Extending the KIT temporary seismological network of the Rittershoffen geothermal field

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1 Extending the KIT temporary seismological network of the Rittershoffen geothermal field Summary In Rittershoffen, Alsace, France, an enhanced geothermal system (EGS) is being developed by the ECOGI Company. This field is located in the Upper Rhine Graben, a high potential zone for geothermal developments in Europe. Once operating, the Rittershoffen power plant should deliver 25 MW thermal power to a bio-refinery plant located 15 km away. To reach these objectives, a geothermal doublet will be developed at km depth. The first well was drilled between Sep. and Dec. 12, and a hydraulic stimulation operation was carried out in Jun. 13 to enhance the connectivity between the GRT1 well and the geothermal reservoir. This operation generated seismicity which was continuously recorded by a surface network composed of 17 seismic stations among which 5 KIT temporary stations. Since this operation, 11 more KIT temporary stations have been added. This project intends to further extend the existing temporary KIT seismological network installed on the Rittershoffen geothermal field. The existing network composed of 16 three-component stations would be increased up to 31 three-component stations (Figure 1) to provide more homogeneous network coverage over 5 km radius around the well pad. With such a network, planned to be installed in March 2014, the monitoring of the drilling of the second geothermal well, as well as the future stimulation and circulation tests will be possible. It will offer a better coverage and a better sensitivity than during the 1st well stimulation. The continuous data recorded by this network will be available within the LABEX framework. In particular, it is currently considered to use these data in scientific projects related to the geothermal reservoir tomography and to the analysis of the induced seismicity. Indeed, the new dataset would be used in the Ph.D. work of M. Lehujeur (EOST) who is performing an ambient noise tomography of the Rittershoffen underground. Besides, the KIT intends to develop and apply another type of reservoir tomography which would be based on the noise induced by the drill-bit, during the drilling of the 2nd well, and the corresponding data recorded by the dense array. Finally, source-scanning type approaches would be applied on the recorded dataset to get better detection sensitivity and more consistent time and space characteristics of the seismicity induced during the stimulation of the 2nd well. All these techniques rely on dense seismological networks. The expected support of the LABEX would cover the costs of the equipment needed to set-up 8 of the 15 seismological stations (except the 3C-geophone, the digitizer and the GPS) in an autonomous mode. The KIT will contribute to the remaining 7 stations. The design of the seismic stations has been applied on the existing temporary network and is validated (Figure 2). In addition, contribution to the back-up and storage of the recorded data is requested. The total LABEX funding would be incl. VAT. 1/5

2 Extension du réseau sismologique temporaire du KIT sur le site géothermique de Rittershoffen Résumé Un site géothermique profond est en cours de développement, par la société ECOGI, à Rittershoffen (Alsace, France). Ce site, localisé dans la vallée Rhénane, offre un fort potentiel géothermique. Une fois opérationnelle, la centrale géothermique de Rittershoffen devrait délivrer 25 MW thermique à une bio-raffinerie localisée à 15 km du site de forage. Afin d atteindre ces objectifs, un doublet géothermique atteignant 2,5 à 3 km de profondeur va être développé. Le premier puits a été foré entre septembre et décembre Une stimulation hydraulique a été faite en juin 2013 afin d améliorer la connectivité entre le puits GRT1 et le réservoir géothermique. Cette opération a généré de la sismicité qui a été enregistrée de façon continue par un réseau sismologique composé de 17 stations parmi lesquelles 5 stations temporaires du «KIT». Depuis cette opération, 11 stations temporaires KIT ont été ajoutées. Ce projet vise à densifier le réseau temporaire du KIT installé sur le site géothermique de Rittershoffen. Ainsi, le réseau existant, composé de 16 stations, évoluerait vers un réseau de 31 stations, afin d avoir une couverture régulière sur un rayon de 5 km autour de la zone de forage. Avec un tel réseau dense mis en place en mars 2014, la surveillance du forage du second puits géothermique et de sa stimulation sera possible et offrira une couverture et une sensibilité bien supérieure à celle qui existait lors de la stimulation du premier puits. Les données associées à ce réseau temporaire étendu seront disponibles dans le cadre du LABEX. En particulier, il est déjà envisagé de les utiliser dans des projets scientifiques concernant la tomographie de réservoir par le bruit de fond sismique et par le bruit généré par la tête de forage, et l analyse de la micro-sismicité induite par inversion temporelle. L ensemble de ces techniques nécessitent des réseaux denses pour être applicables. Le soutien financier demandé au LABEX concerne essentiellement l équipement nécessaire au fonctionnement en mode autonome de 8 des 15 stations supplémentaires, hors stations sismologiques et numériseurs. Partenaires EOST : o Hervé Wodling, Marc Grunberg o Jérôme Vergne, Maximilien Lehujeur ESG : o Vincent Maurer KIT : o Emmanuel Gaucher (emmanuel.gaucher@kit.edu) La participation des partenaires cités est nécessaire pour effectuer correctement l extension du réseau temporaire. L EOST, ESG et le KIT sont déjà en charge du réseau temporaire existant. 2/5

3 Objectif L objectif de ce projet concerne donc l acquisition de données sismologiques par un réseau temporaire dense installé sur le site géothermique de Rittershoffen. Ainsi, le projet souhaite compléter le réseau temporaire existant du KIT et actuellement composé de 16 capteurs, par 15 nouvelles stations sismologiques indépendantes (cf. Figure 1). Un grand nombre de capteurs (en tout 31 capteurs 3-composantes répartis de façon homogène dans un rayon de 5 km autour de la plateforme de forage), permettra le développement et l application de techniques de traitement sismologique basées sur des données acquises de façon continue par un réseau dense. Ainsi, M. Lehujeur, dans le cadre de son travail de thèse, pourra intégrer ces données pour la tomographie du réservoir géothermique basée sur le bruit de fond sismique. Le KIT quant à lui, souhaite effectuer une tomographie du réservoir en utilisant le bruit généré par la tête de forage lors du forage du second puits géothermique de Rittershoffen (prévu en mars 2014) et des données associées acquises par le réseau temporaire dense. De plus, le KIT souhaite implémenter une méthode d inversion temporelle afin d améliorer la capacité à détecter les faibles événements sismiques, et afin de détecter, de localiser et de déterminer de manière automatique le tenseur de moment sismique de la sismicité induite sur le site de Rittershoffen, en particulier pendant la stimulation du second puits. En outre, d autres analyses pourront être effectuées sur ces précieuses données acquises lors d opérations clés de développement du site géothermique de Rittershoffen. Plan de travail Le KIT fourni, grâce à un emprunt auprès du parc instrumental du GIPP-GFZ, les 15 sismomètres 3- composantes (L-4C-3D, 1 Hz), les numériseurs associés (Earth Data Logger) ainsi que l antenne GPS. Cet emprunt est assuré jusque fin juin 2014, ce qui permettra d enregistrer au moins le forage du second puits. Une demande de prolongation va être soumise afin de garantir le fonctionnement du réseau pendant la période de stimulation du second puits. L implantation envisagée des 15 stations supplémentaires est montrée sur la Figure 1 (triangles verts) et complètera principalement le cercle à 5 km centré sur la plateforme de forage du site. Les 16 stations actuellement actives du réseau temporaire du KIT sont repérées par les triangles blancs et jaunes. Un tel réseau offrira une densité homogène de stations autour de la plateforme avec un échantillonnage régulier en azimut sur environ trois angles d inclinaison. Il constituera ainsi une antenne centrée sur les forages. L installation des 15 stations supplémentaires nécessite l achat de l équipement permettant le fonctionnement effectif en mode autonome des stations sur le terrain, en période hivernale et estivale. Cet équipement est constitué des principaux éléments suivants : boite étanche, batterie, panneau solaire et régulateur, armature pour panneau solaire (cf. Figure 2). Cette conception, déjà mise en place pour les stations actives, a été validée à la fois du point de vu «vieillissement» et du point de vue dimensionnement relatif à la consommation énergétique des stations en mode autonome. Par ailleurs, afin de garantir la pérennité et la mutualisation des données enregistrées par ces 15 stations supplémentaires, il est nécessaire de prévoir un moyen de stockage adapté correspondant à environ 6 To pour les 15 stations pour 1 an. 3/5

4 LAMP-1C KEFF-1C FOR E3302 OBER GUNS-1C SURB OPS E3313 E3317 KUHL-1C STUN E3300 SCHW-1C E3308 E3315 GRT-1 E3301 RITT E3314 E3306 BETS E3311 E3305 E3304 E3310 E3307 E3316 E km IGN km Figure 1: Plan du réseau temporaire du KIT. Les triangles blancs représentent les stations présentes durant la stimulation du premier puits, les triangles jaunes celles installées depuis et les triangles verts les positions envisagées des 15 stations supplémentaires. Map of the temporary KIT seismic network. The white triangles show the position of the stations recording during the stimulation of the 1 st well, the yellow triangles the position of those installed since then and the green triangles the expected positions of the 15 additional stations. Figure 2: Photos de stations sismologiques du réseau «KIT» temporaire existant. Pictures of seismological stations of the existing temporary KIT network. 4/5

5 Moyens demandés au LABEX Le KIT prend à sa charge le financement de l équipement nécessaire à l installation de 7 des 15 stations temporaires supplémentaires. La participation demandée au LABEX correspond aux 8 stations restantes ainsi qu aux frais de stockage des données et s élève à 6185,28 HT, soit 7397,60 TTC. Le tableau ci-dessous détaille les coûts. Description Unité Coût unitaire Quantité Prix HT Prix TTC Kit panneau solaire, régulateur, batterie Station 500, , ,00 Équipement supplémentaire (boite étanche, câblage, support ) Station 200, , ,60 Stockage des données Forfait 585, ,30 700,00 Total 6185, ,60 Le temps passé à la fabrication des stations autonomes ainsi que celui nécessaire à l installation, à la maintenance des stations et au stockage des données n est pas pris en compte dans cette demande. 5/5