Valgarður Stefánsson skrifar um „Borun eftir jarðhita og rannsóknir á borholum“ í Náttúrufræðinginn árið 1981:

Jarðhiti – nýting.

„Nýting jarðvarma á Íslandi er um þriðjungur af orkunotkun landsmanna. Eina landið sem getur státað af svipuðu
nýtingarhlutfalli jarðhita og Ísland er El Salvador, en þar er jarðhitinn notaður til raforkuframleiðslu.
Meginhluti þess jarðvarma sem nýttur er á Íslandi er fenginn með borunum. Jarðhitaboranir eru þannig mjög þýðingarmikil undirstaða í islensku efnahagslífi. Jarðhitaboranir hafa samt sem áður ekki hlotið þann sess í íslenskri þjóðarmeðvitund sem líkja má við aðra undirstöðuatvinnuvegi eins og til dæmis fiskveiðar.

Krýsuvík – fyrirhugað borstæði HS Orku undir Miðdegishnúk á Sveifluhálsi.

Ástæður fyrir því eru eflaust margar, en ein af ástæðunum gæli verið sú að jarðhitastríð okkar hafa verið innanlandsóeirðir, en þorskastríðin hafa einkum verið átök við erlenda aðila.
Þessari grein er ætlað að fjalla nokkuð um jarðhitaboranir á Íslandi, tengja þær við rannsóknir á jarðhita og benda á þýðingu borana við nýtingu jarðhita. Reynt verður að fjalla um atriði eins og hvar, hvers vegna og hvenær eigi að bora eftir jarðhita, hvernig boranir eru framkvæmdar, hvaða rannsóknir eru gerðar á borholum og hver sé árangur jarðhitaborana bæði efnahagslega og jrekkingarlega.

SÖGULEGT YFIRLIT

Krýsuvík – Nicholas Pocock 1791.

Það var hinn 12. ágúst 1755 sem þeir Eggert Ólafsson og Bjarni Pálsson fóru með jarðnafar Konunglega Danska Vísindafélagsins inn í Laugarnes, fyrst sjóleiðis en síðan á hestum stuttan spöl. Var nafarinn settur niður á grónum hávaða skammt frá hvernum og hófust þar fyrstu jarðhitaboranir á Íslandi, fyrir réttum 225 árum. Ekki gekk borun fyrstu holunnar mjög vel en nafarinn komst niður 13% fet, en þá gekk ekki að koma honum dýpra. Orsök þess var hraunlag nokkuð 4—6 álna þykkt, ,,og liggur ekki einungis undir Laugarnesinu, heldur einnig öllu Suðurlandi“ svo vitnað sé i Ferðabók þeirra Eggerts og Bjarna.

Seltún – hver Eggerts og Bjarna frá 1756.

Enda þótt ekki yrði sérlega mikill árangur í Laugarnesinu fóru þeir Eggert og Bjarni á önnur mið árið eftir, og fluttu jarðnafarinn til Krýsuvíkur. Þar var byrjað að bora um hádegisbilið 1. júlí 1756. Boruð voru 25 fet fyrsta daginn og verður það að teljast góður borhraði. Jarðhiti var auðsjáanlega meiri í Krýsuvík en í Laugarnesi, því að „það var svo mikill hiti að maður þoldi ekki að halda hendinni á jörð þeirri, sem upp kom með nafrinum.“ Þessi hola var boruð í 32 feta dýpi og varð hún sú dýpsta sem þeir félagar boruðu, en boraðar voru nokkrar holur í Krýsuvík það sumar. Um síðustu holuna í Krýsuvík segir svo í Ferðabók þeirra Eggerts og Bjarna:

Jarðnafar – Teikning úr bó Sveins Sveinssonar frá 1875.

„Við kusum okkur því annan stað, þar sem efsta lag jarðvegsins var léttara og kaldara. Þar settum við jarðnafarinn niður og boruðum fyrirhafnarlaust niður í 6 feta dýpi í gegnum bláleita, lagskipta jarðtegund með hvítum rákum. Svo var heitt neðst í holunni, að ekki var unnt að snerta á [rví, sem upp kom, nema að brenna sig. Jarðvegurinn var því linari, sem neðar dró, og í 7 feta dýpi heyrðum við óvanalegt hljóð eða hávaða, líkt og þegar sýður ákaflega. Samt héldum við áfram að bora niður í 9 feta dýpi. En þá fór að koma hreyfing á jarðveginn, og þótt holan kringum nafarinn væri harla þröng, tók þunnur grautur að spýtast þar upp með ógnarkrafti. Við neyddumst þá til að hætta þarna og drógum naíarinn upp. En þá fékk hitinn fulla útrás og þeytti sjóðandi, leirblöndnu valni 6—8 fet í loft upp.

Seltún – hver Eggerts og Bjarna 2023.

Eftir skamma stund linnti þó óróa þessum, og héldum við, að þá hefði hitinn stillzt. En það leið ekki á löngu, áður en honum jukust kraftar á ný, og þá tók hann til muna að gjósa og sjóða án afláts. Við sáum þá að við höfðum með þessum aðgeröum okkar búið til nýjan hver.
Þar með höfðu jarðhitaboranir á Íslandi gefið þann árangur, sem alla tíð hefur verið megintilgangur þeirra, „að búa til nýjan hver“.

Telja verður að tilraunir þeirra Eggerts og Bjarna með jarðnafar Konunglegu Dönsku Vísindaakademíunnar hafi verið hinar merkustu, en af framhaldinu má ráða að þessi brautryðjendastörf hafa verið of snemma á ferðinni. A. m. k. varð það ekki fyrr en komið var vel fram á tuttugustu öldina að hafist var handa á ný við jarðhitaboranir á Íslandi. Það getur því ekki talist mjög sterkt að orði kveðið þegar þeir Eggert og Bjarni segja:

Krýsuvík – Nicholas Pocock 1791.

„Rannsóknir þær sem við létum gera með jarðnafri við hveri og brennisteinspytti, þar sem jarðhiti er á Íslandi, mun vera nýjung að minnsta kosti í norrænum löndum.“

Það sem óbeint varð til þess að jarðhitaboranir voru hafnar hér að nýju var gullið í Vatnsmýrinni. Hlutafélagið Málmleit, sem var stofnað til þess að vinna gull úr Vatnsmýrinni, keypti árið 1924 jarðbor frá þýska fyrirtækinu Alfred Wirth og Co. til vinnslunnar. Ráðunautur félagsins við borkaupin var Helgi Hermann Eiríksson, síðar skólastjóri Iðnskólans, en hann hafði numið námaverkfræði i Skotlandi. Þessi bor boraði tvær holur i Vatnsmýrinni, en ekki fannst mikið af gulli. Svo fór að félagið varð gjaldþrota og 1928 keypti Rafmagnsveita Reykjavíkur gullborinn og var hann fluttur inn að Þvottalaugum, og þar tekinn upp þráðurinn á ný við jarðhitaboranir á Íslandi. Þetta var 173 árum eftir fyrstu tilraunir þeirra Eggerts og Bjarna.

Gullborinn í Vatnsmýrinni 1907.

Í þetta sinn varð árangurinn öllu betri, og kom í ljós að hægt var að auka heitavatnsrennsli með bornum, eða að búa til nýja hveri eins og þeir Eggert og Bjarni urðu vitni að einn júlídag á því herrans ári 1756. Nú var íslenska þjóðfélagið einnig tilbúið að taka við árangri borananna og nýta jarðvarmann. Árið 1930 var fyrsta hitaveitan i Reykjavík tekin í notkun. Heita vatnið frá Þvottalaugunum var leitt til bæjarins og voru 70 hús hituð upp í þessari fyrstu hitaveitu landsins.
Þessi fyrsta hitaveita hefur eflaust orðið til þess að sannfæra menn um ágæti jarðvarmanýtingar, og þrem árum seinna, 1933, tryggir Reykjavíkurbær sér jarðhitaréttindi á Reykjum í Mosfellssveit.

Jarðborinn Dofri 1958.

Hitaveita Reykjavíkur var fyrsta dæmið um vel heppnaða stórnýtingu á jarðvarma, og fyrirtækið heldur enn þeim sessi að vera besta dæmið um hagkvæma nýtingu jarðhita á Íslandi.
Saga jarðhitaborana hefur verið næstum óslitin eftir tilkomu Hitaveitu Reykjavíkur. Hitaveitan hélt borunum áfram og keypti árið 1949 notaðan bor af bandaríska hernum, og var sá bor kallaður Setuliðsbor. Sjálfstæðar boranir á vegum Hitaveitu Reykjavíkur voru óslitið frá því í júní 1928 til loka janúar 1965.
Ríkið keypti fyrst bor árið 1929 og var það haglabor frá Alfred Wirth og Co. eins og tveir fyrstu borar Hitaveitu Reykjavíkur. Á stríðsárunum eignast ríkið tvo litla kjarnabora, fyrst haustið 1939 og síðan 1943. Báðir þessir borar voru frá Sullivan verksmiðjunum og var seinni borinn kallaður Sullivan I.

Hinn 18. april 1945 voru Jarðboranir ríkisins formlega stofnaðar, en það fyrirtæki tók smám saman að sér allar jarðboranir á landinu. Tækjakostur Jarðborana við formlega stofnun voru áðurnefndir þrír borar en strax sama ár bætist við nýr Sullivan bor, kallaður Sullivan II. Einnig voru keyptir tveir notaðir höggborar frá hernum á Keflavíkurflugvelli. Voru þeir kallaðir Höggbor I og Höggbor II.
Einu eða tveim árum síðar taka Jarðboranir að sér þriðja Sullivan borinn, en sá bor hafði verið keyptur til landsins fyrir atbeina  Stefáns Þorlákssonar bónda í Reykjahlíð i Mosfellsdal. Næsta tæki sem Jarðboranir kaupa er stór höggbor af Cardwell gerð. Þann bor átti að vera hægt að nota bæði sem höggbor og snúningsbor. Hann var samt aldrei tekinn í notkun sem höggbor.
Á þessum árum, 1946—1951, átti Rafveita Hafnarfjarðar sænskan höggbor af Craelius F gerð, og voru boraðar allmargar holur í Krýsuvík með þessum bor. Tilgangur þeirra borana var að vinna gufu til raforkuframleiðslu fyrir Hafnarfjörð.
Árið 1953 kaupa Jarðboranir nýjan höggbor, Höggbor III, og er hann enn í notkun. Næsti bor Jarðborana er snúningsbor af Franks gerð. Sá bor var keyptur hjá Sölunefnd varnarliðseigna 1960. Eftir þriggja ára notkun við virkjunarrannsóknir var farið að nota Franks borinn til þess að leita að heitu vatni. Hægt var að bora í allt að 350 m dýpi með þessum bor.
Árið 1961 er aftur keyptur bor af Sölunefnd varnarliðseigna. Þessi snúningsbor er af Mayhew 1000 gerð og byggður á vörubíl. Hann getur borað í allt að 600 m dýpi, og hefur verið notaður til jarðhitaborana nema tvö fyrstu árin. Mayhew borinn, sem seinna var nefndur Ýmir, er enn í notkun við jarðhitaboranir.
Segja má að nokkur þáttaskil verði í sögu íslenskra jarðhitaborana þegar Gufubor ríkisins og Reykjavíkurborgar er fenginn til landsins 1958. Er þá farið að nýta á kerfisbundinn hátt þá reynslu sem áunnist hafði við boranir eftir olíu.
Með þessu tæki var auk þess hægt að bora mun dýpra (ca. 2000 m) en áður hafði tíðkast hér á landi. Við þetta opnuðust margir nýir möguleikar og kom það fyrst fram í stækkun Hitaveitu Reykjavíkur. Samhliða því var farið að bora fyrir alvöru í háhitasvæðin í Ölfusdal og Krýsuvík.

Craelius – bæklingur.

Var nú skammt stórra högga á milli. Árið 1962 var keyptur stór notaður snúningsbor frá Svíþjóð af gerðinni Craelius B-4. Hér er þessi bor kallaður Norðurlandsborinn. Samkvæmt upplýsingum framleiðanda átti þessi bor að geta borað í allt að 3 km dýpi. Þessi stóri bor var þrátt fyrir allt aðeins notaður í þrjú ár, 1962—1965, t.d. rannsóknarholu við Kaldársel.
Á árunum 1966—1971 var svo starfræktur svokallaður Norðurbor. Var hann settur saman á þann hátt að mastur, spil og undirstöður Cardwell borsins sem keyptur var 1947 var notað með dælum og borstöngum Norðurlandsborsins, en keypt var nýtt drifborð. Með þessum bor voru boraðar sjö holur.
Á síðasta áratug hafa bæst við þrír borar í jarðhitaborflotanum. Árið 1971 er keyptur bor af Wabco gcrð sem kallaður er Glaumur. Árið 1975 kemur stærsti jarðbor landsins, Jötunn, og ári síðar borinn Narfi. Allir þessir borar hafa komið mikið við sögu jarðhitanýtingar.

HVERS VEGNA ER BORAÐ EFTIR JARÐHITA

Djúpbor.

Tilgangur jarðhitaborana er að kanna jarðhitasvæði og til þess að ná úr þeim heitu vatni eða gufu, eða „búa til nýjan hver“ eins og þeir Eggert og Bjarni urðu fyrst vitni að í Krýsuvík árið 1756. Þá vaknar sú spurning hvort ekki sé nóg að nota heita vatnið úr öllum þeim hverum og laugum sem eru út um allar sveitir og sleppa þessum dýru borunum. Svarið við þessari spurningu er neitandi. Stafar það af tvennu. Veigamesta ástæðan er sú að með borunum er hægt að fá mun meira af heitu vatni eða gufu til yfirborös en það sem sprettur fram í laugum og hverum. Hin ástæðan er sú, að ekki er hægt að flytja jarðhitavatn með hagkvæmni nema tiltölulega skamma vegalengd. Þar sem markaður er fyrir jarðhitavatn er því farið í jarðhitaleit. Í nokkrum tilvikum hefur verið hægt að ná i heitt vatn með borunum þó ekki hafi verið sjáanlegur jarðhiti á yfirborði.
Tiltölulega fáar holur eru boraðar á Íslandi eingöngu í rannsóknarskyni. Hins vegar gefa allar jarðhitaboranir aukna þekkingu á jarðhitanum og nýtast þannig í rannsóknum á jarðhita.
Megintilgangur borana er eins og áður segir að auka rennsli til yfirborðs af jarðhitavökva. Þetta kom glögglega í ljós við nýtingu fyrst við Þvottalaugarnar í Reykjavík.

HVAR OG HVENÆR ER BORAÐ EFTIR JARÐHITA

Jarðbor – Einfölduð skýringamynd af snúningsbor.

Jarðhiti er orkuauðlind. Nýting hans á að grundvallast á samanburði á kostnaði og væntanlegum arði af nýtingunni. Þá þarf að reikna stofn- og reksturskostnað þeirra mannvirkja sem nýtingin krefst og bera saman við nýtingu annarra orkugjafa. Sameiginlegt með allri nýtingu jarðhita er kostnaður vegna orkuöflunar (borkostnaður) og kostnaður vegna flutnings orkunnar frá borholum á nýtingarstað. Þessi bæði atriði setja þvi nokkrar skorður hvar er borað eftir jarðhita. Ef fyrirhuguð nýting er til dæmis hitaveita fyrir þéttbýliskjarna, er hagkvæmnin eingöngu háð fjarlægð jarðhitasvæðisins frá þéttbýlinu, borkostnaði og verði á öðrum orkugjöfum, svo sem olíu.
Staðarval borhola skiptir miklu máli fyrir hagkvæma nýtingu, en auk þess getur nákvæm staðsetning innan jarðhitasvæðis skipt  sköpum um það hvort borunin gefur góðan árangur eða engan. Þetta er stundum nefnt hittni jarðborana. Í stórum dráttum má segja að hittnin sé háð eiginleikum jarðhitakerfanna og því hversu vel menn þekkja þessa eiginleika.

Jarðbor – Skolvökva er dælt niður í gegnum borstengur til að kæla borkrónu og flytja bergmynslu upp til yfirborðs.

Jarðhitakerfi eru mjög ólík og er þar ekki til nein algild regla fyrir því hvar er heppilegast að bora, og hvernig halda eigi borkostnaði í lágmarki. Þetta þýðir í reynd að rannsaka verður hvert jarðhitasvæði sérstaklega, og byggja staðsetningu borhola á þeirri þekkingu sem fæst úr slíkum rannsóknum.
Fyrirbærið jarðhiti hlýðir lögmálum náttúrunnar og því meiri vitneskja sem fæst um þetta fyrirbæri og þau náttúrulögmál, sem stjórna hegðun jarðhitans því betri möguleika höfum við á því að ákvarða hvar vænlegast er að bora. Í jarðhitarannsóknum er greint á milli nokkurra rannsóknarstiga, en þau eru forrannsókn, reynsluboranir og forhönnun, djúprannsókn og hagkvæmnisathugun og síðast verkhönnun.
Auk þess að taka mið af jarðhitalegum aðstæðum þarf einnig að taka mið af nýtingarmöguleikum jarðhitans áður en ráðist er í dýrar boranir. Ef fyrirhuguð borun er nálægt þéttbýli, þar sem fyrir hendi er stór markaður fyrir hitaveituvatn, er meira i húfi en þar sem jarðhiti er langt frá markaði. Sú staða hefur til dæmis komið upp hjá meðalstórum kauptúnum að næsta jarðhitasvæði hefur verið svo fjarri byggðinni að ekki borgar sig að reyna að finna jarðhita með borunum af þvi að heildarkostnaður við boranir og hitaveitulagnir er meiri en aðrir kostir við upphitun.

HVERNIG ER BORAÐ EFTIR JARÐHITA

Jarðbor – Tannhjólakróna og demantskróna.

Margar aðferðir eru til við jarðboranir, og hafa allflestar verið reyndar við jarðhitaboranir á Íslandi. Sú aðferð sem nú er algengust er að nota snúningsbor með tannhjólakrónu.
Jarðhitaholur eruboraðar víðastar efst en mjórri neðar. Stafar það fyrst og fremst af því að í holurnar er látið misjafnlega mikið lághitaholum er fóðrun fyrst og fremst gerð til þess að kalt vatn renni ekki inn ofarlega í holuna. Í háhitaholum þarf einnig að útiloka kalt innstreymi ofarlega, en einnig þarf að taka með í dæmið að mikill þrýstingur getur orðið á holutopp, og þess vegna þarf að sjá svo til að fóðurrör sé nægilega langt og vel steypt við holuveggi að holu toppur þoli þrýstinginn. Einnig þarf steypta fóðurrörið að ná svo langt niður að bergið sjálft standist þrýstinginn og ekki sé hætta á að gufan ryðjist út utan með rörinu.

Jarðbor – Demantskróna og útbúnaður til kjarnatöku. Kjarninn er tekinn í bútum til yfirborðs með því að draga upp innri kjarnakörfu til yfirborðs.

Jarðhitaboranir eru allflókin tæknileg aðgerð þar sem mestu máli skiptir að allir þættir vinni samtímis eins og til er ætlast. Þessi tækni hefur um langan tíma þróast hér á Íslandi, og hafa þar skapast ýmsar séríslenskar aðferðir.

ÁRANGUR JARÐHITABORANA
Ekki þarf að fara í grafgötur með það að árangur jarðhitaborana á Íslandi hefur verið mikill og hagnaður þjóðfélagsins af þessari starfsemi allverulegur. Ef leggja á talnalegt mat á þennan árangur, kemur oft til hlutlægt mat við hvað skuli miða í slíkum samanburði.
Oft eru gæði jarðvarmanýtingar á Íslandi metin til þess sparnaðar í gjaldeyri sem þessi nýting skapar miðað við innflutning á oliu. Þetta er tiltölulega einfalt reikningsdæmi og kemur út úr því að miðað við verðlag í janúar 1980 er sparnaður þjóðarinnar vegna jarðhitanýtingar um 50 milljarðar króna á ári samanborið við olíuhitun. Þetta er mikil fjárhæð eða um sjöundi hluti af áætluðum útgjöldum ríkisins á árinu 1980.

Jarðboranir – Stærðarhlutföll og mesta bordýpt þeirra bora, sem nú (1981) eru notaðir við jarðhitaboranir.

Öryggi fyrir efnahagslífið er mikið. Þetta atriði verður ekki metið til fjár hér en aðeins bent á að þeim mun minna sem þjóðin er háð alþjóðlegum sviptingum í orkumálum þeim munbetra. Hækkun orkuverðs á síðasta áratug hefur haft mjög miklar afleiðingar á efnahagslíf margra þjóða, og ekki er að vænta að mikil breyting verði þar á í fyrirsjáanlegri framtíð.
Orkunotkun er svo snar þáttur í nútíma þjóðfélagi, að skiptir sköpum fyrir fjárhagslega afkomu. Því verður erfiðlega metið til fjár það öryggi sem er því samfara að ráða yfir a. m. k. hluta þeirra orkulinda sem nýttar eru í þjóðfélaginu.“

Jarðhitarannsóknir á Krýsuvíkursvæðinu eiga sér langa sögu og má rekja fyrstu skráðu könnunina allt aftur til ársins 1756 þegar gerðar voru rannsóknir á hverum og leirpottum í Krýsuvík, sem teljast meðal fyrstu vísindalegu jarðfræðirannsókna á Íslandi.

Krýsuvík – hugmynd að „Krýsuvíkurhóteli“ – Morgunblaðið 10. maí 1984.

Í gegnum árin hafa síðan farið fram margvíslegar rannsóknir og boranir á svæðinu. Á árunum 1941–1951 voru boraðar fjölmargar grunnar holur í nágrenni Krýsuvíkur með það að markmiði að afla gufu til rafmagnsframleiðslu fyrir Hafnarfjörð og höfuðborgarsvæðið. Borholurnar leiddu í ljós jarðhita en ekki í nægjanlegu miklu magni til að hefja raforkuframleiðslu á þeim tíma. Holurnar þóttu samt gagnlegar sem undanfari frekari rannsókna síðar. Auk nýtingar jarðhitans í Krýsuvík hafa í gegnum tíðna komið fram ýmsar hugmyndir um nýtingu svæðisins, s.s. saltvinnslu með jarðvarman að vopni, heilsulind, hótelbyggingu og gerð golfvallar, svo eitthvað sé nefnt.

Heimild:
-Náttúrufræðingurinn, 3.-4. tbl. 1981, „Borun eftir jarðhita og rannsóknir á borholum“, Valgarður Stefánsson, bls. 250-270.

Krýsuvík – jarðbor HS-Orku í Krýsuvík undir Hettu árið 2025. Fleiri rannsóknarholur eru fyrirhugaðar í Krýsuvík í yfirstandandi rannsóknaráfanga en fjöldi þeirra og staðsetningar mun helgast að nokkru leyti af þeim niðurstöðum sem fást úr fyrstu rannsóknarboruninni við Sveifluháls.