Im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit wird der Einsatz von Multilateraltechnologie für geo-thermische Tiefbohrungen im Malm-Aquifer des Süddeutschen Molassebeckens (SDMB) analysiert. Dabei werden die geologischen, technischen, regulatorischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen für Projekte im Großraum München betrachtet und die technische und ökonomische Machbarkeit geprüft.
Die Bewertung der vom Industriekonsortium „Technology Advancement for Multi-Laterals“ (TAML) definierten Abzweigungstypen zeigt, dass sich Abzweigungen der Typen Level 2 und Level 3 am besten für multilaterale Erschließungen im SDMB eignen. Dabei sollte im Fall von stabilen lithologischen Verhältnissen im Bereich der Abzweigung der Typ Level 2 bevorzugt eingesetzt werden, während Typ Level 3 bei Instabilitäten geeigneter ist. Mögliche Abzweigungspositionen sind auf den obersten Bereich des Reservoirs oder der darüberliegenden Barriereformation beschränkt.
Der Vorteil multilateraler Erschließungen begründet sich in der Reduzierung der Druckverluste während der Förderung. Diese entstehen durch turbulente Strömung in Bohrlochnähe, im offenen Bohrlochabschnitt und in der Komplettierung, sowie durch lineare Strömung im Aquifer. Das wirtschaftliche Potenzial eines Multilaterals wird auf der Grundlage von Daten zur Produktivität von Bohrungen im SDMB, analytischen Methoden und einer numerischen Reservoirsimulation bewertet. Bei Projekten, deren Stammbohrungskapazität den Energiebedarf deckt, liegt der Vorteil in der Einsparung von Pumpenstromkosten, während Projekte mit unbegrenztem Energiebedarf von höheren Förderraten bei konstanter Absenkung profitieren. Dieser Effekt ist jedoch nur nutzbar, wenn Bohrungsdesign und Pumpenspezifikation höhere Förderraten zulassen und die erzielten Einsparungen die Baukosten kompensieren.
Die theoretischen Betrachtungen wurden mit praktischen Erkenntnissen aus einer erstmals im SDMB abgeteuften Multilateralbohrung ergänzt. Dafür wurde eine von sechs Bohrungen eines Geothermieprojekts in München ausgewählt und um einen Lateralast erweitert. Beim Bau der Abzweigung traten keine technischen Probleme auf, die Kosten lagen innerhalb des kalkulierten Budgets und die wasserrechtlichen und bergrechtlichen Genehmigungen wurden erteilt. Nach einem Drittel der geplanten Laterallänge mussten die Bohrarbeiten aufgrund starker Verkarstung beendet werden. Die Produktivitätssteigerung der multilateralen Testbohrung lag dennoch bei 16 % und führte für dieses Projekt zu einem positiven wirtschaftlichen Gesamtergebnis.
Für zukünftige multilaterale Erschließungen ist eine Anpassung des Designs der Stammbohrung empfehlenswert. Um die Produktivität zu optimieren, muss der Abstand zwischen den Ästen maximiert werden. Damit günstige Bedingungen für das Bohren eines Lateralasts geschaffen werden können, sollte die Bohrpfadgeometrie der Stammbohrung angepasst werden. Zudem sollten Planung und Konstruktion der Stammbohrung möglichst stabile Bedingungen in der potenziellen Fensterteufe anstreben. Um das Verständnis des multilateralen Systems und der hydraulischen Beeinflussung zwischen Stammbohrung und Lateral noch zu verbessern, sollten das Testprogramm und die Datenerfassung in Zukunft weiter optimiert werden.
Im Gegensatz zu ihrem häufigen Einsatz in der Öl- und Gasindustrie und trotz einiger sehr positiver Fallstudien aus Geothermieprojekten weltweit, sind Multilateralbohrungen in der Geothermie immer noch eine Nischentechnologie. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass es an der Zeit ist, die Akzeptanz dieser Technologie im Süddeutschen Molassebecken zu erhöhen, und könnten Studien und Tests in anderen geothermischen Feldern anregen.