Nieuwe inzichten in gasmigratie vanuit de diepe ondergrond

Lekkend methaan uit de diepe ondergrond vormt een mogelijke bedreiging voor de grondwaterkwaliteit. Daarnaast draagt het gas wanneer dit het aardoppervlak bereikt bij aan broeikasgasemissies en kan het explosiegevaar veroorzaken. “Via zulke lekpaden zouden ook andere vloeistoffen uit de diepe ondergrond naar boven kunnen komen,” zegt KWR-onderzoeker Gilian Schout. Op 10 juli verdedigde hij zijn proefschrift aan de Universiteit Utrecht. “Het is dus belangrijk om dergelijke verbindingen in kaart te brengen.”

Gilian Schout (midden) na de uitreiking van zijn bul, met co-promotor Niels Hartog, rechts achter

Het optreden van methaanlekkage in Nederland onderzocht Schout bij verlaten olie- en gasputten en op de plek waar in 1965 bij Sleen (Drenthe) een blow-out bij een gasboring optrad. Het onderzoek draagt bij aan verbeterd inzicht in het gedrag en de migratie van methaan in de ondergrond, waardoor de risico’s bij lekkage beter tegemoet kunnen worden getreden.

Gaslekkage in Nederland

Bij zijn onderzoek maakte Schout gebruik van verschillende monitoringstechnieken. Zo analyseerde hij de aanwezigheid van opgeloste gassen en hun isotopen in grondwatermonsters, en paste hij zogenoemde bodemfluxmetingen toe. Dat zijn metingen van de hoeveelheid gas die via de bodem aan het maaiveld ontsnapt. Tijdens het onderzoek werd aanhoudende methaanlekkage aangetroffen op twee locaties in Nederland: bij een reeds verlaten put in Monster en bij de eerder genoemde blow-out in Sleen. “Deze vondsten tonen voor het eerst aan dat ook in Nederland rekening moet worden gehouden met dergelijke lekkages,” zegt Schout. “Door methaan als indicator te gebruiken, kunnen we bij afgesloten boorputten van olie- en gaswinningen nagaan of zich lekpaden hebben gevormd en of er risico bestaat voor de grondwaterkwaliteit.”

Monitoring

Vervolgonderzoek bij de twee genoemde locaties toonde aan dat lekkend methaan in de bodem onderhevig is aan meerdere processen. Zo kan het in de bodem worden vastgehouden en afgebroken. Dit vormt een ernstige belemmering voor het detecteren van een lek. “Zo kwam het voor dat we met de fluxmetingen geen methaan uit het onderliggende aardgasreservoir konden opsporen, terwijl het grondwater er vlak onder bijna verzadigd was met methaan,” licht Schout toe. “Dat was opvallend. Aanvullende modelstudies lieten zien dat lekkend methaan voor een belangrijk deel kan oplossen in horizontaal stromend grondwater. Daarmee kan de opwaartse flux verdwijnen, net zo goed als wanneer het methaan afbreekt. Uit de simulaties blijkt dat het gas door zulke processen soms niet, of pas na tientallen jaren, via het maaiveld vrijkomt. Negatieve gevolgen van het lek op de grondwaterkwaliteit kunnen daardoor lang onopgemerkt blijven.”

Onderdeel van het veldonderzoek: methaanconcentraties in spiraalvorm boven een ondergronds afgesloten, verlaten gasput

Maatschappelijke impact

Niels Hartog, KWR-onderzoeker en co-promotor van het onderzoek, benadrukt het maatschappelijk belang van het werk van collega Schout. “Vergeleken met eerder onderzoek is hij letterlijk de diepte in gedoken. De diepe ondergrond – dat wil zeggen, op meer dan 1.000 meter diepte – is geen bekend terrein voor de watersector, maar het wordt wel steeds meer als zeer relevant gezien in relatie tot mogelijke effecten op het grondwater. De ophef die de mogelijke schaliegaswinning in ons land teweegbracht, heeft als katalysator van die aandacht gewerkt. Ook richting de olie- en gaswinning die in ons land al vele decennia lang in de diepe ondergrond plaatsvindt.”

De aandacht voor de diepe ondergrond bestaat ook vanwege de winning van aardwarmte ofwel geothermie, legt Hartog uit. Een duurzame energiebron waar volgens de onderzoeker veel toekomst in zit. “De diepe ondergrond kan, naast bijvoorbeeld een mogelijk toekomstige opslag van groene waterstof, een belangrijke rol spelen bij het realiseren van een duurzame energietransitie. Dat we hierbij rekening moeten houden met eventuele lekpaden die bij putten kunnen ontstaan, zelfs als ze verlaten zijn, heeft het promotieonderzoek duidelijk gemaakt. Dit vraagt om gedegen risicoafwegingen én monitoring. Want ook duurzaam staat niet per definitie gelijk aan veilig. Kennis over effecten van activiteiten in de diepe ondergrond tot aan het maaiveld, stelt ons beter in staat om weloverwogen beslissingen te maken met het oog op de energietransitie, met voldoende maatschappelijk draagvlak.”

Publicaties

• G Schout, N Hartog, SM Hassanizadeh, R Helmig, and J Griffioen, (2020) Impact of groundwater flow on methane gas migration and retention in unconsolidated aquifers Journal of Contaminant Hydrology. 230: p. 103619.
• N Hartog, FEJ Verhoeven, DG Cirkel, T Behrends, and JP Trabucho Alexandre. (2019) Prospective Shale Formations in The Netherlands: A Geochemical Assessment of their Potential Impact on Water Quality. in Groundwater Quality. Liege, BE.
• G Schout, J Griffioen, SM Hassanizadeh, G Cardon de Lichtbuer, and N Hartog, (2019) Occurrence and fate of methane leakage from cut and buried abandoned gas wells in the Netherlands Science of The Total Environment. 659: p. 773-782.
• G Schout, N Hartog, SM Hassanizadeh, and J Griffioen, (2018) The impact of an historic underground gas well blowout on the current methane chemistry in a shallow groundwater system PNAS. 115 (2): p. 296–301.
• G Cirkel and N Hartog, (2017) Grondwatermonitoring bij Geothermieputten, BTO 2017.075, KWR Watercycle Research Institute.
• N Hartog, (2015) Geochemical Assessment of Injectivity Problems in Geothermal Wells – A Case Study for several Greenhouse Geothermal Systems in The Netherlands, KWR 2015.012, KWR Watercycle Research Institute. p. 27.
• J van Lopik, N Hartog, WJ Zaadnoordijk, DG Cirkel, and A Raoof, (2015) Salinization in a stratified aquifer induced by heat transfer from well casings Advances in Water Resources. 86 (Part A): p. 32–45.
• G Cirkel, N Hartog, B de La Loma Gonzales, and PJ Stuyfzand, (2015)  Methaan in ondiep Nederlands grondwater: verbinding met de diepe ondergrond? H2O-Online. 17 September 2015.