1GFZ Potsdam, Deutschland; 2GFZ Potsdam, Deutschland; 3ISOR Iceland GeoSurvey, Island; 4ISOR Iceland GeoSurvey, Island
Eine Schwachstelle für die Integrität von Geothermiebohrungen sind die Rohrverbinder. Insbesondere bei hohen Temperaturen (ab 200°C) können thermischen Spannungen die Elastizitätsgrenze des Werkstoffs erreichen, was zu einer plastischen Deformation der Verrohrung führt. Mit jedem operativen Zyklus des Abkühlens und wieder Aufheizen einer Hochtempertur-Geothermiebohrung steigt die Materialermüdung und das Risiko des Integritätsverlusts. Das H2020 Projekt GeConnect befasst sich mit der Weiterentwicklung einer neuartigen Rohrverschraubung („flexible coupling“), welche eine axiale Bewegung einzelner Rohrtourelemente zulässt und somit die thermischen Spannungen auf der Rohrtour reduziert (Patent angemeldet am 19. Dezember 2016: WO 2017/103950 A1). Diese Rohrverschraubungen sind so konstruiert, dass sie einen schmalen Spalt zwischen zwei verschraubten Rohren zulassen. Wird eine Rohrtour mit dieser Art von Verschraubungen in einem Bohrloch eingebaut und einzementiert, befinden sich die Verschraubungen im kalten Zustand in geöffneter Position. Während des Aufheizens des Bohrlochs ist es für die Rohre zwischen den Verschraubungen möglich, die thermischen Spannungen der Ausdehnung durch Bewegung in die Verschraubung zu kompensieren. Im Vorläufer-Projekt GeoWell (H2020) wurden Prototypen der Verschraubung in Originalgröße erfolgreich auf dem Prüfstand unter Umgebungstemperaturen getestet (TRL 3-4). In GeConnect werden die Bauteile in realer Arbeitsumgebung untersucht (TRL 5-6). Hierfür wird ein Oberflächenexperiment entwickelt, dass die thermischen und mechanischen Bedingungen im Bohrloch während der initialen Aufwärmphase einer Hochtemperatur-Bohrung (bis 300°C) wiedergibt. Zwei 9 5/8“ Stahlrohre werden mit der neuartigen Verschraubung verbunden und in ein 13 5/8“ Rohr einzementiert. Die Experimente werden in direkter Nähe eines geothermischen Feldes in Island stattfinden, wodurch ein Anschluss an eine Hochtemperatur-Bohrung möglich ist. Für eine präzise Untersuchung des Schließungsprozesses werden eine Vielzahl von Sensoren in dem experimentellen Aufbau genutzt. Faseroptische Messtechnik wird verwendet, um ortsverteilte Temperatur- und Dehnungsmessungen in Echtzeit entlang der einzementierten 9 5/8“ Rohrtour während des Aufheizens zu messen. Durch die hohe örtliche und zeitliche Auflösung der Messtechnik ist eine detaillierte Analyse und Begutachtung des Bauteils möglich. Außerdem werden piezoelektrische Druck- und Akustikaufnehmer verwendet, um den dynamischen Schließungsprozess bestmöglich zu detektieren und zu analysieren. Die erfassten Messdaten werden später als Datengrundlage dienen, um den Schließungsprozess der Rohrverbindungen in Bohrlöchern zu evaluieren.
