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GeoWell - Forschungsvorhaben

Projektlogo

GeoWell ist ein dreijähriges Forschungsvorhaben zur Entwicklung kostengünstiger, umweltfreundlicher und sicherer Bohrmethoden für hoch-temperatur Geothermie-Bohrungen:

Neue Konzepte für geothermische Hochtemperaturbrunnen-Technologien sind dringend erforderlich, um die Entwicklung geothermischer Ressourcen zur Stromerzeugung in Europa und weltweit auf kostengünstige und umweltfreundliche Weise zu beschleunigen. Das GeoWell-Projekt wird die größten Engpässe wie hohe Investitions- und Wartungskosten beheben, indem innovative Materialien und Designs entwickelt werden, die den neuesten Konzepten überlegen sind. Die Lebensdauer eines Brunnens bestimmt häufig die Wirtschaftlichkeit eines geothermischen Projekts. Daher ist die Aufrechterhaltung des geothermischen Systems über mehrere Jahrzehnte der Schlüssel zum wirtschaftlichen Erfolg.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber

EU, Horizon 2020

Akronym

GeoWell

Titel/ Thema

Innovative materials and designs for long-life high-temperature geothermal wells

Identifikation/ Zuwendungsnummer

654497

Durchführungszeitraum

2016 - 2019

Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag

4.704.913 EURO

Sonstiges

 

Wesentliche Foschungsschwerpunkte

Das Ziel von GeoWell ist die Entwicklung zuverlässiger, kostengünstiger und umweltfreundlicher Technologien zur Fertigstellung und Überwachung von Bohrlöchern. Dies beinhaltet:

  • Reduzierung der Ausfallzeiten durch optimiertes Bohrlochdesign mit korrosionsbeständigen Materialien.
  • Optimierung von Zementierungsverfahren, die weniger Zeit zum Aushärten benötigen.
  • Kompensieren Sie die thermischen Belastungen zwischen dem Bohrungsausbau und dem Bohrloch.
  • Bereitstellung einer umfassenden Datenbank mit einer selektiven Rangfolge der Materialien, um Korrosion zu verhindern, basierend auf den Umgebungsbedingungen für Ausbauteile und Bohrlochkopfgeräte bis zu sehr hohen Temperaturen.
  • Entwicklung von Methoden zur Verlängerung der Lebensdauer des Bohrlochs durch Analyse der Bohrlochintegrität unter Verwendung neuartiger Techniken zur Überwachung, z.B. mit Glasfasern.
  • Entwicklung fortschrittlicher Tools zur Risikoanalyse und Risikomanagementverfahren für geothermische Bohrungen.

Die vorgeschlagenen Arbeiten werden die derzeitige technologische Position beim Bau und Betrieb eines geothermischen Bohrlochs erheblich verbessern. GeoWell möchte Europa bei der Entwicklung der tiefen Geothermie an die Spitze bringen.

Das Konsortium hinter GeoWell setzt sich aus erfahrenen Geothermieentwicklern, führenden akademischen Institutionen, großen Öl- und Gasforschungsinstitutionen und einem KMU zusammen. Diese haben Zugang zu erstklassigen Forschungseinrichtungen, einschließlich Testbohrungen zur Validierung innovativer Technologien und Labors für Materialtests.

Arbeitspakete

  • AP1 Management
  • AP2 Dissemination / Kommunikation
  • AP3 Verbesserte Zementation, Verbundwerkstoffe für Verrohrungen
  • AP4 Flexible Verrohrungs-Kopplungen
  • AP5 Bohr-Monitoring
  • AP6 Risikomanagement

Koopertionspartner

  • Iceland GeoSurvey, Island
  • International Research Institute of Stavanger AS, Norwegen
  • Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum, Deutschland
  • Nederlandse Organisatie Voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek, Niederlande
  • Bureau de Recherches Geologiques et Minieres, Frankreich
  • Statoil Petroleum AS, Norwegen
  • HS Orka hf, Island
  • Akiet BV, Niederlande
  • Third parties

    • SINTEF
    • EGP 

Das Projekt wurde 2018 mit der Schlusskonferenz auf dem DGK 2018 abgeschlossen.

Cordis: Ergebnis in Kürze

EU-Forschung trägt zur Verlängerung der Betriebslebensdauer von geothermalen Bohrlöchern bei

Neue Konzepte für geothermale Hochtemperatur-Bohrlöcher werden die Erschließung von geothermischen Ressourcen sowohl in Europa als auch weltweit beschleunigen.

Die überarbeitete Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen der EU legt bis 2030 einen neuen verbindlichen Anteil der erneuerbaren Energie am Energieverbrauch von mindestens 32 % fest, mit einer Klausel zur möglichen Korrektur nach oben bis 2023. Dies wird dazu beitragen, Unsicherheiten in der Energieversorgung anzugehen und Ängste vor der Erderwärmung zu mindern. Ein Bestandteil dieser Strategie ist das Wachstum des geothermischen Sektors. Im Zuge des GeoWell-Projekts wurden neue, zuverlässige, wirtschaftliche und umweltverträgliche Technologien für die Gestaltung, Fertigstellung und Überwachung von geothermalen Hochtemperatur-Bohrlöchern entwickelt und geprüft. Die Forschungsgruppe befasste sich mit allen relevanten Schritten im Fertigstellungsprozess für geothermale Bohrlöcher, darunter Zement- und Versiegelungstechniken, Werkstoffauswahl und Rohrverbinder für die Verrohrung zur Verlängerung der Lebensdauer von geothermalen Hochenergie-Bohrlöchern. Das Konsortium bestand aus erfahrenen Mitgliedern im Bereich der geothermischen Entwicklung, führenden akademischen Einrichtungen, großen Öl- und Gasforschungseinrichtungen sowie KMU mit Zugang zu Spitzenforschungsanlagen. Hierzu zählten Testbohrlöcher zur Validierung innovativer Technologien und Labore für die Materialprüfung.

Erprobung neuer Technologien

Die Projektpartner fokussierten sich auf herkömmliche Produktionsbohrlöcher und tiefere Bohrlöcher, in denen der Druck auf bis zu 150 bar ansteigt und Temperaturen von über 400 °C herrschen, um die Technologien in Laboren und bestehenden geothermischen Umgebungen unter In-situ-Bedingungen zu testen. Es wurden zudem wichtige Engpässe wie hohe Investitions- und Instandhaltungskosten durch die Entwicklung und Validierung innovativer Materialien und Entwürfe angegangen, welche die bestehenden Konzepte übertreffen. Die Forschenden untersuchten neuartige Zement- und Versiegelungstechniken, Werkstoffe für Verrohrungen und flexible Rohrverbinder, um die thermomechanische Belastung zu minimieren. Darüber hinaus wurden eine Lichtwellenleitertechnologie und Anwendungen zur Messung der Temperatur und von Verschiebungen in Bohrlöchern entwickelt und erfolgreich in Bohrlöchern in Deutschland und Island bei verschiedenen Temperaturen und Tiefen erprobt.

Innovative Materialien

Zementproben wurden in der Bohrung des Projekts Iceland Deep Drilling (IDDP-1) Temperaturen von bis zu 450 °C ausgesetzt. Im Anschluss an eine Laboranalyse bei Umgebungstemperatur zeigte sich, dass Portland-Zementmischungen, die Kieselsäure beinhalten, für die Verwendung in geothermischen Anwendungen geeignet sind. Doch Wassertaschen können zu einem kritischen Druckaufbau in Zementhülsen führen. „Diese Erkenntnisse resultierten in der Entwicklung von ,pumpbarem‘ Zement mit reduziertem Wassergehalt, ohne dessen Versiegelungseigenschaften zu mindern“, sagt Projektkoordinator Arni Ragnarsson. Das Team erarbeitete zudem eine verformbare Zwischenschicht zwischen dem Zement und der Verrohrung, um die Verschiebungen, die durch Temperaturveränderungen verursacht werden, auszugleichen und im Zuge von Tests im kleinem Maßstab wurde das Potenzial von Nanomaterialien zur Reibungsminderung untersucht. „Die entwickelte Formulierung hat aussichtsreiche Eigenschaften, bildet eine dünne Schicht und kann die Reibungskräfte um mehr als das Zehnfache reduzieren“, erklärt Ragnarsson. Große Temperaturunterschiede in geothermalen Bohrlöchern führen regelmäßig zu Ausfällen in der Verrohrung. Die Forschergruppe entwickelte daher einen flexiblen Rohrverbinder, der eine axiale Bewegung der Verrohrungssegmente ermöglicht und es wurden mehrere Prototypen im vollen Maßstab erprobt. Außerdem wurden unter Verwendung eines dedizierten Hochtemperatur-Prüfstands Zugfestigkeitsprüfungen am Verrohrungsmaterial durchgeführt, während Korrosionsprüfungen in einem Autoklaven durchgeführt wurden. Der flexible Rohrverbinder wird derzeit im Rahmen des EU-finanzierten Projekts DEEPEGS vor Ort getestet, um die Technologie dem Geothermiesektor zur Verfügung stellen zu können.

Große Vorteile

Die über GeoWell entwickelten Gestaltungs- und Überwachungstechnologien werden erhebliche wirtschaftliche Vorteile bieten, da das Risiko von Verrohrungsausfällen gesenkt und die Überwachungsmethoden und die Risikobewertung verbessert werden. Außerdem wird die Entwicklung neuer Materialien und innovativer Lösungen zur Integrität und Sicherheit von geothermalen Hochtemperatur-Bohrlöchern beitragen, den Bedarf an Instandhaltungsarbeiten senken und die Betriebslebensdauer von geothermalen Hochtemperatur-Bohrlöchern steigern. Die GeoWell-Technologien können auf ein breites Temperaturspektrum von tiefen geothermalen Bohrlöchern in ganz Europa angewandt werden. „Die Ergebnisse werden die Konstruktion und den Betrieb von geothermalen Hochtemperatur-Bohrlöchern verbessern, wobei insbesondere auf eine Optimierung der Integrität abgezielt wird, um neue Geschäftsmöglichkeiten für die Industrie zu bieten. Auf diese Weise wird Europa zweifellos seine weltweit führende Position in der Geothermie bewahren können“, lautet das Fazit von Ragnarsson.

Literatur

http://geowell-h2020.eu/page/public-documents-released-consortium

Weblink

http://geowell-h2020.eu/ 

https://cordis.europa.eu/project/id/654497

zuletzt bearbeitet Februar 2020