Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Elektro-Impuls-Verfahren zur Aufwältigung eines mit Scale verengten Bohrloches

Bei der Produktion von Thermalwässern, Trinkwasser sowie Erdöl und Erdgas aus Bohrungen werden in der Regel neben den gewünschten Rohstoffen auch Begleitstoffe zutage gefördert. Diese können bei Änderung der

Umgebungsbedingungen ausfällen und sog. Scales bilden. Die Förderrate einer Bohrung wird unweigerlich durch diese Scales so weit beeinträchtigt, dass die Wirtschaftlichkeit der Förderung gefährdet ist.

Bis heute sind die Methoden zur Beseitigung von Scales und der damit verbundenen Probleme begrenzt und z. T. sehr ineffektiv. Aktuell beinhalten diese chemische und mechanische Verfahren. Eine Weiterentwicklung vorhandener bzw. die

Entwicklung neuer Methoden für eine effektivere und effizientere Scale-Entfernung ist daher zwingend notwendig. Einen gänzlich neuen Ansatz dafür bietet das Elektro-Impuls-Verfahren (EIV).

Beim EIV werden Hochspannungsentladungen genutzt, um Scales zu lösen. Ursprünglich wurde das Verfahren für die Tiefbohrtechnik entwickelt, um im Hartgestein zu bohren. Das EIV eignet sich aber auch für Aufwältigungsarbeiten. Da nicht die Bohrlochsohle, sondern die Innenfläche der Verrohrung zu bearbeiten ist, werden die Elektroden und die Impulserzeugung dafür konstruktiv neugestaltet. Die Bereitstellung der Ladespannung erfolgt im Gegensatz zum Bohren obertägig. Lediglich die Hochspannungsimpulse müssen im Bohrloch erzeugt werden, da hierfür kurze Strecken benötigt werden.

Im Ergebnis entsteht ein Konzept für ein EIV-basiertes System, mit dem es möglich ist, Scales aus einer Verrohrung zu entfernen. Dies führt zu einer signifikanten Zeit- und Kostenersparnis gegenüber herkömmlicher Methoden.

Insbesondere bei KMU in den Bereichen Geothermie und Wasserwirtschaft erweist es sich als äußerst vorteilhaft, weil Bohrungen schneller und günstiger angeboten werden können, was die Bereitschaft, derartige Bohrungen ausführen zu lassen, bei den potentiellen Auftraggebern deutlich erhöht.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass das EIV zum Entfernen von Scales eine sehr gute Ergänzung zu bestehenden Verfahren darstellt. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen nicht nur, dass das Verfahren prinzipiell funktioniert, sondern sich auch in bestehende Anlagentechnik und Prozesse integrieren lässt.

Für die Entwicklung des Prototyps war es notwendig die Grenzen des Prozesses zu ermitteln. Das bedeutet, dass eine Erprobung an anderen Scales zur Ermittlung von Lastannahmen und zur Identifizierung von möglicherweise nicht bearbeitbaren Scales erfolgen musste. Zudem musste eine maximale Impulswiederholrate unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens der Schaltung bzw. des elektrischen Verhaltens des Prozessraums herausgearbeitet werden.

Aufgrund der positiven Ergebnisse des Projekts und der vielfachen Anwendungsmöglichkeit sollte es das Ziel sein, in einem nächsten Entwicklungsschritt das EIV-Reinigungswerkzeug hin zu einem anwendungsnahen Prototyp zu entwickeln. Der umgesetzte Prototyp bildet eine sehr gute Ausgangsbasis für die Fortführung der Entwicklungsarbeiten. Diese müssen insbesondere darauf abzielen, Erfahrungen in längeren Probekörpern zu sammeln, um die Leistungsfähigkeit und Standfestigkeit des Verfahrens zu ermitteln und zu steigern.

Aus den Ergebnissen der Forschungsarbeiten haben sich verschiedene weitere Einsatzszenarien ergeben, die ebenfalls ein hohes Potenzial zur wirtschaftlichen Anwendung haben. Zum einen ist das die Reinigung von komplexen Geometrien in obertägigen Anlagenteilen, wie Wärmetauscher, Ventilen, Rohrleitungen oder Filtern. Dort können durch die Zuführung der Impulse mittels flexibler Kabel auch Scales in schwer zugänglichen Bereichen gelöst werden. Weiterhin ist denkbar die Impulsspannungsquellen mit geringer Leistung und Reinigungselektroden an kritischen Bereichen der Pumpengehäuse (vor allem bei Geothermiebohrungen) dauerhaft zu installieren, die bei Bedarf zugeschaltet werden um beginnende Ablagerungen zu entfernen.