Geothermiebohrungen stellen bohrtechnisch eine besondere Herausforderung dar: Schonendes „speicherverträgliches“ Bohren und eine optimale Bohrlochstabilität sind für die angestrebte Reservoirnutzung über durchschnittlich 20 bis 30 Jahre von entscheidender Bedeutung. Um hierfür neue Technologien zu entwickeln sowie die Kosten und Risiken bei der Erschließung geothermischer Lagerstätten für die Stromerzeugung zu minimieren, führt das GFZ Potsdam daher in Groß Schönebeck ein entsprechendes Forschungsbohrprojekt durch.
Bereits im Jahr 2000 wurde vom GFZ Potsdam eine Altbohrung der Erdgasexploration aus den 90er Jahren zu einem in der Welt einmaligen Geothermieversuchslabor ausgebaut. Der Vorteil: Theoretische Voruntersuchungen lassen sich in dem „In-Situ-Geothermielabor“ 1:1 unter natürlichen Bedingungen überprüfen. Ausgewählt wurde der Standort aufgrund seines Referenzcharakters, da die hier vorherrschende Geologie des Norddeutschen Beckens für weite Teile Mitteleuropas repräsentativ ist.
Experimente vor Ort
Inzwischen wurden zahlreiche Experimentserien an der brandenburgischen Forschungslokation durchgeführt, neue Methoden getestet und optimiert. Forschungsschwerpunkte sind dabei Verfahren, mit denen die Produktivität von Bohrungen gezielt verbessert werden können. Zudem entwickeln die Forscher innovative Bohrtechnologien und -strategien, mit denen die Lebensdauer von Bohrwerkzeugen erhöht sowie der Energie- und Materialverbrauch während des Bohrvorgangs gesenkt und die Kosten und Risiken von Tiefbohrungen minimiert werden sollen. Derartige In-Situ-Experimente an Referenzstandorten sind in der Technologieentwicklung unverzichtbar, denn sie eröffnen die Chance, neue und unausgereifte Techniken in der Praxis zu erproben und bis zur Anwendungsreife weiterzuentwickeln.
Insofern stellt Groß Schönebeck ein Pilotvorhaben dar, das auch über die Grenzen Deutschlands hinaus als eines der europäischen Leuchtturm-Projekte in der Geothermie wahrgenommen wird. Mit über zehn Millionen Euro Förderung ist es zugleich eines der bedeutendsten FuE-Projekte im Bereich der Erneuerbaren Energien, die derzeit von der Bundesregierung unterstützt werden. Das Projekt ist eingebunden in verschiedene europäische Forschungskooperationen wie „I-GET“ oder das Kompetenznetzwerk zur Förderung der Geothermieforschung in Europa „ENGINE“.
Neue Aufschlusstechnologie schont das Reservoir
Das geothermische Nutzungskonzept des GFZ sieht zwei Tiefbohrungen vor: eine so genannte Dublette aus einer Förder- und einer Injektionsbohrung, sowie einen nachhaltigen Thermalwasserkreislauf und ein obertägiges Kraftwerk. Über die Förderbohrung soll das Wasser aus der Tiefe geholt und nach seiner thermischen Nutzung im Kraftwerk über die Injektionsbohrung wieder in den Untergrund geleitet werden.
Um dieses Konzept an der brandenburgischen Forschungslokation umzusetzen, wurde 2006 in Groß Schönebeck eine zweite Bohrung abgeteuft. Über ein Langzeitzirkulationsexperiment zwischen den beiden Bohrungen soll 2007/2008 demonstriert werden, dass der nachhaltige Transport und Wärmeaustausch in einem Thermalwasserkreislauf sichergestellt ist und sich die Investition in ein Kraftwerk lohnt.
3D-Modellierung gibt Bohrpfad vor
Abstand und Verlauf der beiden Bohrungen sind so ausgelegt, dass der Thermalwasserkreislauf optimal gestaltet werden kann. Ab einer Tiefe von etwa 2.700 Metern wurde gerichtet gebohrt, wodurch gemäß bohrtechnischem Konzept ein geneigter Bohrungsverlauf erreicht wurde. Bohrlochpfad und Neigungsverlauf kontrollierten die GFZ-Wissenschaftler dabei ständig durch Messungen. Als unverzichtbares Instrument hat sich dabei die begleitende geologische 3D-Modellierung erwiesen. Sie stellt eine wichtige Entscheidungshilfe zur Bohrpfadgestaltung dar, mit der die Geometrie des Soll-Bohrpfades gegenüber der existierenden Referenzbohrung und dem Ist-Bohrpfad im geologischen Zusammenhang veranschaulicht und analysiert werden kann. Die Rohre zur Bohrlochsicherung konnten so schnell und zielsicher an die geologisch-geometrischen Gegebenheiten angepasst werden.
Zum Jahresende 2006 wurde mit 4.400,44 Metern die Endteufe der Bohrung erreicht. Die Bohrarbeiten wurden mit Blick auf einen besonders schonenden Aufschluss der Zielhorizonte so durchgeführt, dass der Speicher während des Bohrens nicht durch infiltrierende Bohrspülung geschädigt wurde. Die Bohrung verfügt über einen großen Durchmesser, der den Einbau einer großen Pumpe zur Förderung des heißen Tiefenwassers ermöglicht. Der Bohrungsverlauf konnte mittels der 3D-Modellierung plangemäß gestaltet werden, so dass Förder- und Injektionsbohrung im Zielbereich etwa 475 Meter, übertage nur etwa 28 Meter auseinander liegen, mit allen Vorteilen der kurzen Strecken für spätere Installationen.
(Ernst Huenges, GeoForschungsZentrum Potsdam, 30.03.2007 – AHE)
