Stimulationen in der tiefen Geothermie T. Tischner Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover (BGR)
Bohrplatzgestaltung Grundlagen: Gesetze u. Verordnungen: BBergG, BVOT, WEG-Leitfaden (Gestaltung des Bohrplatzes)
Verrohrung u. Zementation: Norddeutsches Becken
Verrohrung u. Zementation: Anforderungen Grundlage: Tiefbohrverordnung (BVOT) der Länder (z.b. 19 NI) Mindestanforderungen an: Standrohr Ankerrohrtour Zementation und Absetzen weiterer Rohrtouren Überprüfung der Zementation Best practice guide und Standardisierung empfohlen!
Reservoir Stimulation - Hauptmethoden Chemische Stimulation (Matrix treatment) Hydraulische Gesteinsbehandlung (Hydr. Bohrlochbehandlung) Wirkungsbereich Meterbereich Hundert Meter
Chemische Stimulation Einsatz in Karbonat- und Sandsteinen (für Öl/Gas, Trinkwasser, Geothermie) Säure Typischer Ablauf: (für Geothermie im Molassebecken) Preflush (Wasserinjektion) Main flush (HCl + Inhibitor) Open hole Target zone Target zone After flush (Wasser) Einwirkzeit ( 1 d) Rückförderung mit Air lift / Entsorgung durch Klärwerk
Chemische Stimulation im Süddeutschen Molassebecken Geothermieanlagen Courtesy: S. Schumacher (LIAG) Fernwärme Strom Sehr gute Erfahrungen Keine Vorkommnisse oder Unfälle bekannt Säuerung des Malmkarst (Tiefe: 1000-4500m) Einsatz von HCl (7,5% - 20%), 100-600 m³ Standardoperation (ca. 30 Geothermiebohrungen)
Chemische Stimulation im Süddeutschen Molassebecken Vorbereitung auf Säureinjektion (courtesy: Fa. Fangmann)
Hydraulische Gesteinsbehandlungen (Risserzeugung, Stimulation von Rissen/Klüften) im permeablen Sedimentgestein (Sandstein, Karbonat) Gas, Öl, Geothermie Sediment-Muttergestein (Tonschiefer, Kohleflöze, ) Schiefergas,.. kristallinen oder dichten Gestein (Granit, dichte Sandsteine) Geothermie Stützmittelfrac (seit 1940 er Jahre millionenfach) Slickwater frac (Boom seit 2000 er Jahre) Wasserfrac (seit 1980 er Jahre Einzelfälle) 300m 3 3.000m 3 10.000m 3 Typ. Volumen keine Anzahl Zusatzstoffe
Stützmittelfrac versus Wasserfrac Injektion von Gel, Stützmittel + Zusatzstoffe Öffnung von Zugrissen + künstliche Abstützung Injektion von Wasser ohne Zusatzstoffe Ausnutzung natürlicher Selbststützungseffekte (v.a. Scherung) Injektion Shut in S H Stützmittel (Keramik,Sand, ) S h S h S H
Hydraulische Gesteinsbehandlungen seit 1990: Standorte Horstberg Groß Schönebeck Bad Langensalza Wasserfracs (6 Standorte) Stützmittelfracs (4 Standorte) Soultz-sous- Forêts Landau Insheim Bad Urach Bad Aibling Bad Endorf Basel
Stützmittelfracs (Geothermie, seit 1990) Standort Anzahl Tiefe (m) Volumen Gel (m 3 ) Nutzung (ggf. angestrebt) Bad Aibling 2 2.200 2.300 60 Thermalbad Bad Endorf 2 2.000 2.500 80 Thermalbad Bad Langensalza Groß Schönebeck 1 700 50 Thermalbad 4 4.100 4.200 500 F&E Volumenangabe bezieht sich auf die jeweils größte Fracoperation am Standort
Wasserfracs (Geothermie, seit 1990) Standort Anzahl Tiefe (m) Volumen (m 3 ) Nutzung (ggf. angestrebt) Bad Urach 1 3.300 4.400 5.600 Fernwärme Groß Schönebeck 3 3.900 4.300 13.000* F&E Hannover 1 3.700 20.000 Nahwärme Horstberg 2 3.800 3.900 20.000 F&E Insheim 1 2.500 3.600 9.000 Strom Landau 1 2.300 3.300 11.000 Strom/Fernwärme Basel (Schweiz) Soultz (Frankreich) 1 4.600 5.000 11.600 Strom ca. 13 2.000; 2.800-3.900; 4.500-5.000 34.000 (in 4.500-5.000m Tiefe) Volumenangabe bezieht sich auf die jeweils größte Fracoperation am Standort *Slickwater frac F&E /Strom
Vertikale Rissausbreitung 0 Trinkwasserführende Schichten 1.000 2.000 Tiefe (m) 3.000 4.000 5.000 240 200 1200 1000 Vertikale Risshöhe bei den größten Wasserfracs 6.000 Groß Schöneb. (13.000) Horstberg (20.000) Soultz (34.000) Basel (11.600)
Hydraulische Gesteinsbehandlungen: Tiefe Geothermie Alle Operationen wurden technisch sicher durchgeführt. Keine Havarien oder Unfälle bekannt!
Ausblick: Petrothermale Geothermie Heißwasseraquifere lokal stark begrenzt (ORG, Molassebecken, Gebiete im NDB) flächenhafte Geothermie abhängig von gering permeablen Gestein Petrothermale Geothermie / Hydraulische Gesteinsbehandlungen (v.a. Wasserfracs) unverzichtbar! Kristallingebiete tiefer als 3000m und T min = 100 C Quelle: TAB-Studie (2002)
Wasserfrac in Hannover 2011 Vielen Dank! Filterstation (Vol.: 20000 m 3 ; Rate 80 90 l/s; Kopfdruck: 430 470 bar)