Conference Agenda

Präsentiert werden vorläufige Erkenntnisse über die Verteilung von Gebirgsspannungen und Porendrücken aus Daten der ersten Eavor-Loop-Zwillingsbohrungen (Loop 1) in Geretsried, Bayern. Seit Bohrbeginn im Juli 2023 wurden bis dato bereits mehrere Lateralbohrungen erfolgreich innerhalb des knapp 600m mächtigen, mikritischen Malmkarbonats abgeteuft. Die möglichst genaue Kenntnis der im Untergrund vorherrschenden Druck- und Spannungsbedingungen ist eine wichtige Voraussetzung für das effiziente Abteufen der weiteren Bohrungen.

Um zunächst die Porendruckverteilung einzugrenzen, diskutieren wir zwei voneinander abweichende Tonsteindichteprofile aus Bohrkleinmessungen vor dem Hintergrund lokaler Bruchtektonik im Bereich der Bausteinschichten. Dieser als Mittelbau (Chatt mit basalen Bausteinschichten) beschriebene Abschnitt bildet den Übergangsbereich zwischen aufliegendem Aquitan, in dem laut Tonsteindichteverteilung bereits ein Porenüberdruck-Profil ansetzt, und den deutlichen Überdruckverhältnissen im unterlagernden Rupel.

In diesem Kontext deuten die Ergebnisse zweier im Bereich der Bausteinschichten durchgeführter Formation Integrity Tests (FIT), die sehr hohe horizontale Hauptspannungen (S_Hmax ≥ S_hmin) nahe der Vertikalspannung (S_v) suggerieren, nach derzeitiger Datenlage auf ein transpressives Regime (S_Hmax > S_v) im Grenzbereich eines isotropen Spannungszustandes (S_Hmax ≥ S_v ≥ S_hmin) hin. Die Voraussetzungen für eine mit der Profiltiefe zunehmende Konvergenz der Hauptspannungen im Mittelbau wären durch eine entsprechende Porendruckrampe gegeben.

Tektonischer Stockwerksbau sowie die Nähe zu der südlich im Mittelbau ausstreichenden Geretsried Blind Thrust (Shipilin et al. 2020) deuten also auf ein vielschichtiges und im Tiefenprofil möglicherweise bis heute in differenzierter Form vorliegendes Druck- und Spannungsregime hin. Hierzu werden abschließend die Spannungsverhältnisse im hydrostatisch veranlagten Malm vor dem Hintergrund bohrtechnischer Ereignisse und der noch in Auswertung befindlichen Borehole-Image-Logs diskutiert und den Erkenntnissen aus dem Mittelbau gegenübergestellt.

In order to maximize the potential of deep geothermal energy in Munich, while at the same time reducing the number of drilling sites, development costs and the implementation time of geothermal projects, it is important that individual well sites achieve the highest possible production rates. One evident strategy to enhance the productivity of a drilling site is to expand the development radius around the location as well as the number of boreholes. Wells in the Munich area have been drilled up to 3,000 m horizontal departure (HD), but there is potential for further horizontal reach. However, this requires the outer wells to be drilled at a considerable distance, almost horizontally, from the surface starting point to the landing point. This increasing horizontal distance of the target from the well site inevitably leads to increased technical effort, cost and risk. This paper presents the challenges and limitations arising when applying conventional drilling and liner running methods on wells with extended reach. A thorough risk analysis is provided, detailing the identified limitations. Additionally, various aspects of the well design are highlighted and reviewed.

Wässer aus geothermischen Tiefenbohrungen in hydrothermalen Systemen weisen standortspezifisch äußerst individuelle Zusammensetzungen und Mineralisation auf (von wenigen mg/l bis mehreren g/l). Die enthaltenen Elemente wie Fe, Ar, Li, Mg, Sr, die in großer Tiefe unter hohem Druck und hoher Temperatur gelöst sind, sollen in technischen Anlagen gewonnen werden. Mit Hilfe des technologischen Fortschritts ist es möglich, diese gelösten Elemente vor Ort in Europa zu gewinnen und als Rohstoff für die importabhängige Hightech- und Batterieindustrie zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann neben der stofflichen Nutzung auch das energetische Potenzial von Solewässern zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit führen.

Für die energetische und stoffliche Nutzung werden zum einen geeignete Solequellen in Europa aufgezeigt, die die erforderlichen hohen Mineralkonzentrationen aufweisen. 400 Bohrungen aus verschiedenen europäischen Ländern wurden dazu als Quellsystem auf ihr energetisches Wärmepotenzial untersucht. Zum anderen werden die neu zu entwickelnden Technologien und Verfahren zur Extraktion ausgewählter Elemente aufgezeigt. Diese Verfahren sind für die ganzheitliche Nutzung des geothermischen Potenzials von großer Bedeutung. Für zwei Extraktionsverfahren wird jeweils die Wärmeintegration der Prozesse vorgestellt. Beide Extraktionsprozesse wurden mittels Wärmeintegration analysiert und mit den jeweiligen Wärmequellen des Systems verschaltet. Als Ergebnis ist eine Energieeinsparung von bis zu 30 % innerhalb des Prozesses möglich, zusätzlich stehen weitere Wärmepotentiale auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zur verfügbar. Ein standortspezifisches energetisches Überschusspotenzial von bis zu 800 kW kann weitere Abnehmerstrukturen, mit mehreren hundert Wohneinheiten bzw. weitere industrielle Prozesse mitversorgen.

Diese zusätzlichen Potenziale an Wärme können weitere Einnahmequellen darstellen, um die Gesamtinvestitionen zu unterstützen sowie eine gesamtheitliche Nutzung des Solewassers zu etablieren.

Geological modeling is an integral part of geothermal resource estimation, exploration and reservoir modeling. A geological model typically consists of two components: a geometric representation of boundaries between major lithological units and discontinuities (faults, unconformities), and a volumetric model of relevant property distributions within each lithological unit (e.g., porosity, permeability). Both aspects contain significant uncertainties, but while multiple established methods exist to consider uncertainties in the volumetric model (e.g., conventional geostatistics, machine learning approaches), the geometric representations are still often treated as known.

In this work, we review probabilistic geomodelling concepts to treat uncertainties in the geometric model. In a schematic scenario, we highlight the difference in subsequent geothermal resource estimates based on these models: first for the case of independent stochastic estimates (as performed in many studies today), and then for the case of statistical dependence, considered through the probabilistic geomodel. We then apply the method to an estimate of a hydrothermal resource in Germany, where we show the integration of probabilistic geomodelling methods into an actual resource estimation workflow.

In a next step, we integrate the model ensemble into a decision analysis workflow. This work is still in progress, but first results show how loss functions enable the consideration of specific risks of over- and underestimation of a resource. In combination with the probabilistic geomodelling workflow, this opens-up possibilities for a more integrated consideration of geological uncertainties in geothermal resource estimates.

In der tiefen Geothermie wird der Thermalwassertransport oft durch Strömungen in Klüften dominiert. Insbesondere in Bohrlochnähe werden dabei mittlere bis hohe Fließgeschwindigkeiten in den Klüften erreicht. Um das Fließverhalten unter diesen speziellen Bedingungen besser zu verstehen, werden Klüfte und deren Hydraulik in im F⁴aT-Labor (Forced fracture fluid flow and Transport Laboratory) experimentell untersucht. Dazu werden im ersten Schritt verschiedene Gesteinsproben auf ihre Rauigkeit hin analysiert. Mehrere Parameter, wie zum Beispiel der Hurst Exponent und die Höhenvarianz, werden untersucht und verglichen. Die gemessenen Rauigkeiten sind gesteinsabhängig und bilden die Randbedingungen der hydraulischen Versuche. Die Rauigkeit bestimmt die Apertur der Klüfte und ist damit der wichtigste Faktor für die Hydraulik und Fließdynamik des Systems. Die Durchflussversuche werden mit einer großen Variabilität an Fließraten durchgeführt um sowohl den laminaren Bereich bei kleinen Fließraten (Re <1) als auch den Beginn des nicht-laminaren Fließverhaltens darzustellen, wobei die Messungen einen signifikanten Einfluss der Rauigkeit auf die Hydraulik zeigen.