Elektronenmicroscopie-afbeelding van de gasdragende zandsteen uit het Groninger gasveld. Het gas zit opgeslagen in de poriën – de donkere delen. Elke zandkorrel is bedekt met een kleirand die bijdraagt aan de sterkte van de zandsteen. Foto: Bart Verberne
Bodemdaling en aardbevingen
Gaswinning kan leiden tot bodemdaling en aardbevingen, zoals we zien gebeuren in het gasveld onder Groningen. Onttrekking van gas zorgt voor een lagere gasdruk in de poriën van de op drie kilometer diep gelegen, gasdragende zandsteenlaag. Door deze drukverlaging in de zandsteen en het gewicht van het gesteentepakket daarbovenop wordt de zandsteen een beetje samengedrukt, wat leidt tot bodemdaling aan de oppervlakte.
Maar het blijft niet bij alleen bodemdaling. De drukverandering en de daarmee gepaarde samendrukking van de steenlaag kan leiden tot verschuivingen van enkele centimeters langs oude aardbreuken, met mogelijk aardbevingen als gevolg. Daarom is het belangrijk om te weten hoe de zandsteen zich gedraagt tijdens gaswinning.
Permanente samendrukking
Vaak wordt aangenomen dat de samendrukking van de zandsteen volledig omkeerbaar, of elastisch is, maar het kan ook permanent zijn. Bij omkeerbare samendrukking wordt energie opgeslagen in het gesteente, die gedeeltelijk vrij komt tijdens een aardbeving. Bij permanente samendrukking is dit niet het geval. Dit vermindert dus de potentie voor aardbevingen. Aan de andere kant kan permanente samendrukking in sommige gevallen betekenen dat het proces tijdelijk doorgaat. Zelfs wanneer de Groningse gaskraan in 2022 wordt dichtgedraaid.
Simulaties
Om hier meer inzicht in te krijgen voerde Pijnenburg laboratoriumexperimenten uit op zandstenen uit het Groningen gasveld. In het hoge druk- en temperatuurlab van de Universiteit Utrecht simuleerde hij gasdrukverlaging in Groningse zandsteenmonsters. Hij concludeert dat dertig tot vijftig procent van de samendrukking permanent is. Wat dus ook betekent dat er dertig tot vijftig procent minder energie beschikbaar is voor aardbevingen dan voorheen werd aangenomen.
Dunne kleirandjes
Microscoopanalyses tonen dat deze permanente samendrukking grotendeels veroorzaakt wordt door het samendrukken van micrometer-dunne kleirandjes tussen de zandkorrels. Deze specifieke permanente samendrukking verloopt snel, wat betekent dat doorgaande samendrukking van de gasdragende zandsteen na het stoppen van gaswinning vermoedelijk erg beperkt zal zijn. Waar kleirandjes niet aanwezig zijn, zal samendrukking vermoedelijk minder permanent zijn.