Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie ...

Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck 3/90
Die Injektion von Fluid, das mit Salz angereichert ist (Vortest b in Bild 4.1.1), führte
zu keiner signifikanten Veränderungen, z. B. Druckanstiege. Somit sind die Laborexperimente
(Kap. 2.3) verifiziert. Auf die Salzzugabe konnte daher in den folgenden
Experimenten verzichtet werden.
Zeitgleich zur Stimulation werden Geophone zur seismischen Überwachung des
Risswachstums bzw. zur Rissortung eingesetzt (siehe Kapitel 6.1) sowie elektromagnetische
Registrierungen durchgeführt, um Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit
zu erkennen (siehe Kapitel 6.2).
Die Arbeiten begannen am 13.01.2003. Die Koordinierung der hydraulischen Arbeiten
wurde gemeinsam von GFZ und BGR (Dr. Tischner) durchgeführt. Die technischen
Arbeiten für den Haupttest (Test f-h in Bild 4.1.1) wurden an die Firma Drilltec,
Ettlingen, vergeben. Es wurden am Bohrplatz drei Brunnen von ca. 80 m Tiefe zur
Wasserversorgung abgeteuft und eine Konditionierungsanlage errichtet. In speziellen
Behältern mit einer Kapazität von 1500 m³ wurde das Wasser zwischengespeichert,
um hohe Fließraten bis 80 l/s realisieren zu können. Das Wasser wurde chemisch
aufbereitet, damit die Verträglichkeit mit dem Gestein und den Tiefenwässern gewährleistet
ist. Mit Salzsäure wurde der pH-Wert 3 eingestellt und es erfolgte die Zugabe
eines Sauerstoff- und Korrosionsinhibitors. Die Installation wurde mit sechs
Hochdruckpumpen, einem Hochdruckstrang sowie einem Ventilkreuz über der Bohrung
komplettiert.
Bis zum Abschluss der Experimente am 03.03.2003 wurden insgesamt 4284 m³
Wasser sukzessive unter hohem Druck in den Untergrund gepumpt (Bild 4.1.2). Mit
dem Vortest konnte ein initiales Injektionsraten-Druck-Verhältnis ermittelt werden.
Beim Haupttest ab Ende Februar 2003 wurde sukzessive die Injektionsrate zunächst
bis 24 l/s erhöht. Innerhalb dieser Steigerung stellte sich eine deutliche Wirkung ein.
Die Daten zeigen, dass sich bereits ab einer Injektionsrate von 8 l/s mit ansteigender
Injektionsrate der Druckanstieg verringert. Entsprechend erhöht sich die Injektivität,
das heißt, es wurde mehr Flüssigkeit je Druckeinheit verpresst (Bild 4.1.3). Daraus
kann gefolgert werden, dass ein zusätzliches Reservoir durch die Stimulation angeschlossen
wurde, was in der Summe in einer erhöhten Injektivität resultiert.
Im Verlauf der Experimente fielen zwei Brunnen infolge technischen Versagens der
Tiefpumpen aus. Dadurch musste die Injektionsrate während der Reparaturzeit
(27.02. – 01.03.2003) zurückgefahren werden. Nach einem Auslauftest (01.03.2003)
konnte die ursprünglich erzielte Fließrate von 25 l/s nicht wieder erreicht werden, da
der Druck sehr schnell das vorgegebene Limit der Verrohrung (25 MPa) erreichte.
Durch kurze Wechsel von Injektion und Entlastung der Bohrung wurde versucht, diese
Blockade zu beseitigen. Diese Versuche blieben erfolglos, vielmehr reduzierte
sich die bis zum Drucklimit verpressbare Wassermenge auf wenige Kubikmeter, die
etwa dem Kompressionsvolumen der Rohrstrecke des Bohrlochs entsprechen. Die
künstliche Endteufe wurde mit 3901,5 m nur 17 Meter unterhalb des Rohrschuhs in
den Tonstein-Sandstein-Wechsellagen bestimmt.
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STR 04/16