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Die Übertragung seismischer Daten mittels akustischer Wellen entlang des Bohrstranges

Untertägige Messgeräte in Bohrungen generieren Messdaten, deren Ergebnisse wichtig für eine Anpassung des Bohrverlaufs sind. Um diese Messergebnisse berücksichtigen zu können, werden jedoch höhere Datenraten als mit dem derzeitigen Telemetriestandard in Bohrungen (ca. 10 Bit/s) notwendig. Es wurde ein Telemetriesystem mit akustischen Wellen entlang des Bohrstrangs entwickelt, das Telekommunikationstechnologien nutzt und Datenraten von mehreren 100 Bit/s erreicht. Mithilfe dieses Ansatzes werden Datenpakete für spezifische Frequenzbänder definiert und über den Bohrstrang übertragen.

Der Ausbau der tiefen Geothermie in Deutschland kommt aufgrund großer Fündigkeitsrisiken und hoher Bohrkosten noch immer nicht zügig voran. Online-Erkundungsverfahren, die den Bereich vor dem Meißel nach heißwasserführenden Klüften absuchen, können hier einen wichtigen Beitrag zur zielgerichteten und somit kostengünstigeren Erschließung geothermischer Reservoire leisten. Der Einsatz solcher Verfahren bedingt aber deutlich höhere Datenübertragungsraten, als derzeit mit etablierten Methoden wie der Mud-Pulse-Telemetrie erreicht werden können. Im Forschungsprojekt SPWD-BUSData (Seismic Prediction While Drilling-Bring Up Seismic Data) wird deshalb ein kabelloses System zur schnellen akustischen Übertragung seismischer Daten entwickelt. Mittels akustischer Wellen und modernster Telekommunikationsmethoden werden hierbei Daten über den Bohrstrang übertragen.

Im Dezember 2012 wurde ein erster Datenübertragungsversuch über einen Bohrstrang in der Pilotbohrung des KTB-Tiefenlabors in Windischeschenbach durchgeführt. Zum Einsatz kamen 2 3/8'-Bohrstangen, die bis eine Teufe von 2 km als Bohrstrang in das Bohrloch abgehängt wurden, um eine Einweg-Kommunikation zu etablieren. Dabei wurden Datenübertragungsraten von 700 bit/s in 1 km Tiefe und von 100 bit/s in 1,5 km Tiefe erreicht, akustische Signale konnten bis zur maximalen Bohrstranglänge registriert werden.

Im Nachfolgeprojekt SPWD-BUSData II (SeismicPrediction While Drilling-Bring Up and Down Seismic Data II) wird nun zusammen mit dem Industriepartner MICON Mining and Construction GmbH & Co. KG die Integration der Datenübertragungstechnik in den Bohrstrang vorbereitet. Dabei werden aufgrund des größeren Platzangebotes Raiseboring-Bohrstangen verwendet und die Technik in mehreren Bohrstangen integriert. Eine weitere deutliche Steigerung der Übertragungsreichweite ist ebenfalls Ziel dieses Forschungsprojektes. Dies soll unter anderem durch eine Linearisierung der Sender und durch die konsequente Ausnutzung von Mehrsender- und Mehrempfängertechniken erreicht werden. In einem europäischen Raiseboring-Projekt wird ein Praxistest geplant. Nachfolgend soll die Realisierung der Kommunikation in beide Richtungen umgesetzt werden und in Raiseboring-Bohrprojekten unter Insitu-Bedingungen getestet werden.

Geothermie im Spezialtiefbau: Praxis mit BIM
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (7/2017)
Ab 2020 werden öffentliche Großprojekte in Deutschland nur noch mit Building Information Modeling (BIM) neu geplant, gebaut und betrieben. So sieht es der Stufenplan Digitales Planen des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur vor.

Depothermie - Geothermale Nutzung von Deponien und Altablagerungen zur Wärmegewinnung und -speicherung
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (6/2017)
Dem Ausbau der Geothermie, insbesondere der oberflächennahen Geothermie zur Heizung und Kühlung von Wohn- und Industriegebäuden, wird zukünftig eine steigende Bedeutung zukommen, da durch die Energiewende und den beschlossenen Klimaschutzplan 2050 die Umstellung von einer kohlenstoffbasierten auf eine regenerative Energieerzeugung forciert werden wird.

Europäische Normung für den Brunnenbau nimmt Fahrt auf
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (6/2017)
Die umfangreichen Vorbereitungen für eine gute Ausgangsposition der deutschen Expertise bei der Normung des Brunnenbaus tragen nun erste Früchte. Die strikte Trennung der Themenkomplexe 'oberflächennahe Geothermie' und 'Brunnenbau' wurde auf der konstituierenden Sitzung des CEN TC 451 'Water wells and borehole heat exchangers' durchgesetzt.

Anlagendimensionierung zur Unterschreitung des in Hessen für EWS geforderten Mindestabstandes zur Grundstücksgrenze
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2017)
Die hessischen Anforderungen des Gewässerschutzes an Erdwärmesonden (EWS) vom 21. März 2014 geben einen im Regelfall einzuhaltenden Mindestabstand zwischen EWS und Grundstücksgrenze von 5 m vor. Bei Einhaltung dieses Abstandes wird für EWS-Anlagen mit einer Heizleistung bis 30 kW davon ausgegangen, dass es in der Regel zu keiner thermischen Beeinflussung außerhalb des Grundstücks kommt und somit keine Gewinnung von Erdwärme im Sinne des Bundesberggesetzes (BBergG) erfolgt.

Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2017)
Ein praktischer Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart am gleichen Standort unter gleichen Beanspruchungsbedingungen ist bisher nicht bekannt.