Künstliche, im Untergrund meist durch hydraulic fracturing erzeugte, Risse schließen sich möglicherweise wieder, wenn der Druck abgelassen wird. Damit sie offen bleiben, kann ein Stützmittel oder Proppant eingespült werden. Dies kann beispielsweise Sand oder beschichteter Sand sein. Häufig werden aber Keramikkügelchen oder gesinterter Bauxit verwendet. 

Wichtig, um eine ausreichende Permeabilität zu erreichen ist die Korngrößenverteilung der Proppants. Größere Körner ergeben eine größere Permeabilität, haben aber eine geringere Festigkeit, so dass sie bei hohen Schließdrücken zertsört werden.

Stützmittel, im Englischen als Proppants bezeichnet (von to prop open – offenhalten), sind ein entscheidender Faktor für die Produktivität einer Fracking-Bohrung. Ohne sie würden sich die durch den Hochdruck erzeugten Risse im Gestein sofort wieder schließen, sobald der Pumpdruck nachlässt.

Die zentrale Funktion

Wenn das Frackfluid in das Gestein gepresst wird, entstehen Risse. Die Proppants werden in der letzten Phase des Einpressvorgangs beigemischt. Sie setzen sich in den Rissen ab und fungieren wie winzige Pfeiler.

• Permeabilität: Sie müssen so angeordnet sein, dass zwischen den einzelnen Körnern genügend Freiraum bleibt, damit das Gas oder Öl hindurchströmen kann.
• Druckfestigkeit: Sie müssen dem enormen lithostatischen Druck (dem Gewicht des darüberliegenden Gesteins) standhalten, ohne zu zerquetschen.

Arten von Stützmitteln

Je nach Tiefe der Bohrung und dem dort herrschenden Druck kommen unterschiedliche Materialien zum Einsatz:

• Natürlicher Quarzsand ("Frac Sand"):
  • Die am häufigsten verwendete Variante (ca. 90 % des Marktes).
  • Besonders geeignet für flachere bis mittlere Tiefen.
  • Gefragt ist Sand mit sehr runder Kornform und hoher Reinheit, um die Durchlässigkeit zu maximieren.
• Keramische Stützmittel:
  • Künstlich hergestellt aus gesintertem Bauxit oder Kaolin.
  • Sie sind deutlich druckfester und gleichmäßiger geformt als Natursand.
  • Einsatz vor allem in sehr tiefen Bohrungen (über 3.000–4.000 Meter), wo Natursand zerbrechen würde.
• Beschichtete Stützmittel (Resin-coated):
  • Sand oder Keramik wird mit einem Kunstharz überzogen.
  • Dies verhindert, dass Bruchstücke der Körner ("Fines") den Fluss verstopfen, und hilft dabei, die Körner im Riss zu fixieren, damit sie nicht mit dem Gasstrom zurück zum Bohrloch gespült werden.

Anforderungen und Auswahlkriterien

Die Auswahl des richtigen Proppants ist eine komplexe Ingenieursleistung. Folgende Parameter werden im Labor getestet:

1. Kornstabilität (Crush Resistance): Wie viel Druck hält das Korn aus, bevor es zu Staub zerfällt?
2. Rundheit und Sphärizität: Je runder das Korn, desto gleichmäßiger ist die Lastverteilung und desto besser der Durchfluss.
3. Korngröße (Mesh Size): Die Größe muss auf die Breite der erzeugten Risse abgestimmt sein. Üblich sind Größen wie 20/40 oder 40/70 Mesh.
4. Säurebeständigkeit: Da Frackfluide oft Säuren enthalten, dürfen sich die Stützmittel nicht chemisch auflösen.

Logistik und Umwelt

Ein oft unterschätzter Aspekt ist die schiere Menge: Pro Bohrloch können mehrere tausend Tonnen Sand benötigt werden. Dies führt zu einer erheblichen Verkehrsbelastung durch LKW-Transporte in den Fördergebieten.

Zudem gibt es gesundheitliche Bedenken hinsichtlich des Quarzstaubs beim Umschlag des Sandes an der Erdoberfläche. Für die Arbeiter vor Ort sind daher strenge Atemschutzmaßnahmen und Staubunterdrückungssysteme vorgeschrieben, um Silikose (Staublunge) zu verhindern.

Einsatz in der Geothermie

In der Geothermie werden keine Proppants eingesetzt. Werden in der petrothermalen Geothermie im Festgestein Klüfte geöffnet, so findet an diesen eine Scherbewegung statt. Aufgrund der Festigkeit des Gesteins schließen sich die Klüfte bei Druckablass nicht vollständig.

Voraussetzung für diesen in der petrothermalen Geothermie genutzen 'self- propping-effect' ist:

• eine Scherbewegung der Klüfte nach deren Öffnung
• eine ausreichende Rauigkeit der Klüftwände (immer gegeben)
• eine ausreichende Festigkeit des Gesteins, damit die Rauigkeit durch den Gebirgsdruck nicht 'zerdrückt' wird (im Kristallin immer gegeben).

Quelle

Teilweise Gemini, überarbeitet

Weblink

http://www.glossary.oilfield.slb.com/Display.cfm?Term=proppant

Literatur

Zu Literatur siehe:

• https://www.geothermie.de/bibliothek/links-und-infosysteme/literaturdatenbank oder
• https://www.geothermie.de/bibliothek/links-und-infosysteme/konferenzdatenbank

zuletzt bearbeitet April 2026, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de