woensdag 29 juni 2016

Bodemvolumeverlies door de jaren heen (en wat ons nog te wachten staat)

Wie denkt dat we het ergste hebben gehad moest de volgende grafiekjes maar eens heel goed bekijken.
E.e.a. laat zien wat het bodemvolumeverlies a.g.v. de gaswinning is en nog gaat zijn.
We zitten grofweg op ⅓ van het te verwachten totaal aan bodemvolumeverlies.
En dat doet het ergste vrezen voor wat ons aan bevingen nog te wachten staat; Immers het verlies aan bodemvolumeverlies is de hoofdoorzaak van onze be(le)vingen.


Deze grafiek laat het verlies aan bodemvolume zien van 1959-2016 en van 2016-2041.
De rode stippellijn markeert het eind van 2015 en het begin van 2016 en daarmee het bodemvolume verlies tot nu/dan toe...,
daaronder het bodemvolumeverlies dat ons nog te wachten staat...,
tenminste als we ervan uitgaan als de gaswinning (in het huidige tempo) wordt voortgezet.

Stortvloed aan cijfers en getallen

't Is haast onvoorstelbaar...,
we worden vrijwel dagelijks doodgegooid met getallen, cijfers en grafieken...,maar tot op dit moment wordt er vrijwel met geen woord gerept over bodemvolumeverlies.
We hebben het over de gaswinning, kubages in miljarden-Nm³  danwel miljarden-Sm³, drukverlies, bodemdaling, de schalen van Richter, Mercali, PGA's, contourlijnen, potclusters .., we kunnen nog wel even doorgaan maar het gaat ons weinig of niets helpen het probleem in kaart te brengen of beter te begrijpen als we niet ook en wel met name het verliezen aan bodemvolume mee nemen.

Bodemvolumeverlies (BVV)

Reservoirgesteente en Bodemvolumeverlies?
Het aardgas zit/zat onder hoge druk opgesloten in de poriën van een z.g. reservoirgesteente.
Dat reservoirgesteente bestaat voornamelijk uit een relatief poreuze laag zandsteen op een kleine 3km onder het maaiveld. 
Door het winnen van aardgas neemt de druk in het reservoirgesteente af, hetgeen uiteindelijk leidt tot het geleidelijk inzakken van dat reservoirgesteente en dus verlies aan bodemvolume.


Na ruim 50 jaar gaswinning was eind 2015 het bodemvolumeverlies opgelopen tot ruim 90-miljoen-m³...,da's een flinke hoeveelheid, maar het valt in het niet bij wat ons nog te wachten staat...;
De komende 25 jaar tot c.a 2041wordt bij het huidige tempo van gaswinning het bodemvolumeverlies ruim verdubbeld..., uiteindelijk zelfs meer dan verdrievoudigd tot ruim 279-miljoen-m³. 
  
Hoeveel aardgas zit/zat er onder de grond...?
't Aardgas zit (of moeten we zeggen 'zat') dus diep in de grond, zo'n 3km onder onze voeten.
Er zat ooit, opgesloten in de poriën van die dikke zandsteenlaag,
 een onvoorstelbare hoeveelheid van 2.800-miljard Nm³. 




Hoeveel kuub...? 
Juist ja..., 2.800-miljard Nm³ onder een gebied van c.a. 900 km², d.w.z. 2.800 km³ (kubieke kilometer) aardgas.

2.800 km³ die, als zij niet diep onder de grond onder hoge druk samengeperst zou zijn, het 900 km² grote oppervlak van het Groninger-veld (=>het gaswinningsgebied van Slochteren e.o.) zou bedekken met dikke laag gas van 3.111,11 m (een gaslaag dus van ruim 3 kilometer dik). 

  
Hoe hoger de gasdruk hoe minder het gasvolume...
'Gelukkig' voor ons stond dat al dat aardgas onder een enorme druk van gemiddeld c.a. 347 Bar...; Ondergronds nam al dat onder hoge druk samengeperste gas 'slechts' een volume in van c.a. 11.169.337.397,4 m³ bij een temperatuur van c.a. 100ºC (in plaats van 2.800-miljard m³ bovengrondsvolume bij een normale atmosferische druk en een temperatuur van 0ºC)

Bovenstaand grafiek laat duidelijk zien dat zowel de jaarlijkse toename als de het cumulatief effect van het bodemvolumeverlies de komende jaren in een steeds rapper tempo zal verlopen. Maar het gaat niet enkel rapper, het verloopt vooral progressiever. Met elke nog te winnen  aardgas zal steeds net iets meer bodemvolume gaan verdwijnen dan met de voorgaande kuub's.
En daarmee neemt de kans op schokken en trillingen steeds verder toe, niet enkel in aantal maar ook in kracht en amplitude. 
 

De relatie tussen gasdruk, bodemvolumeverlies en bodemdaling...
Door het winnen van dat gas neemt de gasdruk in het reservoirgesteente dus af...,
weliswaar heel geleidelijk, maar toch neemt daarmee ook de draagkracht van het reservoirgesteente af.

Dat reservoirgesteente zal daardoor langzaam maar zeker, beetje bij beetje meer en meer worden samengedrukt (gecompacteerd), zelfs min of meer bezwijkt, onder de gigantische gesteentedruk van de gemiddeld 2.800m dikke laag van zout, zand, veen en klei waarop wij wonen (=> de lithografische-druk varieert van c.a. 580-700 bar).
En elke mm, µm die het reservoirgesteente inzakt/verpulvert betekent dat dat gigantisch dikke pakketdaarboven meezakt.

Bodemdaling dus...,
een flink probleem voor onze infrastructuur, kustbescherming, waterhuishouding, onze landbouw... 
en zelfs, hoewel het door iedereen die er ook maar iets over te zeggen denkt te hebben natuurlijk om het hardst wordt ontkend, een probleem voor onze huizen, alle andere gebouwen en bouwsels boven op en in  het Groninger gaswinningsgebied.

Maar bodemdaling op zich is niet ons grootste probleem, het grootse probleem is het potentieel aan seismische energie die met dat compactere en dalen va die bodem, soms ongemerkt maar steeds vaker ook met flinke schokken, vrijkomt.


De periode van 2007-2016 is uitgelicht...;
Wie zei er dat de sensitiviteit lastig te voorspellen was?
Je ziet hier als het ware de zware bevingen van de afgelopen jaren gewoon aankomen. ook de beving(en) van Huizinge...,
 zeker als je nog wat specifieker naar het geïnduceerd Seismisch Potentieel op locatieniveau zou inzoomen.

Dat seismisch potentieel wordt bepaald door het bodemvolumeverlies en de potentiële energie van het meeladende bodempakket dat op het steeds verder en sneller competerende reservoirgesteente 'rust'.

Wat ogenschijnlijk niemand zich lijkt te realiseren is dat het bodemvolumeverlies een progressief verlopend proces is..., zolang de gasdruk door de winning blijft afnemen.
Hoe lager de absolute gasdruk hoe groter het relatieve verlies aan druk zal zijn met elke m³ gas die wordt gewonnen en dus hoe sneller de absolute gasdruk af zal nemen en daarmee de draagkracht van het reservoirgesteente. Het reservoirgesteente zal dus steeds sneller en meer compacteren naarmate de gasdruk afneemt het bodemvolumeverlies per gewonnen m³ gas neemt dus steeds verder toe naarmate de gasvoorraad in het reservoirgesteente afneemt.
Is op een gegeven het moment het reservoirgesteente niet meer verder samen te drukken, als dus en alle ruimte, alle poriën zijn leeggeperst, geminimaliseerd of zelfs geheel verdwenen, pas dan zal het bodemvolume niet meer dalen stopt ook de gaswinning (d.w.z.: waarschijnlijk zal het kleine beetje gas dat er dan nog in zit ook onvoldoende druk hebben om er nog op 'eigen kracht' uit op te stijgen naar de winningsinstalljaties)


Hieronder nog een impressie van de totale hoeveelheid geïnduceerd seismisch potentieel. Alles bij elkaar opgeteld zou het vergelijkbaar zijn met een imaginaire beving met een cumulatieve kracht van ruimschoots 7 op de schaal van Richter...;
We mogen dus feitelijk blij zijn met al die kleine bevinkjes; Je moet er toch niet aan denken dat het allemaal met een grote klap zou vrijkomen in 2041.  
Deze grafiek laat de jaarlijks 'geproduceerde' potentieel seismische energie zien in GigaJoule.

De komende jaren zal de dit potentieel steeds sterker oplopen

11 opmerkingen:

  1. Heb je ook verwijzingen naar wetenschappelijke artikelen voor je inschatting van de toename van de seismiek in de komende decennia?

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Goeie vraag.
      ’t Antwoord is nee…,

      het is puur en simpel, maar zeer verantwoord, reproduceerbaar, en meervoudig met verscheidene geologen/geofysici/fysici gecheckt rekenwerk.
      ’t Zou me overigens verbazen als er niet weldegelijk wetenschappelijk onderzoeksmateriaal dat tot dezelfde/sterk vergelijkbare cijfers en conclusies komt; De vraag is meer waarom, met welk belang het niet is gepubliceerd als het wel zou bestaan. Waarschijnlijk is de vraag stellen min of meer de vraag beantwoorden; We weten wier belang niet gediend is met dit soort gegevens/cijfers.

      De basis van alle gegevens:
      - gebiedsomvang zoals gesteld door NAM/SodM etc.
      - de gepubliceerde winningscijfers van de NAM (te vinden bij o.a. NLog, EuroLex, SodM, EZ en zelfs de NAM)
      - gepubliceerde cijfers over de winningsdruk en reservoirtemperatuur (NAM, NLog, SodM etc.)
      - gegevens over geologische opbouw van het gasveld en een daarop gebaseerde (zeer voorzichtig <=> laag) ingeschatte waarde voor de gemiddelde lithografische druk (gesteentedruk) rustend op het reservoirgesteente.

      Het berekend geïnduceerd seismisch potentieel is daarmee vrijwel 'onweerlegbaar'…
      (het principe klopt en de uitgangscijfers ook, hoogstens achter de komma, onnauwkeurigheidsfoutjes zijn door verfijning van de gegevens op te lossen)…;
      Het klopt omdat het gewoon het toepassen is van de gaswet, zwaartekracht/gravitatie, massa-berekening en het omrekenen van een zich (zeer traag bewegende massa) in de minimaal daardoor vrijkomende energie.

      Het verbaasd mij nog steeds dat het gegeven van bodemvolumeverlies en de massa van de op dat compacterende gesteente rustende c.a. 2800m dikke bodempakket, niet eerder als (gepubliceerd) uitgangspunt is genomen voor de (te verwachten) seismiciteit.
      Bedenk wel dat het seismisch potentieel veel groter is (en altijd zal zijn) dan het in algemeen voelbaar, of zelf met de normale apparatuur meetbare som van bevingsenergie. Gelukkig voor komt de meeste energie vrij door de veelvuldige dagelijks minischokjes en trillingen. Een goede aanwijzing daarvoor zijn de registraties door de diepe geofoons in/onder het gasveld van dergelijke trillingen (zoals die sinds enige tijd geplaatst zijn o.a. bij Zeerijp, 't Zand).

      Ook zegt het seismisch potentieel niet waar en wanneer schokken plaats gaan vinden en met welke magnitude…,
      wel is het aannemelijk dat bij een sterk toenemen seismisch potentieel zowel de kracht als het aantal bevingen zal toenemen.
      Eveneens is het aannemelijk dat door zeer gelijkmatige en sterk gereduceerde/gematigde winning de kans op plotseling vrijkomen van seismisch potentieel kleiner wordt...,
      maar het blijft een kwestie van statistische analyse, interpretatie en kansberekening.

      Het 'leuke' van het rekenwerk is dat het niet rust op interpretatie, statistische aannames en kansberekening...,
      het is gewoon een kwestie van nauwkeurig rekenwerk en het doorrekenen van gevalideerde meetgegevens middels het toepassen van simpele natuurkundige rekenregels horend bij algemeen aanvaarde natuurwetten.

      Het rekenwerk tot nog toe was simpel…, het grote werk.
      Er is nog meer groot en relatief simpel werk.
      Op dit moment ben ik bezig alle gemeten bevingen te herwaarderen van Richter naar (Giga)Joule.
      Dat levert (nu al heel erg) interessante cijfergegevens op zoals:
      - het (gemiddeld) percentage als gemeten vrijgekomen seismische energie in relatie tot het geïnduceerd seismisch potentieel.
      - de verdeling over het gebied van vrijgekomen gemeten seismische energie
      - mogelijke beter inzicht in de relatie tussen 'putgegevens', winningsclusters en vrijgekomen gemeten seismische energie.

      Verwijderen
    2. meten is geen weten…
      … meten is gissen

      Hoe meer gegevens nauwkeurig/nauwkeuriger worden doorgerekend en herberekend…,
      hoe groter de noodzaak en moeite is de uitkomsten veelvuldig tegen het licht te houden.
      Je moet oppassen dat je niet gaat zien/berekenen wat je wilt zien/berekenen….;
      dat laatste gebeurt al veel te veel…, niet alleen in Assen en Delft.

      er is/komt meer…
      In de komende artikelen volgt eerst nog wat verdieping en uitleg van het 'grote' ’simpele' rekenwerk.
      Als daarna het meer en meer verfijnde reken- en meet-werk plausibele/betrouwbare resultaten laat zien is het wellicht tijd ook die gegevens te publiceren.

      Verwijderen
  2. Hmmm ... ik heb toch de indruk dat er heel wat fout zit in uw redenering ... de ondergrond is niet gewoon "het toepassen is van de gaswet, zwaartekracht/gravitatie, massa-berekening en het omrekenen van een zich (zeer traag bewegende massa) in de minimaal daardoor vrijkomende energie" ... er is ook nog de geologische realiteit.
    Een voorbeeldje dat het toch fout loopt in de bereking: Stel nog dat uw finale conclusie correct is, met name dat de totale cumulatieve seismische energie tegen 2014 gelijk is aan ongeveer 16.000.000 GJ (of 1,6 10x16 N.m). Dat is het seismisch moment van één aardbeving met een momentmagnitude van ongeveer 4.6 à 4.7 ... niet 7.0 dus!
    En weet je, in Italië is naar aanleiding van de L'Aquila aardbeving een verantwoordelijke veroordeelt omdat hij - totaal onjuist - beweerde dat vele kleine aardbevingen een grote aardbeving voorkomen. Dat is complete onzin!

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. Wel graag lezen wat er staat a.u.b.:
      „…Hieronder nog een impressie van de totale hoeveelheid geïnduceerd seismisch potentieel. Alles bij elkaar opgeteld zou het vergelijkbaar zijn met een beving met ruimschoots een kracht van 7 op de schaal van Richter...;
      We mogen dus feitelijk blij zijn met al die kleine bevinkjes; Je moet er toch niet aan denken dat het allemaal met een grote klap zou vrijkomen on 2041….”


      Verder stel ik nergens 'Seimiciteit' gelijk aan het 'Geïnduceerd Seismisch Potentieel'

      wat het berekende bodemvolumeverlies betreft

      Reken het gerust zelf 'even' na…,
      maar het klopt 1-op-1 met de gepubliceerde cijfers en het verloop van de gaswinning aan de hand van de gepubliceerde winningscijfers.
      Uitgaande van een startvolume van 2.800-miljard Nm³
      2.800-miljard Nm³ onder een druk van c.a. 347Bar => reservoirvolume van 11.169.337.397 m³ bij reservoirtemperatuur van c.a. 100ºC (opgave NAM/SodM).
      => 11.169.337.397 m³ is/was dus het gasvolume onder druk (347 Bar) tussen/in de poriën van het reservoirgesteente voor aanvang van winning
      Neem je dit gas geheel/gedeeltelijk weg dan ins compactie één van de logische gevolgen.
      Ook hierbij is weer uitgegaan van de gepubliceerde drukverandering en compactiefactor.

      Het berekenen van het bodemvolumeverlies

      En wanneer we die gegevens narekenen zou dat op navolgende wijze moeten kunnen:
      - we verminderen het (resterende) voorraadvolume met het (gepubliceerde) winningsvolume
      - vervolgens herberekenen de resulterende reservoirdruk onder toepassing van het de gemiddelde compactiefactor
      - de zo berekende reservoirdruk komt netjes overeen met de gemiddelde reservoirdruk op diverse eikdata (zoals gepubliceerd door NAM-c.s.)
      - tevens hebben we dan een nieuw cijfer voor de waarde het ondergondsreservoirvolume (na compactie)
      - vergelijken we die waarde met de voorgaande waarde van het reservoirvolume dan heb je de waarde van het bodemverliesvolume op tussen twee data.

      Bodemdaling en bodemvolumeverlies

      Het zodanig berekend bodemvolumeverlies komt overigens heel aardig overeen met (alweer) de gepubliceerde gegevens over bodemdaling in het gebied…;
      Je zou grofweg kunnen stellen dat het bodemvolumeverlies netjes uitgesmeerd over een gasveld (c.a. 900 km²) gelijk is aan de gemiddelde bodemdaling; Echter omdat de gemiddelde bodemdaling niet gelijkmatig verdeeld is, maar een (enigszins gedifferentieerde dalingscurve) lijkt de beschrijven is naar verwachting de bodemdaling op het diepste punt iets minder dan 2x de gemiddelde bodemvolumeverlies/900km². Het berekende bodemvolumeverlies blijkt redelijk coherent aan dat principe te voldoen.

      Geïnduceerd Seismisch Potentieel (GSP)
      Dit potentieel is de totale hoeveelheid energie die MOET vrijkomen alsgevolg van het dalende bodempakket en die het onderliggend gesteente doet compacteren.
      Diet gebeurt dagelijks in nagenoeg ontelbare trillingen. Het als (meetbare) seismisch effect (waarneembare) bevingen met een magnitude groter dan 0-Richter beslaathopeleijk niet meer dan hooguit 1% van het (berende) GSP…,
      en zelfs dat ene procentje is al meer dan genoeg. het P


      Omrekening van GigaJoule naar Richter…
      Tja, je gaat ervan uit dat de op diverse plekken genoemde conversieformule klopt…
      en dat het op basis van die formule berekende resultaat dus ook zal kloppen…
      en dat resultaat is anders dan hetgeen u aangeeft.
      van GigaJoule naar Richter:
      ⅔ * Log₁₀(nJ /2) -3 ≈ n-Richter <=> ⅔ * Log₁₀(16.679.594,763 GJ /2) -3 ≈ 7,61 Richter

      Verwijderen
    2. Sorry dat ik daar niets aan toe te voegen heb. U bent duidelijk dé expert terzake. Ik kijk al uit naar uw publicatie in een van de toptijdschriften van de seismologische gemeenschap ...

      Verwijderen
    3. Geachte heer Sintubin,

      oprechte dank voor uw reactie…,
      ik ben geen geofysicus en al helemaal geen seismoloog…,
      en ik laat mij graag corrigeren…,
      daar leer je van…,
      maar daarvoor dient men wel enigszins overtuigend te zijn.

      Ik ben niet echt over één nacht ijs gegaan ik heb alle mij beschikbare cijfers eindeloos trachten te verifiëren/checken tegen de in de diverse 'officiële' publicaties van diverse instanties als NAM, GasTerra, NLog. EU-Lex, EZ, SodM, etc.;
      Ik heb ook nog preciezere gegevens zoals gepubliceerd op de 'Bevingskaart' van het GBB, maar ik heb deze gegevens in deze precisie nog niet bevestigd gezien in 'officiële' publicaties van genoemde instanties.
      Deze laatste gegevens verwerk ik momenteel wel om de gemeten seismiciteit mogelijk te kunnen relateren aan winning op putniveau; Dit is werkelijk een gewaagde exercitie, maar desondanks lijkt dit niet geheel een schot in het duister te worden.
      Verder heb ik al diverse berekeningen gemaakt van de gemeten seismiciteit omgezet in GJ (i.p.v. de meer tot de verbeelding sprekende Richter-schaal) en vooralsnog lijkt zich daarin een zelfde curve herkenen als die van het berekend Seismisch Potentieel (GSP), zij het (Gode zij geprezen) op grote (procentuele) afstand.
      Ik ga er dan ook dat van het berekende/berekenbare GSP het merendeel van de energie verdwijnt op micro-niveau met vele duizenden/miljoenen trillingen ≤0 Richter (≤63.245,55 Joule). Gegevens van de geofoons bij ’ Zand en Zeerijp lijken dat te bevestigen.

      Verwijderen
    4. @Sintubin
      Ik zou eigenlijk bijna spijt moeten hebben van mijn dank voor uw eerdere reactie...,
      sarcasme is (te) gemakkelijk...,
      maar u zou natuurlijk ook een gedegen antwoord/aanvulling kunnen geven op datgene dat ik denk redelijk correct en zorgvuldig berekend te hebben.

      Fouten maakt iedereen...
      zorgvuldigheid kan niet zonder correctie...
      en een beetje humor, zelfs schatrijke humor, op z'n tijd kan geen kwaad.

      Verwijderen
    5. schatrijke moet zijn sarcastische (=>auto-correctieduiveltje van Google)

      Verwijderen
    6. Zoals ik al zegde. U bent blijkbaar de expert, ik verre van blijkbaar. Ik heb nog nooit gehoord van "seismisch potentieel", laat staan "geïnduceerd seismisch potentieel"; uw conversievergelijking is mij totaal vreemd; "bodemvolumeverlies" is een totaal onbekende term voor mij; enz. ... dus ja, "I rest my case"!

      Verwijderen
    7. @Sintubin

      Nederlands is een prachtige taal...,
      het kent het vermogen tot het maken van samengestelde zelfstandige (en zelfs bijvoeglijke) naamwoorden.
      Het is op die wijze vrij eenvoudig een begrip contrueren dat in principe begrijpelijk zou moeten zijn voor de oplettende lezer.
      Zo kan je komen tot een begrip aan bodemvolume door het benoemen van het verlies aan bodemvolume...,
      mocht ook dat laatste een voor u onbegrijpelijke begrip/term zijn...;
      De samenstelling is min of meer zelfverklarend namelijk het volume van de bodem/ dat de bodem inneemt.
      Het woord bodem op zich heeft als algemeen aanvaarde betekenis: de (onder)grond
      En als Ondergrond zou je het (bovenste deel van de aardkorst kunnen beschouwen.

      Het hier geïntroduceerde begrip seismisch potentieel (al dan niet geïnduceerd) is ook relatief eenvoudig te begrijpen...,
      zelfs voor een niet-leek als u.

      En wat betreft die u 'totaal vreemde' conversie-formule...
      die is ondermeer hier te vinden:

      Wikipedia - Het verband tussen de energie E in Joule en de magnitude n


      U bent professor...,
      iemand dus die gevolge die 'titel' openlijk zegt/verklaard te getuigen van zijn kunde en daarin in openbaarheid les te zullen geven...,
      (zoek het maar eens op, de etymologie van een woord is vaak veelzeggend)...,
      maakt die getuigenis waar - leert ons, de niet-experts, inplaats van ons niet-experts te beleren en in zelfingenomenheid te bespotten waar men (in elk geval ik persoonlijk) gewoon buitengewoon geïnteresseerd is in uw mening, kunde en kennis.

      Verwijderen