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Fraunhofer IEG entwickelt Teststand für geothermische Tiefbohrungen

Bochum – Tiefbohrungen für die Erschließung von tiefen Geothermie-Vorkommen sind kostenintensiv und stellen aufgrund der jeweiligen Druck-, Temperatur- und Gesteinsverhältnisse hohe Anforderungen an die Bohrverfahren. Eine neue Bohrsimulation des Fraunhofer IEG könnte das Bohrrisiko senken und die Kosteneffizienz deutlich verbessern.

Die Nutzung der Tiefen Geothermie erfordert Bohrungen bis in Tiefen von mehreren 1.000 Metern. Wegen der extremen Drücke und Temperaturen sind die Verfahren aufwendig und kostenintensiv. Ein Forschungsteam der Fraunhofer-Gesellschaft IEG hat einen Teststand entwickelt, der die Simulation der Bohrbedingungen bis in große Tiefen erlaubt. So können Bohrungen schon bei der Planung optimiert, neuartige Bohrtools getestet und ökonomische Risiken minimiert werden und der GEot.

Teststand match.Bogs simuliert Extrembedingungen
Die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie (Fraunhofer IEG) hat den Teststand match.Bogs für die Simulation geothermischer Bohrungen bis in Tiefen von mehreren 1.000 m entwickelt und in Betrieb genommen. Dabei handelt es sich um einen In-situ-Teststand, der aus dem Autoklav (Überdruckbehälter) i.Bogs, dem Bohrmodul drill.Bogs und dem Modul fluid.Bogs besteht. Die Anlage kann alle Prozesse einer Bohrung bis in eine Tiefe von bis zu 5.000 Meter physisch simulieren und untersuchen.

Mit dem Druckbehälter Autoklav i.Bogs können Gesteinsproben unter Tiefen-Bedingungen getestet werden, d.h. im Inneren kann ein Druck von bis zu 1.250 bar aufgebaut werden, die Temperatur auf 180 Grad erhöht werden. Bei Bedarf können auch spezielle Bohrloch-Tools oder Pumpen integriert und getestet werden. Das Bohrmodul drill.Bogs lässt sich mit unterschiedlichen Werkzeugen bestücken. So können die Forscher am Fraunhofer IEG neben den herkömmlichen, mechanischen Meißeln auch neuartige Bohrtools testen und weiterentwickeln. Diese tragen beispielsweise das Gestein mit Hochspannungsimpulsen ab, beschießen es mit Lasern oder erhitzen die Gesteinsoberfläche, damit es leichter bricht. Das Modul fluid.Bogs sorgt für die Zufuhr von synthetischen Fluiden, die als sog. Drill Muds zur Schmierung, Spülung und Kühlung der Werkzeuge, andererseits aber zentral als Transportmittel für das gelöste Gestein dienen. Darüber hinaus können Geofluide getestet werden, bei denen parallel zur geothermischen Anwendung wertvolle Rohstoffe wie (Schwer-)Metalle oder Seltene Erden abgeschieden und gewonnen werden.

Simulation bringt mehr Planungssicherheit und steigert Bohreffizienz
Die Verknüpfung der drei Module i.Bogs, drill.Bogs und fluid.Bogs und die vielen Konfigurationsmöglichkeiten machen den Teststand match.Bogs nach Angaben von Fraunhofer IEG einzigartig. „Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, die Zusammensetzung der Gesteinsproben, das Mischungsverhältnis der Fluide – wir können jeden Parameter unabhängig von den anderen einstellen“, so Jascha Börner, Team-Mitglied und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IEG. Auf diese Weisen lassen sich unterschiedlichste Bedingungen simulieren und daraus exakte Planungsdaten für reale Bohrvorhaben gewinnen. Sind die spezifischen Bedingungen an einem Standort erst einmal in der Simulation ausgetestet, erhalten die Betreiber höhere Planungssicherheit. Der Bohrbetrieb wird effizienter, da alle Werkzeuge von vornherein optimal eingestellt sind, können die Betreiber erhebliche Summen einsparen.


© IWR, 2020


13.10.2020

 



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