-
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Technologien für geologische Bohrungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für eine Rohrtour eines geologischen Bohrlochs, eine Rohrtour eines geologischen Bohrloches, ein Verfahren zum Betreiben einer geologischen Bohranlage sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Rohrtour für ein geologisches Bohrloch.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Geologische Bohrungen werden in Verbindung mit verschiedenen Anwendungszwecken benötigt und hergestellt. Hierzu gehören beispielsweise die Förderung von Erdöl oder Erdgas. Aber auch im Zusammenhang mit der Geothermie ist das Herstellen von geologischen Bohrungen bis in große Tiefen notwendig. In Verbindung mit der Geothermie geht es darum, in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen werden kann, zu nutzen.
-
Für die unterschiedlichen Anwendungen bei geologischen Bohrungen, nämlich insbesondere das Herstellen eines geologischen Bohrloches einerseits und die sich anschließende Förderung eines Fluids durch das Bohrloch andererseits, wurden jeweils angepasste Analagen in Form von Bohr- und von Fördereinrichtungen vorgeschlagen.
-
Nach dem Herstellen eines Bohrloches im Zusammenhang mit einem Ölvorkommen reicht es bei der anschließenden Förderung von Öl am Anfang der Ausbeutung des Vorkommens meist aus, den natürlichen Druck im Ölvorkommen zu nutzen, so dass sich das Öl von selbst nach oben transportiert. Lässt der natürliche Druck nach, kann ein so genanntes Gaslift- oder Lufthebe-Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem mittels einer Kompressor-Pumpanlage ein Gas oder eine Flüssigkeit in das zu fördernde Öl eingebracht werden, um dessen Transport nach oben zu unterstützen.
-
Es sind verschiedene für das Gaslift- oder Lufthebe-Verfahren eingerichtete Fördervorrichtungen bekannt. Beispielsweise ist in dem Dokument
US 3,937,280 eine so genannte Liftvorrichtung zur Ölforderung beschrieben. Durch einen inneren Hohlraum eines Hohlgestänges wird ein Gas eingebracht, welches durch Öffnungen in dem den inneren Hohlraum umgebenden Rohr nach außen tritt, um in die zu fördernde Flüssigkeit, also insbesondere Öl, einzutreten und deren Transport nach oben zu unterstützen. Bei einem dem Gaslift-Verfahren dienenden, pneumatischen System zur Ölforderung aus dem Dokument
US 6,298,918 B1 wird ein Gas entlang einer äußeren Oberfläche eines Förderrohres nach unten transportiert, um in das durch einen mittleren Hohlraum in dem Förderrohr zu fördernde Öl einzutreten und dessen Transport nach oben zu unterstützen.
-
Aus dem Dokument
US 4,787,450 ist die Verwendung des Gaslift-Verfahrens im Zusammenhang mit der Förderung eines Fluids aus einem geothermischen Vorkommen bekannt. Eine separate Rohrleitung wird genutzt, um ein inertes Gas in das zu fördernde geothermische Fluid einzubringen und dessen Förderung zu unterstützen. Die separate Rohrleitung für das zuzuführende Gas ist in einer Ausführungsform in einem Zwischenraum zwischen einem inneren Förderrohr und einem äußeren Rohr einzementiert.
-
Die vorgenannte Förderung des geothermischen Fluids setzt voraus, dass zuvor ein geeignetes geologisches Bohrloch erstellt wurde. Beim Herstellen eines solchen Bohrloches werden geologische Bohranlagen genutzt, bei denen am unteren Ende des Bohrstranges bzw. -gestänges ein Bohrwerkzeug montiert ist. Durch einen Hohlraum in dem Bohrstrang wird eine Spülflüssigkeit zum Bohrwerkzeug geführt, welche nach Austritt im Bereich des Bohrwerkzeuges auf der Außenseite des Bohrstranges wieder nach oben transportiert wird. Hierbei werden mittels der Spülflüssigkeit Bohrspäne abtransportiert, die mit dem Bohrwerkzeug erzeugt werden. Im Betrieb der Bohranlage kann ein wesentlicher Teil der Spülflüssigkeit samt Bohrspäne in geologischen Formationen verloren gehen, in dem die Spülflüssigkeit in die Erdschichten eindringt und sich dort ablagert. Auf diese Weise werden einerseits die Erdschichten, bei denen es sich beispielsweise um Malmkalke handelt, verstopft. Es ist dann vorgesehen, solche Verstopfungen mittels Einbringen einer Säure wieder aufzulösen. Darüber hinaus entsteht aufgrund des Verlustes der Spülflüssigkeit auch ein ökonomischer Schaden.
-
In dem Dokument
US 6,607,042 B2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines geologischen Bohrloches beschrieben, bei dem in einer Ausführung in nach oben transportierte Spülflüssigkeit ein Gas injiziert wird, um einen Zirkulationsdruck der Spülflüssigkeit im Bereich des Bohrwerkzeuges zu beeinflussen. Es wurde gefunden, dass am Boden des Bohrloches der Zirkulationsdruck mittels der Gasinjektion verringert werden kann. Die Zuführung des Gases erfolgt durch einen Zwischenraum zwischen einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr, in welchem die Spülflüssigkeit nach oben transportiert wird.
-
Das Dokument
DE 102 08 768 A1 betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Dichtheit einer hydraulischen Sperre in einem ausgebauten Bohrloch.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Technologien zum Ausbilden eines geologischen Bohrlochs anzugeben. Insbesondere sollen ein effizienterer Umgang mit Bohrspülflüssigkeit ermöglicht und eine Schädigung von erbohrten geologischen Formationen minimiert oder ganz unterbunden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung für eine Rohrtour eines geologischen Bohrlochs nach dem unabhängigen Anspruch 1, eine Rohrtour eines geologischen Bohrlochs nach dem unabhängigen Anspruch 14, ein Verfahren zum Betreiben einer geologischen Bohranlage nach dem unabhängigen Anspruch 15 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Rohrtour für ein geologisches Bohrloch nach dem unabhängigen Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
-
Nach einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung für eine Rohrtour eines geologischen Bohrlochs geschaffen, mit einem Rohrtourelement und einer außerhalb des Rohrtourelementes angeordneten Fluidzuführleitung, die sich längs des Rohrtourelementes erstreckt und mit einer Fluidinjektionseinrichtung an dem Rohrtourelement in Verbindung steht, über welche ein durch die Fluidzuführleitung hindurch zugeführtes Fluid in einen Innenraum des Rohrtourelementes eingebracht werden kann.
-
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Rohrtour eines geologischen Bohrlochs geschaffen, insbesondere eines Geothermie-Bohrloches, mit der vorgenannten Vorrichtung, wobei die Vorrichtung wenigstens teilweise einzementiert ist.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zum Betreiben einer geologischen Bohranlage mit der vorgenannten Vorrichtung vor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Zuführen einer Betriebsflüssigkeit zu einem an einem Bohrgestänge montierten Bohrer im Betrieb, Wiederabführen der Betriebsflüssigkeit von dem Bohrer durch einen Innenraum eines Rohrtourelementes, Zuführen eines Fluids über eine sich längs und außerhalb des Rohrtourelementes erstreckende Fluidzuführleitung und Eindosieren des zugeführten Fluids aus der Fluidzuführleitung über eine an dem Rohrtourelement gebildete Fluidinjektionseinrichtung in die im Innenraum des Rohrtourelementes wieder abgeführte Betriebsflüssigkeit.
-
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Rohrtour für ein geologisches Bohrloch mit der vorgenannten Vorrichtung, bei dem ein Rohrtourelement einzementiert wird und beim Einzementieren ein Verpumpungsdruck gemindert wird, indem über eine sich längs und außerhalb des Rohrtourelementes erstreckende Fluidzuführleitung ein Fluid zugeführt und über eine an dem Rohrtourelement gebildete Fluidinjektionseinrichtung in einen zu zementierenden Raum eindosiert wird. Die Minderung des Verpumpungsdrucks verringert die Aufbrechgefahr von geologischen Formationen.
-
Mit Hilfe der Erfindung sind neue Technologien für das Herstellen eines geologischen Bohrlochs mit einer Rohrtour geschaffen, die im Vergleich zum Stand der Technik einen effizienteren Umgang mit der genutzten Bohranlage ermöglichen. Das Einbringen des über die Fluidzuführleitung zugeführten Fluids in dem Innenraum des Rohrtourelementes ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Dichteverhältnisse in der nach oben geförderten Betriebsflüssigkeit, bei der es sich üblicherweise um eine so genannte Spül- oder Bohrspülflüssigkeit handelt. So kann beispielsweise mittels Einbringen eines Gases die Dichte der Betriebsflüssigkeit vermindert werden. Hierdurch werden dann beim Herstellen der Bohrung die Druckverhältnisse in dem Bohrloch eingestellt. Auch im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen einer Rohrtour ermöglichen das Zuführen und das Einleiten des Fluids eine Druckregulierung, nämlich eine Minderung des Verpumpungsdrucks beim Zementieren.
-
Das Vorsehen der Fluidzuführleitung außerhalb des Rohrtourelementes ermöglicht eine unabhängige Ausgestaltung und Konfiguration des Innenraumes des Rohrtourelementes einerseits und der Fluidzuführleitung andererseits. Das Rohrtourelement kann für den beabsichtigten Zweck optimiert werden, insbesondere die Rückführung der Betriebsflüssigkeit sowie die Injektion des Fluids in die rücktransportierte Betriebsflüssigkeit. Unabhängig hiervon kann die Fluidzuführleitung ihrem Betriebszweck entsprechend optimiert werden, nämlich das Zuführen des in die Betriebsflüssigkeit zu injizierenden Fluids.
-
In einer möglichen Ausführungsform können entlang des Rohrtourelementes mehrere Fluidinjektionseinrichtungen gebildet sein. Diese können sich zum Beispiel über den gesamten Umfang des Rohrtourelementes verteilen. Sind mehrere Fluidinjektionseinrichtungen an dem Rohrtourelement gebildet, so können diese entweder über eine Fluidzuführleitung oder über voneinander getrennte Fluidzuführleitungen oder getrennte Fluidzuführleitungsabschnitte gespeist werden. Bei dem zugeführten Fluid kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Bevorzugt ist die Fluidzuführleitung in einer Ausgestaltung gasdicht gebildet.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Fluidzuführleitung als von dem Rohrtourelement getrennt gebildete Rohrleitung ausgeführt ist, deren Wandung frei von mit einer Wandung des Rohrtourelementes gemeinsam gebildeten Wandabschnitten ist.
-
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidzuführleitung zumindest abschnittsweise außen auf dem Rohrtourelement angeordnet ist. Die Fluidzuführleitung kann vollständig oder teilweise auf dem Rohrtourelement außen aufliegen. Es kann eine Kombination von außen auf dem Rohrtourelement aufliegenden Abschnitten der Fluidzuführleitung und hiervon beabstandet gehaltenen Fluidzuführleitungsabschnitten vorgesehen sein. In einer Ausgestaltung können Haltelaschen verwendet werden, um die Fluidzuführleitung an dem Rohrtourelement zu fixieren. Unabhängig von dieser Ausgestaltung kann in einer Ausführung vorgesehen sein, die Fluidzuführleitung an einem Bohrlochkopf fluiddicht nach außen zu führen.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Fluidzuführleitung als eine Hochdruckleitung ausgeführt ist.
-
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Fluidzuführleitung mit zumindest einem Abschnitt durch ein Verbindungselement geführt ist, die an dem Rohrtourelement angeordnet und mittels welchem das Rohrtourelement mit einem weiteren Rohrtourelement verbindbar ist. In einer Ausführungsform ist das Verbindungselement als eine Verbindungsmuffe ausgeführt, mit der das Rohrtourelement sowie das weitere Rohrtourelement miteinander verbunden werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidinjektionseinrichtung in dem Verbindungselement gebildet ist. Die Fluidinjektionseinrichtung steht mit einer Öffnung in der Wandung des Rohrtourelementes in Verbindung, durch welche hindurch die Injektion des Fluids in den Innenraum des Rohrtourelementes erfolgt.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass an dem Verbindungselement eine Revisionsöffnung gebildet ist. Über die Revisionsöffnung ist beispielsweise ein Zugriff auf die Fluidzuführleitung und/oder die Injektionseinrichtung ermöglicht. Vorzugsweise ist die Revisionsöffnung mit einem abnehmbaren Deckel versehen.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Injektionseinrichtung mit einem Gegenkraftelement gebildet ist, welches konfiguriert ist, die Injektion des zugeführten Fluids in den Innenraum des Rohrtourelementes erst beim Überwinden einer von dem Gegenkraftelement bereitgestellten Gegenkraft zuzulassen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Injektionseinrichtung mit einem Rückschlagventil gebildet, wobei mit dem elektronischen oder dem mechanischen Rückschlagprinzip arbeitende Ventile zum Einsatz kommen können. Die eine oder die mehreren Injektionseinrichtungen verhindern bei dieser Ausgestaltung auch einen Austritt von Fluid aus dem Inneren des zugeordneten Rohrtourelementes. Sind über die Länge der Rohrtour mehrere Fluidinjektionseinrichtungen in verschiedenen Tiefen angeordnet, so kann in der Ausgestaltung vorgesehen sein, die zu überwindende Gegenkraft nach unten zunehmend auszuführen. Auf diese Weise erfolgt die Injektion des Fluids über die verschiedenen Fluidinjektionseinrichtungen bei zunehmendem Druck Stück für Stück.
-
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die von dem Gegenkraftelement bereitgestellte Gegenkraft einstellbar ist.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Rohrtourelement über ein zugeordnetes Verbindungselement mit einem weiteren Rohrtourelement verbunden ist, wobei sich die Fluidzuführleitung auch längs des weiteren Rohrtourelementes erstreckt und mit einer weiteren Fluidinjektionseinrichtung an dem weiteren Rohrtourelement in Verbindung steht, über welche das durch die Fluidzuführleitung hindurch zugeführte Fluid in einen Innenraum des weiteren Rohrtourelementes eingebracht werden kann.
-
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Injektionseinrichtung und die weitere Injektionseinrichtung an voneinander getrennte Zuführleitungsabschnitte der Fluidzuführleitung angeschlossen sind, welche konfiguriert sind, die Injektionseinrichtung und die weitere Injektionseinrichtung individuell zu speisen. Alternativ können die Injektionseinrichtung und die weitere Injektionseinrichtung in Reihe angeordnet sein.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die weitere Injektionseinrichtung mit einem weiteren Gegenkraftelement gebildet ist, welches konfiguriert ist, die Injektion des zugeführten Fluids in den Innenraum des weiteren Rohrtourelementes erst beim Überwinden einer von dem weiteren Gegenkraftelement bereitgestellten Gegenkraft zuzulassen. In einer Ausführung ist die weitere Fluidinjektionseinrichtung mit einem Rückschlagventil gebildet, welches gleich dem oder verschieden zum Rückschlagventil der Fluidinjektionseinrichtung ausgeführt ist.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die von dem weiteren Gegenkraftelement bereitgestellte Gegenkraft verschieden ist von der von dem Gegenkraftelement bereitgestellten Gegenkraft.
-
Das Verfahren zum Betreiben einer geologischen Bohranlage kann einer der vorangehend genannten Ausgestaltungen der Vorrichtung für die Rohrtour entsprechend oder gemäß einer Kombination mehrerer dieser Ausgestaltungen fortgebildet werden.
-
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Rohrtourschemas mit mehreren Rohrtouren eines geologischen Bohrlochs,
-
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit drei Rohrtourelementen, die mit Verbindungsmuffen verbunden sind, und
-
3 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit drei Rohrtouren eines geologischen Bohrlochs, die einzementiert sind.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung ein Rohrtourschema eines geologischen Bohrlochs. Es sind mehrere Rohrtouren 1, ..., 5, die jeweils einzementiert sind, mit unterschiedlichen Durchmessern dargestellt. Oben erfolgt der Abschluss der Rohrtouren 1, ..., 5 mit Hilfe zugeordneter Flansche, 6, ..., 10. Drei Rohrtouren 2, 3, 4 sind außenseitig mit einer jeweiligen Fluidzuführleitung 11, 12, 13 versehen, über die ein Fluid, insbesondere ein Gas, in den jeweiligen Innenraum der Rohrtouren 2, 3, 4 eingespeist werden kann, was in 1 schematisch mittels Pfeilen gezeigt ist. Die Fluidzuführleitungen 11, 12, 13 sind oben durch die zugeordneten Flansche hindurch druckdicht nach außen geführt. Gestrichelte Linien deuten in 1 auf mögliche Abzweigungen der Fluidzuführleitungen 11, 12, 13 zu Zwischenventilen (nicht dargestellt) entlang des Rohrtourschemas an.
-
Die Fluidzuführleitungen 11, 12, 13 können als Hochdruckleitungen ausgeführt werden, zum Beispiel aus armiertem Kunststoff, armiertem Gummi oder Metall. Bei der Herstellung können eine Endlosrohrleitung von der Trommel oder geschraubte, geflanschte oder verschweißte Einzelrohre zum Einsatz kommen.
-
Die Fluidzuführleitungen 11, 12, 13 werden außen im Bereich eines Bohrlochkopfes (nicht dargestellt) bevorzugt über eine Hochdruck-Schnellkupplung, eine Schlagmutter oder einen Flansch angeschlossen.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit Rohrtourelementen 20, 21, 22 einer Rohrtour, die mit Hilfe von Verbindungsmuffen 23, 24 miteinander verbunden sind, im Querschnitt. Auf der Außenseite der Rohrtourelemente 20, 21, 22 sind längs dieser zwei als Hochdruckleitungen ausgeführte Fluidzuführleitungen 25, 26 angeordnet, über die ein Fluid, beispielsweise Luft oder ein inertes Gas, Rückschlagventilen 27, ..., 30 zugeführt werden kann, welche in den Verbindungsmuffen 23, 24 angeordnet sind und als Fluidinjektionseinrichtungen dienen. Über die Rückschlagventile 27, ..., 30 ist das zugeführte Fluid in einem Innenraum 31 einbringbar, durch welchen hindurch im Betrieb Spül- oder Bohrspülflüssigkeit nach oben strömt. Pfeile deuten in 2 eine Fließweg des Fluides an.
-
Gemäß 2 ist an den Verbindungsmuffen 23, 24 eine jeweilige Revisionsöffnung 32 gebildet, die mit einem Deckel verschlossen ist.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit drei Rohrtouren 40, 41, 42 eines geologischen Bohrlochs, die einzementiert sind.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Rohrtourschemas mit drei Rohrtouren 40, 41, 42 eines geologischen Bohrlochs zum Zeitpunkt der Vertiefung des Bohrlochs aus der Rohrtour 42, mit einem Bohrmeißel, welcher dem Innendurchmesser der Rohrtour 42 entspricht. Mehrere Fluidzuführleitungen 43, 44, 45 dienen dem Zuführen eines Fluids, beispielsweise Luft oder inertes Gas. Die Zuführung des Fluids ermöglicht es, im Prozess des Zementierens der Rohrtouren den Verpumpungsdruck beim Zementeinbringen zu mindern. Das Einbringen des zugeführten Fluids erfolgt über Fluidinjektionseinrichtungen 46, 47, 48. Die mehreren Fluidzuführleitungen 43, 44, 45 werden teilweise nach erfolgter Bohr- und Zementationsarbeiten von bereits zurückliegenden höheren Bohrlochsektionen wieder deaktiviert. Die Fluidzuführleitungen 44, 45 sind weiterhin aktiv für einen fortschreitenden Bohrfortgang und der Zementation einer im Fortgang noch zusätzlich einzubringenden Rohrtour innerhalb der Rohrtour 42.
-
Mehrere Fluidinjektionseinrichtungen, verteilt über eine Rohrtour und betrieben über eine oder mehrere Fluidzuführleitungen, ermöglichen bei optimaler Eindosierung von leichten Fluiden oder Gasen den Spülungsumlauf in einem Bohrloch kurzfristig, auch bei abgeschraubtem Spülkopf vom Bohrgestänge und damit angehaltenen Pumpen, aufrecht zu erhalten. Diese Zeit kann in der Regel ausreichen, um eine Bohrstange nachzusetzen, ohne in der Zwischenzeit ein Gestängeinneres mit Spülung manuell auffüllen zu müssen, um so den oft gewünschten kontinuierlichen Spülungsumlauf in einem Bohrloch während solcher Stillstandszeiten aufrecht zu erhalten. Hierdurch können Druckspitzen auf geologischen Formationen, die beim Wiederanfahren der Spülpumpen nach solch einem Nachsetzvorgang besonders in tiefen Bohrsektionen entstehen können, weitgehend vermieden werden.
