Water jet drilling technology for application in geothermal environments

High-pressure water jet drilling technologies are widely used in the drilling industry. Especially in geothermal and hard rock applications, jet drilling is, however, confronted with several limitations like lateral length, hole size, steerability and jetability of the reservoir rock. The application of jet drilling technologies in the field can only be estimated based on the experience of the operator and surface experiments imitating downhole conditions. To predict a successful jetting operation in the field, a modelling framework has been developed, which considers operational and technical parameters as well as reservoir rock specifications. The framework consists of calibrated models describing downhole hydraulics and mechanics during the jetting operation and estimates the required technical equipment to successfully penetrate the reservoir rock and the maximum achievable lateral length for various hole configurations. The modelling framework is applied on a theoretical case study.

Bohrverfahren, die mittels Hochdruck-Wasserstrahlen Gestein abtragen, werden als Jetting-Verfahren bezeichnet und in der Bohrindustrie seit vielen Jahren eingesetzt. Dennoch ist die Anwendung dieser Bohrverfahren in der Geothermie mit Einschränkungen verbunden. So stellen beispielsweise die Länge der abgeteuften Bohrung (Lateral), der Durchmesser des Hauptbohrlochs, die Steuerbarkeit des Bohrkopfs (Jetting-Düse) und die Tauglichkeit des Verfahrens für harte Gesteinsformationen neue Herausforderungen für das Verfahren dar. Die Anwendung von Jetting-Technologien in der Praxis basiert hauptsächlich auf den Erfahrungen von Betreibern vor Ort und Experimenten an der Oberfläche, welche die Bedingungen im Bohrloch jedoch nur in begrenztem Umfang nachbilden können. Daher wurde ein Modellierungsansatz entwickelt, der eine erfolgreiche Anwendung von Jetting-Bohrverfahren im Reservoir vorhersagen soll und dabei sowohl betriebliche als auch technische Parameter berücksichtigt. Dies umfasst die verfügbare Ausrüstung und Gesteinsspezifikationen der Lagerstätte. Der neu entwickelte Ansatz besteht aus einzelnen Teilmodellen, welche die Bohrlochhydraulik und -mechanik während der Jetting-Operation beschreiben, und bewertet die für ein erfolgreiches Eindringen in das Lagerstättengestein erforderliche technische Ausrüstung sowie die maximal erreichbare Laterallänge für verschiedene Bohrlochkonfigurationen. In einer theoretischen Fallstudie wird der Modellierungsansatz angewendet.