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Stimulation gering produktiver geothermischer Bohrungen

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SURE testet ein Forschungsteam den Einsatz des radialen Wasserstrahlbohrens als Mittel zur Verbesserung von Leistung und Wirtschaftlichkeit geothermischer Bohrungen.

Energie

Die Geothermie hat ein unglaubliches Potenzial zu bieten. Bei ihr handelt es sich nicht nur eine erneuerbare, sondern auch noch um eine saubere und umweltfreundliche Energie, da sie keine schädlichen Treibhausgase erzeugt. So birgt die Geothermie das Potenzial, eine Schlüsselkomponente der europäischen Strategie für erneuerbare Energien zu werden, denn sie könnte eine zuverlässige, die Grundlast absichernde Energiequelle für Europa sein. Bevor dies jedoch geschehen kann, muss der Prozess der Erzeugung verbessert werden, damit er wirtschaftlich tragfähig ist. Genau hier setzt nun das Projekt SURE an. „Die von uns entwickelte Technologie wird die Produktivität bereits vorhandener Bohrungen verbessern, indem sie eine wirtschaftlich sinnvolle Methode zur Steuerung der verbesserten Fließwege rund um ein geothermisches Bohrloch anbietet“, sagt Thomas Reinsch, Forscher des Deutschen GeoForschungsZentrums und Projektkoordinator von SURE.

Der große Vorteil des Bohrens mit radialen Wasserstrahlen

Kern des Projekts ist das radiale Wasserstrahlbohren (Radial Water Jet Drilling). Beim radialen Wasserstrahlbohren wird die Kraft eines fokussierten Fluidstrahls ausgenutzt, der durch eine direkt in ein existierendes geothermisches Bohrloch eingeführte Spule auf ein Speichergestein einwirkt. Dadurch entstehen mehrere Bohrungen mit kleinem Durchmesser, die fast 100 Meter von der vorhandenen Bohrung bis zum Speicher verlaufen, so dass die ursprünglich nicht damit in Verbindung stehende durchlässige Zone in die Hauptbohrung abfließen kann. „Da zum radialen Wasserstrahlbohren nicht die Menge an Fluid gebraucht wird, die beim konventionellen hydraulischen Frakturieren zum Einsatz kommt, reduziert es die von Stimulationsverfahren zu verantwortenden Auswirkungen auf die Umwelt“, erklärt Reinsch. „Außerdem bietet das radiale Wasserstrahlbohren, wenn es dem Zugang zu den und der Verbindung der hochdurchlässigen Zonen eines geothermischen Reservoirs mit dem Hauptbohrloch dient, ein höheres Maß an Steuerbarkeit und damit eine Leistungssteigerung im Vergleich zu den konventionellen Stimulationsverfahren.“

Den Stand der Technik voranbringen

Innerhalb des Projekts SURE möchte das Forschungsteam die Vor- und Nachteile der Wasserstrahlbohrtechnik im Vergleich zu den anderen, etablierteren Stimulationsverfahren ermitteln. „Wir haben uns darauf konzentriert, den Bohrprozess zu verstehen, ihn zu optimieren und die Leistungsfähigkeit sowie die Vorhersagbarkeit der Technologie zu verbessern“, erläutert Reinsch. Dazu führte das Projektteam eine Serie von Versuchen durch, darunter die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften verschiedener potenzieller geothermischer Lagerstättengesteine und ihrer Reaktion auf verschiedene Verfahren des radialen Wasserstrahlbohrens. „Ziel dieser Experimente war es, ein vollständiges Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Wasserstrahl, Werkzeugen und Gesteinen für eine große Vielfalt von sedimentären und kristallinen Gesteinen zu erlangen“, kommentiert Reinsch. Anhand dieser Versuche schuf die Forschungsgruppe mehrere Werkzeuge, darunter auch zum Patent angemeldete Komponenten, die zur Verbesserung der Wasserstrahltechnik eingesetzt werden können. Sie entwickelte überdies numerische Modelle, die zum Beispiel bei der Bestimmung des Gesteinszerstörungsprozesses und bei der Abschätzung der Verbesserung der Leistung eines Bohrlochs nach der Stimulation durch radiales Wasserstrahlbohren zum Einsatz kommen können. „Das Projekt SURE hat unser Wissen über die Technologie des radialen Wasserstrahlbohrens über den Stand der Technik hinaus und über verschiedene räumliche und zeitliche Größenordnungen hinweg maßgeblich erweitert“, schließt Reinsch. „Mit der Produktivitätssteigerung gering produktiver geothermischer Bohrungen werden wir die Versorgung mit geothermischer Energie wirtschaftlich sinnvoll und umweltverträglich gestalten können.“

Schlüsselbegriffe

SURE, geothermales Bohrloch, geothermische Bohrung, geothermische Energie, radiales Wasserstrahlbohren, Radial Water Jet Drilling, RJD, erneuerbare Energie, Bohrung, Bohrloch, Produktivität

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