Tranen des Teufels. Die Weltgeschichte des Erdols GERMAN


Erdöl enthält eine Vielzahl verschiedenartiger Verbindungen di im wesentlichen aus Kohlenstoffen und Wasserstoffen bestehen. Juni , Fachworkshop Wasserwirtschaftliche und hydrogeologische Aspekte bei der Nutzung des. Ein Punkt bedeutet, dass das Bypassventil geöffnet wird, damit ein Teil der Bohrspülung aus dem Strang abgezwackt werden kann. Die Kontinente bewegen sich gemächlich über den Globus, das haben Sie sicher schon einmal gelesen oder gehört.

Tiefe Bohrlöcher - Deutscher Bundestag


Die Ableitung eines Sicherheitskonzeptes muss standortspezifisch erfolgen. Aus den oben genannten Anforderungen und Sicherheitsfunktionen wird ein Konzept abgeleitet, welches nachfolgend detaillierter beschrieben wird: Der Einlagerungsbereich wird im vorliegenden Konzept von sedimentären Ablagerungen überdeckt. Grundsätzlich wird von einer Mindestteufe von 1 m für eine Einlagerung ausgegangen. Durch diese Tiefe ist gewährleistet, dass kaltzeitliche Einwirkungen auf den Einlagerungsbereich in jedem Fall ausgeschlossen werden können, mehrere unabhängig wirkende geologische Barrieren im Hangenden des Einlagerungsbereiches existieren und ein diffusionsdominiertes Transportsystem erwartet werden kann.

Die Maximalteufe vertikale Tiefe von ca. In der Öl- und Gasindustrie sind auch tiefere Bohrungen bekannt, aber selten. Es wird im vorgeschlagenen Grundkonzept von einer Einlagerung in einer nahezu vertikalen Bohrung ausgegangen Das Grundkonzept berücksichtigt mehrere geologische Barrieren. Folgende geologische Formationen mit diversitären Barriereeigenschaften kommen in Betracht: Jahren im Bereich der Schutzgüter erwartet werden.

Eine überdeckende Salzschicht wird als Barriere mit hoher Dichtwirkung und aufgrund seiner visko-plastischen Gesteinseigenschaften genutzt14 bei gegebenen thermischen und geomechanischen Randbedingungen besitzen Salze selbstabdichtende Eigenschaften. Die selbstabdichtenden Eigenschaften sollen für den Bohrlochverschluss genutzt werden. Kristallines Grundgebirge als Wirts- und Einlagerungsgestein. Fallenstruktur für Gase, die im Einlagerungsbereich, z.

Im vorgeschlagenen Konzept werden somit mehrere Barrieren in Kombination unterstellt. Dabei sollten mindestens zwei unabhängig wirkende geologische Barrieren vorhanden sein. Das Grundkonzept ist schematisch in Abb. Die Fallenstruktur liegt dabei zwischen der Salzformation und dem kristallinen Grundgebirge. Zwischen Schutzgut und Rückhalteformation befindet sich ein Transferbereich siehe auch Kapitel 9. Zwischen Schutzgut und Rückhalteformation befindet sich ein Transferbereich.

Durch diese Fallenstruktur wird der Pfad der Entgasung in eine sichere Fallenstruktur in mehr als m Entfernung zum Schutzgut vorgegeben.

Die Vorerkundungsverfahren vor Beginn der bergbaulichen Aktivitäten Erstellen der Einlagerungsbohrung umfassen: Folgende Messmethoden, die als Stand der 16 Z. Seismik, Geoelektrik , 3. Spannungsfeldcharakterisierung Um die Erkundung zu optimieren und um bestmögliche Standorte auszuwählen kann es sinnvoll sein, Felder mit mehreren Bohrungen zu entwickeln.

Dadurch könnten auch die übertägigen Anlagen effizienter eingesetzt werden. Aus dem Durchmesser der verglasten Abfälle und der notwendigen Wandstärken der Behälter Stabilität, Korrosionsfestigkeit ergibt sich ein minimaler Durchmesser der Bohrung für eine Einlagerung. Dabei ist ein Spalt zwischen Verrohrung und Behälter berücksichtigt. Es wird ein Standard Rotary-Bohrverfahren angenommen Im Einlagerungsbereich wird aus bohrtechnischer Sicht ein Mindestabstand zwischen zwei Bohrungen von 50 m vorgeschlagen, um die Beeinflussung der einzelnen Bohrungen Zerrüttungszone ca.

Erste Abschätzungen zur thermischen Entwicklung siehe Kapitel 10 deuten darauf hin, dass auch hierfür ein Abstand von 50 m zwischen den Bohrungen ausreichend sein könnte. Eine Auslegung kann nur standortspezifisch erfolgen. Es wird generell angenommen, dass der wesentliche Einfluss im Abstand von ca. Im Bereich der Schutzgüter z. Biosphäre, Trinkwasserhorizonte sind mindestens zwei einzementierte Rohre Rohrtouren vorgesehen.

Der Bereich der Einlagerung wird mit eingehängten und zementierten Rohren Liner ausgebaut Die gesamte Bohrung ist dadurch vollständig verrohrt und zementiert. Die Bohrung ist mit einem Fluid Bohrlochbetriebsfluid gefüllt. Als zusätzliche Sicherheit für den Einlagerungsvorgang der Behälter wird ein zusätzliches nicht zementiertes Rohr Liner-Verlängerung vom einzementierten Liner bis zur Oberfläche formschlüssig geführt. Dieses Rohr kann ggf. Die Verrohrung wird im Bereich der geotechnischen Barrieren bzw.

Nach dem Einbau der Rohre und deren Zementation wird diese gegen ein Bohrlochbetriebsfluid ausgetauscht. Dieses Fluid verbleibt auch nach der Einlagerung der Behälter im Einlagerungsbereich. Aufgrund der Anforderung zur Rückholbarkeit sollten feststofffreie Fluide eingesetzt werden.

Weitere zu erfüllende Anforderungen sind: Kompatibel zum Behältermaterial und der Verrohrung 2. Andere Substanzen wie ölbasierte Systeme oder Salzlösungen sind zu prüfen und müssen mit dem verwendeten Behältermaterial, den Rohren und dem Strahlungsfeld kompatibel sein.

Folgende Anforderungen müssen vom Verschlusssystem erfüllt werden: Radionuklide in den Bereich der Schutzgüter erfolgt. Um diesen Anforderungen zu genügen, werden hier im Rahmen des Konzeptes verschiedene Materialien für die unterschiedlichen Gesteinsschichten vorgeschlagen. Als langfristig wirksam werden hier nur solche Materialien betrachtet, die bereits über geologische Zeiträume ihre Stabilität und Eignung nachgewiesen haben. Alle drei Materialien sind z.

Zementverfüllung, mechanische Stopfen werden nicht als sichere Barriere gewertet. Im Einlagerungsbereich der Behälter bis in den Bereich der Gasfalle verbleibt ein angepasstes Bohrlochfluid und Zementationen Im Bereich von Salzgestein wird die Verrohrung ausgefräst, damit sich durch die Konvergenz ein natürlicher Salzverschluss als Langzeitverschluss ausbilden kann. Im Bereich von quellfähigen Tonschichten wird die Verrohrung ausgefräst und es werden quellfähige Bentonit-basierte Stopfen als Langzeitdichtung bzw.

Den unterschiedlichen hydraulischen und rheologischen Eigenschaften der Gesteine sind dadurch angepasste Verschlussmaterialien zugeordnet. Durch die Ausfräsung der Verrohrung wird eine kraft- und geochemisch-schlüssige Verbindung zwischen den Verschlussmaterialien und den Barrierengesteinen Ton und Salz gewährleistet. Reduziert man den Fluiddruck in einer unzementierten Strecke setzt dabei eine rasche Konvergenz ein, die zu einem natürlichen Verschluss führt.

Durch Einbringen von Salzgrus kann dieser Prozess beschleunigt werden. Aufgrund der Teufe und Temperaturfeld sollte die natürliche Konvergenz in den Bohrlöchern für einen Verschluss ausreichen. Details siehe auch Kapitel 6. Dieses Verfahren ist auf Nutzlast bis zu ca. Die Einlagerungsbehälter werden an einem Bohrgestänge automatisiert einzeln eingebracht.

Als weitere Sicherheit dient dabei ein zusätzlich angebrachtes hochfestes Drahtseil. Das Bohrgestänge bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten die Proben Behälter zu bewegen nach oben, unten, drehend , sowie eine in-situ Fluidprobennahme zum Nachweis einer Kontamination. Die Einbringung der Einlagerungsbehälter kann nach gegenwärtigen Annahmen von übertage unter Berücksichtigung des Strahlenschutzes erfolgen.

Dies ist vor Erstellung des Bohrlochs zu planen und gehört zu den standortspezifischen Festlegungen. Dies kann über Beobachtungsbohrungen und Messungen von übertage mit Standardmethoden erfolgen.

Ein konkretes und detailliertes Sicherheits- und auch Nachweiskonzept muss standortspezifisch entwickelt werden. Geologische Potentiale zur Einlagerung von radioaktiven Abfallstoffen unterhalb von stratiformen Salzformationen. April , erreichbar unter https: Insbesondere wird die klassische Bohrtechnologie im Bereich der konventionellen und unkonventionellen Kohlenwasserstoffe KW erläutert, die Bohrtechnologien für Geothermie und Bergbau untersucht, auf die Richtbohrtechnik eingegangen und ein Überblick und Erfahrungen aus verschiedenen Forschungsbohrungen inkl.

Industrielle, so wie auch wissenschaftliche, Bohrungen werden heute mit erprobter Technik in verschiedenen Durchmesserbereichen niedergebracht, die von einigen Zentimetern Aufschlussbohrungen im Bergbau bis in den Meterbereich Schachtbohrungen variieren können. Jedoch wirken in Bohrungen physikalische Gesetze, die es zu beachten gilt und die umso kritischer werden können je tiefer ein Bohrloch werden soll. Im Folgenden werden die üblicherweise heute bei Tiefbohrungen zum Einsatz kommenden Techniken und die dabei gängigen Bohrdurchmesser betrachtet.

Einem Inch entsprechen ca. Nach Möglichkeit wird die Angabe cm oder mm verwendet. Tiefe berechnen lässt, ist durch den Vorgang der Gesteinszerstörung und der Entnahme des zerstörten Gesteins Bohrklein im Bohrloch nicht mehr vorhanden.

Diese Gebirgsdruckdifferenz wird verringert, wenn das Bohrloch nach der Entnahme des Bohrkleins nicht leer ist, sondern mit einer Flüssigkeit - z. Wasser - gefüllt bleibt. Der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule wirkt dabei im Bohrloch als Stützdruck und reduziert so den effektiv wirkenden Gebirgsdruck an der Bohrlochwand; dieser Effekt wirkt sich grundsätzlich positiv auf die Standfestigkeit eines Bohrloches aus.

Hinzu kommt, dass bereits während des Niederbringens einer Bohrung Gesteinsschichten angetroffen werden können, die auch aus Sicherheitsgründen eine abschnittsweise Vertiefung des Bohrlochs mit Zwischenverrohrungen in verschiedenen Tiefen erfordern. Die Verrohrung dient dabei zur Sicherung der bereits erbohrten Abschnitte gegen Nachfall aus der Bohrlochwand, Kollaps des Bohrlochs sowie zur Trennung unterschiedlicher Horizonte voneinander.

Der abschnittweise Einbau von Rohren dient zusammengefasst allgemein den folgenden Zielen: Die Verrohrungen von Tiefbohrungen müssen verschiedenen Belastungen widerstehen können. Grundsätzlich gilt, dass die Herstellungskosten der Bohrung mit wachsenden Durchmessern steigen, weshalb heute in der Industrie Bohrungen i.

Allgemein wird die Spülungsdichte aus Sicherheitsgründen i. Salzwasser - multipliziert mit der Teufe 57 und der Erdbeschleunigung.

Schwankungen sind dabei vor allem in der Dichte möglich, da diese primär von der Salinität der Lösungen abhängt, die i. Dies gilt nicht mehr, wenn mit einer solchen Spülung Schichten angebohrt werden, die höhere oder niedrigere Drücke aufweisen. Bei höheren Porendrücken können dann — abhängig von der Permeabilität der Formation — Zuflüsse in das Bohrloch auftreten.

Diese werden erst stoppen, wenn die Spülungsdichte durch Zugabe von Beschwerstoffen wie z. Um dies zu vermeiden wird an der Bohranlage ständig das Spülungsumlaufvolumen bilanziert. Auch dafür kann es verschiedene Ursachen geben, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. Entscheidend ist letztlich, wie die Formation auf den Überdruck aus dem Bohrloch reagiert. Weist sie eine gewisse Permeabilität auf, so wird sich ein mehr oder weniger starker Spülungsverlust einstellen, der aber bei feststoff-beladener Bohrspülung unter Bildung eines Filterkuchens schnell nachlässt oder auch gestoppt wird.

Starke plötzlich auftretende Spülungsverluste, wie sie z. Es können aber auch schwache geologische Formationen angetroffen werden, die unter dem Druck einer hydrostatischen Säule mechanisch brechen und dadurch Flusswege für einen Spülungsverlust öffnen können.

In solchen Fällen ist das spezifische Gewicht einer Bohrspülung unverzüglich durch Zugabe von Wasser oder unter Umständen auch Gasen zu reduzieren. Dabei wird auch auf die dabei gängigen Bohrdurchmesser und Teufenbereiche des Einsatzes der jeweiligen Technik eingegangen. Geht man von der Technik der Gesteinszerstörung aus, so sind als Verfahren prinzipiell das schlagende und das drehende Bohren zu unterscheiden.

Das reine Schlagbohren z. Aus diesem Grund wird hier auf diese Technik nicht näher eingegangen. Es wird sowohl für 59 Aufschluss, Produktion und Speicherung von Kohlenwasserstoffen als auch in der tiefen Geothermie angewandt und eignet sich prinzipiell für alle Gesteinsarten. Der eigentliche Bohrstrang — das Bohrgestänge — hingegen besteht aus dünnwandigeren Rohren, die nicht mit axialer Drucklast beaufschlagt werden sollten, da sie sonst leicht ausknicken.

Die nachfolgenden Zahlen in Klammern beziehen sich auf diese Abbildung. Die Bohrspülung hat u. Sie wird von den Spülpumpen 4 durch die Steigleitung 8 , den Spülschlauch 9 und den Spülkopf 18 in den Bohrstrang 19; 25 gepumpt. Verrohrung wieder nach oben. Die übertägige Ausrüstung des Spülungskreislaufs ist wichtiger Bestandteil jeder Bohranlage. Tank oder Teich für die Bohrspülung 2. Shale Shakers und Fliehkraftabscheider 3. Saugrohr zu den Spülpumpen 4.

Bohrturmantrieb meist Dieselmotoren 6. Das Hochdruckschlauchstück zwischen Spülpumpe und Standrohr 7. Schlauch zum Spülkopf, Kelly-Schlauch, engl. Goose Neck, Rohrkrümmer für den Spülschlauch, auch Schwanenhals genannt Die Unterflasche des Flaschenzugs des Hebewerks. Seil des Hebewerks, engl. Die Oberflasche des Flaschenzugs des Hebewerks. Gestängebühne oder Aushängebühne, engl. Züge des Bohrgestänges, engl.

Stands of drill-pipes Holzlager für geparkte Gestängezüge Kelly, die Mitnehmerstange zur Kraftübertragung an das Bohrgestänge Kopf der Verrohrung Bohrspülungrückleitung 64 Mit dem Rotary-Bohrverfahren können Bohrungen prinzipiell in beliebige Richtungen gesteuert werden. Da Vermessungsmethoden auf Laserbasis wegen der flüssigkeitsgefüllten Bohrlöcher ebenfalls nicht möglich ist, verbleiben nur der Schwerkraft- und geographische oder magnetische Nordvektor zur Vermessung der einzelnen Bohrlochmesspunkte mit Hilfe von klassischen geodätischen Messinstrumenten, verpackt in drucksicheren Stahlbehältern und eingefahren mit Kabelwinden oder am Gestänge.

Bohrlochexzentrizität oder Teufenfehler auf, weshalb jede der aus ihren Messwerten errechnete Bohrlochposition mit einem bestimmten Messfehler behaftet ist, der sich über die gesamte Bohrlochstrecke bis zur Bohrlochendposition weiterpflanzt.

Wenn man all diese möglichen Fehlerquellen einbezieht, dann wird die Bohrlochposition innerhalb eines Ellipsoids zu liegen kommen, innerhalb dessen der exakte Messpunkt mit einer gewissen statistischen Sicherheit liegen wird. Die Genauigkeit der Mess- und Berechnungsverfahren zur Bestimmung des Bohrlochverlaufs liegt bei einer ca. Die Erkundungsbohrungen werden häufig als Kernbohrungen niedergebracht, da die Bohrkerne den besten Aufschluss zur Beurteilung der Lagerstätte und des Deckgebirges ergeben.

Hierfür reichen zumeist relativ kleine Durchmesser. Zur Beschleunigung der Kerngewinnung wird überwiegend die Seilkerntechnik eingesetzt, bei der die Bohrkerne zusammen mit dem Innenkernrohr mittels Drahtseil zutage befördert werden ohne den kompletten Bohrstrang ausbauen zu müssen. Da auch bei diesen Bohrungen oftmals Zwischenverrohrungen eingebaut werden müssen um die Zielhorizonte zu erreichen, sind die verschiedenen Bohrlochdurchmesser so aufeinander abgestimmt, dass der Bohrstrang der vorherigen Sektion als Verrohrung im Bohrloch verbleiben kann und der nächst kleinere Bohrstrang hindurch passt.

Umso schlank wie möglich zu bleiben sind die Muffen- bzw. Zapfengewinde der Bohrstrangverbinder oftmals direkt in die unverdickte Rohrwandung geschnitten; damit kann natürlich nur eine relativ geringe Zugfestigkeit der Schraubverbindungen erreicht werden, wodurch die Teufenkapazität der meisten Seilkernsysteme relativ stark limitiert 67 ist.

Dies stellt aber in den meisten Fällen kein Problem dar, da bergbaulichenAufschlüsse nur selten tiefer als ca. Für tiefere Aufschlussbohrungen wie sie z.

Dabei muss allerdings berücksichtigt werden, dass der Kerndurchmesser in Relation zum Bohrdurchmesser ungünstiger kleiner wird. Für alle im Bereich Bergbauerkundung eingesetzte Seilkernsysteme gilt, dass die Bohrdurchmesser i. Der Hauptunterschied besteht hierbei in der Spülrichtung. Der Antrieb des Spülstroms erfolgt durch eine am Bohrgestänge installierte Saugpumpe.

Bedingt durch die zum Austrag des Bohrkleins im Bohrstrang nur geringere benötigte Strömungsgeschwindigkeit ist im Vergleich zum Rotarybohren nur eine deutlich niedrigere Pumpenleistung erforderlich. Allerdings liegt hierin auch der Nachteil des Verfahrens: Die Bohrgeschwindigkeit ist i. Auch ist ein gezieltes Richtbohren mit diesem Verfahren nicht möglich.

Es wird ebenfalls häufig für Brunnenbohrungen eingesetzt. Dadurch wird die Dichte des Dreiphasengemisches aus Bohrspülung, Bohrklein und Luft niedriger eingestellt als die Dichte der Spülung im Ringraum, wodurch der Spülungskreislauf in Gang gesetzt und gehalten wird. Der Lufteintrag erfolgt i. Neben der limitierten Teufenkapazität des Verfahrens ist jedoch auch hier der Nachteil in der im Vergleich zur Rotarytechnik geringen Bohrgeschwindigkeit, so wie der Unfähigkeit zum gezielten Richtbohren zu sehen.

Vorteil des Verfahrens gegenüber dem Bohren mit Flüssigkeitsspülung ist der oftmals deutlich höhere Bohrfortschritt, Nachteil ist aber vor allem die Einschränkung der Bohrlochstabilität infolge des fehlenden Stützdruckes, wodurch die erreichbaren Teufen allgemein deutlich unter den mit einer gut eingestellten Flüssigkeitsspülung erreichbaren Teufen liegen.

Mit Schaumbohren Foam-Drilling bezeichnet man das Bohren, wenn ein FlüssigkeitsGasgemisch, das mit Schaumbildnern versetzt ist, benutzt wird. Bei diesen Spülverfahren in verschiedenen jeweils betrachteten Teufen ergibt sich durch die Kompressibilität des Gasanteils eine unterschiedliche Dichte, die das Austragsverhalten beeinflusst.

Daher muss jedes Bohrloch lokationsspezifisch konzipiert geplant werden. Es stellt einen der wichtigsten Faktoren für den Erfolg einer Tiefbohrung dar. Die Planung beginnt grundsätzlich bei der Endteufe mit dem dort benötigten Mindestdurchmesser und geht i. Standrohr Das Standrohr wird üblicherweise im Zuge der Bohrplatzherrichtung durch Rammen oder mittels Trockenbohrverfahren eingebracht.

Es dient dem Schutz des Grundwassers und soll zudem ein eventuelles Unterspülen der Turmfundamente durch die Bohrspülung verhindern. Abhängig von den lokationsspezifischen Gegebenheiten wird die Rohrtour zwischen ca. Hinzu kommen eventuell noch weitere zusätzliche Zuglasten, wie sie z.

Die Ankerrohrtour dient zugleich der Sicherung der Bohrung gegen unkontrollierte Ausbrüche von Fluiden; dazu wird auf dem Bodenflansch die Bohrlochsicherung der Preventer-Stack aufgebaut. Technische Rohrtouren Weitere Rohrtouren werden i. Anzahl und Absetzteufen richten sich nach technischen und geologischen Voraussetzungen.

Produktionsrohrtouren Die Verrohrung an der geplanten Endteufe eines Bohrloches wird als Produktionsrohrtour bezeichnet, da durch diese üblicherweise der Zugang zu der Lagerstätte erfolgt. Grundwasserschutztour, Ankerrohrtour, Zwischenrohrtour, Produktionsrohrtour oder -liner sind Berechnungen vorzunehmen, welche die jeweils möglichen einsatzspezifischen Belastungen berücksichtigen. Die so geplanten Rohrtouren eines Verrohrungsschemas müssen bei der Realisierung einer Bohrung mit der Bohranlage eingebaut werden können.

Für die Ermittlung der Hakenregel- und -ausnahmelasten sind im konkreten Fall Schleiflastberechnungen für ausgewählte Bohrstränge und Verrohrungen vorzunehmen. Bei den Verrohrungen sind zusätzlich die durch Federbogen-Zentralisation erzeugten Schleiflasten mit zu berücksichtigen. Rohreinbaugeschirr des Flaschenzugsystems für die benötigte Bohranlage einzurechnen.

Für die Beurteilung der Eignung einer Bohranlage für ein Bohrprojekt sind daher primär die Lasten bei Einbau der geplanten Verrohrungen entscheidend. Schwere Bohranlagen verfügen deshalb allgemein über Hakenlastkapazitäten von ca. Für die Bohrlochhydraulik ist insbesondere der Bohrkleinaustrag ein wichtiges Kriterium; dieser wird — abhängig von dem Ringraumquerschnitt — z. Bei der Berechnung der erforderlichen Pumpenleistung sind realistische rheologische Eigenschaften und Dichteannahmen der Spülung zugrunde zu legen.

Da die Glaskokillen nicht druckstabil sind, ist ein mindestens druckstabiler Einlagerungsbehälter erforderlich. Dies erhöht den Mindestdurchmesser der Bohrung im Teufenbereich des Endlagers weiter siehe Kapitel 7. Dies gilt mindestens für den vorgesehenen Zeitraum der Betriebsphase bis zum Verschluss. Dies gilt sowohl für verrohrte als auch für eventuelle aktuell nicht vorgesehene unverrohrte Bohrabschnitte. Die Einflüsse können prinzipiell durch Auswahl geeigneter Materialien z.

Dies gilt sowohl für die Ringraum-Zementationen als auch für alle Verschlüsse in einer Bohrung. Auch hier gilt, dass für die geforderten Zeiträume einer Endlagerung weit über Jahre keine praktischen Erfahrungen vorliegen können.

Grundsätzlich können die in den Bohrungen eingebrachten Dichtelemente ausgetauscht werden, z. Gleiches gilt für den Bohrlochkopf als obersten Abschluss mit Dichtfunktion. Voraussetzungen für eine Realisierbarkeit eines Endlagers für hoch-radioaktiven Abfall mittels heute gängiger Tiefbohrungen sind: Die ersten beiden Kriterien sind von der Geologie abhängig. Insbesondere in den letzten ca. Insbesondere gilt dies für den Bereich, in dem schon Behälter eingelagert wurden.

Schon vor der Lagerung von Behältern mit hoch-radioaktiven Abfällen kann während der Bohrphase das Bohrloch noch aufgegeben oder korrigiert werden. Für die Ablenkung von Bohrungen liegen sehr umfangreiche Erfahrungen vor. Die Schwierigkeiten bei den Genehmigungen von Bohrplätzen führen in der Praxis häufig dazu, dass die Anzahl der Bohrplätze sehr stark reduziert wird bzw. Ein bekanntes Beispiel ist hierfür die Ölförderplattform Mittelplate im Wattenmeer. Weitere Bohrplattformen werden hier nicht mehr genehmigt.

Hier waren Bohrstrecken von zum Teil über Mit der Umrüstung der Bohranlage sollten Bohrungen mit einer Länge von etwa 7. Die Öllagerstätte Mittelplate liegt am Salzstockrand in verschiedenen Horizonten des Doggers und ist kompliziert gebaut. Um die Lagerstätte entölen zu können sind zahlreiche Bohrungen mit unterschiedlichen Bohrpfaden notwendig. Wegen des Naturschutzes durften zahlreiche Bohrungen nur von einer Bohrplattform abgeteuft werden. Dies bedingt, dass oberflächennah die Bohrungen extrem geringe horizontale Abweichungen voneinander besitzen.

Die Bohrplattform hat Abmessungen von ca. In hellblau ist der Salzstock Büsum eingezeichnet. Links oben im Bild ist die Vogelinsel Trischen. Der Gridabstand ist 1. Unterer Teil Bohrpfade der Bohrung Mittelplate rot. Verlauf einer Duolateralbohrung magenta.

Hier wurde aus einer 6. Auf der Bohrplattform Mittelplate sind zahlreiche technische Installationen vorhanden. Die Abmessungen des eigentlichen Bohrplatzes sind demnach noch deutlich geringer.

Dieses Beispiel wie viele andere Beispiele aus der Off-Shore-Bohrtechnik zeigen, dass nahezu beliebige Bohrpfade realisiert werden können. Hierbei ist wichtig, dass die Bohrpfade aktiv gesteuert werden und in ihrem Verlauf dem geplanten Bohrpfad entsprechen.

Im Gegensatz zu kommerziellen Bohrungen sind hier die Erfahrungen zum Teil gut publiziert und die Ergebnisse der Öffentlichkeit gut zugänglich gemacht.

Aus Forschungsbohrungen liegen wichtige Erfahrungen vor. Dies gilt sowohl für Bohrungen im Kristallin, wie auch für Bohrungen in Sedimenten. In einer Reihe von Bohrungen wurden sowohl Sedimente wie auch Kristallin erbohrt. Aus den Forschungsbohrungen Urach 3 und Urach 4 liegen Erfahrungen vor, bei denen sowohl das sedimentäre Deckgebirge, als auch das kristalline Grundgebirge erbohrt wurden. Wenig bekannt ist die Tatsache, dass in der ehemaligen DDR zahlreiche Forschungsbohrungen abgeteuft wurden.

Für diese sind aber im Vergleich zu den vorgenannten Bohrungen nur vergleichsweise wenige Daten publiziert. Eine Auswertung dieser Bohrungen könnte die Datenbasis aber deutlich verbessern. In Schweden wurde die Bohrung Gravberg auf über 6. Hier liegt eine Reihe von Informationen vor. Diese Bohrung war aber keine Forschungsbohrung, sondern diente der Suche nach unkonventionellen Kohlenwasserstoffen.

Diese Bohrung wurde auf der Halbinsel Kola in der ehemaligen Sowjetunion auf über Über diese Bohrung liegen vereinzelt Informationen vor. Da die Temperatursituation und die geologischen Verhältnisse unterschiedlich sind, sind die Erfahrungen nur teilweise übertragbar.

Aus diesem Grund wird in der Regel bei Forschungsbohrungen versucht mit möglichst kleinen Bohrdurchmessern die Endteufe zu erreichen. Um die Bohrungen sehr tief niederbringen zu können ist es erforderlich einzelne Bohrlochabschnitte mit einer Stahlverrohrung abzusichern.

Über Erfahrungen mit Bohrungen aus der Öl- und Gasindustrie sind aus Wettbewerbsgründen nur vereinzelt Informationen verfügbar. Aus diesem Grunde werden hier vor allem Erfahrungen aus Forschungsbohrungen erläutert.

Wichtige Informationen des folgenden Kapitels sind dieser Dokumentation entnommen. Im Rahmen einer Pilotbohrung sollten für den oberen Abschnitt im Wesentlichen grundlegende Daten gesammelt werden. Hierzu war ein umfangreiches Bohrlochmessprogramm vorgesehen. Des Weiteren war vorgesehen die Bohrung weitestgehend zu kernen um eine maximale Ausbeute an Informationen zu gewinnen. Aus diesem Grunde wurde entschieden zuerst ein Pilotloch bis zu einer Tiefe von 4.

Auch Bereiche und Gesteine mit Bohrlochstabilitätsproblemen oder Zonen, in denen die Bohrung besonders stark aus der Vertikalen abweicht, sollten frühzeitig erkannt werden.

Die Erstellung eines durchgehend optimalen geowissenschaftlich Profils war ein wichtiges Ziel. Hierzu sollte ein möglichst senkrechtes Bohrloch erstellt werden, das den oberen Abschnitt möglichst schnell und wirtschaftlich durchteuft um genügend Zeit und Ressourcen für den risikobehafteten tieferen Abschnitt der Bohrung zu behalten.

Die Länge beträgt 81,5 m und die Breite 50 m. Bei dieser Anlage handelte es sich um eine RotaryBohranlage, die in der Lage war, bis zu einer Teufe von 5. Es wurden insgesamt Kernmärsche mit einer Kernlänge von insgesamt 3. Bis zur Endteufe von 4. Die Qualität der Bohrkerne war in der Regel von ausgezeichneter Qualität. Selbst in Störungszonen konnten Bohrkerne gewonnen werden.

In einer Teufe von 3. Hierbei wurden zahlreiche Parameter gemessen. Insbesondere wurden auch fluidführende Zonen intensiv getestet. Diese ist heute noch am Geozentrum an der KTB zu besichtigen. Da Kerne bis zu einer Teufe von 4. Für instabile Bereiche war noch eine Reserverohrtour vorgesehen. Der Einbau dieser extrem langen und schweren Verrohrung von über kN Gewicht wurde bereits vor etwa 25 Jahren sicher beherrscht. Eine wichtige Voraussetzung hierfür war, dass die Schleiflasten beim Rohreinbau und die Drehmomente beim Bohren auf Grund der eingesetzten Richtbohrtechnik sehr gering gehalten werden konnten.

Es ist zu sehen, dass insgesamt 3 Rohrtouren bis über Tage eingebaut und danach Liner in die Verrohrungen eingehängt wurden. Insgesamt wurden drei Rohrtouren bis über Tage geführt und zementiert. Zusätzlich wurden unterhalb von 6. In Rot ist ein Bohrlochdurchmesser von mm bis zum Teufenbereich von 5. Forschungsbohrungen in der ehemaligen DDR Zwischen und wurden auf dem Gebiet der ehemaligen Deutschen Demokratischen Republik zahlreiche tiefe Erkundungsbohrungen durch das sedimentäre Deckgebirge und das paläozoische Grundgebirge abgeteuft.

In dieser Publikation sind die geologischen Kurzprofile, eine Bohrpunktkarte, eine Namensliste, die Endteufen und die tiefste erbohrte Einheit aufgelistet Tab. In einer Bohrtiefe von 8. Hiermit wurde der Nachweis erbracht, dass die Permbecken zum Teil enorme Tiefen erreichen. Da die Daten den Geologischen Diensten übergeben wurden steht somit für diesen Teil der Republik eine gute Datenbasis für weitere Forschung zur Verfügung.

Unter Tage wurden sie durch Richtbohren auf eine Entfernung von etwa m auseinander gezogen Abb. Problematisch bei diesen Bohrungen war der hohe geothermische Gradient, so dass in einer Teufe von 5. Bei diesen Temperaturen kam die Messtechnik in Tiefbohrungen an zumindest vorläufige Grenzen. Dies stellte technische Herausforderungen bei der Abteufung der Bohrungen dar Auswahl der Bohrwerkzeuge. Dieser erlaubt eine thermische Ausdehnung während der Produktions- und eine Schrumpfung während der Injektionsphase.

Die Zementation erfolgte bei diesen Bohrungen nur am Rohrschuh. Die 7"- ,8 mm Verrohrung ist bis zu einer Tiefe von etwa 4. Die beiden Bohrungen, die an der Oberfläche nur 6 m auseinander liegen, sollten im Zielbereich im Bohrlochtiefsten m voneinander entfernt sein. Bis zu einer Teufe von 1.

Der Granit wurde in einer Tiefe von 1. Die vorgebohrte Strecke wurde daraufhin bis zu einer Teufe von 4. In dieser Bohrung war während des Bohrvorganges eine Strecke von etwa m im Granit unverrohrt. Die Bohrung erreichte eine Teufe Bohrlochlänge von m. Diese Verrohrung wurde etwa 40 m tief im Granit abgesetzt. In einer Teufe von 4. Die bohrtechnischen Grenzen für den Granit in Soultz schienen erreicht zu sein.

Erst gegen Ende der Bohrstrecke nahmen die Schwierigkeiten zu. Sie waren aber mit der Bohranlage noch beherrschbar.

Zum Teil standen über 3. Dies zeigt, dass das Kristallin hier Granit über eine vergleichsweise gute Gebirgsstabilität verfügt. Im Wesentlichen sollen hier drei verschiedene Gesteine betrachtet werden: Um eine möglichst stabile Bohrung abzuteufen, muss die Bohrtechnik - insbesondere die eingesetzte Spülung - angepasst werden.

Lediglich bei Kavernenbohrungen wird der Umstand genutzt, dass das Gestein vollständig weggelöst wird. Bestimmte Tonsteine quellen beim Zutritt von Wasser und die Bohrungen sind nicht mehr beherrschbar. Die verschiedenen Gesteine besitzen unterschiedliche Festigkeiten. Aus diesem Grunde werden häufig bestimmte Gesteine früher instabil als andere.

Dies soll im Folgenden am Thema Bohrlochstabilität erläutert werden. Mit zunehmender Teufe steigen die Spannungen an der Bohrlochwand an und erreichen bzw. In diesem Fall kommt es zum Bruch in der Bohrlochwand. Dies muss aber noch nicht dazu führen, dass eine Bohrung nicht mehr beherrschbar ist.

Kapitel 8 Geomechanik und Stabilität 6. Die Vertikalspannung ist aus der Dichteverteilung der Gesteine bekannt und die minimale Horizontalspannung aus verschiedenen hydraulischen Tests. Der Porendruck kann aus Dichteprofilen abgeleitet werden. Shmin ist die kleinste Horizontalspannung, SV ist die Vertikalspannung, p0 entspricht dem Porendruck. Hierbei wird von folgenden Annahmen ausgegangen: Diese Bedingungen scheinen während der Injektionen im flacheren Reservoir erfüllt gewesen zu sein, weil die Daten aus den Injektionstests mit den Daten der Hydrofracs gut übereinstimmen.

Der Spülungsdruck der Bohrung wird als psp bezeichnet. Es ist deutlich eine Zweiteilung der Brucherscheinungen in den beiden Bohrungen zu erkennen. Zwischen m und m dominieren vertikale und nichtvertikale bohrtech96 nisch induzierte Zugrisse.

Für die Teufen von 1. Bei den Injektionen in den Bohrungen sind zahlreiche seismische Ereignisse aufgetreten. Die Herdflächenlösungen dieser Beben zeigen sowohl Blattverschiebungscharakter als auch Abschiebungscharakter. Aus diesem Grunde wird bei der Berechnung der Tangentialspannungen an der Bohrlochwand davon ausgegangen, dass die maximale Horizontalspannung der Vertikalspannung entspricht.

In einer Teufe von etwa 1. Aus diesem Grunde sind die bohrtechnisch induzierten Zugrisse in der Bohrlochwand zwischen 1. Sie treten aber im unteren Abschnitt der Bohrungen deutlich zurück. Wenn die Spannungsanisotropie geringer ist, dann werden auch die Zugspannungen geringer. Dieser Wert liegt unter den Druckfestigkeiten des Granits, der bei etwa bis MPa liegen dürfte.

In einer Teufe von etwa 3. Insbesondere in Bereichen mit niedriger Druckfestigkeit kann hier die Festigkeit des Granits überschritten werden. Generell ist zu erkennen, dass unterhalb von 3.

Bis zu einer Teufe von 5. Unter anderen tektonischen Bedingungen kann sich dies anders darstellen. Generell kann aber davon ausgegangen werden, dass im Granit in Deutschland eine Teufe von 5.

Im Teufenbereich von 1. Tonsteine sind zum Teil extrem gering durchlässig, während Sandsteine über beträchtliche Porositäten und Durchlässigkeiten verfügen können. Hinzu kommt, dass die Schichtsilikate in den Tonformationen über eine starke Anisotropie verfügen, während die Sandsteine eher isotrope Eigenschaften besitzen. Auf Grund ihres eher plastischen Verhaltens kann in plastischen Tonsteinen keine hohe Gebirgspannungsanisotropie aufgebaut werden.

Die Gebirgsfestigkeit ist insbesondere in geringen Tiefen vergleichsweise gering. Sandsteine verfügen über höhere Festigkeiten und können auch erheblichen Gebirgsspannungsanisotropien ausgesetzt sein. Die Festigkeiten von Sandsteinen sind zwar in der Regel höher als die von Tonen und Tonsteinen, aber geringer als die des Kristallins. Als besonders problematisch sind in der Bohrtechnik die quellenden Tonsteine zu betrachten.

Hierbei trat insbesondere in den Gesteinen des Rotliegenden eine ganze Reihe von Bohrlohrandausbrüchen auf. In der Bohrung wurde eine Reihe von Spannungsmessungen ausgeführt. Ungewöhnlicherweise wurden sehr hohe Horizontalspannungen gemessen. In der Bohrung Lindau wurden drei Televiewermessungen gefahren. Die ersten beiden Messungen wurden vor den hydraulischen Testarbeiten gefahren und die dritte Vermessung der Bohrung wurde nach den Testarbeiten ausgeführt. Zwischen der zweiten und der dritten Messfahrt kam es zur Erweiterung der Bohrlochrandausbrüche nach den Testarbeiten.

Sowohl die Ausbruchstiefe wie auch die Ausbruchsweite haben sich verändert. Durch diese kam es zu einer Erhöhung des Porendrucks in den Testintervallen. Hierdurch kommt es zu einer starken Veränderung der Effektivspannungen. In der Boden- und Felsmechanik ist ein Versagen durch Erhöhung des Porendrucks und Veränderung der Effektivspannungen seit langem bekannt. Aus diesem Beispiel wird deutlich, dass es durch Porendruckänderungen an der Bohrlochwand in einer Bohrung zu Veränderungen der Festigkeit des Gesteins kommt.

Wenn dabei Probleme bei der Bohrlochstabilität aufgetreten sind, waren diese beherrschbar. Dies bedeutet, dass auch im Norddeutschen Becken in einer Teufe von etwa 5. Somit sind die einaxialen Druckfestigkeiten dramatisch niedriger als die Tangentialspannungen an der Bohrlochwand. Im Histogramm in Abb. Es ist deutlich zu erkennen, dass so gut wie keine einaxialen Druckfestigkeiten von über MPa vorhanden sind.

Dies könnte dann der Fall sein, wenn an der Bohrlochwand triaxiale Spannungsbedingungen herrschen. In diesem Fall müsste der Druck der Spülung als Stützdruck wirken. Für das Rotliegende des Norddeutschen Beckens sind kaum Festigkeitswerte vorhanden. Insbesondere fehlen auch Werte aus Triaxialversuchen. Für das Rotliegende des Norddeutschen Beckens kann man sich für eine erste Einschätzung an Daten aus den Niederlanden orientieren.

Offene Abschnitte in Bohrungen können nach wenigen Stunden oder Tagen instabil werden, andere können noch nach Wochen oder Monaten stabil sein. Bei Teufen um m reicht die Festigkeit von Salzpfeilern um ein stabiles Bauwerk zu errichten, wenn die Pfeiler richtig dimensioniert sind. Aufgrund seines rheologischen Verhaltens kann Salz Scherspannungen durch Kriechprozesse abbauen. Dies führt dazu, dass z. B, Kavernen im Salz eine Druckbeaufschlagung erfahren müssen.

In Tiefbohrungen werden Strecken im Salz jedoch allgemein sicher beherrscht; dies zeigen Horizontalbohrungen von mehreren Kilometern Länge. Bei Gasbohrungen werden Salzstöcke bis zu einer Teufe von annähernd 5. Das grundlegende Problem bei Bergwerken im Salz sind Wasserzutritte, die schwer beherrschbar sind. Beim Bohren von Tiefbohrungen kann auf eine Spülung nicht verzichtet werden, diese wird benötigt, um die oben beschriebene Konvergenz in der Betriebsphase zu verhindern.

Durch den Einbau von hochfesten, dickwandigen Rohren gelingt es, den sonst notwendigen Stützdruck bei Gasbohrungen herabzusetzen. Gegebenenfalls kann die Spülung bis zum lithostatischen Gewicht erhöht werden. In diesem Fall hat die Spülung das gleiche Gewicht wie das Salz. Im linken Bildteil a ist das Bohrloch während der Einlagerung zu sehen.

Zu Beginn des Verschlusses wird der untere Teil des Bohrlochs mit Zement oder speziellen Verschlussmaterialien verschlossen und oberhalb des Speicherhorizontes wird ein mechanischer Stopfen gesetzt b.

Im dritten Schritt wird die Verrohrung im Salzbereich aufgefräst c. Im nächsten Schritt d wird das Bohrloch oberhalb des Salzes wieder mit einem mechanischen Stopfen verschlossen und zementiert. Zeitlicher Verlauf der Veränderung eines Bohrlochs im Salzgestein. Die Entwicklung der Schritte a-e ist im Text erläutert. Ein kontinuierlicher Abtransport des Abraumes ist, wie im Bergbau, neben dem optimalen Einsatz des Schneidwerkzeuges der Hauptfaktor für den Fortschritt. Heute in der Tiefbohrindustrie gängige Bohrdurchmesser bis mm und 3 — 5 km Teufe benötigen dafür eine obertägige Hydraulikleistung von ca.

Diese Bedingungen können aber von heute verfügbaren Bohrwerkzeugen und Bohranlagen nicht realisiert werden. Auch würde jede geologische Formation unter derartigen hydraulischen Betriebsbedingungen brechen, Spülungsverluste auftreten und ein Bohrfortgang damit zum Stillstand kommen.

Derartige Bohrstangen sind aber heute am Markt nicht erhältlich, wären durch heute verfügbare Bohranlagen nur schwer manipulierbar und würden für eine 3. Forschung und Entwicklung in diese Richtung könnte aber einen möglichen Weg aufzeigen. Luftbohren ist auch wegen seiner hohen Umweltbelastung durch Staub- und Lärmemissionen von über dB A heute nicht mehr überall akzeptabel.

Wegen der Löslichkeit von Gasen in Spülungsflüssigkeiten ist dieses Verfahren auch klar teufenbegrenzt. Heute bekannte erfolgreiche Bohreinsätze mit dieser Methode finden vornehmlich im Bauwesen bis zu einigen hundert Metern Tiefe statt und gingen in Einzelfällen in der Geothermie nicht über 2 km Bohrlochteufe hinaus.

Sollte das Verfahren durch flankierende Forschung weiterentwickelt werden können, so könnte es vielleicht einmal diese Dimension von Bohrlöchern bohren, aber nur zu sicherlich sehr hohen Kosten. Ein klarer Nachteil sind die reduzierten Bohrfortschritte und kleinen Kernbohrdurchmesser von ,6 — 75,7 mm, sowie deren Beschränkung i.

Kernbohrung können heute auch noch nicht als kontrollierte vertikale oder abgelenkte Richtbohrung gebohrt werden, was ihre Einsatzmöglichkeit deshalb weiter einschränkt und auf zukünftigen Entwicklungsbedarf hinweisen könnte. Im Seilkernbohrverfahren werden üblicherweise Kernlängen von 3 m bis 6 m in einem Stück gebohrt. Des Weiteren muss am Ende jedes einzelnen Kernmarsches von 3 oder 6 m der Kern auf Sohle abgerissen werden um ihn am Seil mit dem inneren Kernrohr nach Obertage bringen zu können.

Dies erfolgt mit dem Einsatz einer so genannten Kernfeder im Inneren des Kernrohres, die nur eine Abwärtsbewegung am Kern erlaubt und beim Hochziehen der Kernbohrgarnitur sich am gebohrten Kern verkeilt und diesen mit Zugkraft von der Bohrlochsole abtrennt. Experimentelle Einsätze dieser Methoden erstreckten sich bis auf m Schachtdurchmesser und 2 km Teufe. Sie unterscheiden sich nur in ihren unterschiedlichen Anwendungen. Alle anderen alternativen Bohrverfahren stellen Sonderverfahren für Spezialanwendungen dar und sind aufgrund ihres Nischendesigns durchwegs in ihrem Energieeintrag auf Sohle zurückgesetzt.

Sie werden sehr wahrscheinlich auch aus diesem Grund für die DBD-Anwendung technisch so wie wirtschaftlich gegenüber dem Rotarybohrverfahren nicht wettbewerbsfähig sein. Der Ausbau für einen langfristigen sicheren Betrieb ist eine nicht weniger wichtige andere Herausforderung. Unter dem Ausbau von Bohrlöchern wird, vergleichbar mit dem Abstützen von unterirdischen Bauwerken im Berg- und Tunnelbau, das Einbringen und die Zementation von Futterrohren verstanden, die das Bohrloch zumindest für seine Betriebsdauer gegen u.

So würde eine mit Sole gefüllte Endverrohrung in einer hoch vergüteten austenitischen Stahlqualität z. API Q im Durchmesser von ca. Würde dieser als trockener Casingstrang innen mit Atmosphärendruck dimensioniert werden müssen, dann würde dies die doppelte Wandstärke ca. So wie auch Erfahrungen mit solch einem trockenen Bohrlochausbau aber bis heute in der Industrie und Wissenschaft noch nicht vorliegen. Damit würde die Streckgrenze von P Material schon überschritten werden und es müsste in einem solchen Fall auf die hochfesten Q Materialien zurückgegriffen werden.

Natürlich gibt es bis heute keine Bohranlagen, die derartige Stranggewichte handhaben können und auch keine Erfahrung in der Industrie im Betrieb derartig schwerer Rohrtouren, besonders unter trockenen Atmosphärenbedingungen. Neue Kran- und Mastdesigns, möglicherweise auf Basis von fest installierten Bauwerken, vergleichbar den Schachtanlagen im Bergbau, müssten erst entwickelt werden um diese Arbeitsschritte sicher bewerkstelligen zu können.

Jedoch sind dickwandige Casingstränge sehr schwer im Bohrloch zu zentrieren sowie auch nur schwer während der Zementation zu bewegen. Das Ergebnis wäre, dass die Bildung einer konsistent dicken Zementschale hinter den Rohren als unwahrscheinlich angesehen werden muss, womit der Wertzuwachs des Zementmantels zum Bohrlochausbau durch die Rohrzementation deutlich reduziert wird.

Dies muss auch für kabelgebundene Systeme an der Bohrlochinnenwand gelten, denn diese Bohrlöcher werden ein exakt kaliberhaltiges gleichförmiges Bohrloch von Übertage bis zur Endlagerkammer benötigen. Die heute bekannte Technologie für untertägige permanente oder temporäre Bohrlochverschlüsse stammen ausnahmslos aus der Öl - oder Gasspeichertechnik. Für die meisten Bohraktivitäten kann auf eine Vielfalt von nationalen und internationalen Regeln der Erdöl und Erdgasgewinnung zurückgegriffen werden: Allerdings gibt es hierin keine Richtlinien bzgl.

Die Hauptaufgabe einer Bohrlochversiegelung ist, potenzielle Wegsamkeiten zwischen den Schichten mit salinen Wässern bzw. Kohlenwasserstoffen untereinander und der Biosphäre zu unterbinden. Konkret müssen Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Horizonten durch ein Bohrloch verhindert werden. Anforderungen an die Materialien für die Versiegelung im Hinblick auf eine Endlagerung werden z.

Die folgenden Verschlussmaterialien können einzeln oder in Kombination für eine entsprechende Berfüllung Verwendung finden. Für die Endlagerung hoch-radioaktiver Abfälle in Bohrlöchern gibt es noch keine Erfahrungen.

Dieses anorganische Material kann als Langzeit stabil betrachtet werden, weist jedoch keinerlei Abdichtfunktionen auf, unterstützen jedoch die andere Barrieren, insbesondere beim Verfüllen. Die Langzeitstabilität der bekannten und heute eingesetzten Vetrfüllmaterialien über tausende Jahre im Untergrund unter Einfluss von Salzlaugen, sauren Wässern oder Gasen ist weitgehend unbekannt und unerforscht. Schlüsselzonen für Bohrlochverfüllungssektionen sind in möglichst gering permeablen Gesteinsschichten, wie Tone, Salz, etc.

Den Schlüsselzonen kommt die Barrierefunktion zu. In den Schlüsselzonen sollte das Bohrloch nicht ausgebrochen sein und einen möglichst runden Querschnitt aufweisen. Das Verfüllmaterial sollte langzeitbeständige, genügend fest und aus anorganischem Material bestehen. Diese Zonen können auch Restsektionen von nicht gefrästen Verrohrungen, sowie Brücken aus Bauzement aufweisen.

Permanente mechanische Stopfen engl.: Plugs werden wegen der zu erwartenden Korrosion des Metalls im Sandia Report nicht weiter betrachtet. Dichtigkeitsprüfungen des Verschlusses nach den einzelnen Verfülletappen durch Abdrücken mit ca. Logging sind eine effektive und universelle Methode um verschiedene physikalische und strukturelle Gesteins- und Fluidparameter in einem Bohrloch zu erfassen. Die am häufigsten angewandten Messungen sind natürliche Radioaktivität, elektrischer Widerstand, Gesteinsdichte, Schallwellengeschwindigkeit, Gesteinsporosität, mag.

Die Loggingmesswerte werden unter in-situ Bedingungen in einem Bohrloch gemessen und liefern damit die genauesten und am nächsten zur Realität der Untertagebedingungen liegenden Messwerte aus einem Bohrloch. Im Vergleich zu Bohrkernen oder Cuttingproben stellt Logging die einzige Möglichkeit dar, ein Bohrloch ohne Unterbrechungen zu vermessen. Unterschiedliche Typen von Bohrlochmesssonden enthalten eine oder mehrere Sensoren für unterschiedliche Parameter und schreiben die Messwerte auf so genannte Bohrloch-Logs Tab.

Die Bohrlochmesssonden sind mit einem Messkabel verbunden, welches durch eine Winde gezogen und auf dessen Kabeltrommel gelagert ist. Das Kabel hält das Gewicht der Sonde und beherbergt in seinem Inneren einen oder mehrere elektrische Leiter für die Stromversorgung und Datenübertragung der Sonde.

Eine Loggingwinde hat einen drehbaren Kabelanschluss an der Kabeltrommel zum Übergang von der drehenden Trommel zur feststehenden Kabelzuführung zur Datenerfassungseinheit. Einige Sonden können aber auch in mit Stahlrohren verrohrten Bohrungen oder durch das Bohrgestänge messen. Die Stärken und räumlichen Limitationen der einzelnen Verfahren werden als bekannt vorausgesetzt und daher nicht detailliert ausgeführt. Der folgende Absatz gibt eine Einführung in die Methodik der Bohrlochmessungen und eine Übersicht über die heute gängigen Verfahren.

Danach werden weitere Explorationsbohrungen niedergebracht und Bohrlochuntersuchungen durchgeführt. Diese Verfahren entsprechen dem Stand der Technik. Ein detailliertes Untersuchungsprogramm muss standortspezifisch entwickelt werden und basiert auf den durchteuften geologischen Einheiten.

Exzentrierer, Anpressschuhe oder Kaliberarmverlängerungen verwendet. Sonden mit bauartbedingter schwacher Signalanregung, z. Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. Die meisten Sonden registrieren physikalische oder chemische Eigenschaften der Oberfläche der Bohrlochwand mit Eindringtiefen von wenigen Zentimetern, allerdings können elektrische Verfahren bis einige Meter tief in die Formation eindringen. In Sedimenten ist auf Grund der überwiegend horizontalen Lagerung eine Extrapolation von vielen Messergebnissen in die weitere Umgebung gerechtfertigt.

Dies trifft allerdings nicht für metamorphe und magmatische Gesteine zu. Auch bei strukturellen Diskontinuitäten, die ein Bohrloch nicht schneiden, versagen die meisten Methoden.

So kann zum Beispiel eine nicht vom Bohrloch durchbohrte, wasserführende Störungszone z. Dieses Monitoring kann alle oben genannten Verfahren nutzen und sollte mindestens umfassen: Es wird deshalb als sinnvoll erachtet, in Stufen die Bohrung zurückzubauen, um das Verhalten der einzelnen Barrieren zu überwachen z.

Entsprechend ausgelegte Drucktests erlauben eine Charakterisierung der Verschlüsse und Qualitätssicherung. Dadurch Druckübertragung über ein geringkompressibles Fluid können Wegsamkeiten detektiert werden ohne direkten Kontakt zu den Radionukliden bzw.

Gasen , lange bevor Gase und Radionuklide den Einlagerungsbereich verlassen Frühwarnsystem. Um die Barrieren zu schützen sollten solchen Verfahren der Vorrang eingeräumt werden, die die Sicherheitswirkung der verschiedenen Gebirgsbereiche nicht beeinträchtigen.

Vorzugsweise sollen für die Überwachung des Einlagerungsbereichs die speziell dafür konzipierten Explorationsbohrungen genutzt werden. Zudem lassen sich auch die cross-hole Verfahren wiederholen um damit eine 4D Charakterisierung zu erhalten.

In Deutschland werden Bohrungen nicht nur im Öl- und Gasbereich sondern auch in Thermalwasserbädern überwacht. Bohrungen, die heute noch erfolgreich genutzt werden, wurden z. Diese Bohrungen werden aktuell noch überwacht. Dies zeigt in einer über 75 Jahre alten Bohrung unter Produktionsbedingungen ein erfolgreiches Monitoring. Ein Zeitraum von bis Jahre für ein Monitoring scheint deshalb bei geeigneter Konzeption denkbar und durchführbar.

Bei den Beobachtungsbohrungen kann die Monitoringsensorik dem jeweiligen Stand der Technik angepasst werden. Dadurch sind die Barrierewirkung und die Rückhaltung der unterschiedlichen Formationen überwachbar.

Parameter sowohl in der direkten Bohrlochumgebung hochaufgelöst als auch zwischen den Bohrungen geringere Auflösung erfasst werden. Barrieren im jeweils darüber liegenden Bereich eine Überwachung erfolgen — bevor der nächste Verschluss umgesetzt wird.

Deren Sensorik kann jeweils dem aktuellen Stand der Technik angepasst werden. Die nächste Bohrung kann dann von einem neuen Bohrplatz aus geteuft werden.

Wie bereits beschrieben sind von der Bohrplattform Mittelplate mit wenigen Metern Abstand zahlreiche Bohrpfade von einer Plattform aus realisiert worden. Die Bohrpfade werden hierbei aktiv gesteuert und in Echtzeit während des Bohrens überwacht. Dies ist inzwischen Stand der Technik. Dies war hier eine technische Notwendigkeit um bohrtechnische Schwierigkeiten zu umgehen. Zwischenzeitlich existiert die Möglichkeit von Multiateralbohrungen.

Aus einer Bohrung heraus werden eine oder mehrere Bohrungen abgelenkt und separat ausgebaut. Bei dieser Technik könnten von einem zentralen Bohrloch aus - beispielsweise in 3. Danach kann es befüllt und bis etwa 2. Das zweite Loch kann dann nach Nordosten abgelenkt und dann verfüllt werden.

Das dritte Loch kann von 2. Bei einer solchen Technik könnten ungefähr 8 Löcher von einer zentralen Position niedergebracht werden. Die Neigung der Bohrungen und die Entfernung von der Zentralbohrung können hierbei beliebig gewählt werden.

Ein Abstand von etwa 50 m reicht aus um sicher eine Kollision mit der Nachbarbohrung zu verhindern. Der notwendige Abstand im Einlagerungsbereich ist nicht nur abhängig von bohrtechnischen Fragen. Dieser ist ebenfalls abhängig von Fragen wie z. Die Entfernung der Bohrungen untereinander ist auch abhängig vom Monitoringskonzept. Aus felsmechanischer Sicht ist zu berücksichtigen, dass die Spannungskonzentration um einen Hohlraum etwa drei Bohrlochradien beträgt.

Geht man von einem Bohrlochdurchmesser von maximal einem Meter aus, so ergibt sich ein minimal notwendiger Bohrlochabstand von einigen Metern. Auf einer Fläche von etwa x m können 18 Einlagerungsbohrungen und 5 Erkundungs- bzw. In den Überwachungsbohrungen können beispielsweise die Temperaturentwicklung im Einlagerungsfeld per Glasfaserkabel überwacht werden. Auch eine hydrochemische Überwachung mit Probennahmen wäre in derartigen Bohrungen möglich.

Um eine zentrale Erkundungsbohrung sind in einem Abstand von 50 m 6 Einlagerungsbohrungen vorgesehen blaue Punkte. Ein weiterer Ring mit 12 Einlagerungsbohrungen ist in einem Abstand von m gelbe Punkte. Für die Absetzteufen der einzelnen Bohrphasen werden m, 2. Die sonstigen getroffenen Annahmen und die daraus abgeleiteten Zeiten und Kosten sind Abb. Zum besseren Verständnis sind nachfolgend einige Erläuterungen gegeben.

Da zudem während des Kernbohrens aus technischen Gründen keine aktive Steue rung des Bohrlochverlaufs möglich ist, könnte auch ein Abweichen aus der Vertikalen in den Kernstrecken auftreten, das beim Erweitern nicht korrigiert werden kann. Die Kosten der Vorerkundungsbohrungen sind nicht einkalkuliert! Mit Stahlrohren ausgebaute DBD-Bohrungen müssten wegen der vorherrschenden Gebirgsdrücke zwingend mit einer Flüssigkeit befüllt betrieben werden und könnten deshalb nur mit noch zu entwickelnden und entsprechend bar druckdichten Behältern befüllt werden.

Unter der Annahme, dass die Tiefbohrtechnologie sich in den kommenden Jahren entsprechend weiter entwickeln wird, so dass DBD-Bohrungen in der geforderten Dimension sicher abgeteuft betrieben werden können, müsste für ein derartiges Bohrprojekt nach erster Einschätzung eine Bauzeit von ca.

Bohrlochdimensionen um cm und darüber sind mit herkömmlichen Bohranlagen und heute bekannten Werkstoffen in dieser Teufe nicht sicher herzustellen und zu betreiben. Forschungs- und Entwicklungsbedarf in Bezug auf tiefe Endlagerbohrungen besteht deshalb bei: Hier können geplante Tiefbohrungen bis zur Zielteufe von 5.

Das Voelkersen Gas Feld in Norddeutschland: Anzeichen für zwei Spannungsrichtungen im Rotliegenden? Für den Transport über weite Strecken stellen die Pipelines das sicherste Transportmittel dar. Als technische Meisterleistung gerühmt, bei der eine Viellzahl natürlicher Hindernissen überwunden wurde, stellt die Pipeline gleichzeitig eine massiven Eingriff in das überaus empfindliche Ökosystem dar.

Von diesen Riesentankern können nur fünf Häfen in Europa angelaufen werden. Bedingt durch diese Einschränkung und den allgemeinen Rückgang der Erdöltransporte liegen inzwischen viele dieser Tanker ungenutzt in 'Parkgewässern'. Als Transportteure sind in der Regel freie Unternehmen tätig, die den Mineralölfirmen ihre Dienste anbieten. In den vergangenen Jahren kam es immer wieder zu Tankerunglücken mit katastrophalen Folgen für die Umwelt, z.

Auch kam es immer wieder zu Unfällen mit Tankfahrzeugen, wie in etwa in Herford. Als Folge von Unfällen belasten Ölverschmutzungen die Umwelt. Tankerunfälle können Küstenregionen gefährden und das Leben von Seevögeln von Meeresbewohnern bedrohen. Ölgesellschaften, Reedereien und Regierungen verbessern daher seit Jahren die organisatorischen Möglichkeiten zur Vermeidung solcher Unfälle.

Wegen der langwierigen und schwierigen internationalen Verhandlungen sind die Probleme zwar erkannt, aber noch längst nicht alle gelöst. Zunehmend verschmutzen in das Meer abgegebene Ölrückstaände aus der Treibstoffaufbereitung der normalen Handelsschifffahrt die Hohe See und das Küstengewässer. Verarbeitung des schwarzen Goldes: Etwa ein drittel der in Deutschland verbrauchten Mineralölprodukten kommen in fertiger Form in unser Land.

Der überwiegende Teil unserer Importe - ergänzt durch die heimische Förderung - besteht hingegen aus Rohöl durch seine Umwandlung bzw. Verarbeitung in den Raffinerien. Raffinerien sind die Fabriken der Mineralölindustrie. Sie unterscheiden sich jedoch deutlich von anderen Fabrikationsanlagen. Die Verarbeitungsverfahren weisen einen hohen Automatisierungsgrad auf. Vor allem dadurch ist die Aufrechterhaltung des stetigen Ablaufes der komplizierten Prozesse möglich. Von hier aus wird die Anlage 'gefahren', das heisst es werden Drücke, Temperaturen, Menegen, Flüssigkeitsstände und Qualtitätsanforderungen vorgegeben und überwacht.

Ihre Aufgabe ist die Überwachung und Steuerung des kontinuierlichen Betriebs der verschiedenen Anlagen. Neben den Verarbeitungsanlagen gehören Tank- und Transportanlagen sowie die Energieversorgung zum Gesamtkomplex der Produktionsstätte siehe nächste graphische Darstellung. Das gilt für Rohöl wie auch für Fertigprodukte. Denn während die Produktion im Zeitablauf nahezu konstant bleiben sollte, schwankt die Produktnachfrage zum Beispiel als Folge saisonaler Einflüsse.

Die Anlagenfahrweisse, die zwischen Rohölzufuhr und Produktabgabe den Ausgleich herstellt wird von einer besonderen Betriebsabteilung Prozesskontrolle festgelegt.

Der Umweltschutzbeauftragte kontrolliert die Einhaltung der gesetzlichen und lokalen Auflagen. Letztlich sei noch auf die Fackel hingewiesen die neben Tanks und Destillationstürmen das Aussere Bild einer Raffinerie mitbestimmt. Die Fackel ist für eine Raffinerie eine unbedingt notwendige Sicherheitseinrichtung. Sicherheitsventile blasen in Leitungen ab die zur Fackel führen.

Dort können die Gase die Überdruck ausströmen kontrolliert verbrannnt werden. Heute werden durch Einrichtungen zur Fackelgasrückgewinnung die anfallenden Gase in der Raffinerie für Feuerungszwecke genutzt. Am Fackelkopf ist daher selten mehr als eine kleine Zündflamme zu sehen. Überhaupt sind Sicherheits- und Umweltschutzeinrichtungen heute - wenn auch nicht immer von aussen erkennbar - ein wesentlicher Teil der Raffinerieanlage. Eine Vielzahl von Auflagen müssen erfüllt werden: In den letzten Jahren hat die Mineralölindusitrie bis zu einem Fünftel ihrer Investitionen für den Umweltschutz aufgwendet.

Erdöl enthält eine Vielzahl verschiedenartiger Verbindungen di im wesentlichen aus Kohlenstoffen und Wasserstoffen bestehen. Daneben finden sich immer auch Verbindungen mit Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff und Spurenelementen. Der Kohlenstoff tritt immer Vierwertig auf: Er bildet das Gerüst der Kohlenwasserstoffmoleküle, in denen die einzelnen C-Atome sich kettenförmig, verzweigt oder ringförmig aneinanderreihen. Wenn die C-Atome mit einander verbunden sind spricht man von gesättigten Kohlenwasserstoffen.

Es kommen aber auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe vor, in denen zwei C-Atome doppelt oder dreifach gebunden sind. Je nach Art der Bindung der C-Atome aneinander unterscheidet man bei der Mineralölverarbeitung vier Hauptgruppen von Kohlenwasserstoffen. Trennung, Umwandlung und Nachbehandlung. Zuletzt werden bei der Nachbehandlung unerwünschte Produktbestandteile entfernt und die Produkteigenschaften - wie z. Farbe, Geruch und Satbilität - verbessert.

Dabei wird das Rohöl in verschiedene Fraktionen zerlegt. Im Hauptturm der Rohöldestillation erfolgt die Auftrennung in die einzelnen Produktgruppen, die durch ihre unterschiedlichen Siedebereiche gekennzeichnet sind.

Nachdem das Öl den Rohöltank verlassen hat wird zuerst in einem Entsalzer der Salzgehalt des Rohöls reduziert. Die Dämpfe steigen in den Türmen hoch. Je schwerer sie sind, desto schneller verflüssigen sie sich wieder. Auf den Destillationsböden, die mit zahlreichen Öffnungen versehen sind, bilden sich dadurch Flüssigkeitsschichten. Nachströmende Dämpfe treten durch bie Offnungen und mischen sich mit den bereits kondensierten Bestandteilen.

Bei dieser intensiven Vermischung der leichteren und schwereren Anteile findet ein Austausch statt: Schwere Teile des aufsteigenden Stromes werden zurückgehalten und leichte, die noch in der Flüssigkeitsschicht sind, verdampfen wieder und steigen nach oben. Ein Teil der Flüssigkeit wird zur Verstärkung dieses Stoffaustausches wieder auf den nächsttieferen Destillationsboden zuriickgeführt.

Ein Destilltionsturm enthält eine beträchtliche Anzahl solcher Böden. Im Mittelteil des Turmes werden von den betreffenden Böden die Mitteldestillate direkt abgeleitet. Aus den Rohöldestillationstürmen werden im allgemeinen folgende Grundpunkte oder 'Fraktionen' gewonnen: Allerdings kann man mit diesem Verfahren die Kohlenwasserstoffgruppen aus dem Rohöl nur so herausholen, wie sie von Natur aus darin enthalten sind. Die Ausbeute an verschiedenen Produkten ist also im wesentlichen nur durch die Verarbeitung verschiedener Rohölsorten -.

So gibt es im Grenzbereich zwischen den verschiedenen Kohlenwasserstoffgruppen, den 'Schnitt', Bestandteile, die sowohl dem einen wie dem anderen Schnitt zugeordnet werden können.

Das gleiche ist beim Übergang des Mitteldestillates zum schweren Heizöl möglich. Qualitätsanforderungen an die einzelnen Produkte setzen diesem Vorgehen allerdings Grenzen.

Da sich diese Bestandteile bei noch höheren Temperaturen zersetzen würden, leitet man den Rückstand in einen zweiten Destillationstur, der unter vermindertem Druck 50 Millibar steht. Die Schmierölfraktionen enthalten auch Feststoffe die sogennanten Paraffine.

Sie werden abgetrennt und werden Bohrwachs, Kerzen u. Das älteste und einfachste Crack-Verfahren ist das thermische Cracken. Dieser Vorgang spielt sich in den Röhren eines Spaltofens ab.

Beim Verkoken setzt sich Kohlenstoff in fester Form Koks ab. Allerdings ist die Ausbeute an leichten Produkten mit 20 bis 30 Prozent recht gering. Eine weitere Variante des thermischen Crackens ist das Steamcracken.

Beim Steamcracken kommt man mit geringeren Temperaturen aus, weil der Katalysator den Spaltvorgang erleichtert. Dadurch erfolgt die Molekülumwandlung schonender als beim thermischen Cracken, und es entstehen Produkte höherer Qualität. Dabei werden FIüssiggase, Benzine oder Mitteldestillate in noch leichtere ,,Rohstoffe' für die chemische Industrie umgewandelt.

Ein wesentlich höheres Umwandlungsergebnis als beim thermischen erreicht man mit dem katalytischen Cracken. Katalysatoren sind Stoffe die die chemische Reaktionen fördern, beschleunigen oder in eine bestimmte Richtung lenken, ohne sich selbst dabei zu verändern.

Beim katalytischen Cracken verwendet man meist staubförmige Katalysatoren, wie zum Beispiel synthetische Aluminiumsilikate, die sich in einem Dampf- Gas- Strom wie eine Flüssigkeit verhalten. Als Einsatz kommen bei. Neue Katalysatorenentwicklungen zielen darauf hin, auch das Cracken von. Während des Crackvorganges setzt sich auf dem Katalysator Kohlenstoff als Koks ab und nimmt dem Katalysator seine Wirkung.

Ergebnis des katalytischen Crackens ist ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, das vom gasförmigen Methan bis zum Koks aus dem Regenerator reicht. Der eigentlichen Cracksektion ist daher ein Aufbereitungsteil mit Destiliation, Flüssiggasgewinnung, Gasreinigung usw. Mit Hilfe des katalytischen Crackens wird nicht nur der Anteil von schwerem Heizöl vermindert, sondem auch gleichzeitig ein Teil des Schwefels entfernt, der im Einsatz enthalten war.

Die Oktanzahl der Crackbenzine liegt bei 80 bis Die technisch eleganteste und flexibelste, zugleich aber auch teuerste Verfahren ist das Hydrocracken. Es ist ein katalytisches Spaltverfahren in Gegenwart von Wasserstoff und mit Druck von etwa bar. Dieses wird vorgewärmt und zusammen mit Wasserstoff durch einen Reaktor oder mehrere Reaktoren geleitet.

Die einzelnen Spaltprodukte werden dann in einem Destillationsturm wieder aufgetrennt. Nachteilig ist der hohe Wasserstoffbedarf und der hohe Druck, der 15 bis 20 cm starke Reaktorwände erfordert. Chemische Darstellungen des Crackens: Dies ist ein zwangsläufige Folge des Chemismus der Spaltreaktionen, wie das vereinfachte Beispiel für themrisches oder katalytisches Cracken zeigt: Vakuumdestillation und thermische Crackverfahren erzeugen Rückstände, die schwerer sind als das normale schwere Heizöl.

Solche Rückstände können hohe Anteile von Schefel-, Stickstoff- und Metallverbindungen enthalten die eine katalythische Verarbeitung stark behindern würden. Beim Austritt setzt die Koksbildung verzögert ein; sie läuft im wesentlichen in der nachgeschalteten Trommel ab. Der kalzinierte Koks kann zum Beispiel zur Herstellung von Elektroden verwendet werden.

Häufig entsprechen die durch die verschiedenen Verarbeitungsverfahren gewonnenen Produkte noch nicht der geforderten Qualität. Zur Verwendung von Benzinen als Vergaserkraftstoff für den Antrieb eines Autos müssen die Moleküle niedrig-oktaniger Benzinanteile im Reformer in hoch-oktanige Benzinkomponenten umgeformt werden.

Dazu wird Rohbenzin aus der Destillation erneut erhitzt. Hier, in Gegenwart eines Platinkatalysators verlieren die niedrig-oktanigen Moleküle einige ihrer Wasserstoffatome und werden zu hoch-oktanigen Benzinmolekülen. Dabei entsteht als Nebenprodukt Wasserstoff. Aus dem letzten Reaktor gelangt das neue Erzeugnis, das ,,Reformat' in einen Trennbehälter Abscheider.

Dort wird der bei Reaktion entstandene Wasserstoff abgetrennt. Der Wasserstoff wird teils wieder zum Vorwärmeofen zurück, teils zu anderen Verarbeitungsanlagen geleitet, während das Reformat in einen weiteren Turm in Gase und Benzin aufgeteilt wird.

Häufig entsprechen die durch die verschiedenen Verarbeitungsverfahren.





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