Neue Bohrtechniken für Infrastrukturprojekte Rolf Bracke. 7. NRW Geothermiekonferenz Hochschule Bochum 6. Oktober 2011
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- Käte Pfaff
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1 Neue Bohrtechniken für Infrastrukturprojekte Rolf Bracke 7. NRW Geothermiekonferenz Hochschule Bochum 6. Oktober 2011
2 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER GEOTHERMISCHE VERSORGUNG DES NEUBAUS DES ID-GEBÄUDES / RUHR-UNIVERSITÄT BOCHUM
3 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER Ruhr-Universität ID-Gebäude 71 Sonden je 150 m Einbau 32 mm Doppel-U-Sonden 25 mm Verpressschlauch Dämmer Thermocem
4 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER Ruhr-Universität ID-Gebäude
5 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER Geologie
6 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER Ruhr-Universität ID-Gebäude
7 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER Sondenfelder
8 Bohrung trifft fertig ausgebaute Sonde in 130 m Tiefe Abstand 14 m Spülungsaustritt
9 Bohrverfahren Spülbohren (incl. PDC Meißel) ißl) aufbereitete Spülung Bohrgestänge DTH Hammer Luft Spülungsmedium: Luft (+Wasser) DTH Hammer Wasser DTH Hammer Wasser Spülungsmedium: Klarwasser
10 Bisheriger Standard : DTH Hammer Luft Innovative Bohrtechnik : DTH Hammer Fluid / Wasser Passive Stabilizer (Führungsrippen) Spülmedium: Luft (+ etwas Wasser) Arbeitsdruck: bar Schlagfrequenz: < 30 Hz Spülungsgeschw. : m/s Rotation: U/min Spülmedium: Klarwasser / Fluide Arbeitsdruck: bar Schlagfrequenz: ca. 70 Hz Spülungsgeschw. : ~ 1 m/s Rotation: U/min Energiebedarf Kompressor: Faktor 3 höher
11 DTH Lufthammer Stand der Technik Kompressor Spülwanne Dicker Spülschlauch Auslauf Spülwasser Schutzverrohrung Doppelkopf
12 DTH Druckwasserhammer Stand der Technik Wasserpumpe Absetzcontainer Dünne Schläuche Verpresspumpe Schutzverrohrung Doppelkopf
13 Lft(G Luft (Gas) ist Luft Wasser komprimierbar: ca. 3-4 höhere Antriebsleistung i erforderlich bar 1 bar(a) bar 1 bar(a) Aufstiegsgeschwindigkeiten der Spülungsmedien Materialerosion m/s ~1m/s m/s ~1m/s
14 Grundwasserzutritt in die Bohrung Expandierende Luft (Gas) bei Grundwasser-förderung Ausspülungen, Erosion möglich Luft Wasser Aufstiegsgeschwindigkeiten m/s ~1m/s
15 Bohrlochstabilität und -qualität DTH Wasser : 5 x weniger Durchfluß Luft Wasser kleinerer Ringraum möglich Führungsrippen höhere Bohrgenauigkeit Hydrostatischer Druck der Wassersäule stabilisiert das Bohrloch automatisch. Unabhängig von Tiefe und Grundwasser.
16 Referenzbohrprojekt Stockholm (Hässelby Strand / J. Riechers) 14 Bohrungen; Tiefe: 250 m; Pneumatischer Imlochhammer; Atlas Copco 15 Bohrungen; Tiefe 220 m; Hydraulischer Imlochhammer; Wassara Quelle: Eniro Sverige Geologie Gneis, pegmatitisch oberflächennah brüchig stark wasserführend
17 Geplante vs. ausgeführte Bohr- / Sondenmeter DTH Wasserhammer: Bohrtiefen: 5 % Differenz zur Planung DTH Lufthammer: Bohrtiefen: 10 % Differenz zur Planung Sondenverluste durch : % 100 % 89,1 % 94,8 % Rückfall von Bohrgut rauhe Bohrlochwandung ter Summe Bohrmet Geplante Bohrmeter schlechte Bohrlochqualität 1000 Tatsächliche Bohrmeter Bohrfeld I - pneumatischer Imlochhammer Bohrfeld II - hydraulischer Imlochhammer
18 Abweichungen von der Bohrachse
19 Abweichungen von der Bohrachse Abweichungen Wasserhammer: 5-10 Lufthammer: 15-40
20 Verbrauch an Betriebs- und Hilfsstoffen L/m Diesel consumption while drilling with conventional air hammer (left) and high pressure water (right, blue) down to 220 m deapth
21 Druckwassergetriebene DTH-Bohrhammersysteme Vorteile vergleichsweise geringer Energieverbrauch (1/4 zu pneumatischem DTH-Hammer) konstanter Wasserstrom (Spülung) unabhängig von Grundwasservorkommen einsetzbar hohe Bohrgenauigkeit + Bohrlochqualität konstante Bohrleistung (ROP) in der Tiefe sehr gleichmäßige Größe der Cuttings (< 3-4 mm Korngröße) kontinuierlicher Bohrprozess bis hin zur quasi Spülbohrung möglich (d.h. relativ unabhängig von der Geologie) Umweltfreundlich : keine Spülungszusätze / Schmieröle Nachteile hohe Toolingkosten aufwändiges Pipehandling und Pumpenregelung Verschleissempfindlichkeit der Hämmer gegen Abrasivstoffe im Spülungsmedium getrennte Kreislaufführung Druckwasser und Spülungswasser nötig
22 So nicht mehr: Spülungszusätze Fehlende Spülungsaufbereitung Schaum
23 DTH Hammer Luft Kompressor Spülwanne Stand der Technik Dicker Spülschlauch mit Prallblech Auslauf Spülwasser Schutzverrohrung Doppelkopf
24 Auch beim DTH Lufthammer wird Wasser benötigt.
25 Bohrspülung / Bohrgut : Abreinigung + Recycling
26 Bohrspülung / Bohrgut : Probenahme + Abreinigung
27 Hochschule Bochum Neubau Internationales Geothermiezentrum GeoStar-Projekt Gefördert durch das Land Nordrhein- Westfalen
28 Hochschule Bochum Neubau Internationales Geothermiezentrum GeoStar-Projekt GeoStar
29 Zusammenfassung pneumatische und druckwassergetriebene Hammerbohrverfahren für Festgesteine führen zu unterschiedlichen Bohrlochqualitäten und Maßhaltigkeiten Bohrverfahren an die lokalen geologische Verhältnisse und an Sensibilität der Nutzungssituation anpassen Nachbarschaftsrecht berücksichtigen: Einhaltung von Grenzabständen ggf. räumliche Lage der Bohrung untertage überprüfen Thermische Bemessung von Sondenfeldern evtl. überprüfen Sondenausbauqualität überprüfen (Zerstörung)
30 INTERNATIONALES GEOTHERMIEZENTRUM INTERNATIONAL GEOTHERMAL CENTER Vielen Dank & Glückauf!
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