Die hydraulische Stimulation (Scherungs-Stimulation, shear stimulation) ist die wesentlichste Methode in der Tiefengeothermie um die Lagerstätteneigenschaften zu verbessern. Die hydraulische Stimulation in der Geothermie ähnelt technisch dem Fracking aus der Gasindustrie, verfolgt jedoch ein anderes Ziel und unterscheidet sich in der Durchführung teils deutlich. Sie ist das Herzstück der sogenannten Enhanced Geothermal Systems (EGS).Ziel der Verbesserung ist im Allgemeinen eine Verbesserung der Wasserwegsamkeit, sei es auf Produktionsseite oder der Injektionsseite einer Dublettenanlage. Im Gegensatz zur Säurebehandlung wirkt die hydraulische Stimulation in einem weiteren Umfeld um die Bohrung.
Technisch wird die Bohrung als Ganzes oder in abgepackerten Abschnitten über das Arbeitsmittel Wasser mit Druck beaufschlagt, wobei vorhandene Risse aufgeweitet werden (hydrothermale Geothermie) oder neue Risse entstehen können (petrothermale Geothermie). Physikalisch wird dies durch das angetroffene in situ Spannungsfeld in Relation zu den aufgebrachten Drücken gesteuert. Chemische Zusätze zu dem Arbeitsmittel Wasser werden in der Geothermie nicht verwendet. Die aufgeweiteten oder neu entstandenen Risse schließen sich nach dem Ablassen des Druckes nicht wieder, da der sog. Self-propping Effekt eintritt. Stützmittel sind nicht notwendig.
Während es beim Erdgas-Fracking darum geht, fossile Rohstoffe aus dem Gestein zu lösen, dient die Stimulation in der Geothermie dazu, einen unterirdischen Wärmeübertrager zu erschaffen.
Obwohl die Begriffe oft synonym verwendet werden, gibt es wichtige technische Nuancen:
Das größte Thema bei der geothermischen Stimulation ist die sogenannte induzierte Seismizität (vom Menschen ausgelöste Erdbeben).
Massive hydraulische Stimulationen werden von der Erdöl-Erdgas-Industrie seit vielen Jahren in Sedimenten zur Steigerung der Ergiebigkeit von Bohrungen, d. h. der Produktionsrate durchgeführt. Bei einer massiven hydraulischen Stimulation werden meist große Wassermengen unter hohen Drucken verpresst, um Klüfte zu weiten bzw. zu erweitern. Häufig werden dem Injektionswasser zur Effizienzsteigerung und dauerhaften Ergiebigkeit Sand (Stützmittel) und chemische Zusätze beigegeben. Massive hydraulische Stimulationen in unkonventionellen Lagerstätten, d. h. Lagerstätten, in denen das Fluid sich nicht frei bewegen kann, werden von der Kohlenwasserstoff-Industrie in den letzten Jahren insbesondere in gering mächtigen sedimentären Horizonten von einer schichtparallelen Bohrung aus als vertikaler Frac alle 100–200 m durchgeführt.
Unter Multifrac versteht man eine gezielte Anordnung einer größeren Zahl kleinerer Fracs im Untergrund, um eine Wasserwegsamkeit zwischen zwei Bohrungen zu erzeugen (Wärmetauscher). Im natürlichen Spannungsfeld bilden sich diese Fracs vorwiegend vertikal und parallel zueinander aus. Sie streichen in Richtung der größten horizontalen Hauptspannung.
Die zuvor notwendigen Horizontalbohrungen sind so anzulegen, dass sie im Spannungsfeld richtig orientiert sind und ihr Abstand den zu erwartenden Rissgrößen entsprechen. Bei einem Multifrac muss der Rissdruck an einer genau definierten Stelle eingebracht werden. Hierzu kann das Bohrloch oberhalb und unterhalb dieser Stelle abgepackert werden. Ist die Bohrung verrohrt und die Verrohrung durch Zementation hinterfüllt, so ist die Verrohrung an dieser Stelle zu perforieren. Dies kann entweder mechanisch oder durch Sprengstoff (perforation shot) geschehen.
Die perforation shots können durch das seismologische Monitoring erfasst werden und hier das seismologische Netz kalibrieren, so dass sehr genau Lokationen der Rissausbreitung möglich werden.
Die hydraulische Stimulation ist der Schlüssel, um Geothermie standortunabhängig zu machen. Ohne diese Technik ist man auf natürliche Heißwasservorkommen (hydrothermale Geothermie) angewiesen, die es nur in bestimmten Regionen (z. B. im Oberrheingraben oder im bayerischen Molassebecken) gibt. Mit EGS-Verfahren könnte theoretisch fast überall die Wärme aus mehreren Kilometern Tiefe genutzt werden.
Interview mit Prof. Dr. Ernst Huenges (GFZ Potsdam)
https://www.youtube.com/watch?v=_a7z18dAGqM
Backers, T., Kahnt, R. &Stockinger, G.: Structural dominated geothermal reservoir reaction during proppant emplacement in Geretsried: In: Geomechanics & Tunneling Nummer 15(1) (2022), S. 58-64, https://doi.org/10.1002/geot.202100091
Weitere Literatur siehe:
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zuletzt bearbeitet April 2026, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de
