University, Diss., 2004--Kiel.

Zugl.: Karlsruhe, Universiẗat, Diss., 2009.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

University, Diss., 2004--Kiel.

University, Diss., 2004--Kiel.

Gashydrate sind natürlich vorkommende feste Verbindungen aus Wasser und Gas, deren Erschließung als zukünftige Energiequelle von Interesse ist. Für die bohrtechnische Erschließung mariner Gashydratlagerstätten ist eine leistungsfähige Bohrspülung notwendig. Das vom Bohrmeißel gelockerte Sediment und darin enthaltenes Gashydrat werden durch die Bohrspülung nach übertage transportiert. Die Gashydratpartikel verlassen beim Aufsteigen im Ringraum in ca. 300 m Wassertiefe ihren Stabilitätsbereich und dissoziieren in Wasser und Gas. Um eine Verdünnung und eine Dichteerniedrigung der Bohrspülung zu verhindern, soll das Gashydratbohrklein stabilisiert werden. Gleichzeitig darf sich in der Bohrspülung bei Anwesenheit von freiem Gas in der Lagerstätte kein neues Gashydrat bilden. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Additiven, welche die Gashydratneubildung und -dissoziation gleichzeitig hemmen. Es wurde ein Schüttelautoklav genutzt, um die Dissoziationstemperatur von Methanhydrat bei ca. 85 bar zu ermitteln und die Verzögerung des Hydratzerfalls bei Anwesenheit verschiedener Additive zu vergleichen. Es konnte ein Additiv gefunden werden, das diese Anforderungen erfüllt. Des Weiteren wurden neue rheologische Untersuchungsprogramme für verschiedene Spülungstypen erarbeitet, die eine detaillierte Charakterisierung der Fließfähigkeit, Thixotropie und Geleigenschaften von Bohrspülungen erlauben.

Gashydrate sind natürlich vorkommende feste Verbindungen aus Wasser und Gas, deren Erschließung als zukünftige Energiequelle von Interesse ist. Für die bohrtechnische Erschließung mariner Gashydratlagerstätten ist eine leistungsfähige Bohrspülung notwendig. Das vom Bohrmeißel gelockerte Sediment und darin enthaltenes Gashydrat werden durch die Bohrspülung nach übertage transportiert. Die Gashydratpartikel verlassen beim Aufsteigen im Ringraum in ca. 300 m Wassertiefe ihren Stabilitätsbereich und dissoziieren in Wasser und Gas. Um eine Verdünnung und eine Dichteerniedrigung der Bohrspülung zu verhindern, soll das Gashydratbohrklein stabilisiert werden. Gleichzeitig darf sich in der Bohrspülung bei Anwesenheit von freiem Gas in der Lagerstätte kein neues Gashydrat bilden. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Additiven, welche die Gashydratneubildung und -dissoziation gleichzeitig hemmen. Es wurde ein Schüttelautoklav genutzt, um die Dissoziationstemperatur von Methanhydrat bei ca. 85 bar zu ermitteln und die Verzögerung des Hydratzerfalls bei Anwesenheit verschiedener Additive zu vergleichen. Es konnte ein Additiv gefunden werden, das diese Anforderungen erfüllt. Des Weiteren wurden neue rheologische Untersuchungsprogramme für verschiedene Spülungstypen erarbeitet, die eine detaillierte Charakterisierung der Fließfähigkeit, Thixotropie und Geleigenschaften von Bohrspülungen erlauben.

Gashydratlagerstätten sind in Permafrostgebieten und unter dem Meeresboden zu finden. Das energetische Potential der weltweiten Gashydratvorkommen, vor allem im submarinen Bereich, ist enorm. Derzeit existiert aber noch keine Technologie mit der sie kommerziell erschlossen werden können. Die größten Herausforderungen bei der bohrtechnischen Erschließung submariner Gashydratlagerstätten werden in der Richtbohrtechnik in geringverfestigten Sedimenten, der Bohrlochstabilität, der Einhaltung eines sehr engen Druckfensters sowie in der Vermeidung ungewollter Dissoziationsvorgänge während des Bohrprozesses gesehen. In der Arbeit werden mögliche Ansätze für die bohrtechnische Erschließung von submarinen Gashydratlagerstätten, speziell für das gerichtete Bohren in unkonsolidierten Formationen, zusammengetragen. Es werden verschiedene Erschließungskonzepte diskutiert und schließlich wird die Machbarkeit von zwei Bohrkonzepten untersucht. Das erste Konzept zielt in erster Linie auf die Herstellung vertikaler Bohrungen zu Produktionstestzwecken in Gashydratlagerstätten ab. Auf Grundlage eines vorhandenen Meeresbodenbohrgerätes wird eine neuartige Technologie entwickelt, mit der eine Tiefsee-Gashydratbohrung abgeteuft, verrohrt und komplettiert werden kann, ohne dass eine Bohrplattform oder ein Bohrschiff eingesetzt werden muss. Das zweite Konzept beinhaltet die Herstellung von horizontalen Produktionsbohrungen für eine kommerzielle Gashydratnutzung. Es wird untersucht, ob und unter welchen Bedingungen solche Bohrungen mit konventionellem Equipment machbar sind. Es wird aufgezeigt, dass die Herausforderungen gemeistert werden können und die bohrtechnische Erschließung submariner Gashydratlagestätten mit beiden Konzepten grundsätzlich machbar erscheint.

We report a Raman technique applicable for the in situ analysis of the development of hydrogen bonds in the liquid water‐rich phase just before the onset of gas hydrate formation. Herewith, the phase transition as well as the working principle of hydrate formation inhibitors and promoters can be analyzed.

We present an experimental study on the formation and dissociation characteristics of carbon dioxide (CO2) gas hydrates using Raman spectroscopy. The CO2 hydrates were formed from sodium chloride/water solutions with salinities of 0–10 wt %, which were pressurized with liquid CO2 in a stirred vessel at 6 MPa and a subcooling of 9.5 K. The formation of the CO2 hydrate resulted in a hydrate gel where the solid hydrate can be considered as the continuous phase that includes small amounts of a dispersed liquid water-rich phase that has not been converted to hydrate. During the hydrate formation process we quantified the fraction of solid hydrate, xH, and the fraction of the dispersed liquid water-rich phase, xL, from the signature of the hydroxyl (OH)-stretching vibration of the hydrate gel. We found that the fraction of hydrate xH contained in the hydrate gel linearly depends on the salinity of the initial liquid water-rich phase. In addition, the ratio of CO2 and water was analyzed in the liquid water-rich phase before hydrate formation, in the hydrate gel during growth and dissociation, and after its complete dissociation again in the liquid water-rich phase. We observed a supersaturation of CO2 in the water-rich phase after complete dissociation of the hydrate gel and were able to show that the excess CO2 exists as dispersed micro- or nanoscale liquid droplets in the liquid water-rich phase. These residual nano- and microdroplets could be a possible explanation for the so-called memory effect.