EP3828378A1 - Vorrichtung und verfahren zum druckabsichern von tiefenbohrungen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum druckabsichern von tiefenbohrungen Download PDF

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EP3828378A1
EP3828378A1 EP20190430.7A EP20190430A EP3828378A1 EP 3828378 A1 EP3828378 A1 EP 3828378A1 EP 20190430 A EP20190430 A EP 20190430A EP 3828378 A1 EP3828378 A1 EP 3828378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
receiving body
pressure
designed
deep
tubing
Prior art date
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Granted
Application number
EP20190430.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3828378C0 (de
EP3828378B1 (de
Inventor
David Lentsch
Matthias Sturm
Alexandros Savvatis
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.)
Erdwerk GmbH
Original Assignee
Erdwerk GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Erdwerk GmbH filed Critical Erdwerk GmbH
Publication of EP3828378A1 publication Critical patent/EP3828378A1/de
Application granted granted Critical
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Publication of EP3828378B1 publication Critical patent/EP3828378B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for pressure protection of deep boreholes, in particular geothermal, oil, gas and / or cavern boreholes.
  • the change in the temperature of the enclosed medium occurs, for example, at a high temperature of the conveyed medium in the deep borehole.
  • the high temperature of the medium conveyed in the deep borehole is at least partially transferred to the closed space.
  • the resulting change in the pressure difference can be so great that damage to the deep bore occurs as a result.
  • the object of the invention is achieved by a device for pressure protection of deep boreholes according to patent claim 1. Furthermore, the object according to the invention is achieved by a method for pressure protection of deep boreholes according to patent claim 19. Advantageous further developments of the invention are described in the dependent claims.
  • the above-mentioned object is achieved according to claim 1 by a device for pressure protection of deep boreholes, in particular geothermal, oil, gas and / or cavern boreholes.
  • the device comprises at least one receiving body which is designed to receive a compressible medium in an interior.
  • the receiving body has at least one opening which forms a transition between the interior and the surroundings of the receiving body.
  • the at least one opening can be closed with at least one closure element and is arranged in the opening assigned to it.
  • the closure element is also designed to assume an open and a closed state as a function of a predetermined pressure difference between the interior and the surroundings.
  • the receiving body is formed at least in sections by a coiled tubular element.
  • the device according to the invention advantageously makes it possible to prevent impermissible pressure differences. Furthermore, a simple receiving body for pressure protection is provided by the device according to the invention.
  • the design of the receiving body can take place as required.
  • Tube elements are available on the market with different properties such as diameters, material and strength and can therefore be selected in a wide variety of designs for the intended use. Such pipe elements can be standardized according to DIN, ISO or ASME. Standardized tubes can be used as tube elements. If necessary, these can be adjusted afterwards and, for example, brought into the required winding shape or length.
  • the winding shape of the tubular elements allows the at least one receiving body to be adapted to existing geometries.
  • the winding shape can take into account an existing shape of the deep hole, for example a pipe of the deep hole.
  • the wound tubular element can at least partially wrap around a tube of the deep bore around its circumference. Furthermore, it can be guided along an existing pipe of the deep bore in the longitudinal direction.
  • the winding shape enables a narrow design of the device according to the invention, which is based on the available spatial conditions.
  • the absorbable compressible medium for example air or an inert gas, makes it possible to be compressed in the event of a pressure increase which occurs, for example, when another medium flows into the receiving body according to the invention.
  • the compressible medium thus serves as a kind of buffer that at least partially compensates for an increase in pressure with additional space.
  • the compressible medium can be specifically selected in advance, depending on its properties and the existing requirements.
  • the closure element makes it possible to secure the pressure in the deep bore depending on a predetermined pressure difference.
  • the predetermined pressure difference at which the closure element assumes the closed or the open state can thus be adapted as required. In this way it can be prevented that the pressure is safeguarded even if the pressure difference is too low, i.e. h the closure element opens too early.
  • the compressible medium does not escape from the at least one receiving body in advance, for example during an installation of the device according to the invention at its place of use, and is replaced by a less compressible or even incompressible medium that would restrict or prevent pressure protection. If the closure element assumes the open state, a pressurized medium can enter the receiving body from the surroundings of the receiving body expand.
  • the pressure in the receiving body can increase and the compressible medium can be compressed. However, the pressure in the vicinity of the receiving body can also be reduced. This prevents impermissibly high pressures from occurring when drilling deep.
  • the closure element makes it possible to adapt the device according to the invention directly at the place of use, for example on a surface of the deep bore prior to assembly. It can be provided that the closure element is connected to the receiving body, for example via a thread, so that different closure elements can be optionally screwed in.
  • the device according to the invention also enables it to be manufactured and assembled remotely from its place of use and then to be adapted and installed at the place of use. For example, spatial restrictions at the place of use can be circumvented.
  • the small number of individual components of the device according to the invention enables a low susceptibility to errors. Furthermore, the assembly effort in the factory and on site can be reduced.
  • the at least one receiving body is made of metal, in particular steel.
  • the receiving body can also be formed from a plastic or a composite material.
  • the at least one closure element is made of metal, in particular steel, plastic, ceramic, glass, a composite material or a combination of materials.
  • different areas of the closure element can be formed from a different material suitable for use. The materials of the receiving body and of the closure element can therefore advantageously be selected for the intended use.
  • the wound tubular element is formed at least in sections in a spiral, helical, meandering shape, or in the form of a combination thereof.
  • the various geometrical characteristics of the wound pipe element make it possible to adapt the pipe element to the existing geometries of a deep bore. Furthermore, a receiving body can be formed which extends continuously extends. The length can be adjusted as required. Existing rooms can be used efficiently.
  • the wound tubular element is helical, it can, for example, wrap around another element. Furthermore, the slope of the helix is freely adjustable. In other words, the number of turns of the coiled tubular element is freely adjustable in relation to a length extension of the helical shape.
  • Helical shapes are understood to be shapes similar to a helix, a cylindrical spiral or a helix.
  • the meandering design of the wound tubular element enables flexible adaptation to existing conditions. So the loop sizes of the meander shape can be freely adjusted.
  • spiral shape as well as the meander shape enable a mat-like design of the wound tubular element. This means that the available space can be used efficiently.
  • the combination of the shapes of the coiled tubular element is as flexible as possible and tailored to existing conditions.
  • a combination of a helical shape and a spiral shape could, for example, lead to a helical course of the wound tubular element, the course being designed similar to a lateral surface of a cone.
  • the radius with which the coiled tubular element winds around a central axis can therefore be variable, for example.
  • coiled tubular element in advance in the form of a mat, which is then adapted to geometric conditions during installation, for example bent to match the cavity to be filled.
  • a further development of the invention provides that two or more receiving bodies are arranged adjacent to one another, in particular in a radial direction of the deep bore. It can be provided that a coiled tubular element of an outer receiving body engages around a coiled tubular element of an inner receiving body. It is thus possible to increase the number of receiving bodies in a deep hole. In addition, the space available in a deep borehole can be used efficiently. Overall, the ability to pressure-proof the deep hole is improved.
  • the tubular element is wound in such a way that adjacent turns are arranged at a distance from one another or rest against one another. If adjacent windings are arranged in contact with one another, the available space can be used efficiently. If adjacent turns are arranged at a distance from one another, space can be specifically provided that can be used for other purposes, for example. For example, the objectionable arrangement can provide access to a wrapped element.
  • the tubular element itself can possibly consist of flexibly expandable material, at least in sections.
  • a further development of the invention provides that the receiving body is designed to wrap around an inner tubing arranged in the deep bore and / or to be received in an outer tubing. If the receiving body winds around an inner piping, the device for securing the pressure can protect the pressure outside this inner piping. Accordingly, the pressure protection device can protect the pressure within an outer piping when it is received by the latter.
  • the receiving body is designed to be arranged in an intermediate space between the inner tubing and the outer tubing.
  • the pressure in the intermediate space can be secured with the device according to the invention.
  • the coiled tubular element can be adapted to the existing geometry of the space.
  • the at least one closure element has a predetermined breaking point.
  • the predetermined breaking point can be designed in such a way that it breaks in a predetermined manner.
  • the predetermined breaking point of the closure element can advantageously break at a predetermined pressure difference.
  • the predetermined pressure difference can be a value below a critical pressure difference.
  • the pressure equalization can advantageously take place before a critical pressure occurs and the deep borehole, in particular one of the pipework, would be damaged.
  • breaking elements can be inexpensive to manufacture and easy to use and replace on site.
  • the at least one closure element is a valve, a pressure-adjustable pressure valve, a bursting disc or a bursting plug.
  • the valve enables the receiving body to be filled in advance with a compressible medium and thus a certain amount of the compressible medium Provide medium in the receiving body. Furthermore, the valve makes it possible to apply a certain pressure to the compressible medium in the receiving body in advance.
  • the pressure-adjustable pressure valve enables the pressure at which the valve opens and closes to be set variably.
  • the pressure-adjustable pressure valve can have a spring, the spring force of which can be adjusted.
  • the bursting disc and the bursting plug change their state irreversibly. If the bursting disc or bursting plug break, the closure element is permanently open.
  • the compressible medium comprises a fluid.
  • the compressible medium is a compressible gas, a compressible liquid or a combination thereof.
  • the fluid can comprise air, nitrogen, other compressible media or a mixture thereof.
  • Fluids have the advantage that they adapt to existing geometries and at least partially fill them. They can also be fed in via hose systems.
  • a gas is usually associated with the advantage that it is more compressible than a solid or a liquid and its density is lower at the same time.
  • the thermal expansion coefficient of the compressible medium in the interior space is lower than the thermal expansion coefficient of a medium surrounding the device according to the invention.
  • the thermal expansion coefficient of the compressible medium in the interior space is lower than the thermal expansion coefficient of a medium surrounding the device according to the invention.
  • the receiving body can be fixed in the deep bore with at least one fixing arrangement. It is thus advantageously possible to arrange the receiving body at a predetermined position in the deep bore. It is also possible to arrange several receiving bodies at different points in the deep hole. In this way, receiving bodies can be arranged in a targeted manner and as required at different distances from the deep bore. Furthermore, the fixing arrangement can have a protective effect on the receiving body, so that damage to the receiving body can be prevented.
  • the at least one fixing arrangement can be fixed with respect to the inner piping and / or outer piping.
  • the device according to the invention can thus be arranged flexibly.
  • the at least one fixing arrangement prevents an axial movement of the receiving body along the inner tubing and / or outer tubing.
  • a receiving body is fixed in the deep bore with two fixing arrangements.
  • the two fixing arrangements can be arranged on different sides of the receiving body.
  • One fixing arrangement can be arranged on an underside of the receiving body, while the other fixing arrangement is arranged on an upper side of the receiving body.
  • the fixing arrangement on the underside of the receiving body can prevent the receiving body from slipping further into the deep bore.
  • the fixing arrangement on the upper side of the receiving body can also prevent the receiving body from slipping out of the deep bore, for example by buoyancy forces.
  • the fixing arrangement is clamped with respect to the inner piping and / or outer piping.
  • Jamming is associated with the advantage that damage to the inner piping and / or outer piping is prevented.
  • a reliable fixation is made possible.
  • Sensitive piping can be protected and weak points in the inner and / or outer piping prevented.
  • the fixing arrangement comprises at least one screw. This can be screwed against the inner piping and / or outer piping. Screws represent a flexible means to releasably fix the fixing arrangement. Furthermore, a large number of screws can be provided to fix the fixing arrangement. In this way, a force distribution and a force introduction into the inner piping and / or outer piping can be distributed over the multitude of screws. Furthermore, the effect of incorrect fastening of a single screw on the fixation of the fixation assembly is also reduced.
  • the at least one screw is designed as a stud screw. This can be screwed against the inner piping and / or outer piping.
  • the fixing arrangement has a fixing ring which has a greater thickness in the radial direction than the receiving body. This can produce a protective effect on the receiving body. If the receiving body is arranged at a certain position in the deep bore, the fixing ring first collides with surrounding elements such as the inner tubing and / or outer tubing. As a result, damage to the receiving body during installation or assembly at the place of use can at least be reduced or prevented.
  • the fixing ring can be designed in such a way that it at least partially fills an annular gap between the inner tubing and the outer tubing. This is particularly advantageous when a fixation with respect to the inner or outer tubing is provided.
  • the fixing ring can be designed in such a way that it does not completely fill the annular space between the inner tubing and the outer tubing in the radial direction, at least in sections along its circumference. This enables an increased circulation of media in the space. For example, this can be advantageous for cementation processes or a more homogeneous distribution of a medium in the space.
  • the fixing ring is designed with a variable wall thickness in the radial direction. This is particularly advantageous when increased circulation is desired in the space between the inner tubing and the outer tubing. For example, this can be advantageous for cementation processes or a more homogeneous distribution of a medium in the space.
  • the fixing ring has ribs with free passages arranged in between, the ribs being formed larger in the radial direction than the free passages.
  • the ribs can be arranged on the outside of the fixing ring.
  • the at least one screw of the fixing arrangement can be arranged in one of the free passages. It can extend in the radial direction for fixation.
  • the fixing ring is made of metal, in particular steel.
  • the fixing ring can be formed from a plastic such as a synthetic resin or from a cement-based material or a composite material.
  • the fixing ring can be a cast part, a turned part, a milled part, a 3D printed part or a combination.
  • the receiving body comprises several different closure elements.
  • a valve can be provided to apply a predetermined pressure to the receiving body. This can be done during installation or assembly.
  • a pressure-adjustable pressure valve, a rupture disk or a rupture plug can be provided to take the open and the closed state for pressure protection at a later point in time.
  • several closure elements increase the reliability of the pressure protection.
  • the different closure elements assume the open and the closed state in the event of a different pressure difference between the interior and the surroundings. This can enable staggered pressure protection.
  • the receiving body comprises a plurality of sections which are separated from one another by closure elements. This can enable staggered pressure protection.
  • the device according to the invention can be flexibly adapted to circumstances.
  • the plurality of closure elements can be designed to assume the open and the closed state in the event of a different pressure difference between the adjacent sections. This can enable staggered pressure protection.
  • the device comprises a plurality of receiving bodies.
  • the scope of the pressure protection can be adapted to existing conditions. Furthermore, the reliability can be increased.
  • the plurality of receiving bodies can have different closure elements. This enables a flexible configuration of the device according to the invention.
  • the device comprises a plurality of receiving bodies
  • the plurality of receiving bodies assume the open and the closed state in the event of a different pressure difference between the respective interior space and the surroundings.
  • the receiving bodies secure pressure at different pressure differences. Furthermore, this can enable staggered pressure protection.
  • the object on which the invention is based and identified at the outset is achieved by a method for pressure protection of deep boreholes, in particular geothermal, oil, gas and / or cavern boreholes.
  • the method is preferably carried out with a device of the type described above.
  • At least one receiving body is designed to receive a compressible medium in an interior.
  • at least one closure element is designed to assume an open and a closed state as a function of a predetermined pressure difference between the interior of the receiving body and an environment.
  • the method comprises the step of applying a predetermined pressure to the receiving body, the step of arranging the receiving body in the deep bore and the step of pressure equalizing a pressure difference between the interior and the surroundings of the receiving body, the closure element at least temporarily assuming an open state.
  • the method according to the invention enables a simple solution for pressure protection in deep boreholes. Furthermore, the method according to the invention can be flexibly adapted and is therefore advantageous for different types of deep boreholes.
  • Applying a predetermined pressure to the receiving body makes it possible to adapt the receiving body to its intended use and to modify it as required. It can be provided that a compressible medium is filled into the receiving body.
  • the step of arranging the receiving body in the deep bore makes it clear that the receiving body can first be produced and modified away from its place of use and finally installed and arranged at the place of use. In this way, for example, spatial restrictions at the place of use can be circumvented, which would not allow modification of the receiving body, such as applying a predetermined pressure to the receiving body, or would only make it possible to a limited extent.
  • the pressure equalization described above ensures the pressure protection of the deep borehole. It enables critically high pressures in the vicinity of the device according to the invention to be reduced and / or prevented. Damage to the deep bore, in particular to the pipes used, by critically high pressure, in particular in the vicinity of a pipe, such as in an intermediate space or an annular space, can thus be avoided.
  • the pressure equalization can also have a positive effect on regions of the deep bore that are further away, since the pressure can also decrease there, depending on the structure of the surroundings. The effective range can therefore be larger than the direct vicinity of the device according to the invention.
  • the method according to the invention is easy to carry out. It also offers the option of being adapted to the particular circumstances. Furthermore, the receiving body used in the method and / or the closure element can be adapted accordingly to the circumstances.
  • a further development of the method according to the invention provides that a medium flows into the receiving body during the pressure equalization. In this way, an additional expansion volume can be generated. This can reduce the pressure of the inflowing medium.
  • a compressible medium in the interior of the receiving body changes its volume.
  • the change in volume can bring about a reduced pressure in the vicinity of the device according to the invention. In this way, an inadmissibly high pressure in the environment can be prevented.
  • the at least one closure element assumes a permanently open state during pressure equalization. It can thus be an irreversibly actuatable closure element.
  • closure element assumes an open state above the specified differential pressure and a closed state below the specified differential pressure. It can thus be a reversibly actuatable closure element.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a deep bore 10, which comprises a plurality of devices 12 according to the invention for pressure protection.
  • the deep bore 10 runs to the surface of the earth 14 and extends with several sections into the soil 16, the diameter of the deep bore 10 being smaller the further the deep bore 10 extends into the earth 16.
  • the deep borehole 10 is formed essentially axially symmetrical to a borehole axis A.
  • a borehole wall 18 is located at the surface 14 of the earth.
  • the borehole wall 18 may include a cementation 20.
  • a standpipe 22 is arranged in the length of the depth extension of the borehole wall 18.
  • casing 24 Inside the standpipe 22 there is a casing, hereinafter referred to as casing 24, with a smaller diameter compared to the location 22.
  • the casing 24 has a greater depth than the standpipe 22.
  • the standpipe 22 and the casing 24 can be made of steel.
  • a cementation 20 is also arranged, which lines the intermediate space and extends over the entire length of the casing 24.
  • an anchorage designated as a tie-back 26 is formed within the casing 24.
  • the tie back 26 adjoins the production hole 28 of the deep borehole 10.
  • a first fluid 30 and a device 12 according to the invention are located between the casing 24 and the tie-back 26.
  • a lower area of the tie-back 26 adjoins a first production liner 32. Outside the first production liner 32, a cementation 20 is also formed in a lower area, which forms a transition to the ground 16. In the inner radial direction, the first production liner 32 forms a transition to the borehole 28. No cementation is formed in an upper area of the first production liner 32, but in a transition area 33 in which the length of the first production liner 32 and the casing 24 intersect, a second fluid 34 and one of the devices 12 according to the invention are arranged.
  • the second fluid 34 can be a free water after a cementation process.
  • first Separating element 36 is arranged, which separates the first fluid 30 from the second fluid 34.
  • the first separation element 36 can be an element known in the art as a "top liner hanger packer".
  • a second production liner 38 is arranged with a smaller diameter opposite the first production liner 32 and at a distance from it.
  • a second separating element 40 and a third separating element 42 are arranged in an intermediate space 39 between the first production liner 32 and the second production liner 38.
  • the second separating element 40 closes the intermediate space 39 between the first production liner 32 and the second production liner 38 towards the top, that is to say oriented in the direction of the earth's surface 14, towards the borehole.
  • the third separating element 42 is also arranged below the second separating element 40 in the space 39 between the first production liner 32 and the second production liner 38 and divides a non-cemented area into two sub-areas, in each of which a device 12 according to the invention is arranged. Each of the subregions is at least partially filled with the second fluid 34.
  • a cementation 20 is also formed on the outside of the second production liner 38, which extends to a lower end of the second production liner. The upper end of the cementation 20 essentially coincides with the lower end of the first production liner 32.
  • a perforated tubular element 44 adjoins an inner area of the second production liner 38, which is perforated opposite the conveyor hole 28 and extends deeper into the borehole 28 than the second production liner 38.
  • Figure 2 shows a schematic detailed view of an embodiment variant of the device 12 according to the invention in the deep bore 10.
  • the schematic detailed view according to FIG Figure 2 is a partial section through the deep hole 10 according to Figure 1 at the level of the marking M.
  • Figure 2 shows the device 12 according to the invention with a receiving body 46.
  • the receiving body 46 is formed by a wound, helical tubular element 48.
  • the coiled tubular member 48 includes a plurality of turns that abut one another and surround inner tubing 50.
  • Outer tubing 52 is arranged on the outside opposite the coiled tubular element 48.
  • the inner tubing 50 corresponds to the second production liner 38 and the outer tubing 42 corresponds to the first production liner 32.
  • a cementation 20 is formed outside the outer tubing 52 .
  • the wall thickness of the cementation 20 is pronounced differently in the length of the deep bore 10.
  • the soil 16 adjoins the cementation 20.
  • the coiled tubular member 48 is hollow inside.
  • a first opening 54 is formed at one end of the coiled tubular element 48 and a second opening 56 is formed at the other end of the coiled tubular element 48.
  • a first closure element 58 is arranged in the first opening 54 and a second closure element 60 is arranged in the second opening 56.
  • a first fixing arrangement 62 is arranged on one end of the receiving body 46 and a second fixing arrangement 64 is arranged on the other end of the receiving body 46.
  • the two fixing arrangements 62, 64 each have a fixing ring 63, 65.
  • the fixing rings 63, 65 enclose the inner tubing 50 and are surrounded by the outer tubing 52.
  • the fixing rings 63, 65 are designed essentially the same, but one fixing ring 63 is rotated by 180 degrees with respect to the other fixing ring 65, so that the same sides are arranged with respect to the receiving body 46.
  • the second fixing ring 65 comprises a plurality of ribs 66.
  • the ribs 66 are evenly distributed in the circumferential direction of the second fixing ring 65 and extend outward in the radial direction of the fixing ring 65.
  • the ribs 66 extend in the longitudinal direction of the fixing ring 65 and thus also in the longitudinal direction of the deep bore 10 and the receiving body 46.
  • a respective clearance 68 is formed between two ribs 66.
  • the ribs 66 are formed larger in the radial direction than the free passages 68.
  • a plurality of screws 70 which are configured as studs, are arranged in each case on the respective free passages 68.
  • the free passages 68 never rest on the outer tubing 52 due to their smaller lateral extent. If the ribs 66 are in contact with the outer tubing and the fixing ring 65 surrounds the inner tubing 50, free space remains due to the free passages 68, which can enable a simple cementation process. Furthermore, media surrounding the fixing ring 65 can freely circulate.
  • FIG. 11 shows a schematic detailed view of an embodiment variant of the device 12 according to the invention, arranged in the deep bore 10, in a section along the marking M from FIG Figure 1 .
  • the device 12 according to the invention is arranged in the intermediate space 39 between the inner tubing 50 and the outer tubing 52.
  • the first closure element 58 is arranged at the first opening 54.
  • the first fixing arrangement 62 is also arranged in the intermediate space 39 above the receiving body 46.
  • the fixing ring 63 of the first fixing arrangement 62 extends in the radial direction over the entire space 39 and touches the inner piping 50.
  • the fixing ring 63 is fixed to the inner piping 50.
  • the representation according to Figure 3 is not to scale, because the fixing ring 63 is in fact spaced apart from the outer tubing 52. It is also possible that the fixing ring 63 touches the outer tubing 52. This is particularly the case when the fixing ring 63 is fixed to the outer tubing 52.
  • the second fluid 32 is located in the illustrated remaining intermediate space 39.
  • the cementation 20, which forms a transition to the ground 16, is formed outside the outer casing 52.
  • the wall thickness of the cementation 20 in the longitudinal direction of the deep bore 10 is designed to be different.
  • a compressible medium 72 is located in the coiled tubular element 48.
  • the compressible medium 72 is not shown in detail, but includes, for example, air, nitrogen, other compressible media or a mixture thereof.
  • FIG. 12 is a schematic side view of the receptacle body 46 of the present invention formed by the coiled tubular element 48. It can be seen that the turns of the tubular element 48 lie against one another.
  • the tubular element 48 is helically wound around the borehole axis A with a constant radius.
  • the first opening 54 of the coiled tubular member 48 is shown in FIG Figure 4 not visible. In the illustration shown, the first opening 54 is formed on the rear side of the receiving body 46.
  • the second opening 56 of the coiled tubular element 48 is formed on another, in the illustration shown lower side of the coiled tubular element 48.
  • the second closure element 60 is arranged in the second opening 56.
  • Figure 5 is a schematic three-dimensional side view of the receiving body 46 according to the invention.
  • the second opening 56 of the wound tubular element 48 is closed with the second closure element 60.
  • the second closure element 60 is designed as a bursting plug.
  • the first opening 54 is shown in FIG Figure 5 not visible, since it is formed on the rear side of the receiving body 46 in the illustration shown.
  • tubular element 48 is wound helically around the borehole axis A with a constant radius. Furthermore, the turns of the coiled tubular element 48 rest against one another.
  • FIG 6 is a schematic exploded view of a fixing arrangement 62, 64 according to the invention.
  • the fixing ring 63, 65 comprises the plurality of ribs 66 which are evenly distributed in the circumferential direction of the fixing ring 63, 65 and extend outward in the radial direction.
  • the free passages 68 are formed between the ribs 66.
  • a multiplicity of threads 74 are formed in the free passages 68 and extend in the radial direction of the fixing ring.
  • the screws 70 shown floating in the exploded view are designed to be screwed into the threads 74 in the free passages 68 of the fixing ring 63, 65.
  • the screws 70 are designed as studs.
  • a circumferential surface 76 of the fixing ring 63, 65 lying on the inside in the radial direction is essentially flat.
  • the inner circumferential surface 76 is equally spaced at every point from the longitudinal axis of the fixing ring 63, 65.
  • an outer circumferential surface 78 of the fixing ring 63, 65 is not designed to be flat, but rather comprises the ribs 66 and the free passages 68.
  • the fixing ring 63, 65 has a bevel 80 which extends in the circumferential direction and is arranged between a front side of the fixing ring 63, 65 and the outer circumferential surface 78.
  • a bevel 80 can also be formed on the rear side of the fixing ring 63, 65. In the illustration shown, however, no such bevel 80 is formed on the rear side of the fixing ring 63, 65.
  • FIG. 7 is a schematic detailed view of a fixing arrangement 62, 64 according to the invention arranged in a deep bore 10.
  • the fixing arrangement 62, 64 is arranged between the internal piping 50 and the external piping 52.
  • the inner casing 50 is substantially opposite the borehole axis A centered. Accordingly, the fixing arrangement 62, 64 and the outer casing 52 are also essentially centered with respect to the borehole axis A.
  • the ribs 66 of the fixing ring 63, 65 rest on the outer tubing 52.
  • the inner circumferential surface of the fixing ring 63, 65 rests against the inner piping 50.
  • the free passages 68 form a free passage between the fixing ring 63, 65 and the outer tubing 52.
  • the respective transitions between the free passages 68 and the ribs 66 are not formed with sharp edges, but radii form a smooth transition .
  • FIG 8 is a schematic detailed view of a fixing arrangement 62, 64 according to the invention with screws 70 in section.
  • the locating assembly 62, 64 is positioned in the deep bore 10 and disposed between the outer casing 52 and the inner casing 50.
  • the section through the fixing arrangement 62, 64 is shown in FIG Figure 7 along the line BB.
  • one of the free passages 68 is cut through the cut.
  • the fixing ring 63, 65 is fastened with respect to the inner tubing 50. This is achieved in that the screws 70 of the fixing ring 63, 65 are screwed into the fixing ring 63, 65 in the direction of the inner piping 50 and a front end face of the screws 70 is pressed against the inner piping 50. This creates a clamping force that prevents the fixing ring 63, 65 from slipping or twisting with respect to the inner piping 50.
  • the number of screws 70 can be selected almost arbitrarily, but a minimum clamping force is required so that no slipping or twisting takes place. A higher number of screws 70 results in a better distribution of the forces applied by the screws 70 to the inner tubing 50, since a single screw 70 then has to apply a lower clamping force and at the same time the individual clamping forces are distributed over a larger area of the inner tubing 50.
  • FIG Figure 9 shows a schematic detailed view of an opening 54, 56 of the receiving body 46 with the closure element 58, 60. More precisely, FIG Figure 9 a detail Figure 4 shown in a front view, namely the second opening 56 with the second closure element 60. It can be seen that the second closure element 60 is arranged inside the coiled tubular element 48 and closes the second opening 56.
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view through the closure element 60 on the receiving body 46 of the device 12 according to the invention. More precisely, the closure element 60 is shown in FIG Figure 9 shown in section along the line CC.
  • the closure element 60 is arranged at the opening 56 of the receiving body 46.
  • the closure element 60 is designed as a bursting plug which comprises an end cap 82, a pipe socket 84 and a bursting plug element 86.
  • the end cap 82 is attached to an end face of the opening 56 of the receiving body 46.
  • the pipe socket 84 is arranged on an inside of the end cap 82.
  • the outside of the pipe socket 84 rests against the inner circumference of the end cap 82 and its end face partially touches the end face of the opening 56.
  • the bursting plug element 86 is arranged. It is connected to the pipe socket 84.
  • a rupturable element 88 Arranged in the bursting plug element 86 is a rupturable element 88 which breaks above a permissible differential pressure between the inner region of the receiving body 46 and the other side of the rupturable element 88 on an outer side of the receiving body.
  • the rupturable element 88 can be designed with a predetermined breaking point.
  • the rupturable element 88 can be formed from ceramic or a metal, for example.
  • the coiled pipe element 48, the end cap 82, the pipe socket 84 and the burst plug element 86 can be formed as a weldable metallic material and welded to one another. Furthermore, they can be connected to one another by other suitable types of connection such as, for example, gluing or by means of threads.
  • the pipe socket 84 is welded to the end cap 82.
  • a thread is formed, which can be attached subsequently, into which the bursting plug element 86 is screwed.
  • the end cap 82 is welded to the coiled tubular element 48 in the illustration shown.
  • closure element 60 from Figure 10 and its arrangement opposite the coiled tubular element 48 serves only as an exemplary embodiment.
  • the closure element 60 can also be designed differently and thus, for example, be arranged completely within the opening 56 of the receiving body 46.
  • Figure 11 shows a schematic view of a device 12 according to the invention with a meandering pipe element 148.
  • the shown coiled pipe element 148 of the receiving body 146 comprises essentially straight sections and / or slightly curved sections which are connected to one another with curved sections.
  • the compressible medium 72 is located inside the meandering tubular element 148.
  • the device 12 shown comprises two closure elements 58, 60 which are arranged in respective openings 54, 56.
  • the length of the coiled tubular element 148, the number of curved sections and the spacing of the straight sections can be adapted almost as desired to the requirements of a deep bore 10.
  • the coiled tubular element can be designed similar to a mat. If the geometry of the place of use requires it, then it can be provided to bend the coiled tubular element 148 further, for example about an axis which lies in the plane of the drawing.
  • Figure 12 shows a schematic view of a device 12 according to the invention with a receiving body 246 with a spirally wound tubular element 248.
  • the spirally wound tubular element 248 is not shown in section in the illustration shown.
  • the device 12 comprises two closure elements 58, 60, which are arranged in respective openings 54, 56, not shown in detail.
  • the desired shape of the one or more receiving bodies 46, 146, 246 can first be selected in a first step.
  • the at least one receiving body 46, 146, 246 is formed from corresponding coiled tubular elements 48, 148, 248.
  • the individual components of the receiving body 46, 146, 246 can be connected to one another via suitable connecting means.
  • the appropriate at least one closure element 58, 60 is selected for use and arranged in the receiving body 46, 146, 246.
  • the receiving body 46, 146, 246 is also filled with a compressible medium 72.
  • the receiving body 46, 146, 246 can now be subjected to a predetermined pressure.
  • the receiving body 46, 146, 246 is now arranged in the deep bore 10.
  • the receiving body 46, 146, 246 can be fixed in the deep bore 10 with the at least one fixing arrangement 62, 64.
  • the fixing can be carried out simply by tightening the screws 70, for example.
  • the closure element 58, 60 opens and the medium surrounding the receptacle body 46, 146, 246 according to the invention can enter the receptacle body 46, 146, 246 flow in. It displaces and compresses the compressible medium 72 in the receiving body 46, 146, 246.
  • the pressure in the vicinity of the receiving body 46, 146, 246 can be reduced, in particular in the vicinity of the opened closure element 58, 60.
  • This process can be reversible, i. H. it can be repeated or it occurs once.
  • the receiving body can also be configured in such a way that it can be used several times or only once.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (12) und ein Verfahren zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen (10), insbesondere Geothermie-, Öl-, Gas- und/oder Kavernenbohrungen, wobei die Vorrichtung (12) wenigstens einen Aufnahmekörper (46, 146, 246) umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein kompressibles Medium (72) in einem Innenraum aufzunehmen, wobei der Aufnahmekörper (46, 146, 246):wenigstens eine Öffnung (54, 56) aufweist, die einen Übergang zwischen dem Innenraum und einer Umgebung des Aufnahmekörpers (46, 146, 246) bildet,wobei die wenigstens eine Öffnung (54, 56) mit wenigstens einem Verschlusselement (58, 60) verschließbar ist, das in der diesem zugeordneten Öffnung (54, 56) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung einen offenen und einen geschlossenen Zustand einzunehmen,dadurch gekennzeichnet, dassder Aufnahmekörper (46, 146, 246) zumindest abschnittsweise von einem gewundenen Rohrelement (48, 148, 248) gebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen, insbesondere Geothermie-, Öl-, Gas- und/oder Kavernenbohrungen.
  • Bei Tiefenbohrungen kann es vorkommen, dass geschlossene Räume entlang der Tiefenbohrung entstehen. Ein derartiger Raum kann beispielsweise in Form eines Ringraums zwischen einer inneren und einer äußeren Verrohrung der Tiefenbohrung entstehen. Dabei sind in diesen geschlossenen Räumen Medien mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ungleich Null vorhanden. Dazu gehören Fluide wie beispielsweise Wasser. Verändert sich nun die Temperatur in dem geschlossenen Raum, kann eine erhöhte Druckdifferenz zwischen dem geschlossenen Raum und seiner Umgebung entstehen, da der geschlossene Raum kein oder nur ein sehr geringes Ausströmen und auch kein oder nur ein sehr geringes Ausdehnen des eingeschlossenen Mediums zulässt. Dieses Phänomen ist in der Fachwelt als "Annular Pressure Build up" (APB) bzw. als "Trapped Annular Pressure" (TAP) bekannt. Die Änderung der Temperatur des eingeschlossenen Mediums tritt beispielsweise bei einer hohen Temperatur des geförderten Mediums in der Tiefenbohrung auf. Die hohe Temperatur des in der Tiefenbohrung geförderten Mediums wird dabei zumindest teilweise auf den geschlossenen Raum übertragen. Die dadurch hervorgerufene Änderung der Druckdifferenz kann dabei derart groß ausfallen, dass in der Folge eine Beschädigung der Tiefenbohrung auftritt.
  • Bedingt durch den Aufbau der Tiefenbohrung, den dafür notwendigen Verrohrungen und die notwendigen Zementationsprozesse können derartige geschlossene Räume bei Tiefenbohrungen nicht bzw. nur sehr eingeschränkt vermieden werden.
  • Um derart kritische Druckdifferenzen und damit verbundene Beschädigungen zu verhindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Verrohrung der Tiefenbohrung stabiler auszuführen. Dies kann durch eine Erhöhung der Stahlgüte oder auch durch die Erhöhung der Wandstärke der Verrohrung geschehen, sodass die Verrohrung der Tiefenbohrung einer höheren Druckdifferenz standhält. Durch diese Maßnahmen kann allerdings der zur Verfügung stehenden Innendurchmesser der Tiefenbohrung verringert ausfallen, was beispielsweise negative Auswirkungen auf eine Förderrate des geförderten Mediums der Tiefenbohrung nach sich ziehen kann. Außerdem ist eine stabilere Auslegung mit höheren Kosten in der Fertigung, dem Transport und der Installation der Verrohrung verbunden. Ferner können die theoretisch notwendigen Wandstärken auch nicht verfügbar oder praktisch nur schwer umsetzbar sein.
  • Weiterhin ist zum Verhindern unzulässiger Druckdifferenzen bekannt, dass die ein Medium mit erhöhter Temperatur fördernde Verrohrung thermisch isoliert wird, um eine Temperaturerhöhung in den benachbarten geschlossenen Räumen zu verringern und damit den Druckanstieg zu minimieren. Allerdings führen auch diese Lösungen zu erhöhten Kosten, längeren Installationszeiten und sind bei manchen Arten von Tiefenbohrungen nicht praktikabel. Ferner ist der zur Verfügung stehende Raum bei Tiefenbohrungen in aller Regel begrenzt, sodass eine Isolierung nicht oder nur sehr eingeschränkt vorgesehen werden kann.
  • Ein weiterer Versuch, eine unzulässige Druckdifferenz zu verhindern, wird dadurch unternommen, dass eine Verbindung zwischen den geschlossenen Räumen und der Umgebung geschaffen wird. Dadurch wird allerdings die Verrohrung geschwächt und die durch die Verrohrung vorgesehene Barriere absichtlich zerstört. Weiterhin ist bekannt, eine Verbindung zwischen den geschlossenen Räumen und der Erdoberfläche bzw. einem Meeresgrund herzustellen. Dies ist allerdings nur bei Verrohrungen bzw. Verrohrungsabschnitten möglich, die bis an die Erdoberfläche bzw. an den Meeresgrund geführt werden.
  • Es ist ferner bekannt, zum Druckausgleich in den geschlossenen Räumen in den Bereichen, in denen geschlossene Räume entstehen können, gezielt druckkompensierende Materialien wie Schaumstoffe einzubringen. Diese ermöglichen dann eine gezielte Ausdehnung der sich in den geschlossenen Räumen ausdehnenden Medien. Derartige Methoden sind allerdings sehr kostenintensiv und benötigen vorangehende genaue Berechnungen und Untersuchungen zur Auslegung. Außerdem ist die Installation sehr zeit- und kostenintensiv.
  • Außerdem ist es im Stand der Technik allgemein bekannt, mechanische Bauteile in den Bereichen vorzusehen, in denen geschlossene Räume entstehen können. Diese mechanischen Bauteile können sich öffnen und eine gezielte Ausdehnung des eingeschlossenen Mediums durch Ausströmen in andere Bereiche zulassen. Bisher bekannte Lösungen sind allerdings sehr komplex, teuer und benötigen zudem vorangehend eine genaue Berechnung zur Auslegung der mechanischen Bauteile.
  • Es besteht folglich ein Bedarf an Lösungen, die das Problem geschlossener Räume entlang von Tiefenbohrungen adressieren. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einige der vorstehend beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen und eine verbesserte Lösung im Umgang mit in geschlossenen Räumen sich befindenden Medien und damit verbundenen Risiken bereitzustellen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen nach Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen nach Patentanspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Die oben genannte Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch eine Vorrichtung zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen gelöst, insbesondere Geothermie-, Öl-, Gas- und/oder Kavernenbohrungen. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Aufnahmekörper, der dazu ausgebildet ist, ein kompressibles Medium in einem Innenraum aufzunehmen. Der Aufnahmekörper weist wenigstens eine Öffnung auf, die einen Übergang zwischen dem Innenraum und einer Umgebung des Aufnahmekörpers bildet. Die wenigstens eine Öffnung ist mit wenigstens einem Verschlusselement verschließbar und in der diesem zugeordneten Öffnung angeordnet. Das Verschlusselement ist ferner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung einen offenen und einen geschlossenen Zustand einzunehmen. Der Aufnahmekörper ist dabei zumindest abschnittsweise von einem gewundenen Rohrelement gebildet.
  • Vorteilhafterweise ist es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, unzulässige Druckdifferenzen zu verhindern. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein einfacher Aufnahmekörper zum Druckabsichern bereitgestellt. Die Ausgestaltung des Aufnahmekörpers kann bedarfsgerecht erfolgen. Rohrelemente sind mit verschiedenen Eigenschaften wie beispielsweise Durchmessern, Material und Festigkeit am Markt verfügbar und können somit in verschiedensten Ausführungen für den vorhergesehenen Einsatz ausgewählt werden. Derartige Rohrelemente können nach DIN, ISO oder ASME genormt sein. Als Rohrelemente können genormte Rohre verwendet werden. Falls notwendig können diese nachträglich angepasst und beispielsweise in die benötigte gewundene Form oder Länge gebracht werden.
  • Die breite Verfügbarkeit von Rohrelementen am Markt führt ferner zu vergleichsweise niedrigen Kosten in der Anschaffung. Darüber hinaus sind Druckbehälter in runder Form wie bei Rohrelementen besonders robust gegenüber Druckdifferenzen zwischen einem Rohrinnenraum und der Umgebung. Ferner kann die Länge der verwendeten Rohrelemente in Abhängigkeit von der benötigten Größe des Aufnahmekörpers angepasst werden. Die Größe des Aufnahmekörpers ist somit sehr variabel. Der Umfang des Druckabsicherns kann damit angepasst werden.
  • Die gewundene Form der Rohrelemente erlaubt es, den wenigstens einen Aufnahmekörper an vorhandene Geometrien anzupassen. So kann die gewundene Form eine vorhandene Form der Tiefenbohrung, beispielsweise eines Rohres der Tiefenbohrung, berücksichtigen. Beispielsweise kann das gewundene Rohrelement ein Rohr der Tiefenbohrung zumindest teilweise um seinen Umfang umwinden. Ferner kann es an einem vorhandenen Rohr der Tiefenbohrung in Längsrichtung entlanggeführt werden. Außerdem ermöglicht die gewundene Form eine schmale Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich an den zur Verfügung stehenden räumlichen Gegebenheiten orientiert.
  • Das aufnehmbare kompressible Medium, zum Beispiel Luft oder ein inertes Gas, ermöglicht es, bei einem Druckanstieg komprimiert zu werden, der beispielsweise auftritt, wenn ein weiteres Medium in den erfindungsgemäßen Aufnahmekörper einströmt. So dient das kompressible Medium als eine Art Puffer, der einen Druckanstieg mit zusätzlichem Raumvolumen zumindest teilweise kompensiert. Ferner kann das kompressible Medium abhängig von dessen Eigenschaften und dem vorhandenen Bedarf gezielt vorab ausgewählt werden.
  • Das Verschlusselement ermöglicht es, den Druck in der Tiefenbohrung in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckdifferenz abzusichern. So kann je nach Bedarf die vorbestimmte Druckdifferenz angepasst werden, bei der das Verschlusselement den geschlossenen oder den offenen Zustand einnimmt. So kann verhindert werden, dass bereits bei zu geringer Druckdifferenz der Druck abgesichert wird, d. h das Verschlusselement zu früh öffnet. Ferner kann damit erreicht werden, dass das kompressible Medium nicht vorab beispielsweise während einer Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung an ihrem Einsatzort aus dem wenigstens einen Aufnahmekörper entweicht und durch ein weniger kompressibles oder gar inkompressibles Medium ersetzt wird, das das Druckabsichern einschränken oder verhindern würde. Nimmt das Verschlusselement den offenen Zustand ein, so kann ein unter Druck stehendes Medium aus der Umgebung des Aufnahmekörpers in den Aufnahmekörper expandieren. Dabei kann der Druck in dem Aufnahmekörper ansteigen und das kompressible Medium kann komprimiert werden. Jedoch kann ebenfalls der Druck in der Umgebung des Aufnahmekörpers verringert werden. So kann verhindert werden, dass unzulässig hohe Drücke bei Tiefenbohrungen auftreten. Ferner ermöglicht das Verschlusselement, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unmittelbar am Einsatzort anzupassen, beispielsweise an einer Oberfläche der Tiefenbohrung vor der Montage. Es kann vorgesehen sein, dass das Verschlusselement beispielsweise über ein Gewinde mit dem Aufnahmekörper verbunden ist, sodass unterschiedliche Verschlusselemente wahlweise eingeschraubt werden können.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es ferner, entfernt von ihrem Einsatzort hergestellt und montiert zu werden und dann am Einsatzort adaptiert und installiert zu werden. So können beispielsweise räumliche Restriktionen am Einsatzort umgangen werden.
  • Die geringe Anzahl an Einzelkomponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht eine geringe Fehleranfälligkeit. Ferner kann der Montageaufwand im Werk und am Einsatzort reduziert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Aufnahmekörper aus Metall, insbesondere aus Stahl, ausgebildet ist. Der Aufnahmekörper kann ferner aus einem Kunststoff oder einem Verbundmaterial ausgebildet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Verschlusselement aus Metall, insbesondere aus Stahl, Kunststoff, Keramik, Glas, einem Verbundwerkstoff oder einer Kombination von Werkstoffen ausgebildet ist. Darüber hinaus können unterschiedliche Bereiche des Verschlusselements aus einem unterschiedlichen für den Einsatz geeigneten Werkstoff ausgebildet sein. Vorteilhafterweise können die Werkstoffe des Aufnahmekörpers und des Verschlusselements also für den vorgesehenen Einsatz ausgewählt werden.
  • Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das gewundene Rohrelement zumindest abschnittsweise spiralförmig, helixförmig, mäanderförmig, oder in Form einer Kombination hieraus ausgebildet ist.
  • Die verschiedenen geometrischen Ausprägungen des gewundenen Rohrelements ermöglichen es, das Rohrelement an vorhandene Geometrien einer Tiefenbohrung anzupassen. Ferner kann ein Aufnahmekörper gebildet werden, der sich kontinuierlich erstreckt. Die Länge kann bedarfsgerecht angepasst werden. Es können vorhandene Räume effizient genutzt werden.
  • Ist das gewundene Rohrelement helixförmig ausgebildet, so kann es beispielsweise ein anderes Element umwinden. Ferner ist die Steigung des Helixverlaufs frei einstellbar. In anderen Worten ist die Anzahl der Windungen des gewundenen Rohrelements in Bezug auf eine Längenerstreckung der helixform frei einstellbar. Als Helixform werden Formen ähnlich einer Schraubenlinie, einer zylindrischen Spirale oder einer Wendel verstanden.
  • Die mäanderförmige Ausbildung des gewundenen Rohrelements ermöglicht eine flexible Anpassung an vorhandene Gegebenheiten. So können die Schlaufengrößen der Mäanderform frei eingestellt werden.
  • Die Spiralform sowie die Mäanderform ermöglichen eine mattenähnliche Ausbildung des gewundenen Rohrelements. Vorhandener Raum kann dadurch effizient ausgenutzt werden.
  • Die Kombination der Formen der gewundenen Rohrelement möglichst eine bedarfsgerechte und flexible Anpassung an vorhandene Gegebenheiten. Eine Kombination aus Helixform und Spiralform könnte beispielsweise zu einem wendelförmigen Verlauf des gewundenen Rohrelements führen, wobei der Verlauf ähnlich zu einer Mantelfläche eines Kegels ausgebildet ist. Der Radius, mit dem sich das gewundene Rohrelement um eine Mittelachse windet, kann beispielsweise also variabel sein.
  • Ferner kann es vorteilhaft sein, dass gewundene Rohrelement vorab in Form einer Matte auszubilden, die dann während der Installation an geometrische Gegebenheiten angepasst wird, zum Beispiel in Anpassung an den zu erfüllenden Hohlraum zurechtgebogen wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwei oder mehrere Aufnahmekörper insbesondere in einer radialen Richtung der Tiefenbohrung benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein gewundenes Rohrelement eines äußeren Aufnahmekörpers ein gewundenes Rohrelement eines inneren Aufnahmekörpers umgreift. So ist es möglich, eine Anzahl an Aufnahmekörpern in einer Tiefenbohrung zu erhöhen. Zudem kann vorhandener Raum in einer Tiefenbohrung effizient ausgenutzt werden. Insgesamt wird die Fähigkeit verbessert, die Tiefenbohrung druckabzusichern.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Rohrelement derart gewunden ist, dass benachbarte Windungen im Abstand zueinander angeordnet sind oder aneinander anliegen. Sind benachbarte Windungen aneinander anliegend angeordnet, so kann vorhandener Raum effizient genutzt werden. Werden benachbarte Windungen im Abstand zueinander angeordnet, so kann gezielt Raum vorgesehen werden, der beispielsweise für andere Zwecke genutzt werden kann. Beispielsweise kann durch die beanstandete Anordnung ein Zugang zu einem umwundenen Element vorgesehen werden. Möglicherweise kann das Rohrelement selbst zumindest abschnittsweise aus flexibel aufweitbarem Material bestehen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmekörper dazu ausgebildet ist, eine in der Tiefenbohrung angeordnete innere Verrohrung zu umwinden und/oder in einer äußeren Verrohrung aufgenommen zu werden. Umwindet der Aufnahmekörper eine innere Verrohrung, so kann die Vorrichtung zum Druckabsichern den Druck außerhalb dieser inneren Verrohrung absichern. Entsprechend kann die Vorrichtung zum Druckabsichern den Druck innerhalb einer äußeren Verrohrung absichern, wenn sie von dieser aufgenommen ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Aufnahmekörper dazu ausgebildet, in einem Zwischenraum zwischen der inneren Verrohrung und der äußeren Verrohrung angeordnet zu werden. So kann der Druck in dem Zwischenraum mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgesichert werden. Das gewundene Rohrelement kann an die vorhandene Geometrie des Zwischenraums angepasst werden.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Verschlusselement eine Sollbruchstelle aufweist. Die Sollbruchstelle kann dabei derart ausgelegt sein, dass sie vorbestimmt bricht. So kann die Sollbruchstelle des Verschlusselements vorteilhafter Weise bei einer vorgegebenen Druckdifferenz brechen. Die vorgegebene Druckdifferenz kann ein Wert unterhalb einer kritischen Druckdifferenz sein. Somit kann das Druckausgleichen vorteilhafter Weise bereits erfolgen, bevor ein kritischer Druck entstehen und die Tiefenbohrung, insbesondere eine der Verrohrungen, beschädigt würde. Ferner können derartige brechende Elemente günstig in der Herstellung sein und vor Ort einfach einzusetzen und auszuwechseln sein.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Verschlusselement ein Ventil, ein druckeinstellbares Druckventil, eine Berstscheibe oder ein Berststopfen ist. Das Ventil ermöglicht es, vorab den Aufnahmekörper mit einem kompressiblen Medium zu befüllen und somit eine bestimmte Menge des kompressiblen Mediums in dem Aufnahmekörper vorzusehen. Ferner ermöglicht das Ventil, das kompressible Medium in dem Aufnahmekörper vorab mit einem bestimmten Druck zu beaufschlagen. Das druckeinstellbare Druckventil ermöglicht es, den Druck variabel einzustellen, bei dem das Ventil öffnet und schließt. Das druckeinstellbare Druckventil kann dazu eine Feder aufweisen, deren Federkraft eingestellt werden kann. Die Berstscheibe und der Berststopfen ändern ihren Zustand im Gegensatz zu dem Ventil und dem druckeinstellbaren Druckventil irreversibel. Brechen also Berstscheibe oder Berststopfen, so ist das Verschlusselement dauerhaft geöffneten.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das kompressible Medium ein Fluid umfasst. Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist das kompressible Medium ein kompressibles Gas, eine kompressible Flüssigkeit oder eine Kombination daraus. Beispielsweise kann das Fluid Luft, Stickstoff, andere kompressible Medien oder ein Gemisch daraus umfassen. Fluide sind mit dem Vorteil verbunden, dass sie sich an vorhandene Geometrien anpassen und diese zumindest teilweise füllen. Ferner können sie über Schlauchsysteme zugeführt werden. Ein Gas ist in der Regel mit dem Vorteil verbunden, dass es stärker kompressibel ist als ein Feststoff oder eine Flüssigkeit und dessen Dichte gleichzeitig niedriger ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des kompressiblen Mediums in dem Innenraum geringer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient eines die erfindungsgemäße Vorrichtung umgebenden Mediums. Erwärmen sich beispielsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem darin aufgenommenen kompressiblen Medium sowie das die erfindungsgemäße Vorrichtung umgebenden Medium, so kann gewährleistet werden, dass der Druck des kompressiblen Mediums in dem Innenraum geringer zunimmt als der Druck des umgebenden Mediums.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmekörper mit wenigstens einer Fixieranordnung in der Tiefenbohrung fixierbar ist. So ist es vorteilhafter Weise möglich, den Aufnahmekörper an einer vorbestimmten Position in der Tiefenbohrung anzuordnen. Ferner ist es möglich, mehrere Aufnahmekörper an unterschiedlichen Stellen der Tiefenbohrung anzuordnen. So können in unterschiedlichen Abständen der Tiefenbohrung gezielt und bedarfsgerecht Aufnahmekörper angeordnet werden. Ferner kann die Fixieranordnung eine Schutzwirkung auf den Aufnahmekörper haben, sodass Beschädigungen an dem Aufnahmekörper verhindert werden können.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Fixieranordnung gegenüber der inneren Verrohrung und/oder äußeren Verrohrung fixierbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist damit flexibel anordenbar.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Fixieranordnung eine axiale Bewegung des Aufnahmekörpers entlang der inneren Verrohrung und/oder äußeren Verrohrung verhindert.
  • Es kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Aufnahmekörper mit zwei Fixieranordnungen in der Tiefenbohrung fixiert wird. So können die beiden Fixieranordnungen an unterschiedlichen Seiten des Aufnahmekörpers angeordnet sein. Eine Fixieranordnung kann dabei an einer Unterseite des Aufnahmekörpers angeordnet sein, während die andere Fixieranordnung an einer Oberseite des Aufnahmekörpers angeordnet ist. Die Fixieranordnung an der Unterseite des Aufnahmekörpers kann verhindern, dass der Aufnahmekörper weiter in die Tiefenbohrung hineinrutscht. Die Fixieranordnung an der Oberseite des Aufnahmekörpers kann ferner verhindern, dass der Aufnahmekörper aus der Tiefenbohrung herausgerutscht, beispielsweise durch Auftriebskräfte.
  • Gemäß einem Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Fixieranordnung gegenüber der inneren Verrohrung und/oder äußeren Verrohrung geklemmt ist. Ein Verklemmen ist mit dem Vorteil verbunden, dass eine Beschädigung der inneren Verrohrung und/oder äußeren Verrohrung verhindert wird. Gleichzeitig wird eine zuverlässige Fixierung ermöglicht. So können sensible Verrohrungen geschützt und Schwachstellen in der inneren Verrohrung und/oder äußeren Verrohrung verhindert werden.
  • Ferner kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Fixieranordnung wenigstens eine Schraube umfasst. Diese kann gegen die innere Verrohrung und/oder äußere Verrohrung verschraubt werden. Schrauben stellen ein flexibles Mittel dar, um die Fixieranordnung lösbar zu fixieren. Ferner kann eine Vielzahl an Schrauben dazu vorgesehen sein, die Fixieranordnung zu fixieren. Damit können eine Kraftverteilung und eine Krafteinleitung in die innere Verrohrung und/oder äußere Verrohrung auf die Vielzahl an Schrauben verteilt werden. Ferner wird auch die Auswirkung einer fehlerhaften Befestigung einer einzelnen Schraube auf die Fixierung der Fixieranordnung verringert.
  • Gemäß einem Aspekt kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schraube als Stiftschraube ausgebildet ist. Diese kann gegen die innere Verrohrung und/oder äußere Verrohrung verschraubt werden.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die Fixieranordnung einen Fixierring aufweist, der in radialer Richtung eine größere Dickenerstreckung aufweist als der Aufnahmekörper. Dies kann eine Schutzwirkung gegenüber dem Aufnahmekörper hervorrufen. Wird der Aufnahmekörper an einer bestimmten Position in der Tiefenbohrung angeordnet, so stößt zunächst der Fixierring mit umliegenden Elementen wie der inneren Verrohrung und/oder äußeren Verrohrung zusammen. Folglich können Beschädigungen des Aufnahmekörpers während der Installation bzw. Montage am Einsatzort wenigstens reduziert oder verhindert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann der Fixierring derart ausgebildet sein, dass er einen ringförmigen Zwischenraum zwischen der inneren Verrohrung und der äußeren Verrohrung zumindest teilweise füllt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Fixierung gegenüber der inneren oder äußeren Verrohrung vorgesehen ist.
  • Gemäß einem Aspekt kann der Fixierring derart ausgebildet sein, dass er den ringförmigen Zwischenraum zwischen der inneren Verrohrung und der äußeren Verrohrung in radialer Richtung zumindest abschnittsweise entlang seines Umfangs nicht vollständig füllt. Dies ermöglicht eine erhöhte Zirkulation von Medien in dem Zwischenraum. Beispielsweise kann dies für Zementationsprozesse oder einer homogeneren Verteilung eines Mediums in dem Zwischenraum vorteilhaft sein.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Fixierring in radialer Richtung mit variabler Wandstärke ausgebildet ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine erhöhte Zirkulation in dem Zwischenraum zwischen der inneren Verrohrung und der äußeren Verrohrung gewünscht ist. Beispielsweise kann dies für Zementationsprozesse oder einer homogeneren Verteilung eines Mediums in dem Zwischenraum vorteilhaft sein.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass der Fixierring Rippen mit jeweils dazwischen angeordnetem Freigang aufweist, wobei die Rippen in radialer Richtung größer ausgebildet sind als die Freigänge. Die Rippen können an der Außenseite des Fixierrings angeordnet sein. Die wenigstens eine Schraube der Fixieranordnung kann in einem der Freigänge angeordnet sein. Sie kann sich zur Fixierung in radialer Richtung erstrecken.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Fixierring aus Metall, insbesondere Stahl, ausgebildet ist. Ferner kann der Fixierring aus einem Kunststoff wie einem Kunstharz oder aus einem zementbasierten Werkstoff oder einem Verbundmaterial ausgebildet sein. Der Fixierring kann ein Gussteil, ein Drehteil, ein Frästeil, ein 3D-Druckteil oder eine Kombination sein.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmekörper mehrere unterschiedliche Verschlusselemente umfasst. Dies ermöglicht eine flexible Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Beispielsweise kann ein Ventil dazu vorgesehen sein, den Aufnahmekörper mit einem vorgegebenen Druck zu beaufschlagen. Dies kann bereits während der Installation bzw. der Montage erfolgen. Ein druckeinstellbares Druckventil, eine Berstscheibe oder ein Berststopfen kann dazu vorgesehen sein, zum Druckabsichern zu einem späteren Zeitpunkt den offenen und den geschlossenen Zustand einzunehmen. Ferner erhöhen mehrere Verschlusselemente die Zuverlässigkeit des Druckabsicherns.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen Verschlusselemente bei einer unterschiedlichen Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung den offenen und den geschlossenen Zustand einnehmen. Dies kann ein gestaffeltes Druckabsichern ermöglichen.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Aufnahmekörper mehrere Abschnitte, die voneinander durch Verschlusselemente getrennt sind. Dies kann ein gestaffeltes Druckabsichern ermöglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist flexibel an Gegebenheiten anpassbar.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die mehreren Verschlusselemente dazu ausgebildet sein, bei einer unterschiedlichen Druckdifferenz zwischen den benachbarten Abschnitten den offenen und den geschlossenen Zustand einzunehmen. Dies kann ein gestaffeltes Druckabsichern ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung mehrere Aufnahmekörper. So kann der Umfang des Druckabsicherns an vorhandene Gegebenheiten angepasst werden. Ferner kann die Zuverlässigkeit gesteigert werden. Die mehreren Aufnahmekörper können unterschiedliche Verschlusselemente aufweisen. Dies ermöglicht eine flexible Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Umfasst die Vorrichtung mehrere Aufnahmekörper, so kann vorgesehen sein, dass die mehreren Aufnahmekörper bei einer unterschiedlichen Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Innenraum und der Umgebung den offenen und den geschlossenen Zustand einnehmen. So kann erreicht werden, dass die Aufnahmekörper bei unterschiedlicher Druckdifferenz druckabsichern. Ferner kann dies ein gestaffeltes Druckabsichern ermöglichen.
  • Ferner wird die eingangs bezeichnete, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen gelöst, insbesondere Geothermie-, Öl-, Gas- und/oder Kavernenbohrungen. Das Verfahren wird bevorzugt mit einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art durchgeführt. Wenigstens ein Aufnahmekörper ist dabei dazu ausgebildet, ein kompressibles Medium in einem Innenraum aufzunehmen. Darüber hinaus ist wenigstens ein Verschlusselement dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Aufnahmekörpers und einer Umgebung einen offenen und einen geschlossenen Zustand einzunehmen. Das Verfahren umfasst den Schritt des Beaufschlagens des Aufnahmekörpers mit einem vorgegebenen Druck, den Schritt des Anordnens des Aufnahmekörpers in der Tiefenbohrung und den Schritt des Druckausgleichens einer Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Aufnahmekörpers, wobei das Verschlusselement zumindest zeitweise einen offenen Zustand einnimmt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache Lösung zum Druckabsichern bei Tiefenbohrungen. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren flexibel anpassbar und ist somit für unterschiedliche Arten von Tiefenbohrungen vorteilhaft.
  • Das Beaufschlagen des Aufnahmekörpers mit einem vorgegebenen Druck ermöglicht es, den Aufnahmekörper für dessen Einsatzzweck anzupassen und entsprechend den Erfordernissen zu modifizieren. Es kann dabei vorgesehen sein, dass ein kompressibles Medium in den Aufnahmekörper gefüllt wird.
  • Der Schritt des Anordnens des Aufnahmekörpers in der Tiefenbohrung verdeutlicht, dass der Aufnahmekörper zunächst entfernt von dessen Einsatzort hergestellt und modifiziert und schließlich an dem Einsatzort installiert und angeordnet werden kann. So können beispielsweise räumliche Beschränkungen am Einsatzort umgangen werden, die ein Modifizieren des Aufnahmekörpers, wie beispielsweise das Beaufschlagen des Aufnahmekörpers mit einem vorgegebenen Druck, nicht oder nur eingeschränkt ermöglichen würden.
  • Der vorstehend beschriebene Druckausgleich bewirkt das Druckabsichern der Tiefenbohrung. Er ermöglicht, dass kritisch hohe Drücke in der Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert und/oder verhindert werden. So kann eine Beschädigung der Tiefenbohrung, insbesondere der verwendeten Rohre, durch kritisch hohen Druck insbesondere in der Umgebung eines Rohres wie in einem Zwischenraum oder einem Ringraum vermieden werden. Neben der unmittelbaren Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich das Druckausgleichen auch auf weiter entfernt liegende Bereiche der Tiefenbohrung positiv auswirken, da abhängig von der Struktur der Umgebung auch dort der Druck sinken kann. Der Wirkbereich kann also größer sein als die direkte Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchzuführen. Außerdem bietet es die Möglichkeit, an die jeweils vorzufindenden Gegebenheiten angepasst zu werden. Ferner können der in dem Verfahren verwendete Aufnahmekörper und/oder das Verschlusselement den Gegebenheiten entsprechend angepasst werden.
  • Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei dem Druckausgleich ein Medium in den Aufnahmekörper einströmt. So kann ein zusätzliches Expansionsvolumen generiert werden. Der Druck des einströmenden Mediums kann dadurch reduziert werden.
  • Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei dem Druckausgleich ein kompressibles Medium im Innenraum des Aufnahmekörpers sein Volumen ändert. Die Änderung des Volumens kann einen reduzierten Druck in der Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirken. So kann ein unzulässig hoher Druck in der Umgebung verhindert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Verschlusselement beim Druckausgleich einen dauerhaft geöffneten Zustand einnimmt. So kann es sich um ein irreversibel aktuierbares Verschlusselement handeln.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Verschlusselement oberhalb des vorgegebenen Differenzdrucks einen offenen Zustand und unterhalb des vorgegebenen Differenzdrucks einen geschlossenen Zustand einnimmt. So kann es sich um ein reversibel betätigbares Verschlusselement handeln.
  • Dem Fachmann ist klar, dass Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wurden, auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten. Auch die Umkehrung davon ist dem Fachmann klar.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht einer Tiefenbohrung, die die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst;
    Fig. 2
    eine schematische Detailansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Tiefenbohrung;
    Fig. 3
    eine schematische Detailansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung, angeordnet in der Tiefenbohrung;
    Fig. 4
    eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aufnahmekörpers;
    Fig. 5
    eine schematische dreidimensionale Seitenansicht des erfindungsgemäßen Aufnahmekörpers;
    Fig. 6
    eine schematische Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung;
    Fig. 7
    eine schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung angeordnet in einer Tiefenbohrung;
    Fig. 8
    eine schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung mit Stiftschrauben;
    Fig. 9
    eine schematische Detailansicht einer Öffnung des Aufnahmekörpers mit Verschlusselement;
    Fig. 10
    eine schematische Schnittansicht durch ein Verschlusselement an dem Aufnahmekörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 11
    eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mäanderförmig gewundenem Rohrelement; und
    Fig. 12
    eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit spiralförmig gewundenem Rohrelement.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Tiefenbohrung 10, die eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Vorrichtungen 12 zum Druckabsichern umfasst. Die Tiefenbohrung 10 verläuft zur Erdoberfläche 14 und erstreckt sich mit mehreren Abschnitten in das Erdreich 16, wobei der Durchmesser der Tiefenbohrung 10 geringer ausfällt, je weiter sich die Tiefenbohrung 10 in das Erdreich 16 erstreckt. Die Tiefenbohrung 10 ist im Wesentlichen achssymmetrisch zu einer Bohrlochachse A ausgebildet. An der Erdoberfläche 14 befindet sich eine Bohrlochwand 18. Die Bohrlochwand 18 kann eine Zementierung 20 umfassen. Innerhalb der Bohrlochwand 18, also mit einem geringeren Durchmesser, ist ein Standrohr 22 in der Länge der Tiefenerstreckung der Bohrlochwand 18 angeordnet. Innerhalb des Standrohrs 22 befindet sich eine Ummantelung, im folgenden Casing 24 bezeichnet, mit im Vergleich zum Standort 22 geringerem Durchmesser. Das Casing 24 weist eine größere Tiefenerstreckung auf als das Standrohr 22. Das Standrohr 22 und das Casing 24 können aus Stahl ausgebildet sein. In einem Zwischenraum zwischen dem Standrohr 22 und dem Casing 24 ist ebenfalls eine Zementierung 20 angeordnet, die den Zwischenraum auskleidet und sich über die gesamte Länge des Casings 24 erstreckt. Mit geringerem Durchmesser als das Casing 24 ist innerhalb des Casings 24 eine als Tieback 26 bezeichnete Verankerung ausgebildet. Der Tieback 26 grenzt an das Förderloch 28 der Tiefenbohrung 10 an. Zwischen dem Casing 24 und dem Tieback 26 befindet sich ein erstes Fluid 30 sowie eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12.
  • Ein unterer Bereich des Tiebacks 26 schließt an einen ersten Produktionsliner 32 an. Außerhalb des ersten Produktionsliners 32 ist in einem unteren Bereich ebenfalls eine Zementierung 20 ausgebildet, die einen Übergang zum Erdreich 16 bildet. In radialer Richtung innen bildet der erste Produktionsliner 32 einen Übergang zum Bohrloch 28. In einem oberen Bereich des ersten Produktionsliners 32 ist keine Zementierung ausgebildet, sondern in einem Übergangsbereich 33, in dem sich der erste Produktionsliner 32 und das Casing 24 in ihrer Längenerstreckung überschneiden, ist ein zweites Fluid 34 und eine der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 12 angeordnet. Das zweite Fluid 34 kann ein freies Wasser nach einem Zementationsprozess sein.
  • Oberhalb des zweiten Fluid 34 ist in dem Übergangsbereich 33 zwischen Tieback 26 und ersten Produktionsliner 32 in radialer Erstreckung zum Casing 24 ein erstes Trennelement 36 angeordnet, das das erste Fluid 30 von dem zweiten Fluid 34 trennt. Das erste Trennelement 36 kann ein Element sein, das in der Fachwelt als "Top Liner Hanger Packer" bekannt ist.
  • Weiter im Inneren des Bohrlochs 28 ist gegenüber dem ersten Produktionsliner 32 mit geringerem Durchmesser und beabstandet zu diesem ein zweiter Produktionsliner 38 angeordnet. In einem Zwischenraum 39 zwischen dem ersten Produktionsliner 32 und dem zweiten Produktionsliner 38 sind ein zweites Trennelement 40 und ein drittes Trennelement 42 angeordnet. Das zweite Trennelement 40 schließt den Zwischenraum 39 zwischen dem ersten Produktionsliner 32 und dem zweiten Produktionsliner 38 nach oben hin, also in Richtung Erdoberfläche 14 orientiert, zum Bohrloch hin ab. Das dritte Trennelement 42 ist unterhalb des zweiten Trennelements 40 ebenfalls in dem Zwischenraum 39 zwischen dem ersten Produktionsliner 32 und dem zweiten Produktionsliner 38 angeordnet und unterteilt einen nicht zementierten Bereich in zwei Unterbereiche, in denen jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12 angeordnet ist. Jeder der Unterbereiche ist mit dem zweiten Fluid 34 zumindest teilweise gefüllt. In einem weiter unten in der Tiefenbohrung 10 angeordneten Bereich des zweiten Produktionsliners 38 ist ebenfalls eine Zementierung 20 auf der Außenseite des zweiten Produktionsliners 38 ausgebildet, die sich bis zu einem unteren Ende des zweiten Produktionsliners erstreckt. Das obere Ende der Zementierung 20 fällt im Wesentlichen mit dem unteren Ende des ersten Produktionsliners 32 zusammen.
  • Im tiefsten Bereich der Tiefenbohrung 10 schließt an einen innenliegenden Bereich des zweiten Produktionsliners 38 ein gelochtes Rohrelement 44 an, das gegenüber dem Fördererloch 28 gelocht ausgebildet ist und sich tiefer in das Bohrloch 28 erstreckt als der zweite Produktionsliner 38.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Detailansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 in der Tiefenbohrung 10. Die schematische Detailansicht gemäß Figur 2 ist ein Teilschnitt durch die Tiefenbohrung 10 gemäß Figur 1 auf Höhe der Markierung M.
  • Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 mit einem Aufnahmekörper 46. Der Aufnahmekörper 46 ist von einem gewundenen, helixförmigen Rohrelement 48 gebildet. Das gewundene Rohrelement 48 umfasst eine Vielzahl an Windungen, die aneinander anliegen und eine innere Verrohrung 50 umgeben. Außenliegend gegenüber dem gewundenen Rohrelement 48 ist eine äußere Verrohrung 52 angeordnet.
  • Mit Bezug auf Figur 1 entspricht die innere Verrohrung 50 dem zweiten Produktionsliner 38 und die äußere Verrohrung 42 dem ersten Produktionsliner 32. Außerhalb der äußeren Verrohrung 52 ist eine Zementierung 20 ausgebildet. Die Wandstärke der Zementierung 20 ist in Längenerstreckung der Tiefenbohrung 10 unterschiedlich stark ausgeprägt. An die Zementierung 20 schließt das Erdreich 16 an.
  • Das gewundene Rohrelement 48 ist innen hohl. An dem einen Ende des gewundenen Rohrelements 48 ist eine erste Öffnung 54 und an dem anderen Ende des gewundenen Rohrelements 48 ist eine zweite Öffnung 56 ausgebildet. In der ersten Öffnung 54 ist ein erstes Verschlusselement 58 und in der zweiten Öffnung 56 ein zweites Verschlusselement 60 angeordnet.
  • An dem einen Ende des Aufnahmekörpers 46 ist eine erste Fixieranordnung 62 und an dem anderen Ende des Aufnahmekörpers 46 ist eine zweite Fixieranordnung 64 angeordnet. Die beiden Fixieranordnungen 62, 64 weisen jeweils einen Fixierring 63, 65 auf. Die Fixierringe 63, 65 umschließen die innere Verrohrung 50 und sind von der äußeren Verrohrung 52 umgeben. Die Fixierringe 63, 65 sind im Wesentlichen gleich ausgebildet, jedoch ist der eine Fixierring 63 gegenüber dem anderen Fixierring 65 um 180 Grad gedreht, sodass gleiche Seiten gegenüber dem Aufnahmekörper 46 angeordnet sind.
  • Im Folgenden wird die Ausgestaltung der Fixieranordnungen 62, 64 in Bezug auf die zweite Fixieranordnung 64 kurz dargestellt. Der zweite Fixierring 65 umfasst mehrere Rippen 66. Die Rippen 66 sind in Umfangsrichtung des zweiten Fixierrings 65 gleich verteilt und erstrecken sich in radialer Richtung des Fixierrings 65 nach außen. Die Rippen 66 erstrecken sich in longitudinaler Richtung des Fixierrings 65 und damit auch in longitudinaler Richtung der Tiefenbohrung 10 und des Aufnahmekörpers 46. Zwischen zwei Rippen 66 ist ein jeweiliger Freigang 68 ausgebildet. Die Rippen 66 sind in radialer Richtung größer ausgebildet als die Freigänge 68. Den jeweiligen Freigängen 68 ist jeweils eine Vielzahl an Schrauben 70 angeordnet, die als Stiftschrauben ausgebildet sind. Die Freigänge 68 liegen durch ihre geringere Seitenerstreckung nie an der äußeren Verrohrung 52 an. Sofern die Rippen 66 an der äußeren Verrohrung anliegen und der Fixierring 65 die innere Verrohrung 50 umschließt, so verbleibt weiterhin durch die Freigänge 68 freier Raum, der einen einfachen Zementationsprozess ermöglichen kann. Ferner können Medien, die den Fixierring 65 umgeben, frei zirkulieren.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Detailansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12, angeordnet in der Tiefenbohrung 10, in einem Schnitt entlang der Markierung M von Figur 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 ist in dem Zwischenraum 39 zwischen der inneren Verrohrung 50 und der äußeren Verrohrung 52 angeordnet. In der Darstellung gemäß Figur 3 ist lediglich ein Teil des Aufnahmekörpers 46 mit einem Teil des gewundenen Rohrelements 48 dargestellt. An der ersten Öffnung 54 ist das erste Verschlusselement 58 angeordnet.
  • Oberhalb des Aufnahmekörpers 46 ist ebenfalls in dem Zwischenraum 39 die erste Fixieranordnung 62 angeordnet. Der Fixierring 63 der ersten Fixieranordnung 62 erstreckt sich in radialer Richtung über den gesamten Zwischenraum 39 und berührt die innere Verrohrung 50. Dabei ist der Fixierring 63 an der inneren Verrohrung 50 fixiert. Die Darstellung gemäß Figur 3 ist nicht maßstabsgetreu, denn tatsächlich ist der Fixierring 63 zu der äußeren Verrohrung 52 beabstandet. Es ist auch möglich, dass der Fixierring 63 die äußere Verrohrung 52 berührt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Fixierring 63 an der äußeren Verrohrung 52 fixiert ist. In dem dargestellten verbleibenden Zwischenraum 39 befindet sich das zweite Fluid 32.
  • Außerhalb der äußeren Verrohrung 52 ist die Zementierung 20 ausgebildet, die einen Übergang zum Erdreich 16 bildet. Wie schon im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert, ist die Wandstärke der Zementierung 20 in longitudinaler Richtung der Tiefenbohrung 10 unterschiedlich stark ausgebildet.
  • In dem gewundenen Rohrelement 48 befindet sich ein kompressibles Medium 72. Das kompressible Medium 72 ist nicht näher dargestellt, umfasst jedoch beispielsweise Luft, Stickstoff, andere kompressible Medien oder ein Gemisch daraus.
  • Figur 4 ist eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Aufnahmekörpers 46, der von dem gewundenen Rohrelement 48 gebildet ist. Es ist ersichtlich, dass die Windungen des Rohrelements 48 aneinander anliegen. Das Rohrelement 48 ist mit einem konstanten Radius um die Bohrlochachse A helixförmig gewunden. Die erste Öffnung 54 des gewundenen Rohrelements 48 ist in Figur 4 nicht sichtbar. Die erste Öffnung 54 ist in der gezeigten Darstellung auf der Rückseite des Aufnahmekörpers 46 ausgebildet. Die zweite Öffnung 56 des gewundenen Rohrelements 48 ist an einer anderen, in der gezeigten Darstellung unteren Seite des gewundenen Rohrelements 48 ausgebildet. In der zweiten Öffnung 56 ist das zweite Verschlusselement 60 angeordnet.
  • Figur 5 ist eine schematische dreidimensionale Seitenansicht des erfindungsgemäßen Aufnahmekörpers 46. Die zweite Öffnung 56 des gewundenen Rohrelements 48 ist mit dem zweiten Verschlusselement 60 verschlossen. Das zweite Verschlusselement 60 ist als Berststopfen ausgebildet. Die erste Öffnung 54 ist in der Darstellung gemäß Figur 5 nicht sichtbar, da sie in der gezeigten Darstellung auf der Rückseite des Aufnahmekörpers 46 ausgebildet ist.
  • Auch in dieser Darstellung ist ersichtlich, dass das Rohrelement 48 mit einem konstanten Radius um die Bohrlochachse A helixförmig gewunden ist. Ferner liegen die Windungen des gewundenen Rohrelements 48 aneinander an.
  • Figur 6 ist eine schematische Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung 62, 64. Der Fixierring 63, 65 umfasst die Vielzahl an Rippen 66, die in Umfangsrichtung des Fixierring 63, 65 gleich verteilt sind und sich in radialer Richtung nach außen erstrecken. Zwischen den Rippen 66 sind die Freigänge 68 ausgebildet. In den Freigängen 68 ist eine Vielzahl an Gewindegängen 74 ausgebildet, die sich in radialer Richtung des Fixierrings erstrecken. Die in der der Explosionszeichnung schwebend dargestellten Schrauben 70 sind derart ausgebildet, in die Gewindegänge 74 in den Freigängen 68 des Fixierrings 63, 65 eingeschraubt zu werden. Die Schrauben 70 sind als Stiftschrauben ausgebildet.
  • Eine in radialer Richtung innenliegende Umfangsfläche 76 des Fixierrings 63, 65 ist im Wesentlichen eben ausgebildet. Die innenliegende Umfangsfläche 76 ist in jedem Punkt zur longitudinalen Achse des Fixierrings 63, 65 gleich beabstandet. Eine außenliegende Umfangsfläche 78 des Fixierrings 63, 65 ist wie erläutert nicht eben ausgebildet, sondern umfasst die Rippen 66 und die Freigänge 68.
  • Der Fixierring 63, 65 weist in der gezeigten Darstellung eine Fase 80 auf, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und zwischen einer vorderen Seite des Fixierrings 63, 65 und der außenliegenden Umfangsfläche 78 angeordnet ist. Eine derartige Fase 80 kann auch auf der hinteren Seite des Fixierrings 63, 65 ausgebildet sein. In der gezeigten Darstellung jedoch ist keine derartige Fase 80 an der hinteren Seite des Fixierrings 63, 65 ausgebildet.
  • Figur 7 ist eine schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung 62, 64 angeordnet in einer Tiefenbohrung 10. Die Fixieranordnung 62, 64 ist zwischen der innenliegenden Verrohrung 50 und der außenliegenden Verrohrung 52 angeordnet. Die innere Verrohrung 50 ist im Wesentlichen gegenüber der Bohrlochachse A zentriert. Dementsprechend ist auch die Fixieranordnung 62, 64 und die äußere Verrohrung 52 im Wesentlichen gegenüber der Bohrlochachse A zentriert. Die Rippen 66 des Fixierring 63, 65 liegen an der äußeren Verrohrung 52 an. Die innenliegende Umfangsfläche des Fixierring 63, 65 liegt an der inneren Verrohrung 50 an. Wie aus der Darstellung ersichtlich wird, bilden die Freigänge 68 einen freien Durchgang zwischen dem Fixierring 63, 65 und der äußeren Verrohrung 52. Die jeweiligen Übergänge zwischen den Freigängen 68 und den Rippen 66 sind nicht mit scharfen Kanten ausgebildet, sondern Radien bilden einen geglätteten Übergang.
  • Figur 8 ist eine schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Fixieranordnung 62, 64 mit Schrauben 70 im Schnitt. Die Fixieranordnung 62, 64 ist in der Tiefenbohrung 10 positioniert und zwischen der äußeren Verrohrung 52 und der inneren Verrohrung 50 angeordnet. Der Schnitt durch die Fixieranordnung 62, 64 erfolgt durch die Darstellung gemäß Figur 7 entlang der Linie B-B. Dementsprechend wird durch den Schnitt einer der Freigänge 68 geschnitten.
  • Wie in der Darstellung gezeigt, ist der Fixierring 63, 65 gegenüber der inneren Verrohrung 50 befestigt. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Schrauben 70 des Fixierrings 63, 65 in Richtung innerer Verrohrung 50 in den Fixierring 63, 65 eingeschraubt werden und eine vordere Stirnfläche der Schrauben 70 gegen die innere Verrohrung 50 gedrückt wird. Dadurch entsteht eine Klemmkraft, die ein Verrutschen oder Verdrehen des Fixierrings 63, 65 gegenüber der inneren Verrohrung 50 verhindert.
  • Die Anzahl der Schrauben 70 kann nahezu beliebig ausgewählt werden, jedoch ist eine Mindestklemmkraft erforderlich, damit kein Verrutschen oder Verdrehen stattfindet. Eine höhere Anzahl an Schrauben 70 bewirkt eine bessere Verteilung der durch die Schrauben 70 auf die innere Verrohrung 50 aufgebrachten Kräfte, da eine einzelne Schraube 70 dann eine geringere Klemmkraft aufbringen muss und sich zugleich die einzelnen Klemmkräfte auf einen größeren Bereich der inneren Verrohrung 50 verteilen.
  • Figur 9 zeigt eine schematische Detailansicht einer Öffnung 54, 56 des Aufnahmekörpers 46 mit Verschlusselement 58, 60. Genauer gesagt ist in Figur 9 ein Detail aus Figur 4 in Frontalansicht dargestellt, nämlich die zweite Öffnung 56 mit dem zweiten Verschlusselement 60. Es ist zu erkennen, dass innerhalb des gewundenen Rohrelements 48 das zweite Verschlusselement 60 angeordnet ist und die zweite Öffnung 56 verschließt.
  • Figur 10 zeigt eine schematische Schnittansicht durch das Verschlusselement 60 an dem Aufnahmekörper 46 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12. Genauer gesagt ist das Verschlusselement 60 von Figur 9 im Schnitt entlang der Linie C-C gezeigt. Das Verschlusselement 60 ist an der Öffnung 56 des Aufnahmekörpers 46 angeordnet. Das Verschlusselement 60 ist in der gezeigten Darstellung als Berststopfen ausgebildet, der eine Endkappe 82, einen Rohrstutzen 84 und ein Berststopfenelement 86 umfasst. Die Endkappe 82 ist an einer Stirnfläche der Öffnung 56 des Aufnahmekörpers 46 angebracht. Auf einer Innenseite der Endkappe 82 ist der Rohrstutzen 84 angeordnet. Der Rohrstutzen 84 liegt mit seiner Außenseite an dem Innenumfang der Endkappe 82 an und berührt mit dessen Stirnfläche teilweise die Stirnfläche der Öffnung 56. Innerhalb des Rohrstutzens 84 ist das Berststopfenelement 86 angeordnet. Es ist mit dem Rohrstutzen 84 verbunden.
  • In dem Berststopfenelement 86 ist ein berstbares Element 88 angeordnet, das oberhalb einem zulässigen Differenzdruck zwischen dem inneren Bereich des Aufnahmekörpers 46 und der anderen Seite des berstbaren Elements 88 auf einer Außenseite des Aufnahmekörpers bricht. Dazu kann das berstbare Element 88 mit einer Sollbruchstelle ausgebildet sein. Das berstbare Element 88 kann beispielsweise aus Keramik oder einem Metall ausgebildet sein.
  • Das gewundene Rohrelement 48, die Endkappe 82, der Rohrstutzen 84 und das Berststopfenelement 86 können als ein schweißbarer metallischer Werkstoff ausgebildet und miteinander verschweißt sein. Ferner können sie miteinander durch andere geeignete Verbindungsarten wie beispielsweise Kleben oder mittels Gewinden miteinander verbunden sein.
  • In der gezeigten Darstellung ist der Rohrstutzen 84 mit der Endkappe 82 verschweißt. An der Innenseite des Rohrstutzens 84 ist ein Gewinde ausgebildet, das nachträglich angebracht sein kann, in das das Berststopfenelement 86 verschraubt ist. Die Endkappe 82 ist in der gezeigten Darstellung mit dem gewundenen Rohrelement 48 verschweißt.
  • Das Verschlusselement 60 aus Figur 10 und dessen Anordnung gegenüber dem gewundenen Rohrelement 48 dient lediglich als beispielhafte Ausführung. Das Verschlusselement 60 kann auch anders ausgebildet und so beispielsweise vollständig innerhalb der Öffnung 56 des Aufnahmekörpers 46 angeordnet sein.
  • Figur 11 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 mit mäanderförmig gewundenem Rohrelement 148. Das gezeigte gewundene Rohrelement 148 des Aufnahmekörpers 146 umfasst im Wesentlichen gerade Abschnitte und/oder wenig gekrümmte Abschnitte, die mit gekrümmten Abschnitten miteinander verbunden sind. Im Inneren des mäanderförmig gewundenen Rohrelements 148 befindet sich das kompressible Medium 72. Die gezeigte Vorrichtung 12 umfasst zwei Verschlusselemente 58, 60, die in jeweiligen Öffnungen 54, 56 angeordnet sind.
  • Die Länge des gewundenen Rohrelements 148, die Anzahl der gekrümmten Abschnitte und der Abstand der geraden Abschnitte kann nahezu beliebig an die Erfordernisse einer Tiefenbohrung 10 angepasst werden. So kann das gewundene Rohrelement ähnlich einer Matte ausgebildet sein. Erfordert es die Geometrie des Einsatzortes, so kann vorgesehen sein, das gewundene Rohrelement 148 weiter zu biegen, beispielsweise um eine Achse, die in der Zeichnungsebene liegt.
  • Figur 12 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 mit einem Aufnahmekörper 246 mit spiralförmig gewundenem Rohrelement 248. Das spiralförmig gewundene Rohrelement 248 ist in der gezeigten Darstellung nicht geschnitten dargestellt. Die Vorrichtung 12 umfasst zwei Verschlusselemente 58, 60, die in jeweiligen nicht näher gezeigten Öffnungen 54, 56 angeordnet sind.
  • Für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 zum Druckabsichern von einer Tiefenbohrung kann in einem ersten Schritt zunächst die gewünschte Form des einen oder der mehreren Aufnahmekörpers 46, 146, 246 ausgewählt werden.
  • Ferner wird der wenigstens eine Aufnahmekörper 46, 146, 246 aus entsprechenden gewundenen Rohrelementen 48, 148, 248 gebildet. Die einzelnen Bestandteile des Aufnahmekörpers 46, 146, 246 können miteinander über geeignete Verbindungsmittel verbunden werden.
  • Darüber hinaus wird für den Einsatz das passende wenigstens eine Verschlusselement 58, 60 ausgewählt und in dem Aufnahmekörper 46, 146, 246 angeordnet.
  • Der Aufnahmekörper 46, 146, 246 wird ferner mit einem kompressible Medium 72 befüllt. Außerdem kann nun der Aufnahmekörper 46, 146, 246 mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt werden.
  • In einem weiteren Schritt wird nun der Aufnahmekörper 46, 146, 246 in der Tiefenbohrung 10 angeordnet. Dazu kann der Aufnahmekörper 46, 146, 246 mit der wenigstens einen Fixieranordnung 62, 64 in der Tiefenbohrung 10 fixiert werden. Das Fixieren kann einfach ausgeführt werden, indem beispielsweise die Schrauben 70 angezogen werden.
  • Steigt nun der Druck außerhalb des erfindungsgemäßen Aufnahmekörpers 46, 146, 246 und übersteigt einen vorgegebenen Druck des wenigstens einen Verschlusselements 58, 60, so öffnet sich das Verschlusselement 58, 60 und das den erfindungsgemäßen Aufnahmekörper 46, 146, 246 umgebende Medium kann in den Aufnahmekörper 46, 146, 246 einströmen. Dabei verdrängt und komprimiert es das kompressible Medium 72 in dem Aufnahmekörper 46, 146, 246. Der Druck in der Umgebung des Aufnahmekörpers 46, 146, 246 kann reduziert werden, insbesondere in der Umgebung des geöffneten Verschlusselements 58, 60.
  • Dieser Vorgang kann reversibel sein, d. h. er lässt sich wiederholen, oder er erfolgt einmalig. Auch lässt sich der Aufnahmekörper derart ausgestalten, dass er mehrfach verwendet werden kann oder nur einfach.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (12) zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen (10), insbesondere Geothermie-, Öl-, Gas- und/oder Kavernenbohrungen, wobei die Vorrichtung (12) wenigstens einen Aufnahmekörper (46, 146, 246) umfasst, der dazu ausgebildet ist, ein kompressibles Medium (72) in einem Innenraum aufzunehmen, wobei der Aufnahmekörper (46, 146, 246):
    wenigstens eine Öffnung (54, 56) aufweist, die einen Übergang zwischen dem Innenraum und einer Umgebung des Aufnahmekörpers (46, 146, 246) bildet,
    wobei die wenigstens eine Öffnung (54, 56) mit wenigstens einem Verschlusselement (58, 60) verschließbar ist, das in der diesem zugeordneten Öffnung (54, 56) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung einen offenen und einen geschlossenen Zustand einzunehmen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Aufnahmekörper (46, 146, 246) zumindest abschnittsweise von einem gewundenen Rohrelement (48, 148, 248) gebildet ist.
  2. Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gewundene Rohrelement (48, 148, 248) spiralförmig, helixförmig, mäanderförmig, oder in Form einer Kombination hieraus ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (48, 148, 248) derart gewunden ist, dass benachbarte Windungen im Abstand zueinander angeordnet sind oder aneinander anliegen.
  4. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (46, 146, 246) dazu ausgebildet ist, eine in der Tiefenbohrung (10) angeordnete innere Verrohrung (50) zu umwinden und/oder in einer äußeren Verrohrung (52) aufgenommen zu werden, vorzugsweise in einem Zwischenraum (39) zwischen der inneren Verrohrung (50) und der äußeren Verrohrung (52) angeordnet zu werden.
  5. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verschlusselement (58, 60) eine Sollbruchstelle aufweist.
  6. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verschlusselement (58, 60) ein Ventil, ein druckeinstellbares Druckventil, eine Berstscheibe oder ein Berststopfen ist.
  7. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Medium (72) ein Fluid umfasst, vorzugsweise ein kompressibles Gas, eine kompressible Flüssigkeit oder eine Kombination daraus.
  8. Vorrichtung (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (46, 146, 246) mit wenigstens einer Fixieranordnung (62, 64) in der Tiefenbohrung (10) fixierbar ist, vorzugsweise gegenüber der inneren Verrohrung (50) und/oder äußeren Verrohrung (52) fixierbar ist, wobei insbesondere eine axiale Bewegung des Aufnahmekörpers (46, 146, 246) entlang der inneren Verrohrung (50) und/oder äußeren Verrohrung (52) verhindert wird,
    wobei als optionales Merkmal die Fixieranordnung (62, 64) gegenüber der inneren Verrohrung (50) und/oder äußeren Verrohrung (52) geklemmt ist.
  9. Vorrichtung (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixieranordnung (62, 64) wenigstens eine Schraube (70), vorzugsweise wenigstens eine Stiftschraube, umfasst, die vorzugsweise gegen die innere Verrohrung (50) und/oder äußere Verrohrung (52) verschraubt wird.
  10. Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixieranordnung (62, 64) einen Fixierring (63, 65) aufweist, der in radialer Richtung eine größere Dickenerstreckung aufweist als der Aufnahmekörper (46, 146, 246), und vorzugsweise einen ringförmigen Zwischenraum zwischen der inneren Verrohrung (50) und äußeren Verrohrung (52) zumindest teilweise füllt, wobei als optionales Merkmal der Fixierring (63, 65) in radialer Richtung mit variabler Wandstärke ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung (12) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierring (63, 65) vorzugsweise an dessen Außenseite Rippen (66) mit jeweils dazwischen angeordnetem Freigang (68) aufweist, wobei die Rippen (66) in radialer Richtung größer ausgebildet sind als die Freigänge (68).
  12. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (46, 146, 246) mehrere unterschiedliche Verschlusselemente (58, 60) umfasst,
    wobei als optionales Merkmal die unterschiedlichen Verschlusselemente (58, 60) bei einer unterschiedlichen Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung den offenen und den geschlossenen Zustand einnehmen.
  13. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (46, 146, 246) mehrere Abschnitte umfasst, die voneinander durch Verschlusselemente (58, 60) getrennt sind, wobei die Verschlusselemente (58, 60) vorzugsweise dazu ausgebildet sind, bei einer unterschiedlichen Druckdifferenz zwischen den benachbarten Abschnitten den offenen und den geschlossenen Zustand einzunehmen.
  14. Vorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) mehrere Aufnahmekörper (46, 146, 246) umfasst, die vorzugsweise unterschiedliche Verschlusselemente (58, 60) aufweisen, wobei als optionales Merkmal die mehreren Aufnahmekörper (46, 146, 246) bei einer unterschiedlichen Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Innenraum und der Umgebung den offenen und den geschlossenen Zustand einnehmen.
  15. Verfahren zum Druckabsichern von Tiefenbohrungen (10), insbesondere Geothermie-, Öl-, Gas- und/oder Kavernenbohrungen, bevorzugt mit einer Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei wenigstens ein Aufnahmekörper (46, 146, 246) dazu ausgebildet ist, ein kompressibles Medium (72) in einem Innenraum aufzunehmen, und wobei wenigstens ein Verschlusselement (58, 60) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Aufnahmekörpers (46, 146, 246) und einer Umgebung einen offenen und einen geschlossenen Zustand einzunehmen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    Beaufschlagen des Aufnahmekörpers (46, 146, 246) mit einem vorgegebenen Druck;
    Anordnen des Aufnahmekörpers (46, 146, 246) in der Tiefenbohrung (10);
    Druckausgleichen einer Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Aufnahmekörpers (46, 146, 246), wobei das Verschlusselement (58, 60) zumindest zeitweise einen offenen Zustand einnimmt.
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