Modellierung und numerische Berechnung des mehrphasigen Transports in der Tiefbohrtechnik

Ziel des vorliegenden Projekts ist es, den Transport von Partikeln in viskoplastischen Flüssigkeiten mit Hilfe numerischer Methoden zu untersuchen und abgeleitete Erkenntnisse in technischen Modellen zu aggregieren. Hintergrund des Projekts ist der Transport von Bohrklein in der Tiefbohrtechnik. Zur Sicherung der zukünftigen Energieversorgung ist die Tiefbohrtechnik von großer Bedeutung. Dies betrifft die Nutzung fossiler Brennstoffe als auch die Gewinnung von geothermischer Energie. In beiden Fällen ist der Bohrprozess der wichtigste Kostenparameter, so dass eine effiziente, zeitoptimierte Prozesssteuerung erforderlich ist. Aus ökologischen Gründen ist die Integrität des Bohrlochs von besonderer Bedeutung, um ein unerwünschtes Austreten von Bohrflüssigkeiten in den geologischen Untergrund zu vermeiden. Die oben genannten Ziele können nur durch eine modellbasierte, systematische Optimierung und Automatisierung des Bohrprozesses erreicht werden. Aus Sicht der Strömungsmechanik ist der Transport von Bohrklein aus dem Bohrloch von Bedeutung. Dieser muss in geeigneten Modellen für die beim Tiefbohren typischen Bedingungen, d.h. hohe Drücke und Temperaturen, den Einsatz von Bohrspülungen mit komplexer Rheologie und über Strecken von mehreren Kilometer Länge bei variablen Umgebungsbedingungen quantifiziert werden.Der vorliegende Ansatz basiert auf modernsten Berechnungstechniken zur Analyse des Partikeltransports in Flüssigkeiten. Diese Methoden werden bedarfsgerecht erweitert und anhand experimenteller Daten validiert. Damit wird es möglich sein, bisher nicht erfasst Effekte von Sekundarströmungen oder der Rheologie der Flüssigkeit auf den Partikeltransport zu quantifizieren. In dem Projekt wird die Arbeit der letzten Jahre in der Gruppe des Antragstellers und an der TU Clausthal fortsetzt und erweitert.Das vorliegende Projekt wird zur Klärung und besseren Quantifizierung der hydrodynamischen Prozesse für den Tiefbohrprozess beitragen. Es gibt zahlreiche Parallelen zu anderen Technologiefeldern, in denen sich ähnliche Fragen stellen. Beispiele sind die Fluidisierung, Filtration, Papierverarbeitung, Abwasserbehandlung oder Lebensmitteltechnik.

Förderzeitraum: 01.04.2021 - 31.03.2024

Förderkennzeichen: DFG-Projektnummer 441175148

Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Gunther Brenner