Tiefengeothermie-Bohrungen im Kristallin

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1 Tiefengeothermie-Bohrungen im Kristallin Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich, Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau, TU Bergakademie Freiberg Dipl.-Ing. Bernhard Prevedel, Wissenschaftliches Bohren, GFZ Potsdam Tagung Tiefengeothermie Sachsen, , Dresden

2 Geothermische Dublette Fragen: WIE stellt man solche Bohrungen her? Wie verbindet man die Bohrungen? > m Re-Injektionsbohrung Förderbohrung

3 Kernaufgaben der Bohrtechnik Gesteinszerstörung Bohrlochreinigung Bohrlochstabilisierung Richtungssteuerung

4 Hartgesteinszerstörung Rollenmeißel: Zerdrücken des Gesteins PDC Meißel: Schälen des Gesteins Gneis, Granit Imprägnierter Meißel: Schmirgeln des Gesteins Aktuelle Forschungsthemen: Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur alternativen Gesteinszerstörung Bohrhammer (schlagende Zerstörung) berührungslose Gesteinszerstörung (Laser, EIV, Plasma,.)

5 Kernbohrkronen für Hartgestein (KTB)

6 Bohrkleinaustrag Haupt-Aufgaben der Bohrspülung Bohrkleinaustrag Thixotropie Bohrlochsicherheit speziell in der Tiefengeothermie: Druck- und Temperaturbeständigkeit

7 Stabilisierung der Bohrung Bohrlochkonstruktion Vorschlag für kristalline Grundgebirgseinheiten im Erzgebirgsraum/Lausitz 17 ½ 13 3/8 ca. 250 m 12 ¼ 9 5/8 8 ½ 7 17 ½ Bohrloch bis ca. 250 m 13 3/8 Ankerrohrtour 12 ¼ Bohrloch bis zu eventuellen Problemzonen oder bis TD

8 Richtungskontrolle Bohrgestänge Sonstiges (z.b. Schwerstangen, Schlagschere, Stoßdämpfer, ) Bohrstrang Bohrgarnitur LWD: was bohre ich? MWD: wo bin ich? Steuerkopf: wo will ich hin? Bohrmeißel

9 Logging While Drilling Gamma Natural, Spectral, Azimuthal Resistivity Multi-Frequency, Azimuthal, Focused Neutron Porosity Compensated, Near/Far Formation Density Rho, azimuthal Ultrasonic Caliper Bohrlochdurchmesser, caliper log Acoustic Gesteinsfestigkeit NMR Porenvolumen, bewegliche und gebundene Fluide Imaging Tools i.e. Fracs Aktuelle Forschung: Seismic while Drilling (look ahead sensor)

10 Vorgehen beim Fracen Forderung: Verbinden zweier Bohrungen durch Fracs (Wärmetauscher) Abteufen der ersten Bohrung bis Endteufe Durch Imaging-Tools Hauptrichtung von Klüften feststellen Einbau einer Frac-Garnitur (Bohrgestänge, Packer) Fracen des Gebirges, Einbringen von Stützmittel Forschungsbedarf! Feststellen der Hauptrichtung der Fracs Platzierung der zweiten Bohrung im Bereich der Fracs (ca. 200 Meter von der ersten Bohrung entfernt)

11 Spezielle Herausforderungen der Tiefengeothermie hohe Temperatur Elektroniken meist bis max. 150 C belastbar hoher Volumenstrom erforderlich große Durchmesser, große Hakenlast, große Bohranlage geringe Bohrgeschwindigkeit im kristallinen Gebirge hohe Kosten alternative Methoden der Hartgesteinszerstörung Reduzierung des Fündigkeits- / Fracrisikos bereits sehr gute Ansätze vorhanden weitere Forschung / Entwicklung erforderlich

12 1. Bohrungsendteufe Bohrplatzbau Bohrkostenfaktoren Havariegefahren Bohrkosten stellen Anlagengrösse 2. Bohrlochdurchmesser bis zu 75% der Logging, Kerne, Teste STOP Projektkosten dar Produktionsregime 3. Bohrungslebensdauer Verrohrungsausbau Bohrlochkopf Bohrlochkomplettierung 4. Exploration Geophys. Loggingprogramm Länge der Kerstrecken 5. Reparatur, Ausfallzeiten der Bohranlage von Servicedienstleistern von Bauteilen, Komponenten 6. Marktpreise, Verfügbarkeit Casingrohre, Material, etc. 7. Bohrlokation, Umwelt & Genehmigungsverfahren

13 Bohranlagenauswahl...? 50 t 150 t +350 t 300/hr 600/hr 1200/hr

14 InnovaRig = Ölfeld- + Bergbaubohranlage Doublet Bohrstangenzüge Hydr. Antrieb und Vorschub Box-on-Box Unterbaukonzept Pipe Handling System Hoher Automatisierungsgrad Arbeitssicherheit & Umwelt

15 Umwelt- und Lärmschutz <55 db(a) in 100 m Entfernung

16 Geothermieprojekt Schall-Gutachten GeneSys, BGR Hannover Bohrturm Bohranlage Lärmschutzwand

17 Table 2: GFZ InnovaRig / Technical Data and Specifications Parameter Technical Data/Range Drilling depth m Regular Hookload 3500 kn Nominal rotary speed 220 rpm Rotary torque 40 knm 75 knm Wireline coring speed 500 rpm Wireline coring torque 12 knm 18 knm Tripping speed 500 m/hr Hoist cylinder stroke 22 m Drive power up to 4000 kw Rig weight approx. 370 to Mud pumps 3 x kw Wireline coring mud pump 1 x 350 kw Mud pressure max. 350 bar Mud tank system 240 m³ Generator set 3 x kva Racking capacity > 7000 m Wireline coring winch 5000 m, d=12,7 mm Illustration Copyright: Herrenknecht - Vertical GmbH

18 Vollbohren oder Seilkernbohren? - 40% A 1 = d 2 /4 Meissel Schnittfläche A 2 = (d 2 -k 2 ) /4 d d = Meissel- / Bohrloch Durchmesser k d k = Kern - Durchmesser Rollenmeissel Kernbohrkrone

19 Bohrkronen und Kerndimensionen Kernbohrkronen für Hartgestein 94 mm 6 Diamantbohrkrone und 5-7/8 3-Rollenmeissel (zum Größenvergleich im Hintergrund) 94 mm Kern (KTB Projekt)

20 5500m GFZ Kernbohrstrang (5 ½ )

21 Spezifikation GFZ Kernbohrstrang ICDP-WIRE LINE DRILLSTRING incl. WIRE LINE SYSTEM Description Specification Item No. Remarks Wire line Drill Pipe WLDP 139,7 mm (5 ½ ) OD; 125 mm ID m Length Tool Joint 146 mm (5,7 ) OD; 110 mm ID; Wire line Drill Collar WLDC 146 mm (5,7 ) OD; 110 mm ID 60 9 m Length Wire line Core Barrel WLCB incl. Orientation Devise Inner Core Barrel 146 mm OD; 3 x Stabilizer Core Orientation (Gravity Tool Face) m Length 6 m Length Core Bit (CB) for WLCB 159 mm (6 ¼ ) OD; impregnated CB Core 94 mm OD (3,7 ) Range of Depth 5500 m

22 GFZ - InnovaRig Forschungsbohranlage für wissen- schaftliches & kommerzielles Bohren,, Kernen und Testen mit einer Teufenkapazität m. m Auslieferung: Mai 2007 Testeinsatz: ab Q2 / 2007 Projekte: Dürrnhaar Genesys 2009 Kirchweidach 2010 Abnahme: Oktober 2010 Standard Rotarybohrverfahren Kontinuierliches Seil-Kernen Tiefes Lufthebebohren Schnelle Bohrlochmessungen Integrierte Spülungsgas Analytik

23 Zusammenfassung Der tiefe Aufschluss im Hartgestein ist seit der KTB ein über 20 Jahre beständig weiterentwickeltes Know-How Made in Germany. Die moderne Tiefbohrtechnik hat mit Automatisierungsund IT - Technik im deutschen Bohranlagenbau einen erheblichen Schritt weiter zu effizienten und somit kostengünstigen Bohrprojekten getätigt. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse, Technologien und Materialien werden die Umweltverträglichkeit und auch Wirtschaftlichkeit von Geothermie aus HDR Projekten in Zukunft weiter verbessern. Herzlichen Dank und Glück Auf!

24 Zusammenfassung Der tiefe Aufschluss im Hartgestein ist seit der KTB ein über 20 Jahre beständig weiterentwickeltes Know-How Made in Germany. Die moderne Tiefbohrtechnik hat mit Automatisierungsund IT - Technik im deutschen Bohranlagenbau einen erheblichen Schritt weiter zu effizienten und somit kostengünstigen Bohrprojekten getätigt. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse, Technologien und Materialien werden die Umweltverträglichkeit und auch Wirtschaftlichkeit von Geothermie aus HDR Projekten in Zukunft weiter verbessern. Herzlichen Dank und Glück Auf!