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Ringraumverpressung

Ringraumverpressungen spielen sowohl in der Oberflächennahen Geothermie als auch in der Tiefengeothermie eine wichtige Rolle. Bei der Komplettierung von Bohrungen durch Einbringen der Verrohrung (Casing) oder der Erdwärmesonden können Ringräume unterschiedlicher Art entstehen, meist im Raum zwischen der Verrohrung (Sonde) und dem Gebirge. In den Abschnitten einer Bohrung, in der sich mehrere Rohrtouren befinden, entstehen auch Räume zwischen den einzelnen Rohren, sogenannte Ringräume. Die Füllung dieser Ringräume mit geeigneten Materialien (Zement, Bentonit usw.) ist neben der Verrohrung mitentscheidend für die Förderung und Injektion von Thermalwasser sowie den nachhaltigen Wärmeentzug. Die Einheit von Rohren und Zementierung sorgen bei richtiger Ausführung für Dichtigkeit und Integrität der Bohrung. Die Verpressmischung besteht größtenteils aus grundwasserfreundlichen Hochofenzementen. In der Regel werden wegen der Zeitersparnis und der gleichbleibenden Suspensionsqualität Fertigmischungen verwendet.

Das Einbringen des Verpressmaterials (z. B. Zement) in den oft engen und ungleichförmigen Ringraum ist eine Ingenieursaufgabe. Die Verfüllung geschieht immer von unten (Bohrlochsohle) nach oben (Geländeoberkante). Dabei wird ein Schlauch bis an das untere Ende eines Bohrlochs abgelassen. Der Verfüllbaustoff wird dann durch den Schlauch eingebracht und verfüllt es von unten nach oben. Damit wird eine homogene und vollständige Verfüllung des Ringraums sichergestellt, Luft- und Wassereinschlüsse werden vermieden. Die eingepresste Suspension drückt aufgrund der größeren physikalischen Dichte das im Bohrloch befindliche Wasser nach oben. Das Verfüllrohr verbleibt im Bohrloch oder wird entsprechend dem Fortschritt beim Verfüllen gezogen. Dabei muss der Auslass stets unterhalb des aktuellen Füllstandes sein, um Lufteinschlüsse zu verhindern. Nach Beendigung des Verfüllvorgangs kann der Suspensionspegel um einige Meter absinken. Dieser Raum wird dann manuell aufgefüllt.

Dabei sollte die Gefahr des Entstehens von Zementbrücken, die einen weiteren Fluss des Verpressmaterials erschweren, in Betracht gezogen werden. Der Erfolg einer Verpressung ist messtechnisch nachzuweisen, z. B. durch ein Cement-Bond-Log. Nachträgliche Reparaturen einer Zementation sind sehr aufwändig und nicht immer erfolgreich.

In der Oberflächennahen Geothermie dient die Verpressung auch der thermischen Ankopplung der Sonde an das Gebirge. Sie hat folgende weitere Aufgaben:

  • Verhinderung von hydraulischen Kurzschlüssen: Abdichtung mehrerer Grundwasserstockwerke gegeneinander
  • Verhinderung der Verunreinigung des Grundwassers
  • Wiederherstellung der Dichtungswirkung von Grundwasserstauern
  • thermisch optimale Anbindung der Erdwärmesonde an das umgebende Gestein (thermisch verbessertes Material)
  • dauerhafte setzungsfreie Bohrlochverfüllung zur Verhinderung möglicher späterer Setzungen

Vor der Ringraumverpressung ist eine Druckprüfung gemäß VDI 4640 (Blatt 2) an der niedergebrachten und mit Wasser gefüllten Sonde durchzuführen. Mit dem protokollpflichtigen Test wird nachgewiesen, dass die Sonde funktionstüchtig und unbeschädigt ist.