DE102010010850A1 - Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung - Google Patents

Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung Download PDF

Info

Publication number
DE102010010850A1
DE102010010850A1 DE102010010850A DE102010010850A DE102010010850A1 DE 102010010850 A1 DE102010010850 A1 DE 102010010850A1 DE 102010010850 A DE102010010850 A DE 102010010850A DE 102010010850 A DE102010010850 A DE 102010010850A DE 102010010850 A1 DE102010010850 A1 DE 102010010850A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
riser
insulation
thermal
granules
cladding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102010010850A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr. Kessels Winfried
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEO TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH
GEO-TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH
Original Assignee
GEO TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH
GEO-TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEO TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH, GEO-TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH filed Critical GEO TIP TECHNOLOGIE INNOVATION PHYSIK GmbH
Priority to DE102010010850A priority Critical patent/DE102010010850A1/de
Publication of DE102010010850A1 publication Critical patent/DE102010010850A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/003Insulating arrangements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/20Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00Thermal insulation; Thermal decoupling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)

Abstract

Im Rahmen der Energiegewinnung aus dem tiefen Untergrund ist oft die technische Aufgabe gestellt, Wärmeenergie möglichst verlustfrei aus dem Bohrlochtiefsten nach Übertage zu fördern oder möglichst verlustfrei von Übertage in das Bohrlochtiefste zu injizieren. Zielsetzung bei der Gewinnung geothermischer Energie ist die Wärmeversorgung von Gebäuden oder die Stromerzeugung. Zielsetzung in der Erdgas- und Erdölförderung ist die Mobilisierung des fluiden Erdöl- und Erdgases in den Poren des Untergrundes durch seine Aufheizung, zum Beispiel durch Dampfinjektionen. Das technische Problem ist die Realisierung einer thermischen Superisolierung eines Steigrohres bis in große Teufen einer Bohrung trotz der hohen mechanischen Belastung, denen ein Steigrohr durch sein Eigengewicht, den hohen Druck in der Bohrung und den Reibungen an der Bohrlochwand ausgesetzt ist. Auch Biegungen in den meist nicht genau vertikal verlaufenden Bohrungen führen zu mechanischen Belastungen des Steigrohres. Durch die thermomechanischen Deformationen, denen das Steigrohr im Förder- oder Injektionsbetrieb ausgesetzt ist, treten weitere Belastungen auf. Mit der „Vorrichtung einer thermische Steigrohrisolierung” wird eine thermische Steigrohrisolation erreicht, die die bisher bekannten um ein Vielfaches verbessert und bis in Teufen bis 10000 m und bis Temperaturen von 400°C einsetzbar ist. Die technische Aufgabe wird durch eine meist stahlummantelte Hülle (9) realisiert, in die granulares Material (12) eingefüllt und die dann evakuiert wird. So entsteht eine pulversuperisolierte Hülle (3), die innen oder außen an konventionell gefertigte, nicht thermisch isolierte Steigrohre (1) angebracht und mit diesen eingebaut werden können.

Description

  • Das technische Gebiet:
  • Steigrohre in Bohrungen zum Fördern oder Injizieren von Wasser, Öl oder anderen fluiden Stoffen sind seit langer Zeit erprobte und auch weitgehend genormte Vorrichtungen bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung, dem Brunnenbau und dem Bergbau. Die technische Auslegung der „klassischen” Steigrohre wird durch die hohen mechanischen Belastungen bestimmt, denen die Steigrohre durch ihr Eigengewicht und die Injektions- oder Zirkulationsoperationen ausgesetzt sind. Auch der meist nicht vertikale Verlauf der Bohrungen führt über Reibungen des Steigrohres an der Bohrlochwand zu weiteren hohen mechanischen Belastungen.
  • In neuerer Zeit werden insbesondere durch die geothermische Energiegewinnung und tertiäre Erölgewinnung besondere Anforderungen an eine gute thermische Isolierung der Steigrohre bei einer großen Einsatztiefe gestellt.
  • Stand der Technik:
  • Die thermische Nutzung des Untergrundes in großen Tiefen ist dadurch gekennzeichnet, dass Wärme möglichst verlustfrei in Bohrungen injiziert oder gefördert werden soll. Hierfür sind in tiefen Bohrungen einsetzbare, mechanisch hoch belastbare, hoch temperaturfeste und thermisch möglichst superisolierte Steigrohre erforderlich.
  • Die Durchführung von Heißdampf-Injektionen in Erdöllagerstätten zur besseren Mobilisierung des Erdöles ist eine solche Anwendung. In Deutschland werden solche Arbeiten zum Beispiel bei Emlichheim von der Firma Wintershall durchgeführt. Die Injektion erfolgt über doppelwandige Rohre, die in ihrem Zwischenraum evakuiert und mit einer reflektierenden Folie versehen sind. Dieses System hat insbesondere im Verbinderbereich der meist 9 m langen Steigrohre größere Wärmeverluste, da hier ein metallischer Kontakt vom Innenraum des Steigrohres zu seiner Außenseite nicht zu vermeiden ist. Da über diese Verbinder große Zugkräfte übertragen werden und auch das Verschrauben am Bohrturm eine starke mechanische Belastung darstellt, lassen sich die durchgängigen Metallwandstärken hier kaum verringern. Weiter treten im Betrieb große thermomechanische Spannungen durch die hohen variablen Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenseite des Steigrohres auf. Das Steigrohr muss weiter meist einem gekrümmten Bohrlochverlauf folgen. Diese Krümmungen verringern stark die Außendruckfestigkeit der Steigrohre, da diese elliptisch durch die Krümmung verformt werden. Auch die Verbinder werden durch diese Bohrlochkrümmung stark mechanisch belastet. Solche Steigrohre stellen eine eingeführte Technik dar und werden vom American Petroleum Institute (abgekürzt API) (http://www.api.org/) zertifiziert. Ein Beispiel ist das Produkt der Shengli Oil Field Freet Petroleum Steel Pipe CO., LTD aus Dong Ying City, Shandong Province, CHINA (API License Number: 5CT-0533). Die Steigrohre sind in den Bohrungen durch den evakuierten Innenbereich hohen Außendrucken ausgesetzt und daher bisher nur bis 1500 m Bohrlochteufe einsetzbar. Für den geothermischen Einsatz bietet die Firma Stükerjürgen ein solches Produkt unter dem Namen VAKUTEC mit einer Einsatzteufe bis 1000 m an.
  • Die Nutzung geothermischer Energie erfordert ebenfalls in vielen Fällen den Einsatz solcher thermisch möglichst superisolierten Steigrohre. Einsatzteufen bis 8000 m und Einsatztemperaturen bis 400°C (nicht in Deutschland) sind hier anzustrebende Zielgrößen einer gewünschten Steigrohrentwicklung.
  • In der Offenlegungsschrift DE 19724627 A1 wird eine Steigrohranwendung in einer geothermischen Förderbohrung beschrieben. In der Beschreibung wird darauf hingewiesen, dass ein Teil des Steigrohres daher vorzugsweise von einer thermischen Isolation umgeben sein sollte. Auf die Qualität und die technische Realisierung dieser Isolation wird nicht näher eingegangen.
  • In der Gebrauchsmusterschrift des Patentamtes der Republik Österreich AT 007 510 U1 wird der Einsatz eines Wellrohres als Verrohrung beschrieben, um den Wärmeübergang zum Gebirge zu verbessern. Auf die Steigrohrausbildung wird nicht näher eingegangen.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2007 024 561 A1 2008.11.27 wird eine Steigrohranwendung in einer geothermischen Förderbohrung beschrieben, die aus zwei halbkreisförmigen Rohren besteht, die durch eine Isolierschicht getrennt sind. Diese Anordnung unterscheidet sich daher von der hier diskutierten koaxialen Anordnung.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2005 045 807 A1 2007.03.29 wird zwar eine koaxiale Steigrohranwendung beschrieben, auf die innere Steigrohrisolierung wird aber nicht eingegangen.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2007 033 436 A1 2009.01.22 wird ebenfalls eine koaxiale Steigrohranwendung in der geothermischen Energiegewinnung beschrieben. Hier steht ein hydraulischer Wärmeaustausch mit dem Gebirge in Vordergrund und nicht die Steigrohrisolierung.
  • Insbesondere bei der Nutzung der tiefen Erdwärmesonden, die als Gegenstromwärmetauscher genutzt werden, sind superisolierte Steigrohre erforderlich. Kessels (2008a, b) zeigt anhand numerischer Wärmetauscherrechnungen, dass für die geothermische Nutzung tiefer Bohrungen Wärmedurchgangszahlen < 0,1 W/m2/K Zielgröße für eine Steigrohrentwicklung sind. Ein gut isoliertes Steigrohr wurde im deutschsprachigen Raum erfolgreich in Prenzlau [1] durch 1000 m tiefe, luftgefüllte Doppelrohre realisiert. Da diese Erdwärmesonde mit Wärmepumpen betrieben wird, ist in dieser flachen Bohrung diese Isolierung ausreichend.
  • Wie bei Kessels, (2009b) dargestellt, sind drei Varianten einer Steigrohrisolierung möglich. Beim einfachsten Fall einer Steigrohrisolierung bestimmt die Wärmeleitfähigkeit des Steigrohrmaterials die Wärmedurchgangszahl.
  • Durch das Prinzip eines Vakuum isolierten Spaltes lassen sich deutlich kleinere Wärmedurchgangszahlen erreichen. Die beste erreichbare thermische Isolierung wird durch eine Pulver- oder Mehrschicht-Vakuum-Isolierung realisiert. Kunststoff basierte Steigrohre haben eine ungenügende thermische Isolation und sind mechanisch nur wenig belastbar. Ihr Einsatz in tiefen Erdwärmesonden ist bisher (Stand 7.3.2010) fehlgeschlagen. Beispiele sind das Aachener Super C Projekt [2] (http://www.superc.rwth-aachen.de/) und das Projekt Arnsberg [3].
  • Die hier beschriebene Erfindung basiert auf dem Verfahren einer selbsttragenden Pulverisolation. Schon in Lehrbüchern wird beschrieben, dass Isoliermaterialien in doppelwandigen Rohren Stützfunktion gegen Außendruck ausüben können. Frey&Haefner (1981) beschreiben auf S. 239, dass Hartschaumstoff, Kork und Schaumglas ihre Wärmeleitfähigkeit bei Außendrücken bis 10 bar kaum ändern und Stützfunktionen übernehmen können. Auch Perlit und Silicaaerogel werden hier genannt.
  • Auf S. 248 beschreiben Frey&Haefner (1981), dass schon bei Folien-Isolierungen mit sehr großen Zeiten (bis 100 h) für die Evakuierung zu rechnen ist. Es wird erläutert, dass diese langen Zeiten mit Gasen, die an den äußeren Grenzflächen der Isolation adsorbiert sind, zu erklären ist. Es muss daher ein Isoliermaterial gefunden werden, das eine kleine innere Oberfläche besitzt. Mit der hier vorgestellten, auf schüttfähigem Granulat basierenden thermischen Isolierung ist dies realisiert. Über die Variation der Korngröße des Granulates kann hier Einfluss auf die Größe der inneren Oberfläche genommen werden. Eine Korngrößenvergrößerung verringert die Evakuationszeit, vergrößert dabei aber den Wärmedurchgang. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber Schaumisolierungen dar.
  • Holler (2009) beschreibt in seiner Offenlegungsschrift DE 10 2008 021 201 A1 2009.11.05 doppelwandige Steigrohre für Bohrungen, die er als Förderleitungen bezeichnet und deren Zwischenraum er mit einem Isolierschaum füllen will. Diesen will er in einer Weiterbildung seiner Erfindung bis 500 bar (50 N/mm2) belastbar machen. Er nennt hier einen Schaumwerkstoff, den er bis zu solchen Drucken belasten kann. Eine Spezifikation des Schaumwerkstoffes fehlt. Er erreicht diese Festigkeit nach seinen Aussagen durch den Einbau von Zentrierblöcken (Stege), die einen zentrierten Einbau ermöglichen und mechanisch stabilisieren. Dieser zentrierende Einbau verschlechtert allerdings erheblich die Wärmeisolierung des Steigrohres.
  • Dieser Patentantrag „Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung” unterscheidet sich von dem Patentantrag DE 10 2008 021 201 A1 2009.11.05 dadurch, dass hier die thermische Isolierung und die Stützwirkung durch ein mineralisches grobkörniges Pulver oder durch Glaskugeln realisiert werden. Stege werden also vermieden. Hierdurch können sicher Druckfestigkeiten bis 100 N/mm2 erreicht werden. Im nicht mineralisierten Wasser können also Steigrohre bis Bohrlochteufen von 10 000 m gut eingesetzt werden. Selbst bei den in Tiefenwässern meist zu erwartenden salinaren Grundwässern ist ein Einsatz bis 7000 m Bohrlochteufe realistisch. Außerdem hat mineralisches grobkörniges Pulver eine kleinere innere spezifische Oberfläche als Schäume. Dadurch werden Evakuierungen auch für große Volumen mit vernünftigem Aufwand realisierbar. Der wesentliche Unterschied zu allen bisherigen thermischen Isolierungen besteht aber darin, dass hier die thermische Isolierung getrennt von dem tragenden Steigrohr gefertigt und installiert werden kann. Als Steigrohr können daher alle Standardsteigrohre nach den Normungen der Tiefbohrtechnik zum Einsatz kommen. Diese werden dann nur innen oder außen mit einer thermisch isolierenden Hülle versehen. Diese ist dann nicht den mechanischen Belastungen des Steigrohres unterworfen. Durch ein Überlappen der Isolierung können die thermischen „Leckagen” im Verbinderbereich praktisch vermieden werden, wie sie bei allen bisherigen Konstruktionen auftreten.
  • Auf eine Diskussion der Vielzahl von Patenten im Fernwärmebereich, wo mit evakuierten und mit Füllstoffen versehenen Zwischenräumen gearbeitet wird, kann hier verzichtet werden, da technische Anwendungen in Bohrungen bei hohen Außendrucken nicht bekannt sind. In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 021 201 A1 2009.11.05 wurden solche Diskussionen durchgeführt.
  • Literatur
    • Kessels, W., (2009b): Ringraumanregung zur Steigerung der Wärmeentzugsleistung von Erdwärmesonden, GTV Jahrestagung 2009, Bochum, 363–372
    • Kessels, W., (2009a): Thermisches und hydraulisches Wärmeentzugspotenzial tiefer Erdwärmesonden, Energie und Rohstoffe 2009, Goslar, 363–372
    • H. Frey, R. Haefner (1981): Tieftemperaturtechnologie, VDI-Verlag, Düsseldorf, 239
    • Prenzlau, [1]: http://stadtwerke-grenzlau.de/CMS1//index.php?option=com_content&task=view&id=21&Itemid=36
    • RWTH1, [2]: http://www.superc.rwth-aachen.de/cros/front_content.php?idcat=25
    • Projekt Arnsberg, [3]: http://www.geothermie.de/news-anzeigen/arnsberg-neustartfur-tiefste-erdwarmebohrung-in-nrw.html
    • Offenlegungsschrift DE 10 2008 021 201 A1 2009.11.05 (2009)
    • Offenlegungsschrift DE 19724627 A1
    • Offenlegungsschrift DE 10 2007 024 561 A1 2008.11.27
    • Offenlegungsschrift DE 10 2005 045 807 A1 2007.03.29
    • Offenlegungsschrift DE 10 2007 033 436 A1 2009.01.22
  • Zielsetzung der Erfindung
  • Ziel dieser Erfindung ( ) ist die Realisierung eines thermisch isolierten Steigrohrkonzeptes, dass in Teufen bis zu 10 000 m eingesetzt werden kann. Es soll bei Temperaturen bis 500°C eingesetzt werden können. Die thermische Isolierung des Steigrohres (9) soll unabhängig vom konventionell gefertigten, tragenden Stahlsteigrohr (1) gefertigt werden. Es wird dann in das konventionelle Steigrohr (1) eingebaut ( ). Steigrohrisolierung (3) und tragendes Steigrohr (1) sind so weitgehend mechanisch entkoppelt und können auch unter hohen mechanischen Belastungen des Steigrohres (1) eingesetzt werden. Diese hohen mechanischen Belastungen in Bohrungen werden verursacht durch thermomechanische Spannungen, Richtungsänderungen des Bohrlochverlaufes, hohe Zugbelastungen des Steigrohres durch große Einsatzteufen und Außendruckbelastungen des Steigrohres durch inverses Pumpen, insbesondere in der Geothermie. Beim inversen Pumpen wird die Wärmetauscherflüssigkeit in den Ringraum um das Steigrohr gepumpt, so dass das Wasser zum Bohrlochtiefsten sinkt und im Steigrohr nach oben zur Geländeoberkante steigt. Hierdurch können je nach Zirkulationsrate Außendruckbelastungen des Steigrohres bis über 10 MPa (100 bar) auftreten.
  • Einen besonderen Fortschritt realisiert die Erfindung dadurch, dass es gelingt, durch Überlappungen (11, 4) im Verbinderbereich Wärmeverluste in diesem Bereich weitgehend bis auf k-Werte von Superisolationen zu eliminieren.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die mechanisch vom Steigrohr entkoppelte poröse thermische Isolierung ist eine thermische Superisolation, (3) die innen oder außen an konventionelle (meist API genormte) Steigrohre (Förderrohre) (1) angebracht werden können. Die Steigrohre (Förderrohre) (1) werden meist in bis zu 9000 m tiefen Bohrungen eingesetzt und mit Gewindeverbindern (2) verbunden.
  • Die thermische Superisolation (3) ist gekennzeichnet durch eine geschlossene wasser- und gasdichte Hülle (9) aus Metall oder Kunststoff, in die ein mineralisches Pulver oder Granulat hoher Porosität eingebracht wurde. Die Körner des Pulvers oder Granulates sind dadurch gekennzeichnet, dass sie kugelförmig sein, aus Glas bestehen und hohem Außendruck standhalten können.
  • Der Porenraum zwischen den Körnern ist dadurch gekennzeichnet, dass er über ein Ventil (10) evakuiert werden kann und dadurch superisolierende Eigenschaften aufweist. Die geschlossene wasser- und gasdichte Hülle (9) ist dadurch gekennzeichnet, dass sie innen zur Verringerung der Wärmeübertragung verspiegelt sein kann. Das mineralische Pulver, das Granulat oder die Glaskugeln sind dadurch gekennzeichnet, dass sie außen so oberflächenbehandelt sind, dass die Wärmeübertragung verringert wird.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte, poröse thermische Isolierung (12) ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer kolbenförmigen Vorrichtung so mit Pulver, Granulat oder Glaskugeln (12) mit Hilfe eines Kolbens befüllt werden, dass eine koaxiale Anordnung der beiden äußeren Hüllrohre (9) zueinander erhalten bleibt, ohne dass Zentriervorrichtungen zum Einsatz kommen müssen, die die radiale Wärmeübertragung durch die Isolierung vergrößern.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie nicht steif mit dem tragenden und mechanisch hoch belasteten konventionellen Steigrohr (1), meist aus Stahl, verbunden ist.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte, poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenseite des isolierten Steigrohres nur zu begrenzten thermomechanisch verursachten Verschiebungen und mechanischen Spannungen führen. Dies ist dadurch gegeben, dass über die Isolierungen zwischen den Rohrabschnitten keine größeren mechanischen Spannungen übertragen werden.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte, poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie am Verbinder des konventionellen Steigrohres (1) durch eine Ringscheibe (11) gegen axiales Verschieben gesichert sein kann.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte, poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie am Verbinder (2) des konventionellen Steigrohres (1) durch eine Dichtnaht mit dem konventionellen Steigrohr verlötet, verschweißt oder verklebt sein kann.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein kleiner Luftspalt (13) zwischen Isolierung (3) und konventionellem Steigrohr (1) befindet, der beim Einbau des isolierten Steigrohres in eine Bohrung durch den hohen Außendruck geschlossen wird, wenn die vorstehend beschriebene Dichtnaht realisiert wird. Dabei ist der Mantel der Isolierung so zu dimensionieren, dass die Streckgrenze des Mantelmaterials nicht überschritten wird. Die radiale Dehnbarkeit des Steigrohres kann durch leicht wellige Ausbildung des Mantels (5) erhöht werden, um den Einbau durch einen kleineren Durchmesser der Isolierung zu erleichtern.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte, poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Mantel mit Luft gefüllte Hohlräume (6, 7, 8) eingebaut werden, so dass sich die Isolierung auch ohne Dichtnaht im konventionellen Steigrohr (1) verspannt.
  • Die vom Steigrohr entkoppelte, poröse thermische Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Isolationen benachbarter Rohrabschnitte überlappen (4), um auch im Verbinderbereich eine gute thermische Isolierung zu realisieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19724627 A1 [0006, 0019]
    • AT 007510 U1 [0007]
    • DE 102007024561 A1 [0008, 0019]
    • DE 102005045807 A1 [0009, 0019]
    • DE 102007033436 A1 [0010, 0019]
    • DE 102008021201 A1 [0016, 0017, 0018, 0019]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • http://www.api.org/ [0004]
    • Kessels (2008a, b) [0011]
    • Kessels, (2009b) [0012]
    • http://www.superc.rwth-aachen.de/ [0013]
    • Frey&Haefner (1981) beschreiben auf S. 239 [0014]
    • Auf S. 248 beschreiben Frey&Haefner (1981) [0015]
    • Kessels, W., (2009b): Ringraumanregung zur Steigerung der Wärmeentzugsleistung von Erdwärmesonden, GTV Jahrestagung 2009, Bochum, 363–372 [0019]
    • Kessels, W., (2009a): Thermisches und hydraulisches Wärmeentzugspotenzial tiefer Erdwärmesonden, Energie und Rohstoffe 2009, Goslar, 363–372 [0019]
    • H. Frey, R. Haefner (1981): Tieftemperaturtechnologie, VDI-Verlag, Düsseldorf, 239 [0019]
    • Prenzlau, [1]: http://stadtwerke-grenzlau.de/CMS1//index.php?option=com_content&task=view&id=21&Itemid=36 [0019]
    • RWTH1, [2]: http://www.superc.rwth-aachen.de/cros/front_content.php?idcat=25 [0019]
    • Projekt Arnsberg, [3]: http://www.geothermie.de/news-anzeigen/arnsberg-neustartfur-tiefste-erdwarmebohrung-in-nrw.html [0019]

Claims (10)

  1. Hülle als thermische Steigrohrisolierung (3) für Steig- und Injektionsrohre (1) in tiefen Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine wasserdichte koaxiale Stahlhülle (9), gefüllt mit schüttbarem granularem, permeablem und porösem Material (2), als Innen- (3) oder Außenisolierung, an insbesondere handelsübliche Steig- und Förderrohre (1) für tiefe Bohrungen ohne axiale Tragefunktion (4) zwischen den Steigrohrabschnitten (1) angepasst ist.
  2. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie außen oder innen an den handelsüblichen Steig- und Förderrohren (1) für tiefe Bohrungen fixiert werden können.
  3. Thermische Steigrohrisolierung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung in Richtung der Steigrohrachse durch Widerlager (11) an den Rohrverbindern (2), durch Schweißung oder Lötung oder durch Anpressen der Isolierung an das Steigrohr durch den Bohrungsdruck oder einen vor dem Einsatz angewandten Außendruck realisiert werden kann.
  4. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen der Isolierung an das Steigrohr durch Hohlräume (13) realisiert werden kann, die durch den Bohrungsdruck oder einen vor dem Einsatz angewandten Außendruck zusammengedrückt werden und dabei die thermische Steigrohrisolierung (3) mit dem Steigrohr (1) verspannen.
  5. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der Steigrohrisolierung (3) nicht durch Gewindeverbinder verbunden sind, so dass sie mechanisch von den axialen Belastungen der handelsüblichen Steig- und Förderrohre weitgehend entkoppelt ist und dass sie thermomechanisch durch Temperaturdifferenzen zwischen Außen- und Innenseite des Steigrohres kaum belastet wird
  6. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat durch den hydrostatischen Druck in der Bohrung auf Außendruck belastet wird.
  7. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Porenräume zwischen dem porösen und permeablen Granulat (12) schnell evakuiert werden können und dass das Granulat aus mineralischem Material oder durch Glaskugeln realisiert werden kann, die auch mit einer hochreflektierenden Oberfläche versehen sein können.
  8. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass beide koaxialen Hüllen (9) der thermischen Isolierung durch das Granulat (12) koaxial gehalten werden und dass das Granulat (12) in die koaxialen Hüllen so eingefüllt werden kann, dass Außen- und Innenwand der Hülle einen konstanten Abstand voneinander haben.
  9. Thermische Steigrohrisolierung (3) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass zum Befüllen der Stahlhülle (9) eine kolbenförmige, ziehbare Vorrichtung eingesetzt werden kann, ohne dass Distanzelemente mit hohem Wärmedurchgang und geringer thermischer Beständigkeit installiert werden müssen, so dass die thermische Steigrohrisolierung bei hohen Temperaturen [über 500°C] und Drucken [über 100 MPa] eingesetzt werden kann, ohne dass sie zerstört wird und ihre thermische Isolationswirkung wesentlich verliert.
  10. Thermische Steigrohrisolierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Verbinderbereich (2, 4, 10) die thermischen Steigrohrisolierungen (3) der Rohrabschnitte aneinanderstoßen können oder überlappend angeordnet werden können, um den Wärmedurchgang zu verringern.
DE102010010850A 2010-03-10 2010-03-10 Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung Withdrawn DE102010010850A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010010850A DE102010010850A1 (de) 2010-03-10 2010-03-10 Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010010850A DE102010010850A1 (de) 2010-03-10 2010-03-10 Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010010850A1 true DE102010010850A1 (de) 2011-09-15

Family

ID=44507781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010010850A Withdrawn DE102010010850A1 (de) 2010-03-10 2010-03-10 Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010010850A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112892A1 (de) 2015-08-05 2017-02-09 Handke Brunnenbau Gmbh Verrohrung für eine Erdwärmesonde zur Gewinnung geothermischer Energie, insbesondere tiefengeothermischer Energie
DE102016014526A1 (de) * 2016-12-07 2018-06-07 Wilo Se Permanentmagnetrotor für eine elektrische Maschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19724627A1 (de) 1996-08-02 1998-02-05 Foralith Ag Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von warmem Tiefenwasser
AT7510U1 (de) 2004-04-26 2005-04-25 Armin Ing Amann Erdwärmesonde
FR2869972A1 (fr) * 2004-05-07 2005-11-11 Saipem S A Sa Complexe isolant a enveloppe metallique pour conduite
DE102005045807A1 (de) 2005-09-24 2007-03-29 Wintershall Ag Verfahren und Vorrichtung zur geothermischen Energiegewinnung
DE102007024561A1 (de) 2007-05-25 2008-11-27 Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg Geothermiesonde
DE102007033436A1 (de) 2007-07-18 2009-01-22 Kessels, Winfried, Dr. Wärmetauscher in Bohrungen mit Ringraumanregung
DE102008021201A1 (de) 2008-04-28 2009-11-05 H. Butting Gmbh & Co. Kg Förderrohrleitungssystem

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19724627A1 (de) 1996-08-02 1998-02-05 Foralith Ag Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von warmem Tiefenwasser
AT7510U1 (de) 2004-04-26 2005-04-25 Armin Ing Amann Erdwärmesonde
FR2869972A1 (fr) * 2004-05-07 2005-11-11 Saipem S A Sa Complexe isolant a enveloppe metallique pour conduite
DE102005045807A1 (de) 2005-09-24 2007-03-29 Wintershall Ag Verfahren und Vorrichtung zur geothermischen Energiegewinnung
DE102007024561A1 (de) 2007-05-25 2008-11-27 Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg Geothermiesonde
DE102007033436A1 (de) 2007-07-18 2009-01-22 Kessels, Winfried, Dr. Wärmetauscher in Bohrungen mit Ringraumanregung
DE102008021201A1 (de) 2008-04-28 2009-11-05 H. Butting Gmbh & Co. Kg Förderrohrleitungssystem

Non-Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Auf S. 248 beschreiben Frey&Haefner (1981)
Frey&Haefner (1981) beschreiben auf S. 239
FREY, H., HAEFER, R.: Tieftemperaturtechnologie, VDI Verlag, 1981, Düsseldorf, S. 239, 248 *
H. Frey, R. Haefner (1981): Tieftemperaturtechnologie, VDI-Verlag, Düsseldorf, 239
http://www.api.org/
http://www.superc.rwth-aachen.de/
Kessels (2008a, b)
Kessels, (2009b)
Kessels, W., (2009a): Thermisches und hydraulisches Wärmeentzugspotenzial tiefer Erdwärmesonden, Energie und Rohstoffe 2009, Goslar, 363-372
Kessels, W., (2009b): Ringraumanregung zur Steigerung der Wärmeentzugsleistung von Erdwärmesonden, GTV Jahrestagung 2009, Bochum, 363-372
KESSELS, Winfried: "Ringraumanregung zur Steigerung der Wärmeentzugsleistung von Erdwärmesonden", Geothermiekongress 2009, Bochum, 17.-19. November 2009, ohne Paginierung *
KESSELS, Winfried: Thermisches und hydraulisches Wärmeentzugspotential tiefer Erdwärmesonden, Energie und Rohstoffe 2009, Goslar, S. 363-372 *
Prenzlau, [1]: http://stadtwerke-grenzlau.de/CMS1//index.php?option=com_content&task=view&id=21&Itemid=36
Projekt Arnsberg, [3]: http://www.geothermie.de/news-anzeigen/arnsberg-neustartfur-tiefste-erdwarmebohrung-in-nrw.html
RWTH1, [2]: http://www.superc.rwth-aachen.de/cros/front_content.php?idcat=25

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112892A1 (de) 2015-08-05 2017-02-09 Handke Brunnenbau Gmbh Verrohrung für eine Erdwärmesonde zur Gewinnung geothermischer Energie, insbesondere tiefengeothermischer Energie
WO2017020893A1 (de) 2015-08-05 2017-02-09 Wipotec Wiege- Und Positioniersysteme Gmbh Verrohrung für eine erdwärmesonde zur gewinnung geothermischer energie, insbesondere tiefengeothermischer energie
DE102015112892B4 (de) 2015-08-05 2019-01-31 Handke Brunnenbau Gmbh Verrohrung für eine Erdwärmesonde zur Gewinnung geothermischer Energie, insbesondere tiefengeothermischer Energie
DE202016009023U1 (de) 2015-08-05 2021-07-09 Handke Brunnenbau Gmbh Verrohrung für eine Erdwärmesonde zur Gewinnung geothermischer Energie, insbesondere tiefengeothermische Energie
DE102016014526A1 (de) * 2016-12-07 2018-06-07 Wilo Se Permanentmagnetrotor für eine elektrische Maschine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69519292T2 (de) Doppelwandiges, isoliertes rohr und einbauverfahren für dieses
CA2783389C (en) Anti-channeling pack-off particles used in a production section of an oil-gas well, and completion method and production method using such particles
DE3215201A1 (de) Isolierte hochtemperatur-verrohrungsbaugruppe
US11466538B2 (en) Inflow control device and method for completing a wellbore
CN109488370B (zh) 一种井下灰岩探放水钻孔施工方法
EP2198210A1 (de) Anlage zur förderung und dekontamination von grundwasser
EP2274551A2 (de) Förderrohrleitungssystem
DE102010010850A1 (de) Vorrichtung als mechanisch vom Steigrohr in Bohrungen weitgehend entkoppelte poröse thermische Isolierung
EP0044468A2 (de) Wärmeisoliertes Rohrleitungselement und Rohrleitungssystem aus diesen Rohrleitungselementen sowie Verfahren zur Herstellung des Rohrleitungselementes und des Rohrleitungssystems
CN203319922U (zh) 一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒
DE60014057T2 (de) Bohrlochwerkzeug mit thermischer kompensation
DE2024967A1 (de) Speichersystem zur Untertagespeicherung eines flüssigen Kohlenwasserstoff Produktes
DE102009050072A1 (de) Doppelrohrsystem
US20200095851A1 (en) Inflow Control Device, and Method for Completing a Wellbore to Decrease Water Inflow
DE102007016682B3 (de) Verfahren zum Einbau einer Erdwärmesonde bzw. für die Instandsetzung einer Erdwärmebohrung
Kupresan et al. Application of a new physical model of expandable casing technology in mitigation of wellbore leaks
DE102007033436A1 (de) Wärmetauscher in Bohrungen mit Ringraumanregung
DE10256550A1 (de) Bauelement mit einer thermische Isolation
EP2420480A2 (de) Trockenmörtel
EP3828378B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum druckabsichern von tiefenbohrungen
CN200999607Y (zh) 长通型防砂筛管
CN107013185A (zh) 一种新型复合桥塞
CN106958434A (zh) 一种陶瓷卡瓦复合桥塞
DE102013107677A1 (de) Druckgasspeicher zur unterirdischen Druckgasspeicherung
DE102012016916A1 (de) Ummanteltes Fernwärmeleitungsrohr

Legal Events

Date Code Title Description
R120 Application withdrawn or ip right abandoned

Effective date: 20111102