Licht ins Dunkel Ein Blick in die Tiefe -

Transkript

1 GESO DIN EN ISO 9001:2000/SCC** Zertifikate Nr Zertifikate Nr Ein Blick in die Tiefe - faseroptische Temperaturmessung zur Überwachung mitteltiefer und tiefer Geothermieanlagen Anne Schwartz

2 2/18 Struktur 1 Faseroptische Temperaturmessung Einführung Messprinzip Technische Parameter 2 Anwendungen der faseroptischen Temperaturmesstechnik Anwendungsgebiete Einbau in eine Bohrung Langlebige Installationen 3 Vorstellung zweier Geothermie-Projekte 4 Schlussfolgerungen

3 3/18 Zum Sehen braucht man Licht Temperaturmessung mit Licht Die Glasfaser ist der Temperatursensor Es gibt keine elektrischen Bauteile entlang der Messstrecke Licht wird an SiO 2 -Molekülen gestreut kontinuierliche, ortsverteilte Temperaturmessung (gleichzeitig über die gesamte Faserlänge) hohe Auflösung in Raum, Zeit, Temperatur der Messprozess hat keinen Einfluss auf das Temperaturfeld derselbe systematische Fehler über die gesamte Sensorlänge

4 4/18 Messprinzip: Rückstreuung in Glasfasern Messobjekt Messgerät T Eingekoppeltes Licht Rückgestreutes Licht Anti-Stokes Raman Rückstreuspektrum Brillouin Intensität Rayleigh Brillouin Stokes Raman Wellenlänge Temperatursensorkabel mit Lichtwellenleitern 0 Laufzeit m ~1 m ~2 m ~3 m ~4 m ~5 m Zeit [ns] Gitterschwingungen Laserimpuls Kabellänge Auswerte- PC Temperatur T Ortskoordinate x

5 5/18 Technische Parameter Stand: 01/2014 Kabellänge:* 5 km 10 km 35 km kleinste Ortsauflösung:* 12.5 cm 25 cm 100 cm Temperaturauflösung:* 0.05 K Temperaturgenauigkeit: ±0.3 K Temperaturmessbereich: minimale Messzeit: 10 sec * von einander abhängig

6 6/18 Anwendungen Einsatz bei starken elektromagnetischen Feldern Einsatz unter Explosionsschutzanforderungen Einbau an später nicht mehr zugänglichen Stellen Dauermessstellen Einsatz zur Überwachung des Abbindevorgangs der Zementation: Bezug zu Kaliber, Zementvolumen, Formationsparameter (Geologie, Hydrogeologie, etc.) Bestimmung des Zementkopfes Einsatz zur Überwachung unterirdischer Gasspeicher Einsatz zur Überwachung geothermischer Anlagen: Überwachung und Steuerung der Nutzung einer Geothermieanlage Erfassung hydrothermaler Fließwege in der Bohrung

7 6/18 Anwendungen Einsatz bei starken elektromagnetischen Feldern Einsatz unter Explosionsschutzanforderungen Einbau an später nicht mehr zugänglichen Stellen Dauermessstellen Einsatz zur Überwachung des Abbindevorgangs der Zementation: Bezug zu Kaliber, Zementvolumen, Formationsparameter (Geologie, Hydrogeologie, etc.) Bestimmung des Zementkopfes Einsatz zur Überwachung unterirdischer Gasspeicher Einsatz zur Überwachung geothermischer Anlagen: Überwachung und Steuerung der Nutzung einer Geothermieanlage Erfassung hydrothermaler Fließwege in der Bohrung

8 7/18 Einbau in eine Bohrung 1. Temporär installiertes Temperaturmesskabel zeitweiliger Einbau des Kabels direkt in das Tubing bzw. in die Erdwärmesonde Stichtagsmessungen oder Messungen über wenige Tage zur Überprüfung der Dichtheit des Systems technische Parameter des Kabels: Durchmesser: 7/32 (5,69 mm) max. Zuglast: 23 kn hohe Konzentrizität und Stabilität des Kabeldurchmessers über die gesamte Länge unempfindlich gegenüber Schmutz und Gleitmittel Nutzung eines CCL-Tools zur genauen Ortsbestimmung möglich 2. Permanent installiertes Temperaturmesskabel

9 7/18 Einbau in eine Bohrung 1. Temporär installiertes Temperaturmesskabel 2. Permanent installiertes Temperaturmesskabel Temperaturmesskabel in den Ringraum einzementiert oder am Tubing bzw. innersten Rohr einer Erdwärmesonde befestigt Stichtagsmessungen oder Dauermonitoring möglich schlafender Sensor Auswahl der eingesetzten Sensorkabel anhand der örtlichen Gegebenheiten nahezu beliebige Anordnungsvarianten ermöglichen die Überwachung praktisch jeder Anlage

10 8/18 Beispiele langlebiger Installationen A Langzeitmessung in einem gefluteten Bergwerk 1997 Installation des faseroptischen Temperaturmesskabels in vertikale und horizontale Grubenbauen zur Überwachung von Flutungswassertemperaturen zunächst monatliche Messungen, später alle 2 Monate, dann vierteljährlich und aktuell halbjährlich 2 Schächte sind mit dem Temperaturmesssystem ausgestattet ein Schacht steht ca. 500 m unter Wasser

11 9/18 Beispiele langlebiger Installationen B Langzeitmessung in einer Erdgas-Speicherbohrung im Rahmen eines Workovers wurde 1993 weltweit erstmalig ein faseroptisches Temperaturmesskabel in einer Erdgas-Speicherbohrung im Ringraum einzementiert (Dauermessstelle) Anbringung des Kabels an den Steigrohren mithilfe von Protektoren, unteres Ende: u-förmige Schlaufe die letzten Messungen 2012 haben gezeigt, dass das System noch voll funktionsfähig ist

12 10/18 Geothermie-Projekt 1 Ziel: temporärer Einbau des Temperatursensorkabels in eine tiefe Geothermiebohrung bei München Kabel bis auf 2248 m MD eingebaut Bohrung im unteren Teil auf 33 abgelenkt 1. Nachweis der Temperaturentwicklung im Anschluss an einen Pumptest 2. Nachweis möglicher Zuflusszonen

13 11/18 Geothermie-Projekt 1 23 h Temperaturmessung (Ortsauflösung: 1 m; Dauer Einzelmessung: 7:16 min) nach Pumptest stellt sich Gleichgewicht wieder ein oberhalb des 7"Linerkopfes nimmt die Temperatur über die Zeit deutlich ab wesentliche Elemente der Bohrlochkomplettierung erkennbar bis ca. 300 m Einfluss der Hydrogeologie lokale Temperaturminima im unteren Bereich können auf Zuflüsse kühleren Wassers hindeuten

14 12/18 Geothermie-Projekt 2 Erdwärmebohrung in Aachen geplant war gleichzeitiger Bau des Gebäudes und der Geothermiebohrung (Koaxialsonde) tatsächlich wurde zunächst eine vollständig verrohrte Bohrung auf gut 2500 m abgeteuft, die erst später zu einer Geothermiebohrung komplettiert wurde zunächst Einbau des faseroptischen Temperaturmesskabels in den Ringraum zwischen Casingrohrtour und Gebirge und Messung während der Zementation des selbigen während der nachträglichen Komplettierung wurden weitere Kabel in den Ringraum zwischen Steigrohr und Casing sowie in die Casingrohrtour als schlafende Sensoren eingebaut

15 13/18 Geothermie-Projekt 2 aus technischen Gründen sind die Kabel während des Einbaus kaputt gegangen im Ringraum Rohrtour überstanden knapp 600 m den Einbau Nutzung für Zementationsmessung außerdem temporäre Messungen im Inneren der verrohrten Bohrung: bis 2544 m Aufnahme des aktuellen Temperaturprofils

16 14/18 Geothermie-Projekt 2 Einbau des Sensorkabels:

17 15/18 Geothermie-Projekt 2 Ergebnis der Zementationsmessung Teufe (m ) Einbau des Zementiergestänges Zirkulation Zementation Abzirkulieren des Zementes Zeit in Minuten ab , 11:00 Uhr Ausbau des Zementiergestänges 18 5/8" Casing bis 242,02 m C

18 16/18 Bohrloch-Temperaturmessungen Die Firma GESO GmbH Jena hat bereits vielfältige Erfahrungen im Bereich Bohrloch-Temperaturmessung: 4 Tiefe Geothermie-Bohrungen 76 Erdgasspeicher- und -förderbohrungen 15 Erdölförderbohrungen 2 Lagerstättenwasser-Versenkbohrungen 6 Kavernen (weitere sind in Planung)

19 17/18 Schlussfolgerungen die verteilte faseroptische Temperaturmessung ermöglicht die ortsverteilte Überwachung einer Sonde über die Zeit die Güte der Zementation lässt sich anhand der Temperaturverteilung während des Abbindeprozesses bestimmen die Möglichkeit des festen Einbaus in eine Sondenanlage vereinfacht wiederholende Messungen unter gleichen Bedingungen die Langlebigkeit der Kabel ermöglicht ein Dauermonitoring über mindestens 20 Jahre

20 18/18 GESO Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: GESO GmbH Jena Löbstedter Straße 47b D Jena info geso.eu