Forschungsprojekt "Geothermie Allgäu 2.0 - Stimulationsexperiment im Malmkalk in einer tiefen Geothermiebohrung in Mauerstetten"

Beschreibung der am Institut für Geotechnik durchzuführenden Arbeiten

Analogprobenahme und Aufstellung des Umfangs an Laboruntersuchungen zur Bestimmung der geomechanischen Parameter

Feldarbeiten zur Probenahme und Bohrpunktdokumentation

Zur Verifizierung der Gesteinsparameter im Reservoir erfolgten im Juli und November 2011 Probenahmen von Analogmaterial aus Steinbrüchen und Aufschlüssen im schwäbisch- fränkischen Jura. Die Proben entsprechen in ihren gesteinsmechanischen Parametern den anstehenden Gesteinen im Stimulationsreservoir der vorhandenen Bohrung. Die Bohrkerne wurden beschriftet und in Kernmärschen zu 1 m abgelegt und in Freiberg eingelagert.

Herstellung von Probekörpern

Aus den Kernproben wurden für Laboruntersuchungen Probekörper hergestellt.

Laboruntersuchungen zum Bruch- und Verformungsverhalten der Kalksteinproben

Triaxialversuch

Der Triaxialversuch ist ein Druckversuch am Analogprobenmaterial, um die Materialeigenschaften, genauer die Festigkeit des Gesteins zu bestimmen. Im Rahmen geotechnischer Bewertungen erfolgt die Prognose der Tragfähigkeit des Gebirges hinsichtlich Bruchversagen. Hieraus können Aussagen zum Bruchverhalten des Gesteins im zu stimulierenden Reservoir abgeleitet werden.

Zylindrische Prüfkörper werden in axialer Richtung (σ1) und durch einen Manteldruck (σ2 = σ3) über eine Prüfpresse belastet. Der Prüfkörper ist zum Schutz vor eindringender Druckflüssigkeit mit einer Teflon-Mantelhülle umgeben.

Dabei werden die Einflüsse wie Änderung des Spannungsregimes, Änderung der Temperatur und der Belastungsgeschwindigkeiten während der Versuchsdurchführung zur Beurteilung der Versagensmechanismen herangezogen.

Geplante Untersuchungen

Spaltzugfestigkeit

Indirekter Zugversuch als Brazilian-Test

Der Brazilian-Test als indirekte Ermittlung der einachsialen Zugfestigkeit wird an scheibenförmigen Proben durchgeführt.

Abmaße der Probekörper: l = 30 mm, d = 50 mm

Auf die Probekörper werden durch zwei gegenüberliegende Linienlasten auf der Mantelfläche Zugspannungen erzeugt, die im Grenzzustand ausgehend von der Prüfkörpermitte zu einem Riss führen. Aus der erforderlichen Kraft und der Prüfkörpergeometrie wird die Zugfestigkeit näherungsweise berechnet.

Aus der Spaltzugfestigkeit können Schlüsse zu den Kornbindungskräften innerhalb der Matrix des Gesteins gezogen werden.

Einachsiale Druckfestigkeit

Spannungen im einachsialen DruckversuchDer Versuch charakterisiert die Festigkeit des Gesteins bei unbehinderter Seitendehnung. Durch einachsiale Belastung werden an zylindrischen Probekörpern (l = 100 mm, d = 50 mm) Stauchungen sowie das Verformungs- und Bruchverhalten ermittelt. Mit der einachsialen Druckfestigkeit wird der Maximalwert der axialen Druckbelastung festgestellt.