Die geothermische Stimulationsforschung an KTB-Bohrlöchern in Deutschland wird fortgesetzt

Die Arbeiten am Forschungsprojekt GEOREAL haben im Tiefenlabor des Kontinentalen Tiefbohrprogramms (KTB) in der Nähe der Stadt Windischeschenbach in der Oberpfalz in Bayern begonnen. Die Forschung zielt darauf ab, die hydraulische Stimulation in einer kristallinen Hochtemperaturumgebung besser zu verstehen und die seismische Aktivität in Echtzeit zu überwachen.

Eine einzigartige Forschungsumgebung

Das GEOREAL-Forschungsprojekt wurde Anfang des Jahres angekündigt und nutzt die einzigartige Umgebung, die die KTB-Tiefbrunnen bieten. Die beiden Bohrungen in Windischeschenbach werden zusammenfassend als „KTB Deep Crust Laboratory“ bezeichnet, nach dem Kontinentalen Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland. Die beiden Bohrungen wurden zwischen 1987 und 1994 bis zu einer Tiefe von 4 und 9,1 Kilometern abgeteuft.

Das in mehr als drei Kilometern Tiefe gefundene kristalline Gestein ist typisch für weite Teile der deutschen Erdkruste, ist jedoch gut erforscht und für wissenschaftliche Experimente in der nördlichen Oberpfalz nur durch zwei KTB-Bohrungen zugänglich. Unter Druck wird Wasser in das heiße Gestein injiziert, um das geothermische Potenzial des umgewandelten Kellers zu bestimmen.

„Nirgendwo sonst auf der Welt liegen zwei so tiefe Brunnen mit einer Tiefe von 4.000 und 9.101 Metern nebeneinander. Somit ist der Standort von KTB ideal für das Projekt. sagt Projektleiterin Dr. Caroline Ifill.

Um die seismische Reaktion des GEOREAL-Experiments in einer Tiefe von mehr als 3,8 km hochauflösend zu dokumentieren, wurden in der KTB-Hauptbohrung eine Reihe hochempfindlicher Seismometer installiert. Darüber hinaus wurden bis zu 50 Seismometer an der Oberfläche rund um das KTB und in mehreren 150 Meter tiefen Bohrlöchern installiert. Daten von Seismometern werden an die Bohrstelle übermittelt und dort in Echtzeit ausgewertet.

„Adaptive Stimulation“ basierend auf seismischer Reaktion

Ziel des Experiments ist es, die Prozesse im Geothermiereservoir zu verstehen, einschließlich der Aktivierung von Fließwegen, ohne dass an der Oberfläche spürbare seismische Aktivitäten ausgelöst werden. Daher zielt die Operation darauf ab, eine Methode der „adaptiven Stimulation“ zu implementieren, die auf seismischen Messungen in Echtzeit basiert. Die seismische Reaktion wird anhand der Phasen des Spannungsaufbaus und -abbaus während der Wasserinjektion untersucht, die der räumlichen und zeitlichen Diffusion der Wassergrenzfläche im Reservoir entsprechen.

„Die Entdeckung dieses mikroseismischen Knisterns tief unter der Erdoberfläche gibt uns die Möglichkeit, Prozesse in einer Tiefe von etwa vier Kilometern effektiv zu steuern, indem wir die Pumpraten während des Experiments direkt anpassen, um diese Region auf kontrollierbare Weise hydraulisch durchlässiger zu machen.“erklärt Prof. Dr. Marco Bonhof, Leiter der GFZ-Abteilung „Geomechanik und wissenschaftliches Bohren“.

Gelingt dies dem GEOREAL-Team im Feldversuch, wird die Nutzung des geologischen Untergrunds zur Wärmegewinnung, aber auch zur sicheren Lagerung beispielsweise von Flüssigkeiten und Gasen gute Fortschritte machen.

Frühere Experimente am KTB durchgeführt

Die GEOREAL-Studie baut auf zuvor am KTB durchgeführten Injektionsversuchen auf und nutzt deren Ergebnisse mit neuer Technologie. Zwischen 1994 und 2005 wurden am KTB insgesamt drei ähnliche Experimente durchgeführt, davon zwei Injektionen in den offenen Bohrlochabschnitt der KTB-Hauptbohrung über Tage bis Monate.

Vier Jahre später wurde in der KTB-Pilotbohrung über einen Zeitraum von jeweils etwa einem Jahr die Wasserförderung und anschließende Wasserinjektion durchgeführt. Diese Experimente führten zu einem sogenannten nicht wahrnehmbaren induzierten Erdbeben.

Es wurden jedoch mehrere hundert kleine Erdbeben registriert, die sich in unmittelbarer Nähe des stimulierten Bohrlochintervalls in einer Tiefe von 3 km oder mehr ereigneten. Das stärkste dieser kleinen Erdbeben hatte eine Stärke von 1,2 und lag damit unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsschwelle, also bei etwa 2. Zum Vergleich: Täglich ereignen sich weltweit etwa 8.000 kleine Erdbeben mit einer Stärke von 1 bis 2. Sie haben eine Stärke von ungefähr 4 oder 5 und treten manchmal etwa 80 km vom KTB entfernt im Eigerbecken auf. Dadurch sind sie deutlich zu beobachten und können auch in der Nähe des Epizentrums zu Schäden führen.

Nach Abschluss des GEOREAL-Versuchs erwarten Geologen eine Verbesserung der aktuellen Prozesse der technischen Umsetzung von Geothermieprojekten am KTB-Standort und darüber hinaus. GEOREAL ist zugleich der Startschuss für die langfristige Reaktivierung der Forschung am historisch bedeutsamen Wissenschaftsstandort KTB in Windischeschenbach.

Quelle: GFZ Potsdam