IN - cleaner-production.de · Bohrung GPK2 von 3876 m auf ca. 5000 m und der Nachweis, daß • in der Tiefe von ca. 5 km eine Gebirgstemperatur von ca. 200°C erreicht wird, •

IN - SITU SPANNUNGEN UND BOHRLOCHHYDRAULIKIM EUROPÄISCHEN HDR PROJEKT

Schlussbericht

Projektträger : BMWTProjektnummer : 0327219 / 0

Beginn des Forschungsvorhabens : 01.01.1998Ende des Forschungsvorhabens : 31.03.2001

Berichterstatter : Prof. Dr. F. RummelBerichtsnummer : 10.01Berichtsdatum : 27.07.2001

SCHLUSSBERICHT NR. 10.01 I

INHALTSVERZEICHNIS

Seite

1. KURZDARSTELLUNG 1

1.1 Aufgabenstellung 1

1.2 Voraussetzung für die Durchführung des Vorhabens 3

1.3 Wissenschaftlich - technischer Stand bei Beginn des

Vorhabens (Phase III) 4

1.4 Planung und Ablauf des Vorhabens 6

1.5 Zusammenarbeit mit den Projektpartnern 11

2. EINGEHENDE DARSTELLUNG DES VORHABENS 12

2.1 Erzielte Ergebnisse 12

2.1.1 Entwicklung und Einsatz von Metall-Gestängepackern 12

2.1.2 Injektionspumpen 15

2.1.3 Aluminium - Packersonde 16

2.1.4 Hydrauliktests 18

2.1.5 Das Spannungsfeld an der Lokation Soultz 21

2.2 Verwertbarkeit der Ergebnisse 23

2.3 Stand der Europäischen HDR - Forschung im

internationalen Vergleich 24

2.4 Berichte, Präsentationen, Publikationen 24

SCHLUSSBERICHT NR. 10.01 1

1. KURZDARSTELLUNG

1.1 AUFGABENSTELLUNG

Das Vorhaben ist ein Teilprojekt des Europäischen Hot-Dry-Rock Projekts zur

Entwicklung eines wissenschaftlichen Pilotprojekts zur Nutzung der Erdwärme

aus dem heißen kristallinen Untergrund an der Lokation Soultz - sous - Forêts

im elsässischen Teil des Oberrheingrabens. Am Gesamtprojekt waren Wissen-

schaftler und Techniker folgender Institutionen beteiligt :

• Deutschland

- Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Hannover (BGR)

- Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung und Geowissen-

schaftliche Gemeinschaftsaufgaben Hannover (NLfB - GGA)

- Ruhr Universität Bochum (RUB

- Stadtwerke Bad Urach (SWBU)

- GTC Kappelmeyer GmbH Karlsruhe (GTC)

MeSy GEO Meßsysteme GmbH Bochum (MeSy)

• Frankreich

- Société de Coopération Minière et Industrielle S.A. (SOCOMINE)

- Bureau de Recherches Géologiques et Minières, Orléans (BRGM)

- Association pour la Recherche et le Développements des Méthodes et

Processus Industriels (ARMINES)

- Centre National Recherches Scientifiques (CNRS)

• Schweiz

- ETH Zürich

- Polydynamics Ltd.

• England

- ABB Offshore Systems Ltd.

• Andere

- European Economic Interest Group Heat Mining (EEIG) mit den Firmen

EdF / EdS, ENEL (heute ERGA), Shell International, Pfalzwerke.


Die wissenschaftlich / technische Koordination des Gesamtvorhabens erfolgte

durch die European HDR Association (EHDRA) gemeinsam mit dem Site -

Operator Socomine S.A.. Die Zusammenarbeit mit den Partnern ist in Kapitel

1.5 dargestellt.

Die Aufgabenstellung für das Teilprojekt MeSy wurde zu Beginn des Vorha-

bens folgendermaßen charakterisiert :

• Vorhaltung der Winden - Logging Kapazität und deren Betrieb für Bohr-

lochmessungen bis 5 km Tiefe.

• Vorhaltung des 2 kb / 200°C Testautoklaven zur Erprobung von Bohrloch-

sonden.

• Weiterentwicklung der Packertechnologie für Hydraulik - Tests in Bohrun-

gen bis 5 km Tiefe.

• Durchführung von Hydraulik - und Hydraulic - Fracturing Tests in Bohrungen

bis 5 km Tiefe und deren Analyse.

• Weiterentwicklung von Hydraulik- / Hydrofrac - Modellen zur Interpretation

von in-situ Tests.

• Beteiligung an in-situ Injektions- und Produktionstests und Bohrlochmes-

sungen.

• Entwicklung von neuen Systemkomponenten und deren Erprobung im Test-

autoklaven.

• Evaluierung von Bohrlochmessungen und Hydraulikversuchen in den Boh-

rungen, inkl. Berichterstellung und Publikation von Ergebnissen.

• Mitarbeit bei der Koordination des Gesamtprojekts durch die EHDRA.

Hinsichtlich des Ablaufs des Gesamtprojekts und der dabei von MeSy zu er-

bringenden Leistungen standen für den Antragszeitraum folgende Ziele an :

• Vertiefung der Bohrung GPK2 bis in eine Tiefe von 5 km (vorgesehen für

1998 / 1999) inkl. Ausbau der Bohrung für anschließende Stimulationsmaß-

nahmen.

• Bohrlochmessungen und Stimulationsmaßnahmen in der Bohrung GPK2 im

Tiefenbereich zwischen 3.6 und 5.0 km (vorgesehen für 1999).


• Abteufung einer zusätzlichen Beobachtungsbohrung bis ca. 2 km Tiefe und

deren Erkundung (vorgesehen für 1999).

• Auswertung aller Daten im Hinblick auf die Fortführung des Gesamtprojekts

durch die EEIG als Industrieprojekt (vorgesehen für 1998 - 2000).

1.2 VORAUSSETZUNG FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS

Das Gesamtziel des Europäischen HDR - Projekts, nämlich die Erstellung und

Erprobung einer weltweit ersten HDR - Pilotanlage zur Nutzung der Erdwärme

aus dem heißen granitischen Untergrund des Oberrheingrabens, baut auf fol-

genden vorangegangenen HDR - Forschungsprojekten auf, an denen Prof.

Rummel und MeSy (seit 1984) beteiligt waren :

• HDR - Projekt des LASL / USA (1974 - 1987) mit Teilnahme deutscher

Forscher (siehe z.B. Jung & Rummel : Derzeitiger Stand des HDR - Pro-

jekts des LASL, 1975),

• Falkenberg Geothermik - Frac Projekt (1978 - 1986), (siehe z.B. Kappel-

meyer & Rummel : Terrestrial Heat from Impervious Rocks - Investigations

in the Falkenberg Granite Massif. Geol. JB. Reihe E, H. 39, Hannover

1987)

• Urach Geothermie Projekt (1977 - 1980), (sieh z.B. Haenel (ed) : The

Urach Geothermal Project Schweitzerbarth, Stuttgart 1982)

• Europäisches HDR - Projekt Soultz - sous - Forêts

Phase I : 1987 - 1989, Bohrung GPK1 bis 2 km Tiefe

Phase II : 1990 - 1997

- Vertiefung Bohrung EPS1 bis 2.4 km

- Vertiefung Bohrung GPK1 bis 3.6 km in 1992

- Abteufung Bohrung GPK2 bis 3.6 km in 1995

- Detaillierte in-situ Versuche und Stimulationstests in den Boh-

rungen

- 4-Monate Zirkulationstest 1997 zwischen den Bohrungen GPK1

und GKP2 zum Nachweis der Dimension und Wirksamkeit des

geschaffenen Wärmetauschers.


Während beider Phasen wurden von MeSy folgende Voraussetzungen für die

weitere Teilnahme und Festsetzung des Projekts in der Phase III (1998 - März

2001) geschaffen :

• Erfahrungen der Mitarbeiter durch Teilnahme an den Bohrlochmessungen,

Injektions- und Produktionstests und am Langzeit - Zirkulationsversuch

1997.

• Entwicklung einer Wireline - Meßkabelwinde zur Durchführung von Hydrau-

lik - Experimenten und geophysikalischen Bohrloch - Logging bis 5000 m

Tiefe.

• Entwicklung eines Bohrloch - Simulator - Testautoklaven zur Erprobung von

Logging- und Packersonden (8 m Länge, 6.5 Zoll ID, 200°C, 200 MPa, TÜV

Prüfung).

• Entwicklung von Metallpackersonden für Hydraulic - Fracturing Span-

nungsmessungen und deren Einsatz bis 3.6 km Tiefe in den Bohrungen

GPK1, GPK2 und EPS1.

• Entwicklung eines Akustik - Televiewers für den Einsatz bei Frac - Versu-

chen und deren Erprobung bis 1000 m Tiefe.

• Entwicklung von Bruchmechanik - Modellen zur Simulation der Rißausbrei-

tung bei Hydraulic - Fracturing - Versuchen zur Spannungsmessung.

1.3 WISSENSCHAFTLICH - TECHNISCHER STAND BEI BEGINN DES VOR-

HABENS (Phase III)

Im Abschlußbericht zur Phase II (1990 - 1997) (Rummel & Kappelmeyer, 1998)

wurde ein kurzer Überblick zur Entwicklung und dem Stand der HDR - For-

schung in den USA, England, Frankreich, Schweden und Japan gegeben. Das

Hauptziel der Phase III (1998 - 2000 bzw. März 2001) war die Vertiefung der

Bohrung GPK2 von 3876 m auf ca. 5000 m und der Nachweis, daß

• in der Tiefe von ca. 5 km eine Gebirgstemperatur von ca. 200°C erreicht

wird,

• im Tiefenbereich zwischen 4.5 und 5.0 km Bedingungen hinsichtlich Geolo-

gie (Granitbeschaffenheit), Spannungsfeld und Gebirgshydraulik herrschen,

die erlauben, einen ähnlichen unterirdischen Wärmetauscher wie im Tiefen-


bereich um 3.5 km zwischen den Bohrungen GPK1 und GPK2 zu entwik-

keln.

Der Wärmetauscher in 3.5 km Tiefe lieferte aus der Bohrung GPK2 Fluid mit

einer Temperatur von ca. 142°C bei einer Produktionsrate von ca. 25 kg/s.

Während des 4-Monate dauernden Zirkulationtests 1997 wurden insgesamt

244.000 m3 Fluid gewonnen und eine thermische Leistung von 10 - 11 MWth

erzielt, während zur Aufrechterhaltung der Zirkulation lediglich eine elektrische

Leistung von ca. 250 kWe benötigt wurde.

Wie die beobachtete induzierte Mikroseismizität andeutete, erstreckte sich der

Wärmetauscher in Richtung N150° etwa über eine Distanz von 1 km (Abstand

GPK1 - GPK2 : ca. 500 m) und läßt auf ein stimuliertes Gesteinsvolumen von

ca. 0.5 km3 schließen, das zum Wärmetausch beitrug. Sowohl die räumlich Er-

streckung des Wärmetauschers wie auch der Injektionsdruck zur Aufrechter-

haltung der Zirkulation werden durch das tektonische Spannungsfeld diktiert.

Die Spannungsmessungen wurden in den Bohrungen EPS1 in ca. 2.2 km Tiefe

und in der Bohrung GPK1 bis in 3.6 km mittels Hydraulic Fracturing unter Ver-

wendung von Aluminium - Metallpackern durchgeführt [z.B. Rummel & Klee

(1994 / 1995), Klee & Rummel (1993), Hettkamp et al. (1998)].

Neben den Bohrungen GPK1 (3590 m), GPK2 (3870 m), EPS1 (2227 m) und

den seismischen Beobachtungsbohrungen zur Durchführung von in-situ Versu-

chen standen MeSy folgende Gerätschaften zur Verfügung :

• Meßkabelwinde MKW 5000 für den Wireline - Einsatz von Packersonden

und geophysikalische Logging - Arbeiten bis 5 km Tiefe.

• Metallpackersonden für den Einsatz in Bohrungen mit 6 Zoll Durchmesser

und Temperaturen bis 200°C.

• Bohrlochtestautoklav für die Erprobung von Packersonden und geophysika-

lischen Logging - Sonden.

• Hochdruckpumpen für Injektionsversuche mit Pumpraten bis ca. 30 l/min.

Die Gerätschaften sind im Abschlußbericht zur Phase II (Rummel & Kappel-

meyer, 1998) sowie in den Veröffentlichungen Klee & Hegemann (1995), He-

gemann & Klee (1995) im Detail beschrieben. Des Weiteren bildete das Know-

how der Metallpackertechnologie eine wichtige technische Voraussetzung zur


Weiterführung des Projekts (Casing - Packer - Entwicklung, siehe Abschnitt

2.1.1).

LITERATUR

Hegemann P, Klee G (1995) : A borehole simulation autoclave for logging tool

testing at HDR environment. Proc. Geoth. Congress Florence, Vol. 4,

2563 - 2564.

Klee G, Hegemann P (1995) : Aluminum packers for hydraulic experiments in

hostile borehole environment. Proc. Geoth. Congr. Florence, Vol. 4,

2559 - 2561.

Klee G, Rummel F (1993) : Hydrofrac stress data for the European HDR re-

search project test site Soultz s.F.. Int. J. Rock Mech.. Min. Sci., Vol.

30/7, 973 - 976.

Rummel F, Klee G (1994) : State of stress at the European HDR test site Soultz

s.F.. GTV - Fachtagung Schwerin, 133 - 137.

Rummel F, Klee G (1995) : State of stress at the European HDR candidate

sites Urach and Soultz. Proc. Geoth. Congr. Florence, 2639 - 2642.

Rummel F & Kappelmeyer O (1998) : MeSy Ber. Nr. 21.98 (Abschlußbericht

zum Vorhaben 0326690 B).

Hettkamp T, Klee G, Rummel F (1998) : Stress regime and permeability at

Soultz derived from laboratory and in-situ tests. Proc. 4th Int. HDR fo-

rum Strasbourg, 8 pages.

1.4 PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS

Planung und Ablauf des Vorhabens hatten sich im wesentlichen an der Pla-

nung und dem Fortschritt des Gesamtvorhabens zu orientieren :

• Vertiefung der Bohrung GPK2 bis 5 km Tiefe inkl. Abteufung eines 6 Zoll

Sacklochs im Bohrlochtiefsten für Hydrofrac - Versuche zur Spannungs-

messung und Ausbau (Verrohrung) der Bohrung bis 4.5 km Tiefe.


• Bohrlochmessungen zur Charakterisierung des Gebirges im Teufenbereich

zwischen 4.5 km und Endteufe.

• Stimulation des open-hole Bereichs zwischen 4.5 km und Endteufe.

• Abteufung der ca. 2 km tiefen Beobachtungsbohrung und Einbau eines 3-

Komponenten-Geophonsystems.

Die Vertiefung der Bohrung GPK2 erfolgte im ersten Halbjahr 1999. Die 8-1/2

Zoll Bohrung erreichte im Mai 1999 eine Tiefe von 5000 m, anschließend wur-

de das Sackloch von 6-1/4 Zoll bis zu einer Tiefe von 5093 m gebohrt. Nach

entsprechender Flugaschenzement - Vorbereitung und der Fertigstellung und

Erprobung von Metall - Casing - Packern wurde die Bohrung bis 4431 m ver-

rohrt und mit Hilfe der Metall - Casing - Packer gegenüber dem Gebirge abge-

dichtet. Die Metallpacker dienten auch zur Verankerung der Verrohrung. Der

Ablauf der Vertiefung und der Verrohrung ist im 2. Jahresbericht des Gesamt-

projekts im Detail beschrieben (Baria et al., 2000).

Nach Fertigstellung der Bohrung GPK2 wurde festgestellt, daß der Open-hole-

Bereich der Bohrung Kavernen-artige Ausbrüche aufwies und daß die Bohrung

nur bis in eine Tiefe von 5014 m zugänglich war und das Sackloch für Hydro-

frac - Spannungsmessungen mit Aluminiumpackern verschlossen war. Tat-

sächlich gelang es, mittels eines Wireline - Bailers die Bohrung Anfang 2000 zu

reinigen. Wegen Gefahr weiteren Gesteinsnachfalls wurden die Hydrofrac -

Versuche im Sackloch zurückgestellt.

Stattdessen wurden von MeSy in Zusammenarbeit mit der BGR Hannover und

dem Site - Operator Socomine sowie der Geochemie des BRGM Orleans ver-

schiedene Hydrauliktests durchgeführt :

• Slug - Test May 99 in GPK2, 2. - 5.8.99 (see BGR Rep. Weidler, 03.09.99).

• Low - Rate Injection Test FEB 00 in GPK2, Pre - Stimulation, 21.02. -

09.03.00 (MeSy Operation Rep. 15.03.00, MeSy / BGR Field Rep. 24.03.00,

MeSy Dismantling and Maintenance Rep. 13.03.00).

• Hydraulic Stimulation JUN 00 in GPK2, 01.07. - 15.07.00 (Socomine Daily

Rep. 1 - 14, MeSy Operation Rep. 17.07.00, MeSy Rep. 30.06.00, MeSy

Rep. 21.07.00).


• Constant Rate Production Test from GPK2 into GPK1, JAN / FEB 01, 30.01.

- 23.02.01 (BGR Daily Reports No. 1 - 14, MeSy Operation Rep. 05.02.01,

RUB Operation Rep. 23.02.01).

• Constant Rate Production Test from GPK2 with Brine Injection into Borehole

4601 (MeSy Rep. 09.04.01).

•

Am Ende des Stimulationstests JUN00 (12.07.00) blieb während eines Tempe-

ratur - Logs die Meßsonde PTF aufgrund von Nachfall im Open-hole-Bereich

der Bohrung GPK2 bei ca. 4600 m Tiefe stecken und das Logging - Kabel riß

(15.07.00). Seitdem ist die Bohrung für jede Art von Down-hole-Operationen

blockiert. Außerdem ereigneten sich während des Stimulationsexperiments ei-

nige seismische Ereignisse der Magnitude 2.0 bis 2.6, die ein Überdenken

weiterer massiver Stimulationsmaßnahmen erfordern.

Das Abteufen der seismischen Beobachtungsbohrung 0PS4 mit 6-1/4 Zoll

Durchmesser erfolgte im Mai / Juni 2000 bis in eine Tiefe von 1302 m ohne be-

sondere Probleme.

Ansonsten wurden während des Ablaufs des Vorhabens folgende Tätigkeiten

vorgenommen :

• Erweiterung der MeSy Pumpkapazität für Injektionsexperimente bis 3 Liter

pro Sekunde und 40 MPa Injektionsdruck, und Erprobung des Systems in

der KTB - 9 km - Tiefbohrung in August - November 2000.

• Instandhaltung der MeSy 5000 - m - Winde MKW 5000 für Logging - Opera-

tionen und Durchführung von Kabelprüfungen (MeSy Rep. 31.01.00).

• Instandhaltung des MeSy Bohrloch - Testautoklaven und dessen Einsatz für

die Überprüfung von Bohrlochsonden.

• Teilnahme an Projektsitzungen und Tagungen.

• Weiterentwicklung des Rechenprogramms FRAC zur Numerischen Simula-

tion von Stimulationstests.

• Vorbereitung und Einreichung eines Patents von Metall Casing Packern

(gemeinsam mit Socomine).


ARBEITSBERICHTE

Felske D : Winch Service and Winch Maintenance. MeSy Rep. 18.10.99.

Felske D : Logging Service with Winch MKW - 5000 for P / T - Logging and

Mud Sampling in borehole GPK2. MeSy Rep. 20.12.99.

Felske D : Tensile Strength Testing of Logging Cable Samples for the MeSy

MKW - 5000 Winch System. MeSy Rep. 31.01.00

Felske D : Mud Sampling and Testing in Pilot Hole GPK2 with Winch MKW-

5000. MeSy Rep. 10.02.00

Hegemann P : Maintenance of MKW 5000 Winch System and Mounting of

CSMA - Cablehead in Soultz. MeSy Rep. 22.6.98.

Hegemann P : BHTV Logging in Borehole Soultz GPK1. MeSy Rep. 20.7.98.

Hegemann P, Weber U : Test of 2 Tensile Link Bars for CSMA - Cablehead of

MKW 5000 Winch for Aluminum Straddle Packer Tests in Soultz Bore-

hole GPK2. MeSy Rep. 12.4.99.

Hegemann P : Assembling of 7" Copper - Nickel Alloy Casing Packers for Cas-

ing Anchoring in GPK2. MeSy Rep. 4.5.99.

Hegemann P : Participation in the 7" Casing Cementation Work using Copper -

Nickel Alloy Casing Packers in the Soultz HDR Borehole GPK2. MeSy

Rep. 16.6.99.

Hettkamp T, Fuhrmann G : Participation in the Constant Rate Production Test

PROD01JAN30 in Borehole GPK 2. RUB Rep. 23.2.01.

Klee G, Weber U : Low Rate Injection Test FEB00 in Borehole GPK2. MeSy

Operation rep. 15.3.00.

Klee G, Weber U, Weidler R : Low Rate Injection Test in Borehole GPK2. Mesy/

BGR Field Rep. 24.3.00.


Klee G : Participation in the Stimulation 2000 Test Program during 10. -

14.7.00. MeSy Rep. 17.7.00.

Klee G : Participation in the Constant Rate Production Test PROD01JAN30 in

Borehole GPK2. MeSy Rep. 5.2.01.

Vogt H : BHTV Logging in Borehole Soultz GPK1. MeSy Rep. 23.7.98.

Vogt H : Installing Depth Counter Systems on MKW 5000 and Socomine Winch

Systems and Winch Service. MeSy Rep. 30.9.99.

Vogt H : Low Rate Test at GPK2. Dismantling and Maintenance. MeSy Rep.

13.3.00.

Vogt H : Stimulation Test June 2000, Preparation and Winch Service. MeSy

Rep. 30.6.00.

Vogt H : Stimulation Test Juni 2000, Winch Service, Dismantling and Mainte-

nance. MeSy Rep. 21.07.00.

Weidler R : Slug Test Experiment in the Undisturbed Open - hole Section of

Deepened Well GPK2. BGR Rep. 3.9.99 (see Socomine 2. Yearly Proj-

ect Report by Baria et al.).


1.5 ZUAMMENARBEIT MIT DEN PROJEKTPARTNERN

Die Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ist in folgendem Strukturdia-

gramm aufgezeigt :

Socomine

BGR

NLFB / GGA

GTC

SWBU

BRGM

andere PartnerETH ZürichPolydynamics

• Antragstellung bei der EU• Entwicklung und Einsatz von Casing-Packern und ge-

meinsamer Patentantrag• Windenbetrieb bei Logging-Arbeiten• Mitarbeit bei Injektions- und Produktionstests• Autoklaventests von Logging-Tools• Zuarbeit bei der Berichtserstellung

• Gemeinsame Planung und Durchführung von Injektions-und Produktionstests in den Bohrungen GPK 1 und GPK2 und deren Auswertung

• Zusammenarbeit bei der Erprobung von Injektionspum-pen in den Soultz-Bohrungen und bei KTB

• Windenservice bei Bohrloch-Logs

EHDRA • Definition der Projektziele• Koordination der Arbeitsschritte• wissenschaftliche Veranstaltungen

• Zusammenarbeit bei Injektions- und Produktionstests

• Verwendung geol. Bohrlog Informationen bei der Te-stauswertung

• Zusammenarbeit bei geochemischen Spülungsanalysen• Abstimmung bei Injektions- und Produktionstests

• Zuarbeit für die Datenbank• wissenschaftlicher Austausch• Reservoir-Modellierung


2. EINGEHENDE DARSTELLUNG DES VORHABENS

2.1 ERZIELTE ERGEBNISSE

2.1.1 Entwicklung und Einsatz von Metall - Gestängepackern

Aufbauend auf den Erfahrungen bei der Entwicklung und dem Einsatz von

Aluminium - Packern für Hydrofrac - Spannungsmessungen in den Tiefboh-

rungen Urach 3 und Soultz EPS1 und GPK1 (Klee & Hegemann 1995) sowie

der Entwicklung und Erprobung von Kupfer- und Edelstahl - Packern für den

permanenten Verschluß von Endlager - Bohrungen bei NAGRA / Schweiz

wurden in Zusammenarbeit mit Socomine Gestängepacker aus einer CuNi -

Legierung entwickelt. Sie sollten bei der Vertiefung der Bohrung GPK2 bis 5

km Tiefe dazu dienen, den frei - hängenden 7 - Zoll - Verrohrungsstrang in

der 8.5 Zoll Bohrung oberhalb des Rohrschuhs zu verankern, so daß von den

Packern die gesamte Verrohrung mit einem Gewicht von ca. 150 Tonnen ge-

tragen wurde, und den Ringraum zwischen Gebirge und Verrohrung abdich-

ten. Das Konzept wurde entwickelt, da herkömmliche Zementation der Ver-

rohrung in Geothermiebohrungen mit Fluiden mit hohem Salz- und Gasgehalt

bei hohen Temperaturen (200°C) versagt.

Nach Vorversuchen bei MeSy wurde als Material für die Packerhülsen eine

CuNi - Legierung gewählt, die sowohl eine hohe Streckgrenze aufweist (30%

bei Raumtemperatur) als auch widerstandsfähig gegenüber aggressiven

Fluiden ist (Verwendung im Schiffbau). Erste Prototypen wurden Ende 1998

fertiggestellt und in einem 9-5/8 Zoll Stahlrohr getestet. Die Wandstärke der

Packer betrug im Expansionsbereich 6 mm, der Außendurchmesser der Pak-

ker entsprach dem Außendurchmesser der Flansche der 7-Zoll-Verrohrung,

ihre Länge betrug ca. 1000 mm. Bei der Erprobung wurden die Packer mit

Flugaschenzement mit einem Druck von 36 MPa im Testrohr gesetzt. Nach

dem Aushärten des Zements konnten die Packer erst bei einer Last von 1640

kN im Testrohr bewegt werden (Abbildung 2.1)

Nach erfolgter Erprobung wurden im Mai 1999 am unteren Rohrstrang insge-

samt 7 derartige Gestängepacker installiert und in der Bohrung mit Zement

bei einem Druck von 17 MPa in einer Tiefe von 4419 bis 4431 m gesetzt

(Abbildung 2.2). Nach einer Aushärtedauer von ca. 2 Tagen konnten die


Packer die volle Last des Rohrstrangs von ca. 180 Tonnen aufnehmen. Die

Verrohrung hielt außerdem einem Druck von 7.5 MPa stand.

Gemeinsam mit Socomine wurden die Gestängepacker als Patent angemel-

det. Das Patent wurde im März 1999 beantragt und im März 2000 erteilt (Pat.

Nr. PCT / FR - 00/00784). Eine erste Beschreibung der Metallpacker - Tech-

nologie wurde veröffentlicht (Hegemann, Klee, Rummel 1999).

Abb. 2.1 : Casing - Metall (CuNi) - Packer, Schemazeichnung


Abb. 2.2 : Verrohrungsschema der Bohrung GPK mit 7 Metallpackern ober-halb des Rohrschuhs


2.1.2 Injektionspumpen

Im Zusammenhang mit einem Langzeit - Injektionsexperiment in der 9 km

Tiefbohrung des Kontinentalen Tiefbohrprojekts KTB wurde die Pumpkapa-

zität für Injektionsversuche in Soultz bis auf eine Injektionsrate von ca. 3 l/s

bei ca. 40 MPa Injektionsdruck erweitert. Das entwickelte Pumpensystem be-

steht aus folgenden Komponenten :

Pumpentyp Antrieb Arbeitsdruck Injektionssrate

MPa l/min

Uraca KZ 203 Dieselmotor 50 10

Speck HP 100 380 V / 32 A 10 100

Speck HP 400 / 12 380 V / 32 A 40 12

Speck HP 400 / 12 380 V / 32 A 40 12

Speck HP 400 / 37 380 V / 40 kW 40 37

Speck HP 400 / 37 380 V / 40 kW 40 37

Das Pumpensystem ist in Abbildung 2.3 gezeigt. Es wurde zunächst in 1999

und 2000 bei KTB - Einsätzen erprobt und anschließend bei verschiedenen

Injektions - und Produktionsversuchen in den Soultz - Bohrungen verwendet.

Das System ist mittels Frequenzwandler optimal regelbar und ist durch die

Komponentenbauweise flexibel und mobil einsetzbar.


Abb. 2.3 : Das MeSy Injektionspumpen - System bei der Erprobung

2.1.3 Aluminium - Packersonde

Nach erfolgreicher Durchführung von Hydrofrac - Tests zur Spannungsmes-

sung in den Bohrungen EPS-1 und GPK1 bis ca. 3500 m Tiefe wurde eine

Aluminium - Packersonde für Hydrofrac - Spannungsmessungen im 6.5 - Zoll

Sackloch der Bohrung GPK2 in einer Tiefe von 5000 m entwickelt. Sie be-

steht aus 2 Aluminium - Packern von ca. 1 m Dichtlänge und 149 mm Au-

ßendurchmesser (Abbildung 2.4). Am Sondenkopf ist ein druckdichtes Ge-

häuse zur Druck- und Temperaturmessung in der Tiefe enthalten. Die Elek-

tronikkomponenten sind mittels Wood - Metall gegenüber der Temperatur

von ca. 200°C für ca. 12 Stunden Meßdauer geschützt. Die Sonde kann mit-

tels der MeSy - Meßkabelwinde MKW 5000 in der Bohrung bewegt werden

und erlaubt mittels des Meßkabels Down - hole Registrierung von Druck und

Temperatur. Die hydraulische Verbindung zwischen Packersonde und dem

oberirdischen Pumpsystem besteht aus 5000 m Edelstahl - Coil - Tubing mit

einem Innendurchmesser von 8 mm. Die Sonde konnte bisher wegen der


Probleme im Open - hole Bereich der Bohrung GPK2 (Gesteinsnachfall, ver-

klemmte Logging - Sonde, z.T. Bohrschlamm im Sackloch) nicht eingesetzt

werden.

Abb. 2.4 : Aluminium - Packersonde für die 6.5 Zoll Vertiefung der Bohrung

GPK2

Alu

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2.1.4 Hydrauliktests

Nach Vertiefung der Bohrung GPK2 auf 5084 m im Mai 1999, einem Slug -

Test im August 1999 (Weidler 1999) und einem ersten 37-tägigen Produkti-

onstest im November 1999 (Jung 2000) wurde im Zeitraum 23.2. - 1.3.2000

ein erster Injektionstest durchgeführt (Abbildung 2.5 und 2.6, 00FEB25, Klee,

Weber, Weidler 2000). Ziel dieses Versuchs war die Bestimmung der hy-

draulischen Gebirgseigenschaften des Open-hole Bereichs der Bohrung vor

der eigentlichen Stimulation sowie die Ermittlung der Injektionsparameter

(Druck, Injektionsrate) für eine massive Stimulation. Die Injektionsrate wurde

in verschiedenen Phasen bis auf 30 l/min gesteigert. Die Injektivität betrug

zwischen 0.2 - 0.3 l / MPa / s. Die Auswertung der Versuche ließ darauf

schließen, daß die injizierte Flüssigkeit die Bohrung durch ein Rißsystem

unterhalb der Verrohrung in ca. 4500 m Tiefe verläßt.

Im Juli 2000 wurde das massive Injektionsexperiment 00JUN30 durchgeführt

(Abbildung 2.7), bei dem zunächst 1000 m3 schwere Salzlauge, anschließend

27.800 m3 Frischwasser bei einem maximalen Kopfdruck von nur 15 MPa mit

einer Injektionsrate von 50 l/s verpreßt wurden (Abbildung 2.7). Damit konnte

auch der untere Teil des Open-hole Bereichs erfolgreich stimuliert werden.

Während des Stimulationsversuchs wurden mehrere Tausend seismische

Ereignisse mit Magnituden bis 2.6 beobachtet, wobei die stärkeren Ereignis-

se auch von der Bevölkerung wahrgenommen wurden. Dies bedingt neue

Überlegungen für zukünftige massive Stimulationsmaßnahmen (Begrenzung

der Injektionsrate, Injektion in verschiedenen Phasen mit entsprechenden

Unterbrechungen, zyklische Injektion). Die räumliche Verteilung der seismi-

schen Ereignisse läßt auf ein stimuliertes Gebirgsvolumen von einem Kubik-

kilometer schließen bzw. vermuten, daß ein Fluidreservoir von einigen Millio-

nen Kubikmeter an den Open-hole Bereich der Bohrung angeschlossen ist.

Leider wurde eine Druck - Temperatur - Sonde am Ende des Tests durch

Nachfall im Open-hole Bereich verklemmt und blockiert z.Z. weitere Arbeiten.

Im Dezember 2000 und Februar 2001 wurden daher lediglich 2 Produktion-

stests durchgeführt. Die Förderrate betrug jeweils ca. 1.3 l/s bei ca. 1.6 MPa

Kopfdruck, es wurden bis zu 3000 m3 Tiefenwasser gefördert und wieder in

die Nachbarbohrungen verpreßt. Die Experimente lassen auf ein ange-

schlossenes Fluidreservoir von 30·106 m3 schließen.


Abb. 2.5 : Testaufbau für den Low-Rate-Injektionstest 00FEB25

7 m3 container

pump

1" suction line

12 lpm pump

12 lpm pump

Uraca8 lpm pump

pump

½" suction line (Gardena)

10S

10S

10S

regulation valve38S 25S

bypass

10S

38S

10S

25S

10S

25S38S

bleed-off

3x 38S-10SPwhd, Panulus

GPK-2

25S 100 lpm pump

Twh

10S

½" Gardena


Abb. 2.6 : Druck- und Injektionsrate beim Low-Rate Injektionstest 00FEB25


Abb. 2.7 : Druck- und Injektionsrate beim massiven Injektionstest 00JUN30

2.1.5 Das Spannungsfeld an der Lokation Soultz

Hauptziel der Vertiefung der Bohrung GPK2 war neben der Bestimmung der

hydraulischen Gebirgseigenschaften die Feststellung von Temperatur und

Spannungsfeld in 5 km Tiefe. Die Zieltemperatur von 200°C wurde im Bohr-

lochtiefsten erreicht, die Spannungsmessung mittels Hydraulic - Fracturing

konnte bisher nicht durchgeführt werden. Über das Spannungsfeld in 5 km

Tiefe kann daher nur mittels Extrapolation und Vergleich von existierenden

Daten spekuliert werden. Die Extrapolation wurde von Klee und Rummel

(1999) durchgeführt. Demnach kann in 5 km eine horizontale Maximalspan-

nung von 143 MPa und eine horizontale Minimalspannung von 68 MPa er-

wartet werden. Eine Stabilitätsanalyse mit Hilfe eines Reibungsgesetzes mit

einem Reibungskoeffizienten von 0.85 zeigt, daß in 5 km Tiefe nur geringe

Differenzspannungen herrschen können, wenn man hydrostatische Poren-

druckverhältnisse annimmt (Abbildung 2.8). Dies bedeutet, daß geringe In-

jektionsdrücke Mikroseismizität an günstig orientierten existierenden Bruch-

flächen bei der Stimulation induzieren. Dies entspricht der Beobachtung beim


Injektionsexperiment 00JUN30, bei dem mehrere tausend seismische Ereig-

nisse beobachtet wurden.

Abb. 2.8 : Vergleich von kritischer Differenzspannung (Sv - Sh)c mit gemesse-

ner (extrapolierter) Differenzspannung (Sv - Sh) für verschiedene

Porendruckverhältnisse (k = 0 : trocken, k = 1 : hydrostatischer Po-

rendruck), µ = 0.85 und den Fall von Abschiebung.

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Dep

th [m

]

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180(Sv - Sh)c, (Sv - Sh) [MPa]

measured

µ = 0.85

k=0k=1k=1k=1.1


2.2 VERWERTBARKEIT DER ERGEBNISSE

Mit der Vertiefung der Bohrung GPK2 von ca. 3.6 km bis ca. 5 km Tiefe wurde

gezeigt, daß in 5 km Tiefe eine Gebirgstemperatur von ca. 200°C erreicht wur-

de, welche zur Stromerzeugung aus einem HDR - Reservoir ausreicht. Die In-

jektionsexperimente haben bewiesen, daß sich mittels geringer Kopfdrücke

große Fluidmengen in das Gebirge verpressen lassen. Dies bedeutet einen ge-

ringen Energieaufwand für eine zukünftige Zirkulation zwischen zwei und meh-

reren Bohrungen.

Beim Vertiefen der Bohrung im granitischen Untergrund wurde eine hoher

Bohrfortschritt beobachtet, allerdings wurden signifikante Bohrlochausbrüche

(Kavernenbildung) beobachtet, welche für die Befahrung des Open-hole Be-

reichs der Bohrung zu Problemen führten (Festsitzen einer Logging - Sonde).

Der Einsatz von Gestängepackern zur Abdichtung und Tragen der Schutzver-

rohrung hat sich ausgezeichnet bewährt und bedeutet einen signifikanten Fort-

schritt gegenüber herkömmlicher Zementierung einer Verrohrung für zukünftige

HDR - Tiefbohrungen.

Zur Produktivität der Bohrung GPK2 kann nach den bisher durchgeführten Pro-

duktionstests noch keine endgültige Aussage geliefert werden. Die Experi-

mente lassen jedoch im Tiefenreservoir an der Lokation Soultz auf riesige

Fluidmengen schließen. Diese Beobachtung kann auf andere HDR - Standorte

im Oberrheingraben übertragen werden.

Neben der Neuentwicklung der Metall - Gestängepacker liegt eine Aluminium -

Doppelpackersonde für Hydraulic - Fracturing - Versuche bis 5 km Tiefe vor,

die in den geplanten Tiefbohrungen im Soultz - HDR - Projekt eingesetzt wer-

den kann.

Die bisher im Europäischen HDR - Projekt Soultz gewonnenen Ergebnisse und

festgestellten technischen Entwicklungen können auf andere Standorte für die

Erdwärmenutzung übertragen werden. Solche neuen Projekte zeichnen sich

gegenwärtig ab (z.B. Erdwärmenutzung für die Wärmeversorgung der Ruhr -

Universität Bochum).


2.3 STAND DER EUROPÄISCHEN HDR - FORSCHUNG IM INTERNATIONA-

LEN VERGLEICH

Gegenwärtig werden HDR - Projekte lediglich in Europa (Europäisches HDR -

Projekt Soultz) und in Japan (Hijiori / Ogachi Projekte) betrieben. In der

Schweiz ist ein weiteres Projekt in Vorbereitung.

Aufgrund der Fortgeschrittenheit des Europäischen HDR - Projekts nahmen an

ihm während der vergangenen Projektphase Forscher aus Japan, den USA

und der Schweiz aktiv teil. Aufgrund der unterschiedlichen tektonischen Gege-

benheiten in Japan (Plattengrenze) stellt das Soultz - Projekt gegenwärtig eher

den Normalfall zur Nutzung der Erdwärme aus der kristallinen Oberkruste mit

relativ normalem geothermischen Tiefengradienten dar und ist daher in vieler

Hinsicht richtungsweisend für zukünftige HDR - Projekte.

Gegenüber den Erfolgen bei der in-situ Hydraulik und den technischen Ent-

wicklungen im Rahmen des Soultz - Projekts wurden von den japanischen

HDR-Forschern vor allem seismische Verfahren zur Ortung seismischer Ereig-

nisse bei der Reservoir - Stimulation vorangetrieben, welche wichtige Aussa-

gen zur Untergrundhydraulik und zur Ausdehnung und Struktur des Unter-

grundwärmetauschers liefern (MTC - Konzepte). Forscher aus dem Soultz -

Projekt nehmen an den Ergebnissen der MTC - Forschung teil, es existieren

jedoch im Soultz - Projekt keine spezialisierten Forscherteams, die hierzu mit

neuen Vorstellungen beitragen.

2.4 BERICHTE, PRÄSENTATIONEN, PUBLIKATIONEN

(i) Berichte

(siehe auch Abschnitt 1.4)

Rummel F : 1. Halbjahresbericht BMBF - Vorhaben 0327219, 1.1 -

30.6.98, MeSy Ber. Nr. 30.98

Rummel F : 2. Halbjahresbericht BMBF - Vorhaben 0327219, 1.7. -

31.12.98, MeSy Ber. Nr. 04.99


30.06.99, MeSy Ber. Nr. 24.99



31.12.99, MeSy Ber. Nr. 07.00

Rummel F : 5. Zwischenbericht zum BMBF - Vorhaben 0327219, 1.1. -

30.6.00

Rummel F : 6. Zwischenbericht zum BMBF - Vorhaben 0327219, 1.7. -

31.12.00

Rummel F : Jahresbericht 1999 zum BMBF - Vorhaben 0327219

Rummel F : Jahresbericht 2000 zum BMBF - Vorhaben 0327219

Rummel F : Erneuerbare Energie. Vortragszusammenfassungen, Geo-

physikseminar RU Bochum, WS 98 / 99.

Baria R et al. (2000) : European HDR Geothermal Research Programme

1998 - 2001. Final Rep. Apr. 99 - March 00.

(ii) Vorträge

Hettkamp T, Klee G, Rummel F : Stress regime and permeability at Soutlz

derived from laboratory and in-situ tests. 4. Int. HDR Forum,

Straßburg, Sept. 1998.

Rummel F : Geothermische Energie. Institut für Berg- und Energierecht.

RU Bochum, Okt. 1999.

Rummel F : Energieoption Erdwärme. Physikalisches Kolloquium, RU Bo-

chum, Okt. 2000.

Jung R, Baumgärtner J, Rummel F, Tenzer H, Trans-Viet T : Ergebnisse

eines Langzeit - Zirkulationstests im europäischen HDR Ver-

suchsfeld Soultz s.F.. 5. Geotherm. Fachtagung, Straubing 1997.


(iii) Publikationen

Hettkamp T, Klee G, Rummel F (1998): Stress regime and permeability at

Soultz derived from laboratory and in-situ tests. Proc. 4th Int. HDR

forum, Strasbourg, Compilation by Baria, Baumgärtner, Gerard

(Socomine).

Klee G, Rummel F (1999) : Stress regime in the Rhinegraben basement

and in the surrounding tectonic units. Bull. d'Hydrogeologie, No.

17, 135 - 142.

Hegemann P, Klee G, Rummel F (1999) : Metal sealing packer technology

in deep boreholes. Bull. d'Hydrogeologie, No. 17, 159 - 164.

Jung R, Baumgärtner J, Rummel F, Tenzer H, Tran - Viet T (1998) : Er-

folgreicher Langzeit - Zirkulationstest im Europäischen HDR Ver-

suchsfeld Soultz s.F.. Geothermische Energie, Nr. 22 / 23, 6. Jg.,

Heft 2/3, S. 1 - 8.

Jung R, Baumgärtner J, Rummel F, Tenzer H, Trans-Viet T (1998) : Er-

gebnisse eines Langzeit - Zirkulationstests im europäischen HDR

Versuchsfeld Soultz s.F.. Tagungsband 5. Geotherm. Fachta-

gung, Straubing.

Baria R, Baumgärtner J, Rummel F, Pine RJ, Sato Y (1999) : HDR / HWR

reservoirs : concepts, understanding and creation. Geothermics

28, 533 - 552, Pergamon.

Klee G, Rummel F, Williams A (1999) : Hydraulic fracturing stress measu-

rements in Hong Kong. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 36, 731 - 741,

Pergamon.


SCHLUSSBERICHT NR. 10.01

ANHANG A

e-mail : [email protected]

Bochum, den 03.08.2001Ru/rie

FÖRDERKENNZEICHEN : 0327219 / 0

BERICHTERSTATTER : Prof. Dr. F. Rummel

SCHLUSSBERICHT : 10.01 vom 27.07.01

ERFOLGSKONTROLLBERICHT

1. BEITRAG ZU DEN FÖRDERPOLITISCHEN ZIELEN

Das BMBF (BMFT) fördert seit Mitte der 70er Jahre deutsche Forschungsvor-

haben zur Untersuchung der Möglichkeit der Nutzung geothermischer Energie

nach dem HDR Konzept (siehe z.B. Rummel & Kappelmeyer, Erdwärme, Kap.

7.2, Verlag Müller CF Müller, Karlsruhe 1993).

Durch Förderung deutscher wissenschaftlicher Forschungsprojekte im Rahmen

des Europäischen HDR - Projekts 1987 - März 2001 konnte nach detaillierten

Voruntersuchungen in einem 4-Monate Zirkulationsexperiment (1997) und der

Vertiefung einer Bohrung (1999) bis 5 km (200°C) und anschließenden Hy-

drauliktests (2000) gezeigt werden, daß die Gewinnung geothermischer Ener-

gie aus dem heißen kristallinen Untergrund grundsätzlich möglich ist und daß

geothermische Energie als Zukunftsenergie berücksichtigt werden muß.

ERFOLGSKONTROLLBERICHT 0327219/0 2

2. WISSENSCHAFTLICH - TECHNISCHE ERFOLGE

Beim 4-Monate Zirkulationstest in 1997 zwischen den 2 ca. 500 m benachbar-

ten Bohrungen GPK1 und GPK2 wurde erstmals aus dem granitischen Unter-

grund des Oberrheingrabens aus ca. 3.5 km Tiefe (Gebirgstemperatur 170°C)

geothermische Energie mit einer konstanten Leistung von ca. 10 MW gefördert.

Dieses Ergebnis beruht auf der systematischen geowissenschaftlichen Erkun-

dung des Untergrunds (stark geklüfteter Granit, tektonisches Spannungsfeld

eines Grabensystems) und gezielten Stimulationsversuchen zur Anbindung der

2 Bohrungen an das natürliche, Fluid - führende Kluftsystem.

Im abgelaufenen Förderzeitraum (1998 - März 2001) bestand das Ziel, in 5 km

Tiefe eine Gebirgstemperatur von 200°C und ähnliche hydraulische Ge-

birgsverhältnisse wie in 3.5 km Tiefe nachzuweisen. Beide Ziele wurden durch

die Vertiefung der Bohrung GPK2 von ca. 3.5 km auf 5 km Tiefe und erste In-

jektions-, Stimulations- und Produktionsexperimente erreicht. Nach dem massi-

ven Stimulationsexperiment betrug die Injektivität über 3 l/MPa/s (50 l/s bei ei-

nem Injektionsdruck von nur 15 MPa).

Die Vertiefung der Bohrung GPK2 von 3876 m bis 5084 m (1208 m) inkl. Zie-

hen der Verrohrung, der Bohrlochaufweitung von 6.25 Zoll auf 8.5 Zoll Durch-

messer, Ausbau der Bohrung und Logging - Tests beanspruchte insgesamt

104 Tage. Der Bohrfortschritt betrug ca. 2 m/h, die Bohrung verläuft nahezu

vertikal bis ca. 3.9 km mit einer Inklination bis ca. 20° im untersten Bereich. An-

statt die 7" Verrohrung zu zementieren wurden erstmals Metall (CuNi) - Ge-

stängepacker zur Verankerung und zum Abdichten der Verrohrung gegenüber

dem Gebirge am Rohrschuh bei ca. 4500 m Tiefe eingesetzt. Das Konzept hat

sich bewährt und die Technologie wurde patentiert.

Allerdings zeigten sich im Open-hole Bereich der Bohrung zunehmend Kaver-

nen-artige Bohrlochausbrüche, die Logging - Tests gefährdeten und letztend-

lich für das Festsitzen einer Sonde verantwortlich waren. Andererseits gelang

es vorher, per Wireline - Bailer Operationen das Sackloch in Endteufe kurzzei-

tig von Bohrschlamm zu räumen (ebenfalls eine neue Technik für zukünftige

Projekte).

Beim massiven Stimulationstest gelang es durch den Einsatz einer Schwere-

flüssigkeit (ca. 1000 m3, ca. 1.2 g/cm3), vor allem auch den unteren Teil des


Open-hole Bereichs der Bohrung an das Kluftsystem im Untergrund anzubin-

den. Bei dem Versuch wurden ca. 28.000 m3 Wasser bei einer Pumprate bis zu

50 l/s verpreßt und dabei einige Tausend seismische Ereignisse induziert. Die

räumliche Ausdehnung der seismischen Wolke läßt darauf schließen, daß von

der Stimulation ein Gebirgsvolumen von ca. 1 km3 erfaßt wurde. Anschließende

Produktionstests lassen auf ein angeschlossenes Fluiddreservoir von mehreren

Millionen Kubikmeter schließen.

3. KOSTEN - ZEIT - PLAN

Die Entwicklung des Europäischen HDR - Projekts bis zum heutigen Stand er-

forderte eine Zeitdauer von ca. 13 Jahren und Finanzmittel von insgesamt 10

Millionen. Beides verdeutlicht, daß hierbei eine Zukunftsenergie entwickelt wird

mit einem ersten wissenschaftlich - technischen Pilotprojekt in ca. 5 Jahren. In

den Finanzmitteln sind die Eigenleistungen der beteiligten wissenschaftlichen

Institutionen und Firmen nicht enthalten. Im Hinblick auf die Entwicklung einer

Zukunftsenergie und von Zukunftstechnologien können Kosten sowie bisher

geleisteter Zeitaufwand eher gering angesehen werden.

4. VERWERTUNGSMÖGLICHKEITEN

Das Europäische wissenschaftliche HDR Projekt hat bereits in der vergange-

nen Projektphase bis 1997 die Möglichkeit zur Nutzung der Erdwärme aus dem

heißen Untergrund des Oberrheingrabens aus 3.5 km Tiefe aufgezeigt. Die ab-

gelaufene Projektphase hat die neue Dimension in 5 km Tiefe bei 200°C bestä-

tigt. Die gewonnenen Ergebnisse und Erfahrungen können relativ zügig auf

Projekte mit ähnlichen Gegebenheiten im Oberrheingraben übertragen werden,

aber auch an anderen Standorten zur Nutzung der Zukunftsenergie Erdwärme

genutzt werden. Insofern hat das Projekt Signalwirkung.

Gleichzeitig wurden neue Techniken entwickelt, die bei anderen Projekten mit

Tiefbohrungen Verwendung finden werden (wissenschaftliche Tiefbohrungen,

Endlagerprojekte, Speicherkavernen, Rohstoffgewinnung). Die neuen Techni-

ken sind dabei vor allem :

• Wireline Hydrauliktests in großen Tiefen

• intelligente Stimulationsverfahren in Tiefbohrungen


• Casing - Packer - Technologie beim Bohrlochausbau (Patentierung erfolg-

te).

5. MISSERFOLGE

Das Abteufen und das Arbeiten in Tiefbohrungen beinhalten immer eine gewis-

ses Risiko. Dies zeigte sich beim Vertiefen der Bohrung GPK2, wobei Kaver-

nenbildung und Gesteinsnachfall im Open-hole Bereich zum Verlust einer

Bohrlochsonde, zum Stillstand von Logging - Arbeiten und zur Verschiebung

der geplanten Hydrofrac - Spannungsmessungen im Bohrlochtiefsten führten.

Das Risiko und der Mehraufwand an Kosten und Zeit muß bei einem For-

schungsprojekt für die Zukunft mitberücksichtigt werden und von den Förderin-

stitutionen mitgetragen werden.


Documents

IN - cleaner-production.de · Bohrung GPK2 von 3876 m auf ca. 5000 m und der Nachweis, daß • in der Tiefe von ca. 5 km eine Gebirgstemperatur von ca. 200°C erreicht wird, •