PLASMA PULSED GEO DRILLING

Mit dem Plasma Pulsed Geo Drilling (PPGD) wird ein Bohrverfahren  entwickelt, bei dem der Gesteinsabtrag elektrisch-thermisch über Hochspannungspulse erfolgt. Die Gesteinszerstörung geschieht damit quasi berührungslos, was den Verschleiß des Bohrwerkzeuges damit drastisch  verringert und die Lebensdauer aller Bohrkomponenten erhöht, was ein sehr zentraler Faktor bei allen Bohrprozessen ist. Besonders eignet sich dieses Verfahren für harte, kristalline Gesteine, wie sie in geothermalen Reservoiren anzutreffen sind.

© Fraunhofer IEG
Die Abbildung zeigt das 3D-Modell des eigens für die Hochtemperatur-, Hochdruck- und Hochspannungsversuche entwickelten Bohrkopfes. Dieser wird durch eine Durchführung in die iBOGS implementiert.
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Die Abbildung zeigt den Versuchsaufbau bestehend aus Marx-Generator links, PPGD Bohrkopf mittig und der iBOGS rechts.

Fraunhofer Auftragsforschung für die ETH Zürich im Pulsed Plasma Geo Drilling Projekt

Geothermische Energie steht jeder Zeit zur Verfügung. Dies hat den Vorteil gegenüber Wind- und Solarstrom, dass der bei der Geothermie gewonnen Strom grundlastfähig ist und so eine alternative zu Kohle-, Gas- und Nuklearstrom bietet. Damit geothermisch gewonnener Strom jedoch wirtschaftlich ist, werden Temperaturen von mindestens 150 °C benötigt. Diese Temperatur ist in tiefen von 5 bis 10 km anzutreffen. Die Gestehungskosten von Bohrungen dieser Tiefe tragen zu einem sehr großen Teilen der gesamtkosten einer geothermischen Gesamtanlage bei.

Das Plasma Pulsed Geo Drilling soll dazu beitragen die Kosten der Bohrung zu senken. Bei den aktuell genutztem Rotationsbohrverfahren wird das Gestein mittels Meißel mechanisch abgetragen. Dieser verschleißt besonders in Hartgesteinen schnell. Um den Meißel zu tauschen muss der gesamte Bohrstrang ausgebaut werden (tripping). Dieser Vorgang benötigt viel Zeit, in der kein Bohrfortschritt erzielt wird. Beim PPGD Verfahren wird der Gesteinsabtrag mittels Hochspannungspulsen quasi Kontaktlos realisiert. So soll der Bohrwerkzeug Verschleiß auf ein Minimum reduziert werden.

Die in Tiefen von 5 km herrschenden Temperaturen so wie hohen Drücke können einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Verfahren haben.

Bisher wurde noch nicht untersucht, ob das PPGD bei den hohen Druck- und Temperaturbedingungen angewendet werden kann. In dem Autoklaven System iBOGS am Fraunhofer IEG Standort in Bochum ist es möglich, die Gegebenheiten dieser Tiefen zu simulieren. Verschiedene Versuche in der iBOGS sollen Aufschluss darüber geben, bis zu welchen Bedingungen das Verfahren noch eingesetzt werden kann.

Eine große Herausforderung bei den Versuchen ist es, die Hochspannungspulse zur Gesteinsprobe innerhalb des Autoklaven zu bringen. Eigens dafür wird ein Hochspannungs-Bohrkopf entwickelt. In dem Deckel des Autoklaven befindet sich eine Hochdruckdurchführung. Durch diese kann der Bohrkopf implementiert werden. 

Mit dem Marx-Generator können Spannungspulse mit bis zu 450 kV erzeugt werden. Dieser wird für die Dauer der Versuche von der ETH zur Verfügung gestellt

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Weitere Infos

Koordiniert wird das Projekt von der ETH Zürich (Innosuisse Grant Nr. 28305.1 PFIW-IW). Das Fraunhofer IEG ist Unterauftragnehmer mit einem Budget von 250.000 CHF.