inliSAMP – Probenentnahmesystem für die Tiefengeothermie

inliSAMP (insitu live sampler) ist die Neuentwicklung einer Probeentnahmesonde für das Downhole-Sampling in Geothermiebohrungen.

Die Samples dienen der Qualitätssicherung des Reservoirs und geben der Servicetechnikerin bzw. dem -techniker oder Betreibenden des Kraftwerks wichtige Informationen über die Zusammensetzung der Sole im Bohrloch. Mit einem neuartigen Probeentnahmeprozess und der Verwendung mechatronischer Komponenten kann eine technische Ins-itu-Probe aus dem Untergrund genommen werden.

Für eine ungestörte Thermalwasserprobe müssen die Bedingungen um die Probe konstant gehalten werden. Hierfür wurde ein spezieller Probenbehälter mit einer Heizfunktion entwickelt. In diesem wird die Thermalwasserprobe aufgenommen, verschlossen und bis zur Übertragung in den Laborbehälter gesichert verwahrt.
Mit Aktoren und Sensoren wird die Probenahme, die Druck- und Temperaturregelung des Probenbehälters fernbetätigt und teilautomatisiert. Die Qualitätssicherung der Prozesse wird durch eine Echtzeitübertragung von Messwerten und Prozesszuständen den Operatoren bereitgestellt.

Die inliSAMP ist als Funktionsmuster fertiggestellt und Teilfunktionen wurden unter Laborbedingung erprobt.

 

Probeentnahmesonde InliSAMP zusammengesetzt aus Applikations- und Universalmodulen aus der Systemplattform hotToolKIT. Das Applikationsmodul Probeentnahmeeinheit besteht aus einem beheizbaren Druckbehälter (Mitte links), einem Hydraulikzylinder (Mitte), welcher die Probe- und Ventilkolben (unten links) im Druckbehälter bewegt. Eine bewegliche Hochdruckdurchführung verbindet das Sondengehäuse mit dem Druckbehälter (oben links). Die Universalmodule umfassen das Sondengehäuse, ein Hochtemperatur­hydraulik­aggregat, eine passiv gekühlte Steuerungs-, Leistungs- und Übertragungselektronik. Es fehlt auf dem Bild das Stahldewar, die Elektronik und das Cable-Head. (Foto: David Heitz)

 

Spezifikation inliSAMP

  • Mechatronisches System aus Hydraulik, Heizung und Regelung ermöglicht eine technische In-situ-Probenentnahme
  • Das Probenvolumen mit 500 ml kann bei Bedarf erweitert werden
  • Probenentnahme bei max. 200 °C und 600 bar, auch bei korrosivem Thermalwasser, möglich
  • Live Daten- und Energieübertragung über Wireline
  • Qualitätssicherung der Probenhistorie durch Messdaten
  • Einfacher Sondenmontage durch Schraub- und Stecksystem
  • Frei wählbarer Entnahmeort und -zeit
  • Spezielle Hydraulik ermöglicht eine mehrfache Auf- und -Abgabe des Thermalwassers im Bohrloch
  • Keine komprimierten Gase und Flüssigkeiten für den Entnahmeprozess erforderlich

 

Komponenten und Prinzipdarstellungen inliSAMP

Hochtemperaturhydraulikaggregat mit ØAD=78 mm, p= 350 bar, 4/3 Wegeventilen,
DC-Motor aufgebaut auf einem Sondengehäuseverbinder (Foto: David Heitz)

Platinen: Übertragungs-, Steuerung- und Versorgungselektronik (Foto: David Heitz)

InliSAMP-Probennahmemechanik, vorne starre Hydraulikkolben mit Probe- und Ventilkolben, mittig Druckbehälter mit Zugstangen, Ausgleichsmuffe und Hydraulikaggregat, hinten Sondengehäuse mit Einlassrohr. (Foto: David Heitz)

Probe- und Ventilkolben auf Kolbenstange ziehen die Fluidprobe (unten). Der Ventilkolben verschließt die Einlassbohrung vom Druckbehälter und verwahrt die Fluidprobe bis zur Abgabe. (Foto: David Heitz)

Ventilkolben beweglich auf Kolbenstange mit Mitnehmermutter (unten)
verschließt die Einlassbohrung vom Druckbehälter (mittig) Foto: David Heitz

Ventil- und Probekolben auf Kolbenstangen (unten)
verschließen die Einlassbohrung vom Druckbehälter (oben) Foto: David Heitz

Bewegliche Hochdruckdurchführung zwischen Sondengehäuse und Druckbehälter (Foto: David Heitz)

Hydraulikzylinderboden mit Rohrflansch (mittig), Kabelführungen (messingfarben)
und Anschlagzylinderrohr (Foto: David Heitz)


Weitere Informationen über die Technologien und den Stand der Probeentnahmesonde sind in der Veröffentlichung WaSam, a Modularly Designed Fluid Downhole Sampler for Deep Geothermal Applications (Berentelg, G.; Spatafora, L.; Hagenmeyer, V.; 2020) nachzulesen oder nehmen Sie Kontakt zu den Forschenden auf.