Assessing the Economics of Microdrilling for Geothermal Exploration

 

Projektlaufzeit: 2/2009 - 5/2009

  Bohrungsdurchmesser nach Tiefen, exemplarisch für Mikrobohrlöcher von 5000 Fuß (wie ursprünglich geplant durch das U.S. DOE) und Engbohrlöchern (Quelle: Patton, 2007) Bohrungsdurchmesser nach Tiefen, exemplarisch für Mikrobohrlöcher von 5000 Fuß (wie ursprünglich geplant durch das U.S. DOE) und Engbohrlöchern (Quelle: Patton, 2007)

In diesem Projekt untersuchen wir die Wirtschaftlichkeit von Mikrobohrungen für große Tiefengeothermieanlagen, basierend auf dem vom Institut für Angewandte Geophysik und Geothermie (GGE) des E.ON Energy Research Centers vorgeschlagenem Konzept für Mikrobohrungen.

Vor der Entwicklung einer geothermischen Energiequelle muss diese erkundet werden. Während der Explorationsphase werden wichtige Eigenschaften der Ressource ausgewertet, um das Risiko für nachfolgende Phasen der Projektentwicklung zu reduzieren.

Mikrobohrungen wurden bisher dazu entwickelt, um in erster Linie flache (Tiefe von ca. 1.500 m) Gas- und Öllagerstätten zu erforschen und zu fördern. Aufgrund des reduzierten Durchmessers des Bohrlochs und der Verwendung kleinerer Geräte, besitzt es das Potential die Bohrkosten zu reduzieren. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Erhöhung der Tiefe der Bohrlöcher, sodass die Anwendung von Mikrobohrungen auch für die Erforschung von tiefen (3.000 - 5.000 m Tiefe) geothermischen Ressourcen geeignet sein soll.

Innerhalb des Explorationsprogramms können Mikrobohrungen im Bereich der Explorationsphase angewendet werden. Dabei können erhebliche Bohrkosteneinsparungen im Vergleich zu der Produktionsgröße entsprechenden Bohrungen oder auch eine größere Risikoreduktion für die spätere Evaluierungsphase im Vergleich zur Anwendung von Engbohrlöchern erzielt werden. Zur Untersuchung der Kostensenkungen wenden wir ein Kostenmodell für Mikrobohrungen an, das auf einer Exponentialfunktion basiert, welche die Ressourcentiefe als den wichtigsten Parameter von Bohrkosten (Tester und Herzog, 1990) annimmt. Zu den der Produktionsgröße angepassten Bohrlöchern bei Gebietsexplorationen und "wildcat" Bohrungen wenden wir ein Kostenmodell basierend auf einer Polynomfunktion zweiter Ordnung (Patton, 2007) an. Die Unterschiede in den zwei Kostenmodellen entstehen durch die zusätzlich verursachten Mehrkosten für die der Produktionsgröße angepassten Bohrlöcher im Tiefenbereich (3000 - 5000 m) bedingt durch größere Durchmesser und der zusätzlich erforderlichen Zementierung des oberen Teils des Bohrlochs.

Um die Risikoreduktion zu analysieren, haben wir die zu erwartenden Werte der Bohrkosten, als auch den zu erwartenden Wert für den Zeitaufwand der gesamten Explorationsaktivitäten berechnet. Diese beiden Erwartungswerte werden von einer Anzahl von Parametern beeinflusst, deren Werte aufgrund des Fehlens von Daten geschätzt werden mussten. Insbesondere in erster Näherung haben wir angenommen, dass die Zeit die für die Fertigstellung eines Bohrlochs basierend auf Mikrobohrungstechnologie benötigt wird, sich um 40% verringert, relativ zu einer konventionellen Bohrung der gleichen Tiefe und dass ein weiterer Monat aufgrund der geringeren Messanforderungen nach Fertigstellung des Bohrlochs eingespart werden kann. Ferner haben wir eine Risikoreduktion betreffend "wildcat" Bohrungen angenommen, welche von einer Erfolgsquote von 40% (statt 15%) ausgehen. Auf der anderen Seite wurden höhere Bohrkosten aufgrund höherer Rohstoffpreise und Herstellungskosten angenommen, welche bei 150% der Kosten von konventionellen Bohrungen liegen. Durch diese Parametrierung sind wir in der Lage Mikrobohrkosten zu bewerten, welche einen kleinen wirtschaftlichen Vorteil zugunsten von Mikrobohrungen aufweisen.

Um die Explorationskosten einer weit verbreiteten Anwendung von Mikrobohrungen zu prognostizieren, verwendeten wir das Konzept der „experience curve“. In Anbetracht eines Fortschrittsverhältnisses von 90% bezüglich der Herstellungskosten des Bohrstrangs und einer Fortschrittsrate von 98% für den Bohrablauf, sinken die Explorationskosten deutlich mit den kumulierten Mikrobohraktivitäten. Insbesondere nach 1.000 fertiggestellten Mikrobohrlöchern konnte ein Kostenvorteil von rund 8,2 Millionen US-Dollar (ca. 33,5%) im Vergleich zu der Anwendung der produktionsgroßen Bohrungen, und etwa 6,7 ​​Millionen US-Dollar (ca. 29%) verglichen zum Bohren von Engbohrlöchern erreicht werden. Daher gibt es bei der Geothermieexploration, basierend auf unseren Annahmen (und vernachlässigter Kostendegression durch Lernen beim konventionellen Bohren), ein großes wirtschaftliches Potenzial für Mikrobohrungen.

Schließlich haben wir die Robustheit unserer Ergebnisse mit Durchführen einer Sensitivitätsanalyse beurteilt. Wir konnten die Fortschrittrate von Bohrstrangkosten und die Risikoreduktion für die nachfolgende Explorationsphase als die wichtigsten Parameter identifizieren, welche das wirtschaftliche Potenzial der Mikrobohrungen beeinflussen. Demzufolge muss weitere Forschung unternommen werden, um sicherzustellen, dass die getroffenen Annahmen in unserer Studie (basierend auf verfügbarer Literatur) in der Tat annehmbar sind. Insbesondere wird eine detaillierte Risikoanalyse des gesamten Explorationsprozesses benötigt, um die wichtigsten Parameter zu identifizieren, welche die Explorationsrisiken und damit das wirtschaftliche Potenzial der neuen Explorationstechnologien (d.h. nicht nur Mikrobohrungen) beeinflussen.

Projektpublikationen

Madlener R., Sicking S. (2011). Assessing the Economic Potential of Microdrilling in Geothermal Exploration,FCN Working Paper No. 7/2011, Institute for Future Energy Consumer Needs and Behavior, RWTH Aachen University, April.

Abschlussarbeiten

Sicking S. (2009). Assessing the Economic Potential of Microdrilling in Geothermal Exploration, Diplomarbeit, Lehrstuhl für Wirtschaftswissenschaften, insb. Energieökonomik, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, RWTH Aachen University.

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Prof. Dr. Reinhard Madlener

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