Explorationswandel von der Steinkohle zur Tiefengeothermie
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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“
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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
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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
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Daten und Fakten01 EXPLORATION DER STEINKOHLE
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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
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01
Bergbaugeschichte des Ruhrgebietes, “Nordwanderung”EXPLORATION DER STEINKOHLE
UnrealisiertesAbbaugebiet
letztesAbbaugebiet
aufgegebenes Abbaugebietder industriellen Revolution
mittelalterliches Abbaugebiet
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Geologische Karte des Ruhrkarbons, Geologisches Landesamt NRW, 1981
Gelsenkirchen Wattenscheid Hattingen SONW Dorsten
5001000
2000
3000
4000
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“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
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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
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01
Karte der übertägigen Steinkohlen-Exploration im Ruhrgebiet Bohrungen, 2D/3D-Seismik, Bohrlochgeophysik
EXPLORATION DER STEINKOHLE
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Bohrung (Foto- und Bohrloch-Dokumentation) Bohrkernaufnahme Analysen: Lithologie Stratigraphie und Tektonik Geotechnik Chemismus
Rekonstruktion von Kernverlusten mit Hilfe der Bohrlochgeophysik
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Bohrung, Bohrkernaufnahme und BohrlochgeophysikEXPLORATION DER STEINKOHLE
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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
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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
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Wandel bei den Kunden für ExplorationEXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
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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)
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02
Seismik für die Tiefengeothermie in Süd-Deutschland3D: ~2.000 km², 2D: ~3.000 km
EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
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02 EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
3D-Seismik Exploration
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02 EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
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
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02 EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
Strukturgeologisches Lagerstätten-Modell
3D Modell Karbonoberkante von Silke, Sabine und Bernd
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02 EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
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
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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
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Quelle: Daldrup & Söhne AG
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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
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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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02 EXPLORATION DER TIEFENGEOTHERMIE
Hydrogeologische Simulation (Wandel der Technologie)
Robert Müser – erstes numerisches Gruben-wassermodell im Ruhrgebiet (Boxmodell, 2002)
Taufkirchen – Wärmetransportmodell, Bayrische Molasse (Heatflow, 2010 -18)
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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.
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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
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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
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Geologisches Model 300 x 300 km. Darstellung aller importierter Daten in Petroleum Experts Move. 2019.1 (Stand 28.08.2020, RWTH Aachen)
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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)
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DEKORP Reinterpretation an der Bohrung Münsterland 1 ZUSAMMENFASSUNG & AUSBLICK
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