2016-08-01  –  2020-06-30

795.096,00 EUR

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fakultät 4 - Maschinenbau - Institut für Dynamik und Schwingungen, Braunschweig, Niedersachsen

0324115B

Sonstiges im Rahmen der geothermischen Energie [EB1619]

01172438/1  –  Optimierung des Bohrfortschritts für tiefe Geothermiebohrungen durch systematische Analyse untertägiger Schwingungen im Laborversuch

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE4)

Energie

Das übergeordnete Ziel ist die Reduzierung der Herstellungskosten von Tiefbohrungen auf Geothermie durch eine gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserte Kontrolle der mechanisch-dynamischen Bohrbedingungen. Ein effektiver Bohrprozess wird durch Unstetigkeiten im Gebirge, wie insbesondere die bei Geothermiebohrungen häufig anzutreffenden Störungszonen, behindert. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen und Dynamikvorgänge in der untertägigen Bohrgarnitur generiert, die Bohrfortschritt und Lebensdauer wesentlich verringern. In 2 Teilvorhaben soll über realitätsnahe HIL-Simulationen untersucht werden, wie unerwünschte Schwingungen in typischen Geothermie-Gesteinshorizonten vermieden oder zumindest signifikant reduziert werden können. Hierbei werden virtuelle Bohrstränge mit realen Bohrgarnituren unter voller Berücksichtigung der Dynamikwechselwirkungen in Echtzeit gekoppelt. Im Teilvorhaben des IDS werden drei Teilprojekte bearbeitet (TP 3, 4, 5) In TP3 wird ein virtuelles Echtzeit-Bohrstrangmodell zur Interaktion mit dem Hardware-Teilbohrstrang (TP1/2 DSC) entwickelt. Durch geeignete Kopplung mit den Aktuatoren kann damit die Gesamtdynamik beliebig langer Bohrstränge explizit berücksichtigt werden. Die Modelle umfassen insbesondere auch die Bohrlochgeometrie sowie die Steuerungsmöglichkeiten am Bohrturm. Zur Realisierung der Bewegungen über den Hexapod auf den Testkörper werden in TP 4 die Beobachtbarkeit und modellbasierten Schwingungsuntersuchungen der Probenkörper im Teststand untersucht. Hierzu müssen mit geeigneten Sensoren 3D-Verfolgungsstrategien des Hardware-Teilbohrstranges im Teststand entwickelt werden unter besonderer Berücksichtigung der parasitären Dynamik des Versuchsstandes. Zum TP 5 trägt IDS eine modellbasierte Versuchsplanung unter Berücksichtigung von Gesteinsproben mit störungszonenähnlichen Inhomogenitäten bei, sowie Untersuchungen zum Gesteinszerstörungsprozess beim Bohren und dessen Einfluss auf die Gesamtdynamik des Bohrstranges.