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SUGAR III

Gesamtverbund: SUGAR III - Submarine Gashydrat-Ressourcen

Verbundprojekt: SUGAR-III-A: Strategien und Techniken zur Förderung von Erdgas aus Methanhydrat-Lagerstätten

Teilprojekt 3: Erdgasproduktion aus Gashydraten

Vorhaben: Erkundung von marinen Methanhydrat-Vorkommen zur Prüfung von Fördermöglichkeiten

Gashydrate im Meeresboden enthalten wesentlich mehr Methan als alle bekannten konventionellen Erdgas-Lagerstätten. Die globale Menge von Methan-Kohlenstoff in submarinen Hydraten wird derzeit auf ca. 450 – 10.000 Gt C geschätzt und liegt damit in der gleichen Größenordnung wie die Kohlenstoff-Menge in bekannten Kohlevorkommen. Das SUGAR Verbundprojekt zielt darauf ab, neue Technologien zur Erkundung und zum umweltfreundlichen Abbau submariner Hydrat-Lagerstätten zu entwickeln.

Arbeiten in der aktuellen Projektphase SUGAR III

Teilprojekt 3 in SUGAR-III-A („Erdgasproduktion aus Gashydraten“) zielt auf die Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung eines europäischen Feldtests zur Charakterisierung eines Gashydrat-Reservoirs im westlichen Schwarzen Meer. Während der R/V METEOR Expedition M142 sol­len Explorationsbohrungen an Gas­hy­drat­vor­kom­men in grob­kör­ni­gen Se­di­men­ten des Donau-Tiefseefächers (Bulgarien und Rumänien) mit dem mo­bi­len Mee­res­bo­den-Bohr­ge­rät MARUM-Me­Bo200 vorgenommen wer­den. Die auf dieser Ausfahrt gewonnenen Gashydrat- und Sedimentproben werden umfassend geochemisch, geologisch und auf ihre Mikrostruktur analysiert. Ziele der Untersuchungen sind, die Bestimmung der Herkunft des in den Gashydraten gebundenen Gases, die Quantifizierung des Methanflusses in der Lagerstätte und dessen Wegsamkeiten, sowie die Berechnung der Verteilung der Gashydrat-Sättigungen und deren Bildungsraten.

 

Schmale Black Sea

Gas- und Fluidausstrittsstellen im Schwarzen Meer (Schmale et al., 2011). Schwarze Punkte: Lokationen intensiven Fluidaustritts; Dreiecke: Schlammvulkane; Rot unterlegte Areale: Gebiete mit gas seepage und pockmarks. sI-Gashydrate sind unterhalb ca. 710 m stabil.

Frühere Projekte und SUGAR-Phasen

Gashydrate zersetzen sich bei der Druckentlastung und Erwärmung schnell, was zur Verflüchtigung des freigesetzten Gases führt. Eine wichtige Voraussetzung für die Untersuchung natürlicher Gashydrate unter in-situ-Bedingungen ist daher der Erhalt der am und im Meeresboden herrschenden Druck- und Temperatur-Verhältnisse. Um die Bedingungen zu konservieren, ist der Einsatz von Autoklav-Kerngeräten notwendig.

Im Rahmen der Vorläuferprojekte OMEGA (2000 - 2003) und METRO (2004 - 2007) wurden der MultiAutoklav Corer (MAC) und das Dynamische Autoklav-Kolbenlot (Dynamic Autoclave Piston Corer; DAPC) zur Beprobung flacher Sedimente unter Druck entwickelt. Die Geräte wurden auf mehreren Expeditionen erfolgreich eingesetzt.

 

SUGAR I

In der ers­ten Pro­jekt­pha­se SU­GAR I (2008-2011) wur­den im Teil­pro­jekt A3 eine Au­to­klav-Tech­no­lo­gie für das Mee­res­bo­den-Bohr­ge­rät (MeBo) für den Ge­winn von MeBo-Bohr­ker­nen un­ter in-situ hy­dro­sta­ti­schem Druck zur Quan­ti­fi­zie­rung von Gas­hy­drat-Men­gen ent­wi­ckelt. Die sogenannten MeBo-Druckkern-Probennehmer (MDP) wurden auf zwei Ausfahrten mit MeBo200 vor Neuseeland (SO247) und MeBo70 vor Spitzbergen (MSM57) erfolgreich eingesetzt (Pape et al., Scientific Drilling, accepted).

Mit den MDP sind nun die Be­stim­mung der all­ge­mei­nen, ver­ti­ka­len Hy­drat­ver­tei­lung in den tie­fen Boh­run­gen und die es­sen­ti­el­len Un­ter­su­chun­gen zur Ab­schät­zung der Er­gie­big­keit sub­ma­ri­ner Gas­hy­drat-Vor­kom­men mög­lich.

 

SUGAR II

In der SU­GAR II-Pro­jekt­pha­se (2011-2014) wurde im Teil­pro­jekt A2-4 gemeinsam mit der Corsyde International GmbH & Co. KG, Berlin, ein Un­ter­pro­ben­nah­me-Sys­tem (SuSy) für die MeBo-Druck­kern-Pro­ben­neh­mer (MDP) ent­wi­ckelt. SuSy er­mög­licht die Ent­nah­me von Kern­seg­men­ten va­ria­bler Län­ge un­ter in-situ Druck, um die Ver­tei­lung und Kon­zen­tra­ti­on der Gas­hy­dra­te prä­zi­ser be­stim­men und Se­di­ment-/​Gas­hy­drat-Pro­ben räum­lich hoch­auf­ge­löst ent­neh­men zu kön­nen. Die Kennt­nis der Gas­hy­drat-Ver­tei­lung und der Hydrat-Mi­kro­struk­tur sind für die Ab­schät­zung zu er­war­ten­der Gas­för­der-Ra­ten aus Gas­hy­drat-Vor­kom­men notwendig.

Gashydrat, blasig

Mit Greifer vom Meeresboden gewonnenes Gashydrat-Stück.

DAPC

Einsatz des Dynamischen Autoklav-Kolbenlots (DAPC) von Bord des FS METEOR im Dezember 2006 (© A. Pollmeier).

MeBo-Druckkern-Probennehmer

MeBo-Druckkern-Probennehmer (MDP, links und Mitte) für den Einsatz mit MeBo und MDP-Lotvariante für Testzwecke (rechts).

Bohrtechnologie

Zur Be­wer­tung der Qua­li­tät ei­ner Gas­hy­drat-La­ger­stät­te, die die Ver­tei­lung der Gas­hy­dra­te in­ner­halb der Vor­kom­men so­wie die zu er­mit­teln­den Gas­hy­drat-Kon­zen­tra­tio­nen be­rück­sich­tigt, ist der Ein­satz von Bohr­tech­no­lo­gie un­er­läss­lich. Die am MARUM ent­wi­ckel­ten, trans­por­ta­blen Mee­res­bo­den-Bohr­ge­räte MARUM-MeBo70 und MARUM-MeBo200, die von kon­ven­tio­nel­len Schif­fen in Was­ser­tie­fen von bis zu 2000 m ein­ge­setzt werden, können Ker­ne aus Lo­cker­se­di­men­ten und Fest­ge­stein von bis zu etwa 70 bzw. 200 m Län­ge ge­win­nen.

Da Gas­hy­dra­te sich bei der Druck­ent­las­tung und Er­wär­mung im Bohrst­rang zer­set­zen, und sich das frei­ge­setz­te Gas ver­flüch­tigt, ist eine Au­to­klav-Bohr­tech­no­lo­gie not­wen­dig, die die Sta­bi­li­sie­rung der Gas­hy­dra­te wäh­rend des Kern­ge­winns si­cher­stellt.

MeBo200

Aufbau des MARUM-MeBo200.

MeBo70 auf FS METEOR

Aussetzen des MARUM-MeBo70 von Bord des FS METEOR im Juli 2005 (© V. Diekamp, Marum).

Kontakt

NamePhoneRoomE-Mail
Bohrmann, Gerhard, Prof. Dr.+49 421 218-65050GEO 1090[Bitte aktivieren Sie Javascript]
Freudenthal, Tim, Dr.+49 421 218-65602MARUM I, 1500[Bitte aktivieren Sie Javascript]
Mau, Susan, Dr.+49 421 218-65059GEO 1050[Bitte aktivieren Sie Javascript]
Pape, Thomas, Dr.+49 421 218-65053GEO, 1110[Bitte aktivieren Sie Javascript]
Ruhland, Götz, Dipl.-Geol.+49 421 218-65556MARUM I, 1490[Bitte aktivieren Sie Javascript]

Verbundpartner

Trap­pe Erd­öl Erd­gas Con­sul­tant

Terrasys Geophysics

Bau­er Ma­schi­nen GmbH

Antares Datensysteme GmbH

Corsyde International GmbH & Co. KG

APS GmbH (Wille Geotechnik)

Schlumberger Limited

CON­TROS Sys­tems & So­lu­ti­ons GmbH

Kongsberg Maritime Embient GmbH

Wärtsilä ELAC Nau­tik GmbH

Karlsruher Institut für Technologie

Helm­holtz-Zen­trum für Oze­an­for­schung Kiel (GEO­MAR)

Helm­holtz-Zen­trum Pots­dam Deut­sches Geo­For­schungs­Zen­trum GFZ

Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Berg­aka­de­mie Frei­berg

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Geowissenschaftliches Zentrum der Ge­org-Au­gust-Uni­ver­si­tät Göt­tin­gen

 

Förderung

Das Teil­pro­jekt wird mit Mit­teln des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Tech­no­lo­gie im BMWi-För­der­pro­gramm 'Schiff­fahrt und Mee­res­tech­nik im 21. Jahr­hun­der­t' ge­för­dert (Fkz: 03SX381F). Lauf­zeit des Teil­pro­jekts: 01.10.2014 - 31.03.2018. SU­GAR III wird vom Helm­holtz-Zen­trum für Oze­an­for­schung Kiel (GEO­MAR), Prof. Dr. K. Wall­mann und Dr. Jörg Bi­al­as, ko­or­di­niert.

Ausgewählte Literatur

Abegg F, Hohnberg HJ, Pape T, Bohrmann G, Freitag J (2008) Development and application of pressure-core-sampling systems for the investigation of gas- and gas-hydrate-bearing sediments. Deep-Sea Research I: Oceanographic Research Papers 55:1590-1599. doi:10.1016/j.dsr.2008.06.006

Buffett B, Archer D (2004) Global inventory of methane clathrate: sensitivity to changes in the deep ocean. Earth and Planetary Science Letters 227:185-199

Burwicz EB, Rüpke LH, Wallmann K (2011) Estimation of the global amount of submarine gas hydrates formed via microbial methane formation based on numerical reaction-transport modeling and a novel parameterization of Holocene sedimentation. Geochimica et Cosmochimica Acta 75:4562-4576

Dickens GR, Paull CR, Wallace P, ODP Leg 164 Scientific Party (1997) Direct measurement of in situ methane quantities in a large gas-hydrate reservoir. Nature 385:426-428

Heeschen K, Haeckel M, Klaucke I, Ivanov MK, Bohrmann G (2011) Quantifying in-situ gas hydrates at active seep sites in the eastern Black Sea using pressure coring technique. Biogeosciences 8:3555-3565. doi:10.5194/bg-8-3555-2011

Heeschen KU, Hohnberg HJ, Haeckel M, Abegg F, Drews M, Bohrmann G (2007) In situ hydrocarbon concentrations from pressurized cores in surface sediments, Northern Gulf of Mexico. Marine Chemistry 107:498-515. doi:10.1016/j.marchem.2007.08.008

Pape T, Bahr A, Rethemeyer J, Kessler JD, Sahling H, Hinrichs KU, Klapp SA, Reeburgh WS, Bohrmann G (2010) Molecular and isotopic partitioning of low-molecular weight hydrocarbons during migration and gas hydrate precipitation in deposits of a high-flux seepage site. Chemical Geology 269:350-363. doi:10.1016/j.chemgeo.2009.10.009

Pape T., Hohnberg HJ, Wunsch D, Anders E, Freudenthal T, Huhn K., Bohrmann G (accepted) Design and deployment of autoclave pressure vessels for the portable deep-sea drill rig MeBo (Meeresboden-Bohrgerät). Scientific Drilling. doi:10.5194/sd-5-1-2017

Pape T, Kasten S, Zabel M, Bahr A, Abegg F, Hohnberg H-J, Bohrmann G (2010) Gas hydrates in shallow deposits of the Amsterdam mud volcano, Anaximander Mountains, Northeastern Mediterranean Sea. Geo-Marine Letters 30:187-206. doi:10.1007/s00367-010-0197-8

Pape T, Bahr A, Klapp SA, Abegg F, Bohrmann G (2011) High-intensity gas seepage causes rafting of shallow gas hydrates in the southeastern Black Sea. Earth and Planetary Science Letters 307:35-46. doi:10.1016/j.epsl.2011.04.030

Pape T, Feseker T, Kasten S, Fischer D, Bohrmann G (2011) Distribution and abundance of gas hydrates in near-surface deposits of the Håkon Mosby Mud Volcano, SW Barents Sea. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 12:Q09009. doi:10.1029/2011gc003575

Piñero E, Marquardt M, Hensen C, Haeckel M, Wallmann K (2013) Estimation of the global inventory of methane hydrates in marine sediments using transfer functions. Biogeosciences 10:959-975. doi: 10.5194/bg-10-959-2013

Schmale O, Haeckel M, McGinnis D (2011) Response of the Black Sea methane budget to massive short-term submarine inputs of methane. Biogeosciences 8: 911-918. doi: 10.5194/bgd-7-9117-2010.

Wallmann K, Pinero E, Burwicz EB, Haeckel M, Hensen C, Dale AW, Ruepke L (2012) The global inventory of methane hydrate in marine sediments: A theoretical approach. Energies 5:2449-2498. doi:10.3390/en5072449

Wei, J, Pape, T, Sultan, N, Colliat, JL, Himmler, T, Ruffine, L, De Prunelé, A, Dennielou, B, Garziglia, S, Marsset, T, Peters, CA, Rabiu, A and Bohrmann, G (2015) Gas hydrate distributions in sediments of pockmarks from the Nigerian margin – Results and interpretation from shallow drilling. Marine and Petroleum Geology, 59. 359-370. doi:10.1016/j.marpetgeo.2014.09.013