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Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck Von Charlotte Hoblitz, 4. Semester RE²

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Präsentation zum Thema: "Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck Von Charlotte Hoblitz, 4. Semester RE²"—  Präsentation transkript:

1 Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck Von Charlotte Hoblitz, 4. Semester RE²

2 Gliederung 1. Standort Groß Schönebeck 2. Das Projekt: In situ Geothermielabor Groß Schönebeck 3. Reservoircharakterisierung 4. Langzeit-Pumptest 5. Stimulationsexperimente 6. Produktionstest nach dem 2. massiven Wasserfrac 7. Geophysikalische Untersuchungen 8. Bohrlochmessungen 9. Energieverfahrenstechnik 10. Zusammenfassung & Ausblick 2 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13

3 Standort: Groß Schönebeck 3 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13

4 Forschungslabor mit 4300 m tiefer Bohrung in dem verschiedenste Versuche zur Nutzung der Tiefengeothermie durchgeführt werden. Betreiber: Helmholtz-Zentrum Potsdam (GFZ-Potsdam) Kriterien zur Wahl des Standortes: Temperatur oberhalb von 120°C Große regionale Verbreitung der Gesteine Aufschluss verschiedener Gesteinsformationen Intensiv erkundete Gas- und Erdölbohrungen 4 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Das Projekt: In situ-Geothermielabor Gross Schönebeck

5 Untersuchung aller Stufen des Gesamtprozesses zur Vergleichbarkeit mit anderen Standorten (im Norddeutschen Becken) Entwicklung von Strategien zur Stimulation tiefer Aquifere 5 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13

6 Das Projekt: In situ-Geothermielabor Gross Schönebeck Erschließung, Öffnung, Vertiefung der Bohrung 2001 Charakterisierung Ausgangszustand (Primärtest) 2002Erste Stimulation in der Sandsteinschicht: Stützmittelfrac Langzeitpumpversuch 2003 Stimulation von Sand- und Vulkanitgesteinen mittels Wasserfracs Untersuchungen während der Stimulation 2005 Bohrung einer neuen über 4000 m tiefen Bohrung Danach Kommunikationsexperiment 2007 Stimulation der neuen Bohrung und Leistungstests 2011 Errichtung eines Forschungskraftwerk Wärme: 10 MW, Strom: 0,75 MW 6 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Wasserfrac

7 Reservoircharakterisierung Ermittlung einer konkreten Vorstellungen der Struktur und Durchströmeigenschaften Hauptwasserzufluss aus den Vulkaniten Erstmals hydraulischer Nachweis eines Risses an der Bohrung 7 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13

8 Langzeit-Pumptest 8 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Von August bis September 2002 Untersuchung der Veränderungen nach der ersten Stimulation Ermittlung einer optimalen Zusammensetzung des Stimulationsfluids Verwendung: Tiefenwässer aus Rotliegend Typische Kennwerte für Rotliegend-Fluide Salinitäten von ca. 260 g/l pH-Wert um 6 Hauptbestandteile: Ca, Na, Cl Metalle: Eisen, Mangan, Blei, Zink, Kupfer Generell ist eine geothermische Nutzung der Fluide möglich Achten auf chemische Wechselwirkungen: z.B. können Eisen- gehalte und O2-Eintrag zu Schädigungen am Speicher führen Primärfördertest 2001

9 9 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Vortest: Hydraulische Stimulation der Rotliegendgesteine mit 1 und 9 l/s Erkenntnisse über druckabhängige Reaktion der Formation 1. Wasserfrac im offenen Bohrloch Erweiterung der Experimente auf gesamten offenen Abschnitt Anschließung der Konglomerat- und Vulkanitschichten Injektion mit 3-24 l/s über 3 Tage Danach Erhöhung auf 80 l/s für 8 h Bestimmung der Produktivität in Rückförderungsphase (Injektionstest) Stimulationsexperimente Offenes Bohrloch

10 10 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Ergebnisse: Steigerung Produktivität um Faktor 3 bis 4 gegenüber der Ausgangssituation Nicht anhaltend: Verstopfung des Bohrlochs durch Nachfall aus der Bohrlochwand Weiterführung der massiven Stimulation und geplante Nachnutzung nur in gesicherter Bohrung mithilfe eines Liners Zusätzliche Vertie- fung des Bohrlochs Stimulationsexperimente

11 11 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 2. Wasserfrac im gesicherten Bohrloch Änderung des Injektionsfluids Stufentest bis max. 30 l/s Hauptsimulationsphase: 30 l/s Ergebnisse: Produktivitätstest Risse (max. Rissausdehnung) mit Vertikaler Höhe von ca. 100 m Durchschnittliche Öffnungsweite ca. 5 m Seitliche Ausdehnung: ca. 160 m Verschiedene technische Schwierigkeiten führten zu nicht vorgesehenen Einflüssen und unvorhersehbaren Ereignissen Stimulationsexperimente

12 Produktionstest nach dem 2. massiven Wasserfrac 12 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Kontrolliertes Experiment: Mehrere Stunden lang Förderung von Formationswasser mit stufenweiser Erhöhung der Fließraten Produktivitätsindex: Ergebnisse der Stimulationen Stabilisierung des Bohrlochs mittels Liner bzw. Meidung von Stimulationen in offenen Bohrlöchern Mindestproduktivität für ökonomische Nutzung: 0,5 l/s*bar Nicht als Förderbohrung geeignet Ziel erreicht aber nicht im ausreichenden Maße Stützmittelfrac1. Wasserfrac2. Wasserfrac 0,035 l/s*bar0,057 l/s*bar0,11 l/s*bar

13 Geophysikalische Untersuchungen 13 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Ermittlung von Informationen über die Untergrundstruktur über elektrische Widerstände und Spannungen Methoden Seismische Messungen: Detektion seismischer Aktivitäten Magnetotellurische Messungen: Messung elektr. Widerstand Vertikal-Elektroden-System: Messung elektr. Widerstand Keine Veränderungen vor und nach der Stimulation erkennbar Gründe: Größeres Injektionsvolumen notwendig Wellenausbreitung durch darüber liegende Sedimentschichten gedämpft Hoher elektromagnetischer Störpegel (Maschinen u.ä.) Injektionsfluid hat sich mit Formationsfluid gemischt und wurde aufgesalzen Zu geringer Leitfähigkeitskontrast Genereller Forschungsbedarf für alle Methoden

14 Bohrlochmessungen 14 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Das Bohrloch wurde bei der Stabilisation vor dem 2. Wasser- frac auf 4309 m vertieft Notwendigkeit der Charakterisierung der neuen Gesteinsschichten und gleichzeitig Erfassung der Veränderungen nach den Stimulationen Erfasst wurden u.a.: Druck und Temperatur in der Bohrung elektrisches Potential und Leitfähigkeit, Aufbau der Lithologie und der Gehalte der Gesteine Genutzte Verfahren waren fast durchweg erfolgreich und können für ähnliche Strukturen ebenfalls genutzt werden

15 Energieverfahrenstechnik 15 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 1.Materialauswahl für Erzeugungsanlage Langzeitstabile Auslegung der Komponenten Für heiße, salzhaltige und gasführende Fluide Auslegung zu Energieeffizienz und konstruktivem Aufwand Einflussgrößen Temperatur, Zusammensetzung (Salz, Gas), Anlagengestaltung, Kosten-Nutzen-Verhältnis 2.Geeignet erscheint eine ORC-Anlage oder eine Kalina-Anlage, je nach Ansprüchen an Rücklauftemperatur und Wirkungsgrad Fast alle Komponenten auf dem Markt erhältlich (außer Überwachungs-Sensoren im Fluidkreislauf)

16 Zusammenfassung & Ausblick 16 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Zusammenfassung Erhöhung der Fließrate wurde mittels Stimulation erreicht Bohrlochmessungen konnten einen großen Riss nachweisen Richtwerte für die Auslegung einer Geothermieanlage ermittelt Weitere Experimente und Planungen nach der Stimulation Die vorhandene Bohrung soll als Schluckbohrung verwendet werden Eine neue Bohrung wurde als Förderbohrung durchgeführt Ein Kommunikationsexperiment wurde durchgeführt Errichtung einer Demonstrationsanlage

17 Zusammenfassung & Ausblick 17 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Generelle Aussagen Injektionstests liefern aussagekräftige Ergebnisse zur Produktivität Vollständige Verrohrung des Bohrlochs in Rotliegend Gesteinen für die Geothermie Nutzung empfehlenswert Keine nachhaltige schädigende Wirkung der Injektionsfluide erkennbar Bildung gut leitender Risse mittels Wasserfracs Stärkerer Einbezug von Vulkaniten in zukünftige Betrachtungen

18 Literatur 18 Von Charlotte Hoblitz Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck Geothermie SS13 Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck 3/90; Huenges, E.; Winter, H.; 2004 Strom aus Erdwärme in Deutschland am Beispiel der GFZ- Forschungsbohrung Groß Schönebeck; Huenges, E. Flyer Geothermie Forschungsbohrung Groß Schönebeck, Helmholtz Institut dialog.de/index.php?option=com_content&view=article&id=10&Itemid=25 _langzeittest ;jsessionid=FCCB45E64920BCEB820CE267BB3E0079?cP=sec52.content.detail&$part =CmsPart&docId= &$event=display GrossSchoenebeck.html yGdqY Stimulationsexperimente und hydraulische Untersuchungen in den Vulkaniten der Bohrung Groß Schönebeck; Tischner, T.; 2004


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