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OBS - Forschungsvorhaben

Das übergeordnete Ziel der Forschungsvorhaben OBS - Optimierung des Bohrfortschritts für tiefe Geothermiebohrungen durch systematische Analyse untertägiger Schwingungen im Laborversuch ist die Reduzierung der Herstellungskosten von Tiefbohrungen auf Geothermie durch eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserte Kontrolle der mechanisch-dynamischen Bohrbedingungen. Ein effektiver Bohrprozess wird durch Unstetigkeiten im Gebirge, wie insbesondere die bei Geothermiebohrungen häufig anzutreffenden Störungszonen, behindert. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen und Dynamikvorgänge in der untertägigen Bohrgarnitur generiert, die Bohrfortschritt und Lebensdauer wesentlich verringern.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber	BMWi
Akronym	OBS
Titel/ Thema	Optimierung des Bohrfortschritts für tiefe Geothermiebohrungen durch systematische Analyse untertägiger Schwingungen im Laborversuch
Identifikation/ Zuwendungsnummer	0324115
Durchführungszeitraum	2016-08-01 – 2020-06-30
Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag	3.797.226 €
Sonstiges

Teilprojekte

Um die in einem Bohrstrang auftretenden dynamischen Belastungen realistisch darzustellen, wird in

TP1 ein Hexapod-System entwickelt, gebaut und in die bestehende Testeinrichtung am DSC integriert. Für die Bohrstrecke soll auch eine flexibel gestaltete, modular aufgebaute Hochdruck-Probenkammer entwickelt und gebaut werden, um die Gesteinsübergänge ideal darzustellen und deren Einfluss auf die Dynamik der Garnitur ermitteln zu können. In Abstimmung mit der mechanisch-hydraulischen Entwicklungsarbeit wird in
TP 2 die elektrische Antriebstechnik, der Einsatz der Messtechnik (z.B. momentane Position und Geschwindigkeit) die Steuerung und Regelung in Echtzeit und die Einbindung in die Informationsinfrastruktur des DSC durchgeführt. In
TP5 werden, aufbauend auf
TP 3 und 4 (federführend hier: IDS), experimentell die Versuche zur Meißel- und Bohrstrangdynamik und zur Gesteinszerstörung für Geothermie-spezifische Anforderungen an geeigneten Gesteins-Probekörpern durchgeführt, insbesondere mit Blick auf Störungszonen.

Koopertionspartner, Teilvorhaben

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fakultät 4 - Maschinenbau - Institut für Dynamik und Schwingungen, Braunschweig, Niedersachsen

Im Teilvorhaben des IDS werden drei Teilprojekte bearbeitet (TP 3, 4, 5) In TP3 wird ein virtuelles Echtzeit-Bohrstrangmodell zur Interaktion mit dem Hardware-Teilbohrstrang (TP1/2 DSC) entwickelt. Durch geeignete Kopplung mit den Aktuatoren kann damit die Gesamtdynamik beliebig langer Bohrstränge explizit berücksichtigt werden. Die Modelle umfassen insbesondere auch die Bohrlochgeometrie sowie die Steuerungsmöglichkeiten am Bohrturm. Zur Realisierung der Bewegungen über den Hexapod auf den Testkörper werden in TP 4 die Beobachtbarkeit und modellbasierten Schwingungsuntersuchungen der Probenkörper im Teststand untersucht. Hierzu müssen mit geeigneten Sensoren 3D-Verfolgungsstrategien des Hardware-Teilbohrstranges im Teststand entwickelt werden unter besonderer Berücksichtigung der parasitären Dynamik des Versuchsstandes. Zum TP 5 trägt IDS eine modellbasierte Versuchsplanung unter Berücksichtigung von Gesteinsproben mit störungszonenähnlichen Inhomogenitäten bei, sowie Untersuchungen zum Gesteinszerstörungsprozess beim Bohren und dessen Einfluss auf die Gesamtdynamik des Bohrstranges.

Technische Universität Clausthal - Drilling Simulator Celle - Deutsches Zentrum für Hochleistungsbohrtechnik und Automatisierung, Celle, Niedersachsen

In diesem Teilvorhaben soll eine Testeinrichtung entwickelt und in das bestehende System integriert werden, die mit den entsprechenden mechanisch-hydraulisch-elektrischen Systemen die Ausübung dynamischer Kräfte in sechs Freiheitsgraden auf geeignete Gesteins-Probeköper unter Hochdruck ermöglicht. Es werden die Arbeitspakete 1 und 2 bearbeitet.