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Maßgeschneiderte Bohrtechnologie macht unterirdische Infrastruktur zukunftsfest. Fraunhofer IEG demonstriert nun die Machbarkeit einer neuen Bohrtechnologie: Das MTD® genannte Verfahren erzeugte in 300 Meter tiefem Tonstein seitliche Ablenkbohrungen innerhalb von bestehenden Brunnenbohrungen. In Marl bohrten das Team so durch hartes Gestein, um Wasseruntersuchungen zu ermöglichen. Die Methode ermöglicht geotechnische Untersuchungen, unterstützt Wasserversorger beim Monitoring und schafft Perspektiven für das Grubenwassermanagement des Ruhrgebiets sowie für die tiefe Geothermie landesweit. Das wissenschaftliche Paper ist nun im »SPE Journal« veröffentlicht und online abrufbar.
»Die sichere Nutzung des Untergrunds wird für die Wasser- und Energiewirtschaft immer wichtiger. Stadtwerke brauchen verlässliche Datenräume, um Wärmeversorgung, Monitoring und Ewigkeitsaufgaben langfristig zu gestalten«, sagt Niklas Geißler vom Fraunhofer IEG. »Mit dem neuen MTD®-Verfahren schaffen wir eine technologische Basis, die das Umfeld von Bohrlöchern effizient und kostengünstig erschließt.«
Neue Wege für geotechnische Untersuchungen
In dem Projekt in der Stadt Marl hat das Team des Fraunhofer IEG das MTD®-Verfahren eingesetzt, um den Emscher-Mergel zu untersuchen, eine Tonschicht, die im Ruhrgebiet eine wichtige isolierende Funktion zwischen Grubenwasser und Trinkwasserhorizonten übernimmt. Ziel der Untersuchungen war es, die vertikale Wasserdurchlässigkeit dieser Gesteinsschicht zu bestimmen.
Ausgangspunkt war ein bestehender rund 350 Meter tiefer Messbrunnen mit 14 Zentimetern Durchmesser, der jedoch auf der interessanten Tiefe bereits mit einem Stahlrohr ausgekleidet war. Das Team setzte daher eine nur fünf Zentimeter lange Mikro-Turbine ein. Angetrieben durch einen Druckwasserschlauch hat sich das Schleifwerkzeug mit hoher Drehzahl durch Stahl und Gestein gearbeitet.
Nutzen für Stadtwerke und Energieversorger
Jeweils sechs Micro-Sidetracks – seitlich abzweigende Bohrung - in der Tiefe von 290 bzw. 330 Metern mit Längen von bis zu einem Meter und rund 4 Zentimeter Durchmesser stellten schließlich die Verbindung zwischen dem Brunnen und dem umliegenden Gestein wieder her. So konnten mit wenig Aufwand Tests zur Grundwasserströmung stattfinden, die Wasserversorger für die Planung ihrer Infrastruktur benötigen. Die entstehenden Daten helfen, die Wirksamkeit geologischer Barrieren einzuschätzen und langfristige Entscheidungen für Grubenwasserhaltung, Trinkwassergewinnung und Wärmenutzungsoptionen, etwa durch Geothermie, abzusichern.
»Micro Turbine Drilling (MTD®) kombiniert Bohren durch Stahl und Gestein in einem einzigen Schritt. Damit können wir gezielt im Untergrund arbeiten und Messpunkte oder Wasserwege schaffen, wo konventionelle Methoden scheitern würden«, erklärt Niklas Geißler, Entwickler der Technologie am Fraunhofer IEG. »Unser Verfahren eröffnet neue Optionen für hydraulische Charakterisierung und Monitoring an beliebigen Stellen bestehender Brunnen.«
Projektpartner und Publikation
Die Feldarbeiten fanden im Auftrag der RAG-Aktiengesellschaft statt und wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert (Förderkennzeichen 03EE4026 und 03EE4055A). Die wissenschaftliche Auswertung ist in der Publikation »Field Testing of a Novel Micro Turbine Drilling Technology for Drilling Micro Sidetracks From an Existing Borehole Through Casing Into the Surrounding Clay Formation«, SPE 231415 erschienen (DOI: 10.2118/231415-- PA). Sie dokumentiert den ersten erfolgreichen Einsatz der Technologie in Tonstein und zeigt ihren Nutzen für geotechnische Untersuchungen.
Mehr zum Bohrverfahren Micro Turbine Drilling (MTD®):
Kern der Technologie Micro Turbine Drilling (MTD®) ist eine weniger als fünf Zentimeter lange und keine vier Zentimeter breite Mikro-Bohrturbine, entwickelt von Fraunhofer IEG. Ihre Rotation wird durch Wasserdruck aus einem flexiblen Schlauch angetrieben. Ein Ablenkschuh führt die Turbine in der gewünschten Tiefe seitlich aus dem bestehenden Bohrloch. Der diamantbestückte Bohrkopf zerkleinert das Gestein bei hoher Drehzahl, das Bohrklein wird mit Wasser ausgespült. Der Vortrieb liegt je nach Gestein bei rund einem Meter pro Stunde. Kameras, akustische Sensoren und Rückflussanalysen überwachen den Prozess und ermöglichen präzises Arbeiten auch in engen Bohrlöchern.
Die MTD®-Technologie erzeugt gezielt kleine Seitenbohrungen („Micro-Sidetracks“) aus bestehenden Bohrlöchern. Dadurch vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen Bohrloch und Gestein deutlich, was die Förderung und Injektion von Flüssigkeiten verbessert. Im Vergleich zu konventioneller Perforation reichen diese Bohrungen fünf- bis zehnmal tiefer in die Formation und vermeiden schädigende Effekte im Gestein. Auch kommt das Verfahren ohne klassische und teure Bohranlage aus („rigless“) und eignet sich besonders für bestehende oder reaktivierte Bohrungen.
Mikro Turbine Drilling (MTD®) vergrößert die Verbindung zwischen Brunnen und Gestein und damit die Wasserdurchlässigkeit. So lassen sich hydraulische Eigenschaften der Gesteine in der Zieltiefe wie Durchlässigkeit oder Barrierewirkung präziser bestimmen. Diese Informationen sind entscheidend für Unternehmen, die Grubenwasser managen, Grundwasser schützen oder bestehende Infrastrukturen modernisieren. Die Technologie verbessert gleichzeitig die Überwachung von Grubenwasseraufstiegen – ein Dauerthema für das Ruhrgebiet.
Das MTD® ist in unterschiedlichen Gesteinstypen einsetzbar, darunter kristalline Hartgesteine wie Granit oder Basalt, Sedimentgesteine wie Sandstein, Tonstein und Kalkstein sowie Evaporite, beispielsweise Halit. Damit eignet sich die Technologie sowohl für Anwendungen im Erdöl- und Erdgasbereich als auch für die Erschließung geothermischer Reservoire, für den Lithiumbergbau aus Solen sowie für untertägige Energiespeicher.
Technische Daten:
Länge Sidetrack: bis zu 10 Meter
Durchmesser Sidetrack: bis zu 40 Millimeter
Einsatztiefe: bis zu 1000 Meter
Ablenkwinkel zur Senkrechten: 45° bis 90°
Bohrgeschwindigkeit: ca. 1 bis 3 Meter pro Stunde
Bohrbare Materialien: Alle Gesteine sowie Stahlrohre
Link zur Publikation:
https://onepetro.org/SJ/article/31/01/336/793937/Field-Testing-of-a-Novel-Micro-...
https://jpt.spe.org/field-testing-of-a-novel-micro-turbine-drilling-technology-f...
Link zum MTD®-Verfahren:
https://www.ieg.fraunhofer.de/de/projekte/micro-turbine-drilling.html
Bildunterschrift
Die Turbine des Micro Turbine Drilling (MTD®) kann einen bestehenden Brunnenbau mit kleinkalibrigen Seitensträngen erweitern, um den Untergrund für Wasser durchgängiger zu machen. Bild: N. Geißler/ Fraunhofer IEG
Niklas Geißler, niklas.geißler@ieg.fraunhofer.de
https://onepetro.org/SJ/article/31/01/336/793937/Field-Testing-of-a-Novel-Micro-...
https://www.ieg.fraunhofer.de/de/projekte/micro-turbine-drilling.html
Die Turbine (links) des Micro Turbine Drilling (MTD®) kann einen bestehenden Brunnenbau mit kleinkal ...
Copyright: Niklas Geißler/Fraunhofer IEG
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Bauwesen / Architektur, Energie, Geowissenschaften
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Die Turbine (links) des Micro Turbine Drilling (MTD®) kann einen bestehenden Brunnenbau mit kleinkal ...
Copyright: Niklas Geißler/Fraunhofer IEG
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