Präsentation des Sachverständigen Prof. Dr.-Ing. Matthias ...€¦ · Anhörung im Bundestag am...

9. Juni 2015

Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe

gemäß § 3 Standortauswahlgesetz

Arbeitsgruppe 3 Entscheidungskriterien sowie Kriterien für Fehlerkorrekturen

Geschäftsstelle

Anhörung „Tiefe Bohrlöcher“ in der 9. Sitzung der Arbeitsgruppe 3

am 8. Juni 2015

Präsentation des Sachverständigen Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich,

Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau, Bergakademie Freiberg

„Stand der Tiefbohrtechnik. Wie werden Tiefbohrungen hergestellt?“

Foto: PlanetErde

Stand der TiefbohrtechnikWie werden Tiefbohrungen hergestellt?Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich8. Juni 2015, Anhörung im Bundestag, Kommission Endlagerung

Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich

• 56 Jahre, verheiratet, 2 Kinder• Verfahrenstechnik-Studium an der TU

Clausthal, Abschluss 1986• 4 Jahre Papierindustrie• 16 Jahre internationales Serviceunternehmen

der Öl- und Gasindustrie, Entwicklung, Inbetriebnahme und Vertrieb von Hochleistungs-Bohrsystemen

• nebenberufliche Promotion an der TU Bergakademie Freiberg

• seit 2006 Professor für Bohrtechnik, Spezialtiefbauausrüstungen und Bergbaumaschinen an der TU Bergakademie Freiberg

2Anhörung im Bundestag am 8.6.2015, Kommission Endlagerung, Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich, TU Bergakademie Freiberg, Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau,

Agricolastraße 22, 09596 Freiberg, Tel. 03731 / 39-2491, e-mail matthias.reich@tbt.tu-freiberg.de

Highlights der Tiefbohrtechnik

• Vor 2700 Jahren Bohrungen mit 800 Meter Tiefe

• 1859 erste Ölbohrung in Titusville (Pennsylvania)

• 1901 Erfindung der modernen Rotary-Bohrtechnik

• 1930 Erfindung der Richtbohrtechnik

• 1970-1989 Jahre: tiefste Bohrung der Welt (12.262 m)

• Seit 1995: Reservoir Navigation bis zu 13 km Länge

Wie sieht eine Tiefbohrung aus?

so nicht!

Studium „Petroleum Engineering“ an der TU Bergakademie Freiberg:• 4 Semester Grundstudium

(Vordiplom)• 4 Semester Hauptstudium• 1 Semester Diplomarbeit• 120 Schichten Praktikum• Abschluss: Dipl.-Ing.

• danach meist mehrjährige Trainee-Programme

Anhörung im Bundestag am 8.6.2015, Kommission Endlagerung, Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich, TU Bergakademie Freiberg, Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau,Agricolastraße 22, 09596 Freiberg, Tel. 03731 / 39-2491, e-mail matthias.reich@tbt.tu-freiberg.de

Ablauf einer Bohrung

Grundwasser

Lockergestein

Festgestein

anspruchsvolle Formation z.B. Ton

anspruchsvolle Formation z.B. Salz

Lagerstätte

Standrohr

Caprock (Dichtung)

Grundwasser

Lockergestein

Festgestein

Lagerstätte

Bohrplatz

Caprock (Dichtung)

Anlage des Bohrplatzes

Grundwasser

Lockergestein

Festgestein

Lagerstätte Perforation8

Caprock (Dichtung)

Bohrlochkonstruktion

Beispiele von Qualitätskontrollen an Verrohrung und Zementation

Ausführung durch spezielle Service-FirmenInspektionen der Rohre: sind die Rohre und Gewinde einwandfrei?Verschraub-Protokolle: sind die Rohre wirklich dicht?Kontrollmessungen:• Kaliber Log: wieviel Zement wird benötigt?• Temperatur-Log: wie hoch steht der Zement hinter dem Rohr?• Leak-off Test: besitzt der Zement die nötige Festigkeit?• Cement Bond Log: bindet der Zement fest an der Verrohrung an?

Futterrohr- und zugeordnete Bohrlochdurchmesser nach API

(American Petroleum Institute)

BohrlochkonstruktionBenötigte Vorgaben • Enddurchmesser der Bohrung

• abhängig von angestrebter Förderrate

• Endteufe der Bohrung• Geologisches Profil

Ergebnisse der Konstruktion• Durchmesser des übertägigen

Standrohres• erforderliche Kapazität der

Bohranlage• Hakenlast• Drehantrieb• Pumpleistung

127 mm

610 mm11

Primäre BohrlochkontrolleEinhalten des Druckfensters (Bohrspülung)!

• Druck im Bohrloch zu gering:– Kick (Gaseintritt)

– Verlust der Stabilität

• Druck im Bohrloch zu groß:– Frack (Rissbildung im Gestein)

• Geologisches Modell• Untersuchung des Bohrkleins• Über- und untertägige Sensoren

Dimensionen realer Tiefbohrungen nach Öl und Gas

• Typische vertikale Teufen: 3 – 6 km• Bohrungslängen bis zu 12 km

Multilateralbohrungen

KTB, Windischeschenbach

1987 – 19959101 m vertikal270 mio Euro

Bohranlage:550 t Hakenregellast800 t Ausnahmelast

24 ½“ Standrohr (622 mm)7 5/8“ Liner (193 mm)in 5000 m Tiefe: 13 3/8“ (340 mm)

Tiefste Bohrung in Deutschland

Moderne Land-Tiefbohranlagen• kompakt, modular

• Mobilität!• schallgeschützt• sicher für die

Mannschaft• teilautomatisiert• Hakenlasten bis 500 t

Moderne Offshore-Tiefbohranlagen

• Stabilere „Turm-Konstruktion“

• größere Hakenlast (oft bis 750 t)

Neues Konzept zur Reduktion der Hakenlast: Monobore

Monobore Design Standard Design

„Konzept, Entwicklung, Fertigung, und Test eines innovativen und kostengünstigen Geothermie-Verrohrungssystems“BMU / BMWi Förderkennzeichen: 0325073

Unteres Ende des Bohrstranges(sehr stark vereinfacht)

Messgeräte

Bohrmeißel(Gesteinszerstörung)

Steuerkopf(Lenkung)

Datenübertragungzur Oberfläche

Befehle nachUntertage

150°C, >500 bar!

MWD / LWD-Systeme (Beispiel)

Typische untertägige Messungen:

Directional WO bohren wir? Himmelsrichtung, Neigung, …

Druck Bohrlochkontrolle, Bohrlochstabilität

Dynamik Meißelandruck, Drehmoment, Vibrationen, …

Gamma Erkennung von Tonschichten (Oberkante Lagerstätte)

Resistivity Unterscheidung zwischen Wasser und Öl (Unterkante)

Neutron Porosity Porosität des Gesteins

Formation Density Porosität des Gesteins, Poreninhalt

Ultrasonic Caliper Bohrlochqualität

Acoustic Gesteinsfestigkeit

Imaging Tools Klüfte, Risse im Gestein

Seismic while drilling Erkundung des Bereichs VOR dem Bohrmeißel

NMR Porenvolumen, bewegliche und gebundene Fluide(nuclear magnetic resonance)

Beispiele für MWD / LWD Messungen

Faktoren, die die Bohrkosten beeinflussen

1. Endteufe– Anlagengröße

– Bohrplatzbau

2. Durchmesser– Materialkosten

– Anlagengröße

3. Lebensdauer– Verrohrungsausbau

– Bohrlochkomplettierung

4. Messprogramm– Geophys. Loggingprogramm

– Produktionsteste

– Kerndurchmesser, Länge der Kernstrecken

5. Marktpreise, Verfügbarkeit– Rohre, Material, etc.

– Bohranlage

– Serviceleistungen

6. Reparaturen, Ausfallzeiten (NPT)

7. Umwelt & Genehmigungsverfahren

Sehr tief, sehr groß, sehr haltbar sehr teuer!… aber aus technischer Sicht machbar!

Typische Aufteilung der Bohrkosten

73%: Personal, Vermessungsarbeiten, Richtbohrservice, Rohre und Miete für die Bohranlage

Beispiele für aktuelle Forschungsprojekte

• Monobore (Rohre einsparen),BMU / BMWi Förderkennzeichen: 0325073

• Alternative Methoden der Gesteinszerstörung (schneller bohren)– Elektro-Impuls-Verfahren

BMU / BMWi, FKZ. 0327664, FKZ: 0325253

– Bohrhämmer für die TiefbohrtechnikDGMK (Deutsche Erdöl-Industrie)

– SpallationsbohrenPotter Drilling, USA / Google

• Vorausschauende Erkundung (Ziel genauer treffen)BMU / BMWi, FKZ 0325615A (SPWD-Busdata)

• Automatisierung des Bohrprozesses (Personal einsparen)u.A. GeBo, Niedersachsen

Verwahrung einer Bohrung

Grundwasser

Lockergestein

Festgestein

Lagerstätte25

Caprock (Dichtung)

Entlastungsbohrung

Grundwasser

Lockergestein

Festgestein

Lagerstätte26

Caprock (Dichtung)

Entwickelt zur Blowout Bekämpfung

Fishing (Bergung)

Vorgehens-Reihenfolge in der Tiefbohrtechnik1. Versuchen anzuschrauben2. Versuchen auf dem Außendurchmesser zu greifen3. Versuchen auf dem Innendurchmesser zu greifen4. Wegfräsen des Hindernisses

2. overshot1. pin sub 3. spear 4. junk mill

• Tiefbohrungen können sicher hergestellt werden– Inspektion, Dokumentation, Kontrolle aller Arbeitsschritte– umfangreiche Messtechnik Über- und Untertage– präzise Positionierung möglich

• 5000 Meter Tiefe ist Routine• Bohrlochverwahrung ist Routine• Bergung ist Routine

Aber:• Standardisierte Durchmesserreihen der Öl- und

Gasbohrtechnik entsprechen nicht den Anforderungen der Endlagerung

• Derzeitige Atommüll-Behälter nicht tiefbohrtauglich (Durchmesser, Druck)

• Stand der Technik der Tiefbohrtechnik allein ist noch kein Endlager-Konzept

Vielen Dank für dieAufmerksamkeit!

Bohrtechnik Fördertechnik

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