Bohrungsintegrität: Voraussetzung für erfolgreiches und sicheres Fracking

Transkript

1 Bohrungsintegrität: Voraussetzung für erfolgreiches und sicheres Fracking Kurt M. Reinicke 1

2 FLUIDBERGBAU 0 Kavernen Bohrung Gas Bohrung Öl Bohrung Mehrfach gefrackte Schiefergas Bohrung Gefrackte Tight Gas Bohrung Porenspeicher Bohrung Wärmespeicher Bohrung Hydrothermale Geothermiebohrungen Petrothermale Geothermiebohrung

3 STANDARD BOHRUNGSINTEGRITÄT Ziel Definition des Standes der Technik ausgehend von den Praktiken wie geübt in der deutschen Industrie dokumentiert in Regelwerken und einschlägiger Literatur ergänzend zu gesetzlichen/behördlichen sowie unternehmensinternen Vorgaben. Schaffung einer technischen Regel, einer Orientierungshilfe und eines Informationsdokumentes Technische Regel für neue und alte Bohrungen, um Integrität über die alle Lebenszyklus Phasen zu gewährleisten Orientierungshilfe für O/G Industrie sowie Poren und Kavernenspeicher Industrie ( noch aufzunehmen: Erdwärmeindustrie) Informationsdokument für Behörden, Verbänden und interessierte Personen mit technischen Details zur Integrität von Bohrungen. 3

4 BOHRUNGSINTEGRITÄT Wichtige Definitionen EPA: wenn es weder eine signifikante Leckage im Casing, Tubing oder Packer gibt (technisch dicht) noch einen signifikanten Umstieg von Fluiden (Flüssigkeiten und oder Gase) hinter den Rohren in höhere (Trinkwasser ) Horizonte und Biosphäre ISO / NORSOK: wenn Fluide durch die (Elemente der) Bohrung umschlossen werden und ihr unkontrolliertes Ausströmen in untertägige Formationen oder zur Oberfläche verhindert wird BVEG: wenn die in einer Bohrung enthaltenen Fluide bei jeder möglichen Kombination von Druck und Temperatur, der sie innerhalb der vorgesehenen Betriebsbedingungen ausgesetzt werden können, sicher beherrscht werden. 4

5 BOHRUNGSBARRIEREN Bohrungsbarrieren sind eine Kombination einer/mehrerer Bohrungsbarriere Elemente, die Verlust der Umschließung Fluid Austritt in die Umwelt Fluid Bewegung zwischen durchteuften Formationen verhindern. Bohrungsbarriere Elemente sind z.b. Steigrohr, Casing, Packer und Zement Bohrlochkopf und E Kreuz Steigrohr und Casing Hanger ESD, Untertagesicherheitsventil. open-flow potential zwei Barrieren 5

6 BETRIEBLICHE BARRIEREN Betriebliche Barrieren sind Praktiken, Prozeduren, Überwachungs und Steuerungssysteme um Mit Hilfe von Leistungsnormen Bohrungsbarrieren/ Elemente (BB/BBE) belastungs gerecht auszulegen Mit Hilfe von Akzeptanzkriterien BB/BBE Wirksamkeit nach Einbau nachzuweisen Durch Monitoring/Steuerung einen Bohrungsbetrieb innerhalb der BBE Leistungsgrenzen sicherzustellen Durch Wartungsmaßnahmen BBE Wirksamkeit zu erhalten BBE Wirksamkeit wiederkehrend nachzuweisen Anomalien und Ausfälle von integritätsrelevanten Komponenten zu managen 6

7 INTEGRITÄTS-MANAGEMENT PROZESS Grundlagen und Auslegung Auslegungsgrundlagen: Schaffung einer Basis für die Auslegung der Bohrung bestehend aus Informationen zu Oberfläche (z.b. Anwohner, Schutzgebiete, Bodennutzung, Kulturgüter etc.) geologischem Untergrund (Grundwasser, Deckgebirge, Zielformation) erwarteten Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur, Medium, ). Auslegung: Entwicklung eines Bohrungsdesigns, das den Geschäftszielen der Bohrung entspricht und mit Hilfe von Barriere Elementen das Erreichen der Schutzziele gewährleistet, insbesondere Erhalt der Umschließung der Bohrungsfluide über alle Phasen hinweg Beschränkung des Fluid Flusses auf das innere der Bohrung Verhinderung eines Fluid Austausches zwischen unterschiedlichen Gesteinsschichten 7

8 AUSLEGUNGSGRUNDLAGEN UNTERTAGE 8

9 BOHRUNGSAUSLEGUNG MIT BARRIERE-ELEMENTEN Tiefe TVL, m Formation Lithologie 7 Bohrungsbarriere Diagramm Quartär Tertiär 6 Ober Kreide Unter Kreide Malm Dogger Lias Ringraum A Ringraum B 5 Wichtige Bohrungsbarriere Elemente 1. Barriere Formation 2. Produktionsrohrtour 3. Produktionsrohrtour Zement 4. Produktionspacker 5. Steigrohr 6. Untertage Sicherheitsventil 7. Bohrlochkopf 1 ) 8. Steigrohrhänger 9. Eruptionskreuzkörper 10. Unterer Hauptschieber Keuper 1 ) mit Produktionsrohrtour Hänger und Ringraumventilen 3000 Muschelkalk Buntsandstein 3,782 m Zechstein Sand, Sandstein Ton, Tonstein Mergel, Mergelstein Kalkstein, Dolomit Anhydrit, Gips Salz Reservoir

10 INTEGRITÄTS-MANAGEMENT PROZESS Herstellung und Betrieb Herstellung: Umweltverträgliche Umsetzung der Planung und Nachweis der Wirksamkeit der geschaffenen Barrieren unter Nutzung definierter Akzeptanzkriterien Betrieb: Sicherer Betrieb der Bohrung Innerhalb der BBE Leistungsgrenzen (Monitoring und Steuerung) Aufrechterhaltung der Wirksamkeit der BBE (Wartung) Nachweis der Wirksamkeit der BBE (Prüfungen) Management von Anomalien und Ausfällen von integritätsrelevanten Komponenten Verfüllung: Dauerhafter Verschluss der Bohrung mit Flüssigkeits und gasdichtem Abschluss des Bohrlochs Ohne nachteilige Veränderungen des Grundwassers Ohne Einbrüche an der Erdoberfläche. 10

11 INTEGRITÄTSNACHWEISE 10 8 Ringraum A Ringraum B Bohrungsbarriere Code Erst Nachweis Monitoring Element Primäre Bohrungsbarriere Barriere Formation 1 Formations Integritätstest n/a nach initialer Prüfung Produktionsrohrtour (unterhalb Produktionspacker) Zementationsintervall Produktionsrohrtour (unterhalb Produktionspacker) 2 3 Drucktest Verschraub Diagramme 50m Nachweis durch Verdrängungsberechnung en Überwachung Ringraum B Überwachung Ringraum B Produktions Packer 4 Drucktest Überwachung Ringraum A Steigrohr (unterhalb Sicherheitsventil Untertage Sicherheitsventil (inkl. Steuerleitung Leitung) Sekundäre Bohrungsbarriere 5 Drucktest Verschraub Diagramme Überwachung Ringraum A 6 Drucktest Periodischer Drucktest Barrier Formation 1 Geologisches Modell n/a nach initialer Prüfung Produktionsrohrtour (oberhalb Produktionspacker) Zementationsintervall Produktionsrohrtour (oberhalb Produktionspacker) Bohrlochkopf (mit Ringraumventilen) Steigrohrhänger (mit Dichtelementen) 2 3 Drucktest Verschraub Diagramme 30 m Nachweis durch Messung 7 Drucktest Überwachung Ringraum B Überwachung Ringraum B Überwachung Ringräume Visuelle Kontrolle 8 Drucktest Überwachung Ringraum A Eruptionskreuzkörper 7 Drucktest Periodischer Drucktest Reservoir Unterer Hauptschieber 10 Drucktest Periodischer Dichtheitstest 11

12 HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN DES STANDARDS BOHRUNGSINTEGRITÄT Gesamt Bohrungstypunabhängig abhängig Phasenübergreifende Praktiken (inkl. 12 Praktiken zum Umgang mit Bestandsbohrungen) Phasenabhängige Handlungsempfehlungen Auslegungsgrundlagen Auslegung Herstellung Betrieb Verfüllung SUMME

13 AKZEPTANZTABELLEN & BARRIERE- DIAGRAMME Akzeptanztabellen für 10 Barriere-Elemente Barriere-Formation Futterrohrtour Futterrohrtour-Zementation Produktionspacker Steigrohrstrang Untertage Sicherheitsventil (übertägig angesteuert) Untertage Sicherheitsventil (untertägig angesteuert) Bohrlochkopf Eruptionskreuz Zementstrecke Barriere-Diagramme für 7 Bohrungstypen Erdgasbohrung mit UTSV Erdgasbohrung ohne UTSV Erdölbohrung Flüssigkeitsgefüllte Kaverne Flüssigkeitsgefüllte Kaverne mit Überwachungsringraum Erdgas Kaverne mit UTSV Erdgas Kaverne ohne UTSV 13

14 POST-FAKTISCHE DARSTELLUNGEN Film Gasland 14

15 FAZIT Die Voraussetzung für ein sicheres Fracking ist die Integrität der Bohrungen Der Ansatz, Bohrungsintegrität durch Barrieren zu gewährleisten, bietet eine gute Struktur für die in der Vergangenheit geübten Praktiken und ihre Ergänzung Die Einhaltung der ausgearbeiteten Empfehlungen bietet Gewähr für eine dauerhafte Bohrungsintegrität und damit für ein erfolgreiches und sicheres Fracking 15

16 BOHRUNGSINTEGRITÄT So nicht! 16