von Christian Großner, M.Sc.

Für die wirtschaftliche Förderung von Shale Gas sind zwei Schlüsseltechnologien verantwortlich. Dies ist zum Einen das horizontale Bohren (Horizontal Drilling) und zum Anderen das hydraulische Aufspalten (Hydraulic Fracturing) des Gesteins. Durch die Kombination dieser beiden Techniken ist eine Methode entstanden, mit der sich auch Erdgas aus Schichten mit einer geringen Permeabilität wirtschaftlich fördern lässt.

Bei einer horizontalen Bohrung wird wie bei einer konventionellen Bohrung zuerst vertikal in die Tiefe gebohrt. Durch eine leichte Drehung des Bohrmeißels wird eine 90 Grad-Wende vollzogen. Die Bohrung wird nun in einer horizontalen Ausrichtung bis zu mehreren hundert Metern in der gasführenden Schicht fortgesetzt.

In das Bohrloch werden Stahlrohre teleskopartig eingelassen. Das Bohrloch verjüngt sich also nach unten. Der Zwischenraum zwischen der Bohrlochwand und der Außenwand der Stahlrohre, der sogenannte Ringraum, wird mit Zement abgedichtet. Die Rohre sind dadurch fest im Gestein verankert und ein ungewollter Eintritt von Gas oder Flüssigkeiten in höher gelegene Schichten soll verhindert werden. Damit eine Fracking-Maßnahme durchgeführt werden darf, muss das Bohrloch derartig gesichert sein.

Fracking bezeichnet den Prozess der Erzeugung und Erweiterung eines oder mehrerer Risse in einer geologischen Formation. Wenn das horizontale Bohrloch vorliegt, werden mit einer sogenannten „Gun“ Spalten in das Gestein geschossen. Gefrackt wird mit einer Flüssigkeit, die unter hohem Druck in das Bohrloch injiziert wird, wodurch im Gestein Risse im Millimeterbereich entstehen. Die eingesetzte Flüssigkeit ist eine Kombination aus Wasser, Sand und chemischen Zusatzstoffen (Bildquelle: derStandart.at).

Der in der Frac-Flüssigkeit enthaltende Quarzsand oder Keramikkügelchen dienen als Stützmittel, wodurch die Risse stabilisiert werden. Nach diesem Vorgang wird das eingepresste Frac-Fluid aus dem Bohrloch an die Oberfläche zurückgepumpt. Das Gas kann nun durch die entstandenen Fließkanäle in das Bohrloch entweichen und somit an die Oberfläche gefördert werden. Unter Umständen muss das Fracking mehrfach durchgeführt werden, zum Beispiel wenn die Förderrate gesunken ist.

Die Methode des Fracking wird schon seit über 60 Jahren angewendet. Die Kombination mit der Horizontalbohrtechnik ist eine Weiterentwicklung des Verfahrens, welche erst seit ein paar Jahren angewendet wird. Dieses Vorgehen ist allerdings technisch aufwendig und dadurch ein kostspieliges Verfahren.

Weiterentwicklungen sind die Multilateralbohrtechniken und Multi-Fracs. Bei Multilateralbohrungen werden auf der Bohrstrecke mehrere parallele Äste, sogenannte Multilaterale, aufgefahren. Diese werden durch künstlich erzeugte Risse miteinander verbunden. Waren bis in die 90er Jahre Einfach-Fracs üblich, werden heutzutage in Horizontal- und Multilateralbohrungen zunehmend Multi-Fracs durchgeführt. Mit der Bohrung Söhlingen Z14 wurde im Jahr 2003 in Deutschland Pionierarbeit geleistet.

Mit der damaligen Technologie wurden in einer 1.000 Meter langen Horizontalbohrung innerhalb von 40 Tagen sieben Fracs erzeugt. Heute ermöglicht die neueste Technologie die Erzeugung von zehn Fracs an einem Tag. Ein Erschließungskonzept, das in den USA bereits realisiert wurde, basiert auf fünf aus einem Bohrloch gebohrten horizontalen Lateralen. Durch die Weiterentwicklung der Fördermethoden können die Produktionskosten für unkonventionelle Erdgase gesenkt und die wirtschaftliche Relevanz von Lagerstätten gesteigert werden.