Forschung am CGRE

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Computational Geoscience and Reservoir Engineering befasst sich mit wissenschaftlichen und ingenieurwissenschaftlichen Fragen zu Themen im Feld unterirdische Strömungs- und Transportprobleme mit numerischen Methoden. Während klassische Anwendungen in diesem Bereich oft mit Problemen der Kohlenwasserstoff- und Grundwasserextraktion und -kontamination zusammenhängen, sind es in jüngster Zeit beispielsweise die Kohlenstoffabscheidung und geothermische Systeme als nachhaltige Energiequelle.

Viele der ursprünglich im vorangegangenen Kontext entwickelten Methoden werden nun auch zur Untersuchung dynamischer Wechselwirkungen zwischen dem geologischen System und dem Klimasystem eingesetzt, mit wichtigen Anwendungen in groß angelegten Klimasimulationen.

Numerical Reservoir Engineering ist ein zutiefst interdisziplinäres Thema: Die Lösung von Problemen erfordert das Verständnis mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen, von der Geologie (zum Beispiel um wahrscheinliche Eigenschaftsverteilungen aufgrund der Sedimentgeschichte oder der Position von Hauptstrukturen und -fehlern zu bestimmen) über die Geophysik (zum Beispiel um die Position von Hauptstrukturen zu begrenzen oder das Bewegungs- und Bruchverhalten von Flüssigkeiten zu überwachen) bis hin zur grundlegenden Fluid- und Feststoffmechanik und Chemie (zum Beispiel um die relevanten physikalischen Prozesse und das Strömungsverhalten zu verstehen und zu modellieren).

Darüber hinaus ist ein solides Verständnis der mathematischen und numerischen Methoden zur Lösung dieser Probleme erforderlich – und schließlich, da alle diese Aspekte Elemente der Unsicherheit enthalten, müssen wir verstehen, wie robust die numerischen Vorhersagen sind und wie wir alle Informationen bestmöglich integrieren können, um Unsicherheiten im gesamten Prozess zu verstehen und zu reduzieren.

Der Bereich Numerische Speichertechnik bietet daher vielfältige Möglichkeiten für wissenschaftliche Untersuchungen mit hoher Relevanz für Gesellschaft und Wirtschaft. In meiner Forschungsgruppe haben wir uns auf Methoden zur Charakterisierung der räumlichen Verteilung von Gesteinseigenschaften und relevanten geologischen Merkmalen sowie auf die Verknüpfung mit nachfolgenden Prozesssimulationen konzentriert. Von besonderem Interesse ist für mich die Untersuchung von Unsicherheiten in den verschiedenen Aspekten dieser Verbindung zwischen geologischen Modellen und Prozesssimulationen, da unser Wissen über die
Der Untergrund ist unvollständig und oft auf spärliche Beobachtungen und Schlussfolgerungen auf der Grundlage geophysikalischer Messungen beschränkt. Auf hohem Niveau lassen sich meine wissenschaftlichen Interessen in den folgenden Bereichen beschreiben:

  • Daten und Wissen: Was wissen wir eigentlich über geologische Strukturen, Gesteinseigenschaften und physikalische Prozesse im Untergrund und welche Daten und Informationen können helfen, dieses Wissen zu verbessern?
  • Methoden: Welche sind geeignete theoretische und rechnerische Methoden, um Unsicherheiten zu analysieren und zu quantifizieren und schließlich Unsicherheiten durch zusätzliche Beobachtungen und Informationen zu reduzieren?
  • Prozesse: Wie beeinflussen Unsicherheiten in geologischen Modellen die nachfolgenden Prozesssimulationen und wie empfindlich sind die simulierten Systeme auf diese Unsicherheiten?

Die Anwendungen der Arbeiten in meiner Fraktion lagen hauptsächlich im Bereich der geothermischen Systeme, aber auch in der Grundwasserhydrogeologie und der Mineralexploration. Die Untersuchung von Unsicherheiten in geologischen Modellen hat sich jedoch an sich als ein sehr vielfältiges und interessantes Thema erwiesen, wohl mit tiefgreifenden Anwendungen außerhalb des Bereichs der numerischen Speichertechnik selbst: Neben ihrer Anwendung in vielen anderen Bereichen der Industrie werden 3D-Geomodelle in verschiedenen wissenschaftlichen Untersuchungen und in der Arbeit von geologische Untersuchungen.