Verbundvorhaben: Si-Drill: Entwicklung einer hochtemperaturstabilen Bohrspülung zur Verringerung der Bohrkosten für Projekte der tiefen Geothermie; Teilvorhaben: Entwicklung und Charakterisierung der innovativen Bohrspülung und des Spülungskonzeptes

Abstract

Bohrspülungen erfüllen beim Bohren zentrale Funktionen, insbesondere die Druckkontrolle, Kühlung und Schmierung des Bohrkopfes sowie den effizienten Austrag von Bohrklein zur Maximierung der Bohrgeschwindigkeit (Rate of Penetration, ROP). Hierfür sind ausgeprägte scherverdünnende Eigenschaften erforderlich: hohe Viskosität bei niedrigen Scherraten zur Suspension von Feststoffen und niedrige Viskosität bei hohen Scherraten zur Verbesserung der Fließfähigkeit während der Zirkulation. Konventionelle Systeme auf Basis von Biopolymeren weisen jedoch eine geringe Temperaturstabilität auf und erfordern den Einsatz von Bioziden, während synthetische Polymere zwar thermisch stabil, jedoch kostenintensiv und rheologisch weniger effektiv sind. Tonmineralbasierte Systeme zeigen ebenfalls Einschränkungen hinsichtlich Rheologie, Temperatur- und Salzstabilität. Im vorliegenden Projekt wurde daher eine neuartige, silica-basierte Bohrspülung (Si-Drill) entwickelt und umfassend untersucht, mit dem Ziel, die Kosten geothermischer Bohrungen durch verbesserten Bohrfortschritt zu senken. Der Fokus lag auf der rheologischen Charakterisierung, der Optimierung der Zusammensetzung, der Bewertung von Umwelt- und Sicherheitsaspekten sowie der Wiederverwertbarkeit des Systems. Laboruntersuchungen und ein Feldversuch in Mainz-Bretzenheim bestätigten die hervorragenden Eigenschaften der Si-Drill-Spülung. Sie zeigte eine ausgeprägte thixotrope und scherverdünnende Rheologie, sehr gute Tragfähigkeit und effektiven Bohrkleinaustrag, was auf einen verbesserten Bohrfortschritt schließen lässt. Zudem erwies sich das System als lagerstabil, einfach handhabbar und bis etwa 200 °C temperaturbeständig. Umweltanalysen ergaben geringe Risiken, da die Spülung aus überwiegend anorganischen Komponenten besteht. Darüber hinaus wurden vielversprechende Ansätze zur Wiederverwendung, etwa in zementbasierten Anwendungen, identifiziert. Insgesamt weist die entwickelte Si-Drill-Spülung ein hohes Potenzial zur Reduktion von Bohrkosten und zur Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit geothermischer Bohrprojekte auf.