Ultra Diepe Geothermie (UDG)

Om op duurzame wijze te voorzien in de hoge temperatuur warmtevraag van de industrie, is het noodzakelijk om geothermie op grotere diepte toe te passen dan tot nu toe gebruikelijk. In vergelijking met conventionele diepe geothermie wordt er bij UDG gezocht naar veel hogere temperaturen van minimaal 150 °C. Dergelijke temperaturen zijn voor de huidige geothermische systemen in Nederland niet haalbaar. Voor diverse directe industriële toepassingen en voor de productie van elektriciteit zijn waardes boven 150°C echter essentieel.

Kolenkalk formatie
In Nederland is de gemiddelde geothermische gradiënt zo’n 31°C per kilometer. Voor de voor UDG beoogde temperaturen dient daarom gekeken te worden naar reservoirs op dieptes vanaf ongeveer vier kilometer onder het aardoppervlak. Een veelbelovend reservoir op deze dieptes zijn de kalkstenen uit het Onder Carboon, ook wel de Kolenkalk formatie genoemd. Dit gesteente wordt momenteel gezien als hét potentiële reservoir voor de toepassing van UDG.

Beschikbaar onderzoek UDG potentieel Nederland
T&A heeft een non-proprietary study gedaan naar de potentie en het risico van Ultra Diepe Geothermie in Nederland, waarbij de nadruk ligt op de Kolenkalk formatie. Door middel van een uitgebreide studie, waarbij gebruik gemaakt is van seismiek, boorgatinformatie en literatuur, is een uniek ruimtelijk inzicht gevormd in het voorkomen van potentiële reservoirgesteenten op UDG-dieptes in de Nederlandse ondergrond. Daarnaast is een petrofysische analyse gedaan om de reservoirkwaliteit te bepalen. Op basis van de resultaten uit deze studies en de uitgewerkte risicomatrix, is een gedetailleerde UDG potentieel-kaart vervaardigd. Met deze opgedane kennis is T&A Survey in staat om in de toekomst ook te adviseren in Ultra Diepe Geothermie. Voor heel Nederland is de potentie en risico's van de toepassing van UDG in kaart gebracht. Als u voor een bepaalde locatie de resultaten van deze studie wilt verkrijgen, neemt u dan contact op met T&A.       

Green Deal

De ministeries van Economische Zaken en Infrastructuur en Milieu, EBN, TNO en zeven consortia van bedrijven hebben op 19 juni 2017 de zogeheten Green Deal Ultra Diepe Geothermie (UDG) ondertekend, waarin staat dat  30% van de warmte die de industrie nodig heeft  in de toekomst door Ultra Diepe Geothermie geleverd zou kunnen worden. Dit is een belangrijke stap om de mogelijkheden voor UDG in Nederland in kaart te brengen en een basis te leggen voor verdere ontwikkeling van deze technologie.  

Meer weten?
Met een UDG systeem kan op duurzame wijze worden voorzien in de warmtevraag. Waar temperaturen van conventionele diepe geothermie te kort schieten,  zal UDG een uitkomst kunnen bieden.

Figuur: carbonaatplatform op een diepte van 4 à 5 kilometer in de Nederlandse ondergrond. Voor de toepassing van UDG zal worden gekeken in hoeverre een dergelijke structuur kan worden gebruikt en wat de voornaamste kansen en risico’s zijn.


MT onderzoek is een goed en veel goedkoper alternatief voor diep seismisch onderzoek en is daarom een prima eerste stap in veldonderzoek naar Ultra Diepe Geothermie (UDG). De kostenverhouding tussen MT onderzoek en diep seismisch onderzoek is circa 1:10. Met een relatief gering investering kunnen aan de hand van de onderzoeksresultaten uitspraken gedaan worden of het reservoir aanwezig is en of verdere (hoge) investeringen in diep seismisch onderzoek noodzakelijk zijn. MT onderzoek is daarmee een low cost oplossing voor diep geofysisch onderzoek. T&A Survey heeft als geofysisch onderzoeksbureau veel ervaring met en kennis van Magnetotellurisch (MT) onderzoek en voert dit in eigen beheer uit.

Kartering van de diepe ondergrond
De magnetotellurische techniek is een magnetische techniek waarmee vanaf het maaiveld de elektrische geleidbaarheid van de ondergrond kan worden bepaald. Deze geofysische techniek wordt ingezet voor de verkenning van de bovenste kilometers van de bodem.

Meetprincipe
Het meetprincipe van de magnetotellurische techniek (MT) berust op het induceren van een elektromagnetisch (EM) veld in de (diepe) ondergrond met als bron de natuurlijke variatie in het aardmagnetisch veld. Het verval van dit EM veld wordt vervolgens gemeten en vertaald naar een dieptemodel van de elektrische geleidbaarheid van de (diepe) ondergrond. Bij het genereren van dit dieptemodel wordt gebruik gemaakt van het feit dat verschillende geologische gesteenten verschillende elektrische weerstanden bezitten. Zodoende kan een uitspraak gedaan worden welk gesteente er op welke diepte aanwezig is en of dit mogelijk een geschikt geothermisch reservoir is. Op deze wijze  kan de opbouw van de diepe ondergrond tot een diepte van 10.000 meter (10km) in kaart worden gebracht.

Toepassing bij UDG
Doordat de MT techniek een dieptebereik heeft dat  groter is dan de seismische reflectietechniek, is deze techniek met name inzetbaar voor kartering van diepe geologie waar seismische reflectiemethoden niet meer voldoen, zoals de detectie van diepgelegen reservoirs geschikt voor UDG.

Praktijkvoorbeeld

De figuur geeft de resultaten weer van een magnetotellurisch onderzoek naar een zoutkoepel op een diepte van circa 1.800 meter. De blauwe kleuren geven een bodemsamenstelling weer met een hoge weerstand in vergelijking tot de omgeving. In de figuur is een contour getekend waarbinnen de diepe ondergrond een weerstandswaarde heeft van meer dan 2 Ohm-m, daarbuiten ligt deze waarde lager. Deze contour komt overeen met de ware positie van de zoutkoepel. UDG reservoirs kunnen op dezelfde wijze in kaart gebracht worden door middel van MT onderzoek.


Olie en gas reservoirs in Nederland zijn typisch gelegen op een diepte tussen 2.000 en 3.500 meter, te ondiep voor UDG. 3D Seismisch onderzoek met geluidsgolven om diepe structuren in de aardkorst in beeld te brengen, is vanaf de jaren ’90 uitgevoerd in gebieden interessant voor olie en gas exploratie, zoals het Westland en de provincie Groningen. Het zogeheten 3D (drie dimensionale) seismisch onderzoek heeft de hoogste kwaliteit en dekkingsgraad.

Seismische re-processing
2D seismisch onderzoek is tot de jaren ’80 wel over geheel Nederland uitgevoerd, maar de dekkingsgraad en kwaliteit van dit onderzoek zijn veel minder. Door middel van re-processing van deze 2D (maar ook 3D) seismische data naar de huidige stand van de techniek kan de kwaliteit van de seismiek worden verhoogd en daarmee de interpretatie van deze gegevens. Zodoende kan een beter beeld verkregen worden van de horizontale en verticale verspreiding van geothermische reservoirs in de diepe ondergrond.

Diep seismisch onderzoek
Aangezien grondwaterreservoirs geschikt voor UDG in Nederland op een diepte van meer dan 4.000 meter liggen, hebben slechts enkele olie en gas exploratieboringen deze diepte bereikt. Hetzelfde geldt voor seismisch onderzoek, het onderzoek van de structuren in de diepe ondergrond met behulp van geluidsgolven.

Vanwege het te geringe dieptebereik zijn de beschikbare boringen, 2D en 3D seismiek niet toereikend om een beeld te verkrijgen van (zeer) diep gelegen UDG reservoirs. Om enigszins zekerheid te verkrijgen over de aanwezigheid van UDG reservoirs dient dan ook eerst zeer diep (> 4.000 meter) seismisch onderzoek worden uitgevoerd, eventueel voorafgegaan door MagnetoTellurisch onderzoek.

Voorbereiding 
De voorbereiding van een diep seismisch onderzoek is cruciaal.  Het is van groot belang dat de onderzoeksopzet met kennis van zaken en zorgvuldigheid opgesteld wordt. Daarnaast moeten er vergunningen aangevraagd te worden bij gemeenten en SodM en meot er toestemming gevraagd worden aan landeigenaren om veldonderzoek op hun land te mogen uitvoeren.    

Diensten T&A   
T&A Survey kan het gehele seismisch onderzoek in eigen beheer uitvoeren, waarbij het veldonderzoek in opdracht van T&A zal worden uitgevoerd door een externe partij. De ander optie is dat T&A namens de opdrachtgever het projectmanagement voert over het seismisch onderzoek waarbij  het veldonderzoek uitgevoerd wordt door een externe partij onder supervisie van T&A.

Ervaring
T&A heeft exploratie geofysici in dienst met een ruime ervaring en kennis van alle fasen  in seismisch onderzoek. Onder andere voor AKZO Nobel hebben wij het project management gevoerd over seismisch onderzoek naar diepe zoutlagen in de regio Twente. Hiernaast hebben wij voor vele (inter)nationale opdrachtgevers seismisch onderzoek verricht: (re-)processing en analyse van 2D en 3D seismische data, seismische interpretatie en tijd-diepte conversie.

Meer informatie over diep seismisch onderzoek