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Verfahren zur Lokalisierung von Wassereinbrüchen in Bohrsonden
Bei der Produktion von Erdöl oder Erdgas treten häufig mehr oder minder starke Wasserzuflüsse auf, die eine ökonomische Exploitation allmählich oder unvermittelt beenden. Die Herkunft dieser Wasserein- brüche ist durch die üblichen Verfahren der elektrischen Bohrlochmessungen nicht mehr feststellbar, da das Bohrloch mit Rohren ausgestattet und der Ringraum zwischen Rohr und Gebirge mit Zement gefüllt wurde.
Es wurde bereits vorgeschlagen, poröse Formationen dadurch festzustellen, dass in die Sonde radio- aktiv markierte Kunstharzsuspensionen eingepresst werden. Hiebei filtern die flüssigen, radioaktiv markierten Harztröpfchen an der porösen Formation aus, erstarren dort und ermöglichen durch eine folgende Messung der Gammaaktivität jene Zone des Gebirges zu erkennen, die porös permeabel und mit der Injektionsstelle (der Perforation) in irgendeiner Weise hydrodynamisch verbunden sind. Dieses Verfahren bietet jedoch keine Möglichkeit, im Falle eines einwandfreien technischen Zustandes der Sonde, zwischen Sogkegeln, lateralen Wassereinbrüchen oder gehobenen Wasserkontakten zu unterscheiden.
Die Erfindung zielt nun auf ein Verfahren ab, welches eine einwandfreie Lokalisierung von Wassereinbrüchen in Bohrsonden, sei es Erdölsonden oder Erdgassonden, ermöglicht und besteht im wesentlichen darin, dass ein Markierungsmaterial in einer Form, in welcher es an der Formation durch Öl unlösbar haftet und nur durch Wasser allmählich aus der Formation gelöst wird, mit einer Trägerflüssigkeit in die Sonde eingepresst wird, die Eintrittsstelle in die Formation bzw. die Sonde in einem bestimmten Horizont abgeschlossen wird und in der Folgezeit das aus der Sonde geförderte Medium auf seinen Gehalt an Markierungsmaterial untersucht wird.
Auf diese Weise kann mit voller Sicherheit festgestellt werden, ob ein Wassereinbruch seinen Ursprung in dem neu eröffneten Horizont hat oder ob das Wasser einen Weg aus dem abgeschlossenen Horizont gefunden hat, und man kann demnach die entsprechenden Vorkehrungen treffen, um den Wassereinbruch, falls er aus dem bereits abgeschlossenen Horizont stammt, zu unterbinden. Dadurch, dass das Markierungsmaterial in einer Form der Sonde zugeführt wird, in welcher es an der Formation haftet und nur allmählich aus dieser gelöst wird, ist es möglich, die Messungen über einen grösseren Zeitraum zu erstrecken und daher eine grössere Sicherheit zu gewinnen.
Dadurch, dass Markierungsmaterial in einer Form der Sonde zugeführt wird, in welcher es nur durch Wasser aus der Formation gelöst werden kann und nicht durch Öl, ist die Gewähr geboten, dass das im geförderten Medium festgestellte Markierungsmaterial tatsächlich vom Wasser mitgenommen wurde und damit den Weg des Wassereinbruches anzeigt. Als Markierungsmaterial können beliebige Stoffe verwendet werden. Zweckmässig wird jedoch ein Markierungsmaterial verwendet, welches durch Messung seiner radioaktiven Strahlung auch in kleinsten Spuren nachweisbar ist.
Im einfachsten Falle können als Markierungsmaterial radioaktive Stoffe verwendet werden. Es wird dann einfach die Radioaktivität des aus der Sonde geförderten Mediums periodisch gemessen und damit festgestellt, ob Wassereinbrüche aus dem abgeschlossenen Horizont vorliegen. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. wird jedoch so vorgegangen, dass ein radioinaktiver, durchBestrahlungak-
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tivierbarer Stoff als Markierungsmaterial verwendet wird und Teilmengen des aus der Sonde geförderten
Mediums, vorzugsweise periodisch in Zeitabständen, einer das Markierungsmaterial aktivierenden Be- strahlung unterworfen werden und die Radioaktivität der betreffenden Teilmenge gemessen wird.
Dadurch wird erreicht, dass nur periodisch eine geringe Menge des gegebenenfalls im geförderten Medium enthaltenden Markierungsmaterials zum Zwecke der Messung aktiviert werden muss, während zwischen den Messperioden lediglich inaktives Markierungsmaterial an die Erdoberfläche gelangt. Wenn nun, wie es einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entspricht, als Markierungsmaterial Stoffe mit geringer Halbwertzeit verwendet werden, so wird die Gefährdung durch die Radioaktivität auf ein zu vernachlässigendes Mindestmass herabgesetzt.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann das mittels der Trägerflüssigkeit in die Sonde eingepresste Markierungsmaterial in der Formation auf verschiedenste Weise festgehalten werden. Das
Markierungsmaterial kann beispielsweise durch die Formation aus der Trägerflüssigkeit herausfiltriert wer- den. Das Markierungsmaterial kann jedoch auch an der Formation adsorbiert werden, wenn diese geeig- nete Adsorptionseigenschaften besitzt, wie dies bei gewissen Tonen oder. Sanden der Fall ist.
Gemäss der Erfindung kann beispielsweise derart vorgegangen werden, dass als Markierungsmaterial ein Kationen-oder Anionen-Ausiauschharz verwendet wird, an welchem chemisch oder physikalisch nach- weisbare Kationen bzw. Anionen adsorbiert sind. Diese Kationen- oder Anionen-Austauschharze werden hiebei durch die Formation aus der Trägerflüssigkeit herausfiltriert und werden bei geeigneter Wahl der
Korngrösse der Austauschharze auch in der Formation mechanisch festgehalten. Diese Kationen bzw.
Anionen werden dann, wenn das Austauschharz von Wasser durchströmt wird, aus dem Austauschharz zum Teil herausgewaschen und können dann in der aus der Sonde geförderten Flüssigkeit nachgewiesen werden.
Eine besonders gute Verankerung des Markierungsmaterials in der Formation ergibt sich, wenn ge- mäss der Erfindung als Markierungsmaterial ein härtbarer Kunststoff verwendet wird, in welchem eine chemisch oder physikalisch nachweisbare Komponente zumindest schwach wasserlöslich ist. In einem solchen Falle kann gemäss der Erfindung mit Vorteil als Kunstharz ein Phenolformaldehydharz verwendet werden, wobei der saure Härter für dieses Phenolformaldehydharz ein, vorzugsweise physikalisch nach- weisbares Element, beispielsweise Sc 46, Fe 59, Zn 65, Co 56 oder Co 60, enthält.
Gemäss der Erfindung ist es jedoch auch möglich, als Markierungsmaterial chemische Verbindungen zu verwenden, mit deren Hilfe in der Formation Fällungen erzeugt werden können. Dies kann beispiels- weise dadurch geschehen, dass in die Formation wasserlösliche Salze von Metallen eingebracht werden, die mit wasserlöslichen Silikaten Fällungen ergeben, wobei die wasserlöslichen Silikate in die Formation vor oder nach dem Einbringen der Metallsalze in die Formation eingebracht werden. In diesem Sinne ist es gemäss der Erfindung auch möglich, in die Formation unter Hydrolyse schwer lösliche Verbindungen bildende Verbindungen einzubringen, wobei vor oder nach dem Einbringen der hydrolysierbaren Verbin- dungen, beispielsweise SiC, BiC od dgl., Wasser in die Formation eingebracht wird.
Gleichgültig, wie das Markierungsmaterial in die Formation eingebracht wird, ist es von Vorteil, das Markierungsmaterial in der Formation zusätzlich durch ein härtbares Kunstharz zu fixieren, da da- mit auch bei hoher Produktion der Sonde einem Ausschwemmen des Markierungsmaterials aus der Sonde wirksam entgegengetreten werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur der Zeichnung zeigt eine Sonde im Bereich ölführender Schichten.
In der Figur ist mit 6 die zwischen der Verrohrung 9 des BohrlocHes und dem Gebirge liegende Ringraumzementation bezeichnet. Das Bohrloch führt im dargestellten Bereich durch Mergelschichten 5 und ölführende Sandschichten 8. Die Bohrlochverrohrung war zunächst in Höhe der unteren Sandschicht
8 perforiert worden und nach Störung des Förderbetriebes wurde das Markierungsmaterial 2 in diese
Sandschicht 8 eingebracht und das in Frage kommende Perforationsintervall durch eine. Zement- pfropfen 3 verschlossen worden. Anschliessend wurden in Höhe der oberen Sandschicht 8 Perfora- tionen 4 gesetzt und durch diese Perforation die Förderung aufgenommen. Einzelheiten ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel.
An einer Erdölsonde, die im Laufe der Exploitation verwässerte, sollte zwecks einer Sperre dieses übermässigen Wasserzustromes die Perforationsstrecke 1 in einer Tiefe von 1281 bis 1283 m durch eine Zementinjektion 3 verschlossen und danach ein neues Perforationsintervall 4 in einer voraussichtlich ölführenden Schicht in einer Tiefe von 1276 bis 1278 m geöffnet werden. Die Erfolgsaussicht dieser Massnahme wurde durch die Erfahrung ähnlicher Arbeiten in benachbarten Sonden beeinträchtigt,
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bei welchen trotz Verlegung der Perforationsstrecke in ölführende höhere Sandlagen nach kurzer Zeit neuerlich hochgradige Verwässerung aufgetreten war und die Ölförderung unrentabel gestaltet hatte.
Um diese Art der Störung zu untersuchen, wurden in die genannte Sonde unmittelbar vor Verschluss des Per- forationsintervalles 1 1281-1283 m 5 mC La140 in 5 kg eines flüssigen Phenolformaldehydharzes eingemischt und diese Mischung in 10001 Wasser mittels eines Quirls verrührt. Dieses Gemenge wurde in die Formation gepresst, worauf die Perforation 1 durch einen Zementpfropfen 3 verschlossen wurde, und das neue Förderintervall 4 von 1276 bis 1287 m geöffnet. Vor Produktionsbeginn wurde ein Geiger-
Müller-Zählrohr in die Sonde eingelassen.
Die Messung zeigte im Bereich der Neuperforation keine künstliche Radioaktivität, d. h. als erstes
Resultat der vorgenommenen Markierung konnte gezeigt werden, dass durch die beschriebenen technischen
Massnahmen eine vom verwässerten Bereich durchaus getrennte Formation geöffnet wurde. Wie befürch- tet, ereignete sich dennoch nach einigen Fördertagen ein heftiger Wassereinbruch. Vom obertags an- strömenden Fördergut wurden Wasserproben zu je 10 1 entnommen, eingedampft und der Eindampfrück- stand auf Radioaktivität geprüft.
Es konnte La140 in sehr geringen, aber eindeutig zu identifizierenden Mengen nachgewiesen werden, wie dies der Abtragung aus der eingebrachten Harzmasse entsprechen muss. Somit ergab sich als Resultat der Untersuchung, dass dieser Wassereinbruch der ehemals geöffneten Sandlage entstammt und keine la- terale Wasserfront in die neu geöffnete Schicht vordrang.
Da die Gammamessung vor Produktionsbeginn weder Kanäle noch Risse im zementverfüllten Ring- raum 6 noch eine Undichtheit des gesetzten Zementpfropfens 3 aufzeigte, und da ein Sogkegel durch die trennendeMergelschicht 5 unmöglich ist, ergab sich als einzig mögliche Förderstörung spon- tane Deformation und bzw. oder Rissbildung in der Formation, die den beobachteten Wasserdurchbruch herbeiführte. Nach Erkenntnis der Ursache dieser aussergewöhnlichen Förderstörung ergibt sich für den
Fachmann die Möglichkeit, durch eine der üblichen ingenicurgeologischen Massnahmen die Sonde zu reparieren und analogen Schwierigkeiten in Zukunft vorzubeugen.
PATENTANSPRÜCHE :
EMI3.1
gekennzeich-net, dass ein Markierungsmaterial in einer Form, in welcher es an der Formation durch Öl unlösbar haftet und nur durch Wasser allmählich aus der Formation gelöst wird, mit einer Trägerflüssigkeit in die
Sonde eingepresst wird, die Eintrittsstelle in die Formation bzw. die Sonde in einem bestimmten Horizont abgeschlossen wird und in der Folgezeit das aus der Sonde geförderte Medium auf seinen Gehalt an Mar- kierungsmaterial untersucht wird.
2. Verfahren nachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dasseinradioinaktiver. durchBe- strahlung aktivierbarer Stoff als Markierungsmaterial verwendet wird und Teilmengen des aus der Sonde geförderten Mediums, vorzugsweise periodisch in Zeitabständen, einer das Markierungsmaterial aktivierenden Bestrahlung unterworfen werden und die Radioaktivität der betreffenden Teilmenge gemessen wird.