New design and construction of expandable casing tubes

Abstract

Exploration for deep-geothermal resources is still a costly and high risk operation. The research association “Geothermal Energy and High Performance Drilling Research Program, gebo” was founded to improve the cost effectiveness of geothermal energy production in particular by developing new drilling concepts for deep geological layers. A mono-diameter borehole casing concept is developed to achieve this ambitious aim. To accomplish this, a special type of casing is essential, structured from folded tubulars for expandable casing applications featuring clover-like cross sections and expandable to a cylindrical form when the casing is at its downhole position. A smaller borehole volume and a reduction of drilling time and casing related costs are the main advantages of this method compared to conventional drilling. Design, material selection and realization of the folded tubulars take place at the Institut für Werkstoffkunde (Materials Science). The evaluations of the results are based on residual stress analysis and the measurement of the geometry after each deformation step at the Institute of Production Engineering and Machine Tools (IFW).

Zusammenfassung

Die Erschließung der tiefen-geothermischen Energie ist zurzeit mit hohen Kosten und Risiken verbunden. Hierzu verfolgt der Forschungsverbund Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik (gebo) das Ziel, die Wirtschaftlichkeit geothermischer Energiegewinnung aus tiefen geologischen Schichten insbesondere durch die Erforschung neuer Bohrkonzepte zu verbessern. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, wird ein Monobohrloch-Konzept angestrebt. Hierfür sind gefaltete Futterrohre erforderlich, die einen kleeblattartigen Querschnitt aufweisen und im Untergrund eingesetzt werden. In einem nächsten Schritt erfolgt die Expansion der Struktur zu einem konzentrischen Rohr, der die Bohrlochwand gegen Einsturz stabilisiert. Im Gegensatz zu einem konventionellen Bohrlochaufbau ist dieser Ansatz mit einem geringeren Bohrvolumen, Reduzierung der Bohrzeiten und Einsparungen der Bohrgarnitur verbunden. Die Geometrieentwicklung, Materialauswahl, die Wahl eines geeigneten Verfahrens zur Herstellung und die Fertigung von Probesegmenten im Labormaßstab erfolgten am Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover. Analyse der röntgenographischen Messung der Bauteileigenspannungen nach jedem Umformschritt wurde am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover untersucht.