In-Situ Experimente

Die Bohrung Horstberg Z1 dient seit 2003 als in-situ Labor für die Entwicklung und Umsetzung neuer Nutzungskonzepte für die tiefe geothermische Energiegewinnung. Vor allem wurden hier das zyklische Verfahren (Huff-Puff) und das Zweischicht-Tiefenzirkulationsverfahren erfolgreich umgesetzt. Da sich die Gesteine in 3700 m Teufe einer direkten Untersuchung entziehen, ist das Beobachten des transienten Druckverhaltens von Reservoiren (hydraulisches Testen) seit Langem ein erprobtes Mittel zur indirekten Bewertung hydraulischer Reservoireigenschaften. Ziel der Untersuchungen ist der Machbarkeitsnachweis der angedachten Konzepte zur geothermischen Energiegewinnung aus dichten Sedimentgesteinen. Die Konzepte werden dann am Standort Hannover umgesetzt. Die Bohrung Horstberg Z1 wird auch in Zukunft als Versuchslabor verwendet.

Im Herbst 2003 wurden die beiden Sandsteinformationen Detfurth und Solling des mittleren Buntsandsteins durch Perforation an die Bohrung angeschlossen, ein anschließend gesetzter Produktionspacker trennt die hydraulische Kommunikation der Formationen durch die Bohrung. Die beiden Formationen wurden dann durch einen großräumigen hydraulisch erzeugten Riss vom Detfurth Sandstein ausgehend, über eine Höhe von 120 m miteinander verbunden. Die Rissfläche beläuft sich vermutlich auf mehr als 100.000 m². Dieser erzeugte Riss ist eine wesentliche Voraussetzung für die Umsetzung der beiden Konzepte zur thermischen Energiegewinnung aus an sich gering permeablen (<40mD) Sedimentgesteinen. Der Riss ist hydraulisch hoch leitfähig und fungiert als Wärmeaustauschfläche.

Um diese und weitere wissenschaftliche Untersuchungen vor Ort mit hoher Datengenauigkeit und weitgehender Unabhängigkeit von Servicefirmendurchführen zu können, wurde das Testfeld Horstberg in den letzten Jahren mit Equipment wie Hochdruckinjektionspumpen (elektrisch betrieben, 2 x 300 kW) und einer ESP (Electric Submersible Pump) ausgestattet, um Injektions- und Zirkulationstests durchführen zu können.

Zu den klassischen angewendeten Testverfahren gehören Injektions-, Produktions- (Langzeit- und Stufentests) und Zirkulationstest mit unterschiedlichen Fließraten und einhergehenden Reservoir-Druckänderungen.
In zahlreichen hydraulischen Tests konnte unter anderem die hydraulische Kommunikation zwischen dem Detfurth- und Sollingsandstein untersucht werden. Hierbei zeigte sich, dass auch in Sedimentgesteinen ein Selbststützungsmechanismus wirksam wird, der ähnlich wie in den kristallinen Reservoiren des HDRs, den Riss langfristig offen hält (Abbildung 1). Diese Erkenntnis war entscheidend für eine dauerhafte Umsetzung der neuartigen Konzepte am Standort Hannover.

Abbildung 1: Ergebnisse des „low-rate“-Injektionstest vom September 2007. Shut-in Auswertung nach Stufeninjektionstest in den Detfurth/Frac mit Fließraten < 2 l/s im Log-Log Plot. Die Interpretation der Druckänderung (dP) und deren Ableitung (dP’) zeigen unter anderem ein „fracture linear flow“-Verhalten, das sich in einer näherungsweise Steigung von ½ der Kurven dP und dP’ zeigt.