Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Demonstrations- und Pilotvorhaben ZoKrateS hat in der Bohrung Breitenbach GEN-1ST-A1 bei Geretsried (Erlaubnisfeld Wolfratshausen/Oberbayern) wesentliche Meilensteine erreicht. An dem Standort liegt der Malm in 4,4 bis 4,8 km Tiefe. Aufgrund der nicht erfolgreichen hydrothermalen Erschließung in den Vorjahren wird der Untergrund derzeit auf die Nutzung als petrothermales Reservoir untersucht. Die Bohrung erschließt eine Grabenzone mit ausgeprägtem Trennflächennetzwerk im Umfeld der Störungszonen in ansonsten dichten Karbonaten. Nach umfangreichen Vorarbeiten wurde die Bohrung nun hydraulisch stimuliert; es konnte gezeigt werden, dass der Eintrag von Stützmitteln in ein vormals gesäuertes Reservoir ohne einen signifikanten, kontinuierlichen Druckanstieg möglich ist. Die Injektion erfolgte dabei deutlich unterhalb der kleinsten Hauptnormalspannung. Für die Entwicklung der petrothermalen Technologien ist dieser - jetzt erfolgreich erprobte - Ansatz von großer Bedeutung.
Innovativer Bohrlochausbau
Im Vorfeld der Stimulation waren umfangreiche Vorarbeiten notwendig. Die Bohrung wurde 2017 mit unterschiedlichen Säuren, darunter eine retardierend wirkende Säure, stimuliert. Nun wurden im August 2021 Bohrlochlogs (FMI, Sonic) gefahren, die eine Bewertung der damals erfolgten Säuerungsmaßnahmen und darüber hinaus eine detaillierte Trennflächeninventaranalyse zulassen. Auf Basis dieser Daten konnte eine für die Geothermiebranche völlig neue Komplettierung zur Stimulation ausgewählter Trennflächenzonenzonen entworfen werden – dies mit einer außergewöhnlichen Präzision. Zunächst wurde in den für die Maßnahmen relevanten open-hole-Bereich des Malm ein 4 ½ Zoll-Liner bis 5.278 m eingebaut, jedoch nicht zementiert. Zur hydraulischen Isolation der Kluftzonen im Malm wurde eine Kombination aus schwellenden und hydraulischen Packern gewählt. In diesen isolierten Bereichen wurde der oben erwähnte Liner mit vorperforierten Muffen mit Schiebemechanismus (sogenannte Sleeves) ausgerüstet, die nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden können. Die zonierte Stimulation konnte so hocheffizient ablaufen. Letztlich wurden insgesamt rund 337 t Stützmittel in insgesamt vier Behandlungszonen problemlos injiziert.
Sicherheit durch Monitoringnetz
Die Stimulationsarbeiten wurden durch ein aus fünf Stationen bestehendes mikroseismisches Monitoringnetz überwacht, das durch die Firma DMT betrieben wird. Dabei wurde ein besonders sensitives Alarmierungsschema entwickelt, das für zukünftige Stimulationsarbeiten in der Geothermie beispielhaft sein kann.
Sicherheit steht für das Projektteam an erster Stelle. So wurde nach erfolgreicher Stimulation erst das rückfließende Bohrlochfluid von der Fachfirma Hydroisotop beprobt und hydrochemisch analysiert, da nach der Stimulation Gas, darunter auch H2S, der Bohrung zugetreten war. Nachdem sich ein größeres Gasvorkommen jedoch nicht bestätigt hat, konnte ein Kurzzeitproduktionstest sicher durchgeführt werden. Dieser weist auf eine deutliche Verbesserung der Fließwege und damit die Wirksamkeit der Stimulation hin. Die Felddaten werden nun ausgewertet und für Modellberechnungen eines Hot-Dry-Rock Systems hinsichtlich Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit genutzt.
Das Projektteam umfasst die Forschungseinrichtungen Ruhr Universität Bochum (Koordinator) und Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik sowie die Firmen Enex (Bohrplatzinhaber), GTN und G.E.O.S. Die operativen Arbeiten wurden von der Firma KEMCO geplant und beaufsichtigt, und durch die Firmen Daldrup und Schlumberger ausgeführt.
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