Erdwärmesonden: Nachweis der abdichtenden Wirkung der Ringraumhinterfüllung

Fehlerhafte Ringraumhinterfüllungen in Erdwärmesonden
waren eine Ursache für die in jüngster Vergangenheit eingetretenen Schadensfälle im Zusammenhang mit Geothermiebohrungen, bei denen durch Geländehebung oder -setzung Gebäude beschädigt wurden und/oder benachbarte Brunnen trocken gefallen sind. Angepasste, aufeinander abgestimmte Bohrlochmesstechniken überprüfen die Qualität und Funktionalität der Ringraumhinterfüllung in neu errichteten wie auch älteren Erdwärmesonden. Der Beitrag erläutert die Methodik und zeigt aktuelle Beispiele aus der Praxis.

Die Ringraumhinterfüllung aus einer Zement-Bentonit-Mischung dichtet den Hohlraum zwischen den beiden U-Rohren der Erdwärmesonde und den umgebenden Untergrund – den Ringraum – ab. Eine Ringraumhinterfüllung ist intakt, wenn sie vollständig und quasi wasserundurchlässig (kf < 10-9m/s) ist. Um diese Eigenschaft auch über viele Betriebsjahre sicherzustellen, sollte das Material Frost- Tau-Wechsel-beständige Eigenschaften aufweisen und – angepasst an die Geologie – gegebenenfalls sulfatbeständig sein. Die vollständige Anbindung an den Untergrund sichert eine verlustarme Wärmeleitung und damit einen effizienten Betrieb der Geothermieanlage. Wie entstehen Fehlstellen in der Hinterfüllung und wann sind sie funktionsrelevant? Die Zement-Bentonit-Suspension wird entsprechend den Angaben des Herstellers angemischt, damit auf eine vorgegebene Dichte eingestellt und ausgehend von der Bohrlochsohle mit dem Kontraktorverfahren in den Hohlraum eingebracht. Idealerweise wird dabei die Suspension so lange von unten nach oben verpresst, bis an der Oberfläche die Suspension mit der gleichen Dichte austritt wie sie eingebracht wird. Schwierigkeiten treten auf, wenn über das offene Bohrloch zwei Grundwasserleiter mit unterschiedlichen Potenzialen verbunden sind, sodass eine bohrlochinterne vertikale Grundwasserströmung entsteht: Die injizierte Zementsuspension wird mit dem strömenden Grundwasser abtransportiert. Auch bei erbohrten Kluftzonen tritt durch die Verlagerung der Zementsuspension in die Hohlräume ein Massenverlust ein. Ist mit der Bohrung eine Zone mit starker Grundwasserströmung erbohrt worden, wird die Zementsuspension durch die horizontale Grundwasserströmung verdünnt oder gar abgeführt. Oftmals gelingt es, den unkontrollierten Massenverlusten lokal durch das Einbringen von „Stopfmaterial“, wie Sand und/oder Feinsplit, Einhalt zu gebieten. Anschließend wird weiter Zementsuspension verpresst.



Copyright: © wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH
Quelle: Heft 12 - 2011 (Dezember 2011)
Seiten: 8
Preis inkl. MwSt.: € 8,00
Autor: Dr. Heike Voelker
Dipl.-Geol. Andre Voutta

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