Explorationswandel von der Steinkohle zur Tiefengeothermie

Engineering. Insight. Values.

Explorationswandel von der Steinkohle zur Tiefengeothermie

Jens-Peter LuxGeschäftsführer DMT GmbH und Co. KG

Prof. Dr. Bodo LehmannDMT Civil & Mining Engineering, stellv. Leiter

Dr. Boris DombrowskiDMT Civil & Mining Engineering,DMT-Projektleiter von DGE-Rollout

22.10.2020 „Explorationswandel von der Steinkohle zur Tiefengeothermie“, Veranstaltung „Tiefe Energie in NRW“ in DortmundFolie 1

Web-Veranstaltung / Online-Konferenz, 22. Oktober 2020„Tiefe Energie in NRW“


01

Exploration im Bergbauzyklus der SteinkohleEXPLORATION DER STEINKOHLE

Bewertung der Lagerstätte aufgrundvorliegender Informationen

Untertägiger Bergbau mit zusätzlicherExloration (u.a. Geologie / Geophysik)

Bergbauschließung / Rückbau

Exploration von Erweiterungsflächen

Nachbergbau

Erstellung eines Lagerstättenmodells- Geologische Kartierung, Bohrungen, Kernaufnahme- Geophysikalische Erkundung (Seismik, Bohrlochgeophysik)

Grubenwasserflutung- Hydrogeologische-Simulation

Bergbauplanung



01

Historie der DMT GmbH & Co. KGEXPLORATION DER STEINKOHLE

1990Deutsche Montan Technologie e.V.

2007TÜV NORD AG

2008DMT GmbH & Co. KG

1700 1800 20001900

1737BergamtskasseMarkGrafschaft

1863Märkische Berggewerkschaftskasse

1864Westfälische Berggewerkschaftskasse

1803Essen-WerdenscheBergamtskasse

1863Essen-WerdenscheBerggewerkschaftskasse 1927

Versuchsgrubengesellschaft mbH

1858Verein für die BergbaulichenInteressen im Oberamts-bezirk Dortmund

1938Bergbauverein

1952Steinkohlenbergbauverein

1958Bergbau-Forschung GmbH

1990DMT-Gesellschaftfür ForschungundPrüfung mbH

1999Deutsche MontanTechnologie GmbH

2006DMT GmbH



Daten und Fakten01 EXPLORATION DER STEINKOHLE


Wir fokussieren unsere Geschäftsentwicklung In den Märkten Bauwesen und Infrastruktur,

Anlagenbau und Verfahrenstechnik, Anlagen- undProduktsicherheit, Energie sowie Rohstoffe.

Für unsere Kunden schaffen wir nachhaltige Werte durch qualitätsgesicherte, spezialisierte und innovative Leistungen im Engineering und

Consulting.

Die Wurzeln der DMT reichen zurück bis in das Jahr 1737

Die DMT Group umfasst 14 Gesellschaften und mehr als 30 Niederlassungen weltweit

Etwa 130 Millionen € Jahresumsatz

Ca. 1.100 Mitarbeiter, vorwiegend

mit akademischem Hintergrund

DMT ist eine eigenständige Marke innerhalb der

TÜV NORD GROUP

Kompetenz, Innovation und

Sicherheit sind Leitthemen der DMT


01

Bergbaugeschichte des Ruhrgebietes, “Nordwanderung”EXPLORATION DER STEINKOHLE

UnrealisiertesAbbaugebiet

letztesAbbaugebiet

aufgegebenes Abbaugebietder industriellen Revolution

mittelalterliches Abbaugebiet


Geologische Karte des Ruhrkarbons, Geologisches Landesamt NRW, 1981

Gelsenkirchen Wattenscheid Hattingen SONW Dorsten

5001000

2000

3000

4000


“Erfinder”: Seismische Verfahren zur Lagerstätten-Exploration

1880 geboren in Essen 1905 Markscheiderprüfung, Oberbergamt Dortmund 1905-1907 Lehrstuhl für Markscheidewesen, Aachen 1907-1911 Institut für Geophysik, Göttingen 1908-1921 Westf. Berggewerkschaftskasse (WBK), Bochum

Erdbebenstation Bochum Modell der Steinkohlenlagerung im Ruhrgebiet (mit Kukuk)

1921-1928 Gründung/Aufbau Seismos GmbH, Hannover 1928-1945 Universität Breslau 1945-1948 Technische Hochschule Aachen 1955 Großes Verdienstkreuz der BRD

01

Historie der seismischen ExplorationProf. Dr. phil. Dr. rer. mont. h.c. Ludger M i n t r o p (1880 – 1956)

EXPLORATION DER STEINKOHLE



Zeitraum insbesondere von 1972 bis 1992 Kartierung der Störungszonen und Lagerungs-

verhältnisse im Karbon (> 400 m bis 1500 m Tiefe) für die Planung der späteren Abbauzuschnitte und Förderstandorte

Explorationsaktivitäten: 800 übertägige Tiefbohrungen mit Bohrlochmessungen,

Bohrkerne (>2.800 km) Seismische Erkundung (Linien, Flächen, Bohrungen) 200 km² auf 29 Flächen 1.600 km auf 440 Linien 35 seismische Messungen in tiefen Bohrungen

01

Übertägige Exploration der Steinkohle im RuhrgebietEXPLORATION DER STEINKOHLE



01

Karte der übertägigen Steinkohlen-Exploration im Ruhrgebiet Bohrungen, 2D/3D-Seismik, Bohrlochgeophysik

EXPLORATION DER STEINKOHLE



Bohrung (Foto- und Bohrloch-Dokumentation) Bohrkernaufnahme Analysen: Lithologie Stratigraphie und Tektonik Geotechnik Chemismus

Rekonstruktion von Kernverlusten mit Hilfe der Bohrlochgeophysik

01

Bohrung, Bohrkernaufnahme und BohrlochgeophysikEXPLORATION DER STEINKOHLE


1990

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Abgelenkte Bohrungen für eine schnelle und kostengünstige Detektion von komplexen geologischen Strukturen Coal-Combi-Shuttle

(Messung von Dichte, Neigung, Kaliber sowie Sonic-Log)

01

Exploration mit neuen TechnikenEXPLORATION DER STEINKOHLE



02

Explorationsmethodik bei der TiefengeothermieEXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE

Geologische Kartierung

Regionales Geologisch-Geothermisches Resourcen-Modell

StrukturgeologischesLagerstätten-Modell

Seismik-Exploration

Explorationsbohrung

Geochemische Analysen

Hydrogeologische-Simulation

Exploration

bei der

Tiefengeothermie

Region

Standort StrukturgeologischeInterpretation



02

Wandel bei den Kunden für ExplorationEXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE


SWM Stadtwerke München Service GmbH, DE (München und Umgebung) Wien Energie, AT (Wien) VITO, BE (Genk) Fonroche, FR (Strasbourg) Roenne Vaerme, DK (Bornholm) Farum Fjernvaerme, DK (Farum) LIAG, DE (Schneeberg) GeoVol, DE (Unterföhring) City of Mons, BE (Mons) Erdwärme Oberland, DE (Trostberg) Geothermische Kraftwerksgesellschaft Traunreut mbH, DE (Traunreut) Stadtwerke Groß-Gerau, DE (Groß-Gerau) Fjernvaerme Abenraa, DK (Abenraa) Bernried Erdwärme AG, DE (Bernried) Deutsche Erdwärme GmbH, DE (Waghäusl, Graben-Neudorf, Neuried)


02

Seismik für die Tiefengeothermie in Süd-Deutschland3D: ~2.000 km², 2D: ~3.000 km

EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE



02 EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE

3D-Seismik Exploration


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3D-Seismik Exploration(Wandel: kabellos, Slip-Sweep Technik; viel höhere Datendichte)

Parameter Früher (3D-Olfen, 1992/94;Kohleexploration) Zieltiefe: 1000 - 1500 m

Heute (3D Wien, 2018/19; Geothermieexploration)Zieltiefe: 3000 - 5000 m

Messsystem Datenübertragung per Kabel; analog Datenspeicherung, kabellos; digital

Anzahl der aktiven Geophonstationen

Max. 480 20.000

‘Stärke‘ der Vibratoren 125 kN Peak Force 275 kN Peak Force

Anzahl der Vibratoren 3-4 Vibrator-Fahrzeuge hintereinander Bis 12 Vibrator-Fahrzeuge in mehreren Gruppen

CDP Überdeckung 12-16 fach ca.120 fach

Max. Abstand Quelle-Empfänger

2 km 5 - 10 km

Linienabstände Quelllinien: 200 mEmpfängerlinien: 120 m

Quelllinien: 400 mEmpfängerlinien: 400 m




Strukturgeologisches Lagerstätten-Modell

3D Modell Karbonoberkante von Silke, Sabine und Bernd


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Strukturgeologisches Lagerstätten-Modell (2D 3D; Höhere Komplexität)

Interpretations-parameter

Früher (Kohleexploration) Zieltiefe: 1000-1500m

Heute (Geothermieexploration)Zieltiefe: 3000-5000m

Zieltiefe 1000-1500m 3000-5000m

Zielhorizonte Gefaltete Karbonabfolge Kohlenkalke und Devonkalk

Datenbasis Bohrungen

Viele Explorationsbohrungen (von Über- und Untertage) und Seismik

Geringe Anzahl an Tiefbohrungen

Datenbasis Seismik

Überwiegend 2D-Seismik 2D-Seismik zur Übersichtsexploration und 3D-Seismik zur Standortwahl

Datenverarbeitung 60er und 70er Jahre analoges picken von Horizonten und graphische Darstellung auf Papier. Ab 80er Jahre digitale Datenverarbeit-ung und einfache Computervisualisierung

Ab 80er Jahre digitale Datenverarbeitung. Die Großen Datenmengen sind nur noch mit Computern zu bewältigen

Visualisierung Darstellung meist als Schnitte undEinschränkung auf die Flözabfolge

Detaillierte, komplexe geologische 3D-Strukturmodelle

Fazit: • Interpretation stützt sich heute stärker auf die Seismik• Datenmengen nur noch digital zu verarbeiten• Die Interpretationsmethodik hat sich wenig verändert• Detaillierungsgrad und Komplexität der Modelle ist wesentlich höher



02

Explorationsbohrung (Wandel der Technologie)EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE

Kohle-exploration

bis 1.500 m

Geothermie-exploration

bis 7.000 m

Bentec 350 t, Mü Drillmec HH300, Unterföhring Bentec 350 t

Rig Bohrplatz Steuerstand

IDECO HH30 Wirth B1A/2A

1978 19801998


Quelle: Daldrup & Söhne AG


02

Explorationsbohrung (Wandel der Technologie)EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE

Geothermie-exploration

bis 7.000 m

Bohrung St1 Otaniemi, Finnland, ca. 6.500 m Tiefe, 2020


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t mbH Innova Rig

• Entwicklung in Zusammenarbeit mit der Fa. Herrenknecht Vertical und dem GeoForschungszentrum Potsdam (GFZ)

• Integration von 4 Bohrverfahren:1. Standard-Kern2. Rotary3. Seilkern4. Lufthebeverfahren mit UnterdruckInnovativ ist die Möglichkeit zwischen 2. und 3. zu wechseln.

• Kleinerer Bohrplatz als üblich• Bohrgeräusche unter 50 dB möglich hohe Akzeptanz in urbanen Gebieten


02

Hilfsmittel der Exploration(Bohrkernaufnahme ergänzt durch CoreScan)

EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE

CoreScan Digitale Bohrkern-Analyse und -Dokumentation Digitaler Bohrkern in 3D mit Bohrlochmessungen Datenbank mit Internetzugriff


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Hydrogeologische Simulation (Wandel der Technologie)

Robert Müser – erstes numerisches Gruben-wassermodell im Ruhrgebiet (Boxmodell, 2002)

Taufkirchen – Wärmetransportmodell, Bayrische Molasse (Heatflow, 2010 -18)



03

Zusammenfassung & AusblickZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK

Exploration ist der entscheidende Schritt zum Erfolg von Tiefengeothermieprojekten.

Die Technologien sind Standard und seit über 20 Jahren erfolgreich im Einsatz.

Exploration für Tiefengeothermie stellt auch in urbanen Gebieten kein Problem dar.

Alle Kern-Explorationstechnologien sind in NRW vorhanden.

Geologie bis 2.000 m ist aus Kohleexploration sehr gut bekannt. Daten sind aber ‘analog‘.

Die Datenbasis für die tiefe Geologie (geothermische Ressource) hat noch Potenzial.


PHASE 2Oberflächen-Exploration

PHASE 1Geologische

Vorbewertung

PHASE 3Tiefen-

ExplorationBau + Betrieb

• Datenrecherche• Literaturstudium• Beschaffung vorhandener Daten (Bohrungen, Geophysik, etc.)

• Bewertung aller Informationen

• Seismische Exploration (2D / 3D)

• Geologisches Strukturmodel

• Wärmefluss-Simulation• Auswahl des Bohr-standorts und -ziels

• Bohrplanung• Bohrplatz • Bohrung• Bohrlochmessungen• Testing

Exploration


KarboEx03 ZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK

Karbonatexploration NRW – Erschließung einer Wärmequelle für den karbonfreien Wärmemarkt

Ziel: CO2-Reduzierung durch Weiterentwicklung der tiefen Geothermie durch Ausbau der spezifischen Kenntnisse und Technologien u.a. bei stark gestörten hochpermeablen Karbonaten (~1,5 – 6 km Tiefe)

Laufzeit: 01.11.2019 bis 31.10.2022 (3 Jahre) Sponsor: EFRE/EU Partner: HarbourDom, Köln, RWTH Aachen, Institut für

Markscheidewesen & Geologisches Institut, geomecon, Gelsenkirchen

Ass. Partner:RAG, STEAG, Geol. Dienst NRW, Fraunhofer IEG


Geologisches Model 300 x 300 km. Darstellung aller importierter Daten in Petroleum Experts Move. 2019.1 (Stand 28.08.2020, RWTH Aachen)


DGE-Rollout03 ZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK

Rollout of Deep Geothermal Energy in NWE Ziel: Ziel von DGE-ROLLOUT ist es, Energie zu

erzeugen, indem fossile Brennstoffe durch den verstärkten Einsatz der Tiefengeothermie ersetzt werden. Dies wird erreicht durch: 'Mapping und Networking', durch Anwendung innovativer Entscheidungs- und Explorationsstrategien und durch Tests zur Produktionsoptimierung.

Laufzeit: 10/2018 bis 10/2022 (4 Jahre) Sponsor: INTERREG Förderprogramm der EU Partner: Geol. Dienst NRW, Fraunhofer IEG, RWE, EBN,

Vito, BRGM, Belg. Geol. Dienst, TU Darmstadt, TNO

DMT: Digitalisierung und Aufbereitung alter Daten. Reinterpretation der (tiefen) DEKORP SeismikWärmefluss-Simulation (Softwareanpassung und Anwendung in NRW)Seismologisches Observatorium im Bergbau-museum (Technologie)

22.10.202022.10.2020 „Explorationswandel von der Steinkohle zur Tiefengeothermie“, Veranstaltung „Tiefe Energie in NRW“ in DortmundFolie 24


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DEKORP Reinterpretation an der Bohrung Münsterland 1 ZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK


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