Um die Bohrungen umzusetzen, die das Thermalwasser erschließen sollen, wird ein Bohrplatz mit einem Bohrturm errichtet. Der Flächenbedarf eines Bohrplatzes beträgt ca. 3000-6000 m2, oder ca. 100 m x 50 m. Der Bohrplatz ist versiegelt und hat ein eigenes Entwässerungs- und Abfallentsorgungskonzept um Umweltverschmutzung zu vermeiden. Dabei werden oft beide, die Förder- und die Injektionsbohrung, als abgelenkte Bohrungen von einem Bohrplatz abgeteuft. Der Aufbau eines Bohrturmes ist in der Abbildung zu sehen. Beim Bohren muss kein Druck ausgeübt werden, da das Eigengewicht des Bohrgestänges ausreicht, um die Bohrung voranzutreiben. Tatsächlich muss der Bohrturm das Gestänge sogar halten, damit der Bohrmeißel nicht durch das Auflastgewicht zerbricht. Beim Bohren wird eine Bohrspülung verwendet, die den Meißel kühlt und mit ihrem Wasserdruck die Bohrlochwand stützt. Die Tiefe der Bohrungen hängt von der Tiefe der thermalwasserführenden Schicht ab. Im bayerischen Molassebecken erreichen die Geothermiebohrungen eine Tiefe zwischen 825 Meter in Straubing und 5079 Meter in Holzkirchen. Dabei sind die tatsächlichen Bohrstrecken meist noch länger, weil die Bohrungen in der Regel horizontal abgelenkt werden.
Für Tiefengeothermiebohrungen wird meist das Drehbohrverfahren (Rotary-Bohrverfahren) angewandt. Dabei dreht sich der Bohrmeißel mit 100 – 1000 Umdrehungen pro Minute, angetrieben von Motoren, die die Bewegung entweder am Bohrturm oder aber direkt hinter dem Bohrmeißel im Bohrloch übertragen. Durch dieses Bohrverfahren erhält man Bohrklein (Gesteinsbruchstücke), das mit der Spülung aus dem Untergrund an die Oberfläche befördert wird. Das Bohrklein wird in der Regel beprobt und gibt Rückschlüsse auf die Gesteinsbeschaffenheit im Untergrund. Wenn die Abfolge der Gesteine und deren Eigenschaften noch genauer untersucht werden soll, müssen mit dem Kernbohrverfahren Bohrkerne erbohrt werden. Die Bohrkerne sind zylindrische Proben, die kontinuierlich aus dem Untergrund gewonnen werden und meist als 1-Meter lange Stücke für weitere Untersuchungen aufbewahrt werden. Das Kernbohrverfahren ist jedoch sehr viel langsamer und kostenintensiver als das Drehbohrverfahren und wird bei Geothermiebohrungen nur sehr selten angewandt.
Aufbau eines Bohrturmes (Bildquelle: Merkur.de – Enex Power Germany)
Das Bohrloch wird nicht in einem Zug komplett gebohrt, sondern es werden verschiedene Abschnitte, sogenannte Sektionen, mit sukzessive kleiner werdenden Durchmessern gebohrt und eine Verrohrung installiert. Dabei werden pro Sektion verschiedene Arbeitsschritte durchgeführt:
1. Bohren einer Sektion
2. Ziehen des Bohrgestänges: Nach gründlicher Reinigung bzw. Spülen des Bohrlochs wird das Bohrgestänge herausgezogen.
3. Bohrlochmessungen: Im offenen Bohrloch werden verschiedene, meist geophysikalische Messungen durchgeführt; z.B. können Fotos der Bohrlochwände gemacht oder Messungen der Dichte und Porosität durchgeführt werden.
4. Verrohrung: Es wird eine Stahlverrohrung in das offene Bohrloch eingebracht. Die Verrohrung stabilisiert das Bohrloch und dichtet die Bohrung gegenüber dem Gestein ab. Die Verrohrung wird an der vorherigen Verrohrung mittels eines Liner-Hanger-Systems aufgehängt, um Material zu sparen.
5. Zementation: Um die Verrohrung zu fixieren und mit dem Gestein zu verankern, wird der Bereich zwischen Stahlverrohrung und Bohrlochwand mit einem speziellen Zement aufgefüllt. Der Zementmantel verhindert unter anderem das Ein- oder Austreten von Flüssigkeiten in und aus dem Bohrloch.
6. Bohrlochmessungen: Es werden nochmals geophysikalische und Druck-Messungen im Bohrloch durchgeführt, um zu prüfen, ob die Verrohrung und der Zementmantel intakt sind und somit das Bohrloch komplett abdichtet ist.
7. Im Anschluss kann mit der Bohrung der nächsten Sektion begonnen werden, welche einen geringeren Durchmesser aufweist.
8. Im letzten Abschnitt, wenn die Bohrung im Reservoir an der geplanten Position angelangt ist, wird für die Verrohrung ein gelochter Liner verwendet, der nicht einzementiert wird. Durch die gelochte Verrohrung kann das Wasser in das Bohrloch über größere Strecken strömen und schließlich an die Oberfläche gepumpt werden. Eine weitere häufig verwendete Methode ist es, das Bohrloch ohne Verrohrung im Reservoir als sog. „open hole“ abzuschließen.
Schematische Darstellung einer Förderbohrung für die Entnahme von Thermalwasser aus dem Reservoir
