Based on well log data, cuttings and sidewall samples. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse Notat, 08-EN , 11 pp. 9: Nielsen, C.M. 2011: Static and dynamic modelling of the Gassum Sandstone Formation in the area around the Rødding-1 well, model version 0. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse rapport 2011/112, 24 pp. 10: Nielsen, C.M. 2012: Assessment of the geothermal energy production potential for the Gassum Formation in the area around the Rødding-1 well, reservoir simulation version 1. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse rapport 2012/69 25 pp.

9 Side 9/15 11: Kristensen, L. & Nielsen, L.H. 2012: Evaluation of a Drill Stem Test conducted in the Gassum Formation in the Oddesund-1 well and its applicability to the Rødding (Skive) area. GEUS- Notat No.: 08-EN pp. 12: Therkelsen, J., Kristensen, L., & Nielsen, L.H. 2012: Petrography of selected cuttings and sidewall core samples, Oddesund-1 and Rødding-1 wells. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse rapport 2012/84 26 pp.

10 Side 10/15 Fig 1. Kortet viser hvor de fem vigtigste geotermiske reservoirer i den danske undergrund forekommer i det geotermiske dybdeinterval fra km under terræn. Skraverede områder illustrerer områder hvor mere end et reservoir er til stede. Områder, hvor der ikke findes reservoirer, er vist lysegrå farve, mens grå og sorte områder viser, hvor Bunter og Gassum reservoirerne er begravet for dybt (mere end 3.0 km).

11 Side 11/15 Fig.4b Fig. 4a Fig. 2. Kortet viser Rødding området med den seismiske datadækning og boringernes placering. Interesseområdet (rød oval), ligger omkring Rødding-1 boringen. Kortet viser placeringen af de tolkede seismiske sektioner i Figur 4a og 4b (sorte linjer). Bemærk det grå område som viser forkastningszonen nord for Rødding-1 boringen kortlagt ud fra de eksisterende data.

12 18 km 33 km GEUS-NOTAT Side 12/15 Fig. 3: Logpanel for Oddesund-1, Rødding-1 og Kvols-1 boringerne. Bemærk de store lighed i Gassum Formationens opbygning trods den relativ store afstand mellem boringerne.

13 S Rødding-1 GEUS-NOTAT Side 13/15 N BUC MCU Gassum Fm Fig. 4a: Udsnit af den seismiske linje (vertikal akse i Tid [msek]), som viser undergrunden omkring Rødding-1 boringen (se Fig. 2). Læg mærke til forkastningszonen nord for boringen og den relative konstante tykkelse af Gassum Formationen. Gassum Fm er afgrænset af den mørke- og lysegrøn farvede reflektor (gult område). (BUC: Basis Øvre Kridt, MCU: Mid Kimmerian Inkonformitet). For placering og længde af linjen se Figur 2.

14 S GEUS-NOTAT Side 14/15 N Gassum Fm Fig. 4b: Figuren viser den seismiske linjer (vertikal akse i Tid [msek]), som illustrerer undergrunden i området øst for Rødding-1 boringen (se Fig. 2). Bemærk, at dybden til Gassum Formationen (gult område) øges mod syd, men at tykkelsen er konstant.

15 Side 15/15 Fig. 5: Kort med mulige brøndplaceringer. To alternative placeringer for produktionsbrøndpar (Palt1A, Palt1B og Palt2A, Palt2B) sydøst for Rødding-1 brønden, og to alternative placeringer for injektionsbrøndpar (INJ1A, INJ1B og INJoldA, INJoldB) placeret henholdsvis ved Rødding-1 brønden og længere mod sydvest omkring Spøttrup Mark.