Technikumsexperimente

Dichtigkeit von Bohrlöchern unter zyklischer Belastung

Um die Dichtigkeit von Bohrlöchern bei zyklischer Belastung zu untersuchen, werden am KIT zwei Autoklavensysteme betrieben. In die kleinere Apparatur (Typ I) kann ein zementiertes Casing eingebaut werden, während mit der Apparatur Typ II Gesteinsproben mit oder ohne zementierter Bohrung untersucht werden können.

Das Autoklavensystem Typ II wurde erfolgreich umgebaut, wobei die Arbeiten Ende 2019 ihren Abschluss fanden. Neben dem Porendruck kann nun zusätzlich ein horizontaler Manteldruck mit Gas und eine vertikale Axialspannung über einen Hydraulikzylinder angelegt werden.

Im Februar 2020 wurden Versuche an einer Sandsteinprobe durchgeführt und abgeschlossen, die veränderte Anlage ist also funktionsfähig. Eine Tonsteinprobe ist aktuell in Bearbeitung.

Parallel dazu laufen seit 2018 Versuche am Autoklavensystem Typ I ab. Diese ergaben, dass Druckschwankungen stets eine Zunahme der Undichtigkeit im Stahl-Zement-Verbund bewirken, während Temperaturschwankungen keinen Effekt haben oder zu einer Zunahme der Dichtigkeit führen. Ein Modell, nachdem die Undichtigkeit hauptsächlich durch den Ringspalt zwischen Zement und Stahl kontrolliert wird, liefert plausible Ergebnisse. Bei besonders langsam ablaufenden Versuchen scheint jedoch auch der Fluss durch den Porenraum eine Rolle zu spielen. Hierfür wurde das Modell angepasst, was zu einer deutlich verbesserten Anpassung führt.