Überprüfung des perkolationsgetriebenen Transports von Fluiden im Wirtsgestein Steinsalz unter relevanten Bedingungen für ein Endlager (PeTroS) – Vorhaben 4717E03250

Abstract

Das Forschungsvorhaben PeTroS befasst sich mit den Durchlässigkeitseigenschaften von Steinsalz bei hohen Drücken und Temperaturen. Hinblick auf experimentell und konzeptionell gesicherte Dichtheits- bzw. Integritätskriterien gegenübergestellt. Steinsalz verliert seine Integrität danach unter zwei Bedingungen: Falls durch mechanische Schädigung mit Volumenzuwachs Porosität erzeugt wird (Dilatanzkriterium) oder falls der angreifende Fluiddruck größer ist als die minimale Hauptspannung, so dass Fluide sich Wegsamkeiten entlang der Korngrenzen schaffen können (druckgetriebene Perkolation, Minimalspannungskriterium). Die Kriterien werden durch Versuche in Labor und situ, Beispiele aus dem weltweiten Salz- und Kalibergbau und der Endlagerung sowie natürliche und technische Analoga unterlegt. Es existieren allerdings Druck- und Temperaturbereiche, die zwar potentiell endlagerrelevant sind und in denen gemäß der static pore-scale theory (Lewis, Holness 1996; Ghanbarzadeh et al. 2015) hohe Permeabilitäten vorliegen sollten, die aber bisher nicht experimentell untersucht worden sind. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurde die Durchlässigkeit von Proben aus natürlichem Steinsalz mit Stickstoff und Salzlösung geprüft. Die Versuche umfassten Temperaturen von 140°C bis 180°C und Drücke von 18 MPa bzw. 36 MPa. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte Permeabilität, wie sie aufgrund eines verbundenen Porennetzwerkes zu erwarten wäre, nicht nachzuweisen ist. Hingegen wird die druckgetriebene Perkolation auch im betrachteten Bereich als wesentlicher Mechanismus bestätigt, so dass auch die experimentelle Evidenz für die deformationsgetriebene Perkolation in Frage gestellt ist.