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

Transcriptie

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

2 Geologisch onderzoek naar aardwarmte in Utrecht/Harmelerwaard Auteur: A.G. Vondrak In samenwerking met: M. Felder (Kern evaluatie, Hoofdstuk 4.1.2, 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 TH Utrecht Opgesteld door: PanTerra Geoconsultants B.V. Weversbaan BZ Leiderdorp The Netherlands T +31 (0) F +31 (0) info@panterra.nl 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. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 2

3 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 3

4 PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 4

5 Inhoud Samenvatting 3 1 Introductie 7 2 Geologie Trias zandstenen Slochteren Zandsteen 9 3 Beschikbare gegevens Beschikbare boringen in de regio Utrecht 13 4 Aquifers Trias Petrofysische interpretatie Kern evaluatie Conclusie Trias Slochteren Zandsteen Petrofysische interpretatie Well test Kern evaluatie Conclusie Slochteren 21 5 Bekkenmodelering Input en kalibratie van het model Bekkenmodelering resultaten 23 6 Geothermisch potentieel Input Doublet Calculator 27 7 Conclusies 30 8 Referenties 31 9 Appendices Geologische tijdschaal Petrofysische logs Kernen Verschillen tussen het Fugro rapport en het PanTerra rapport Originele RFT samenvatting Bekkenmodellering input en resultaten Jutphaas Papekop Harmelerwaard 50 PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 5

6 PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 6

7 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 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 7

8 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 zand- en kleisteen. De Volpriehausen Formatie is onderdeel van de Onder Germaanse Trias Groep. De Volpriehausen Zandsteen is een afwisseling van zand-, silt- en kleisteen. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 8

9 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 9

10 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 = * 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 ( m) bedraagt de geothermische gradiënt Over het diepte interval van 1800m tot 2500m is de geothermische gradiënt hoger, namelijk (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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 10

11 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 11

12 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) Everdingen Haastrecht-02S1 62 Jutphaas-01 (ondiep) 126 Jutphaas-01 (diep) 133 Papekop Waverveen 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 12

13 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 Einddiepte in meter (MD) Slochteren bereikt Kern in Slochteren Aarlanderveen-01 ARV ja nee Alphen-01 ALP nee nee Boeikop-01 BKP nee nee Boskoop-01 BSKP nee nee Boskoop-01 Sidetrack1 BSKP-01S ja nee Breukelen-01 BKN nee nee Everdingen-01 EVD ja ja Gouda-02 GOU nee nee Haarlemmermeer-01 HLM nee nee Haastrecht-01 HST nee nee Haastrecht-02 HST ja nee Haastrecht-02 sidetrack1 HST-02S ja ja Hilversum-01 HIL nee nee Jutphaas-01 JUT ja ja Lekkerkerk-01 LEK nee nee Moerkapelle-05 MKP nee nee Moerkapelle-06 MKP nee nee Odijk-01 ODK nee nee Papekop-01 PKP ja nee Stolwijk-01 STO nee nee Vreeland-01 VRE nee nee Waverveen-01 WRV ja nee Willeskop-01 WSP ja nee Zeist-01 ZST 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 13

14 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 14

15 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 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 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 Petrofysische interpretatie Haastrecht-02S1 Er zijn kernen in de Volpriehausen Zandsteen en in de Detfurth Zandsteen genomen, de gemiddelde waarde van de gemeten korreldichtheden is 2.68 g/cm 3. Er zijn slechts enkele lagen van 1-2 m dik aanwezig zijn met een porositeit tussen de 8 en 14%. Papekop-01 Er zijn kernen in de Volpriehausen Zandsteen genomen, de gemiddelde gemeten korreldichtheid is 2.7 g/cm 3. 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 Hier zijn geen kernen in deze put genomen, een korreldichtheid van 2.68 g/cm 3 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 PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 15

16 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 Er zijn geen kernmetingen in zandlagen in Trias genomen, dus is een korreldichtheid van 2.68 g/cm 3 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 Er zijn geen kernen in zanden van de Trias in deze put, dus is een korreldichtheid van 2.68 g/cm 3 genomen. De opgeschoven Volpriehausen en Röt lagen hebben geen goede reservoir eigenschappen. Dat geldt ook voor de dieper gelegen Volpriehausen en Röt lagen 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 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 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). PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 16

17 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 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 (RHO matrix ) Dichtheid van het formatiewater (RHO fl ) Everdingen Haastrecht Jutphaas-01 (ondiep en diep) Papekop Waverveen Tabel 4.1 Gebruikte waarden om de porositeitslog te berekenen per boring. Netto/Gross Boring Top Basis Top Basis Fugro PanTerra PanTerra (MD) (MD) (TVD) (TVD) cut-off 2% cut-off 5% cut-off 8% Everdingen Haastrecht-02S Jutphaas-01 (ondiep) Jutphaas-01 (diep) Papekop Waverveen Tabel 4.2 Resultaten van de Netto/Gross verhouding voor het Slochteren interval in de vijf boringen. Porositeit Boring Top Basis Top Basis Fugro PanTerra PanTerra (MD) (MD) (TVD) (TVD) cut-off 2% cut-off 5% cut-off 8% Everdingen Haastrecht-02S Jutphaas-01 (ondiep) Jutphaas-01 (diep) Papekop Waverveen 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 PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 17

18 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 mD. 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 md afgeleid (Figuur 4.1). De verschillen tussen de Fugro resultaten en PanTerra resultaten worden besproken in Appendix 9.4. Permeabiliteit Boring Top Basis Top Basis Fugro PanTerra PanTerra (MD) (MD) (TVD) (TVD) cut-off 2% cut-off 5% cut-off 8% Everdingen Haastrecht-02S Jutphaas-01 (ondiep) Jutphaas-01 (diep) Papekop Waverveen 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 18

19 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 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 19

20 Diepte Diepte P formatie P formatie P mud P mud opbouwtijd opmerkingen Permeabiliteit m (MD) m (TVD) PSI Bar PSI Bar min md tight < < tight < geen volledige opbouwtijd < tight < < geen volledige opbouwtijd <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 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, Haastrecht- 02S1 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 m). 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. PanTerra Geoconsultants B.V. G Aardwarmte Utrecht/Harmelerwaard pg. 20