Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03397.jsonl.gz/1307

Spallation Drilling
Für die Stromproduktion aus geothermischer Energie müssen sehr tiefe Löcher (4 – 6 km) in den Untergrund gebohrt werden. Diese geothermischen Tiefenbohrungen müssen in harten Gesteinsschichten mittels rotierenden Bohrköpfen durchgeführt werden, was zu erheblichem Verschleiss am Bohrkopf führen kann und somit dessen Austausch unvermeidlich macht. Dieser Bohrkopfwechsel bringt lange und teure Stillstandszeiten im Bohrprozess mit sich. Beim Bau eines Geothermiekraftwerks können die Bohrkosten bis zu 70% an den Gesamtkosten ausmachen. Um die Energie aus der Tiefe konkurrenzfähig zu machen, sollten die Bohrkosten drastisch gesenkt werden.
Als mögliche Alternative zu konventionellen, mechanischen Bohrverfahren gilt das sogenannte “Thermische Flamm-Bohren”, welches sich beim Bohren von harten Gesteinsschichten in geringer Tiefe (Umgebungsbedingungen) bewährt hat. Wird Gestein den hohen thermischen Belastungen eines auftreffenden Flammstrahls ausgesetzt, reagiert dieses mit Bruch und der Entstehung kleiner Bruchstücke die kontinuierlich von der Gesteinsoberfläche abplatzen. Hohe Bohrgeschwindigkeiten und reduzierter Verschleiß sind als Vorteile dieser Methode zu nennen, welche schlussendlich zur Reduzierung der Bohrkosten führen können. Der Wärmeübergang des auftretenden Flammstrahls an das Gestein ist der entscheidende Parameter im Bohrprozess. In unseren experimentellen Versuchsanlagen wird dieser entscheidende Wärmeübergang charakterisiert und optimiert. Des Weiteren werden die Mechanismen, welche für den thermischen Bruch im Gesteins verantwortlich sind, grundlegend untersucht.
Für geothermische Tiefenbohrungen ist die Verwendung einer wasserbasierten Bohrspülung unerlässlich, da diese verschiedenste Aufgaben im Bohrprozess übernimmt, zum Beispiel den Abtransport der entstehenden Gesteinsbruchstücke. In einem mit Wasser gefüllten Bohrloch wird der überkritische Druck von Wasser (220.64 bar) in einer gewissen Tiefe erreicht, was die Verwendung einer hydrothermalen Flamme zur Gesteinszerstörung ermöglicht. Dieses thermische Flamm-Bohren in der dichten Umgebung der wasserbasierten Bohrspülung wird üblicherweise als “Hydrothermales Flamm-Bohren” bezeichnet. Der wichtigste Prozessparameter ist der Wärmeübergang zwischen Flammstrahl und Gestein, da ein hoher Wärmeeintrag im Bohrprozess erforderlich ist. Bis zur Anwendung dieses neuen Bohrverfahrens sind noch viele Fragestellungen zu beantworten, wie das Eintreten von kalter, umgebender Bohrspülung in den heissen Flammstrahl, Zündung und Verbrennung in wässriger Umgebung und die Optimierung des Wärmeübergangs zwischen auftreffendem Stahl und Gestein. Mittels einer Pilotanlage für das Hydrothermale Flamm-Bohren ist es uns möglich, realistische Bedingungen wie im Bohrloch bezüglich Fluiddynamik, Druck und Temperatur zu simulieren. Schlussendlich möchten wir die Machbarkeit dieser neuen Technologie unter Laborbedingungen nachweisen. Die Forschungstätigkeit innerhalb diese Projektes befasst sich unter anderem mit der Entwicklung eines hydrothermalen Brenners, der Charakterisierung und Optimierung des Wärmeübergangs unter überkritischen Bedingungen für Wasser und der Entwicklung von Wärmefusssensoren.
Keywords:
spallation drilling, hydrothermal spallation drilling, impinging jet, heat transfer, thermal rock fragmentation, heat flux sensor, hydrothermal flame