Harmelerwaard Januari, PanTerra G1014

Geologisch onderzoek naar aardwarmte in Utrecht/Harmelerwaard Januari, 2013 PanTerra G1014

Geologisch onderzoek naar aardwarmte in Utrecht/Harmelerwaard Auteur: A.G. Vondrak In samenwerking met: M. Felder (Kern evaluatie, Hoofdstuk 4.1.2, 4.2.3 en Appendix 9.3) A.A. Sieders (Evaluatie van de RFT, Hoofdstuk 4.2.2) Gecontroleerd door: P. van den Heuvel A. van de Weerd Opgesteld voor: Provincie Utrecht Team inkoop Dhr. A. van Brakel Postbus 80300 3508 TH Utrecht Opgesteld door: PanTerra Geoconsultants B.V. Weversbaan 1-3 2352 BZ Leiderdorp The Netherlands T +31 (0)71 581 35 05 F +31 (0)71 301 08 02 [email protected]

This report contains analysis opinions or interpretations which are based on observations and materials supplied by the client to whom, and for whose exclusive and confidential use, this report is made. The interpretations or opinions expressed represent the best judgement of PanTerra Geoconsultants B.V. (all errors and omissions excepted). PanTerra Geoconsultants B.V. and its officers and employees, assume no responsibility and make no warranty or representations, as to the productivity, proper operations, or profitableness of any oil, gas, water or other mineral well or sand in connection which such report is used or relied upon.

PanTerra Geoconsultants B.V. ● G1014 - Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard ● pg. 2

Samenvatting PanTerra Geoconsultants B.V. is gevraagd door de provincie Utrecht om een geologisch onderzoek naar aardwarmte te doen in het gebied tussen Utrecht en Harmelerwaard. Hier is gekeken of er watervoerende lagen zijn in de diepe ondergrond met potentie voor geothermie. Er zijn twee potentieel interessante formaties: zandstenen in de Trias en in het Perm de Slochteren Formatie. In dit geologische onderzoek zijn de resultaten van twee onderzoeken uitgevoerd door Fugro Robertson en Oranjewoud in 2010 meegenomen. Het Trias is kwalitatief beoordeeld op mogelijke geschiktheid voor diepe geothermie. In dit gebied bevat het Trias geen lagen met goede reservoir eigenschappen. Er zijn enkele zandlagen te vinden waarbij de porositeit boven de minimum grens van 8% komt, deze lagen zijn echter te dun, slechts enkele meters dik en daarom niet geschikt voor diepe geothermie. Daarentegen zijn de zandstenen van de Slochteren Formatie dikker (~100m). In dit gebied varieert de diepte ligging van de Slochteren Zandsteen van 1600 tot 3300m. Aan de hand van kerngegevens, kernevaluaties, petrofysische interpretatie en bekkenmodellering zijn er reservoir eigenschappen voorspeld voor de Slochteren Zandsteen. Uit de petrofysische evaluatie van putten in de omtrek blijkt dat de Slochteren Formatie geen klei intervallen heeft. In drie boringen in de buurt zijn kernen genomen met behulp van deze metingen is een porositeit-permeabiliteit relatie bepaald. Deze kernen zijn ook fysiek bekeken en daaruit blijkt dat de Slochteren Zandsteen in deze drie kernen bestaat uit windafzettingen (eolisch). Voor de locatie van het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard is een bekkenmodel gemaakt. Dit model geld voor één specifieke locatie en geeft de begravings- en erosie geschiedenis weer die daar door de tijd heeft plaatsgevonden. Op deze locatie ligt de Slochteren Zandsteen tegenwoordig op een diepte van ~2750 m, maar uit de bekkenmodellering blijkt dat deze zandsteen nog dieper heeft gelegen tijdens het Laat Krijt (~4000m). Door deze diepe ligging in het Late Krijt is de porositeit in deze eolische zandsteen sterk verminderd; het door PanTerra geconstrueerde bekkenmodel suggereert een porositeit van ongeveer 9.2%. Met behulp van het TNO software programma Doublet Calculator is er gekeken naar het geothermisch potentieel van de Slochteren Zandsteen op twee dieptes; op 2750m, dit is de verwachte diepte onder het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard en op 1655m de diepte van de ondiepe Slochteren Zandsteen in de boring Jutphaas-01. In dit gebied is de Slochteren Zandsteen niet rendabel voor diepe geothermie. Alleen de ondieper gelegen Slochteren Zandsteen in Jutphaas-01 geeft aan rendabel te kunnen zijn wanneer er met hoge pomp drukverschillen (100 bar) en zeer negatieve skin waarden wordt gewerkt.



Inhoud Samenvatting

3

1

Introductie

7

2

Geologie

8

2.1 2.2

Trias zandstenen Slochteren Zandsteen

8 9

3

Beschikbare gegevens

13

3.1

Beschikbare boringen in de regio Utrecht

13

4

Aquifers

15

4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4

Trias Petrofysische interpretatie Kern evaluatie Conclusie Trias Slochteren Zandsteen Petrofysische interpretatie Well test Kern evaluatie Conclusie Slochteren

15 15 16 16 16 16 19 20 21

5

Bekkenmodelering

22

5.1 5.2

Input en kalibratie van het model Bekkenmodelering resultaten

22 23

6

Geothermisch potentieel

27

6.1

Input Doublet Calculator

27

7

Conclusies

30

8

Referenties

31

9

Appendices

32

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.6.1 9.6.2 9.6.3

Geologische tijdschaal Petrofysische logs Kernen Verschillen tussen het Fugro rapport en het PanTerra rapport Originele RFT samenvatting Bekkenmodellering input en resultaten Jutphaas-01 Papekop-01 Harmelerwaard

32 33 38 42 43 44 44 47 50



1 Introductie De provincie Utrecht heeft PanTerra Geoconsultants B.V. gevraagd een geologisch onderzoek uit te voeren naar de mogelijkheden van geothermie in het gebied tussen Utrecht en de Harmelerwaard (Figuur 1.1). In de Harmelerwaard bevinden zich een aantal tuinders met een mogelijke warmtevraag die in een eerder stadium al interesse in de toepassing van geothermie hebben getoond. Onmiddellijk ten oosten van dit gebied is de stadsuitbreiding Leidscherijn (gemeente Utrecht) waar mogelijk ook een warmtevraag aanwezig is. In totaal gaat het in de wijdere omgeving van Utrecht om ongeveer 40.000 aansluitingen op een stadsverwarming netwerk. Invoeding op dit netwerk met aardwarmte zou een verduurzaming van het energieverbruik kunnen betekenen.

Figuur 1.1 Kaart van het onderzoeksgebied (blauwe vierkant) tussen Utrecht en Harmelerwaard. De cirkel geeft het tuindersgebied aan.

Naar aanleiding van twee Fugro/Oranjewoud rapporten (Asschert et al., 2010 en De Koning et al., 2010) heeft de provincie Utrecht PanTerra Geoconsultants B.V. gevraagd om dit geologisch onderzoek uit te voeren. De volgende onderdelen zijn bij deze studie aan de orde gekomen:  Verzamelen van relevante data (o.a. boorgegevens, loggegevens en kerngegevens van putten in de buurt van het onderzoeksgebied).  Het bestuderen van relevante geologische rapporten en publicaties in de omgeving van Utrecht.  Het interpreteren van data en kernmetingen van relevante formaties in putten in de omgeving (petrofysische evaluatie), om een idee te krijgen van de eigenschappen van de watervoerende lagen in het gebied.  Vergelijken van de petrofysische evaluatie wordt met de resultaten uit de Fugro/Oranjewoud rapporten (Asschert et al., 2010 en De Koning et al., 2010).  Bouwen van een 1 dimensionaal bekken model voor één locatie in het onderzoeksgebied om inzicht te krijgen in de mogelijke porositeit van het Slochteren Zandpakket.  Kernen bekijken om inzicht te krijgen in het afzettingsmilieu van de potentiele geothermische reservoirs.  Aan de hand van de resultaten indicatieve debietsberekeningen maken met behulp van Doublet Calculator. Op basis van de resultaten zullen aanbevelingen gedaan worden voor verdere stappen in het onderzoek naar het potentieel voor aardwarmte in het onderzoeksgebied.


2 Geologie Het onderzoeksgebied bevindt zicht in het West-Nederlands bekken (West Netherlands Basin in Figuur 2.1) en ten zuiden van de Zandvoort Rug (de witte strook boven het rode vierkant in Figuur 2.1). Het West-Nederlands bekken werd gevormd in de periode Laat Jura - Vroeg Krijt en is sterk geïnverteerd in het Laatste Krijt (zie voor geologische tijdsschaal Appendix 9.1). Inversie wil zeggen dat gedeeltes van het bekken zijn opgeheven en geërodeerd. Hierdoor zijn in het onderzoeksgebied de Krijtkalk Groep afwezig en de Rijnland Groep vrijwel afwezig door erosie.

Figuur 2.1 Kaart van Nederland met de geïnverteerde bekkens (uit Herngreen en Wong, 2007). Het vierkant geeft de locatie aan van het onderzoeks gebied.

2.1

Trias zandstenen

Zandstenen uit het Trias zijn bekende lagen voor geothermie (Figuur 2.2). In het onderzoeksgebied zijn twee zandlagen met mogelijke potentie voor geothermie in het Trias aanwezig; de Röt en de Volpriehausen Zandsteen. De Röt Zandsteen is later afgezet dan de Volpriehausen Zandsteen en is onderdeel van de Boven Germaanse Trias Groep. Het grootste deel van het Papekop veld bevindt zich in de Röt Zandsteen. De Röt Zandsteen bestaat niet alleen uit zandsteen, maar uit een afwisseling van zanden kleisteen. De Volpriehausen Formatie is onderdeel van de Onder Germaanse Trias Groep. De Volpriehausen Zandsteen is een afwisseling van zand-, silt- en kleisteen.


Figuur 2.2 Kaart van Nederland met potentie gebieden gebaseerd op ThermoGIS (naar Kramers et al., 2012). Het rode vierkant geeft de locatie van het onderzoeksgebied globaal weer.

2.2

Slochteren Zandsteen

Vanuit de olie en gas industrie staat de Slochteren Zandsteen bekend als een watervoerende laag (aquifer) met goede reservoir eigenschappen. Reservoir eigenschappen zijn de porositeit en de permeabiliteit (doorlaatbaarheid). In Nederland heeft de Slochteren Zandsteen twee verschijningsvormen: eolisch (windafzetting) en fluviatiel (rivierafzetting). De eolische afzettingen hebben betere reservoir eigenschappen dan de fluviatiele afzettingen waarin relatief veel klei voorkomt. Volgens de kaart van Geluk (2007, Figuur 2.3) zou de Slochteren Zandsteen in het onderzoeksgebied eolisch zijn.

Figuur 2.3 Kaart van de distributie van de eolische en fluviatiele afzettingen van de Slochteren Zandsteen (overgenomen uit Geluk, 2007). Het rode vierkant geeft het onderzoeks gebied aan.


Volgens TNO/NITG (2002) is de Slochteren Zandsteen in dit gebied ~100m dik en op het locatie Harmelerwaard ligt het op een diepte van ~2750 tot ~2850 m (zie Figuur 2.5 en Figuur 2.6). Over het hele onderzoeksgebied varieert de ligging van de top van de Slochteren van 1600m in het zuidoosten tot 3300m in het westen. De dikte is over het hele onderzoeksgebied volgens TNO/NITG (2002) 100m.

Figuur 2.4 Schematische weergave van een opschuiving.

Figuur 2.5 laat een opschuiving zien in de oostelijke helft van het onderzoeksgebied. De put Jutphaas-01 is daar geboord en toonde aan dat de Slochteren Formatie hier is opgeschoven en twee keer voorkomt. Figuur 2.4 laat een voorbeeld van een opschuiving zien, deze structuur wordt veroorzaakt door compressie. Hierdoor worden lagen ineengedrukt, wanneer de druk te groot wordt vormt er een breuk. Deze breuk schuift lagen over elkaar heen, en veroorzaakt in het gebied boven de breuk een verdubbeling van lagen onder één oppervlakte locatie. Jutphaas-01 is door een dergelijke breuk heen geboord. Hierdoor is er een diepe en een ondiepe Slochteren Zandsteen in Jutphaas-01 aanwezig. Volgens Nelskamp (2011) is deze breuk aan het einde van het Krijt actief geweest. De seismische dekking (Figuur 2.7) in dit gebied is relatief goed, en dit suggereert dat het zeer waarschijnlijk is dat de breuk die voor de grote opschuiving in Jutphaas-01 heeft gezorgd, niet meer aanwezig is in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard. Dit duidt er dus op dat de opschuiving niet onder het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard aanwezig is en de Slochteren Zandsteen hier niet twee keer voorkomt.

De kaarten van TNO/NITG (2002) tonen veel detail en houden rekening met de breuken. Deze kaarten suggereren een dikte van de Slochteren Zandsteen van ongeveer 100m; in dit rapport houden we verder een marge van +/10m aan. In Tabel 2.1 zijn diktes van de Slochteren Formatie in vijf boringen in de buurt van het onderzoeksgebied aangegeven. Een mogelijke verklaring voor de geringe dikte in Waverveen en Everdingen kan erosie zijn. Deze twee boringen liggen in een ander breukblok dan Jutphaas en het grootste deel van het onderzoeksgebied. Hierdoor kunnen deze locaties een andere begravings- en erosie geschiedenis hebben meegemaakt. De lokale temperatuur van de Slochteren Formatie wordt normaal berekend met de gemiddelde Nederlandse geothermische gradiënt en de diepte van dit pakket. De gemiddelde Nederlandse gradiënt is: T = 10 + 0.031 * D

waarbij T = temperatuur in graden Celsius en D = diepte in meters. De gemiddelde oppervlakte temperatuur is 10 °C.

In de Jutphaas-01 boring is een temperatuurmeting over het hele boorgat gedaan (temperatuurlog), hieruit blijkt dat er in dit gebied een hogere geothermische gradiënt van toepassing is dan de gemiddelde Nederlandse gradiënt (Figuur 2.8). Over het diepte interval van de Slochteren Zandsteen in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard (2750 – 2850 m) bedraagt de geothermische gradiënt 0.033. Over het diepte interval van 1800m tot 2500m is de geothermische gradiënt hoger, namelijk 0.035 (Figuur 2.8). De waarden die in dit hoofdstuk genoemd zijn zullen in hoofdstuk 6 gebruikt worden voor de berekeningen van het geothermisch potentieel. Het betreft de dikte en diepte van de Slochteren Formatie en de geothermische gradiënt.


Figuur 2.5 Dieptekaart van de top van de Slochteren Zandsteen (TNO/NITG, 2002). Het blauwe vierkant geeft het onderzoeksgebied weer, de cirkel Harmelerwaard, de rode punten geven de boorlocaties weer en de rode getallen de diepte waarop de top van de Slochteren Zandsteen is bereikt. Het rode punt binnen het blauwe vierkant is de put Jutphaas-01, hier wordt de opgeschoven Slochteren Zandsteen weergegeven, de top van deze laag is op 1642 m.

Figuur 2.6 Dieptekaart van de basis van de Slochteren Zandsteen (TNO/NITG, 2002). Het blauwe vierkant geeft het onderzoeksgebied weer, de cirkel Harmelerwaard, de rode punten tonen de boorlocaties en de rode getallen de diepte waarop de basis van de Slochteren Zandsteen is bereikt. De zwarte lijn in het oosten van het onderzoeksgebied geeft de opschuivingsbreuk aan (Figuur 2.4) waar de put Jutphaas-01 doorheen is geboord.


Figuur 2.7 Dieptekaart van de top Slochteren Zandsteen (TNO/NITG, 2002). Daarover heen in groen de 2D seismische lijnen, die gebruikt zijn door TNO om deze kaart te maken.

Boring

Dikte Slochteren Formatie (in m) 18 62 126 133 64 11

Everdingen-01 Haastrecht-02S1 Jutphaas-01 (ondiep) Jutphaas-01 (diep) Papekop-01 Waverveen-01 Tabel 2.1 Dikte van de Slochteren Formatie in vijf boringen in de buurt van het onderzoeksgebied (TNO/NITG, 2002).

Figuur 2.8 Temperatuurdata uit de put Jutphaas-01 weergegeven tegen diepte en drie geothermische gradiënten.


3 Beschikbare gegevens 3.1

Beschikbare boringen in de regio Utrecht

In de regio Utrecht is geologisch onderzoek gedaan door de voormalige Rijks Geologische Dienst (nu NTG/TNO) en door oliemaatschappijen die op zoek waren naar olie en gas. Hiervoor zijn op verschillende locaties boringen verricht (Figuur 3.1). Veel van deze boringen hebben de Slochteren Zandsteen niet aangeboord (Tabel 3.1). Drie putten hebben kerngegevens uit het Slochteren (Everdingen-01, Haastrecht-02S1 en Jutphaas-01), deze putten zijn daarom in deze studie gebruikt. Daarnaast zijn nog twee andere putten geselecteerd voor dit onderzoek, op basis van de aanwezige data over het Slochteren interval (Papekop-01 en Waverveen-01). In alle vijf geselecteerde putten is ook het Trias aanwezig. Volledige naam

Afkorting

Jaar

Aarlanderveen-01

ARV-01

1976

Alphen-01

ALP-01

1948

Boeikop-01

BKP-01

1949

Boskoop-01

BSKP-01

Slochteren bereikt

Kern in Slochteren

2550

ja

nee

746.6

nee

nee

1000

nee

nee

1995

2261

nee

nee

BSKP-01S1

1995

2785

ja

nee

Breukelen-01

BKN-01

1943

588.7

nee

nee

Everdingen-01

EVD-01

1965

2197.5

ja

ja

Gouda-02

GOU-02

1944

693.8

nee

nee

Haarlemmermeer-01

HLM-01

1951

1121.8

nee

nee

Haastrecht-01

HST-01

1951

2526.5

nee

nee

Haastrecht-02

HST-02

1983

2275

ja

nee

HST-02S1

1983

2650

ja

ja

Hilversum-01

HIL-01

1944

732.2

nee

nee

Jutphaas-01

JUT-01

1969

3409

ja

ja

Lekkerkerk-01

LEK-01

1959

1965

nee

nee

Moerkapelle-05

MKP-05

1958

1536.5

nee

nee

Moerkapelle-06

MKP-06

1959

1223

nee

nee

Odijk-01

ODK-01

1943

650

nee

nee

Papekop-01

PKP-01

1986

2751

ja

nee

Stolwijk-01

STO-01

1944

127

nee

nee

Vreeland-01

VRE-01

1950

1014.5

nee

nee

Waverveen-01

WRV-01

1971

2458

ja

nee

Willeskop-01

WSP-01

1970

2259

ja

nee

Boskoop-01 Sidetrack1

Haastrecht-02 sidetrack1

Einddiepte in meter (MD)

Zeist-01 ZST-01 1948 1100 nee nee Tabel 3.1 Overzicht van boringen in en rondom Utrecht. De putten gebruikt in deze studie zijn blauw gemarkeerd. De dikgedrukte boringen hebben de Slochteren Formatie bereikt. MD staat voor ‘measured depth’, dit is diepte gemeten langs het boorgat.


Figuur 3.1 Overzicht van de boringen in en rondom het studiegebied. Het blauwe vierkant geeft het onderzoeksgebied weer, de cirkel Harmelerwaard en de rode punten geven de boringen aan. De gegevens van de boringen in de groene cirkels zijn in deze studie gebruikt.


4 Aquifers Er is voor deze studie naar de eigenschappen van verschillende watervoerende lagen (aquifers) gekeken. Tijdens en na het boren van een put worden de gesteente eigenschappen in de put gemeten. Deze worden weergegeven in zogenaamde logs. Er zijn vijf verschillende logs onderzocht: Gamma ray log (GR), deze log geeft weer hoe kleiig of zandig het pakket is, als deze log naar links uitslaat geeft dat een zandiger interval weer en naar rechts een kleiig interval. Slowness of sonic log (DT), deze log laat zien hoe snel een geluidsignaal zich door het pakket voortplant gaat, en geeft een indicatie voor porositeit. Als een pakket poreus is zal het geluid langzamer door het pakket gaan en zal de DT een hogere waarde geven dan bij een niet poreus pakket. In de logs is van links naar rechts: hoog naar laag. Bulkdichtheid log (RHOB), is een indicatie van de dichtheid van het gesteente; deze meting geeft de meest betrouwbare schatting van de porositeit Correctie log op de bulkdichtheid (DRHO), deze log geeft weer hoe betrouwbaar de bulkdichtheid metingen zijn. De bulkdichtheid is betrouwbaar als de DRHO tussen de -0.5 en 0.5 is. Neutron log (NPHI), deze log geeft een mate van porositeit en kleigehalte weer van de matrix, van het gesteente. Om de porositeit van een gesteente uit de logs af te leiden is gebruik gemaakt van de volgende formule: φ = (ρmatrix – ρbulkdichtheid) / (ρmatrix – ρformatie vloeistof) in deze formule staat φ voor porositeit en ρ voor dichtheid. De dichtheid van de matrix wordt ingeschat met behulp van de aanwezige kern data. De bulkdichtheid wordt afgelezen uit de dichtheid log (RHOB). Voor de dichtheid van de formatie vloeistof is gebruik gemaakt van een waarde van 1.05, deze dichtheid hoort bij een zout concentratie van 80.000 ppm NaCl. Deze concentratie is een combinatie van de formatie vloeistof en het filtraat van de boorvloeistof. Bij deze boringen zijn de zoutgehaltes van de formatie vloeistof en het filtraat van de boorvloeistof vergelijkbaar. Als randvoorwaarden voor reservoir kwaliteit is uitgegaan van een minimum van 8% porositeit, lagere porositeiten zijn te laag om als reservoir aan te merken en worden daarom niet meegenomen (cut-off waarde van 8). De logs zijn grafisch weergegeven in figuren in Appendix 9.2.

4.1

Trias

In het Trias zijn een aantal aquifers bekend zoals de Röt Zandsteen, de Volpriehausen Zandsteen en de Volpriehausen Kleisteen. In iedere put is er naar de Trias lagen gekeken en deze lagen zijn kwalitatief beoordeeld op geschiktheid voor geothermische doeleinden. 4.1.1 Petrofysische interpretatie  Haastrecht-02S1 Er zijn kernen in de Volpriehausen Zandsteen en in de Detfurth Zandsteen genomen, de gemiddelde waarde van de 3 gemeten korreldichtheden is 2.68 g/cm . Er zijn slechts enkele lagen van 1-2 m dik aanwezig zijn met een porositeit tussen de 8 en 14%.  Papekop-01 3 Er zijn kernen in de Volpriehausen Zandsteen genomen, de gemiddelde gemeten korreldichtheid is 2.7 g/cm . In de Röt Formatie zijn ongeveer 5 intervallen met een porositeit van maximaal 15% en een dikte van 2 tot 5 m. In de Volpriehausen zijn er bovenin (boven 2150m MD) vier intervallen met een porositeit hoger dan 8% en ongeveer 2m dik.  Waverveen-01 3 Hier zijn geen kernen in deze put genomen, een korreldichtheid van 2.68 g/cm aangenomen, dit is de gemiddelde korreldichtheid uit andere putten (Papekop-01 en Haastrecht-2S1). De logs suggereren aanwezigheid van een ongeveer 5 m dikke laag op een diepte van 1943 m met een porositeit van ~26%. In de Röt zijn er een 5 à 6


zandlagen van ongeveer 5 m dik, maar de log metingen zijn niet helemaal betrouwbaar. Dat blijkt uit de DRHO log, deze geeft aan dat de RHOB metingen niet betrouwbaar zijn.  Everdingen-01 3 Er zijn geen kernmetingen in zandlagen in Trias genomen, dus is een korreldichtheid van 2.68 g/cm genomen. Er is geen bulkdichtheid log genomen over het Volpriehausen interval. In de Röt zijn een stuk of 6 lagen aanwezig met een porositeit hoger dan 8%, maar de dikte van deze lagen is slechts ~5 meter  Jutphaas-01 3 Er zijn geen kernen in zanden van de Trias in deze put, dus is een korreldichtheid van 2.68 g/cm genomen. De opgeschoven Volpriehausen en Röt lagen hebben geen goede reservoir eigenschappen. Dat geldt ook voor de dieper gelegen Volpriehausen en Röt lagen. 4.1.2 Kern evaluatie In Haastrecht-02S1 is gekeken naar kernen van de Basale Solling Zandsteen en de Volpriehausen Zandsteen (voor de globale kern beschrijvingen zie Appendix 9.3). De kern in de Basale Solling Zandsteen laat een afwisseling zien van fluviatiele afzettingen en zogenaamde ‘natte’ (wet aeolian) woestijn afzettingen. Het geheel is een semi-aride woestijn afzetting, die fluviatiele perioden bevat, ook in de zandintervallen is nog relatief veel klei aanwezig. Deze zandsteen heeft in het algemeen slechte reservoir eigenschappen. De Volpriehausen Zandsteen is gecementeerd door dolomiet en waarschijnlijk ook haliet (zout), dat laatste zou een verklaring kunnen zijn voor de lage waarden van de korrel dichtheid. Dolomiet heeft namelijk een hoge korrel dichtheid, haliet een lage. Er zijn veel kleilagen zoals wordt bevestigd door de gamma ray log. 4.1.3 Conclusie Trias Het Trias bevat in dit gebied geen lagen met goede reservoir eigenschappen. Er zijn enkele zandlagen te vinden waarbij de porositeit boven de minimale grens van 8% komt, deze lagen zijn echter slechts enkele meters dik en daarom niet geschikt voor diepe geothermie.

4.2

Slochteren Zandsteen

4.2.1 Petrofysische interpretatie De Slochteren Zandsteen kan in alle boringen duidelijk worden herkend door de gamma log (GR, zie Figuur 9.2, Figuur 9.3 en Figuur 9.4 in Appendix 9.2). Er zijn nauwelijks kleiige lagen in de Slochteren Formatie. Over het geheel zijn de gemeten waarden van de bulkdichtheid (RHOB) betrouwbaar, met uitzondering van de diepste 5m van het diepe Slochteren interval in Jutphaas-01 en in het ondiepe Slochteren interval tussen 1665 en 1680m. In alle 5 boringen is uit de bulkdichtheidslog een porositeitslog berekend, met dezelfde formule als genoemd aan het begin van dit hoofdstuk. In de drie gekernde putten zijn de kerngegevens gebruikt om de berekende porositeitslog mee te vergelijken. De kerngegevens zijn gecorrigeerd door de porositeit met 0.95 te vermenigvuldigen. Deze diepte correctie is nodig omdat de kernen aan het oppervlak onder lage druk (atmosferische omstandigheden) worden gemeten De waarden van de dichtheid van de matrix voor de Jutphaas-01 porositeitslog zijn ook in Waverveen-01 gebruikt om de porositeitslogs te berekenen. Voor Papekop-01 zijn de gemiddelden van Jutphaas-01 en Haastrecht-02S1 gebruikt (Tabel 4.1), hiervoor is gekozen, omdat deze locatie tussen de twee andere boringen in ligt (Figuur 3.1). Aan de hand van de berekende porositeitslog is een gemiddelde porositeit en een Netto/Gross verhouding berekend. De randvoorwaarde (cut-off) die hiervoor normaal door PanTerra voor wordt gebruikt is minimaal 8% porositeit; alle waarden daaronder worden niet als reservoir beschouwd. De gemiddelde porositeit in de Slochteren Zandsteen ligt in dit gebied echter laag, rond de 8%. Gewoonlijk gaan lage porositeiten gepaard met kleiige intervallen, hier is dat niet het geval. De gamma ray log toont een dik zandpakket, zonder klei lagen. Daarom is er ook een cut-off waarde van 5% onderzocht, waardoor de Netto/Gross verhouding sterk veranderd (zie Tabel 4.2).


Verschillen in de geselecteerde cut-off waarden is tevens de reden voor sommige grote verschillen met de berekende waarden van Fugro Robertson (Fugro Robertson gebruikt een cut-off van 2%, zie Asschert et al., 2010, Tabel 4.2 en Tabel 4.3). De gemiddelde porositeiten gemeten aan kernen zijn: Everdingen-01 = 11%, Haastrecht-02S1 = 8% en Jutphaas-01 (diep) = 10%. (Zie ook Figuur 4.1 voor de kernplug metingen). De metingen in Haastrecht-01 en Everdingen-01 komen goed overeen met de berekende porositeiten uit de logs. De gemiddelde kern porositeit is in Jutphaas-01 (diep) hoger dan de berekende gemiddelde porositeit uit de logs. Dit verschil kan veroorzaakt zijn doordat alleen de beste delen in deze kern zijn gemeten en deze zo een te positief beeld van het totale zand pakket geven. Of het kan veroorzaakt zijn doordat net het gekernde interval betere eigenschappen heeft dan de gehele Slochteren Formatie in deze boring. De diepte van de Slochteren Formatie in Papekop-01, Jutphaas-01 (diep) en Haastrecht-02S1 komt het meest overeen met de verwachte diepte onder het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard (top: 2750, zie hoofdstuk 2.2). Voor het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard wordt daarom een porositeit van 8 tot 10% verwacht en een Netto/Gross van 0.70 tot 0.91. Als mediaan is de gemiddelde waarde voor de Netto/Gross van deze drie metingen gebruikt. Voor de porositeit en de Netto/Gross in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard is uitgegaan van een cut-off van 5%. (Zie voor de porositeit ook hoofdstuk 5 waar het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard ook wordt behandeld.) Boring

Dichtheid van de matrix (RHOmatrix) Everdingen-01 2.674 Haastrecht-01 2.692 Jutphaas-01 (ondiep en diep) 2.683 Papekop-01 2.688 Waverveen-01 2.68 Tabel 4.1 Gebruikte waarden om de porositeitslog te berekenen per boring.

Dichtheid van het formatiewater (RHOfl) 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05

Netto/Gross

Boring

PanTerra PanTerra Top Basis Top Basis Fugro cut-off 2% cut-off 5% cut-off 8% (MD) (MD) (TVD) (TVD) Everdi ngen-01 1788 1866 1782 1860 0.77 0.91 0.78 Ha a s trecht-02S1 2384 2450 2172 2234 0.93 0.91 0.54 Jutpha a s -01 (ondi ep) 1659 1787 1642 1768 0.95 0.92 0.85 Jutpha a s -01 (di ep) 3240 3378 3161 3294 0.77 0.70 0.51 Pa pekop-01 2530 2603 2201 2265 0.98 0.87 0.52 Wa verveen-01 2340 2351 2197 2208 0.91 0.38 0.03

Tabel 4.2 Resultaten van de Netto/Gross verhouding voor het Slochteren interval in de vijf boringen.

Porositeit

Boring

PanTerra PanTerra Top Basis Top Basis Fugro (MD) (MD) (TVD) (TVD) cut-off 2% cut-off 5% cut-off 8% Everdi ngen-01 1788 1866 1782 1860 0.11 0.11 0.12 Ha a s trecht-02S1 2384 2450 2172 2234 0.08 0.08 0.09 Jutpha a s -01 (ondi ep) 1659 1787 1642 1768 0.13 0.14 0.15 Jutpha a s -01 (di ep) 3240 3378 3161 3294 0.08 0.10 0.11 Pa pekop-01 2530 2603 2201 2265 0.08 0.08 0.10 Wa verveen-01 2340 2351 2197 2208 0.05 0.07 0.08

Tabel 4.3 Resultaten van de gemiddelde porositeit voor het Slochteren interval in de vijf boringen.

Porositeit van gesteenten kan bepaald worden met putmetingen (logs), maar de verwachte porositeit kan ook gemodelleerd worden voor locaties waar (nog) geen put aanwezig is. Permeabiliteit kan alleen maar gemeten worden aan boorkernen, dit gebeurt altijd samen met het meten van de porositeit. De gemeten porositeit en permeabiliteit aan boorkernen hebben in zanden vaak een lineaire relatie wanneer de permeabiliteit op een logschaal wordt weergegeven. Deze relatie is afhankelijk van verschillende eigenschappen van de zandsteen, zoals korrelgrootte en korrelverdeling. In Figuur 4.1 zijn een aantal relaties getoond die voor de Slochteren Zandsteen


aan kernen zijn gemeten in verschillende locaties. Men kan nu gebruik maken van de porositeit-permeabiliteit relatie gemeten aan boorkernen om de te verwachten permeabiliteit in te schatten. In Figuur 4.1 is het bereik van de verwachte porositeit in het studiegebied weergegeven en kan de daarbij behorende (permeabiliteit zoals bepaald in kernmetingen) worden afgelezen. Uit Figuur 4.1 blijkt dat het over dit porositeits interval in dit gebied niet veel uitmaakt welke porositeit-permeabiliteit relatie wordt gekozen (8 tot 15%). Daarom is voor de porositeit-permeabiliteit relatie van Fugro gekozen (Asschert et al., 2010), die gebaseerd is op de grote Everdingen dataset. Ook de permeabiliteit geeft lage waarden voor de diep liggende Slochteren Formatie (Tabel 4.4). Als resultaat hiervan wordt het permeabiliteitbereik voor het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard geschat op 0.5 - 1 5mD. Figuur 4.1 laat tevens de foutmarge rond de functie van de porositeit en permeabiliteit zien (zie de verspreiding van de datapunten rond de Fugro Expon. EVD-1-functie). Voor de ondieper gelegen Slochteren Formatie in de Jutphaas-01 boring geldt een ander resultaat. De berekende porositeit is 15% (Tabel 4.3, met een cut-off van 8%), hieruit wordt een permeabiliteitbereik van 0.4 - 40 -176 mD afgeleid (Figuur 4.1). De verschillen tussen de Fugro resultaten en PanTerra resultaten worden besproken in Appendix 9.4.

Permeabiliteit

Boring

PanTerra PanTerra Top Basis Top Basis Fugro (MD) (MD) (TVD) (TVD) cut-off 2% cut-off 5% cut-off 8% Everdi ngen-01 1788 1866 1782 1860 18.00 14.32 16.92 Ha a s trecht-02S1 2384 2450 2172 2234 10.00 1.01 1.45 Jutpha a s -01 (ondi ep) 1659 1787 1642 1768 65.00 116.67 127.70 Jutpha a s -01 (di ep) 3240 3378 3161 3294 3.00 4.56 6.14 Pa pekop-01 2530 2603 2201 2265 1.00 1.39 2.13 Wa verveen-01 2340 2351 2197 2208 0.20 0.31 0.76

Tabel 4.4 De berekende gemiddelde permeabiliteiten uit de logs. De permeabiliteitswaarden van PanTerra zijn berekend met een cut-off van 5% of 8% porositeit, en hebben geen bovengrens meegekregen.


Figuur 4.1 Kernmetingen van Everdingen-01, Haastrecht-02S1 en Jutphaas-01 (diepe Slochteren) en verschillende relaties die voor de Slochteren Formatie zijn berekend. De ‘Fugro’-relatie is de Expon. (EVD-1) functie uit Asschert et al., 2010, p. 11. De twee gestippelde blauwe lijnen geven het verwachte porositeit bereik in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard ( 8% tot 10%). Voor de ondiepe Slochteren Formatie in Jutphaas-01 is een porositeit van 15% berekend.

4.2.2 Well test In de vijf boringen is in één boring (Haastrecht-02S1) in de Slochteren Zandsteen een RFT gedaan, waarvan de log beschikbaar is via nlog.nl. Bij een RFT (Repeat Formation Test) wordt de druk in één punt in de formatie gemeten. De tijd die het kost om de formatie druk te bereiken geeft een indicatie voor de permeabiliteit; hoe langer dit duurt des te minder permeabel is de formatie. RFT’s worden vaak op punten uitgevoerd waarvan verwacht wordt dat er goede reservoir eigenschappen zijn. Dat wil zeggen dat de resultaten van deze testen niet representatief hoeven te zijn voor de hele formatie. Aan het eind van de RFT log staat een samenvatting waarin bij een aantal metingen ‘tight’ staat geschreven, dat betekent dat de formatie op dit punt vrijwel niet permeabel is. Aan de hand van de opbouwtijden is er een permeabiliteit per punt ingeschat (Figuur 4.2), in de Slochteren Zandsteen van < 1mD tot <50 mD. In Appendix 9.5 is de originele samenvatting van de RFT log te zien.


Diepte m (MD) 2385 2397.5 2405

Diepte P formatie P formatie m (TVD) PSI Bar 2176 2187.5 3287 227 2195

P mud PSI 3673 3689 3700

P mud Bar 253 254 255

opbouwtijd min

opmerkingen tight

15

2418.5

2207

3470

239

3722

257

13

2429.5 2445.6

2217 2232

3380

233

3737 3763

258 259

8-10

2445.8

2232

3345

231

3768

260

3

tight geen volledige opbouwtijd tight geen volledige opbouwtijd

Permeabiliteit mD <1 <10 <1 <10 <1 <50 <10

Figuur 4.2 Resultaten van de interpretatie van de RFT over de Slochteren Formatie in Haastrecht-02S1. De diepte is weergegeven in ‘measured depth’ dus langs het boorgat gemeten. De Slochteren Formatie bevindt zich op 2384 tot 2450 m MD op deze locatie.

4.2.3 Kern evaluatie Om een goed idee te krijgen van de reservoir eigenschappen over het Slochteren interval zijn drie kernen geïnspecteerd in het kern laboratorium van de NAM in Assen. Het betreft de kernen Everdingen-01, Haastrecht02S1 en Jutphaas-01 (voor de globale kern beschrijvingen en foto’s zie Appendix 9.3).  Haastrecht-02S1 Deze kern heeft de typische rode kleur (veroorzaakt door hematiet) van de Slochteren Formatie verloren; dit kan veroorzaakt zijn door reactie van CO2 of koolwaterstoffen (hydrocarbons) met hematiet. Er is in deze kern ook anhydriet aanwezig. Hier en daar is rode hematiet kleur bewaard gebleven doordat de anhydriet de hematiet heeft afgeschermd. De permeabiliteit gemeten aan de kern pluggen is constant, maar de porositeit varieert. Locaties met lagere porositeit hebben een hogere korreldichtheid. In de kernen is te zien dat op deze plekken veel klei laminaties aanwezig zijn en dat deze soms bijna horizontaal zijn. Dit duidt op een zogenaamd ‘nat eolisch’ afzettingsmilieu (wet aeolian). Dit afzettingsmilieu komt onder andere voor in duinpannen (waar water kan blijven staan) en in laagtes aan de basis van duinen. Dergelijke intervallen in de Slochteren Formatie zijn dus wat rijker in klei en mogelijk ook dolomiet. De hoge korreldichtheden wijzen op aanwezigheid van dolomiet en/of anhydriet; maar of en in welke hoeveelheden deze mineralen aanwezig zijn is niet met zekerheid te zeggen zonder slijpplaatjes. Uit 1983 is een core report beschikbaar voor deze boring, hierin is de Slochteren Zandsteen over vier intervallen kort beschreven. Hieruit blijkt dat de korrelgrootte afneemt met diepte (van 2392 tot 2404.9m). Bovenin is het zand vrij los (‘friable’) en enkele meters dieper (2396.5) is de zandsteen zo compact dat er zeer weinig permeabiliteit is (‘tight’). Dit core report geeft geen andere of aanvullende informatie dan de kern evaluatie die voor dit onderzoek is gedaan.  Everdingen-01 Het grootste deel van de gesteenten in deze kern, zijn afgezet als duin en zandvlakte zanden. Bovenin de kern zijn een aantal kleine afschuivende breukjes te zien met een verzet in de orde van 0.5 tot 1cm. Rond 1825m neemt de porositeit af en is er meer klei aanwezig zoals te zien is aan de gamma ray log. In het diepere deel van deze kern (1843m en dieper) zijn lagere waarden gemeten voor de porositeit en permeabiliteit. Ook zijn er hier aanwijzingen voor een iets ander afzettingsmileu: een ‘nat eolisch’ systeem d.w.z. een systeem met droog klimaat, maar een hoge grondwaterstand, waarbij kleiige afzettingen kunnen voorkomen (wet aeolian). De plugmetingen in de Everdingen kern laten permeabiliteiten zien van 0.4 mD tot 189 mD (Figuur 4.1). De hoge en lagere permeabiliteiten zijn verspreid over de hele kern, er zijn geen zones met alleen hoge of lage porositeit in de kern waargenomen.  Jutphaas-01 De kern in deze put is genomen uit de dieper gelegen Slochteren Zandsteen. Het bovenste deel (van 3256 tot 3262 m) bevat geen klei laminaties die de verticale permeabiliteit verminderen, de verticale permeabiliteit zal hier vrijwel gelijk zijn aan de horizontale permeabiliteit.


In grote delen van de kern is waarschijnlijk anhydriet aanwezig. De aanwezigheid van anhydriet kan de hoge waardes voor de korreldichtheid verklaren. Rond 3260 is een halve meter dik niveau met veel klei voorlopig geïnterpreteerd als een meerafzetting. Het grootste deel van deze kern wordt geïnterpreteerd als eolisch afgezet in een duinengebied en op zandvlaktes. Er zijn weinig klei laminaties, dus de grondwaterspiegel lag waarschijnlijk vrij diep.  Samenvatting van de kerninspectie In alle onderzochte kernen heeft de Slochteren Zandsteen alle sedimentaire kenmerken van eolische afzettingen, dit is in overeenstemming met de kaart van Geluk (2007, Figuur 2.3). Typische kenmerken zijn de laminatie, de eolische “crossbedding”, de goede sortering en de goede afgeronde korrels. Er zijn geen indicatoren aangetroffen voor fluviatiele invloeden, hier en daar zijn er indicaties voor een ‘nat eolisch’ afzettings milieu. De kleiige intervallen zijn waarschijnlijk zeer lokaal en de verwachting is dan ook dat deze niet op regionale schaal te vervolgen zijn. Dit betekent dat bij de plaatsing van een doublet (gebruikelijk 1,5 km tussen een injectieput en een productieput) de eventueel aanwezige kleilagen voor de watervoerende laag (aquifer) geen probleem zullen zijn. Er zijn in Everdingen-01 en Jutphaas-01 enkele kleine afschuivingen aangetroffen, deze breukjes zullen beperkt invloed op de eigenschappen van de aquifer hebben. Wel moet men erop bedacht zijn dat dichter bij een breukzone de negatieve invloed op eigenschappen van de aquifer kan toenemen. In Jutphaas-01 en Haastrecht-02S1 is in de Slochteren Zandsteen anhydriet aanwezig, in Everdingen-01 zijn hiervoor geen indicaties gevonden. Ook is de korreldichtheid in Everdingen-01 lager dan in de andere twee putten. 4.2.4 Conclusie Slochteren De Slochteren Zandsteen is in het onderzoeksgebied een eolische afzetting. De Slochteren Formatie heeft op de diepte in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard (~2750-2850m) de volgende reservoir eigenschappen; de porositeit voor het reservoir ligt tussen 8 en 10% uit en de permeabiliteit tussen 0.5 en 5 mD met een mediaan van 1 mD. Deze waarden komen voort uit drie boringen (Papekop-01, Jutphaas-01 (diep) en Haastrecht-02S1) waarin de Slochteren Zandsteen op vergelijkbare diepte ligt. In de Jutphaas-01 boring in het zuidwesten van het onderzoeksgebied heeft de ondieper gelegen Slochteren Formatie de volgende reservoir eigenschappen; de gemiddelde porositeit uit de logs is berekend op 15% en uit de porositeit-permeabiliteit relatie volgt dan een permeabiliteit interval van 0.4 en 176 mD met een mediaan van 24 mD. In Everdingen-01 ligt de Slochteren Formatie op ongeveer 1800m diepte en heeft een gemiddelde porositeit van 12%. Er komen in deze kern relatief hoge permeabiliteiten voor, maar het pakket is in deze put slechts 20m dik.


5 Bekkenmodelering Om een beter beeld te krijgen van de te verwachte porositeit van de Slochteren Zandsteen in het onderzoeksgebied, is er een 1D bekkenmodel gebouwd voor het onderzoeksgebied. Dit model geeft aan hoe diep de verschillende lagen hebben gelegen door de tijd. De mate van begraving en het soort gesteente hebben invloed op de porositeit, dit wordt ook gemodelleerd. Er zijn drie punten gemodelleerd; Jutphaas-01 (ondiep), Papekop-01 en een fictieve put in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard. De modellen voor Jutphaas-01 (ondiep) en Papekop-01 zijn gemaakt om deze modellen te ijken aan de aanwezige putgegevens. In Jutphaas-01 is de opgeschoven Slochteren Zandsteen gemodelleerd, dat is de ondiepere laag (1659-1787m).

5.1

Input en kalibratie van het model

Met behulp van PetroMod 1D software (IES, Schlumberger) kan een 1D model gemaakt worden voor de begravinggeschiedenis, koolwaterstof rijping en de warmte-evolutie in het bekken. De input bestaat uit boringgegevens van een bepaalde boring: de opeenvolging van stratigrafische lagen, bijbehorende diktes, geologische tijden van afzetting, een inschatting van de hoeveelheid erosie en een inschatting van het moment en duur van de erosie. De input van het model bestaat uit:  Diepte en dikte gegevens voor de verwachte stratigrafische lagen Voor de diepte en dikte gegevens is gebruik gemaakt van data uit omliggende boringen (met name van Jutphaas-01 en Papekop-01) en van regionale geologische kaarten (TNO-NITG, 2002). Voor Jutphaas-01 is ook gebruikgemaakt van de inputwaarden die in Nelskamp (2011) zijn gebruikt.  Tijd van depositie Het bepalen van de periodes waarin lagen zijn afgezet en periodes van erosie, is gebaseerd op de stratigrafische kolommen uit TNO-NITG (2002).  Hoeveelheid geërodeerd materiaal De hoeveelheid erosie van een eenheid is gebaseerd op diktes in andere putten in de omgeving (TNO-NITG, 2002) en regionale gegevens over de betreffende eenheid (Wong et al., 2007).  Lithologie Voor elke laag in het model is een algemene lithologie gekozen (Tabel 5.1). Deze lithologieën zijn al aanwezig in de software en de bijbehorende eigenschappen (zoals porositeit, dichtheid en permeabiliteit).worden automatisch aan de laag toegeschreven Laag Lithologie Boven-Noordzee Groep SCHALIE & ZAND Midden-Noordzee Groep SCHALIE zand Onder-Noordzee Groep SCHALIE & ZAND Krijtkalk Groep KALKSTEEN Rijnland Groep SCHALIE & ZAND Schieland Groep ZAND & SCHALIE Altena Groep SCHALIE carbonaat Boven-Germaanse Trias Groep SCHALIE carbonaat Onder-Germaanse Trias Groep ZAND & SCHALIE Zechstein Groep SCHALIE & ZAND Boven-Rotliegend Groep ZANDSTEEN Tabel 5.1 Lagen in het model en hun lithologie.

 Randvoorwaarden voor paleowaterdiepte De sedimenten in het studiegebied zijn voornamelijk afgezet in relatief ondiep water of op het land. Paleowaterdiepte heeft daarom geringe invloed in het gemodelleerde bekken. Deze diepten zijn bepaald aan de hand van afzettingsmilieus beschreven door TNO-NITG (2002).  Randvoorwaarden voor sediment water interface temperatuur (SWIT) SWIT wordt automatisch berekend in PetroMod volgens een in het programma ingebouwde formule. De software genereert een dergelijke oppervlakte temperatuur curve waarbij rekening wordt gehouden met positie op land of zee, latitude en paleolatitudes van het studiegebied.


 Randvoorwaarden voor de warmtestroom (heat flow) Voor de warmte stroom tijdens de geologische geschiedenis van het bekken is gebruik gemaakt van de warmtestroom die door Nelskamp (2011) voor Jutphaas-01 is bepaald. De gebruikte randvoorwaarden zijn weergegeven in Figuur 5.2. Het model kan gekalibreerd worden door de gemodelleerde rijpheidscurve (Sweeney en Burnham, 1990) te vergelijken met gemeten vitriniet reflectie waarden in monsters uit boringen. Vitriniet reflectie is een maat voor de rijpheid van organisch materiaal. In Jutphaas-01 zijn monsters genomen waarin vitriniet reflectie is gemeten. In Figuur 5.1 is de rijpheidscurve voor Jutphaas-01 weergegeven.,

Figuur 5.1 Gemodelleerde rijpheidcurve van Jutphaas-01 (doorgetrokken lijn) en de gemeten vitriniet reflectie waarden met foutenmarge van Jutphaas-01.

Het hier gepresenteerde model is zo geconstrueerd dat de gemodelleerde rijpheidscurve ongeveer samenvalt met de aan boormonsters gemeten rijpheid (Figuur 5.1). Dit is bereikt door aan te nemen dat er 800 m Krijt is geerodeerd. In de studie van Nelskamp (2011) wordt uitgegaan van een erosie van 250 m Krijt. Volgens Herngreen en Wong kwamen afzettingen van het Krijt oorspronkelijk in heel Nederland voor. In het WestNederlands bekken is vrijwel geen Krijt afzetting aanwezig. Als er in het verlengde van het bekken wordt gekeken naar de Krijt afzettingen, dan is het ten noorden van Noordwijk 800m dik en in het oosten bij Wijk bij Duurstede betreft het een pakket van 1100m dikte. De 800 m gekozen voor Jutphaas is dus niet uitzonderlijk.

5.2

Bekkenmodelering resultaten

De bekkenmodeleringsoftware voorspelt de porositeit aan de hand van algemene aannames van porositeitafname met diepte en temperatuur. De resultaten van het bekkenmodel zijn weergegeven met een rijpheidcurve en een porositeitscurve (Figuur 5.3). De rijpheidscurve van het model past onderin goed bij de vitriniet reflectie metingen uit Jutphaas-01. De gemodelleerde porositeit in de (opgeschoven) Slochteren Zandsteen in Jutphaas-01 (ondiep) bedraagt 11.1%, de gemiddelde porositeit berekend uit de logs (zonder cut off waarde) van Jutphaas-01 (hoofdstuk 4.2.1) is 13.2%. Voor Papekop-01 is een porositeit van 9.3% gemodelleerd, de gemiddelde porositeit uit de logs (zonder cut-off) van Papekop-01 is 7.6%. Het bekkenmodel voor de Harmelerwaard resulteert in een gemiddelde porositeit van 9.2%.


Deze lage porositeiten (gemodelleerd voor het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard en gemeten en gemodelleerd in Jutphaas-01, ondiep) worden waarschijnlijk veroorzaakt doordat de Slochteren Zandsteen tijdens het Krijt dieper heeft gelegen dan nu (zie Appendix 9.4 voor begravingsgeschiedenis en porositeit in diepte en tijd).


Figuur 5.2 De gebruikte randvoorwaarden bij de 1D bekkenmodellering in PetroMod.


Figuur 5.3 Resultaten van de bekkenmodelering van het studiegebied, rijpheidscurve en porositeitcurve. In de rijpheidscurve zijn de vitriniet reflectie metingen weergegeven met bijbehorende foutmarge.


6 Geothermisch potentieel Om het geothermisch potentieel van de Slochteren Zandsteen te bepalen wordt gebruik gemaakt van het door TNO ontwikkelde software programma Doublet Calculator (Mijnlieff et al., 2009). Er zijn voor twee mogelijke dieptes van de Slochteren Formatie berekeningen gedaan; voor de ondiepe ligging zoals in Jutphaas-01 en voor een diepere ligging in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard.

6.1

Input Doublet Calculator

Voor de volgende inputwaarden zijn de standaard waarden van het programma Doublet Calculator gebruikt:  Uitgaande temperatuur heat exchanger (°C): 30  Efficiëntie van het pompsysteem: 0.75  Diepte productiepomp (m): 300  Buiten diameter injectieput (inch): 8.0  Skin injectieput: 0.5  Tubings binnen diameter (inch): 7.0  Tubings ruwheid (milli-inch): 1.38  Buiten diameter productieput (inch): 8.0  Skin productieput: 2.0  Tubings binnen diameter (inch): 7.0  Tubings ruwheid (milli-inch): 1.38 Voor de permeabiliteit, Netto/Gross, aquifer top injectieput en productieput en aquifer gros dikte, hiervoor zijn de waarden ingevoerd, die eerder in dit rapport zijn bepaald (Figuur 6.1 en Figuur 6.2). De penetratie hoek is op 45° gezet. In Tabel 6.1 zijn de resultaten weergegeven van de met Doublet Calculator berekende Debieten, Vermogens en COPs voor verschillende scenario’s voor het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard. In Tabel 6.2 zijn de resultaten weergegeven van de met Doublet Calculator berekende Debieten, Vermogens en COPs voor verschillende scenario’s voor de ondiepe Slochteren Formatie in Jutphaas-01. Om productie te bevorderen kan er ‘gestimuleerd’ worden. Dit heeft effect op de skin factor. In dit rapport is gekozen voor een skin van -5, dat is het beste resultaat dat met stimulatie kan worden bereikt. Daarnaast kan de productie bevorderd worden door het pompdrukverschil te vergroten, in dit rapport is een hoog pomp drukverschil uitgekozen van 100 bar. De resultaten berekend door Double Calculator, geven aan dat deze locatie een laag geothermisch potentieel heeft 3 in de Slochteren Zandsteen. Normaal gesproken is een debiet > 100 (m /h), COP> 17 (kW/kW) en een vermogen > 5MW vereist.


Figuur 6.1 Inputwaarden voor het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard, in Doublet Calculator. Input Pomp drukvers chi l : 30 ba r Pomp drukvers chi l : 100 ba r Ski n: -5 Ski n: -5 en Pomp drukvers chi l : 100 ba r

Debi et (m3/h)

Vermogen (MW)

COP (kW/kW)

P90

P50

P10

P90

P50

P10

P90

P50

P10

0.4

0.6

1.8

-0.01

-0.01

-0.01

-16.6

-14.2

-5.1

1.3

1.9

5.2

-0.01

-0.01

0.11

-2.7

-1.3

5.9

1.1

1.7

5.1

-0.01

-0.01

0.08

-11.2

-6.9

15.7

3.2

4.6

13.1

0.02

0.08

0.63

1.9

4.8

13

Tabel 6.1 Resultaten van de berekende debieten en vermogens van een doublet in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard.


Figuur 6.2 Inputwaarden voor de ondiepe Slochteren Formatie in Jutphaas-01 (ondiep), in Doublet Calculator. Input Pomp drukvers chi l : 30 ba r Pomp drukvers chi l : 100 ba r Ski n: -5 en Pomp drukvers chi l : 30 ba r Ski n: -5 en Pomp drukvers chi l : 100 ba r

Debi et (m3/h)

Vermogen (MW)

COP (kW/kW)

P90

P50

P10

P90

P50

P10

P90

P50

P10

10.1

22.7

60.9

0.26

0.79

2.49

23

31.6

37.3

31.2

68.6

180.3

1.15

2.8

7.72

9.8

11

12.1

26.1

57.7

142

0.92

2.36

5.96

31.5

36.1

39.7

80.8

174

370.1

3.37

7.54

16.5

10.5

11.5

12.5

Tabel 6.2 Resultaten van de berekende debieten en vermogens van een doublet in Jutphaas-01 (ondiep).


7 Conclusies De twee potentieel interessante formaties voor diepe geothermie, het Trias en de Slochteren Zandsteen, bevatten geen van beide goede reservoir eigenschappen. Dat wil zeggen een te lage porositeit en permeabiliteit. Dit blijkt ook wanneer alle waarden voor de Slochteren Zandsteen in het rekenprogramma Doublet Calculator worden ingevoerd, de resultaten zijn dat in de Slochteren Formatie geen rendabel geothermisch doublet kan worden ontwikkeld. Het geothermisch potentieel is berekend voor een locatie waar de Slochteren Zandsteen diep ligt (glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard) en voor een locatie waar deze zich ondieper bevindt (Jutphaas-01 ondiep). De aquifer in het glastuinbouwgebied van de Harmelerwaard is zelfs met een hoog pompdrukverschil en een skin van -5 (simuleren van fraccen) niet rendabel. Voor de ondiepere locatie worden bij een hoog pompdrukverschil en een skin van -5 (simuleren van fraccen) waarden bereikt die rendabel zijn. Deze waarden zijn echter grenswaarden. Een mogelijkheid om een doublet productiever te maken is door middel van stimulatie. Fraccen is een bekende stimulatie techniek. Door middel van dit proces kan de Slochteren Formatie rondom de putten wordt open gebroken en zal vanuit de put water beter de formatie in of uit stromen. Dit wordt uitgedrukt met de skin factor, hoe lager de skin hoe beter het water de formatie in of uit stroomt. De laagste waarde die de skin kan krijgen is -5 dat is het maximale effect dat ‘fraccen’ heeft. Deze waarde is ook toegepast in de berekening van het geothermisch potentieel en lijkt voor de Slochteren Zandsteen niet de oplossing.


8 Referenties Asschert, A., Kamakci, N., Smeenk, P., Tijink, P. en Pronk, J.W. [2010] Haalbaarheidsonderzoek geothermie in de slochteren formatie Provincie Utrecht, Petrofysich onderzoek, fase 1, Fugro Robertson B.V. De Koning, J., Tijink, P. en Asschert, A. [2010] Geothermische stimulatie van de Slochteren Formatie in de provincie Utrecht, fase 2, Fugro, Oranjewoud. Geluk, M.C. [2007] Permian. In: Wong, Th.E, Batjes, D.A.J. en De Jager, J. (eds.): Geology of the Netherlands. Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (Amsterdam):107-125. Herngreen, G.F.W. en Wong, Th.E. [2007] Cretaceous In: Wong, Th.E, Batjes, D.A.J. en De Jager, J. (eds.): Geology of the Netherlands. Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (Amsterdam):107-125. Kramers, L., van Wees, J.-D., Pluymaekers, M.P.D., Kronimus, A en Boxem, T. [2012] Direct heat resource assessment ande subsurface information systems for geothermal aquifers; the Dutch perspective, Netherlands Journal of Goesciences – Geologie en Mijnbouw, Vol. 91 -4, p. 637-649. Mijnlieff, H., Obdam, A., Kronimus, A. en van Wees, J.-D. [2009] Voorstel rapporagevereisten geologisch evaluatie aardwarmte project. TNO-034-UT-2009-02002/B. Nelskamp, S. [2011] Structural evolution, temperature and maturity of sedimentary rocks in the Netherlands, results of combined structural and thermal 2D modeling. PhD thesis, RWTH Aachen. Pluymaekers, M.P.D., Kramers, L., van Wees, J.-D., Kronimujs, A., Nelskamp, S. Boxem, T. en Bonté, D. [2012] Reservoir characterisation aquifers for direct heat production: Methodology and screening of the potential reservoirs for the Netherlands, Netherlands Journal of Goesciences – Geologie en Mijnbouw, Vol. 91 -4, p. 621-636. Sweeney, J.J. en Burnham, A.K. [1990] Evaluation of a simple model of vitrinite reflectance based on chemical kinetics. Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull., 74, 1559-1570. TNO-NITG [2002] Geological Atlas of the Subsurface of the Netherlands, Explanation to maps sheets VII and VIII: Noordwijk-Rotterdam and Amsterdam-Gorinchem. Wong, Th.E, Batjes, D.A.J. en De Jager, J. (eds.): Geology of the Netherlands. Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences (Amsterdam):107-125.


9 Appendices 9.1

Geologische tijdschaal

Figuur 9.1 Geologische tijdschaal, in geel zijn het Trias en het Upper Rotliegend aangegeven, waarin de Trias zanden en de Slochteren Zandsteen aanwezig zijn, die in dit rapport onderzocht zijn.


9.2

Petrofysische logs

Hier worden de logs weergegeven die in hoofdstuk 4 worden beschreven. Er is naar vijf verschillende logs gekeken:  Gamma ray log (GR), deze log geeft weer hoe kleiig of zandig het pakket is, als deze log naar links uitslaat geeft dat een zandiger interval weer en naar rechts een kleiig interval.  Slowness (DT), deze log laat zin hoe snel een geluid signaal door het pakket gaat, en geeft een indicatie voor porositeit. Als een pakket poreus is zal het geluid langzamer door het pakket gaan en zal de DT een hogere waarde geven dan bij een compacter pakket. In de logs is van links naar rechts: hoog naar laag.  Bulkdichtheid (RHOB), de dichtheid van het hele pakket.  Correctie op de bulkdichtheid (DRHO), deze log geeft weer hoe betrouwbaar de bulkdichtheid metingen zijn. De bulkdichtheid is betrouwbaar als de DRHO tussen de -0.5 en 0.5 is.  Neutron log (NPHI), deze log geeft een mate van porositeit van de matrix weer.


Figuur 9.2 Boringen Haastrecht-02S1, Papekop-01 en Waverveen-01 met de loggegevens uit het Trias. In de RHOB log staat de lijn voor de dichtheid waarbij de porositeit 8% is, naar links neemt de porositeit toe. In de DRHO log geven de twee zwarte lijnen de afwijking weer, wanneer deze curve buiten deze twee lijnen valt is de RHOB meting onbetrouwbaar. De blauwe punten geven de gemeten porositeit uit kernen weer, de schaal is 0,50 – 0. Alle log zijn hier weergegeven in meters gemeten langs het boorgat.


Figuur 9.3 Boringen Everdingen-01 en Jutphaas-01 met de loggegevens uit het Trias. De bovenste log van Jutphaas-01 geeft het opgeschoven Trias weer (ondiep). De onderste twee figuren van Jutphaas-01 geeft het dieper gelegen Trias weer. In de RHOB log staat de lijn voor de dichtheid waarbij de porositeit 8% is, naar links neemt de porositeit toe. In de DRHO log geven de twee zwarte lijnen de afwijking weer, wanneer deze curve buiten deze twee lijnen valt is de RHOB meting onbetrouwbaar. De blauwe punten geven de gemeten porositeit uit kernen weer, de schaal is 0,50 – 0. Alle log zijn hier weergegeven in meters gemeten langs het boorgat. Voor Jutphaas-01 was geen digitale DHOB log aanwezig.


Figuur 9.4 De Slochteren Zandsteen in de vijf boringen, met de bijbehorende logs. De bovenste Jutphaas-01 log toont de ondiepere Slochteren Zandsteen. N.B. in HST-02-S1 is de log niet in meters langs het boorgat, maar in werkelijke verticale diepte weergegeven.


Figuur 9.5 De kerngegevens (blauwe stippen) en de berekende porositeit uit de logs (groene curve). N.B. in HST-02-S1 is de log niet in MD maar in TVD weergegeven.


9.3

Kernen

Als eerste zijn de kernfoto’s bijgevoegd, vervolgens de kernmetingen en ten slotte de kernbeschrijvingen.

Figuur 9.6 Licht hellende laminaties variërend van licht tot donker grijze zandsteen (in Everdingen-01). De laminaties zijn niet overal continue, wat vochtige omstandigheden aangeeft.

Figuur 9.7 Uitvergroting van het donker grijze deel in de Everdingen-01 kern met hoge porositeit.


Figuur 9.8 Hellende zandsteen laminaties, met witte vlekken die een indicatie vormen voor anhydriet.

Figuur 9.9 In de lichte zandsteen een deel met rode zandsteen met een witte rand eromheen. Die hele plek bestaat uit anhydriet, dat heeft de hematiet in deze zandsteen afgeschermd.


Figuur 9.10 Rode Slochteren Zandsteen (in Jutphaas-01), met hellende laminaties. De witte vlekken zijn indicaties voor anhydriet. Ook zijn hier afglijdingstructuren te zien, dit is kenmerkend voor duinen.

Figuur 9.11 Duidelijke afwisseling van grijze zandsteen en rode zandsteen (in Jutphaas-01), een typische “pin stripe” type van laminatie. Pin striping is kenmerkend voor windafzettingen.


In de tabel met kernmetigen is in de 8 weer hoe groot het is in millimeters.

ste

kolom de korrelgrootte (grainsize) weergegeven onderstaande figuur geeft


9.4

Verschillen tussen het Fugro rapport en het PanTerra rapport

 Verschillende cut-off waarden (p. 8 Asschert et al., 2010 en Hoofdstuk 4.2 van dit rapport). Fugro heeft een cut-off van 2% toegepast, omdat ze daarmee mogelijke negatieve waardes buiten beschouwing laten (Asschert et al, 2010). PanTerra daarentegen gebruikt standaard een cut-off waarde van 8%. Het algemene idee is dat porositeitswaarden onder de 8% te laag zijn om als reservoir aan te merken en worden daarom niet meegenomen geen reservoir vertegenwoordigen. In dit onderzoek liggen de gemiddelde porositeiten rond de 8%, daarom is er ook een tweede cut-off waarde van 5% gekozen. Deze uitkomsten kunnen makkelijker vergeleken worden met de uitkomsten van Fugro.  Verschillen in Netto/Gross en permeabiliteit van Everdingen-01 (p. 10, tabel 3 Asschert et al., 2010 en Tabel 4.2 en Tabel 4.4 van dit rapport). In Everdingen-01 is de Netto/Gross van Fugro met een cut-off van 2% lager dan de door PanTerra berekende Netto/Gross met een cut-off van 5%. Dit zou andersom het geval moeten zijn. Na hier goed naar gekeken te hebben komen we tot de conclusie dat er hier waarschijnlijk een typ-fout is gemaakt in het Fugro rapport. Hetzelfde geldt voor de permeabiliteit van Everdingen-01.  Verschil in permeabiliteit van Haastrecht-02S1 (p. 10, tabel 3 Asschert et al., 2010 en Tabel 4.2 Tabel 4.4 van dit rapport). Haastrecht-02S1 heeft een aanzienlijk hogere permeabiliteit in de berekeningen van Fugro dan de permeabiliteiten die uit de berekeningen van PanTerra zijn gekomen. Dit is waarschijnlijk veroorzaakt door de methode, PanTerra heeft de dichtheidsmethode gebruikt en Fugro heeft de sonic methode gebruikt, omdat ze geen dichtheidslog over het Slochteren interval hadden.  Verschil in permeabiliteit van Jutphaas-01 (ondiep) (p. 10, tabel 3 Asschert et al., 2010 en Tabel 4.2 Tabel 4.4 van dit rapport). Het grote verschil in permeabiliteit bij Jutphaas-01 (ondiep) komt door de niet toegepaste bovengrens van 189 mD (Asschert et al., 2010, p. 10). De formule die Fugro voor de porositeit en permeabiliteit heeft gebruikt, is alleen toe te passen tot 189 mD. De permeabiliteitswaarden van PanTerra zijn berekend met enkel een cut-off van 5% of 8% porositeit, en hebben geen bovengrens meegekregen. Als de grens van 189 mD wordt toegepast komt PanTerra uit op: 32.9 mD bij een cut-off van 5% 36.9 mD bij een cut-off van 8% Dat is weer beduidend lager dan de waarden die Fugro heeft berekend, waarschijnlijk heeft Fugro een manier gevonden om de hogere permeabiliteiten (hoger dan 189 mD) wel mee te kunnen nemen in het gemiddelde. Dit omdat als je deze waarden helemaal niet meeneemt er een te lage permeabiliteit wordt berekend. De waarden berekend door PanTerra voor Jutphaas-01 (ondiep) geven een marge aan voor de permeabiliteit; de lage waarden zijn waarschijnlijk te laag en de hoge waarden zijn waarschijnlijk te hoog. Zowel de hoge als de lage permeabiliteit waarden vallen binnen het permeabiliteitsbereik bij een porositeit van 15% (Figuur 4.1).  Verschil in het berekenen van de invloed van fraccen (De Koning et al., 2010 en Hoofdstuk 6 van dit rapport). De Koning et al. (2010) hebben berekeningen uitgevoerd voor het fraccen van een formatie. Deze berekening is veel uitgebreider dan hoe in dit rapport de mogelijkheid van fraccen is behandeld (door het invullen van een skin van -5 in Doublet Calculator). Om deze reden kunnen de waarden die de Koning et al. (2010) geeft niet één-op-één vergeleken worden met de waarden die in dit rapport zijn genoemd.  Verschil in geothermisch vermogen (p. 19, tabel 4 Asschert et al., 2010 en Tabel 6.2Tabel 4.2 van dit rapport). In Asschert et al. (2010) wordt voor JUT-01 (ondiep) een geothermisch vermogen uitgerekend, dit zou vergelijkbaar moeten zijn met het in dit model berekende geothermisch vermogen (eerste regel in Tabel 6.2). In dit onderzoek wordt een vermogen van 0.42 MW berekend en in Asschert et al. (2010) 1.12. Waardoor dit verschil veroorzaakt wordt is niet duidelijk omdat niet alle invoer parameters in Asschert et al worden gepresenteerd.


9.5

Originele RFT samenvatting

Figuur 9.12 De samenvatting van de RFT in Haastrecht-02S1, deze RFT is over het interval 2385-2563 gedaan. De diepte is weergegeven in meters gemeten langs het boorgat. De Slochteren Formatie is in deze put tussen 2384-2450 m gemeten langs het boorgat.


9.6

Bekkenmodellering input en resultaten

9.6.1

Jutphaas-01

Figuur 9.13 Input van model Jutphaas-01.

Figuur 9.14 Gemodelleerde rijpheidcurve van Jutphaas-01 en de gemeten vitriniet reflectie waarden van Jutphaas-01


Figuur 9.15 Gemodelleerde begravingsgeschiedenis van Jutphaas-01.


Figuur 9.16 Resultaat van de porositeit in de verschillende lagen door de tijd heen in Jutphaas-01.


9.6.2

Papekop-01

Figuur 9.17 Input van model Papekop-01.

Figuur 9.18 Gemodelleerde rijpheidcurve van Papekop-01 en de gemeten vitriniet reflectie waarden van Jutphaas-01.


Figuur 9.19 Gemodelleerde begravingsgeschiedenis van Papekop-01.


Figuur 9.20 Resultaat van de porositeit in de verschillende lagen door de tijd heen in


9.6.3

Harmelerwaard

Figuur 9.21 Input van model Harmelerwaard.

Figuur 9.22 Gemodelleerde rijpheidcurve van Harmelerwaard en de gemeten vitriniet reflectie waarden van Jutphaas-01.


Figuur 9.23 Gemodelleerde begravingsgeschiedenis van Harmelerwaard.


Figuur 9.24 Resultaat van de porositeit in de verschillende lagen door de tijd heen in Harmelerwaard.


Harmelerwaard Januari, PanTerra G1014

Recommend Documents