Monitoring der Zementintegrität in geothermischen Bohrungen: Fid-Bau Portal

Monitoring der Zementintegrität in geothermischen Bohrungen

Reinsch, Thomas / Henninges, Jan

Um die Integrität der Ringraumzementation besser zu überwachen und den Einfluss starker Temperaturschwankungen auf den Zement während der Förderung von Thermalwasser zu untersuchen, wurde im Frühjahr 2009 ein faseroptisches Messkabel permanent in den Ringraum einer Hochtemperatur-Geothermiebohrung auf Island eingebaut. Das Messkabel wurde außen an der Verrohrung befestigt und zusammen mit dieser zementiert. Im Rahmen von drei Messkampagnen wurden ortsverteilte faseroptische Temperaturmessungen (distributed temperature sensing, DTS) durchgeführt. Neben Messungen während der Zementation konnten Temperaturen zu Beginn und nach Beendigung eines dreimonatigen Produktionstests im Sommer 2009 in der Bohrung durchgeführt werden. Hierbei wurden Temperaturen von bis zu 230 °C gemessen. Zur Überwachung und Evaluierung der Zementation wurden die gemessenen Temperaturdaten mit Hilfe eines theoretischen Hydratationsmodells für den Zement ausgewertet. Hierbei wurde die gemessene Wärmeentwicklung während der Hydratation mit einer Simulierten verglichen um die Dichte der Zementsuspension und den Grad der Hydratation in verschiedenen Tiefen zu ermitteln. Während der Förderung von heißem Thermalwasser konnte zudem eine lokale Temperaturanomalie im Zement beobachtet werden. Obwohl die Temperatur des produzierten Fluides stieg, wurden im Ringraum lokal begrenzt und zeitlich fortschreitend in angrenzenden Tiefenintervallen sinkende Temperaturen gemessen. Sinkende Temperaturen weisen auf eine Rissbildung im Zement und dessen Austrocknung hin. Hierdurch kann es zu einem Verlust der Abdichtung zwischen verschiedenen geologischen Schichten und dadurch zu einem Verlust der strukturellen Integrität der Bohrung kommen. Im Gegensatz zu konventionellen Messverfahren, die oft nur mit großem zeitlichem Abstand oder nicht während einer Produktionsphase durchgeführt werden können, ermöglichte die durchgeführte Temperaturmessung eine on-line Überwachung integritätsrelevanter Prozesse - auch während der Produktion.