Fachgespräch Erdwärmenutzung in Hessen Idstein Vertikalität von Erdwärmesonden - erste Erfahrungen (seit 2009) Bohrlochverlaufsmessungen

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1 Fachgespräch Erdwärmenutzung in Hessen Idstein Vertikalität von Erdwärmesonden - erste Erfahrungen (seit 2009) Bohrlochverlaufsmessungen

2 Bohrlochverlauf Kontinuierliche oder diskrete Bestimmung der Raumkurve der Bohrlochachse: Neigungswinkel β (Inklination), Richtungswinkel α (Azimut gegen magn. N), Darstellung in Horizontal- bzw. Vertikalschnitten. Ziele Bestimmung der Zielpunktkoordinaten bei Endtiefe, Vergleich von projektiertem und tatsächlichem Bohrlochverlauf, Berechnung der wahren Tiefen (Vertikaltiefen) Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 2

3 Neigungswinkel β Messapparaturen Triaxiale Anordnung von elektronischen Beschleunigungsmessern, Accelerometer, (Verringerung der wirkenden Erdschwerebeschl. g auf eine Probemasse bei Auslenkung aus der Vertikalen). Genauigkeit 0,1 0,2 Richtungswinkel α Triaxiale Fluxgate-Magnetometer-Anordnung; Genauigkeit: +/-5, Kreiselsysteme (Einsatz in Eisenverrohrungen); Genauigkeit: +/- 0, Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 3

4 Die vorhandenen Sonden werden mit normalen Bohrlochmesssystemen eingesetzt. Einsatzdruck mindestens 50 bar, maximale Einsatztemperatur min. 70, maximale Kabellänge ca m Stand allone Systeme sind möglich aber nur sinnvoll mit gleichzeitiger Teufenmessung Achtung : Es ist einfach in einer gewundenen oder stark abgelenkten EWS mit 25 mm Innendurchmesser die Verlaufssonde nach Unten zu bringen, aber oft aufwendig, sie wieder zu bergen!!!!!!! Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 4

5 System Messgröße Genauigkeit Einschränkungen Verfügbarkeit Fluxgate Magnetfeld +/- 5 Störung durch magnetische Körper, Rohre, Schwankung im lokalen Magnetfeld Hall Effekt Magnetfeld +/- 5 Störung durch magnetische Einflüsse, starke Temperaturabhängigkeit Pendel Neigung +/- 0,5 bis +/- 2 Beschleunigungs- Sensoren MEMS Gyro Neigung / Richtung Laser Gyro Neigung / Richtung Eingeschränkter Messbereich, Genauigkeit abhängig vom Messbereich Sonden mit 18 mm Durchmesser sind verfügbar, Wird im Allgemeinen nicht in Bohrlochsonden verwendet Wird im Allgemeinen nicht mehr in Bohrlochsonden verwendet. Ersetzt durch Beschleunigungssensoren Neigung +/- 0,1 Schock empfindlich Sonden mit 18 mm Durchmesser sind verfügbar, Sensoren im allgemeinen nicht temperaturkompensiert 0,15 0,5 0,5% 0,1 0,5 Inertialsystem, benötigt Startrichtung und Neigung, Empfindlich gegen zu viele Drehungen, Offset/Drift/Bias Inertialsystem, benötigt Startrichtung und Neigung, Empfindlich gegen zu viele Drehungen, Offset/Drift/bias Sensoren verfügbar, derzeit kleinstes Komplettsystem (Sonde 22mm X 226mm) Sensoren verfügbar Neigung / 0,2 s. Fluxgate und Beschleunigung Richtung Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen 3-5 Folie Nr. 5 Kombisysteme Fluxgate, Beschl. Sonden mit 18 mm Durchmesser sind verfügbar,

6 Berechnung des Bohrlochverlaufs aus Dip und Azimut Daten Tangential Methode x k+1 = x k + dz sin β k cos α k y k+1 = y k + dz sin β k sin α k z k+1 = z k + dz cos β k x 0 = y 0 = z 0 = 0 α 0 = 0, β 0 = 0 dz = s cosβ k α 0,β 0 = Startrichtung, Neigung der Bohrung (vertikal 0) Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 6

7 Übereinstimmung/Vergleich konventionelle Sonden Mini Sonden 5.0m B3 Mini Sonden 5.0m B3 ABI 5.0m B3 Mini Sonden down 5.0m Merge Mini Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 7

8 Beispiel Samplerate und Berechnung Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 8

9 Verlauf aller 4 Röhren einer Doppel U Sonde 3-D Ansicht Crailsheim EWS 2, Aus: Entwicklung neuer Messmethoden zur Qualitätskontrolle der Hinterfüllung von Erdwärmesonden Diplomarbeit Daniel Fischer, Uni Freiburg,, Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 9

10 Beispiele Vertikale Bohrung Freiwillig schräge Bohrung Unfreiwillig abgelenkte Bohrung Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 10

11 Beispiel: Bohrlochverlauf der eingebauten EWS - wirklich vertikale Bohrung Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 11

12 Beispiel: Bohrlochverlauf der eingebauten EWS beabsichtigte Schrägbohrung Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 12

13 Beispiel: Bohrlochverlauf der eingebauten EWS unbeabsichtigte Schrägbohrung Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 13

14 Unterschied Hin- Rückmessung Closure view Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 14

15 Beispiel: Richtungsumkehr Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 15

16 Sonden Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 16

17 Kosten Bohrlochverlaufsmessungen werden mit Messgeschwindigkeiten von 5m bis 10m pro Minute durchgeführt. Meist wird ab- und aufwärts gemessen (keine Fahrt zur Teufe). Reine Messzeit für eine EWS mit ca. 100 m Tiefe: ca. 30 Min. In einem Sondenfeld können bei einer Mobilisation einige EWS pro Einsatztag vermessen werden. Rechnet man An- und Abfahrt hinzu kann man EWS bei einem Einsatz vermessen. Kosten pro Messtag : fragen sie den Logger Ihres Vertrauens Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 17

18 Beispiel Geostar (5 Folien, Auszüge aus 2 Vorträgen von Dip. Geophys. G. Bussmann u.a.) Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 18

19 Geometrische Anordnung des GeoStar-Sondenfelds Ausgehend von einem gemeinsamen Ansatzpunkt (Ellipsoid 6x10 m) werden die Bohrungen sternförmig mit einem Winkel von abgeteuft Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 19

20 Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 20

21 Generelles Abdriften der Bohrungen nach NW (senkrecht zur Hauptstreichrichtung der oberkarbonischen Schichtenfolge) Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 21

22 Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 22

23 Beispiel: Sondenfeld Alle Bohrungen weichen Geologie bedingt ab Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 23

24 Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 24

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Achim Rübel Bohrlochverlaufsmessungen Folie Nr. 25