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Verfahren zur Verfestigung von losen Bereichen in einer
Gesteinsformation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung von lose Bereiche aufweisenden Gesteinsformationen.
Das Eindringen von Erd- und Gesteinsmaterial aus lose Bereiche aufweisenden Gesteinsformationen beim Bohren nach Erdöl in das Bohrloch ist nachteilig, weil solche gelösten Gesteinserden mit fortgerissen werden und den aus dem Bohrloch austretenden Flüssigkeitsstrom verunreinigen. Der so verunreinigte Flüssigkeitsstrom versandet das Bohrloch und verschmutzt und korrodiert die Arbeitsteile der Bohrausrüstung. Ausserdem führen in der Flüssigkeit suspendierte und vom Strom mit fortgerissen Brocken von Gesteinserde zu erhöhten Verfahrenskosten bezüglich der Installation der Bohrtürme, ihrer Arbeitsweise und derAufrechterhaltung ihresBetriebszustandes sowie der für die Abtrennung der Gesteinserde aus dem entsprechenden Flüssigkeitsstrom benutzten Arbeitsausrüstung.
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Siliziumdioxydsen, zum Abkühlen gebracht.
Im folgenden wird beispielsweise beschrieben, auf welche Weise das erfindungsgemässeverfahren zur Verfestigung von lose Gesteinsteile aufweisenden Bereichen in Gesteinsformatiohen, in welche Bohrlöcher getrieben werden, angewendet werden kann, so dass der Eintritt der losen Gesteinsteile in die Bohrlöcher verhindert wird. Besteht die Gesteinsformation aus siliziumdioxydhältigem Gestein, so kann durch das Bohrloch Wasser oder eine andere wässerige Flüssigkeit in die Gesteinsformation geleitet werden. An Stel- len, an denen wesentliche Mengen Wasser in den Lücken zwischen solchen losen Bereichen der Gesteinsformation vorhanden sind, braucht keine wässerige Flüssigkeit eingeleitet zu werden.
Enthält der lose Bereich der Gesteinsformation um das Bohrloch herum mindestens etwa 30 Gew. -0/0 wässerige Flüssigkeit, so wird eine Wärmequelle, beispielsweise ein elektrisches Heizgerät, bis an eine Stelle in unmittelbarer Nachbarschaft des zu verfestigenden Bereiches der Gesteinsformation in das Bohrloch gesenkt. Falls erwünscht, kann die Wärmequelle gehoben oder auch tiefer in das Bohrloch in die Nähe des zu verfestigenden Bereiches gesenkt werden. Durch Erhöhung der Temperatur der wässerigen Flüssigkeit wird die Löslichkeit des Siliziumdioxyds, das im allgemeinen in Form von Sand vorliegt, erhöht und dadurch ein Teil des in der Gesteinsformation vorhandenen Siliziumdioxyds in der Flüssigkeit zur Auflösung gebracht.
Nach Steigerung der Temperatur in unmittelbarer Nähe des Bohrloches bis auf über 2000C und über die normale Temperatur der Gesteinsformation wird diese Temperatur während einer Zeitdauer von im allgemeinen einigen Stunden aufrechterhalten, damit sich eine wesentliche Menge Siliziumdioxyd in der Flüssigkeit auflösen kann. Im Anschluss daran wird die Wärmequelle ausser Betrieb gesetzt, damit sich die Lösung auf die gewöhnlicheTemperatur derGesteinsformationabkühlen und das darin gelöste Silizium- dioxyd sich in den Öffnungen und Spalten zwischen den Gesteinsbrocken und dem losen Gesteinsaggregat derGesteinsformation abscheiden und die freien Räume ausfüllen kann.
Durch eine solche Ausfällung wird die Verfestigung von losen Stellen in derGesteinsformation um dasBohrlochherum erreicht. Die auf diese Weise verfestigten Bereiche stellen eine relativ harte und durchlässige Masse dar, durch welche Rohöl in das Bohrloch eindringen kann, ohne dass die vorher losen Gesteinsteile in dasselbe eindringen können.
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det werden. Die Menge Siliziumdioxyd, die bei jedem Aufheizen aufgelöst wird, nimmt mit der Temperatur zu, auf die die wässerige Flüssigkeit erhitzt worden ist ; besonders zufriedenstellende Verfestigungen werden erhalten, wenn solche Flüssigkeiten auf Temperaturen von etwa 4000C erhitzt werden.
Gewünschtenfalls kann die wässerige Flüssigkeit mittels einer an der Oberfläche angeordneten Wärmequelle erhitzt und durch das Bohrloch gepumpt werden, wodurch sie mit dem in der Nähe der unverfestigten Formation vorliegenden Siliziumdioxyd in Berührung kommt ; dabei kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass Dampf an der Oberfläche erzeugt und die Kondensation des Dampfes in einem Sandvorrat bei einer die Temperatur der Formation überschreitenden Temperatur bewirkt wird.
DieMenge an Siliziumdioxyd, die aufgelöst und für die spätere Ausfällung und Abscheidung verfügbar gemacht wird, kann durch Verwendung einer schwach alkalischen Lösung gesteigert werden. Die erfindungsgemäss verwendete wässerige Flüssigkeit ist vorzugsweise eine alkalische Flüssigkeit mit einem PH-Wert von mindestens 8. Besonders geeignete wässerige Flüssigkeiten enthalten unter anderem Wasser aus den Lücken zwischen den losen Bereichen mit einem PH-Wert wie demjenigen von verdünnten wässerigen Lösungen von Basen, wie Ammoniak oder einem Alkalihydroxyd oder von einem wasserlöslichen Salz einer starken Base und einer schwachen Säure, wie etwa Alkalicarbonat usw.
Ist das in diesen Lücken der Gesteinsformation vorhandene Wasser nicht genügend alkalisch, so kann sein Alkaligehalt durch Einleiten einer alkalischen Lösung durch das Bohrloch in den betreffenden Bereich der Gesteinsformation um das Bohrloch herum gesteigert werden.
In einigen Fällen, insbesondere im Falle von relativ dicken Schichten aus losen Gesteinsformationen, ist es erwünscht, für das Aufheizen die Wärmequelle entlang der Bohrung im Bohrloch zu bewegen. Vorzugsweise wird die Wärmequelle an einer etwas tiefer, beispielsweise 30 cm tiefer, gelegenen Stelle in Betrieb gesetzt, als die oberste Stelle der zu verfestigenden Gesteinsformation liegt. Hiedurch entstehen Konvektionsströme innerhalb derGesteinsformation, die sich in Aufwärtsrichtung und radial nach den Seiten in relativ kältere Bereiche fortbewegen, wodurch die Ausfällung des Siliziumdioxyds verursacht und eine Verfestigung des losen Gesteins in diesen kälteren Bereichen erreicht wird.
Zur Fortsetzung dieser Ausfällung entlang den losen Bereichen in derGesteinsformation wird die Wärmequelle kontinuierlich oder in Abständen langsam nach unten bewegt, beispielsweise um 30 cm/h. Ist die Wärmequelle unterhalb der losen Bereiche der Gesteinsformation angelangt, so wird sie ausser Betrieb gesetzt. Dieses Verfahren kann in umgekehrter Richtung durchgeführt und wiederholt werden und bzw. oder in Verbindung mit dem weiter oben beschriebenen Verfahren angewendet werden, wobei die Wärmequelle in unmittelbare Nähe der losen Bereiche in der Gesteinsformation gebracht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in der Weise durchgeführt werden, dass ein körniges, silizium- dioxydhältiges Material in das Bohrloch hineingebracht und ein aufgeheizter Flüssigkeitsstrom durch dieses hindurch in die losen Bereiche der Gesteinsformation gedrückt wird. Dieses Verfahren kann zur Verfestigung von losen Bereichen in der Gesteinsformation angewendet werden, in denen im wesentlichen kein Siliziumdioxyd vorkommt.
Gemäss dieser Verfahrensweise wird eine Wärmequelle in das Bohrloch in unmittelbare Nähe der zu verfestigenden Bereiche in der Gesteinsformation gebracht und mit einer porösen Füllmasse einer gekörnten siliziumdioxydhaltigen Substanz, wie Sand oder Kies, umgeben. Dabei wird die wässerige Flüssigkeit im Bohrloch und in derGesteinsformation erhitzt. Ist es erwünscht, eine verfestigte Zone in Form einer relativ dünnen Umhüllung um das Bohrloch herum herzustellen, so wird der Flüssigkeitsdruck an der unteren Öffnung im Bohrloch im wesentlichen gleich demjenigen des Flüssigkeitsdruckes in der Gesteinsformation gehalten.
Im Falle eines solchen Druckausgleiches entsteht durch die Hitze ein Konvektionsstrom der wäs- serigen Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung durch die poröse siliziumdioxydhaltige Füllmasse entlang der Oberfläche der Wärmequelle in die Gesteinsformation und von dort in Abwärtsrichtung durch die Gesteinsfor- mation und wieder in die Füllmasse zurück und erneut nach oben entlang der Wärmequelle. Ist es umgekehrt erwünscht, den verfestigten Bereich radial auszudehnen, so wird die Flüssigkeit in das Bohrloch gepumpt, aufgeheizt, mit der siliziumdioxydhaltigen Füllmasse in Kontakt gebracht und in die Gesteinsformation hineingedrückt, in welcher sie sich abkühlt und Siliziumdioxyd ausfällt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch in Bohrlöchern angewendet werden, in denen keine oder nur eine geringe Verbindungsmöglichkeit zwischen der Flüssigkeit im Bohrloch und in der im Umkreis um dasselbe liegenden Gesteinsformation besteht. Dies kann in einem offenen Bohrloch der Fall sein, das mit einer im wesentlichen undurchlässigen Überzugsschicht aus Gesteinserde ausgekleidet ist sowie in Bohr-
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löchern, die mit einer undurchdringlichen Umhüllung versehen sind. In solchen Fällen ist es lediglich notwendig, dass der lose Bereich in der Gesteinsformation Siliziumdioxyd aufweist und dass in den vorhandenen Lücken ausreichend Wasser vorhanden ist. Die Flüssigkeit im Innern des Bohrloches dient lediglich dazu, die Hitze bis in die Gesteinsformation weiterzuleiten.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch in Bohrlöchern zur Durchführung kommen, in denen die Flüssigkeit im Innern der Bohrung kontinuierlich in die umliegenden losen Bereiche der Gesteinsformation eindringen kann. In diesem Falle wird der Flüssigkeitsverlust in die Gesteinsformation dadurch herabgesetzt, dass der Flüssigkeitsdruck im Bohrloch geringfügig über den Druck in der Gesteinsformation gebracht und während der. gesamten Aufheizdauer auf dieser Höhe belassen wird. Das in der Flüssigkeit im Bohrloch aufgelöste Siliziumdioxyd wird darum über die langsame Filtrationsfortbewegung durch die Gesteinsformation hindurch in kältere Bereiche der losen Gesteinsformation weiterbefördert. Nach Erreichen der kälteren Bereiche fällt das gelöste Siliziumdioxyd aus. und verfestigt das Gesteinsaggregat in der Gesteinsformation.
Unter diesen Umständen werden durch Sättigen der Flüssigkeit im Innern des Bohrloches mitSiliziumdioxyd, indem eine siliziumdioxydhaltigeSubstanzwie oben beschrieben eingefüllt wird, besonders wirkungsvolle Ergebnisse erzielt. Da der Temperaturabfall in der Nähe der Bohrlochöffnung sehr hoch ist, befindet sich der Bereich der Ausfällung und Verfestigung sehr nahe an dieser Öffnung. Dieser Bereich kann beispielsweise nur 2. 5 cm von der Stelle entfernt liegen, an welcher das Filtrat die Wandung des Bohrloches erreicht.
PATENTANSPRÜCHE : i. Verfahren zur Verfestigung von losen Bereichen in einer Gesteinsformation, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässerige, gelöstes Siliziumdioxyd enthaltende Flüssigkeit in den Zwischenräumen zwischen den Festteilen der Gesteinsformation abkühlt.