Anforderung an die Messstellen zur Überwachung des Grundwassers .1 Auswahl der Grundwasserhorizonte und Lage der Messstellen

Wenn sich ein Aufsuchungsgebiet als förderwürdig herausgestellt hat und Gewinnungsboh-rungen abgeteuft werden, wird vorgeschlagen in folgenden Horizonten qualifizierte Grundwas-sermessstellen auszubauen:

1. Oberster Grundwasserhorizont (keine Trinkwassernutzung);

2. Zur Trinkwassergewinnung relevanter Grundwasserleiter (Trinkwasseraquifer);

3. Erster Grundwasserleiter unterhalb des ersten Trinkwasseraquifers:

Nächster ausreichend durchlässiger mindestens 20 m mächtiger Horizont unter mindes-tens 50 m mächtiger hydrogeologischer Barriereschicht;

4. Horizont bis ca. 300 m oberhalb des Frac-Horizonts:

Geeigneter durchlässiger Horizont mit einem Mindestabstand zum Frac-Horizont von 200 m.

Die räumliche Lage und konzeptionelle Anordnung der Monitoringbohrungen ist für ein Er-schließungsgebiet mit acht einzelnen Bohrplätzen mit jeweils acht einzelnen Gewinnungsboh-rungen in Kap. 8.5 veranschaulicht.

Bezüglich der Lage und Länge der Filterstrecken wird nachdrücklich auf die einschlägigen Re-gelwerke (z.B. Merkblätter Bau von Grundwassermessstellen nach DVGW W115 und W121 so-wie die DIN Norm 18302) verso-wiesen. Ferner muss, so-wie bereits erwähnt, die örtliche Lage den im Einzelfall vorliegenden Verhältnissen angepasst werden. Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Lage der Messstellen inklusive der Lage der Frac-Strecken und der geologischen Besonder-heiten wie Störungen, etc. zu dokumentieren.

Prinzipiell ist anzumerken, dass für die unmittelbar vom Bohrplatz ausgehenden Risiken wie sie beispielsweise durch die Lagerung oder den Transport von wassergefährdenden Stoffen ver-ursacht werden können, Regelwerke zum Ziel des Grundwasserschutzes existieren, die als gut verwendbare Vorlagen für Konzepte zur Überwachung des Oberflächenwassers oder der obe-ren Grundwasserleiter herangezogen werden können. Dagegen liegen für die Überwachung von tieferen Grundwasserhorizonten zur Überwachung der bei der Frac-Technologie mögli-cherweise ausgehenden Risiken wenig nutzbare Erfahrungen vor. Deshalb ist es entscheidend, dass das hier vorgeschlagene Monitoringkonzept bei einem Demonstrationsvorhaben ange-wendet wird und entsprechend den Erfahrungen daraus angepasst wird.

Es wird empfohlen das vorgeschlagene Grundwassermonitoringkonzept in abgewandelter Form auch in Tightgaslagerstätten sowie bei der konventionellen Öl-und Gasförderung anzuwenden;

jedoch ohne die Errichtung einer Grundwassermessstelle im Horizont bis ca. 300 m oberhalb des Frac-Horizonts. Durch die Anwendung des Konzeptes besteht die Möglichkeit die antizipier-ten Methangasemissionen ermitteln zu können.

8.4.2 Messeinrichtungen zur Drucküberwachung im Ringraum

Nach BVOT § 33, Abs. 3 für Niedersachsen müssen am Bohrlochkopf Messeinrichtungen (Drucksensoren) eingebaut sein, die den Druck im Förderstrang und im Förderringraum stän-dig anzeigen. Für Erdgas und Erdölbohrungen gilt ferner (BVOT §34, Abs. 3.), dass die Bohrlochverflanschung mit Vorrichtungen zum Anschluss von Messeinrichtungen versehen sein muss, so dass der Druck in den unzementierten Ringräumen zwischen fest eingebauten Rohrfahrten ermittelt werden kann.

Neben der Drucküberwachung zur Detektion der Flüssigkeitsmigration in den unzementierten Ringräumen wird als alternatives Messverfahren auch die Veränderung der Temperatur in den unzementierten Ringräumen angewendet. Weiterhin ist die Electrical Resistancy Tomography (ERT) ein Verfahren um die Wassersättigung und deren Veränderung zu evaluieren.

Allerdings ist die Überwachung einer etwaigen Flüssigkeitsmigration in zementierten Ring-raumstrecken noch nicht sehr weit fortgeschritten. Eine Temperaturüberwachung über Licht-wellenleiter wird heutzutage bereits im unverrohrten Bohrloch durchgeführt. Es können dabei jedoch keine quantitativen Aussagen über die Fluidmenge im Ringraum getroffen werden.

Durch den Einbau der Lichtwellenleiter im Ringraum besteht zudem das Risiko der Schädigung der ohnehin geringmächtgen Zementation. Weitere Möglichkeiten der Ringraumüberwachung ergeben sich durch eine Analytik mittels Gasisotopie. Eine Überwachung der Horizontalstrecke des Bohrlochs kann mittels Tiltmeter erfolgen.

Die Überwachung durch Druck- und Temperatursensoren bietet ein wichtiges und zusätzliches Monitoringinstrument zur diversitären Überwachung durch Grundwassermessstellen bzgl.

Frühindikation von potenziellem Gasaufstieg entlang der Bohrung.

Das Monitoring sollte Ergebnisse hinsichtlich eventuellen Gasaufstiegs entlang der Bohrung sowohl aus dem Bereich der Verrohrung innerhalb des Ringraumes als auch aus dem Bereich der Kontaktfläche Ringraum - anstehendes Gebirge liefern. Hilfreich kann es in diesem Zu-sammenhang sein die Entgasungstiefe des aufsteigenden Gases vorab zu berechnen und, sofern aufgrund der Zementierung möglich, in diesem Teufenbereich Druckmonitoring durchzufüh-ren.

Es wird daher dringend empfohlen, die Forschung und Entwicklung für ein Monitoring in ze-mentierten Ringräumen mit Hilfe von Druck-/Temperatursensoren, die im Ringraum auf Höhe der zu überwachenden wasserführenden Stockwerken angebracht sind, voranzutreiben.

8.4.3 Oberster Grundwasserhorizont

Zur Überwachung folgender Risiken (Szenarien):

• Oberirdische Risiken, wie z.B. Tropfverluste, die unbemerkt über einen gewissen Zeit-raum an nicht abgedichteter oder fehlerhaft abgedichteter Oberfläche in den Unter-grund gelangen;

• Oberflächennahe unterirdische technische Risiken, wie z.B. Aufstieg von unkontrollier-ten Fluiden und Gasen z.B. im Fall des Versagens der Bohrzementation.

Überwachung durch:

• Baselinemonitoring;

• Überwachungsmonitoring Sicherungsmaßnahme:

• Die hier vorgeschlagenen Grundwassermessstellen eignen sich ggfs. zur Unterstützung von Beschränkungs-, Sicherungs- oder Sanierungsmaßnahmen im Havariefall.

Anzahl und Ausbau der Messstellen pro Bohrplatz:

Mindestens drei-5-Zoll-Messstellen im oberen Drittel des flachen Grundwasserleiters verfiltert und Einbindung einer etwaig vorhandenen, im Abstrom platzierten, Vorfeldmessstelle einer Trinkwasserfassung.

Lage der Messstellen (siehe Abb.24):

Bohrplatz mit einzelner Gewinnungsbohrung:

• Eine Grundwassermessstelle im Anstrom des Bohrplatzes außerhalb der flüssigkeitsdich-ten Fläche (WGK-Fläche);

• Eine Grundwassermessstelle im Abstrom des Bohrplatzes innerhalb der WGK-Fläche na-he der Gewinnungsbohrung. Bei der Platzierung muss sicna-hergestellt sein, dass keine Schäden an der Gewinnungsbohrung entstehen (empfohlener Mindestabstand zur Ge-winnungsbohrung: je nach Einzelfall, mindestens aber 10 m); es empfiehlt sich, die Boh-rung der Grundwassermessstelle unmittelbar beim Bau der WGK-Fläche zu berücksichti-gen;

• Zwei Grundwassermessstellen im Abstrom des Bohrplatzes außerhalb der WGK-Fläche.

Die Grundwassermessstellen sollen so angeordnet werden, dass eine eindeutige Grundwas-serfließrichtung davon abgeleitet werden kann.

• Einbeziehung weiterer etwaig vorhandener im Abstrom platzierter Vorfeldmessstellen einer Trinkwasserfassung.

Bohrplatz mit mehreren Gewinnungsbohrungen (z.B. acht Gewinnungsbohrungen- siehe Abb.24):

• Eine Bohrung im Anstrom des Bohrplatzes außerhalb der WGK-Fläche;

• Eine Bohrung nahe der am weitesten im Abstrom liegenden Gewinnungsbohrung in-nerhalb der WGK-Fläche nahe der Gewinnungsbohrung. Bei der Platzierung muss si-chergestellt sein, dass keine Schäden an der Gewinnungsbohrung entstehen (empfohle-ner Mindestabstand zur Gewinnungsbohrung: je nach Einzelfall, mindestens aber 10 m);

es empfiehlt sich, die Bohrung der Grundwassermessstelle unmittelbar beim Bau der WGK-Fläche zu berücksichtigen;

• Zwei Bohrungen im Abstrom des Bohrplatzes außerhalb der WGK-Fläche;

• Einbeziehung weiterer etwaig vorhandener im Abstrom platzierter Vorfeldmessstellen einer Trinkwasserfassung.

Art des Monitorings:

Grundwasserprobenahme gemäß den Standardregelwerken inkl. periodischer Grundwasserstandsmessungen.

8.4.4 Trinkwasseraquifer

Zur Überwachung folgender Risiken (Szenarien):

• Unterirdische Risiken überwiegend technischer Natur, wie z.B. Aufstieg von unkontrol-lierten Fluiden und Gasen z.B. im Versagensfall der Bohrzementation und untergeord-net andere unterirdische Risiken.

Überwachung durch:

• Baselinemonitoring;

• Überwachungsmonitoring;

Sicherungsmaßnahmen:

• Die hier vorgeschlagene Grundwassermessstelle eignet sich ggfs. zur Unterstützung von Beschränkungs-, Sicherungs- oder Sanierungsmaßnahmen im Havariefall.

Anzahl und Ausbau der Messstelle:

Mindestens eine 5-Zoll-Grundwassermessstelle im durchlässigsten Aquiferbereich verfiltert (Fil-terlänge 5 - <10 m).

Lage der Messstellen:

Bohrplatz mit einzelner Gewinnungsbohrung:

• Eine Bohrung im Abstrom des Bohrplatzes innerhalb der WGK-Fläche nahe der Gewin-nungsbohrung platziert, so dass:

• keine Schäden an der Gewinnungsbohrung entstehen (empfohlener Mindestab-stand zur Gewinnungsbohrung: je nach Einzelfall, mindestens aber 10 m);

• die Bohrung im Erfassungsbereich für einen maximal vierwöchigen Langzeit-pumpversuch liegt.

Es empfiehlt sich, die Bohrung der Grundwassermessstelle unmittelbar beim Bau der WGK-Fläche zu berücksichtigen.

• Bei mehreren Trinkwasseraquiferen: fallspezifische Entscheidung: z.B. Verfilterung des Horizonts, der derzeit zur Trinkwassergewinnung genutzt wird oder z.B. die größte Zuflussrate aufweist.

Bohrplatz mit mehreren Gewinnungsbohrungen (z.B. acht Gewinnungsbohrungen):

• Eine Bohrung nahe der abströmigsten Gewinnungsbohrung innerhalb der WGK-Fläche nahe der Gewinnungsbohrung platziert, so dass:

• keine Schäden an der Gewinnungsbohrung entstehen (empfohlener Mindestab-stand zur Gewinnungsbohrung: je nach Einzelfall, mindestens aber 10 m);

• die Bohrung im Erfassungsbereich für einen maximal vierwöchigen Langzeit-pumpversuch liegt.

Es empfiehlt sich, die Bohrung der Grundwassermessstelle unmittelbar beim Bau der WGK-Fläche zu berücksichtigen.

• Bei mehreren Trinkwasseraquiferen: fallspezifische Entscheidung: z.B. Verfilterung des Horizonts, der derzeit zur Trinkwassergewinnung genutzt wird oder z.B. die größte Höffigkeit an nutzbarem Trinkwasser aufweist.

Art des Monitorings:

• Maximal vierwöchiger Langzeitpumpversuch mit angepasster Förderrate, um eine in-tegrale Betrachtung zu ermöglichen. Der Ansatzpunkt der Messstelle muss im Erfas-sungsbereich liegen;

• Grundwasserprobenahme gemäß Anforderungen an Immissionspumpversucheinkl. pe-riodischer Grundwasserstandsmessungen.

8.4.5 Erster Grundwasserleiter unterhalb tiefstem Trinkwasseraquifer

Nächster ausreichend durchlässiger, mindestens 20 m mächtiger Horizont unter mindestens 50 m mächtiger hydrogeologischer Barriereschicht.

Zur Überwachung folgender Risiken (Szenarien):

Unterirdische Risiken überwiegend geologischer Natur, wie z.B. die Reaktivierung von Störun-gen, bei denen Scherspannungen entlang der Störungszonen weitergegeben werden und so eine Schädigung der Zementation der Verrohrung aktiver Bohrungen und Altbohrungen aus-gelöst werden kann.

Überwachung durch:

• Baselinemonitoring;

• Überwachungsmonitoring (Frühindikation);

Weitere Ziele:

• FuE zur wissenschaftlichen Begleitung;

• Schaffung von Transparenz.

Aufsuchung des Horizontes:

• Zur Aufsuchung des Horizontes sind zusätzliche Logs zu erstellen z.B.:

• Dual Caliper (DC) Log;

• Spectral Gamma Ray (SGR) Log und Gamma Ray Log;

• Dichte Log;

• Temperatur Log;

• Leitfähigkeitsmessungen;

• Akustik Log.

Generell ist das Messprogramm individuell angepasst festzulegen. Die geophysikalischen Bohr-lochmessungen sind auf die Geologie abzustimmen.

Anzahl und Ausbau der Bohrungen:

Bohrplatz mit einzelner Gewinnungsbohrung:

• Eine Bohrung mit 5-Zoll-Ausbau im Filterbereich, falls Frac-Maßnahmen nur entlang ei-ner Horizontalstrecke vorgenommen werden;

• Zwei Bohrungen mit 5-Zoll-Ausbau im Filterbereich, falls Frac-Maßnahmen entlang zweier Horizontalstrecken vorgenommen werden.

Lage der Bohrungen:

• Entfernt von Gewinnungsbohrung entlang der Richtung der Horizontalstrecke(n);

• In Bereichen mit höheren Unsicherheiten insbesondere hinsichtlich Störungen.

Bohrplatz mit mehreren Gewinnungsbohrungen (z.B. acht Gewinnungsbohrungen):

• Mindestens vier Bohrungen mit 5-Zoll-Ausbau im Filterbereich Lage der Bohrungen:

• Entfernt von Gewinnungsbohrung entlang der Richtung der Horizontalstrecken;

• In Bereichen mit höheren Unsicherheiten insbesondere hinsichtlich Störungen.

Art des Monitorings:

• Dezidiertes Probenahmekonzept erforderlich, z.B. Packerplatzierung, inkl. periodischen Grundwasserstandsmessungen.

8.4.6 Horizont bis 300 m oberhalb Frac-Horizont Zur Überwachung folgender Risiken (Szenarien):

Unterirdische überwiegend geologische und seismische Risiken wie z.B. oberhalb des Frac-Horizonts ausbrechende Fracs bzw. Aktivierung von Störungen/Klüften.

Überwachung durch:

• Überwachungsmonitoring (Frühindikation);

Weitere Ziele:

• FuE zur wissenschaftlichen Begleitung von Frac-Maßnahmen;

• Schaffung von Transparenz.

Anzahl der Bohrungen:

• Idealerweise Ausbau einer Aufsuchungsbohrung mit Horizontalauslenkung zur Überwa-chung eines etwaigen Grundwasseraufstiegs aufgrund der Frac-Phase. Weiterhin sollte die Messstelle zur Durchführung von mikroseismischen Messungen geeignet sein.

FuE-Begleitung sinnvoll.

Lage der Bohrungen:

• Zentral über horizontalem gefracktem Strang der Gewinnungstrecke in einem geeigne-ten permeablen und porösen wasserführenden Horizont. Falls keine wasserführende Schicht zur Verfügung steht, sollten geeignete Alternativmethoden zur Überwachung entwickelt werden (z.B. stickstoffgashaltiges Frac-Fluid);

• Als Sicherheitsabstand zum Frac-Horizont müssen mindestens 200 m eingehalten wer-den;

• Bohrungen derzeit nur für die ersten zwei lokal voneinander getrennten Erschließungs-felder zur Erdgasförderung (Demonstrationsvorhaben) vorgesehen. Weitere Fortführung abhängig von den erzielten Monitoringergebnissen.

Art des Monitorings:

• Geeignetes Probenahmekonzept in Anlehnung an international durchgeführte Grund-wasserprobenahmen bei der CO2-Sequestrierung;

• Eine Einschätzung der Veränderungen kann über Trendanalysen des Drucksignals, der Temperatur-und Akustikmessungen gewonnen werden (siehe Kap. 10).

Eine zusammenfassende, tabellarische Übersicht über die zu überwachenden Aquifere gibt Tab.

1.

Tab. 2: Zusammenfassende, tabellarische Übersicht über die zu überwachenden Aquifere

Aquifer Baseline- Monitoring Überwachungsmonitoring

1. Oberster Grundwasserhorizont

(keine Trinkwassernutzung) X X

2. Zur Trinkwassergewinnung relevanter

Grundwasser-leiter (Trinkwasseraquifer) X X

3. Erster Grundwasserleiter unterhalb des tiefsten

Trinkwasseraquifers Derzeit nur bei

Demonstrations-vorhaben vorgesehen

X

4. Horizont bis ca. 300 m oberhalb des

Frac-Horizonts Derzeit nur bei

Demonstrations-vorhaben vorgesehen

X

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Im Dokument 53/2014 (Seite 84-91)