Kann mit hohem Druck injiziertes Wasser in Sedimentgesteinen dauerhafte künstliche Risse erzeugen? Diese sogenannten Wasserfrac- Technologien waren in kristallinen Gesteinen, z. B. in Soultz-sous-Forêts (BINE-Projektinfo 04/09), erfolgreich zum Einsatz gekommen. Dort war man aber überraschend auf natürliche Tiefenwässer und Risse im Gestein gestoßen.

Die befragten Geologen aus der Erdöl- und Erdgasindustrie waren skeptisch: Wasserführende Schichten und Risse sind in den fraglichen Tiefen eher selten. Die dazwischen liegenden Tonschichten sind ein Hindernis für die Rissbildung. Die Gesteinsrisse tendieren wieder zum Schließen, sobald der Wasserdruck nachlässt. An der bestehenden, ursprünglich ca. 5.000 m tiefen und voll verrohrten Bohrung in Horstberg wurde das Verfahren daher vorab experimentell erprobt. Die Bohrung wurde bis auf 4.134 m verfüllt, um die gasführenden Schichten abzudichten. Die Temperatur an der tiefsten Stelle beträgt 159 °C und liegt damit 30 °C über dem regionalen Durchschnitt. Abb. 3 zeigt die drei, für die Versuche ausgewählten Sandsteinschichten. Diese weisen eine Mächtigkeit zwischen 6 und 20 m auf und die Porosität steigt von 3% in der unteren Schicht auf 11% in der Oberen. In den Tiefen dieser Schichten wurden die dort eingebauten Rohre perforiert, um eine Verbindung zum Gestein herzustellen. Durch diese Löcher erfolgten die Wasserinjektionen zur Risserzeugung.

Insgesamt wurden 20.000 m³ Wasser in den Detfurth- und ca. 5.000 m³ in den Solling- Sandstein injiziert. Hierdurch entstand ein großflächiges System aus Mikrorissen, das neue Fließwege im Untergrund schuf. Damit gelang eine hydraulische Verbindung beider Sandsteinschichten. Wassereinleitungen in die Detfurth-Schicht führten deshalb zu einem messbaren Druckanstieg im Solling. Die durch den Wasserfrac erzeugte, unterirdische Rissfläche wird auf mehr als 100.000 m² geschätzt.

Die Ergebnisse sprechen für die Theorie der natürlichen Selbststützung derartiger künstlicher Risssysteme. Maßgeblich sind eine gewisse Oberflächenrauigkeit und die sogenannte Scherspannung innerhalb der Gesteinsschicht. Durch die Wasserinjektionen kommt es zu minimalen Rissweitungen im Gestein. Rund um die Bohrung Horstberg wurden seismische Instrumente, sogenannte Geophone, in ca. 100 m tiefen Bohrungen zur Beobachtung installiert, die nur wenige seismische Ereignisse mit sehr geringer Magnitude registrierten. An der Erdoberfläche waren diese nicht wahrnehmbar. Auch die chemische Zusammensetzung des geförderten Wassers wurde besonders wegen möglicher Ausfällprozesse intensiv erforscht. Das geförderte Wasser muss unter Sauerstoffabschluss gehalten werden, um Ausfällungen von Eisenmineralien zu verhindern. Die Ausfällung von Sulfaten ist nur schwer zu verhindern und kann im späteren Betrieb durch einen etwaigen Verschluss der Gesteinsporen zu Störungen führen.