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Säurebehandlung (Bohrtechnik)

Bei der Säurebehandlung werden Säuren wie Salzsäure oder Flusssäure in optimierter Konzentration in das Bohrloch gepumpt und lösen Kalzit oder Quarzit in der Umgebung des Bohrlochs. Nach der Auflösung dieser Minerale können ältere Störungen wieder offen sein und das Wasser kann leichter zum Bohrloch fließen.

Da es sich im Prinzip um eine Reinigung des Bohrloches und seiner Umgebung handelt, ist es nicht korrekt von Säurestimulation zu sprechen, was sich aber eingebürgert hat. Richtiger sind Bezeichnungen wie Säurereinigung oder eben neutral Säurebehandlung. Die Säuren werden bei der Behandlung durch Reaktion mit dem Gestein meist vollständig verbraucht.

Grundsätzliche

Säurestimulationen sind als bohrlochnahes Behandlungsverfahren zur Erhöhung des effektiven Radius im Zuströmbereich der Förderbohrung einer Bohrlochdublette weit
verbreitet. Durch die scheinbare Vergrößerung des Bohrlochradius wird die Produktivität einer Bohrung erheblich erhöht. In Deutschland werden Säuren fast
ausschließlich in den Karbonatgesteinen im Malm des Molassebeckens angewendet, um die mineralischen Komponenten aufzulösen und damit die Wegsamkeiten im Gestein zu
erhöhen. In klüftigen Karbonaten können dort vorhandene Fließwege mit dieser Methode auch in größeren Entfernungen zur Bohrung erweitert werden. Wenn die Säure oberhalb
des Rissschließdrucks injiziert wird, was strenggenommen erst als echte Stimulationsmaßnahme zu bezeichnen ist, können ebenfalls längere Risse erzeugt
werden. Eine offene Frage bei diesem Verfahren der Säurestimulation ist, inwieweit die durch die Säuerung geätzte Rissweite während der Förderung erhalten bleibt.

Durchführung

Im Malm des Molassebeckens, insbesondere im Großraum München werden nach Niederbringen einer Bohrung immer mindestens eine Säuerung und ein anschließender Reinigungslift durchgeführt (z. B. am Standort Riem). Die Säuerung soll hier bohrungsbedingte Verstopfungen der Zufluss- und Injektionsbereiche (z.B. durch Bohrklein und Spülungsreste) beseitigen. Auch während der Nutzung einer Geothermiebohrung können bohrlochnahe Schädigungen entstehen, die durch Säuerungen behoben werden.

Üblicherweise wird eine Säuerung in mehreren Schritten durchgeführt, wobei aus Korrosionsgründen der zweite „Step“ oberhalb des ersten anzusiedeln ist. Die Säure wir  dabei häufig über ein spezielles Injektionsrohr injiziert. Die Säurezugabe wird im Behandlungsintervall mit Packern, Stopfen und Spezialwerkzeugen gezielt platziert. Da die Säure hauptsächlich über permeable Bereiche abströmt, werden die geschädigten, zu behandelnden Intervalle zu den intakten Bereichen hin abgedichtet. Die bohrlochnahe Wirkung einer Säurebehandlung beruht v.a. auf dem raschen Abbau der Säure zu Wasser und Salz bei den vorherrschenden hohen Temperaturen. Kohlensäure und Essigsäure reagieren als mittelstarke Säuren langsamer und können daher als Alternative zu Salzsäure eingesetzt werden, um auch das Fernfeld der Bohrung zu stimulieren. Grundsätzlich ist die Art und das Volumen der eingesetzten Säure abhängig davon, ob die Säurebehandlung in einem karbonatischen oder siliziklastischen Aquifer
stattfindet.

Es ist üblich, die Karbonate im Malm mit 7,5%iger bis 20%iger Salzsäure mit Volumina von 100 – 600 m³ zu säuern. Bei den hohen Temperaturen werden dort auch häufig Gemische aus Essig- und Salzsäure oder Ameisen- und Salzsäure angewendet. Die Injektionsraten betragen für bohrlochnahe Anwendungen nur wenige Liter pro Minute, während bei einer Drucksäuerung mit bis zu 4 m³/h injiziert wird.

Mobilisierte Feinstpartikel, die ggf. durch eine Säuerung aus der Gesteinsmatrix und aus Zementen herausgelöst werden sowie mit Salzsäure reagierende Tonminerale, können die Permeabilität absenken. Ein weiteres Risiko ist die Aktivierung mikrobiologischer Prozesse und die Korrosion der Anlagenteile, die mit der Säure in Kontakt kommen. Daher ist die Zugabe eines Korrosionsinhibitors üblich. Durch das sich anschließende Reinigungslift werden Spülungsreste (organische Substanzen) und erhöhte Calcium-, Magnesium-, Clorit- und Eisenghalte, die durch die Säuerung mobilisiert wurden, beseitigt.

Literatur

Krug Stefanie und Torsten Tischner: Fracoperationen für die Tiefe Geothermie in Deutschland. Mitteilungen der DGG (Kolloquium), 2013

Wenderoth, F., Fritzer, T., Gropius, M., Huber, B. und A. Schubert (2005): Numerische 3D-Modellierung eines geohydrothermalen Dublettenbetriebs im Malmkarst. Geothermische Energie, 48/2005: 16-21.

Wolfgramm, M., Birner, J., Lenz, G., Hoffmann, F. und M. Rinke (2012): Erfahrungen bei der Säurestimulation geothermaler Aquifere und Anlagen. Geothermiekongress DGK, 2012, Karlsruhe, 13.-16.11.2012.