Erfordernisse für die Erschliessung petrothermaler Systeme

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1 Erfordernisse für die Erschliessung petrothermaler Systeme Andrea Förster Sektion Reservoirtechnologien

2 Erkundung potentieller geothermischer Reservoire Reservoirstimulierung und -Modellierung Reservoir- Charakterisierung Felsmechanik Reservoir- Engineering Prozess- u. Kraftwerkstechnologie Reservoir- Monitoring Explorations- Geologie Entwicklung von Methoden und Technologien Geochemie / Mineralogie Erkundung des rezenten Stressfeldes und von geomechanischen Parametern Reservoir- Charakterisierung Slide 2/42 Stromgewinnung, Korrosionseffekte, Material-Aspekte GFZ Sektion 4.1 Reservoirtechnologien GFZ Potsdam -> Section Reservoir Technologies

3 Stand der geothermischer Energieerzeugung in Deutschland - Überblick - Wärmeprojekte Stromprojekte F/E-Projekt der Helmholtz- Gemeinschaft Wärmepotential: 1430 TWh/a Strompotential: 320 TWh/a Quelle:

4 Thermalwasserkreis ~ C, ~ 2-5 km tief, ~ m 3 /h Nutzung - Strom (Organic Rankine oder Kalina Cycle) - Wärme / Kälte Herausforderung das Reservoir finden/definieren erschließen und stimulieren die Wärme effizient fördern und wandeln Geothermische Technologie

5 Potential Geothermal Systems High-Enthalpy Resources (Italy, Iceland,..) HotDryRock Systems (everywhere?) Hydrothermal Systems (water-bearing rocks)

6 Tiefengeothermie in Sachsen Schaffung und Nutzung eines petrothermalen Systems ( Enhanced Geothermal System ) Kommerziell Nutzbar Produktive hydrothermale Systeme Konditionierte geothermische Systeme Potenziell Nutzbar Eignung für Reservoir-Bewirtschaftung* Trockene heiße Gesteine Hoch Natürliche Permeabilität Niedrig * Hydraulische Stimulation, gezielte Injektion, Säuerung, gerichtetes Bohren,

7 EGS: Enhanced Geothermal Systems Produktive hydrothermale Systeme Basaltic rocks (IS) Unterhaching Landau Groß Schönebeck Cooper Basin (AU) Soultz-sous Forets Trockene heiße Gesteine Eignung für Reservoir-Bewirtschaftung* Hoch Natürliche Permeabilität Niedrig * Hydraulische Stimulation, gezielte Injektion, Säuerung, gerichtetes Bohren,

8 Herausforderungen Explorationsstrategie für EGS Bohrungstechnologien Planungssichere Reservoirbehandlungen Gekoppelte Prozesse: T-H-M-C Monitoringsysteme für tiefe geothermische Reservoire In situ Fluidchemie, MIneralogie/Geochemie und Mikroorganismen Spezifikation von Systemkomponenten

9 Exploration Abbildung des geologischen Untergrundes (regional/lokal) Analyse des rezenten Stressfeldes und geomechanischer Parameter Geologische Modelle

10 Exploration Einfluss der thermischen Eigenschaften der Gesteine 100 2,5 km km

11 Bohren InnovaRig für Wissenschaft und ein Europäisches Geothermisches Bohrprogramm Invest-Gesamt: ~17 Mio 13,5 Mio GFZ (Eigentümer) 3,5 Mio GFBG Fertigstellung 03/2007 Testbetrieb II III/2007 Betrieb ab IV/2007

12 Bohren GEOZENTRUM Hannover Demonstrationsvorhaben Ein-Bohrloch-Konzept für Wärmeversorgung Quelle: BGR 2009

13 Bohren GeneSys (MBWi) Das Projekt der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe und des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik in Hannover hat zum Ziel, neuartige Konzepte für die Direktnutzung von geothermischer Wärmeenergie zu entwickeln und umzusetzen. Zielhorizont ist der Mittlere Buntsandstein, der im zwischen m und 4000 m Temperaturen von 130 C bis 160 C aufweist. Gesamtbudget: 15 Mio (Budget Bohrung: 8-9 Mio ) Schaffung eines künstlichen Riss-Systems (Wärmetauscher) Nutzung der im geförderten Heißwasser enthaltenen Wärme mittels eines oberirdischen Wärmetauschers und Einspeisung in einen Heizkreislauf. Verpressung des abgekühlten Wassers in einen höheren Horizont über dieselbe Bohrung. 2 MW Leistung (bei Fliessraten von 25 m³/h).

14 Reservoir- Konditionierung Stimulierung von Fluidflüssen Hydraulische Stützmittel-Fracs Hochviskose Gele: η = cp Hohe Stützmittel- Konzentration: c = g/l Kurze Klüfte: x f = m Große Kluftweiten: w f = 5-25 mm für großen Bereich unterschiedlicher Permeabilitäten gute Kontrolle der Stimulationsparameter wellbore skin can be bypassed kostenintensiv w f x f

15 Reservoir- Konditionierung Wasser bzw. gering-viskose Gele: Stimulierung von Fluidflüssen Wasser-Fracs η = 1-10 cp ohne oder mit geringer Stützmittelkonzentration: c = g/l große Kluftlänge: geringe Kluftweite: x f 250 m w f ~ 1 mm Geringere Kosten Anwendung in Reservoiren mit geringer Permeabilität Erfolg ist abhänging von mechanischen Gesteinseigenschaften w f x f

16 Reservoir- Konditionierung Geothermielabor Groß Schönebeck (Dublette) 1990/91: Explorationsbohrung auf Erdgas Tiefe m, T = 150 C 2000: Forschungsbohrung, Aufwältigung Altbohrung 2001:Ermittlung des Ausgangszustandes der Bohrung (hydraulischer Test) 2002: Sandsteinstimulation konventionell, Ergebnis: Steigerung der Thermalwasserproduktivität 2003: Vertiefung auf m massive hydraulische Stimulationsexperimente, m³ Wasser injiziert, Produktionstest. Ergebnis: Produktivitätssteigerung 2004: Langzeitinjektionstest Mai 2006: Beginn der 2. Bohrung Januar 2007: Fertigstellung der 2. Bohrung, Tiefe: m September 2007: hydraulische Stimulation der Vulkanite, m³ Wasser injiziert, konventionelle Gel-Proppant-Fracs in zwei Sandsteinhorizonten, Produktionstest Mai 2009: Bohrungsreinigung und Säuerung, Produktivität: m 3 /hmpa 2010: 150-Tage-Kommunikationsexperiment, m³/h (schrittweise), Verifizierung des Reservoirmodells, Installation eines Pilot-Kraftwerks (1-2 MW; 1,5 Mio )

17 11/2003: Injektionstest und Wasser-Frac-Experiment 12/2003: Produktionstest Ziel: Wasserkreislauf mit 75 m 3 /h Fliessrate 10/2004: Injektionstest

18 Stützmittel-Frac (unverrohrte Bohrung) Jan/Feb 2002 Produktionstest / Logging m (Frac 1) m (Frac 2) Produktionstest / Logging 400 m Wasser-Frac (unverrohrte B.) Beginn Jan/Feb m Produktionstest Nov/Dez 2003 (perfor. Verrohr.) m Produktionstest / Logging Dez 2004 Injektionstest 160 C

19 4050 Lithology & Gamma Ray Log frac 2 depth (m) frac interbedded sand-, siltstone sandstone volcanics pyroclastites and sediments 4202 FMI close-up S : 18.5 ± 3.7 H conglomerate turbidity currents

20 Reservoir- Konditionierung Experimente auf versch. Skalen Entwicklung von Stimulationstechniken Zukünftige F & E in Reservoir Engineering (EGS) Entwicklung von Injektions-Regimen Geothermische in situ Bohrungslabore

21 Termalwasserkreislauf Thermalfluide enthalten: gelöste Feststoffe gelöste Gase Konsequenzen: Ausfällungen Korrosion Entgasung Aufgaben Fluidverträgliche Komplettierung Sichere Förderung Thermalwasseraufbereitung Effiziente Wärmeübertragung

22 Ganzheitliche Systembetrachtung Eigenbedarf geothermischer Kraftwerke: o Konversionskreislauf o Kühlkreislauf o Thermalwasserkreislauf Maximierung der Nettoleistung

23 Tiefengeothermie Sachsen Ein F&E- Projekt von nationaler und internationaler Bedeutung Das Deutsche GeoForschungsZentrum in der Hemholtz-Gemeinschaft freut sich auf eine Zusammenarbeit im gegründeten Forschungsverbund.