HAALBAARHEIDSONDERZOEK GEOTHERMIE IN DE SLOCHTEREN FORMATIE PROVINCIE UTRECHT. PETROFYSISCH ONDERZOEK Fase 1

RAPPORT betreffende

HAALBAARHEIDSONDERZOEK GEOTHERMIE IN DE SLOCHTEREN FORMATIE PROVINCIE UTRECHT PETROFYSISCH ONDERZOEK Fase 1

Opdrachtnummer:414207-201147 FRBV project: 40-178 Fugro Robertson B.V.

Opdrachtgever

:

Provincie Utrecht Afdeling Projectmanagement en Flexwerk Postbus 803000 3508 TH UTRECHT

Consultant

:

drs. A. Asschert, geoloog dr. N. Kaymakci, senior geoloog drs. P. Smeenk, petrofysicus drs. P. Tijink, reservoir engineer drs. J.W. Pronk, projectleider

VERSIE

DATUM

PARAAF PROJECTLEIDER

1

10-03-2010

CONCEPT

2

25-03-2010

Aanpassingen na eerste versie

3

01-04-2010

Potentie kaart

4

19-05-2010

Aanpassingen tekstueel

Kantoor Leidschendam: Veurse Achterweg 10, Postbus 141, 2260 AC Leidschendam, Tel.: 070-3170570, Fax: 070-3170575, Internet: www.fugrorobertson.nl

1

FUGRO ROBERTSON B.V.

Inhoudsopgave 1 2 3

4 5 6 7

Inleiding ......................................................................................................................... 3 Geologische setting Slochteren formatie provincie Utrecht ............................................ 4 Petrofysisch onderzoek ................................................................................................. 7 3.1 Porositeit................................................................................................................ 7 3.2 Poro-Perm relatie..................................................................................................10 3.3 Bespreking resultaten petrofysische evaluatie ......................................................13 Kaarten van de Slochteren formatie provincie Utrecht ..................................................14 4.1 Temperatuur Slochteren formatie..........................................................................16 Berekening debiet en geothermisch vermogen per put .................................................18 Conclusies en aanbevelingen .......................................................................................21 Referenties ...................................................................................................................23

Figuren Figuur 1. Voorbeeld van een opschuivingsbreuk. .................................................................. 5 Figuur 2. Dwarsdoorsnede van de ondergrond voor een gedeelte van Utrecht...................... 5 Figuur 3: Overzicht van verschillende structurele elementen in de ondergrond van Nederland. ..................................................................................................................... 6 Figuur 4. Overzichtskaart met daarop aangegeven de gebruikte putten voor de petrofysische evaluatie (omcirkeld)...................................................................................................... 9 Figuur 5. Porositeits - Permeabilteits relatie: ........................................................................11 Figuur 6. Porositeits en permeabiliteits relatie van de putten in Utrecht en 2 putten in Groningen.....................................................................................................................12 Figuur 7: Diepte basis Slochteren formatie. ..........................................................................14 Figuur 8. Porositeits distributie in en rond de provincie Utrecht. ...........................................15 Figuur 9: Permeabiliteits distributie in en rond de provincie Utrecht......................................15 Figuur 10. Dikte kaart van het Slochteren in de provincie Utrecht.........................................16 Figuur 11: Temperatuurgradiënt ...........................................................................................16 Figuur 12. Temperatuur aan de basis van de Slochteren formatie........................................17 Figuur 13. Potentiekaart geothermie provincie Utrecht (geothermisch vermogen). ...............19

Tabellen Tabel 1: Putten die in de ruime omgeving van Utrecht liggen maar niet gebruikt zijn voor het petrofysisch onderzoek. ................................................................................................. 7 Tabel 2. Gebruikte boringen die tot in het de Slochteren zandsteen reiken en de beschikbare boorgatmetingen (logs) voor de petrofysische evaluatie. ............................................... 8 Tabel 3. Reservoir gegevens Slochteren zandsteen fm in en om de provincie Utrecht. ........10 Tabel 4: Resultaten berekeningen debieten en vermogens van een doublet op de locatie van een put. ........................................................................................................................19 Appendix 1 t/m 4……………………………………………………………………………………25


2


1 Inleiding Dit rapport beschrijft het petrofysisch onderzoek dat is uitgevoerd in opdracht van de Provincie Utrecht ten behoeve van een haalbaarheidsstudie voor de toepassing van geothermie in de provincie Utrecht. Uit een voorgaande quickscan van de ondergrond voor de provincie Utrecht is gebleken dat de Slochteren formatie (Boven Rotliegend) de meest interessante formatie is om te onderzoeken of deze geschikt is voor toepassing van geothermie. Het gehele haalbaarheidsonderzoek naar de toepassing van geothermie in de Slochteren formatie (fm) bestaat uit 3 fasen. Aan de hand van de resultaten van fase 1, het petrofysisch onderzoek, gepresenteerd in dit rapport, zal een advies uitgebracht worden over het al dan niet uitvoeren van fase 2. Fase 1 Van belang voor geothermie zijn de porositeit en de permeabiliteit (doorlaatbaarheid) van het reservoirgesteente. Boorgatmetingen van alle putten die in en direct rond Utrecht tot in de Slochteren fm zijn geboord, zijn voor dit onderzoek gebruikt. De Slochteren fm is slechts in 3 putten gekernd, 2 putten in de provincie Utrecht en 1 put net over de provincie grens. De metingen aan de kernen zijn voor deze studie gebruikt. Aan de hand van de beschikbare logs van 15 putten zal een petrofysische analyse uitgevoerd worden. Tevens zullen er verschillende kaarten geleverd worden met diepte, dikte, temperatuur, porositeit en permeabiliteit van de Slochteren fm in de provincie Utrecht. Als overzichtskaart voor de potentie van geothermie in de Slochteren formatie in de provincie Utrecht wordt een kaart geleverd met daarop het geothermisch vermogen per geïnterpreteerde put.


3


2 Geologische setting Slochteren formatie provincie Utrecht In het in dit rapport beschreven petrofysisch onderzoek wordt er gekeken naar de Slochteren formatie. De Slochteren formatie behoord tot de Boven Rotliegend Groep, en deze heeft een ouderdom van het Laat Perm (Appendix 1: geologische tijdsschaal). In de provincie Utrecht bestaat de Boven Rotliegend groep geheel uit de zandstenen van de Slochteren formatie. De Boven Rotliegend groep ligt discordant op de oudere gesteentes van de Limburg groep. Dit betekent dat er een hiaat aanwezig is in de opeenvolging van de verschillende afzettingen door de tijd. De Zechstein groep ligt hier concordant (zonder hiaat) bovenop (TNO2002). De dikte van de Slochteren formatie varieert aanzienlijk over de provincie Utrecht. In het Centraal Nederlands Bekken en het West Nederlands Bekken bereiken de lagen van het Boven Rotliegend een dikte van 75 tot 150 m. In het gebied tussen de bekkens in, dat ook een gedeelte van de provincie Utrecht beslaat, variëren de afzettingen tussen de 0 tot 25 m. De Slochteren formatie bestaat uit rode en grijze zandstenen en in het oosten van de provincie voor een deel ook uit conglomeraten. Het grove materiaal vindt zijn oorsprong in het zuidelijker gelegen Brabant Massief. De conglomeraten in het oosten van de provincie zijn afgezet door vlechtende rivieren en alluvial fans (puinwaaiers). De rode en grijze zandstenen zijn voornamelijk van eolische origine (windafzettingen). Het verschil in diktes van het Boven Rotliegend wordt verklaard door de structuren van de aanwezige bekkens, deze waren voornamelijk noordwest - zuidoost georiënteerd. Het breukenpatroon en de oriëntatie hiervan in de ondergrond van Utrecht wordt hiermee geassocieerd. Er zijn verschillende afschuivings- en opschuivingsbreuken aanwezig in de ondergrond van Utrecht (TNO 2002, 2004). Een opschuivingsbreuk is een breuk als gevolg van compressie. Hierbij wordt een blok langs het breukvlak naar boven geduwd, waardoor dat blok gedeeltelijk boven het andere blok komt te liggen (zie figuur 1) en waarbij er een verdubbeling van dezelfde lagen terug te vinden kan zijn. Een belangrijke opschuivingsbreuk ligt in het gebied bij de put jutphaas-01. Er is een verdubbeling van de Slochteren formatie zichtbaar in deze put. Figuur 2 laat een dwarsdoorsnede zien in de provincie Utrecht. Er is een verdubbeling te zien van de Altena groep (6). Dit geeft een opschuivingsbreuk weer die ook is aangetoond in de put Jutphaas-01. Het Zandvoort Hoog (welke onder een gedeelte van de provincie Utrecht ligt) was waarschijnlijk ook al actief tijdens het Boven Rotliegend, dit verklaard de dunne lagen Slochteren die zijn afgezet op deze locatie. (TNO 2002, 2004) De beschreven bekkens en hogen zijn weergegeven in figuur 3. Figuur 7 geeft de breuken weer in het Slochteren aan de basis van het Boven Rotliegend.


4


Compressie

Put

Figuur 1. Voorbeeld van een opschuivingsbreuk. Hierbij is een put aangegeven waarbij dezelfde laag 2 keer aangeboord wordt.

ZW TWT

NO

(MS)

0

1 1 2 5

2 3 4

1000

6

7 8 9

7 8 9

2000

3000

NO

ZW

1. Upper North Sea Group 2. Lower and Middle North Sea Groups 3. Chalk Group 4. Rijnland Group 5. Posidonia Shale Formation 6. Altena Group 7. Lower and Upper Trias Groups 8. Zechstein Group 9. Permian-Carboniferous

0

2 km

Figuur 2. Dwarsdoorsnede van de ondergrond voor een gedeelte van Utrecht (aangepast naar een figuur uit TNO 2002).


5


Ringkobing-FynHigh

Ta

En d

il

Mid North Sea High

en

Elbov Spit High

gr

Step G

ab e

n

Gr ab

r Ho

Ce ntra l Graben

raben Cleaver Bank High

n

West Schleswig Block

Schill Grund High

Terschellig Basin Central offshore Saddle

La

Vl ie

Ba

er

nd

uw

la

ze

sin

e

el-

Ijs

Br

oa

No

d

rth

14

sB

ern

es W

nd

vo

Ho

dP

Frie Pla sland tfro m

Lower Saxony Basin

igh

lat for m

Ma

r he et

tN

ra lN o r ethe rland th Basin ig h East Netherland RESERVOIRS Platform

h Hig el y lle mm va en er rab Ro G

bo

n si Ba

London Brabant Massif

as

nd

la

STRUCTURAL ELEMENTS Regional High Local High Platform Shallow Basin Deep Basin Major Fault

ee

rH

t en C

Za London brabant Shelf

lm

lla n

asin

Winterton High

se

Groningen High

h

Te x

ug

o Tr

Inde Shelf

Cenozoic Chalk Lower Cretaceous Jurassic Bunter Zechstein Rotliegend Carbonifereous

20

0

20

kilometers

40

Gas Field Oil Field

Figuur 3: Overzicht van verschillende structurele elementen in de ondergrond van Nederland. (FRBV) Kantoor Leidschendam: Veurse Achterweg 10, Postbus 141, 2260 AC Leidschendam, Tel.: 070-3170570, Fax: 070-3170575, Internet: www.fugrorobertson.nl

6


3 Petrofysisch onderzoek Aan de hand van de beschikbare digitale boorgatmetingen in en rond de provincie Utrecht is dit petrofysisch onderzoek uitgevoerd. In figuur 4 zijn de gebruikte putten weergegeven. In onderstaande tabel (tabel 1) zijn de putten weergegeven die wel in de omgeving van Utrecht liggen, maar niet meegenomen zijn in het petrofysisch onderzoek. Deze putten zijn over het algemeen vrij ondiep en hebben de Slochteren formatie niet bereikt. Volledige naam

Einddiepte Rede waarom niet gebruikt Langs boorgat (m) Arnhem-01 AHM-01 662 Slochteren niet aangeboord Alphen-01 ALP-01 746,6 Slochteren niet aangeboord Breukelen-01 BKN-01 558,7 Slochteren niet aangeboord Boeikop-01 BKP-01 1000 Slochteren niet aangeboord Gouda-01 GOU-01 662,7 Slochteren niet aangeboord Gouda-02 GOU-02 693,8 Slochteren niet aangeboord Hilversum-01 HIL-01 732,2 Slochteren niet aangeboord Haarlemmermeer-01 HLM-01 1121,8 Slochteren niet aangeboord Haastrecht-01 HST-01 2526,5 Slochteren niet aangeboord/niet aanwezig Lekkerkerk-01 LEK-01 1965 Slochteren niet aangeboord Moerkappelle-05 MKP-05 1536,5 Slochteren niet aangeboord Maasbommel-01 MSB-01 1713,5 Slochteren niet aangeboord Maasbommel-02 MSB-02 1278 Slochteren niet aangeboord Naarden-120 NDN-120 552 Slochteren niet aangeboord Nieuwerkerk-01 NKK-01 2254,2 Slochteren niet aangeboord Nijmegen-Valburg-01 NVG-01 1277 Slochteren 1101 tot 1119, te ver buiten de provincie Odijk-01 ODK-01 650 Slochteren niet aangeboord Stolwijk-01 STO-01 127 Slochteren niet aangeboord Vreeland-01 VRE-01 1014,5 Slochteren niet aangeboord Voorthuizen-01 VHZ-01 1753,5 Slochteren niet aangeboord Zeist-01 ZST-01 1100 Slochteren niet aangeboord Tabel 1: Putten die in de ruime omgeving van Utrecht liggen maar niet gebruikt zijn voor het petrofysisch onderzoek.

3.1

Afkorting

Porositeit

Voor het afleiden van de porositeit van de Slochteren zandsteen fm is gebruik gemaakt van de density en de sonic boorgatmetingen. In tabel 2 zijn de beschikbare boorgatmetingen per put weergegeven (Den = Density log, Son = Sonic log, Neu = Neutron log, Res = Resistivity log). Wanneer beide (density en sonic log) beschikbaar zijn, zijn de Density en de Sonic boorgatmetingen gebruikt. Van de boringen Barneveld-01, Ermelo-01 en Schiphol-01-S1 zijn alleen maar sonic de logs beschikbaar. Ter verificatie van de waarden die hieruit geïnterpreteerd zijn dient eigenlijk ook nog een andere boorgatmeting van dezelfde put geanalyseerd te worden. Deze zijn helaas niet beschikbaar op de NLOG site van TNO, het kan zijn dat deze boorgatmetingen niet gelogd zijn in deze putten. Het is altijd het beste om verschillende boorgatmetingen van dezelfde put naast elkaar te leggen om de gegevens te verifiëren. Tevens is in de put Ermelo-01 de einddiepte van de Slochteren fm niet bereikt.


7


Boring Jaar Einddiepte Logs available Volledige naam Afkorting langs boorgat (m) Werkelijke diepte (m) Aarlanderveen ARV-1 1975 2550 2541 GR, Den, Son, Neu, Res Barneveld BNV-1 1971 3066 2282 GR, Son Blaricum BLA-1-S1 1982 1982 1912 GR, Den, Son, Neu, Res Boskoop BSKP-01 1995 2785 2745 GR, Son, Res, Temp Buurmalsen BUM-1 1970 2195 2189 GR, Den(30 m), Son, Res Ermelo* ERM-1-ST 1969 2649 2619 GR, Son Everdingen EVD-1 1965 2198 2181 GR, Den, Son, Res Haastrecht HST-2-S1 1950 2650 2432 GR, 16 m Den, Son Jutphaas JUT-1 1969 3409 3409 GR, Den, Son, Res Meerkerk MRK-1 1989 2813 2721 GR,.Den, Son, Neu, Res, Temp Papekop PKP-1 1986 2751 2405 GR, Den, Son, Neu Schiphol SPL-01-S1 1970 2889 2212 GR, Son Willeskop WLK-1 1988 2666 2418 GR, Den, Son, Res Waverveen WRV-1 1971 2458 2313 GR, Den, Son, Res Weesp WSP-1 1970 2259 2259 GR, Den, Son, Res Tabel 2. Gebruikte boringen die tot in het de Slochteren zandsteen reiken en de beschikbare boorgatmetingen (logs) voor de petrofysische evaluatie. (* einddiepte van de Slochteren fm niet bereikt).

Er zijn kerndata beschikbaar van 3 boringen (porositeit en horizontale permeabiliteit), EVD01, HST-02-S1 en JUT-01. In de put Waverveen-01 is ook gekernd, maar hiervan zijn geen permeabiliteitsdata van de kern beschikbaar. De porositeit is berekend met de density log wanneer deze beschikbaar was en anders met de sonic log, of een combinatie van beide. Voor de lithologie (het gesteente in de Slochteren fm) is een soortelijk gewicht van 2,68 g/cm3 gebruikt, welke gemeten is in de beschikbare kernen. Bij het opstellen van een porositeits log wordt altijd een minimale waarde aangenomen, dit is de cut-off waarde. Er is een 2% cut-off waarde toegepast op de Slochteren zandsteen fm. Deze 2% is uitsluitend gebruikt om negatieve porositeits waarden uit te sluiten. Er komen altijd negatieve waarden voor in de porositeits curve, maar deze waarden zijn niet fysisch. Om alle negatieve porositeitswaarden uit te sluiten is de 2% cut-off waarde toegepast. De cut-off waarde is van invloed op de netto dikte van de het reservoir. Op de gamma-ray (hiermee wordt de variatie van onder andere zand en klei onderscheiden) is te zien dat de Slochteren zanden (in de gebruikte putten) schone zanden zijn en een laag percentage aan klei bevatten. Hierdoor is er geen cut-off gebruikt voor klei percentage in de porositeitsberekening. Figuur 4 is een overzichtskaart met de daarop gebruikte boringen voor de petrofysische evaluatie. Er zijn meer putten geboord in de provincie Utrecht en directe omgeving, maar die hebben de Slochteren fm niet aangeboord (tabel1). Als voorbeeld zijn de resultaten van de petrofysische evaluatie van de putten Jutphaas-01 en Blaricum-01 weergegeven in Appendix 2 en 3.


8


Figuur 4. Overzichtskaart met daarop aangegeven de gebruikte putten voor de petrofysische evaluatie (omcirkeld).


9


3.2

Poro-Perm relatie

De permeabiliteit wordt direct afgeleid uit de porositeit vanuit de verschillende putten. Deze conversie van porositeit naar permeabiliteit heeft een lineaire relatie, waarbij de porositeit en het logaritme van de permabiliteit gemeten in de kernen zijn gebruikt. Uit de kerndata van de EVD-01 put is deze porositeit – permeabiliteit relatie opgesteld. In totaal zijn er van 3 putten in het gebied kerndata beschikbaar, Jutphaas-01, Haastrecht02-S1 en Everdingen-01. In de putten Jutphaas-01 en Haastrecht-02-S1 is een minimale hoeveelheid aan kerngegevens beschikbaar. De beschikbare kerngegevens van JUT-01 en HST-02-S1 tonen allemaal zeer lage waarden voor de porositeit en de permeabileit, dit is te zien in figuur 5. Op de x-as is de porositeit weergegeven en op de y-as de permeabiliteit. Lage waardes kunnen niet zondermeer worden geëxtrapoleerd naar hogere waarden, daarom zijn deze twee putten niet meegenomen bij het bepalen van de poro – perm relatie en is alleen de everdingen-01 put hiervoor gebruikt. Deze relatie is als volgt: k = 0,0062 * 10^(25,3*porositeit), waarbij k de permeabiliteit is. Men dient de grafiek niet te gebruiken voor waarden van de permeabiliteit die hoger liggen dan 200 mD (milli Darcy). Dit omdat de waarden niet geëxtrapoleerd mogen worden naar hogere waarden dan de maximaal gemeten permeabiliteit (189 mD) omdat dit onbetrouwbare waarden geeft.

Boring

Top

Bodem (m, (m, MD) MD) 2400 2475 2942 3043 1503 1642 2705 2756 2067 2145

Top Bodem Temp. TVD TVD(m (m) ) (oC) 2393 2467 87 2184 2266 80 1442 1561 66 2663 2712 100 2065 2140 74

Gros s Net

Porosit Permea eits Porosit biliteit betrou eits onzeker Porosit wbaar onzeke Permea heidsfact n/g eit heid rheid -biliteit or %

(mD)

2 ARV-1 good 3 BNV-1-S1 poor 1 BLA-1-S1 good 2 BSKP-01 fair 2 BUM-1 fair ERM-011 S1* 2621 2645 2600 2624 98 24 23 0,96 0,04 poor 2 EVD-1 1788 1866 1772 1849 73 77 59 0,77 0,11 fair 2 HST-2-S1 2384 2450 2177 2237 75 60 56 0,93 0,08 poor JUT-01 2 (ondiep) 1659 1787 1659 1787 73 128 122 0,95 0,13 good JUT-1 2 (diep) 3240 3378 3240 3378 113 138 106 0,77 0,08 good 1 MRK-1 2504 2586 2404 2486 92 82 82 1,00 0,10 good 2 PKP-1 2530 2603 2207 2272 90 65 64 0,98 0,08 good 3 SPL-01-S1 2747 2870 2089 2200 94 111 105 0,95 0,15 poor 2 WLK-1 2545 2611 2300 2360 70 60 59 0,98 0,08 good 3 WRV-1 2340 2351 2198 2209 80 11 10 0,91 0,05 poor 2 WSP-1 2192 2197 2192 2197 5 4 0,80 0,06 poor Tabel 3. Reservoir gegevens Slochteren zandsteen fm in en om de provincie Utrecht. (n/g = Netto tot bruto verhouding)

15 1 120 18 12

3 5 2 3 3

0,1

2

18 10

3 3

65

3

3

3

0,5 1 90 1 0,2 0,3

2 3 5 3 5 3

(m) (m) 74 73 0,99 82 81 0,99 119 119 1,00 49 47 0,96 75 72 0,96

Phi 0,11 0,08 0,18 0,11 0,10


10


De permeabiliteit is logaritmisch weergegeven in de grafiek. Hierdoor zorgt een kleine verandering in de porositeit voor een veel grotere verandering in de permeabiliteit. In tabel 3 worden de reservoir karakteristieken van de Slochteren zandsteen fm in de gebruikte putten weergegeven. De temperatuur is bepaald aan de hand van enkele beschikbare temperatuur logs alsmede de temperaturen in teksthoofden van logs gecorrigeerd naar het midden van de Slochteren fm. De permeabiliteitswaarden gepresenteerd in de tabel zijn afgeleid met behulp van de beschreven Poro-Perm relatie. Voor de porositeit zijn onzekerheidspercentage van ± 1%, 2% en 3% gebruikt, afhankelijk van de beoordeling van de kwaliteit van de logs door de petrofysicus (tabel 3). De onzekerheid van ± 1%, 2% en 3% zin gebaseerd op de beoordeling van de log kwaliteit in goed, redelijk en minder goed, de aanwezigheid van de meer betrouwbare density porositeit, minder betrouwbare sonic porositeit en/of het verschil tussen density, sonic en kern porositeit. De log kwaliteit is beoordeeld naar goed, redelijk of slecht op basis van de kennis van de petrofysicus. Om deze marge binnen de permeabiliteitsdata te kunnen kwantificeren is er een onzekerheidsfactor van respectievelijk 2, 3 en 5 toegepast op de permeabiliteit corresponderend met de 1, 2 en 3% onzekerheid op de porositeit in de poro-perm relatie.

Permeabiliteit (mD)

1000

100 HST-2-S1 JUT-1 EVD-1

10

Expon. (EVD-1)

1

0,1 0

10

20

30

Porositeit (phi) Figuur 5. Porositeits - Permeabilteits relatie: k = 0,0062 * 10^(25,3*porositeit). Weergegeven zijn de 3 putten waarvan kerngegevens uit het Slochteren beschikbaar zijn. Voor de extrapolatie van de poro-perm relatie naar de andere geëvalueerde putten is alleen de Everdingen relatie gebruikt (rode lijn) en zijn de Jutphaas-01 en Haastrecht-02 niet gebruikt (zie tekst voor uitleg). Kantoor Leidschendam: Veurse Achterweg 10, Postbus 141, 2260 AC Leidschendam, Tel.: 070-3170570, Fax: 070-3170575, Internet: www.fugrorobertson.nl

11


Om een vergelijking met andere poro-perm relatie in de Slochteren fm te maken is er gekeken naar 2 putten (Noordbroek-01 en Schildmeer-01) in de provincie Groningen waarvoor een poro-perm relatie is opgesteld. Er is wel eenzelfde trend in de relatie tussen porositeit en permeabiliteit herkenbaar, maar over het algemeen zijn de porositeiten in Groningen veel hoger dan in Utrecht. Opgemerkt dient te worden dat de maximale permeabiliteit gemeten in de Everdingen put 189 mD is en dat de relatie daarom niet verder geëxtrapoleerd wordt naar de hogere waarden die terug gevonden worden bij de putten uit Groningen. Figuur 6 geeft de vergelijking weer met de putten in Utrecht en in de Slochteren fm in de provincie Groningen. (Schildmeer-01 (SRM-01) en Noordbroek-01 (NRD-01).)

10000

Permeabiliteit (mD)

1000 HST-2-S1 JUT-1

100

EVD-1 NBR-1

10

SRM-1 Expon. (EVD-1)

1

0,1 0

10

20

30

40

Porositeit (%) Figuur 6. Porositeits en permeabiliteits relatie van de putten in Utrecht en 2 putten in Groningen.


12


3.3

Bespreking resultaten petrofysische evaluatie

Uit de petrofysische evaluatie van de Slochteren fm in de provincie Utrecht blijkt dat de porositeit in het merendeel van de putten vrij veel lager dan 11% is. De met behulp van de Poro-Perm relatie bepaalde permeabiliteit is in de putten lager 20mD. De Slochteren fm in de Blaricum-01 put (Noord Holland) heeft een gemiddelde porositeit van 18% en een gemiddelde permeabiliteit van 120 mD en een netto laagdikte van 119 m. De top van de Slochteren Fm ligt op 1442 m en de onderkant op 1561 m. De gemeten temperatuur op 1561 m is 66oC. De Blaricum-01 put ligt direct ten noorden van een grote breuk, welke is aangegeven in figuur 7. Ten zuiden van deze breuk ligt het Rotliegend dieper, wat consequenties heeft voor de porositeit (lager) en de temperatuur (hoger). Er liggen geen putten direct ten zuiden van de deze breuk, waardoor er geen data beschikbaar zijn over dit gebied. Omdat hier de Slochteren formatie dieper ligt dan in bij de put Blaricum-01 is de kans groot dat de potentie lager is dan in Blaricum ten noorden van de breuk. Voor de put Jutphaas-01 zijn twee verschillende waarden voor de porositeit en de permeabiliteit voor de Slochteren Formatie gegeven. Een porositeit van 13% en permeabiliteit van 65 mD op een diepte van 1659 m tot 1787 m en een porositeit van 8% en permeabiliteit van 3 mD op een diepte van 3240 m tot 3378 m. Dat er twee verschillende waarden worden gegeven voor Jutphaas is te verklaren doordat de put Jutphaas-01 door een opschuivingsbreuk gaat. Hierdoor is er een verdubbeling van een aantal lagen terug te vinden, en is de Slochteren fm twee keer aangeboord (zie figuur 1). De waarden gepresenteerd in de Poro-Perm grafiek in figuur 5, zijn gemeten in de kern afkomstig uit de diepste zandsteen van de Slochteren formatie onder de opschuivingsbreuk. Als gevolg van de overschuiving zal de spanning en de druk van het gesteente tot extra compactie hebben geleid van de diepere zandsteen. Waardoor de permeabiliteit en porositeit verminderd zijn. Bij verdere berekeningen is alleen Jutphaas-01 ondiep gebruikt omdat deze van de twee keer dat de Slochteren formatie voorkomt in de put Jutphaas-01 als enige potentie voor geothermie heeft. De ondiepere sectie van de Slochteren formatie in de Jutphaas-01 put geeft gunstigere waarden voor het toepassen van Geothermie. De temperatuur op deze diepte is 73oC, wat toereikend zou zijn voor geothermie, afhankelijk van de dikte en permeabiliteit. Slochteren in Schiphol-01-S1 (Noord Holland) heeft een porositeit van 15% en een permeabiliteit van 90 mD. De Slochteren formatie in de Schiphol put ligt tussen de 2089 m tot 2200 m aangeboord. De gemeten temperatuur in de Slochteren fm is 94 0c en lijkt voldoende voor het toepassen van geothermie. Alle andere onderzochte putten hebben een aanzienlijk lagere porositeit en permeabiliteit. De gemiddelde porositeit van deze putten varieert van de 4 tot 11% en de permeabiliteit van 0,1 tot 18 mD. Deze waarden voor de permeabiliteit zijn over het algemeen te laag voor het realiseren van een rendabel debiet. Voor het injecteren en produceren van een voldoende groot volume water is naar schatting een minimale permeabiliteit van tussen de 50 mD en 100mD nodig. Dit is uiteraard ook afhankelijk van de laagdikte. In hoofdstuk 5 wordt per put de geothermische capaciteit en debiet uitgerekend. Kantoor Leidschendam: Veurse Achterweg 10, Postbus 141, 2260 AC Leidschendam, Tel.: 070-3170570, Fax: 070-3170575, Internet: www.fugrorobertson.nl

13


4 Kaarten van de Slochteren formatie provincie Utrecht Om de potentie binnen de provincie Utrecht voor geothermie te bepalen, is naast de petrofysische evaluatie, een kartering gemaakt van de verschillende parameters die van invloed zijn op de haalbaarheid van geothermie. In deze kartering zijn 5 verschillende parameters gebruikt; de dikte, diepte en temperatuur, porositeit en permeabiliteit van de Slochteren formatie. De diepte, dikte- en temperatuur gegevens zijn verkregen van de TNO website (www.nlog.nl) en putgegevens. Vervolgens zijn alle gegevens geladen in GIS software om de kaarten met elkaar te kunnen combineren. Figuur 7 geeft de diepte van de top Slochteren formatie weer met daarin de breuken in de formatie.

Figuur 7: Diepte basis Slochteren formatie. (gebaseerd op TNO kaart basis Boven Rotliegend op NLOG). Met daarin de breuken (donkerblauw) die voorkomen in de formatie en contourlijnen met daarbij de diepte aangegeven.

Op alle kaarten behalve de diepte basis Slochteren formatie kaart waarbij de breuken afkomstig zijn van een kaart van TNO, zijn alle contouren gegenereerd op basis van de putgegevens. Hierbij is geen rekening gehouden met de structuren in de ondergrond. Hiervoor zou er een seismische interpretatie van het gebied nodig zijn. Figuur 8 geeft de distributie van de (gemiddelde) porositeit weer aan de hand van de putgegevens.


14


Figuur 9 geeft de distributie van de (gemiddelde) permeabiliteit weer, welke verkregen is uit de porositeits - permeabiliteits relatie (is opgesteld aan de hand van de kerngegevens uit EVD-01).

Figuur 8. Porositeits distributie in en rond de provincie Utrecht. De contour lijnen zijn geëxtrapoleerd vanuit de porositeits data uit de putten. (m = phi)

Figuur 9: Permeabiliteits distributie in en rond de provincie Utrecht. Gebaseerd op de opgestelde poro-perm relatie. (m = mD in de figuur)


15


Figuur 10 is een diktekaart van de Slochteren formatie. Deze kaart is gemaakt aan de hand van de werkelijke dikte vanuit de putgegevens. Dit betekent dat er puntwaarden gebruikt zijn voor het contouren van de dikte. Bij het karteren is er geen rekening gehouden met de structuren in de Slochteren formatie.

Figuur 10. Dikte kaart van het Slochteren in de provincie Utrecht. De contourlijnen zijn diktelijnen. Het witte gedeelte op kaart betekent dat hier geen Slochteren formatie aanwezig is.

4.1

Temperatuur Slochteren formatie

In vrijwel alle gebruikte putten voor de petrofysische evaluatie is een temperatuurmeting gedaan (alleen niet in WSP-01). Aan de hand van deze metingen is een temperatuurgradiënt opgesteld. Figuur 11 geeft deze temperatuurgradiënt grafisch weer. 140 120

y = 0,031x + 10

T em peratuur (oC )

100 Temperatuur gemeten in put

80 60 40 20 0 0

1000

2000 Die pte (m)

3000

4000

Figuur 11: Temperatuurgradiënt provincie Utrecht.


16


De temperatuurgradiënt is een functie van de diepte in gebieden met een normale geothermische gradiënt. De aan de hand van de putgegevens bepaalde temperatuurgradiënt onder Utrecht is: 10oc + 0,031z Waarbij 10oc de oppervlakte temperatuur is en z de diepte in meters. Figuur 12 geeft een kaart weer waarop de temperatuur weergegeven wordt op de diepte waarop de Slochteren formatie voorkomt. Bij het opstellen van deze kaart is gebruik gemaakt van de formule voor de temperatuurgradiënt.

Figuur 12. Temperatuur aan de basis van de Slochteren formatie. Berekend met behulp van de opgestelde temperatuurgradiënt bepaald met temperatuurdata uit de putten.


17


5 Berekening debiet en geothermisch vermogen per put Om een overzicht te verkrijgen van de potentie van de geothermie in de provincie Utrecht is er voor iedere put afzonderlijk een berekening uitgevoerd met de gegevens van de Slochteren fm om het debiet en het geothermisch vermogen vast te stellen. Voor deze berekening is het programma Doubletcalc (ontwikkeld door TNO) gebruikt. Alle variabelen die niet put afhankelijk zijn, zijn voor iedere put constant gehouden. Het gaat hierbij om: Het zoutgehalte: 80000 ppm Oppervlakte temperatuur: 10 oC Injectieput deviatie: 750 m Productieput deviatie (m): 750 Afstand van de putten op aquifer level (m): 1500 Minimum doublet prestatie (MW): 2,0 Gewenste doublet prestatie (MW): 5 Voor de volgende parameters zijn de standaard waarden van het programma gebruikt: Skin injectie (-): 0.5 Buiten diameter put (inch): 8.0 Tubbings ruwheid (milli-inch): 1,38 Exit temperatuur warmte uitwisselaar (oC): 30 Skin producer (-): 2,0 Tubing binnen diameter (inch) : 7,0 Efficiëntie pompsysteem (-): 0.75 Maximale pomp capaciteit (m3/h): 100 Diepte productiepomp (m): 300 Pomp drukverschil (bar): 30 Invoer parameters voor de berekening zijn: Permeabiliteit: voor het minimum en maximum is hierbij de onzekerheidsfactor behorende bij de put gebruikt. N/G Aquifer top injectieput: top aquifer Aquifer top productieput: top aquifer plus 25 m. Aquifer gross werkelijke dikte: dikte aquifer +/-5 m. Tabel 4 geeft de resultaten weer van de berekeningen, het gaat hier om P50 waarden. De resultaten voor het geothermische vermogen van de Slochteren formatie in de provincie Utrecht wordt grafisch weergegeven in figuur 13.


18


Boring

3

Debiet (m /h) Vermogen (MW) COP (KW/KW) P90 P50 P10 P90 P50 P10 P90 P50 ARV-1 4,2 6,7 13 0,04 0,15 0,49 9,7 20,2 BNV-1-S1 0,3 0,5 1,5 0 0 0 0 0 BLA-1-S1 41,1 57 85,2 1,07 1,58 2,43 22,2 24,6 BSKP-01 3,7 5,8 11,4 0,03 0,12 0,43 7,5 18,6 BUM-1 3 5,2 10,3 0,01 0,05 0,23 1,8 10,4 ERM-01-S1 0 0 0 0 0 0 0 0 EVD-1 3,2 5,1 10,2 0,01 0,06 0,23 2,1 9,5 HST-2-S1 2 3,6 7,1 0 0,01 0,12 0 3,7 JUT-01 (ondiep) 21,5 34,2 69 0,61 1,12 2,39 25 28,8 JUT-1 (diep) 1,4 2,8 5,8 0 0,01 0,14 0 2,3 MRK-1 0,1 0,3 0,8 0 0 0 0 0 PKP-1 0,2 0,4 0,8 0 0 0 0 0 SPL-01-S1 25,9 47,6 130 1,04 2,21 6,45 35,7 41,1 WLK-1 0,2 0,4 0,8 0 0 0 0 0 WRV-1 0 0 0 0 0 0 0 0 WSP-1 0 0 0 0 0 0 0 0 Tabel 4: Resultaten berekeningen debieten en vermogens van een doublet op de locatie van een put. Het gaat hier om P50 waarden. Ook wordt de COP (coefficient of performance) weergegeven.

Figuur 13. Potentiekaart geothermie provincie Utrecht (geothermisch vermogen). Kantoor Leidschendam: Veurse Achterweg 10, Postbus 141, 2260 AC Leidschendam, Tel.: 070-3170570, Fax: 070-3170575, Internet: www.fugrorobertson.nl

19

P10 33,6 0 27 34,6 22,7 0 11,3 17,2 32,3 21,4 0 0 45,7 0 0 0


Figuur 13 is een potentiekaart met daarop aangegeven het geothermisch vermogen (MW) behorende bij de weergegeven putten in en rond de provincie Utrecht. De onderverdeling van de provincie is gebaseerd op het Voronoi diagram (Delaunay Triangulatie). Dit betekent dat ieder punt in een gekleurd gebied rond een put dichterbij die put is dan bij de andere putten. Bij het indelen van de gebieden is geen rekening gehouden met de structuur van de ondergrond. Hiervoor zou er een seismische interpretatie van het gebied nodig zijn. De rode vlakken geven de gebieden met het hoogste potentieel weer (tussen de 1 en 2 MW). De blauwe gebieden hebben geen geothermisch potentieel en de gele gebieden hebben een zeer laag potentieel (< 0,2 MW).


20


6 Conclusies en aanbevelingen In het kader van de haalbaarheidsstudie naar de toepassing van geothermie in de provincie Utrecht, is de eerste fase (petrofysische evaluatie) uitgevoerd. Hiervoor zijn de boorgatmetingen van 15 putten en 3 kernen van de Slochteren formatie in en rond de provincie Utrecht gebruikt. Conclusies Uit de petrofysische evaluatie van de Slochteren fm blijkt dat de porositeit in het merendeel van de putten (12) lager dan of gelijk is aan 11%. De met behulp van de Poro-Perm relatie bepaalde permeabiliteit is dientengevolge ook laag (<20mD). In de putten Jutphaas-01 (Utrecht), Blaricum-1 (Noord Holland) en Schiphol-01-S1 (Noord Holland) zijn hogere porositeits- en permeabiliteitswaarden gemeten. Blaricum-01 (Noord Holland): gemiddelde porositeit 18% en gemiddelde permeabiliteit 120 mD bij een netto laagdikte van 119 m op een diepte van 1442m tot 1561m. De temperatuur in de Slochteren fm op deze diepte gemeten is 66oc. De Blaricum-01 put ligt direct ten noorden van een grote breuk (figuur 6). Ten zuiden van deze breuk ligt het Rotliegend dieper, waar tengevolge van meer compactie een lagere porositeit te verwachten valt. Hier staat tegenover dat de temperatuur hoger zal zijn. Echter, het is niet te verwachten dat de lagere porositeit hiermee gecompenseerd zal worden en een doublet te zuiden van deze breuk meer geothermisch vermogen zal leveren. Schiphol-01-S1 (Noord Holland): gemiddelde porositeit 15% en permeabiliteit 90 mD, een netto laagdikte van 105 m, op een diepte van 2089 m tot 2200 m. De temperatuur op deze diepte is 94oC. Jutphaas-01: gemiddelde porositeit van 13% en permeabiliteit van 65 mD, een netto laagdikte van 122 m, op een diepte van 1659 tot 1787 m. De temperatuur gemeten op deze diepte is 73oc. De permeabiliteit ligt aan de ondergrens van wat toereikend is voor het rendabel toepassen van geothermie.

Aanbeveling Voor alle putten is het potentieel geothermisch vermogen uitgerekend. Voor de drie bovengenoemde putten is dit een waarde groter dan 1MW, Blaricum 1,58 MW, Jutphaas 1,12 MW en Schiphol 2,21 MW. Over het algemeen wordt er uitgegaan van een hogere ondergrens van het vermogen (minimaal 3 MW) om economisch gebruik te maken van geothermie. De locatie Schiphol geeft een waarde voor het geothermisch vermogen van 2,21 MW. Deze put ligt echter buiten de provincie Utrecht en nabijgelegen putten in de provincie Utrecht geven een geothermisch potentieel van 0 MW. Jutphaas en Blaricum bieden enig potentieel in de provincie, maar de geothermisch haalbare vermogens zijn laag. De hoeveelheid beschikbare seismische lijnen rond deze locaties is zeer beperkt. Bovendien zijn de lijnen vrij oud. Het is echter mogelijk om de seismische data te laten re-processen om een duidelijker beeld te krijgen. Blijft de handicap van de beperkte hoeveelheid lijnen rond bovengenoemde putten dat verhindert om een volledig beeld van de structuren te krijgen. Nieuwe seismische data verzamelen is erg kostbaar en zou alleen Kantoor Leidschendam: Veurse Achterweg 10, Postbus 141, 2260 AC Leidschendam, Tel.: 070-3170570, Fax: 070-3170575, Internet: www.fugrorobertson.nl

21


uitgevoerd moeten worden over een economisch levensvatbaar prospect indien nodig is om onzekerheden weg te nemen. Een seismische interpretatie kan uitsluitsel geven over de geschiktheid van structuren in de Slochteren formatie. Dit zal echter geen verdere informatie geven over de petrofysische eigenschappen van potentiële structuren als er geen boorgegevens van de structuur zijn. Hiervoor dient een proefboring gemaakt te worden. Het toepassen van geothermie in de provincie Utrecht in de Slochteren formatie is op basis van de berekende MW’s niet rendabel. Er kan nog gekeken worden naar het fraccen van het gesteente. Hierbij dient rekening gehouden te worden met de zeer lage rendabiliteit van alle geboorde putten. Zelfs een verdubbeling van het geothermisch vermogen leidt zeer waarschijnlijk niet tot een vermogen van meer dan 3 MW. Het advies betreffende het al dan niet uitvoeren van fase 2 van het onderzoek zoals in onze tender d.d. 25 September 2009 voorgesteld, is negatief. Het uitgerekende geothermisch vermogen is voor het grootste gedeelte van de provincie (zie figuu 13) zeer laag tot 0 MW. In deze gebieden zal fraccen het geothermisch vermogen wel iets omhoog kunnen brengen, maar over het algemeen is dit nooit meer dan een verdubbeling, waardoor het geothermisch vermogen ook na het fraccen nog niet rendabel zal zijn. Alleen in de 3 bovengenoemde putten is fraccen misschien een mogelijkheid om het geothermisch vermogen boven de 3 MW te krijgen. Dit zou in fase 2 onderzocht kunnen worden alvorens er seismiek geïnterpreteerd gaat worden.


22


7 Referenties TNO – Geological Atlas of the Subsurface of the Netherlands. (Explanation to) map sheets VII and VIII Noordwijk – Rotterdam and Amsterdam – Gorinchem. Netherlands Institute of Applied Geoscience TNO- National Geological Survey, Utrecht 2002. TNO – Geological Atlas of the Subsurface of the Netherlands. (Explanation to) map sheet IX Harderwijk - Nijmegen. Netherlands Institute of Applied Geoscience TNO - National Geological Survey, Utrecht 2004. www.nlog.nl


23


APPENDIX 1 T/M 4


24


APPENDIX 1

Appendix 1. Tijdsschaal en stratigrafisch overzicht van het West Nederlands Bekken (bron: Duin et al., 2006)


25


Appendix 2. Petrofysische evaluatie Slochteren van de boring Jutphaas.


26


Appendix 3. Petrofysische evaluatie Slochteren van de boring Blaricum.


27

HAALBAARHEIDSONDERZOEK GEOTHERMIE IN DE SLOCHTEREN FORMATIE PROVINCIE UTRECHT. PETROFYSISCH ONDERZOEK Fase 1

Recommend Documents