DE10159311B4 - In-situ Verdampfung - Google Patents

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    • E21B43/261—Separate steps of (1) cementing, plugging or consolidating and (2) fracturing or attacking the formation

Abstract

Verfahren zur Förderung von Heißdampf, Thermalwasser, Erdöl, oder Erdgas aus Bohrlöchern mit einem Futterrohr (4) und einer den Außenraum um das Futterrohr (4) vom unteren Bohrlochraum (3) druckdicht trennenden Drucksperre (10), gekennzeichnet durch die Schritte:
a) Setzen eines Druckverschlusses (2) innerhalb des Futterrohres (4) für eine Drucktrennung zwischen unterem Bohrlochraum (3) und einem oberhalb des Verschlusses liegenden Durchflussraum (1) innerhalb des Futterrohres (4),
b) Entfernen eines überwiegenden Teils der Flüssigkeitssäule aus dem Durchflussraum (1) oberhalb des Druckverschlusses (2);
c) Öffnen des Druckverschlusses (2), wobei eine Druckdifferenz im unteren Bohrlochraum (3) wirksam wird;
d) Fördern des Heißdampfs, Thermalwassers, Erdöls, oder Erdgases durch den Durchflussraum (1).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Nutzbarmachung gewünschter geoproduktiver Potentiale aus Bohrlöchern mit einem Futterrohr und einer den Außenraum um das Futterrohr vom unteren Bohrlochraum druckdicht trennenden Drucksperre, enthaltend den Schritt, ein Druckgefälle von dem den unteren Bohrlochraum umgebenden Gesteinsraum zum unteren Bohrlochraum aufzubauen, der die geoproduktiven Potentiale nutzbar macht.
  • Ein Beispiel aus dem Stand der Technik für ein eingangs genanntes Verfahren ist in US Patent 5,085,276 von Rivas offenbart. Rivas beschreibt die Ölförderung aus gering permeablen Gesteinsschichten durch sequentielle Rissbildung durch Dampf. Es wird berichtet, dass das Aufheizen von Formationswasser und seine Umwandlung von einer flüssigen in eine gasförmige Phase durch Verringerung des Druckes im Bohrloch eine bedeutend erhöhte Ölfördermenge aus der Gesteinsformation zum Bohrloch hin produziert. Dabei wird der Druck im Bohrloch durch Pumpen vermindert.
  • Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die positiven Effekte im Hinblick auf eine Erhöhung der Förderrate nur begrenzt sind, weil durch die in das Bohrloch eingebrachten Pumpen nur ein relativ geringer Unterdruck erzeugt werden kann.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zur Aufrechterhaltung des Druckgefälles immer eine separate Pumpleistung notwendig ist. Fällt diese aus, so vermindert sich das Druckgefälle und die Förderrate sinkt. Der Bohrlochraum füllt sich dann mit Geofluiden, wie etwa Wasser und Öl. Soll das Druckgefälle wieder vergrößert werden, so muss der Bohrlochraum wieder im Wesentlichen entleert werden. Dies ist eine zeit- und kostenträchtige Arbeit.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das eingangs genannte Verfahren weiter zu verbessern, um die bereits bekannten positiven Wirkungen weiter erhöhen zu können, und um das Verfahren auch zur Nutzbarmachung von anderen geoproduktiven Potentialen, wie der Förderung von Heißdampf oder anderen Geofluiden, wie etwa Thermalwasser, Thermalsole, Erdöl, Erdgas oder anderen Rohstoffen, beispielsweise Methanhydraten, zugänglich zu machen.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Der Gegenstand des Anspruchs 1 löst diese Aufgabe. Die Gegenstände weiterer verfahrensbezogener Nebenansprüche sind auf wirtschaftlich verwertbare Handlungen gerichtet, die sich unmittelbar an das Verfahren gemäß Anspruch 1 anschliessen, und dessen Durchführung voraussetzen.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
  • Im folgenden werden einige Begriffserklärungen gegeben, die im Zusammenhang mit der Formulierung der Patentansprüche relevant sind:
  • "Geoproduktive Potentiale":
  • Allgemein werden in der vorliegenden Patentanmeldung darunter:
    • – stoffliche Substanzen aus der Erde selbst verstanden, wie gasförmige oder flüssige Geofluide, also Heißdampf, insbesondere wässriger Heißdampf, Thermalwasser, Thermalsole, Erdöl, Erdgas oder andere zunächst in fester Form vorliegende Rohstoffe, wie etwa Methanhydrate, oder und in Kombination miteinander auch
    • – physikalische und/oder chemische Prozesse in den Gesteinsschichten, wie etwa Rissbildung zur Permeabilitätssteigerung oder zusätzliche Hohlraumbildung zu Erhöhung der Porosität von Gestein im Einzugsbereich der Bohrung, die durch eine vorzugsweise plötzlich stattfindende Wirkung des eingeleiteten niedrigen Drucks und der damit vorhandenen Druckdifferenz zum vorhandenen geostatischen Druck unmittelbar oder mittelbar verursacht werden.
  • Die Geofluide können insbesondere Fluide, etwa Thermalwasser, Thermalsole im Gesteinsraum sein, die unter hohem Druck und unter hoher Temperatur stehend durch die Wirkung der eingebrachten Druckdifferenz verdampfen, und als Heißdampf oder Mehrphasengemisch durch das Bohrloch nach oben strömen und dort technisch weiterbearbeitet werden, um wirtschaftlichen Erfolg zu erzielen, etwa zur Gewinnung von elektrischer Energie oder Prozesswärme aus dem Heißdampf oder zur Produktion und Weiterverarbeitung des nach oben strömenden Mediums selbst.
  • "Unterer Bohrlochraum":
  • Darunter soll derjenige freiwandige Raum des Bohrlochs verstanden werden, der unterhalb des unteren Ende des Futterrohres liegt und im wesentlichen als Einfallsfläche für die Fluide, wie Dampf oder Erdöl, Erdgas, etc., in das Bohrloch hinein zu deren Ableitung übertage und dortigen Nutzbarmachung in Frage kommt. Darunter kann aber auch ein Bereich des Futterrohrs und dessen Umgebung verstanden werden, das wie im Stand der Technik bekannt, perforiert wurde, um genügend Eintragsfläche für die Fluide zu besitzen. Denn das Prinzip der Erfindung ist auch für solche Situationen anwendbar.
  • Gemäß ihrem breitesten Aspekt wird gemäß der Erfindung ein Verfahren offenbart zur Nutzbarmachung gewünschter geoproduktiver Potentiale aus Bohrlöchern mit einem Futterrohr und einer den Außenraum um das Futterrohr vom unteren Bohrlochraum druckdicht trennenden Drucksperre, wie beispielsweise der Zementierung des Futterrohres, enthaltend den Schritt, ein Druckgefälle von dem den unteren Bohrlochraum umgebenden Gesteinsraum zum unteren Bohrlochraum aufzubauen, der die geoproduktiven Potentiale nutzbar macht.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte enthält:
    • a) Setzen eines Druckverschlusses für eine Drucktrennung zwischen unterem Bohrlochraum und einem oberhalb des Verschlusses liegenden Durchflussraum innerhalb des Futterrohres,
    • b) Einbringen eines Wirkdruckes wenigstens in Teile des Durchflussraumes, und
    • c) Einbringen des Wirkdruckes in den unteren Bohrlochraum, wobei der Wirkdruck wenigstens um so viel niedriger ist als der vorher dort vorhandene Druck, dass die sich einstellende Druckdifferenz geeignet ist zur Herbeiführung von physikalischen und/oder chemischen Prozessen im unteren Bohrlochraum und/oder in den diesen umgebenden Gesteinsschichten, die die gewünschten geoproduktiven Potentiale nutzbar machen.
  • Dabei wird das Einbringen des Wirkdruckes durch Öffnen oder Zerstören des vorher innerhalb des Futterrohres gesetzten Druckverschlusses erzielt, nachdem der oberhalb des Verschlusses liegende Durchflussraum zumindest größtenteils entleert wurde.
  • In einer sehr einfachen Form kann ein Druckverschluss im Sinne der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Bohrung bis zur gewünschten Endteufe durch ein zementiertes Futterrohr verrohrt ist, und der unterste Bohrlochbereich dann mit einem ausreichend bemessenen Verschluss versehen wird, der den oberen Durchflussraum vom unteren Bohrlochraum trennt.
  • Danach wird das in der Bohrung stehende Wasser möglichst weitgehend entfernt. Wenn das Bohrloch noch mit Bohrspülung gefüllt ist, sollte diese günstiger Weise vorher durch Wasser ersetzt worden sein.
  • Im Falle der Nutzung des Futterrohrs selbst als Durchflussraum kann der Druckverschluss beispielsweise eine Aufzementierung am unteren Ende des Futterrohres sein, und der Wirkdruck kann auch nach Entleerung des Futterrohres durch Perforation des Futterrohres eingebracht werden.
  • Das allgemeine Wirkungsprinzip der vorliegenden Erfindung wird wie folgt erläutert:
    Die vorliegende Erfindung beruht auf der Möglichkeit, über konventionell niedergebrachte Bohrungen, und insbesondere Tiefbohrungen, sehr unterschiedliche Druckbereiche mittels einer ausreichend druck- und temperaturbeständigen Rohrleitung zu verbinden, indem der vorgenannte Druckverschluss kontrolliert geöffnet wird. Der Druckverschluss befindet sich je nach Größe des herzustellenden Druckgefälles und der damit beabsichtigten technisch ausnutzbaren Wirkungen an einer vorgegebenen Stelle des Bohrlochraums. Soll das Druckgefälle groß sein, so befindet sich der Druckverschluss möglichst weit unten im Bohrloch, und zwar innerhalb des Futterrohres, dessen Außenraum seinerseits beispielsweise durch eine Zementierung ausreichend abgedichtet ist.
  • Durch das Öffnen des Druckverschlusses wird also ein relativ niedriger Wirkdruck in den unteren Bohrlochraum eingebracht, insbesondere atmosphärischer Druck, wodurch schlagartig ein Druckausgleich zwischen dem relativ hohen Druck der tiefliegenden Gesteinsschichten und dem Atmosphärendruck stattfindet.
  • Da der geostatische Druck etwa pro 1000 Metern Tiefe um 100 Bar zunimmt (1 Bar entspricht etwa 1,013·105 Pa), ergeben sich je nach Tiefe der Bohrung plötzlich einsetzende Druckgefälle von enormer Höhe, beispielsweise 400 Bar im Moment des Öffnens am Druckverschluss. Die unmittelbar nach Öffnen des Verschlusses einsetzenden physikalischen Prozesse haben das Bestreben, ein Druckgleichgewicht herzustellen. Da diese Prozesse gegebenenfalls im Hochdruckbereich in mehreren Kilometern Tiefe ablaufen, wo primär ein sehr hoher Druck herrscht, setzt sich je nach Permeabilität des Gesteins die plötzliche Druckerniedrigung in den Gesteinsraum wellenförmig weiter oder weniger weit fort, je nachdem wie permeabel das Gestein ist. Wenn das Druckgefälle groß genug ist, setzt als Folge des plötzlichen Öffnens sogar künstlich provozierte Rissbildung ein, die man im Stand der Technik (fracturing) bislang nur umgekehrt erzeugen konnte, nämlich durch Einbringen von Überdruck. Dabei werden im Stand der Technik bis etwa 1000 Bar Druck erzeugt.
  • Auf Grund des plötzlich einsetzenden niedrigen Drucks wandelt sich ausreichend heißes Formationswasser schlagartig in Dampf um und kann insbe sondere in solchen Gesteinsformationen, die für Gas wesentlich permeabler sind als für Flüssigkeit in hoher Geschwindigkeit die Formation verlassen und durch den unteren Bohrlochraum und den anschließenden Durchflussraum nach oben transportiert werden. Dort kann der Heißdampf dann wirtschaftlich verwertet werden, insbesondere zur Erzeugung von Strom oder zur Erzeugung von Prozesswärme beziehungsweise Fernwärme.
  • In solchen Formationen, in denen bereits eine gasförmige Phase vorhanden ist, kann diese durch die zusätzlich erfolgte Rissbildung mit größerer Förderrate gefördert werden. In Formationen, in denen relativ leicht dissoziierbare, feste Stoffe vorliegen, kann durch die plötzliche Druckerniedrigung Dissoziation einsetzen und ein gewünschter Förderstoff freigesetzt werden. Dies ist beispielsweise bei Methanhydraten der Fall, bei denen Methan frei wird und Wasser entweder in Form von Eis oder flüssigem Wasser bestehen bleibt.
  • In Folge des kontinuierlichen Entweichens der gasförmigen Phase aus dem Gesteinsraum stellt sich erst nach gewisser, oftmals längerer Zeit ein Druckgleichgewicht wieder ein. Dies ist dann der Fall, wenn im tiefen Gesteinsraum der Weg für die durch Druckentlastung freigesetzten Gase zum Bohrloch zu weit und damit der Druckabfall zu groß wird, also keine weitere druckabhängige Verdampfung abläuft. Für eine wirtschaftliche Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet für die Förderung von Heißdampf sollte der Zeitraum genügend lang sein, damit eine entsprechende Menge von Heißdampf kontinuierlich gefördert werden kann.
  • Im speziellen Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung zur Erzielung einer erhöhten Fließrate von Erdöl aus gering permeablen Trägergesteinen kann das in den unteren Bohrlochraum eintretende Öl abgepumpt werden, um das Druckgefälle möglichst lange aufrecht zu erhalten.
  • Die im Patentanspruch 1 genannten geoproduktiven Potentiale werden also gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert nutzbar gemacht. Die Nutzbarmachung dieser geoproduktiven Potentiale umfasst insbesondere folgende vier Anwendungsgebiete:
    • 1. Die Erzeugung von Dampf in tiefliegenden, heißen Gesteinseinheiten, auf die auch als "In-Situ-Verdampfung" Bezug genommen wird. Dabei werden wässrige Fluide, wie sie in der Natur vorkommen, in Mischung befindlich mit anderen Stoffen, insbesondere Salzen, durch die sehr rasch und stark erfolgende Druckverminderung von ihrer flüssigen Phase in eine Gasphase umgewandelt und durch den unteren Bohrlochraum und den darüber liegenden Durchflussraum nach oben gefördert.
    • 2. Die Erzeugung von Rissen im Gestein (Fracturing) durch das erwähnte, vom Gesteinsraum zum Bohrlochraum gerichtete, und ggf. plötzlich auftretende Druckgefälle.
    • 3. Die Verbesserung des Fließverhaltens von Erdöl und Erhöhung der Erdölproduktion in gering-permeablen Erdöl-Trägergesteinen, und
    • 4. die Freisetzung von Methan aus Methanhydraten in Meeresablagerungen und in der Permafrostzone.
  • Die ersten drei der vorgenannten Anwendungsgebiete sind sämtlich besonders bevorzugt und mit großer Wirkung anwendbar in tiefen Bohrlochbereichen. Der Kern der Erfindung liegt also darin, dass die herbeigeführte Druckverminderung tatsächlich so groß ausfallen kann, dass sämtliche vier der vorher genannten Anwendungsgebiete zum Tragen kommen und von der Erfindung profitieren können. Je nach Anwendungsgebiet ergeben sich unterschiedliche Vorteile zu den Verfahren, wie sie jeweils im Stand der Technik existieren.
  • Im Folgenden werden die wesentlichen Voraussetzungen zum Einsatz des erfinderischen Verfahrens und die Vorteile spezifisch für die jeweiligen Anwendungsgebiete beschrieben:
  • Zu 1. Dampferzeugung:
  • Um erfolgreich eingesetzt werden zu können, sollten zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens spezielle, dem Fachmann wohlbekannte, gesteinsphysikalische Bedingungen erfüllt sein, die speziell das Porenvo lumen, die Gesteinstemperatur und das Fließverhalten von Flüssigkeiten und Gasen im betreffenden Gestein betreffen: Je nach vorhandener Bohrungstiefe sollte insbesondere die Lagerstättentemperatur ausreichend hoch sein, und die Gesteine sollten einen ausreichend hohen Fließwiderstand für die flüssige Phase und einen relativ geringen Fließwiderstand für die Gasphase aufweisen. Insbesondere sollte die Grenzfläche zwischen fester und flüssiger Phase (Wärmetauschfläche) im Gesteinsraum in einem solchen Größenverhältnis zum jeweils verfügbaren Flüssigkeitsvolumen stehen, dass eine rasche Verdampfung gewährleistet ist. Bei vermehrtem Eintritt von flüssiger Phase in den unteren Bohrlochraum nach Öffnen des Druckverschlusses kann jedoch durch gleichzeitiges Abpumpen der flüssigen Phase versucht werden, das erfindungsgemäß vorliegende große Druckgefälle möglichst lange aufrecht zu erhalten. Besonders bevorzugt ist das Verfahren einsetzbar bei hochtemperierten Gesteinsbereichen mit geringer Fluidproduktion, die für die im Stand der Technik bekannten Verfahren der geothermischen Energiegewinnung deshalb wirtschaftlich uninteressant sind. Diese können dann nur auf Grund der Anwendung der Erfindung wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden.
  • Damit ist erstmals durch die vorliegende Erfindung eine untertägige Erzeugung und Förderung von Wasserdampf auch aus solchen Gebieten möglich, in denen keine Naturdampflagerstätten vorkommen. In bevorzugter Weise eignen sich Gesteinsschichten mit relativ hoher Temperatur, also beispielsweise vulkanische aktive Gebiete, jedoch auch nichtvulkanische Gebiete, die über entsprechend tiefe Bohrungen ausbeutbar sind.
  • Zu 2. Rissbildungsverfahren:
  • Gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Rissbildung (Fracturing), die sämtlich auf dem gleichen übergeordneten Prinzip des Einpressens von Fluiden, Gasen und Gelen mit Stützmitteln unter sehr hohen Drucken beruhen, mit Kräften, die vom Bohrloch aus in den Gesteinsverband gerichtet wirken und die mechanische Festigkeit des Gesteins unter Rissbildung zerstören, unterscheidet sich das Rissbildungsverfahren der vorliegenden Erfindung dadurch, dass gerade mit extrem niedrigem Druck gearbeitet wird. Es wird also ein Druckgefälle in umgekehrter Richtung realisiert.
  • Das der vorliegenden Erfindung gemäß diesem Teilaspekt nächstkommende Dokument des Standes der Technik ist die US Patentschrift 5,085,276, deren Offenbarung und Nachteile im Verhältnis zur vorliegenden Erfindung bereits weiter oben diskutiert wurden.
  • Zu 3. Verbesserung des Fließverhaltens von Erdöl:
  • Im Stand der Technik bekannte Verfahren wenden die oben erwähnte Fracturing-Methode an, um eine verbesserte Rissbildung in den Zielhorizonten zu erreichen, um damit die Permeabilität des Gesteins zu erhöhen und um auf diese Weise das Fließverhalten von Erdöl zu verbessern. Sinngemäß gilt dasselbe für die Förderung von Erdgas.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das ggf. schlagartige Einbringen des Wirkdrucks eine Rissbildung in den Gesteinsschichten des Zielhorizonts erreicht werden, wodurch die Permeabilität und damit im Allgemeinen auch die Förderrate gesteigert wird. Dabei kann vom erfinderischen Prinzip in doppelter Hinsicht profitiert werden: zum einen auf Grund der Rissbildung, zum anderen auf Grund des angelegten Druckgefälles in Richtung Bohrloch, was die natürliche Förderrichtung für das Geofluid (etwa Erdöl) unterstützt. Hierin ist ein entscheidender Vorteil zum Stand der Technik zu sehen, bei dem das beim Fracturing verwendete Druckgefälle genau in entgegengesetzter und damit "falscher" Richtung eingesetzt wird.
  • Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren in seiner Grundform an die verbesserte Förderung von Erdöl oder Erdgas dadurch angepasst werden, dass das durch die ausgelöste Rissbildung zusätzlich in den unteren Bohrlochraum eintretende Fluid durch eine gesondert angebrachte Pumpleitung zutage gefördert wird, wodurch die Steighöhe der Ölsäule im Bohrloch gering gehalten wird, damit die Wirkung des geringen, atmosphärischen Drucks auch über längere Zeit aufrecht erhalten werden kann. Darüber hinaus kann in ausreichend heißen Erdölträgergesteinen eine genügend hohe Druckentlastung das im Erdöl gegebenenfalls vorhandene flüssige Wasser in Dampf umwandeln und das Fließverhalten des Erdöls sowie den Entölungsgrad im ausgebeuteten Gestein verbessern.
  • Zu 4. Freisetzung von Methan aus Methanhydraten:
  • Über die erfindungsgemäße Herbeileitung von atmosphärischem Druck in tiefere Erdschichten lässt sich grundsätzlich auch Methan aus den so genannten Methanhydraten gewinnen, wenn sie in solchen Erdschichten vorhanden sind. Die Methanhydrate kommen als kristalline, eisähnliche Akkumulationen in Meeresablagerungen und in der Permafrostzone der arktischen Gebiete vor. Sie sind nur unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen stabil, etwa bei 10 Bar Druck nur, wenn die Temperatur weniger als –12 Grad Celsius beträgt (261 Kelvin) oder bei 1000 bar Druck bis circa 30 Grad Celsius (303 Kelvin). Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Förderung von Methan aus Methanhydraten basieren auf der Grundlage, die Temperatur der Methanhydratlagerstätte zu erhöhen, um die Stabilitätsgrenze für das Methanhydrat zu überwinden, und das Methan in Form von Gas aus dem Methanhydrat abzuspalten. Dies ist eine unwirtschaftliche Methode, da relativ viel Wärmeenergie zur Lagerstätte gebracht werden muss. Dies ist relativ energie- und kostenaufwendig, insbesondere in Anbetracht der relativ geringen Energiedichte des Methanhydrates. Eine alternative Nutzung ist in der physischen Förderung des Methanhydrates beispielsweise vom Meeresgrund zu erkennen, dies ist jedoch auch teuer und oft mit Umweltschäden verbunden.
  • Hier geht die vorliegende Erfindung einen völlig neuen Weg, indem sie nicht die Temperatur, sondern den Druck verändert, um den Stabilitätsbereich für das Methanhydrat zu verlassen und Dissoziation auszulösen.
  • In Anbetracht der geringen Energiedichte von Methanhydrat von etwa 18 relativ zu verflüssigtem Erdgas müssen hier bei der Anwendung von wirtschaftlichen Fördermethoden besonders strenge Wirtschaftlichkeitskriterien angelegt werden. Hier kann die vorliegende Erfindung einen wertvollen Beitrag liefern, weil sie in hohem Maße die Kosten senkt, wenn der Phasenübergang von Methanhydrat in Methan und Wassereis durch die erfindungsgemäße Druckentlastung erfolgt. Auch unter ökologischen Gesichtspunkten bietet dieses Verfahren erhebliche Vorteile gegenüber der Förderung von Methanhydrat vom Meeresboden aus.
  • Die allen vier vorgenannten Anwendungsgebieten gemeinsame Idee der vorliegenden Erfindung nutzt also die physikalische Tatsache aus, dass gewisse Aggregatzustände und Stoff-Modifikationen nur unter bestimmten Druck-Temperatur-Bereichen stabil sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Stabilität aufgebrochen und so das zugehörige geoproduktive Potential freigesetzt, wie es oben beschrieben wurde. Im speziellen und bevorzugten Anwendungsfall der geothermischen Anwendung bringt die schnelle Herabsetzung des Drucks im tiefen und heißen Gesteinsraum mittels der Heranführung und Wirksammachung von atmosphärischem Druck als Niederdruckquelle die dort unter hohem Druck stehenden heißen Thermalwässer beziehungsweise Thermalsole zum Verdampfen, ohne dass dabei Energie zugeführt werden müsste. Der Verdampfungsprozess kann daher in gewisser Hinsicht als "endotherm" oder autonom bezeichnet werden, da er oftmals ohne Zufuhr von äußerer Energie abläuft und seine Energie aus den im tiefen und heissen Gesteinsraum vorherrschenden Bedingungen holt.
  • Dieser Verdampfungsprozess dauert so lange an, wie der entstehende Wasserdampf durch die vorhandene Rohrleitung abströmen kann.
  • Die Druckerniedrigung zur Förderung von Methan aus Methanhydraten setzt Methan und Wasser frei, letzteres je nach Temperatur in flüssiger oder fester Form von Eis. Auch dieser Vorgang kann als endotherm bezeichnet werden, da er, wenn er einmal ausgelöst ist, von selbst weiterläuft, ohne dass er eine weitere Energiezufuhr von außen benötigt. Um die Förderung wirtschaftlich zu gestalten, bietet es sich an, einen Förderprozess möglichst dadurch zu unterstützen, dass das Druckgefälle während des gesamten Förderprozesses aufrechterhalten wird. Dies kann beispielsweise durch Einschalten zusätzlicher Pumpen zum Absaugen des zu fördernden Geofluides geschehen. In Bezug auf die verbesserte Förderung von Erdöl kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise auch zur Förderung von Öl aus geringpermeablen Ölträgergesteinen eingesetzt werden.
  • Des weiteren lassen sich unter geeigneten geologischen Bedingungen Risse im geringpermeablen Gestein erzeugen, die eine nachfolgende hydrogeothermische Nutzung der Thermalwässer beziehungsweise der Thermalsole er möglichen, gerade auch in solchen Bereichen, die zuvor mittels einer erfindungsgemäßen In-Situ-Verdampfung genutzt worden sind.
  • BEVORZUGTE MERKMALE DER ERFINDUNG
  • In weiter bevorzugter Ausbildung des Verfahrens kann der Druckverschluss plötzlich geöffnet werden, was zur Folge hat, dass eine besonders abrupte Druckänderung entsteht, die eine besonders ausgeprägte Rissbildung mit besonders großer Permeabilitätserhöhung bewirken kann.
  • In bevorzugter Weise wird das Anbringen des Druckverschlusses kombiniert mit dem Einführen des Produktionsrohres in die vollständig verrohrte Bohrung: danach enthält das erfinderische Verfahren folgende Schritte:
    • a) vorbereitendes Setzen wenigstens eines äußeren Druckverschlusses zum druckdichten Trennen des Außenraumes um ein Produktionsrohr, vorzugsweise zum Futterrohr hin, vom unteren Bohrlochraum,
    • b) Einführen des Produktionsrohres in den Bohrlochraum, wobei dieses in seinem unteren Bereich mit einem druckdichten, als Druckverschluss dienenden Innenverschluss verschlossen ausgeführt ist, wobei Wasser oder Spülflüssigkeit durch den Ringraum nach oben herausgedrückt wird,
    • c) Aktivieren des äußeren Druckverschlusses, wobei in optionaler Weise der Ringraum um das Produktionsrohr entleert wird,
    • d) Öffnen des Innenverschlusses des Produktionsrohrs, und
    • e) Nutzen des Innenraums des Produktionsrohrs als Durchflussraum im oben genannten Sinne.
  • Dabei ist der äußere Druckverschluss ein Ringpacker aus einem hochdruckfesten und hochtemperaturfesten Material. Zur Anwendung können hierfür teflonbeschichtete Ringpacker oder Metallpacker kommen, die ausreichend weich und flexibel ausgeführt sind, um eine adäquate Druckdichtigkeit zu bilden, wenn sie – wie im Stand der Technik üblich – zum Aktivieren unter Druck mit einem Füllmaterial, wie etwa Flüssigzement, angefüllt werden. Dabei kann in vorteilhafter Weise auch das Produktionsrohr mit einem oder mehreren an dessen unteren Ende versehenen Ringpacker(n) in das Futterrohr eingeführt werden, um die vorgenannten Schritte a) und b) zu kombinieren. Er sollte dabei nicht aktiviert sein, dass heißt im unaufgeblasenen Zustand sein, damit das Wasser oder gegebenenfalls vorhandene Spülflüssigkeit nach oben aus dem verrohrten Bohrlochraum verdrängt werden kann, wenn das Produktionsrohr mit verschlossenem unteren Ende in den Bohrlochraum eingeführt wird. Der vorgenannte Innenverschluss sollte eine ausreichende Druck- und Temperaturfestigkeit haben, um den physikalischen Gegebenheiten in Zielteufe widerstehen zu können. In bevorzugter Weise kann er Keramikanteile enthalten. Ein Keramikverschluss besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass er durch Schlag von oben relativ sicher zerstörbar ist, da Keramik bekanntlich leicht springt. Der Verschluss kann in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein, dass er eine nach unten konvexe Form aufweist, den gesamten Innenquerschnitt des Produktionsrohres verschließt und gegebenenfalls zusätzlich mit einem Schutzkörper versehen ist, der ein unbeabsichtigtes Zerstören des Innenverschlusses durch mechanische Beschädigungen beim Einlassen des Produktionsrohrs in das Futterrohr verhindern kann.
  • Alternativ oder in Kombination mit dem (den) oben erwähnten Ringpacker(n) als äußerem Druckverschluss zwischen Produktionsrohr und Futterrohr kann auch in bevorzugter Weise der Endabschnitt des Produktionsrohres mit einem Gewindestück versehen sein, das zu einem entsprechenden Gewindestück passt, das im Endabschnitt des Futterrohrs mit diesem druckfest verbunden, etwa verschweißt vorgesehen ist. Dann kann das Produktionsrohr mit dem Futterrohr in Zielteufe verschraubt werden, wodurch der Ringraum zuverlässig verschlossen wird. Dies hat darüber hinaus noch den Vorteil, dass der Verschluss auch wieder gelöst werden kann, falls dies aus irgendeinem Grund erforderlich werden sollte. In vorteilhafter Weise besitzen die Gleitflächen der Gewindewindungen eine geeignete Gleitbeschichtung, etwa aus Teflon, die das zum Drehen erforderliche Drehmoment vermindert und günstigenfalls noch zusätzliche Dichteigenschaften bietet. Alternativ dazu könnte auch die Form der beiden Endab schnitte von Futterrohr und Produktionsrohr durch vorgewählte Formgebung so ausgebildet sein, dass sich ein Formschluss ergibt, der über entsprechenden Druck auch die erforderliche Dichtigkeit aufweist. Auch hier kann eine zusätzliche Beschichtung insbesondere des Produktionsrohrs mit einem weichen, temperaturfesten Material, beispielsweise Molybdänsulfid versehen sein, um zusätzliche Dichteigenschaften zu gewährleisten.
  • In weiter bevorzugter Ausführung wird der vorerwähnte Druckverschluss dadurch zerstört, dass ein Fallkörper mit vorgegebenem Gewicht und vorgegebener Form vom Übertageende der Bohrung aus abgeworfen werden.
  • In weiter bevorzugter Weise wird der untere Bohrlochraum, dessen Wandbereich als Eintrittsfläche für die zu fördernden Geofluide dient, zumindest zum Teil mit einer Kiespackung gefüllt, die sehr hohe Permeabilität besitzt und sonst eventuell dort vorhandenes Wasser verdrängt. Dies hat den Vorteil, dass die eintretende Dampfphase kein oder nur relativ wenig Wasser mit hochreißt, wodurch verfrühte Kondensatbildung an den Rändern von Produktionsrohr beziehungsweise Casing verhindert wird.
  • In weiter bevorzugter Ausführung des erfinderischen Verfahrens wird der Ringraum um das Produktionsrohr möglichst wenig thermisch leitfähig gemacht, um möglichst wenig Wärmeinhalt des zu fördernden Geofluids insbesondere im Falle von Heißdampf durch die Rohrwandung nach außen treten zu lassen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eventuell dort vorhandenes Wasser oder Spülflüssigkeit entfernt und durch Luft oder Inertgas, z.B. Stickstoff ersetzt wird, da Gase unter Normaldruck nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die kurzzeitige Verdampfung von Wasser aus relativ niedrig temperierten Gesteinen verwendet werden, wenn die thermische Isolation des Produktionsrohrs und/oder dessen Länge so bemessen ist, dass Dampf von ausreichender Temperatur am oberen Bohrlochende ankommt. Es kann auch mit im Stand der Technik bekannten Verfahren, wie beispielsweise dem Hot Dry Rock-Verfahren oder bei der Verdampfung von vorher künstlich in heißes Gestein eingepresstem Süßwasser, oder bei der verbesserten Förderung von Erdöl in Verbindung mit der Injektion von Heißwasser oder Heißdampf oder in Erdgas, wie etwa Stick stoff oder Kohlendioxid oder von Polymeren und Tensiden eingesetzt werden. Prinzipiell eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Erhöhung von Porosität und Permeabilität zum Zwecke einer In-Situ-Laugung von Metallerz-Lagerstätten.
  • In weiter, besonders bevorzugter Weise werden erfindungsgemäß auch reversibel betätigbare Innenverschlüsse vorgesehen. Diese haben insbesondere bei der Förderung von Heißdampf den Vorteil, dass eine Bohrung leicht auf die Wirtschaftlichkeit zur Heißdampfproduktion getestet werden kann, wobei nach Beenden eines Tests der Dampfstrom wieder gestoppt werden kann, wobei sich kaum Wasser im Bohrloch ansammelt, wenn der Verschluss sehr weit unten im Bohrloch befindet. Ausserdem können solche reversiblen Verschlüsse auch zur Steuerung der Fliessrate des Dampfstroms verwendet werden. Ein relativ einfach und zuverlässig wiederverschließbarer und zu öffnender Verschluss wird beispielsweise auch dann gebraucht, wenn das Förderrohr bestimmten Servicearbeiten unterzogen werden muss, um beispielsweise Ablagerungen zu entfernen (sogenanntes Reaming). In einem solchen Fall muss das Produktionsrohr 7 nicht erst umständlich ausgebaut und nach Durchführung der Reinigungsarbeiten wieder erneut eingebaut werden. Dies spart Kosten und Zeit.
    •
  • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Skizze in vereinfachter Form zur Illustration des Grundkonzepts der vorliegenden Erfindung;
  • 2, 2A eine Schemazeichnung, die einen das Futterrohr innen verschließenden Druckverschluss zeigt;
  • 3 eine Schemazeichnung, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei von links nach rechts verschiedene Zustände während des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt sind, wobei als Durchflussraum ein im Innern des Futterrohrs liegendes Produktionsrohr verwendet wird;
  • 4 eine Schemazeichnung mit Kiespackung im unteren Bohrlochraum, passend zum Ausführungsbeispiel in 3, wobei ein Fallgewicht kurz vor der Zerstörung des inneren Druckverschlusses dargestellt ist;
  • 5 eine Schemazeichnung im Anschluss an 4, die die Wirkung des plötzlichen Öffnens des Verschlusses unmittelbar im Bereich der Bohrung veranschaulicht;
  • 6 die Wirkung in Fortsetzung von 5 im weiteren Umgebungsbereich des unteren Bohrlochraums veranschaulicht;
  • 7 eine Schemaquerschnittsdarstellung durch einen Sandstein darstellt;
  • 8 eine ausschnittsweise Vergrößerung von 7 zur Darstellung der zu erwartenden Effekte nach dem Einsetzen der In-Situ-Verdampfung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine Schemazeichnung für ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Futterrohr direkt für die Dampfproduktion verwendet wird;
  • 10 eine Schemazeichnung zur Veranschaulichung eines alternativen Innenverschlusses zu dem Innenverschluss, wie er im Ausführungsbeispiel von 3 gezeigt ist, und
  • 11-13 Schemazeichnungen zur Veranschaulichung eines besonders bevorzugten, reversibel betätigbaren Innenverschlusses durch ein "Ventilrohr" als unteres Rohrendstück des Produktionsrohrstrangs, in drei verschiedenen Stellungen.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
  • 1 zeigt in ihrem linken Bereich ein Bohrloch, das mit einem Futterrohr versehen ist, wobei das obere Ende offen und das untere Ende geschlossen ist. Einzelheiten dazu sind in 2 dargestellt. Im rechten Bereich von 1 ist das Bohrloch nach dem Öffnen des Verschlusses am unteren Ende des Bohrlochs dargestellt. Am linken Rand befindet sich eine Druckskala die den hydrostatischen Druck in Bar darstellt und am rechten Rand eine entsprechende Tiefenskala in Metern. Diese Skalen sind nur schematisch zu verstehen, wobei es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen nur darauf ankommt, dass in den Tiefenbereichen des Bohrlochs der Druck im Gesteinsraum sehr groß ist im Vergleich zu atmosphärischem Druck. Auf den exakten Druckverlauf, abhängig von der Tiefe, kommt es daher nicht an.
  • Im rechten Bereich von 1 ist dargestellt, wie sich das Druckfeld verändert, nachdem der Druckverschluss geöffnet wurde. Durch die Öffnung des Verschlusses wird atmosphärischer Druck über das in 1 dargestellte Rohr in den tiefliegenden, heißen Gesteinsraum geführt.
  • Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf aus diesen Gesteinsschichten eingesetzt werden soll, weisen die heißen Gesteine eine bevorzugt geringe Permeabilität auf. Ihr Porenraum ist mit heißem, unter Druck stehendem Wasser beziehungsweise Sole gefüllt. Wenn die heißen Fluide nun durch die erfindungsgemäße Herbeiführung des Atmosphärendrucks in den unteren Bohrlochraum niedrigem Druck ausgesetzt werden, der so niedrig ist, dass er unterhalb des Kondensationsdruckes für den Dampf liegt, so verdampfen die Fluide in situ, also im Porenraum. Daher wird das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Ausprägung als "In-Situ-Verdampfung (ISV)" bezeichnet.
  • Ohne auf Einzelheiten beim Öffnen des Druckverschlusses selbst einzugehen, was weiter unten getan wird, beginnt der ISV-Prozess im Bohrlochraum in unmittelbarer Nähe des geöffneten Verschlusses und setzt sich in das benachbarte Gestein fort, bis der Druck des Dampfes an der Verdampfungsfront den Kondensationsdruck erreicht, was wiederum eine Funktion der im Gestein herrschenden Temperaturen ist. Dieser Vorgang ist in einer Momentaufnahme in 1 dargestellt, wobei die gestrichelten Linien jeweils Isobaren bei 400 Bar, 300 Bar, 200 Bar und 100 Bar darstellen. Der niedrige Druck, der durch den herangeleiteten, atmosphärischen Druck bereitgestellt wird, geht in die das Bohrloch umgebende Gesteinsschichten über.
  • Der sich dort dadurch dynamisch verändernde Dampfdruck baut sich nicht soweit auf, dass er den Kondensationsdruck wieder erreicht, so lange die Temperatur des Systems ausreichend hoch ist und sich kein Druck-Temperaturgleichgewicht einstellt. Vielmehr strömt der entstehende Dampf durch das Bohrloch und den dadurch gebildeten Durchflussraum zur Erdoberfläche. Damit bleibt das Druck/Temperaturungleichgewicht im Wesentlichen erhalten, es stellt sich ein gewisser stationärer Zustand ein, und der an der Erdoberfläche austretende Heißdampf kann wirtschaftlich nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren genutzt werden, beispielsweise zur Erzeugung von Strom.
  • Der durch die Öffnung des Rohres bewirkte Druckabfall lässt die flüssige Phase innerhalb des Gesteinsraums in Richtung Bohrloch fließen, weil ein extremes Druckgefälle in Richtung Bohrloch zeigt. Wenn nun für eine Dampfproduktion besonders gut geeignete Gesteinsformationen vorliegen, dann erfolgt die Migration der flüssigen Phase in Folge der geringen Gesteinspermeabilität nur langsam. Die Verdampfungsfront hingegen schreitet relativ schnell in den Gesteinsraum vor, da der erzeugte Dampf sehr viel schneller auch gering permeables Gestein in Richtung Bohrloch durchströmt als dies eine flüssige Phase tun könnte. Die Verdampfung kühlt das Gestein auf der Dampfseite ab und führt zu zusätzlichen Rissen, da auf geringstem Raum stark unterschiedliche Abkühlung im Gestein bewirkt wird. Dadurch wird zusätzliche, bislang abgeschlossene Porosität, der Verdampfung unterworfen. Die Gesamtabkühlung führt zu einer geringen Kontraktion des Gesteins und schafft damit zusätzliche Permeabilität auf der Dampfseite. Die Ausfällung von zuvor gelösten festen Stoffen beeinflusst als exothermer Vorgang die Energiebilanz insgesamt günstig. Der Energiegewinn hängt von der jeweiligen Salinität der Lösungen ab. Einzelheiten hier zu werden weiter unten mit Bezug zu 7 und 8 erläutert.
  • Weitere Einzelheiten zu dem zuvor geschilderten Grundkonzept der vorliegenden Erfindung sind in 2 dargestellt:
  • 2 zeigt, wie auch einige weitere Darstellungen jeweils im oberen Bereich einen Bohrturm symbolisch und klein dargestellt, und im unteren Bereich im Vergleich dazu wesentlich vergrößert bestimmte Einzelheiten, auf die jeweils Bezug genommen wird.
  • Der obere Bohrlochbereich ist mit Bezugszeichen 1 dargestellt. Er ist mit einem Futterrohr 4, beispielsweise eines Durchmessers von 7 Zoll versehen. Der untere Endabschnitt des Futterrohrs ist mit einem Zementierungsschuh versehen, und eine das Futterrohr 4 zylinderförmig umgebende Zementierung 10 dichtet den unteren Bohrlochraum 3 von dem restlichen, das Futterrohr umgebenden Spaltraum ab. Die Zementierung 10 kann nach Techniken erfolgen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind und kann auch bei besonders hohen Druckbereichen günstiger Weise kombiniert werden mit einem Ringpacker, wie er auch für die vorgenannten hohen Druck- und Temperaturbereiche im Stand der Technik bekannt ist, siehe dafür beispielsweise: Bulletin d'Hydrogeologie Nr. 17, 1999, Centre d'Hydrogélogie, Université de Neuchâtel, Seite 159 bis 163. Die Zementierung 10 bildet die Drucksperre, auf die im Oberbegriff des Anspruchs 1 Bezug genommen wird. Bis hierhin ist die Anordnung im Stand der Technik bekannt.
  • Erfindungsgemäß wird nun zunächst ein Druckverschluss 2 innerhalb des Futterrohres für eine Drucktrennung zwischen dem unteren Bohrlochraum 3 und dem weiter nach oben führenden Hohlraum, dem Durchflussraum 1 innerhalb des Futterrohrs 4 angebracht.
  • Der Druckverschluss 2 ist nur schematisch skizziert. Er trennt den im Innern des Futterrohrs vorhandenen Raum, der den Durchflussraum nach oben bildet, vom unteren Bohrlochraum 3.
  • Es gibt eine Mehrzahl an Möglichkeiten, den Druckverschluss 2 konstruktiv auszubilden. Auf einige davon wird hierin Bezug genommen. Eine einfache Variante wird wie folgt durchgeführt:
    Dafür wird eine Kiespackung 12 in den unteren Bohrlochraum eingebracht, wie es in 4 explizit dargestellt ist. Die Kiespackung 12 sollte vorzugsweise eine sehr hohe Permeabilität aufweisen, damit anschließend der zu fördernde Heißdampf diese Packung leicht durchdringen kann. Die Kiespackung 12 ist in 2 aus Gründen besserer Übersicht nicht abgebildet. Sie dient jedoch zum Aufbringen des Druckverschlusses 2, der beispielsweise als Zementierungsschicht bestimmter, vorgegebener Dicke ausgeführt sein kann. Diese Zementierungsschicht sollte nur so dick sein, dass sie bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt mit einfachen Mitteln, vorzugsweise ohne Bohren wieder zerstört werden kann, um die Verdampfung in Gang zu setzen. Bei einem Druck von beispielsweise etwa 300 Bar im unteren Bohrlochraum wird diese Zementierungsschicht im dort vorhandenen heißen Fluid, z.B. Thermalwasser, angebracht. Die Dicke der Zementierungsschicht muss den herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen angepasst sein.
  • Wenn die Drucksperre 2 belastbar ist gegen auftretende Druckdifferenzen zwischen ihrer Oberseite und Unterseite kann begonnen werden, den über ihr stehenden verrohrten oberen Bohrlochbereich 1 zu entleeren. Dies kann beispielsweise so geschehen, wie es weiter unten in Zusammenhang mit 9 beschrieben ist.
  • Ist dieser Raum 1 genügend entleert, und sind übertage alle Vorkehrungen getroffen, um einen aus dem Futterrohr austretenden Heißdampf technisch nutzbringend zu verarbeiten, beispielsweise zur Stromerzeugung nach dem Stand der Technik, so kann der Verschluss 2 als Initialzündung für die Förderung des Dampfes gezielt zerstört und damit geöffnet werden. Die Zerstörung kann beispielsweise durch eine Sprengung mit genau vorgegebener Sprengkraft erfolgen. Wenn der Druckverschluss 2 zerstört ist, tritt erfindungsgemäß atmosphärischer Druck durch das Futterrohr in den unter hohem Druck stehenden unteren Bohrlochraum 3. Dort vermindert sich der Druck schlagartig, und die oben beschriebenen Wirkungen treten ein, wodurch Heißdampf in die Wandungen des unteren Bohrlochraums 3 hineintreten und durch den Durchflussraum 1 nach oben geleitet wird. Die Verdampfung der wässrigen Phase in den umliegenden, hochtemperierten Gesteinssystemen 5 wird durch die sehr plötzliche Herbeiführung der extrem star ken Druckdifferenz zwischen dem atmosphärischen Druck an der Erdoberfläche und dem volumenmäßig begrenzten, unter dem hohen Druck stehenden und zum Ringraum druckdicht abgeschlossenen Tiefenbereich 3 des Bohrlochs erreicht.
  • Diese plötzliche Druckerniedrigung bewirkt ein sofortiges Sieden und Verdampfen der wässrigen Fluide, die im unteren Bohrlochraum vorhanden sind. Dieses Sieden und Verdampfen setzt sich dann in den Gesteinsraum 5 fort und es kann auf die oben genannte Beschreibung von 1 verwiesen werden.
  • Mit Bezug zu 3 wird im Folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, das zur Produktion von Heißdampf ein entsprechendes Produktionsrohr 7 verwendet. Der Hauptteil der Figur stellt eine schematisierte Längsschnittdarstellung durch interessierende Bereiche des Bohrlochs dar, wogegen der untere Teil jeweils für die entsprechenden oberen drei Einzelbilder schematisierte Querschnittsdarstellungen längs der im Hauptteil waagerecht eingezeichneten strichlierten Linie darstellt.
  • Ganz links ist ähnlich wie in 2 das druckdicht zementierte Futterrohr abgebildet, unterhalb dessen der unverrohrte untere Bohrlochraum 3 beginnt. Dieser soll später über seine Wandungen als Eintrittsfläche beziehungsweise Eintrittsraum für den zu fördernden Heißdampf dienen. Eine Ringzementierung 10 stellt wieder eine Drucksperre zwischen dem Außenraum um das Futterrohr 4 vom unteren Bohrlochraum 3 dar.
  • Gemäß diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird nun ein Produktionsrohr 7 eingesetzt, das mit einem noch nicht expandierten Ringpacker 6 an seinem unteren Endbereich versehen ist, siehe mittlere Abbildungen. Das Produktionsrohr 7 enthält einen Innenverschluss 8 und einen für diesen vorgesehenen Schutzkörper 9. Bei Verwendung eines 7-Zoll-Futterrohrs kann beispielsweise wie üblich ein 4 ½-Zoll-Produktionsrohr 7 verwendet werden. Der Innenverschluss 8 besitzt eine nach unten konvexe Form und enthält Keramikanteile, wodurch er hochtemperaturfest, hochdruckfest ge gen eine große Druckdifferenz zwischen seiner konvexen (hoher Druck anliegend) und seiner konkaven Fläche ist.
  • Damit er nachfolgend leicht zerstört werden kann, wird er von seiner Druckfestigkeit her eher knapp bemessen. Der Ringpacker 6 ist auch hochdruckfest und hochtemperaturfest ausgebildet und kann beispielsweise Teflonschichten enthalten oder aus einer geeigneten Metallkonstruktion gefertigt sein, um die jeweils geforderte Temperaturstabilität und Festigkeit zu besitzen. Auch hierfür wird auf die oben genannte Veröffentlichung für Packer nach dem Stand der Technik hingewiesen. Die Packer sind so konstruiert, dass sie auch noch nach gewisser mechanischer Beanspruchung und thermischer Beanspruchung über längere Zeit eine ausreichende Dichtigkeit besitzen. Falls erforderlich, werden mehrere Packer hintereinander gesetzt.
  • Der Schutzkörper 9 ist beispielsweise auf das Produktionsrohr aufschraubbar und rohrartig ausgebildet, ist an seinem unteren stirnseitigen Ende geschlossen und besitzt über seine Zylinderwandungen hinweg ausreichend große Lochperforierungen, um nach Zerstören der Verschlussscheibe 8 eine genügend große Eintrittsfläche für den zu produzierenden Heißdampf zu bilden. Der Schutzkörper 9 hat die Aufgabe, den Innenverschluss 8 vor unbeabsichtigter Zerstörung während des Einlassens des Produktionsrohrs in das Futterrohr 4 zu schützen.
  • Der rechte Teil der Abbildungen in 3 zeigt die Packer 6 im expandierten Zustand, wodurch der untere Bohrlochraum 3 vom weiter oben liegenden Ringraum 14 druckdicht getrennt ist.
  • Auch hier kann optional eine Kiespackung 12 vorgesehen sein, um möglichst wenig Wasser im unteren Bohrlochraum 3 zu haben. Die Kiespackung 12 verdrängt das im unteren, unverrohrten Bohrlochraum vorhandene Wasser und bewirkt dadurch, dass bei einsetzender Verdampfung weniger Wasser mit hochgerissen wird, wodurch eine geringere Wärmeableitung aus dem aufsteigenden Phasengemisch über die Rohrwandung nach außen hinweg stattfindet. Damit wird dazu beigetragen, den Dampf heißer und die Energieausbeute größer zu halten. Ferner stellt die große Oberfläche der Kiespackung eine zusätzliche Wärmetauschfläche für die Aufheizung der flüssigen Phase im unteren Bohrlochraum bereit.
  • Der Innenverschluss 8 ist vorzugsweise als Keramikscheibe mit der vorgenannten, nach unten konvexen Form ausgebildet, um eine gute statische Ableitung der Druckkräfte auf die Rohrwandung des Produktionsrohrs 7 zu bilden, und um gleichzeitig von der Innenseite des Produktionsrohrs her relativ leicht zerstörbar zu sein. In bevorzugter Weise sollte die Keramik so beschaffen sein, dass sie in viele kleine Einzelteile zerbricht, wenn beispielsweise wie in 4 angedeutet, ein Fallkörper von oben kommend die Scheibe gezielt zerstören soll.
  • Die in 4 dargestellte Situation ergibt sich als Fortsetzung von der in 3. Der Innenraum des Produktionsrohrs 7 ist frei von Flüssigkeit und ist vorzugsweise nur mit Luft gefüllt. Das Produktionsrohr besitzt ein offenes Ende mit Anschluss zu den übertage vorhandenen technischen Einrichtungen zur Nutzung des Heißdampfs. Insbesondere können mehrere Drosselklappen vorgesehen sein, um Einfluss auf die Menge des pro Zeiteinheit geförderten Dampfes zu besitzen. Der Ringraum zwischen Produktionsrohr 7 und Futterrohr 4 ist zunächst mit Wasser gefüllt, wird aber vorzugsweise nach Aktivieren des Ringpackers 6 und ggf. nach Anbringen einer zusätzlichen Ringraumzementierung 13 entleert, um die Wärmeleitung zwischen Produktionsrohr und Futterrohr zu reduzieren. Damit bleibt der Dampf heißer.
  • Der untere Bohrlochraum 3 enthält zum Teil die vorerwähnte Kiespackung 12 und ist zum Teil mit Wasser gefüllt. Es herrscht beispielsweise im Bohrlochraum ein Druck von 300 Bar und eine Temperatur von 300 Grad Celsius, 573 Kelvin.
  • Mit weiterem Bezug zu 4 wird die gezielte Öffnung des Innenverschlusses 8 aus 3 beschrieben. Dies ist prinzipiell auch verwendbar zur Öffnung des Verschlusses 2 in 2.
  • Wenn alle technischen Vorbereitungen zur Produktion und Weiterbearbeitung des zu fördernden Heißdampfs abgeschlossen sind, kann der Ver schluss 8 gezielt geöffnet werden. Dies kann beispielsweise für einen Keramikverschluss, wie vorher beschrieben durch Fallenlassen eines Fallgewichts mit vorbestimmter Form, Härte und Gewicht geschehen, das auf Grund der relativ großen Fallhöhe eine ausreichend hohe kinetische Energie aufweist damit der Aufschlagimpuls auf die Keramikscheibe 8 groß genug ist, um sie zu zerstören. Damit die Zerstörung kontrolliert, vollständig und nach Produktionsgesichtspunkten optimiert stattfinden kann, sollte die Scheibe möglichst vollständig den Rohrquerschnitt verlassen, ohne störende Reste überstehen zu lassen. Dafür können entsprechende Sollbruchlinien in der Keramikscheibe vorhanden sein. Durch den Aufschlag des Fallkörpers 16 auf die konkav geformte Innenfläche der Keramikscheibe 8 wird diese kontrolliert zerstört. Damit wird der vorgenannte niedrige Wirkdruck in den unteren Bohrlochraum eingebracht, der dann die beabsichtigten physikalischen und chemischen Prozesse auslöst, die für die Heißdampfproduktion erforderlich sind. Dafür kann auf die weiter oben gemachten Ausführungen verwiesen werden.
  • Der Fallkörper 16 kann Stabilisierungsflügel aufweisen, die ein schnelles und geradliniges Fallen unterstützen. Je nach Ausführung der Keramikscheibe kann er ein passendes Gewicht haben. Wenn das Gewicht besonders groß sein soll, kann er mit geringem Querschnitt entsprechend lang gestreckt ausgeführt sein, um den nachfolgenden Produktionsprozess nicht dadurch zu behindern, dass er ein zu sehr querschnittsverengendes Hindernis darstellt. Für diese Zwecke kann er auch eine in ihn eingebaute Sprengladung besitzen, die ihn dann nach Zerstörung der Keramikscheibe gezielt in kleine Teile zerstört. Als Material kann beispielsweise eine Legierung oder ein reiner Stoff eines vorzugsweise schweren Metalles verwendet werden. Auch eine Sandwich-Bauweise aus einem besonders schweren Korpus und einer besonders harten Aufschlagfläche kann bevorzugt verwendet werden. Die oben mit Bezug zu 2A erwähnte Zementierung 2 könnte, da sie nur wenige m Dicke aufweist, auch trocken aufgebohrt oder mit einem Lufthammer-Werkzeug zerstört werden.
  • Die Wirkung der Zerstörung des Verschlusses 8 ist in 5 für den Innenraum des Produktionsrohrs und den unmittelbar betroffenen Bohrlochraum 3 schematisch zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach Zerstörung des Ver schlusses schematisch dargestellt: das im unteren Bohrlochraum 3 unter hohem Druck stehende, sehr heiße Wasser wird bei Öffnen des Verschlusses mit dem niedrigen Atmosphärendruck konfrontiert. Dadurch verdampft es sofort. Es setzt schlagartig eine aufwärts gerichtete Strömung ein, wobei eventuell nicht verdampftes Wasser oder feste Teile (s. Pfeil) durch den schnell strömenden Wasserdampf mit nach oben gerissen wird. Somit entsteht ein Mehrphasengemisch, bei dem der Wasserdampfanteil am schnellsten nach oben vorankommt. In 5 sind beispielhaft verschiedene Bereiche eingezeichnet, nämlich ein Wasserdampfbereich 17, ein Mischphasenbereich aus Wasser und Wasserdampf 18 und ein Flüssigphasenbereich nur aus Wasser 19. Je nach Menge des vor Öffnen des Verschlusses 8 im unteren Bohrlochraum vorhandenen Wassers als flüssiger Phase und je nach Menge des nachströmenden Fluids, ob als Dampf oder flüssig, ist das im unteren Bohrlochraum vorhandene Wasser des Bereichs 19 mehr oder weniger schnell verdampft oder vom Dampfstrom nach oben mitgerissen worden.
  • Dann setzt, wahrscheinlich in den meisten Fällen nach wenigen Sekunden, die Verdampfung im Gesteinsraum 5 ein, der den unteren Bohrlochraum umgibt. Dies ist in 6 veranschaulicht.
  • Der untere Bohrlochraum 3 ist nunmehr vollständig mit Dampf gefüllt, dass heißt, der Mischphasenbereich 18 und Flüssigphasenbereich 19 existiert nicht mehr. Damit setzt sich der niedrige Druck über die im umgebenden Gesteinsraum 5 vorhandenen Wegsamkeiten in das Gestein fort. Wenn der Druck im Gesteinsraum unter den Kondensationsdruck gefallen ist, beginnt auch dort die In-Situ-Verdampfung als Funktion der jeweils vorhandenen Temperatur und des sich einstellenden Drucks. Die Verdampfungsfront 22 ist in 6 kreisförmig eingezeichnet und stellt in Realität eine dreidimensionale Fläche dar, deren genaue Gestalt abhängig ist von vielerlei gesteinsphysikalischen Parametern, wie Permeabilität, Porosität, Wärmeleitfähigkeit, Dichte, etc., wie es dem Fachmann geläufig sein dürfte. Da der Dampf nach oben aus dem Produktionsrohr austreten kann, liegt auch nach gewisser Zeit noch ein ausreichendes Druckgefälle als Motor für die In-Situ-Verdampfung vor. So ergibt sich im Gesteinsraum 5 ein Dampfbezirk 23, wo die Dampfphase vorherrscht und ein Thermalwasserbezirk 25, wo heißes Wasser in flüssiger Phase vorherrscht. Die in 6 eingezeichnete Verdampfungsfrontlinie 22 trennt beide Bezirke voneinander.
  • Der Dampf kann über die Perforationslöcher im Schutzkörper 9 ohne nennenswerten Druckverlust in das Produktionsrohr gelangen. Nach genügend langer Produktionszeit stellt sich ein quasi stationärer Zustand ein, der von den oben genannten Gesteinsparametern und von dem im Gesteinsraum 5 vorhandenen Wassergehalt abhängig ist.
  • Beispielhaft und zur Konkretisierung der fortschreitenden In-Situ-Verdampfung seien im Folgenden einige Druckwerte genannt, bei deren Unterschreiten flüssiges Wasser der mitgenannten Temperatur in Situ verdampft: Wasser von 200 Grad Celsius bei weniger als 15,2 Bar, entsprechend 39,5 Bar bei 250 Grad Celsius, 85 Bar bei 300 Grad Celsius und 165 Bar bei 350 Grad Celsius. Bei einem Druck niedriger als 15 Bar und einer Temperatur von 200 Grad Celsius bleibt das Wasser in flüssiger Phase.
  • Am Rande sei noch erwähnt, dass zusätzlich zur In-Situ-Verdampfung auch Rissbildung auftreten kann, wenn der Druckgradient etwa einen Wert von 40 Kilopascal pro Meter übersteigt. Dieses Phänomen ist weitgehend unabhängig von der Temperatur und gilt als Faustwert für viele Gesteinsarten. Der oben genannte Verdampfungsdruck oder Kondensationsdruck ist, wie oben gezeigt wurde, stark temperaturabhängig. Je höher die Temperatur des geothermischen Systems ist, desto höher liegt der Verdampfungsdruck. Daraus folgt, dass in heißen Systemen die Verdampfungsfront weiter in das Gestein 5 fortschreitet, und die Dampfproduktion in Folge der höheren Dampfdichte bei höheren Drucken größer ist als im jeweils umgekehrt spezifizierten System.
  • In vorteilhafter Weise bewirkt die vorliegende Erfindung eine Verdampfung von Formationswässern, die energetisch gesehen wesentlich günstiger ist als die Förderung einer gleich großen Masse von Heißwasser (Thermalwasser oder Thermalsole) zur Tagesoberfläche, denn der Heißdampf strömt praktisch von selbst und trägt auf gleiche Massen bezogen, eine weit höhere, innere Energie in sich als heißes Wasser.
  • Ein weiterer, unabhängig hinzukommender Vorteil besteht darin, dass gerade geringpermeable Gesteine ausgenutzt werden können, weil die Fließfähigkeit von Wasserdampf durch solche Gesteine um Größenordnungen besser ist als die von Wasser in flüssiger Phase. Poren und Risse, die auf Grund des starken Hafteffektes von flüssigem Wasser nicht mehr passiert werden können, sind in aller Regel für Dampf noch gut durchlässig.
  • Im Folgenden wird mit Bezug zu 7 und 8 die vorteilhafte Wirkung der In-Situ-Verdampfung im Zusammenhang mit der wirtschaftlichen Verwertung des Heißdampfes bei seiner Förderung beschrieben. 7 zeigt einen beispielhaften Schemaquerschnitt durch einen Sandstein mit einer Gesamtporosität von 10 % und einer effektiven Porosität von 1 %, im Maßstab von etwa 50:1. Sandstein besteht aus mehr oder weniger abgerundeten Quarzkörnern 24, oft relativ gut sortiert, weil unter fluviatilen Bedingungen abgelagert. Die Primärporosität lag bei etwa 30 %. Spätere, diagenetische Prozesse haben die Porosität auf 10 % und die Permeabilität auf etwa 50 Millidarcy (mD) verringert. Die hier angegebenen Werte sind typische Werte für den in große Tiefe versenkten Buntsandstein im Oberrheingraben. Sie besitzen nur exemplarischen Charakter. Für die In situ-Verdampfung sollten die Permeabilitäten noch bevorzugt niedriger liegen.
  • Zur Erläuterung sei folgendes bemerkt: effektive Porosität ist derjenige Anteil des Porenvolumens am Gesamtgestein, das miteinander in Verbindung steht. Flüssigkeiten und Gase können die effektive Porosität durchfließen. Ein Beispiel für einen effektiven Porenraum ist mit Bezugszeichen 30 eng schraffiert gekennzeichnet. Die "nicht-effektive" Porosität ist derjenige Anteil 28, der nicht miteinander in Verbindung stehenden Poren am Gesamtvolumen, dessen Inhalt erfindungsgemäß durch Sekundäreffekte beim Einbringen des niedrigen Drucks zur Verdampfung gelangen kann. Der Porenzement 26 ist feinkörniges Material mit einer Permeabilität von nahezu 0 und stellt daher ein Permeabilitätshindernis dar.
  • Mit Bezug zu 8 werden im Folgenden die nach dem Einsetzen der In-Situ-Verdampfung zu erwartenden porositäts- und permeabilitätsverändernden Prozesse, ausgelöst durch Maßnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung skizziert: mit Bezugszeichen 31 sind solche Poren dargestellt, die Teil der effektiven Porosität sind, wie oben definiert wurde. Der Fluidgehalt der Poren ist nach genügend langer Zeit nach Öffnen des Verschlusses 8 verdampft. Der zuvor gelöste Feststoffinhalt ist im Porenvolumen auskristallisiert. Mit Bezugszeichen 32 sind solche Poren gekennzeichnet, die durch Sekundäreffekte der In-Situ-Verdampfung geöffnet wurden, und nun einen Teil der effektiven Porosität bilden. Ein ausreichender Druckabfall führt dann zur Verdampfung der in diesen Poren enthaltenen Flüssigkeit. Dieser Dampf entweicht durch die vorher vorhandenen Wegsamkeiten und gegebenenfalls auch durch solche feine Risse, die sich durch die plötzlich eintretende Druckerniedrigung erfindungsgemäß gebildet haben. Auch in solchen Poren finden sich dann ausgefallene Substanzen, die vorher in Lösung befindlich waren.
  • Mit Bezugszeichen 33 sind solche Poren gekennzeichnet, die auch nach einiger Zeit nach Öffnen des Verschlusses immer noch flüssigkeitsgefüllt und vom restlichen Porenraum abgeschlossen sind. Diese Poren können zu einem späteren Zeitpunkt noch Teil der effektiven Porosität werden, wenn ein genügend langer und genügend großer Druck- und/oder Temperaturabfall vorhanden ist.
  • Die durchgezogenen Pfeile sollen bestehende Fließwege für Wasser und Wasserdampf darstellen, wogegen die gestrichelt gezeichneten Pfeile neue Fließwege hauptsächlich für Wasserdampf darstellen, die zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung stehen, nachdem sich erfindungsbedingt feine Risse gebildet haben. Die Richtung der Pfeile ergibt sich aus dem oben skizziert eingezeichneten Druckgefälle. Daraus ergibt sich auch die Richtung rechts radial zum Bohrloch und links radial vom Bohrloch weg zum Gesteinsraum.
  • Die vorerwähnten Sekundäreffekte und ihre Ursachen werden im Folgenden kurz skizziert:
    Es gibt eine Erhöhung der Permeabilität durch den zumindest teilweisen Anschluss des zuvor abgeschlossenen Porenraums an die effektive Porosität, verursacht durch Gesteinsspannungen in Folge der auf kleinem Raum wirksamen Temperaturänderungen, die erfindungsgemäss durch die in situ-Verdampfung ausgelöst wurden.
  • Des Weiteren kommt es zu einem "Freisprengen" zumindest eines Teils des unter höherem Druck stehenden, abgeschlossenen Porenraumes, nachdem der Druck in der benachbarten effektiven Porosität einen kritischen Wert unterschritten hat.
  • Es kommt zur Rissbildung allein durch das starke, zum Bohrloch hin gerichtete Druckgefälle.
  • Es wird ein zusätzlicher Kluftraum, also zusätzliche Porosität durch Gesteinskontraktion geschaffen, da der Verdampfungsprozess dem System Energie entzieht und zur Abkühlung führt.
  • Im Folgenden wird mit Bezug zu 9 und gleichzeitigem Bezug zu 2 eine weitere, alternative Vorgehensweise des erfinderischen Verfahrens beschrieben, bei der das Futterrohr allein für die Dampfproduktion verwendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel wurde eine beispielhafte Bohrlochkonfiguration gewählt, bei der der auszubeutende Zielhorizont 40 ein gewisses Stück oberhalb des unteren Endes des Futterrohres liegt. Das Futterrohr 4 ist wie in 2 im Bereich des Zielhorizontes mit einer entsprechenden Futterrohrzementierung 10 versehen. Je nach geologischen Gegebenheiten steht mehr oder weniger Wasser im Inneren des Futterrohres 4.
  • Das Bohrlochtiefste, also der Boden des Bohrlochs, wird nun druckfest auf zementiert. Diese Zementierung ist mit Bezugszeichen 44 versehen. Dann wird, falls im Futterrohr noch Bohrspülung vorhanden ist, diese durch Wasser ersetzt.
  • Danach wird das im Futterrohr stehende Wasser vollständig entfernt. Dies kann zweckmäßigerweise beispielsweise dadurch geschehen, dass ein zentraler Rohrstrang als Pumprohr 46 in das Futterrohr bis in ausreichende Tiefe abgesenkt wird, wobei der Ringraum 48 zum Futterrohr 4 zur Beaufschlagung der Wassersäule mit ausreichend hohem Überdruck dient, um das im Futterrohr stehende Wasser durch den Innenraum des Pumprohres 46 wieder nach oben zu drücken. Das Wasser läuft dann oben aus dem Pumprohr heraus. Voraussetzung dafür ist, dass das Pumprohr 46 eine genügend große Beabstandung zur Zementierung 44 aufweist, so dass das Wasser dem künstlich von oben aufgebrachten Druck folgend in das Innere des Pumprohrs einströmen kann. Wenn die Druckkräfte ausreichend groß sind, kann das Wasser nahezu vollständig aus dem Futterrohr entfernt werden.
  • Das Aufbringen des Drucks kann zweckmäßiger Weise durch Druckluft erfolgen. Der Ringraum 48 ist an der Erdoberfläche mit einem hochfesten Deckel verschlossen, damit er dem Druck standhält, der in den Ringraum eingepresst wird. Dieser kann bei 5.000 m Tiefe 500 Bar betragen. Je nach Tiefe des Bohrlochs muss ein entsprechender Kompressionsdruck von gegebenenfalls mehreren 100 Bar angewendet werden, um die gesamte Wassersäule des Ringraums durch das Pumprohr 46 nach oben zu drücken. Sobald die Druckluft den Wasserspiegel des Ringraums bis zum Rohrschuh des Pumprohrs 46 gedrückt hat, tritt sie in das noch mit Wasser gefüllte Pumprohr 46 ein und hebt den Flüssigkeitsinhalt dieses Rohres nach oben, bis sie selbst an der Erdoberfläche entweicht. Eine Durchmischung von flüssiger und gasförmiger Phase findet im Pumprohr insbesondere dann nicht in erheblichem Umfang statt, wenn der Innendurchmesser des Pumprohres genügend klein ist, da Druckluft mit mehreren 100 Bar schon flüssigkeitsähnliche Eigenschaften annimmt.
  • Selbst bei einer begrenzten Durchmischung wird die Flüssigkeit nach dem Prinzip des Airlift-Verfahrens mit zur Erdoberfläche gerissen. Eine verbleibende Restmenge von Wasser im Bereich oberhalb der Zementierung 44 wird insbesondere dann schnell verdampfen, wenn der Gesteinsraum 5 eine hohe Temperatur aufweist. Damit ist das Bohrloch schließlich leer und das Pumprohr 46 kann wieder entfernt werden.
  • Um nun eine Dampfproduktion beginnen zu können, wird das Futterrohr 4 mit Hilfe von konventionellen, sogenannten "perforation guns" durchschossen, damit der atmosphärische Druck im Futterrohr 4 in Kontakt zum umgebenden Gesteinsraum 5 kommen kann, dort wirksam wird und die erfindungsgemäße In-Situ-Verdampfung einleiten kann.
  • In bevorzugter Weise werden dabei perforation guns eingesetzt, die an Drahtseilen befestigt sind, da sie nach dem Einsetzen der Dampfprodukti on aus dem Bohrloch relativ schnell entfernt werden können. Die Perforationslängen sollten von Fall zu Fall gesondert entschieden und an die vor Ort vorliegenden geologischen Bedingungen angepasst werden. Allerdings sollte eher auf einen Schlag eine größere Länge perforiert werden als eine zu geringe, da man durch Drosselung des einsetzenden Dampfstromes genau die richtige Dampfrate einstellen kann, der umgekehrte Fall jedoch nicht möglich ist. Sämtliche elektrische Komponenten der perforation guns können temperaturangepasst gefertigt werden. Insbesondere Kabelisolierungen können zu diesem Zweck aus hochtemperaturfestem, elektrisch isolierendem Material hergestellt werden. Schalter können redundant sowohl elektrisch als auch mechanisch und elektromechanisch (Relais-Schalter) betätigt werden.
  • In vorteilhafter Weise sollten relativ lange Rohrsektionen perforiert werden, um eine ausreichend große Dampfproduktion zu gewährleisten. Selbst wenn der Einsatz der perforation guns zur Bildung einer Permeabilitätsbarriere für Flüssigkeiten führen sollte, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, weil das hinter dem Futterrohr befindliche Gestein örtlich zertrümmert und zum Teil pulverisiert wird, bildet diese Barriere kein Hindernis für Gas in Form von Wasserdampf. Somit kann in vorteilhafter Weise ein sehr großer Querschnitt für den Transport des Heißdampfs nach oben genutzt werden, was sich insbesondere in geologischen Formationen mit weniger extrem hohen Temperaturen günstig auswirkt, so lange die weiteren Bedingungen und gesteinsphysikalischen Parameter, wie sie oben erwähnt wurden, günstig sind.
  • Dafür kommen insbesondere solche Gebiete in Frage, die einen relativ hohen geothermischen Gradienten auch in sedimentären Abfolgen aufweisen, und die außerhalb der eigentlichen vulkanischen Gebiete recht häufig sind. Solche Situationen sind beispielsweise an Gebiete mit ausgedünnter Kruste, beispielsweise Ungarn, Mantelhochlagen in nichtvulkanischen Rift-Strukturen, beispielsweise Rheingraben und andere großstrukturelle Bedingungen gebunden. Die Temperaturen in den genannten Gebieten können typischerweise nur 180 bis 220 Grad Celsius in Tiefen von etwa 3500 bis 4500 Metern erreichen.
  • Da in der geothermischen Stromerzeugung die eingesetzte Dampfmasse in etwa mit der elektrischen Leistung korreliert (1 Kilogramm pro Sekunde Dampf entsprechen etwa 0,5 MW elektrischer Leistung), ist es unbedingt erforderlich, die Dampfproduktion so zu gestalten, dass ein moderner, wirtschaftlich arbeitender Dampfturbogenerator für den Betrieb eingesetzt werden kann. Die vorgenannten geologischen Systeme mit den relativ niedrigen Temperaturen können daher nur Dampf mit relativ niedrigen Temperaturen liefern. Da die Dampfdichte als Funktion der Temperatur in diesen Fällen ebenfalls relativ gering ist, sollten die Förderrohre für den Dampf einen möglichst großen Durchmesser aufweisen, um die benötigte Dampfmasse pro Zeiteinheit zur Erdoberfläche fördern zu können. Aus diesem Grunde werden in solchen Situationen in vorteilhafter Weise solche Varianten der erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt, die gleich das Futterrohr selbst beispielsweise mit einem Durchmesser von 9 5/8 Zoll oder mehr verwenden.
  • Wenn erforderlich, könnten ,perforation guns' auch gekühlt werden, um die erforderliche Temperaturstabilität zu erhalten.
  • Mit Bezug zu 10 wird im Folgenden ein alternativer Innenverschluss beschrieben, wie er anstelle oder falls erforderlich in Kombination mit dem Ringpacker 6 aus 3 und 4 verwendet werden kann.
  • Wie aus 10 ersichtlich weist auch hier das Produktionsrohr 7 einen ausreichend perforierten Schutzkörper 9 auf, der den ebenfalls vorhandenen Innenverschluss 8 schützt.
  • Der Endabschnitt des Produktionsrohrs weist jedoch ein außenliegendes Gewinde 20A auf, das für einen Eingriff in ein dazu passendes Innengewinde 20B vorgesehen ist, das seinerseits am Endabschnitt des Futterrohrs 4 vorgesehen ist. Das Produktionsrohr wird wie vorher beschrieben abgesenkt, wobei die Bewegung vor Erreichen der Gewindestufe entsprechend verlangsamt wird. Damit die Gewindeteile besser ineinander hineingleiten können, ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, den oberen Randabschnitt des Innengewindes am Futterrohr 4 sowie den unteren Randabschnitt des Außengewindes am Produktionsrohr in zueinander passenden Winkeln abzuschrägen. Dies erleichtert das Aufsetzen des Produktions rohrs in der passenden, zentrierten Form. Um das für das Einschrauben erforderliche Drehmoment nicht zu groß werden zu lassen, kann die Auflagekraft reduziert werden, indem das Produktionsrohr leicht nach oben gedrückt wird, sobald eine vollständige Gewindewindung im Eingriff befindlich ist.
  • Des Weiteren können die üblichen technischen Maßnahmen ergriffen werden, um beim Einschrauben entstehende Gleitreibung zu vermindern. Diese müssen nur für die im vorliegenden Fall oft sehr hoch liegenden Temperaturen angepasst sein. Beispielsweise kann man die Gewindeflächen mit einem Teflon, oder einem Graphitlaminat beschichten. Wenn die Drehung vollzogen ist, ergibt sich das in 10 rechts dargestellte Bild, und der Druckverschluss ist in ausreichender Weise hergestellt. Ab hier kann an die Beschreibung aus 3 und 4 ff. angeknüpft werden.
  • Im Folgenden wird mit Bezug zu den 11 bis 13 der Aufbau und die Funktionsweise eines reversibel zu öffnenden und zu schließenden Druckverschlusses für ein Produktionsrohr 7 von Heißdampf in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, der in Kombination mit dem Schraubverschluss 20A, 20B in 10 eingesetzt wird. In vorteilhafter Weise kann dabei gewählt werden, ob der Innenraum des Produktionsrohrs 7, der Ringraum 48, oder beide zur Durchleitung des Geofluids verwendet werden. Alle Maßangaben sind nur beispielhaft zu verstehen.
  • Das mit einem Boden 64 versehene Futterrohr 4 (Casing) wird in seinem unteren Endabschnitt 60 auf ca. 12 m Länge nicht zementiert, sondern bereits mit Perforationen 66 geeigneter Größe in der seitlichen Wandung 62 und im Boden 64 eingebracht. Der Raum zwischen Casing und Gestein 5 ist über die gesamte Länge der perforierten Casing-Strecke nicht zum Gesteinsraum hin zementiert, sondern ist mit heißer und unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit (Wasser oder Sole) gefüllt.
  • An der Innenseite des Casings 4 ist etwa 16-20 m über dem Casing-Boden gelegen ein Dichtungsrohrstück 70, hier ein Titanrohr von etwa 2 m Länge druckdicht eingeschraubt. Dazu dient ein an dem Titanrohr aussen befestigtes Aussengewindestück 74, das in einen Gewindeansatz passend eingreifen kann, der mit dem Casing verschweisst ist. Das Verschrauben der Teile erfolgt zweckmäßigerweise bereits vor dem Einbau des Casings. Das Gewindestück 74 enthält also eine radial nach innen gerichtete Dichtfläche ausreichender Größe, die dadurch zu einer Dichtung wird, das ein weiteres, passend dimensioniertes Rohrstück in dichtende, aber gleitende Anlage gebracht werden kann, wobei das Rohrstück Ventilfunktionen besitzt, wie weiter unten beschrieben wird. Somit ist zusammen mit dem weiter unten beschriebenen Ventilrohr 68 als Rohrstück ein Druckverschluss 2 gebildet, der den unteren Bohrlochraum 3 vom Durchflusstraum 1 trennt.
  • Der perforierte Casing-Abschnitt 60 dient auch als Schutzrohr gegen das bei der Einleitung des Verdampfungsprozesses durch plötzliche Druckentlastung zu erwartende Nachbrechen von Teilen der Bohrlochwandung und hält somit den unteren Casingbereich 60 frei von Gesteinsbruchstücken. Das ist vorteilhaft, um den Förderrohrstrang mit seinem aus Titan angefertigten unteren Spezialrohr (=Ventilrohr) in diesem Raum relativ frei beweglich zu halten.
  • Das Ventilrohr 68 ist mit seinem oberen Ende mit dem Produktionsrohrstrang 7 verschraubt und weist drei untereinander angeordnete Vollrohrabschnitte 76, 78, 80 ohne Perforationen und zwei, einzeln zwischen diesen angeordnete, perforierte Rohrabschnitte 82, 84 auf. Die Länge der perforierten und der geschlossenen Rohrabschnitte beträgt jeweils rund 3 m, der (Vollrohr-) Abschnitt 76 ist ca. 5 m lang. Die Abschnittslängen können je nach Erfordernissen variiert werden. Das untere Ende 86 des Ventilrohrs 68 ist verschlossen und läuft konisch zu.
  • Eine übertage liegende Aufhängvorrichtung für das Produktionsrohr 7 dient auch gleichzeitig zu einer präzise steuerbaren Vertikalbewegung des Förderrohres, so dass jeweils bestimmte, vorgegebene Abschnitte des Ventilrohrs 68 im Bereich der Dichtungsfläche des Druckverschlusses 7 liegen. Somit kann der Dampfstrom wie folgt gesteuert werden:
    Ventilrohrabschnitt 80: Position "geschlossen",
    Ventilrohrabschnitt 78: Position "Dampfstrom im Ringraum und im Förderrohr",
    Ventilrohrabschnitt 76: Position "Dampfstrom nur im Förderrohr".
  • Mit entsprechender Grössenbemessung der die Dichtung und Eintrittsflächen bildenden Teile und der Einstellung von Teilüberlappungen der Abschnitte lassen sich auch die Anteile der Ströme durch Förderrohr bzw. Ringraum steuern, und der Gesamtstrom drosseln.
  • Nach dem Setzen des durch die Gewindedichtung der Teile 72 und 74 gebildeten Druckverschlusses wird das untere Ende des zwangsläufig flüssigkeitsgefüllten Ventilrohres mit seinem untersten Vollrohrabschnitt 80 in den Bereich der Drucksperre eingebracht. Das obere Ende des Gewinde-Druckverschlusses ist trichterförmig ausgebildet und dient damit der leichteren Positionierung des Ventilrohres.
  • In dieser ersten Stellung besteht eine vollständige und druckdichte Trennung des unteren unzementierten Bohrlochbereichs 3 von dem oberen, als Durchflußraum 1 dienenden Bohrlochbereich. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht dieser Durchflussraum aus dem Ringraum und dem Innenraum des Förderrohres 7, die wahlweise nur einzeln oder beide zusammen benutzt werden können. Dafür sorgt die Steuerung durch das Ventilrohr 68, wie weiter unten beschrieben wird.
  • Das Titanrohr 70 und das Ventilrohr 68 sind nicht nur paßgenau angefertigt, sondern zusätzlich durch eine dünne Schicht aus einem hochtemperaturbeständigen und chemisch nicht angreifbaren Material abgedichtet. Diese Schicht dient gleichzeitig als Gleitmittel. Es wird entweder auf der Innenseite des verschraubten Titanrohres oder auf der Außenseite des Förderrohres aufgebracht, eventuell auf beiden. Das Aufbringen der Schicht auf dem Ventilrohr dürfte vorteilhafter sein, denn das Ventilrohr kann ausgebaut und dann übertage mit einer neuen Dicht- und Gleitschicht versehen werden. In Frage kommen die im Stand der Technik bekannten Materialien, die hochtemperaturfest und hochdruckfest sind, Beispielhaft sei genant: Graphit, oder Graphitverbindungen, Molybdänsulfid, Kohlenstoffmonofluorid, Polytetrafluorethylen. Desweiteren können die im Stand der Technik bekannten Kolbenringsysteme anstelle oder in Kombination mit der Gleit-/Abdichtschicht verwendet werden. Bei diesen sorgt ein durchgehender Schlitz für eine gewisse Nachgiebigkeit und erhöhte Dichtung, auch bei thermischer Ausdehnung oder Schrumpfung des Materials. Mehrere Ringe können mit versetzt zueinander angeordneten Schlitzen hintereinander bevorzugt an dem Rohrteil 70 angeordnet werden.
  • Vor der Einleitung der In situ-Verdampfung wird die Flüssigkeit – Wasser oder Sole – aus dem Ringraum und dem Förderrohr (oberhalb der Drucksperre) entfernt, was durch Einleiten von Druckluft in den Ringraum durchgeführt wird, der die Flüssigkeit durch das Förderrohr zur Tagesoberfläche drückt. Dies wurde bereits weiter oben beschrieben. Dafür befindet sich das Ventilrohr 68 in der vollabdichtenden Stellung 1. Ein verbleibender Flüssigkeitsspiegel kann hingenommen werden, doch dürfte er bei den hohen Temperaturen in diesem Teil des Bohrlochs auch sehr rasch von selbst verdampfen.
  • Die Einleitung der In situ-Verdampfung im unteren Bohrlochraum geschieht nach Entleerung des Förderrohrs 7, wie folgt:
    Das Ventilrohr 68 wird durch Steuerung übertage soweit abgesenkt, daß der mittlere Vollrohr-Ventilrohrabschnitt 78 in der Höhe des Druckverschlusses positioniert ist. Damit steht der perforierte Ventilrohrabschnitt 84 bereits im unteren Bohrlochraum, und der perforierte Ventilrohrabschnitt 82 im Bereich des Durchflussraumes. Ausserdem wird eine Öffnung zum Ringraum 14 gebildet. Der atmosphärische Druck wird sofort im unteren Bohrlochraum wirksam. Das zu Beginn der Verdampfung entstehende Dampf-Heisswassergemisch kann jetzt nach oben abströmen, wobei nicht nur der Ringraum, sondern auch das Förderrohr selbst als Fließweg zur Verfügung stehen, falls letzteres nicht am oberen Ende geschlossen ist.
  • Ein zunächst geschlossenes Produktionsrohr könnte zu Beginn der Verdampfung vorteilhaft sein, weil sich die aus dem Heißwasser möglicherweise entstehenden mineralischen Ausfällungen dann überwiegend im Ringraum absetzen, und der Querschnitt des Produktionsrohrs von solchen Absetzungen weitgehend frei bleibt.
  • Die Nutzung der gesamten Querschnittsfläche des Ringraums und der Querschnittsfläche des Förderrohres ermöglicht in vorteilhafter Weise die Produktion einer größeren Dampfmasse pro Zeiteinheit und verringert den Druckverlust auf dem Förderweg, jeweils im Verhältnis zur Förderung nur durch das Produktionsrohr 7 alleine.
  • Sobald die im Bohrlochtiefsten entstehende Verdampfungsfront in das Gestein 5 eintritt und dort bereits eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt hat, also nur noch mit reiner Dampfproduktion zu rechnen ist, kann das Förderrohr 7 so weit gesenkt werden, bis der Vollrohr-Ventilrohrabschnitt 76 die Höhe des Druckverschlusses 70 erreicht. Dann strömt Dampf nur noch durch das Förderrohr zur Erdoberfläche.
  • Nach dem Beginn der Verdampfung ist das Förderrohr grundsätzlich entbehrlich. Es kann also gezogen und später bei Bedarf neu eingesetzt werden, um z.B. den Dampfstrom vorzugsweise im Bohrlochtiefsten zu schließen. Auch ist es dann möglich, neue Dichtungsbeläge aufzubringen und Ablagerungen im Rohr zu entfernen.
  • Bei einem späteren Nachlassen des Dampfstroms kann in vorteilhafter Weise das im Casing 4 verschraubte Dichtungsrohrstück 70 vollständig ausgebaut werden, um die Querschnittsfläche an dieser Engstelle zu vergrößern und damit die Dampfproduktion wieder zu erhöhen. Das gilt auch für den Fall, daß nach dem Ende der Dampferzeugung die Bohrung insgesamt nur noch für die Produktion von Thermalwasser genutzt werden soll.
  • Da hier die In situ-Verdampfung den eigentlichen Gegenstand der Beschreibung bildet, wird auf die obertägigen Installationen nicht näher eingegangen. Sie müssen geeignete Vorrichtungen aufweisen, die den Dampf aus dem Ringraum und/oder aus dem zentralen Förderrohr ableiten und der beabsichtigten, technischen Nutzung zuführen.
  • Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich werden sollte, beruht die vorliegende Erfindung auf dem Einbringen von sehr niedrigem Druck in den unteren Bohrlochraum und dadurch in die angrenzenden Gesteinsschichten 5. Die dadurch einsetzende Verdampfung von Geofluiden oder/und Riss bildung im Gesteinsraum wird dann wirtschaftlich ausgenutzt. Im Anwendungsgebiet der Verdampfung und Nutzung des Heißdampfs übertage sind bestimmte, physikalische Parameter erforderlich. So sollten die Wasser- und Gesteinstemperaturen ausreichend hoch sein, die Herbeiführung des niedrigen atmosphärischen Druckes sollte sehr schnell erfolgen, und die Durchlässigkeit des Gesteins für Wasser beziehungsweise wässrige Lösungen sollte in Abwesenheit weiterer technischer Massnahmen so gering sein, dass die Verdampfungsrate höher ist als der Zustrom der genannten Fluide in flüssiger Phase in das Bohrloch.
  • Vor Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner Ausprägungen zur Nutzung von Heißdampf oder zur verbesserten Förderung von Erdöl oder Erdgas durch Rissbildung oder für die anderen, oben genannten Anwendungsgebiete müssen diese physikalischen Parameter genau überprüft werden. Nach Ingangsetzung des Dampfstromes durch die erfinderischen Maßnahmen kann beispielsweise durch eine Durchflussdrossel im Produktionsrohr Einfluss genommen werden auf die jeweils aktuelle Förderrate und damit gekoppelt auch auf die im Produktionsrohr vorhandenen Druckverhältnisse. Die anfängliche, konzeptionelle Bestimmung der Rohrdurchmesser sind weitere wichtige Parameter. Die Reichweite der Verdampfungsfront in das Gestein 5 hinein ist in hohem Maße von den zu erwartenden, aber im Einzelnen nur schwer berechenbaren, vorstehend genannten Sekundäreffekten abhängig. Diese Sekundäreffekte können eine Erhöhung der Gesteinspermeabilität bewirken, wodurch sich der Druckgradient zwischen Bohrloch und Verdampfungsfront abflacht und sich der kritische Kondensationsdruck (Verdampfungsdruck) weiter in den Gesteinsraum 5 hinein verlagern kann.
  • In einem Fall, bei dem der erfindungsgemäß initialisierte Verdampfungsvorgang zu Beginn der Verdampfung größere Mengen an Heißdampf liefert, jedoch danach die nachdrängende, flüssige Phase in Folge der durch die Verdampfung bewirkten erhöhten Gesteinsdurchlässigkeit in immer größerer Menge zuströmt, kann die flüssige Phase die Oberhand über die Dampfphase gewinnen und zu einer erheblichen Reduzierung der Dampfphase im Produktionsrohr führen. In einem solchen Fall kann die somit geschaffene, erhöhte Gesteinsdurchlässigkeit auch nach dem Ende der Dampfproduktion zur wirtschaftlich attraktiven Produktion von Thermalwasser beziehungsweise Thermalsole führen, die dann mittels der im Stand der Technik bekannten, hydrogeothermischen Verfahren genutzt werden könnte. Ein solches Szenario kann insbesondere bei Lagerstättentemperaturen von unter 200 Grad Celsius (473 Kelvin) der Fall werden.
  • Das durch die vorliegende Erfindung induzierte Druckgefälle im Gesteinsraum 5 kann grundsätzlich auch zu einer erhöhten Ölausbeute in gering ergiebigen Ölfeldern mit geringpermeablen Ölträgergesteinen führen, indem das starke, zum Bohrloch gerichtete Druckgefälle die Fließgeschwindigkeit des Öls erhöht, zusätzliche Risse im Gestein erzeugt, und die häufig im Ölträger enthaltene wässrige Phase in Dampf umwandelt, was wiederum dem Fließverhalten des Öls zugute kommt.
  • Es sollte noch angemerkt sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit im Stand der Technik bekannten und bewährten Teilmaßnahmen zur Lösung bestimmter Einzelprobleme kombiniert werden sollte: beispielsweise dann, wenn in der Anfangsphase der Dampfproduktion auch Feststoffe durch den Dampfstrom mitgerissen werden, wie etwa pulverisiertes Gestein und kleine Gesteinsbruchstücke, so können die aus der Erdgasproduktion bekannten und bewährten, so genannten Deflektoren eingesetzt werden, um zu verhindern, dass solche Feststoffe nicht in die Dampfturbine gelangen.
  • In gleicher Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren in der einen oder anderen Ausprägung auch modifiziert werden, um die Wirtschaftlichkeit einer geplanten Nutzung einer Bohrung zu testen, bevor kostenträchtige Investitionen in die übertage liegenden Einrichtungen getätigt werden, wie etwa die Installation von Turbogeneratoren, Starkstromleitungen oder Fernwärme-Pipelines. Daher sind solche Änderungen des Verfahrens von der Erfindung mit umfasst, die ein erneutes Einbringen von Atmosphärendruck in eine bereits zuvor erfindungsgemäß stimulierte Bohrung vornehmen.
  • Desweiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu verwendet werden, um den Heißdampf nicht direkt zu fördern, sondern nach Durchleitung nur durch gewisse Teile des Durchflussraums 1 hindurch den Dampf in andere, nahe genug gelegene Bereiche untertage einzuleiten, um dort ein anderes geoproduktives Potential besser nutzbar zu machen, falls dies dort vorhanden ist. Beispielhaft sei genannt das Ausschmelzen von Schwefel oder das Erhitzen von Schweröl, um deren Förderung zu erleichtern.
  • Auch ist es möglich, zum Einleiten der Verdampfung eine erste schnelle Druckentlastung im unteren Bohrlochbereich zu bewirken, die zum Ziel hat, den (temperaturabhängigen) Kondensationsdruck zu unterschreiten, wonach die weitere Druckabsenkung dann graduell oder in kleineren Schritten erfolgt. Dies kann über die Stellung des Ventilrohres 68, ggf. im Zusammenwirken mit weiteren übertägigen Einrichtungen erfolgen. Eine solche Vorgehensweise könnte gerade in sehr heißen vulkanischen Systemen mit Kondensationsdrucken von 85 bar und mehr vorteilhaft sein, da die Masse des aus dem unteren Bohrlochbereich losgebrochenen und teilweise zur Erdoberfläche ausgetragenen Festgesteins dadurch verringert werden könnte.
  • Auch können andere Verschlussprinzipien zur Anwendung gelangen. Beispielhalber sei genannt ein Schmelzverschluss, der bei Hitzeinwirkung öffnet, oder ein säurelöslicher Verschluss. Der Schmelzverschluss könnte aus einer, genau an die Temperatur im unteren Bohrlochraum angepassten Legierung bestehen, die dann unter Zufuhr einer nur relativ geringen, zusätzlichen Hitzeeinwirkung etwa mithilfe einer aus dem Stand der Technik bekannten „Termitladung" zum Schmelzen gebracht werden kann. „Maßgeschneiderte" Legierungen sind im Stand der Technik bekannt. In Frage kommen unter anderem: Zinn, Blei, Antimon oder Zink, etc.. Auch der oben erwähnte Fallkörper könnte so zusammengesetzt sein, dass er nach Zerstören des Verschlusses schmilzt, wenn er beispielsweise aufgrund seiner Größe oder seiner Form nicht mit dem Dampfstrom nach oben gerissen wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Anstelle des Ventilrohres 68 und des Dichtungsrohrstücks 70 könnte auch ein anderer, reversibler Verschluss in das Casing 4 eingesetzt werden, bei dem das Produktionsrohr in seinem gesamten, unterhalb der des Druckverschlusses 70 liegenden, unteren Abschnitt Perforationsöffnungen auf weist, die zu Öffnungen passen, die in einem nach unten ragenden, sonst geschlossenen Rohrfortsatz des Druckverschlusses 70 angebracht sind. Der Rohrfortsatz ist beispielsweise 12 m lang, erstreckt sich in den unteren Bohrlochraum hinein und ist verdrehsicher mit dem Gewindeansatz des Druckverschlusses verbunden. Durch Drehung des Produktionsrohres um seine eigene Achse können dann die Öffnungen in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch eine Stellung "offen" definiert ist. Entsprechend kann in die "geschlossen"-Stellung gedreht werden, oder eine Teilüberlappung der Öffnungen gesteuert werden, um den Strom zu drosseln. Bei der Drehsteuerung muss die Drehelastizität des Produktionsrohrstrangs angemessen berücksichtigt werden. Eine feedback-Information, ob der Verschluss wirklich vollständig geschlossen ist, kann über eine Druckmessung im Produktionsrohrstrang erlangt werden.
  • Die reversible Verschlussart enthaltend das Ventilrohr aus den 11 bis 13 bietet jedoch gegenüber der zuletzt erwähnten Drehvariante mehrere Vorteile. Gegenüber der Drehung des mit dem Förderrohr verbundenen, unteren perforierten Innenrohres zur Erzielung der deckungsgleichen Positionen der Perforationen des inneren und äußeren Rohres, kann das Heben und Absenken des inneren perforierten Rohrstranges mit einer größeren Präzision und schneller vorgenommen werden. Das Heben geschieht durch mechanische Kraft, das Absenken kann im Wesentlichen durch das Gewicht des Förderrohrstranges durchgeführt werden. Zusätzlich eröffnet sich die Möglichkeit, den Dampfstrom gezielt auch in den Ringraum 14 zu leiten.
  • Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind. Insbesondere kann der Innenverschluss auch zusätzlich zu einem anderen Verschluss vorgesehen sein, und verschiedene technische Einrichtungen können redundant mehrfach vorgesehen oder ausgeführt sein.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren kann, wenn es entsprechend angepasst ist, auch auf mehrfach verzweigte (multilaterals) Bohrungen angewendet werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Förderung von Heißdampf, Thermalwasser, Erdöl, oder Erdgas aus Bohrlöchern mit einem Futterrohr (4) und einer den Außenraum um das Futterrohr (4) vom unteren Bohrlochraum (3) druckdicht trennenden Drucksperre (10), gekennzeichnet durch die Schritte: a) Setzen eines Druckverschlusses (2) innerhalb des Futterrohres (4) für eine Drucktrennung zwischen unterem Bohrlochraum (3) und einem oberhalb des Verschlusses liegenden Durchflussraum (1) innerhalb des Futterrohres (4), b) Entfernen eines überwiegenden Teils der Flüssigkeitssäule aus dem Durchflussraum (1) oberhalb des Druckverschlusses (2); c) Öffnen des Druckverschlusses (2), wobei eine Druckdifferenz im unteren Bohrlochraum (3) wirksam wird; d) Fördern des Heißdampfs, Thermalwassers, Erdöls, oder Erdgases durch den Durchflussraum (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, enthaltend die Schritte: a) vorbereitendes Setzen wenigstens eines äußeren Druckverschlusses (2) zum druckdichten Trennen des Außenraumes um ein innerhalb des Futterohrs (4) vorsehbares Produktionsrohr (7) vom unteren Bohrlochraum (3), b) Einführen des Produktionsrohres (7) in den Bohrlochraum, wobei dieses in seinem unteren Bereich mit einem druckdichten, als Druckverschluss dienenden Innenverschluss (8) verschlossenen ausgeführt ist, c) Aktivieren des äusseren Druckverschlusses (2), d) Öffnen des Innenverschlusses (8) des Produktionsrohres (7), und e) Nutzen des Innenraums des Produktionsrohres (7) als Durchflussraum (1).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Produktionsrohr (7) mit dem Innenverschluss (8) durch einen Schutzkörper (9) geschützt in Zielteufe gebracht wird.
  4. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch 2, bei dem hochdruckfeste und hochtemperaturbeständige, expandierbare Ringpacker (6) verwendet werden, zur Anwendung im Hochdruck-, und Hochtemperaturbereich bei der in-Situ Verdampfung von flüssiger Phase im und um den unteren Bohrlochraum (3).
  5. Verfahren nach Anspruch 2, enthaltend den Schritt, Öffnen des Innenverschlusses (8) durch Zerstören des Verschlusses (8) mittels eines Fallkörpers, der durch den Durchflussraum (1) fällt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, den Schritt enthaltend, Einbringen einer für eine Dampf- oder Gasphase permeablen Füllpackung (12) in den unteren Bohrlochraum (3).
  7. Ventilrohr (68) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, druckdicht verbindbar eingerichtet mit dem äußeren Druckverschlusses (2) zum druckdichten Trennen des Außenraumes um das innerhalb des Futterohrs (4) vorsehbare Produktionsrohr (7) vom unteren Bohrlochraum (3), wobei das Ventilrohr (68) an vorgegebenen Stellen eine Mehrzahl von Öffnungen vorgegebener Größe und Form aufweist.
  8. Ventilrohr (68) nach dem vorstehenden Anspruch, mit einer schraubbaren Dichtungsanordnung als äußerer Druckverschluss (2).
  9. Ventilrohr (68) nach Anspruch 7, das als Teil des Produktionsrohrs (7) ausgebildet ist.
  10. Ventilrohr (68) nach Anspruch 7, wobei der Innenverschluss (8) aus einem Material besteht, das Keramikanteile enthält.
  11. Ventilrohr (68) nach Anspruch 7, wobei der Innenverschluss (8) eine nach unten konvexe Gestalt aufweist.
  12. Ventilrohr (68) nach Anspruch 8, wobei die schraubbare Dichtungsanordnung ein mit dem Futterrohr(4) in Verbindung stehendes Gewindestück (20B; 72) und ein dazu passendes, innenliegendes Gewindestück (20A; 74) enthält, das fest mit einem Abschnitt des Produktionsrohrs (7) verbunden ist.
  13. Ventilrohr (68) nach Anspruch 8, wobei die schraubbare Dichtungsanordnung ein mit dem Futterrohr (4) in Verbindung stehendes Gewindestück (20B; 72) und ein dazu passendes, Gewindestück (20A; 74) enthält, das eine radial nach innen gerichtete Dichtfläche aufweist, die für eine dichtende Anlage an ein weiteres Rohrstück (7; 68) eingerichtet ist.
  14. Ventilrohr (68) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das weitere Rohrstück ein mit dem Produktionsrohr (7) verbundenes Ventilrohr (68) ist, das an vorgegebenen Stellen eine Mehrzahl von Öffnungen vorgegebener Größe und Form aufweist, und durch entsprechende Steuerbewegungen reversibel in verschiedene Positionen gebracht werden kann, die zumindest "offen" und "geschlossen" unterscheiden und den Durchflussraum und den unteren Bohrlochraum verbinden oder diese voneinander druckdicht trennen.
  15. Ventilrohr (68) nach Anspruch 7, wobei das Ventilrohr (68) eine Mehrzahl von Rohrabschnitten aufweist, die abwechselnd Öffnungen aufweisen (82, 84), oder keine Öffnungen aufweisen (76, 78, 80), wobei die Abschnitte so dimensioniert sind, dass sie in eine dichtende Anlage zu einem Dichtungsrohrstück (70) als Teil der schraubbaren Dichtungsanordnung gebracht werden können.
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