Tiefbohrungen für Bergbau, Erdöl- und Erdgasindustrie

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Erdöl- und Erdgas-Historie

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Mehr als 80 % unseres Primärenergie-bedarfs werden durch vorange-gangene bergbauliche Aktivitätenbereitgestellt. Dabei handelt es sichum Kohle (Stein- und Braunkohle)und Uran sowie Erdöl und Erdgas.

Bereits vor 5000 Jahren machte sich der Mensch das Erdöl zunutze,damals allerdings noch ohne danachzu bohren. Ihm genügte das Öl,welches auf natürliche Weise an die Erdoberfläche sickerte.

Es gibt Nachweise die zeigen, dass in einer der ersten menschlichenHochkulturen, im damaligenMesopotamien, bereits Asphalt zum Bauen benutzt wurde.

Die alten Griechen und die altenRömer nutzten bereits Erdöl alsSchmierstoff oder zum Abdichten.

Auch Erdgas war damals schonbekannt, nur wusste man es nochnicht zu nutzen.

Als Beginn der industriellen Förde-rung und Nutzung von Erdöl giltheute das Jahr 1859, als EdwinDrake im US-Bundesstaat Penn-sylvania zum ersten Mal erfolgreichnach Öl bohrte. Als Antrieb dientenihm Dampfmaschinen und er benö-tigte für 21m noch 2 Monate.

Erdgas wurde laut britischerChronisten bereits 900 v. Chr. in

China genutzt. So soll es hier beider Salzgewinnung entdeckt wor-den und zunächst zur schnellerenTrocknung des Salzes genutzt worden sein.

Die Erkenntnisse aus China schafftenes allerdings erst im 17. Jahr-hundert nach Europa, und erst1910 gibt es Berichte über einenErdgasfund in Deutschland.

Damals sollte nahe Hamburg nach Wasser gebohrt werden, doch die Bohrmannschaft stieß auf ein Erdgasfeld.

Arbeitssicherheit und Umweltschutz

Unser Unternehmen ist SCC zertifi-ziert; die hohe fachliche Qualifikationdes langjährigen Stammpersonalssowie die Vermeidung von Unfällenoder Vorfällen haben bei uns oberstePriorität. Durch die Spezialisierungund klare Regelung der Zuständig-keiten und Abläufe gelingt es, einhohes Maß an Qualität im Arbeits-ablauf zu erreichen und langfristigzu erhalten.

Ebenso spielt die Reduzierung sämt-licher vom Bohrbetrieb möglicher-weise ausgehenden Emissionen – wie Arbeitsgeräusche, Erschütte-rungen, Gerüche, Licht oder Staub – durch vorbeugende Emissions-vermeidung eine wesentliche Rolle. Die Geräuschminimierung istgerade auch bei unserer 410 tBohranlage Innova Rig, auf die später noch näher eingegangenwird, von großer Bedeutung.

Nicht zuletzt gehört der Einsatz zertifizierter, umweltverträglicherArbeitsmittel (Chemikalien etc.)genauso wie die oben genanntenMotivationen zu den obersten Zielen unseres Handelns.

Durch die konsequente Umsetzunglärmmindernder, konstruktiverMaßnahmen während der Geräte-herstellung konnte in den letztenJahren eine Vielzahl von Projektenselbst in unmittelbarer Wohnbe-bauung ohne jegliche Belästigungder Nachbarn durchgeführt werden.

Während des 24-Stunden-Betriebesder Anlage über 4 Monate an einemStandort gab es weder Klagen nochBeschwerden. Die umseitig folgenden

Ausführungen zu den für uns wich-tigen Arbeitsgebieten sollen Ihneneinen ersten Eindruck über dieTechnik und Umsetzung unsererProjekte vermitteln.

Blick auf die ArbeitsbühneMitarbeiter beim Gestänge-

Ein- und Ausbau

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Erdgas und Erdöl –

Das Erdöl und Erdgas, das wirheute zur Energiegewinnung nutzen, enstand schon vor vielenMillionen von Jahren. Damals wieheute lebte in Seen und MeerenPlakton, also Kleinstlebewesen,Bakterien und Algen. Dieses sank,wenn es abstarb, auf den Bodender Gewässer und vermischte sichdort mit Sand und Ton.

Darüber schoben sich im Laufe derZeit viele weitere Gesteinsschichten.Lief dieser Prozess so schnell ab,dass keine Sauerstoffzufuhr unddamit kein natürlicher Verfalls-prozess mehr möglich war, entstanddas, was wir heute als „Muttergestein“bezeichnen: das Ausgangsmaterialfür die Öl- und Gasbildung.

Dieses Muttergestein wurde im Laufeder Zeit durch weitere Gesteinsüber-lagerungen weiter und weiter in dieTiefe gedrängt, wo es steigendenDrücken und immer höherenTemperaturen ausgesetzt war.

Die hohe Temperatureinwirkung über Millionen von Jahren führte zu komplexen chemischenUmwandlungsprozessen, an derenEnde Erdöl bzw. Erdgas stand.

Bei 60 – 100 0C konnte sich Erdölentwickeln, wenn dieses im Folgen-den Temperaturen über 100 0Causgesetzt war, zersetzte sich seineMolekülstruktur in die einzelnenBestandteile, d.h. hauptsächlich inMethan sowie Äthan, Propan und

Butan. Ein hoher Anteil der dreiletzteren Stoffe kommt v. a. beiErdgas vor, das sich aus diesemaufgespaltenen Erdöl entwickelt hat,oder bei solchem, das aus Mutter-gestein mit überwiegend tierischemorganischem Material besteht. Diese Art wird auch als „nassesErdgas“ bezeichnet.

Tankanlage 240 m3

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vom Meeresbewohner zum Energieträger

Der weitaus größere Teil des Erdgases entwickelte sich in Mutter-gestein aus überwiegend pflanz-lichen organischen Bestandteilendurch natürlich ablaufendeVerkokungsprozesse im Laufe vonMillionen von Jahren.

Dieses sog. „trockene Erdgas“besteht in der Regel zu über 90 %aus Methan. Neben den obengenannten Gasen sind Kohlen-dioxid und Stickstoff fast immer weitere Bestandteile des Gases.

Eine dritte Art der Entstehung vonErdgas und auch diejenige, dessenProdukt heute am meisten gefundenund gefördert wird, ist die derBakterien-Zersetzung.

Dabei wandelten mit im Mutter-gestein eingeschlossene Bakteriendas organische Material direkt inErdgas um. Dieses Gas bakterischenUrsprungs besteht sogar zu ca. 99 % aus Methan.

Eine Besonderheit dieser Art, dieauch die höhere Fündigkeit undNutzung erklären mag, ist dieTatsache, dass die bakterielleBildung nicht auf die Temperatur-zunahme durch Absenkung desMuttergesteins angewiesen war.

Im Gegensatz zur sogenannten thermokatalytischen Bildung, dieoben beschrieben wurde und die Tiefen von bis zu 4000 m erforderte, konnte das Erdgas

bei der bakterischen Bildung bereits in wesentlich geringeren Tiefen entstehen.

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Gestänge Verschraubvorrichtung

Bei dem in tiefen Schichten entstan-denen Erdöl- und Erdgasvorkommenfällt auf, dass diese heute aus ande-ren Gesteinsschichten gefördertwerden als aus ihrem ursprüngli-chen Muttergestein.

Der sog. Förderhorizont entsprichtalso nicht mehr dem Entstehungsortder Energieträger – die Schichten,in denen man sie heute antrifft,nennt man auch Träger- oderSpeichergestein. Diese Tatsachedeutet darauf hin, dass Erdöl undErdgas im Laufe der Jahrhunderteihre Position verändert haben müssen.

Einleuchtend erscheint das Ganzedann, wenn man sich vor Augenführt, dass Erdöl und Erdgas eine

geringere Dichte haben. Durch diesen Dichteunterschied sind dieKohlenwasserstoffe bestrebt, immerdie höchste Position in einemTrägergestein einzunehmen.

Nach ihrer Entstehung stiegen siealso durch Klüfte im Gestein nachoben. Erreichten sie die Oberfläche,so entwichen das Gas und die leich-ten Bestandteile des Erdöls in dieAtmosphäre, Rückstande verbliebenam Boden und bildeten dort z.B.Öl- und Teersande.

Wurden die Kohlenwasserstoffe auf ihrem Weg jedoch von einerundurchlässigen Gesteinsschichtaufgehalten, so sammelten sie sichdarunter an, lagerten sich z. B. in

winzigen Poren des Gesteins ab,ohne je völlig entweichen zu kön-nen. Diese Schichten werden dannals Speichergestein bezeichnet.

Die unterschiedlichen Dichtenbestimmen auch den Aufbau einersolchen Lagerstätte: Dort liegt immerdas Erdgas ganz oben auf, darunterfolgt eine Schicht Erdöl, schließlichgefolgt von Wasser.

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Entstehung und Struktur von Lagerstätten

Damals wie heute stellt die Bohrungnach Erdöl- und Erdgasvorkommenein kostenintensives Vorhaben dar.Früher verließ man sich oftmals auf Wünschelrutengänger, um diePosition eines potenziellen Feldesauszumachen.

Heute gibt es etliche weitaus wissen-schaftlichere Methoden, um imVorhinein so genau wie möglichdas Vorhandensein und dieErgiebigkeit einer Lagerstätte zuerkunden. Zu diesen geophysikali-schen und chemischen Methodenzählen zum einen die heute mögli-chen Satellitenaufnahmen, dieHinweise auf geeignete Strukturengeben können.

Ebenso ist es möglich, aus einemFlugzeug heraus gravimetrische undmagnetische Untersuchungen durch-zuführen. Gravimetrische Tests können sich die unterschiedlichenDichten im Gestein zunutze machenund über Änderungen in der Erd-anziehungskraft Hinweise zurStruktur des Untergrundes liefern.

So heben sich beispielsweise Salzedurch ihre geringere Dichte deutlichvom umliegenden Gestein ab. UndSalzstöcke, wie die Geschichte ausChina bereits zeigte, sind oftmalsgute Indikatoren für das Vorhanden-sein von Öl- und Gasvorräten, daderen Speichergestein oftmals vomaufwölbenden Salz verdrängtwurde und sich am Rand solcherSalzstöcke sammelte.

Die erwähnten magnetischenUntersuchungen geben Aufschlussüber Gesteinsgrenzen im tieferen

Untergrund, da die Magnetisierungdort variiert.

Lassen diese Methoden ein Gebietals aussichtsreiches Fördergebieterscheinen, kann heutzutage dieTechnik der 3D-Seismik weitereGewissheit geben. Diese nutzt dieReflexion von Schallwellen, da ver-schiedene Arten von Gestein dieseunterschiedlich reflektieren.

Aus den Ergebnissen könnenComputer dann ein dreidimensio-nales Abbild des Untergrundeserzeugen, welches im günstigstenFall eine Prognose darüber zulässt,wie hoch dessen Porosität ist und ob in den Poren Öl, Gas oderWasser zu finden ist.

Fällt auch diese Untersuchung positiv aus und bestätigt denVerdacht eines Öl- und/oderGasvorkommens, kann dieEntscheidung über eine Probe-bohrung getroffen werden.

Letztendlich geben nur Aufschluss-oder Explorationsbohrungenabsolute Sicherheit, ob Rohstoffe im Untergrund vorhanden sind.

Denn trotz all der modernen technischen Möglichkeiten imVorfeld, liegt die Erfolgsquote dieser Unternehmungen auch heute noch bei nur 10 %.

Um die Bohrungen durchzuführengibt es verschiedene Verfahren,zwei der üblichsten weltweit sinddas sog. Rotary-Bohrverfahren unddas Bohren mit Hilfe von Turbinen.

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Quelle: Weatherford Energy Services GmbH

Wege der Exploration

Innova Rig

Für die zuvor beschriebenenAufgaben bietet Ihnen H. Anger’sSöhne eine Vielzahl von Lösungs-möglichkeiten an. Hier soll im Folgenden nun näherauf unsere größte und leistungs-stärkste Bohranlage, die Innova Rig,eingegangen werden.

Die Innova Rig wurde inZusammenarbeit mit der FirmaHerrenknecht Vertical und

dem Deutschen GeoForschungs-zentrum Potsdam (GFZ) entwickelt,um heutigen und zukünftigenAnforderungen im Bohrwesen –sowohl auf wissenschaftlicher alsauch auf industrieller Ebene – souverän begegnen zu können.

Ihre wohl auffälligsten Vorteile liegendabei in der enormen Reduzierungsowohl der benötigten Arbeitskräfte,als auch der Betriebskosten.

Basisdaten:

• Die Hakenlast der Innova Rig beträgt 4100 kN

• Mast und Hebeeinrichtung bestehen aus einem hydrauli- schen Doppel-Zylinder-System

• Einsatz bis in eine Tiefe von ca. 4000 – 6000 m

• Die Anlage ist soweit automatisiert,dass sicherheitsrelevante sonst manuelle Tätigkeiten durch Hands-Off Technik ersetzt werden.

Schwere körperliche Arbeiten auf der Bohranlage werden somit aufein Minimum reduziert.

• Integriert sind vier Bohrtechniken: Rotary-Bohrverfahren, Standard-Kernbohrverfahren, Seilkern-Bohrverfahren und Lufthebeverfahren mit Unterdruck.

Durch zwei neue Drehkopfan-triebe (für das Rotary- und das Seilkern-Bohrverfahren) kann die max. Bohrleistung erreicht werden.

• Spülungssystem, Pumpen und Tanks sind modular auf diese vier Bohrverfahren einstellbar.

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Was die Innova Rig so innovativmacht ist vor allem die Möglichkeit,zwischen den verschiedenen Bohr-verfahren, wie Rotary- oder Seilkern-verfahren, zu wechseln.

Ihre hohe Automatisierung machtdas Design äußerst anpassungsfä-hig und ermöglicht die Erfüllungsehr hoher Sicherheitsstandards. So arbeitet diese 410 t Anlage seitihrer Inbetriebnahme im Jahr 2007unfall- und vorfallsfrei. Hervorzuheben ist der Vorteil, dass

es während des Betriebes der InnovaRig zu einem geringst möglichenAusstoß von Emissionen kommt. Soist beispielsweise die Größe der fürsie notwendigen Baufläche geringerals bei anderen Bohrgeräten.

Bereits während der Konstruktions-phase wurden sämtliche Maschinenund Ausrüstungsteile sorgsam hin-sichtlich der Geräuschentwicklunguntersucht und Maßnahmen zurGeräuschminimierung umgesetzt.Das Fehlen der sogenannten„Aushängebühne“ führt zu einerwesentlich geringeren Lärmaus-breitung aus größerer Höhewährend der Triparbeiten.

Damit ist es möglich, auch in unmit-telbarer Nähe einer Wohnbebauungim innerstädtischen Bereich zu boh-ren. Für das Projekt GeneSys inHannover konnte eine zuvor mit 15 mkonzipierte Lärmschutzwand auf nur10 m reduziert werden.

Messungen ergaben, dass währendder gesamten Bohrzeit die Anlageunter 50 Dezibel arbeitete.

Technische Daten und zusätzliche Details:• Nenndrehgeschwindigkeit 220 rpm• Drehtischmoment 40 – 75 kNm• Nenndrehgeschwindigkeit

Seilkern-KDK 500 rpm• Seilkern-Drehtischmoment

12 – 18 kNm• Aus- bzw. Einbaugeschwindigkeit

Ø 500 m/Std.• Winden-Zylinder-Hub 22 m• Antriebskraft bis zu 4000 kW• Gewicht der Bohranlage

ca. 3700 kN• Spülungspumpen 3 x 1000 kW• Seilkern-Spülungspumpe

1 x 350 kW• Spülungsdruck max. 350 bar• Spülungstanksystem 240 m3

• Stromaggregat 3 x 1540 kVA• Seilkern-Winde 5000 m,

d = 12.7 mm

Quelle: HV

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Versorgungssicherheit

Versorgungssicherheit durch Speicher

Um den heutigen Ansprüchen aneinen modernen Energieträgergerecht zu werden und langfristigeVersorgungssicherheit zu garantieren,musste ein Weg gefunden werden,das einmal geförderte Erdgas zu speichern.

Solche Speicher sollen in abnahme-schwachen Zeiten überschüssigesErdgas aufnehmen, damit diesesden Versorgungsunternehmen unddamit dem Endverbraucher in ab-nahmestarken Zeiten zur Verfügungsteht und damit eine verlässlicheVersorgung garantieren kann.

Es werden dabei verschiedeneArten von Speichern unterschieden.

Zum einen gibt es Gasbehälter, also oberirdische Speicheranlagen, die vor allem dazu gedacht sind,kurzfristig Störungen der Gasversor-gung auszugleichen.

Zum anderen existiert die Möglich-keit von Hochdruckspeichern, dabei wird das Gas in unterirdischverlegten Rohren gespeichert.

Von größerem Umfang und gleicher-maßen von größerer Bedeutung füruns als Bohrunternehmen sind diezwei Methoden, bei denen Erdgasim Untergrund gespeichert wird. Dies geschieht entweder mit Hilfesogenannter Porenspeicher oder inKavernenspeichern.

Bei Porenspeichern handelt es sichum natürlich vorhandene, ausge-

dienten Lagerstätten von Erdöl oder Erdgas. In diese vorhandenenporösen Erdschichten wird dasanderswo geförderte Gas eingepresstund gelagert.

Kavernenspeicher unterscheidensich davon insofern, als dass hierkeine ursprünglichen Gas- bzw.Öllagerstätten genutzt werden, sondern Salzstöcke.

Diese werden durch die Einleitungvon Süßwasser ausgesolt – das Salz wird vom Süßwasser gelöstund das so entstandene Salz-wasser wird ausgefördert – und bieten daraufhin ausreichendHohlräume für die Einpressung und Speicherung von Erdgas.

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Kernbohrungen zur Standortsucheeines Gasspeichers

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durch Speicher und unkonventionelles Erdgas

Unkonventionelles Erdgas

Grundsätzlich unterscheidet manauch zwischen konventionellem und unkonventionellem Erdgas.

Von konventionellem Gas wirdgesprochen, wenn dieses beiDruckentspannung aus den Porenentweichen kann, d. h., wenn diePermeabilität des Gebirges großgenug ist, um das Gas von selberentweichen zu lassen. In diesem Fall können bereits wenigeBohrungen große Erdgasfeldererschließen, da das durchlässigeGestein quasi natürliche Verbin-dungen dazwischen herstellt.

Unkonventionell ist Erdgas dann,wenn es in einer als unkonventionellzu bezeichnenden Lagerstätte vorkommt. Das heißt, dass hierbei das Gas innerhalb des Gesteinsgespeichert ist, weitestgehend ein-geschlossen in dessen Poren und/oder Hohlräumen.

Differenziert wird hierbei zwischenKohlegasvorkommen

– Methangas in Poren eines Kohleflözes

– Tight Gas – gasgefüllte Poren in festem Gestein

– Shale Gas – gasgefüllte Poren in Schieferschichten

Die Permeabilität des Gebirges istin diesen Fällen also sehr gering.Um das Gas dennoch fördern undnutzen zu können, muss dieseDurchlässigkeit künstlich erhöht werden. Bei diesem Prozess, demsogenannten „Fraccing“, wird ein Wasser-Sand-Gemisch unter

hohem Druck in tiefe Gesteins-schichten eingepresst. Im Gebirge bilden sich daraufhinRisse und so wird das Gas freige-setzt. Diese Technik wird in vielenLändern seit Jahren eingesetzt, um andernfalls nicht erschließ-bare Erdgasvorkommen doch noch zu nutzen.

Technische DatenBohranlage MR 8000• Hakenlast 200 Tonnen• Topdrive• Spülpumpen 2x1000 PS• Spültanksystem 105 m3

H. Anger’s Söhne Bohr- und Brunnenbau-gesellschaft mbHGutenbergstraße 3337235 Hessisch Lichtenau

Tel. +49(0)5602/9330-0Fax +49(0)5602/9330-70

info@angers-soehne.dewww.angers-soehne.com

Ausgewählte Referenzen – Tiefbohrungen

Hinrichshagen 733 m

Gorleben 1800 m

Hannover 3800 m

Schlahe 1110 m

Unterföhring 3075 m

Unterhaching 3864 m

Dürrnhaar 4500 mBad Radkersburg 1930 m

Mürztal 1620 m

Leimbach 1729 m

Aachen 2544 m

Glantal 1687 mBad Colberg 1401 m

Baden-Baden 2721m Urbach 1100 m

Österreich 1400 m

Spremberg 1700 m

Rotenburg 1760 m

Überlingen 1006 mBad Waldsee 2000 m Golling 2065 m

Schweiz 1800 m

Fulda 1700 m

Mit der nebenstehenden Kartemöchten wir Ihnen einen Überblicküber unsere Tiefbohrprojekte inDeutschland und dem umliegendenAusland geben.

Diese Bohrungen – die flachste mit 733 m in Hinrichshagen, die tiefste mit 5125 m inKirchweidach, entstandenalle in den letzten Jahren.

Durch die Erfahrungen und denErfolg dieser Projekte sind wir fürdie Zukunft gut gerüstet.

Kirchweidach 5125 m

Weißwasser 1500 m*Kassel 1000 m

Hess. Lichtenau

Traunreut 4500 m*

* Projekte in Planung

Ismaning 3500 m*