Hydrogeology and geothermic simulation of the geothermal doublet at Waldkraiburg (Bavaria)

For the geothermal project „Waldkraiburg“ a well doublet was installed for district heating. The study area is located in the rural district of Mühldorf am Inn in Upper Bavaria, some 60 km east of Munich. Due to the intensive exploration activities of the petroleum and gas industry the geological structure of the subsurface is relatively well known. Two deviated drillings, WKB Thermal 1 with a length of 2,839 m MD (2,720 m TVD), and WKB Thermal 2 with a length of 3,360 m MD (2,620 m TVD), were sunk into the fractured limestone-dolomite aquifer (Purbeck-Malm). The distance between the drillings at top aquifer amounts to 2,150 m. The evaluation of the hydraulic tests yields an aquifer transmissivity of 4 to 6x10-4 m / s, and an aquifer thickness of 288 m. The fractured net thickness of the aquifer in WKB Thermal 1 amounts to 53 m (50 % in dolomite) and in WKB Thermal 2 to 44 m (77 % in limestone). The temperature of the minor mineralised water (c= 720 mg / l) at the well head is 106 °C. The temperature at the final depth of the wells corresponds to a geothermal gradient of 4.1 K / 100 m. The basal heat flux at the top of the crystalline was estimated to be 0.097 W / m2. Based on the drilling data, on the geological profiles of the boreholes, and on the results of seismic investigations and structure maps, a 3D structural model was developed and implemented in a 3D flow and heat transport model. After calibration and validation, the model was used to simulate the expected 50-year-operation and the subsequent hydraulic and thermal regeneration of the aquifer. The simulation verified that at a production / reinjection rate of 65 l / s and a reinjection temperature of 50 °C no thermal influence in the production well is to be expected during the operating period. The range of the thermal influence (T > 1°C) in the middle of the aquifer around WKB Thermal 2 remains within a radius of 540 m. Temperatures at the reinjection site are expected to return to levels greater than 100 °C after a period of 2,300 years. Im Rahmen des Geothermieprojektes „Waldkraiburg“ errichteten die Stadtwerke Waldkraiburg GmbH eine Dublette zur Nutzung von geothermalen Wässern aus dem tieferen Untergrund für die Nahund Fernwärmeversorgung. Das Untersuchungsgebiet des Projektes liegt im Landkreis Mühldorf am Inn, in Oberbayern ca. 60 km östlich von München. Durch die intensive Erdölund Erdgasexplorationsund -fördertätigkeit war der geologische Aufbau des Gebietes relativ genau bekannt. Die zwei abgelenkten Bohrungen, WKB Thermal 1 mit einer Länge von 2839 m MD (2720 m TVD) und WKB Thermal 2 mit einer Länge von 3360 m MD (2620 m TVD) wurden in den geklüfteten Kalkstein-Dolomit-Aquifer (Purbeck-Malm) abgeteuft. Die Entfernung der Bohrungen bei Top Aquifer beträgt 2150 m. Die Auswertung der hydraulische Tests ergab eine Transmissivität des Aquifers von T = 4 bis 6x10-4 m / s bei einer Mächtigkeit von 288 m. Die geklüftete Gesamt-Nettomächtigkeit des Aquifers in WKB Thermal 1 beträgt 53 m (50 % im Dolomit) und in WKB Thermal 2 44 m (77 % im Kalkstein). Die Temperatur des gering mineralisierten Wassers (c= 720 mg / l) am Brunnenkopf beträgt106 °C. In den Bohrungen wurde ein geothermischer Gradient von 4,1 K / 100 m ermittelt. Der basale Wärmefluss am Top Kristallin konnte mit 0.097 W / m2 abgeschätzt werden. Auf Basis von Bohrdaten, der Bohrergebnisse der abgeteuften Bohrungen, der Ergebnisse der seismischen Untersuchungen und der Strukturkarten wurde ein 3D-Strukturmodell des Gebietes erstellt und in einem 3D-Strömungsund Wärmetransportmodell implementiert. Mit Hilfe des kalibrierten und validierten Modells wurden der 50jährige Betrieb und die anschließende hydraulische und ther mische Regeneration des Aquifers simuliert. Die Simulationsergebnisse zeigen bei einer Förderung von 65 l / s und einer Reinjektionstemperatur von 50°C keine thermische Beeinflussung der Förderbohrung während der Betriebsdauer. Der Wirkungsbereich der thermischen Beeinflussung (ΔT > 1°C) in Aquifermitte liegt um WKB Thermal 2 in einem Umkreis von r = 540 m. Eine Wiedererwärmung des Wassers über 100 °C ist nach ca. 2300 Jahren zu erwarten.