Geothermie ist ein zentraler Baustein für die nachhaltige Energieversorgung – insbesondere im Bereich der Wärmebereitstellung für Städte und Gemeinden. Um Transportverluste zu minimieren, erfolgt die Erschließung geothermischer Ressourcen bevorzugt in urbanen Räumen. Dies stellt hohe Anforderungen an Bohrtechnik und -prozesse: begrenzte Flächenverfügbarkeit, hohe Emissionsauflagen und kurze Bauzeiten. Eine minimale Beeinträchtigung der Anwohner erfordert flexible, kompakte und emissionsarme Lösungen.

Herrenknecht Vertical (HV) entwickelt seit über zwei Jahrzehnten maßgeschneiderte, Bohranlagen für den Geothermiemarkt. Aufbauend auf automatisierten Rohrhandhabungssystemen für tiefe Bohrungen wurde die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt – unter anderem in einer F&E-Anlage für SHELL, die heute für geothermische Forschung bei TNO in den Niederlanden genutzt wird.

Der aktuelle Fokus liegt auf kompakten Bohranlagen, die durch ihre Einsetzbarkeit auf städtischen Bohrplätzen maßgeblich zur Realisierung der Wärmewende beitragen. Das urbane Bohrkonzept von HV verbindet platzsparendes Design mit Flexibilität: Skidding- oder Steppingsysteme ermöglichen Mehrfachbohrungen an einem Standort. Eingehauste Anlagenkomponenten minimieren Lärmemissionen und der Betrieb vom lokalen Stromnetz eliminiert Abgasemissionen. Ergänzend hinzu kommen innovative Technologien wie Energierückgewinnung in der Rohrhandhabung, KI-gestützte Lärmvermeidung sowie ein digitaler Bohrsimulator. Dieser ermöglicht Training, Prozessoptimierung und kontinuierliches Lernen aus realen Bohrdaten, was wiederum die Effizienz, die Kosten und die Sicherheit der Bohrarbeiten optimiert.

Die Präsentation gibt einen Einblick in technische Lösungen, operative Erfahrungen und laufende Entwicklungsprojekte und zeigt den Mehrwert für die Umsetzung der geplanten Wärmewende auf.

Die Bohrphase eines Tiefengeothermieprojektes erfordert das effektive Zusammenwirken verschiedener Disziplinen. Nur so können voneinander abhängige technische, wirtschaftliche und andere Risiken in den Entscheidungsprozessen integriert abgebildet werden. Grundsätzlich können Ereignisse, die weitreichende sofortige oder zeitnahe Entscheidungen und Aktivitäten erfordern, jederzeit während der Bohrphase vorkommen. Daher ist es sehr ratsam, Risiken rechtzeitig zu identifizieren, zu bewerten und Mitigationspläne dafür aufzustellen – also ein strukturiertes Risikomanagement durchzuführen.

Der Vortrag stellt den gemeinsam von BVEG und DGMK entwickelten Leitfaden zum bohrtechnischen Risikomanagement bei Tiefengeothermieprojekten vor. Ziel dieses Leitfadens ist es, Institutionen und Personen, die in den Bereichen Projektentwicklung, Investition, Planung, Genehmigung oder Ausführung von Bohrarbeiten aktiv sind, praxisorientierte Empfehlungen für das frühzeitige Erkennen und Beherrschen von Risiken während der Bohr- und Testphase zu geben. Der Leitfaden hat eine umfangreiche öffentliche Konsultationsphase durchschritten und bildet nun eine zentrale Grundlage für das erfolgreiche Risikomanagement von Tiefengeothermieprojekten.

Im Mittelpunkt steht die Frage, wie Risiken im Rahmen von tiefengeothermischen Einzelprojekten systematisch identifiziert, bewertet und gemanagt werden können. Dafür werden u.a. Prozesse und Werkzeuge vorgestellt. Der Leitfaden versteht sich als Ergänzung zum „Leitfaden zur wirtschaftlichen Bewertung geologischer Risiken tiefengeothermischer Projekte“ und begleitet den Übergang von der geologischen Vorerkundung zur praktischen Realisierung eines Projekts und während der Bohr- und Testphase.

Der Leitfaden beschreibt einen allgemein anwendbaren Risikomanagementprozess. Die anzuwendenden technischen Methoden, beispielsweise verschiedene Bohrtechniken oder Spülungssysteme, können je nach den jeweiligen geologischen und bohrtechnischen Gegebenheiten variieren.

Der Vortrag verdeutlicht, wie strukturierte Risikomanagementprozesse die Sicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Tiefengeothermieprojekten nachhaltig verbessern können.

Sowohl Nutzung als auch Speicherung erneuerbarer Energien spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduktion von CO₂-Emissionen. Geothermische Heiz- und Kühlsysteme bieten mit ihrer integrierten Speicherkapazität eine nachhaltige, breit verfügbare Lösung, die unabhängig von saisonalen Schwankungen rund um die Uhr betrieben werden kann. Im Zentrum dieser Bestrebungen stehen Effizienz und Optimierung der Bohrungen, insbesondere durch Verbesserung der Schnittstelle und Interaktion zum umgebenden Reservoir. Die gezielte Anbindung produktiver Zonen im Reservoir an bestehenden Bohrungen kann Durchlässigkeiten und damit die Gesamtleistung geothermischer Bohrungen oder auch untertägiger, thermischer Energiespeicher erheblich steigern.

Eine effektive Methode zu solch einer Reservoirstimulation ist die Radial Jet Drilling (RJD) Technologie. Dort werden mit Wasser angetriebene Mikrobohrwerkzeuge eingesetzt, um seitliche Fließpfade von der Hauptbohrung in die Formation zu erodieren. Diese Technik stellt eine sichere, kostengünstige und zugleich umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Verfahren wie der hydraulischen oder chemischen Stimulation dar.

Herkömmliche RJD-Verfahren erfordern jedoch bisher die aufwendige Installation eines speziellen Whipstocks mittels Einbaugestänge, was eine komplette Aufwältigungsanlage und damit erhebliche Logistik voraussetzt. Dieser konventionelle, „jointed-pipe“ Prozess verursacht hohe Betriebszeiten, Ineffizienzen und entsprechende Kosten.

Deshalb hat das Fraunhofer IEG ein neuartiges, Wireline-gebundenes Ablenk- und Orientierungssystem entwickelt. Diese innovative Technologie kommt ohne Einbaugestänge und Aufwältigungsturm aus und ermöglicht daher ein schnelles und kosteneffizientes Setzen und Ziehen der BHA. Diese neue Ablenkgarnitur erlaubt so einen deutlich reduzierten operativen Aufwand bei gleichzeitigem, direktem Zugang zum Bohrloch.

Zusätzlich ermöglicht das System eine wesentlich leichtere Echtzeit-Datenübertragung zur Prozessüberwachung und -steuerung. Zukünftige Integration spezieller Sensorik im Bohrloch könnte somit eine vollständige Überwachung und Qualitätskontrolle der Mikrobohrprozesse einfach ermöglichen.

Safe well operation requires eliminating any unwanted flow to surface, cross flow between subsurface zones and out-of-zone injection. Zonal isolation is achieved through impermeable seals between porous and permeable formations and a continuous formation-to-completion cement seal at the wellbore.

The cement at the borehole must have sufficient sealing capability – at least equal to the caprock - to withstand potential pore pressure and fracture gradient contrasts and variations.

Despite the potential impact of inadequate zonal isolation during the full well life cycle, regulatory standards concerning annular cement quality are vague and usually driven by industry best practise or in-house guidelines developed by operators.

Geothermal heat/power generation is increasingly utilised to deliver benefits on a very local level which in turn means that well bore placement is getting ever closer to populated areas. Operating entities are small, sometimes owned by local communities, who are not always able to benefit from traditional operator in-house expertise to critically assess service company reports. Taking zonal isolation serious throughout the well life is a commitment to the neighbourhood and the safety of the people who live nearby.

This paper proposes pragmatic guidelines for a consistent assessment of zonal isolation at the wellbore suitable for the full well life cycle. The guidelines address cement bond quality, and circumferential coverage to provide a consistent assessment of annular cement zonal isolation as well as the impact of well/casing design on the ability to use a cement bond log in the first place

Die in der Geothermie eingesetzten Tauchpumpen und Steigleitungen unterscheiden sich grundlegend von denen in Erdölanwendungen.Hohe Förderleistungen und hohe Gewichte können zu erheblichen dynamischen Lasten führen.

Trotzdem wird die Stablisierung von Tauchpumpe und Steigleitung oft separat oder gar nicht betrachtet. Dynamische Effekte im Förderstrang können aber zu erheblichen Verformungen in der Tauchpumpe führen, die dann typischerweise mit Lagerschäden ausfällt.

Eine einfache Betrachtung der Einbaugeometrie kann schnell Klarheit über mögliche dynamische Lasten verschaffen. Die konstruktiven Mittel, Schwingungen im Förderstrang zu verhindern sind ebenfalls einfach und kostengünstig.

Ein Leitfaden zur Berücksichtigung und Vermeidung von Schwingungsschäden wird Bestandteil des Vortrages sein.