Bohrlochsimulator G.E.O.S.I.M.: Software für die Simulation von Prozessen im Bohrloch und im Reservoir bei Tiefengeothermieprojekten

Für die gekoppelte Simulation von Strömungs- und Wärmetransportprozessen im Bohrloch und im Reservoir entwickelte G.E.O.S. den Bohrlochsimulator G.E.O.S.I.M. Diese Software kann sowohl in der Planungsphase als auch in der Testphase von Projekten im Bereich der Tiefen Geothermie eingesetzt werden.

G.E.O.S.I.M. wurde 2010 für die Testauswertung im Tiefengeothermieprojekt Traunreut entwickelt und später im Rahmen des Forschungsprojektes GEOFÜND weiterentwickelt. Auch nach Abschluss des Projektes GEOFÜND wurde G.E.O.S.I.M. bis heute kontinuierlich weiterentwickelt.

Die Haupteinsatzgebiete der Software sind:

• Nachrechnung von hydraulischen Tests zur Identifizierung von Parametern (Förder- und Injektionstests sowie Zirkulationstests für bis zu 6 Bohrungen)
• Optimierung der Verrohrung durch Simulation der Druckverluste in Abhängigkeit von Verrohrungsschemen
• Durchführung von Fündigkeitsuntersuchungen mit konsequenter Trennung von geologischen (Reservoir-Transmissivität und Porosität) und technischen Beiträgen (Verrohrung, Förder- und Verpresspumpen)
• Konsistente Berechnung thermischer und elektrischer Leistung bei Fündigkeitsuntersuchungen

Dabei werden folgenden Parameter und Prozesse gekoppelt berücksichtigt: 

• Geometrie der Bohrung
  • Komplettes Verrohrungsschema (Rohrdurchmesser, Bohrdurchmesser) einschließlich Steigleitung und Verpressstrang und Berücksichtigung der Materialeigenschaften und Geometrien
  • Zusammenhang MD-TVD
• Dichte und Viskosität des Thermalwassers in der Bohrung in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Mineralisation ( (NIST, 2014))
• Instationäre Berechnung der Wasserspiegellagen
• Instationärer Wärmetransport über radialsymmetrische Beschreibung der Wärmeleitung
  • Temperaturprofil (in TVD oder MD möglich)
  • Teufenabhängige Gebirgsparameter (Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Dichte)
  • Materialeigenschaften der Verrohrung und Zementration
  • Instationärer Wärmetransport über konvektiven Transport in der Bohrung
  • Berücksichtigung der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten
  • Wärmekapazität des Thermalwassers im Bohrloch
• Rohreibungsverluste
  • Abhängigkeit von Durchflussrate, Druck und Temperatur
  • Berücksichtigung der Rohrrauhigkeit
  • Optional Berücksichtigung der Druckverluste im Open-Hole-Bereich, wenn Zuflusszonen bekannt sind
  • Datenübernahme aus dem Programm Druckverlust 7.2 oder alternativ über implementierte empirische Ansätze
• Instationäre Druckänderungen im Reservoir in Abhängigkeit von instationärer Förder- und Verpressrate
  • Durch Import der Druckänderungen aus dem Reservoirmodell: Dazu wird vorher die Druckentwicklung mit dem Reservoirmodell instationär simuliert und die Druckänderungen werden in G.E.O.S.I.M. eingelesen
  • Alternativ: Berechnung über integriertes instationäres Brunnenmodell: Dabei können beliebig instationäre Förder- und Verpressraten berücksichtigt werden. Das instationäre Brunnenmodell basiert auf der Überlagerung von Brunnenfunktionen mit Hilfe eines Faltungsintegralansatzes.
• Instationäre Kopplung zwischen Förder- und Verpressbohrung
  • Berücksichtigung der Wärmeabgabe in einer Wärmezentrale
• Wärmeeinträge durch die Pumpen
  • Wärmeeintrag TKP in Abhängigkeit der aktuellen Leistung und es Wirkungsgrades
  • Wärmeeintrag der Verpresspumpe in Abhängigkeit der aktuellen Leistung und es Wirkungsgrades
• Empirische Berücksichtigung des Wärmetransportes im Ringraum um Förder- bzw. Injektionsstrang effektive Wärmeleitung (teilweise Mehrphasenwärmetransport, teilweise freie Konvektion)
• Berücksichtigung von Grenzflächeneffekten bei der Wärmeübertragung vom Thermalwasser auf die Bohrlochwand
• Variable Messtiefen der WL-Sonden bzw. Memory Tools
• Export der zeitabhängigen Temperatur in das Reservoir - Einbeziehung der Temperaturänderung über den Verlauf der Injektionsbohrung