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Verfahren zur Behandlung unterirdischer Formationen
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dem eine Schlammschicht aus der Umlaufflüssigkeit abgesetzt wird. Weisen jedoch die mit dem Bohrloch kommunizierenden Spalten oder Höhlen ein sehr grosses Volumen auf, so ist ein sehr grosser Aufwand an Geld und Zeit erforderlich, bis solche Räume durch Sand und Kies gefüllt sind.
Es wurde auch vorgeschlagen, Sand vermengt mit grob vermahlenem, dehydriertem, expandierbarem Bentonitton zu verwenden, dieses Gemisch mit Wasser zu vermengen und in die zu dichtende Höhle oder das zu dichtende Höhlensystem einzupumpen. Nach diesem Verfahren kann man jedoch Höhlen mit sehr grossem Durchmesser nicht abdichten, da das Tonsandgemisch den Abstand zwischen den Seitenwänden der Höhlen nicht überbrücken kann und infolgedessen bei lange dauerndem Einpumpen tief in die Formation getrieben wird.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Verhütung von Flüssigkeitsverlusten aus einem in eine durchlässige oder undurchlässige Formation eindringenden Bohrloch in Höhlen oder Spalten, die mit dem Bohrloch kommunizieren, wobei der Querschnitt des Eingangs der Höhle oder Spalte und die Breite der Höhlen oder Spalten sehr gross sein kann. Wird das Verfahren in einem Bohrloch zum Abdichten so grosser Höhlen verwendet, so kann es gleichzeitig auch zum Abdichten von Höhlen oder Spalten mit geringeren Dimensionen dienen.
Erfindungsgemäss wird beim Auftreten von Spülverlust das Bohren unterbrochen und statt Spülflüssigkeit an der Oberseite der Sonde eine Suspension von Teilchen in einer nichtpflasternden Flüssigkeit eingepumpt, welcher Suspension, nachdem die Teilchen nach Ausscheidung aus der Suspension in der Höhle den Durchgang durch die Höhle blockiert haben, eine Flüssigkeit mit pflasternden Eigenschaften folgt.
Da die Suspension die Eigenschaft aufweist, die Teilchen aus der Flüssigkeit rasch abzuscheiden, werden die Teilchen an jenen Stellen abgeschieden, wo die Geschwindigkeit der eingepumpten Flüssigkeit auf einen ausreichend niedrigen Wert abgefallen ist. Die Menge des abgesetzten Sandes nimmt allmählich zu und füllt schliesslich den Durchlass durch die Höhle an dieser Stelle aus. Auf der dem Bohrloch zugewendeten Seite der Sandmasse wird hierauf durch Einpumpen einer Flüssigkeit mit dichtenden Eigenschaften eine dichtende Schicht abgeschieden. Vorzugsweise werden eckige Teilchen verwendet, da unter diesen Umständen ein festerer Damm und eine festere Sperrung in der Höhle hergestellt wird als mit runden Teilchen.
Die oben erwähnte Eigenschaft der schnellen Abscheidung der Teilchen durch Schwerkraftwirkung aus der in die Höhlen oder Spalten einzupumpenden Suspension war bisher nicht bekannt.
Vorzugsweise wird die Suspension nach der Erfindung durch Vermengen von Wasser mit Sand oder Kies hergestellt. Sollen dieser Suspension andere Substanzen beigemengt werden, so muss Sorge getragen werden, dass hiedurch die Eigenschaft des raschen Abscheidens der Teilchen aus der Flüssigkeit nicht geschädigt wird. Eine Zähflüssigkeit des Gels von 10 dyn/cm ist zulässig, jedoch wird die Verwendung einer Suspension mit einer geringeren Zähflüssigkeit, vorzugsweise von etwa 0 bis etwa 2 dyn/cm, bevorzugt.
Vorzugsweise werden zumindest 50 % der in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen von einem Sieb mit 0, 105 mm lichter Weite zurückgehalten und passieren ein Sieb von 1, 68 mm lichter Weite. Die besten Ergebnisse werden jedoch mit einer Suspension erzielt, worin die Grösse von zumindest 90 % der Teilchen innerhalb des oben erwähnten Bereiches liegt.
Hiedurch wird der grössere Teil der in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen auf demselben Platz abgelagert. wodurch die Menge einzupumpender Suspension vermindert und das Verfahren beschleunigt wird.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zumindest 50'10, vorzugsweise zumindest 90'10, der in der Suspension zu verwendenden Teilchen von einem Sieb mit 0, 105 mm lichter Weite zurückgehalten und passieren ein Sieb mit 1, 00 mm lichter Weite.
Wird eine Suspension von hoher Zähflüssigkeit des Gels (vorzugsweise aber von unter 10 dyn/cm) verwendet, dann empfiehlt sich die Verwendung grosser Teilchen.
Die Erfindung kann in der Praxis auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Eine besondere Ausführungsart wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, worin die Fig. 1, 2,3 und 4 schematisch aufeinanderfolgende Stufen des Verschliessens eines Höhlensystems nach dem Verfahren gemäss der Erfindung zeigen.
InFig. listeinLängssehnittdurcheinBohrloch l gezeigt. dasdurch eine durchlässige Formation 2 hindurchtritt. Um Flüssigkeitsverluste in dem porösen Teil der Formation 2, die in dem Beispiel als durchlässig angenommen wird, zu verhüten, weist die in dem Bohrloch 1 verwendete Bohrflüssigkeit dichtende Eigenschaften auf. Für diesen Zweck kann der Flüssigkeit ein Material mit dichtenden Eigenschaften, z. B. feinzerteilter Ton, beigemengt werden und dieser Ton wird bei dem Übertreten der Flüssig- keit in den porösen Teil der Formation aus der Flüssigkeit abfiltriert und an der Wand des Bohrloches 1
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in Form eines Schlammkuchens 3 abgelagert.
Da der Strömungswiderstand durch den Schlammkuchen ziemlich hoch ist, nimmt die weitere Flüssigkeitsströmung aus dem Bohrloch 1 in den porösen Teil der Formation 2 ab und über dem Schlammkuchen 3 herrscht fast der volle Druckunterschied zwischen dem Inneren des Bohrloches und dem porösen Teil der Formation 2.
Jedoch hat der Bohrmeissel auf seinem Weg nach abwärts in die Formation 2 eine Höhle 4 passiert, die einen Teil eines (nicht gezeigten) sich über eine grosse Entfernung erstreckenden Höhlensystems von grossem Volumen bildet.
Die im Bohrloch 1 vorhandene Bohrflüssigkeit tritt von dem Bohrloch 1 in die Höhle 4 über (von welcher in den Zeichnungen nur ein Teil gezeigt ist). Da der Eingang 5 zur Höhle 4 um ein Vielfaches grösser ist als die Dimensionen des in der Bohrflüssigkeit vorhandenen Dichtungsmaterials, kann dieses den Eingang nicht abdichten und die Flüssigkeit an dem Eintritt in die Höhle nicht hindern. Sogar grösseres Material, z. B. Verschlussmaterial in Form von Fasern oder Flocken, kann den Eingang 5 der Höhle 4 nicht überbrücken und geht zusammen mit der Bohrflüssigkeit im Höhlensystem 4 verloren.
Da das Höhlensystem sehr gross ist, ist auch das das Höhlensystem 4 begrenzende durchlässige Gebiet der Formation 2 sehr gross, weshalb ein Abdichten desselben durch das in der in die Höhle 4 fliessenden Flüssigkeit enthaltene Dichtungsmaterial unmöglich ist.
Nach der Entdeckung des grossen Flüssigkeitsverlustes in die Höhle 4 wird vorzugsweise das Bohrgestänge (nicht gezeigt) aus dem Bohrloch zurückgezogen und der Bohrmeissel aus diesem entfernt, worauf das Bohrgestänge (oder gegebenenfalls ein anderes Rohr) in das Bohrloch eingesenkt wird, bis das untere Ende des Rohres sich in einer gewissen Entfernung über dem Eingang 5 befindet. Werden Bohrmeissel mit grossen Öffnungen zum Ausfliessen des Schlammes verwendet, dann kann man auf das Entfernen des Bohrmeissels verzichten.
Die Höhe des Einganges 5 kann auf verschiedene Weise festgestellt werden, z. B. indem man eine Strömungsuhr in das Bohrloch einsenkt, die eben oberhalb des Einganges 5 eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und eine Strömungsgeschwindigkeit von Null oder annähernd Null gerade unterhalb des Einganges 5 anzeigt. Man kann die Höhe des Einganges 5 auch so feststellen, dass man eine Fernsehkamera oder eine photographische Kamera zur visuellen Untersuchung der Wand des Bohrloches 1 einsenkt. Ein Hinweis auf die Tiefe, in welcher sich die Öffnung 5 befindet, kann auch durch Beobachtung des Verlustes an Bohrflüssigkeit in die Formation erhalten werden. Eine starke Zunahme dieses Verlustes ist ein Hinweis darauf, dass eine Höhle oder ein Höhlensystem berührt wurde, wahrscheinlich am Boden des Bohrloches.
Sobald das untere Ende des Rohres (nicht gezeigt) oberhalb des Einganges 5 in die richtige Lage gebracht wurde, wird das obere Ende des Rohres in Verbindung mit einer Zuführung für die suspendierte Teilchen enthaltende Flüssigkeit gebracht. Gegebenenfalls kann die einzupumpende Suspension vor der Steigerung des Druckes auf den zum Einpumpen erforderlichen Druck hergestellt werden. Man kann jedoch auch die Flüssigkeit zunächst unter den gewünschten Druck bringen, worauf man die Teilchen hinzufügt.
Die Teilchen können z. B. aus Sand, Baryt oder Eisenerz, wie Ilmenit oder Magnetit, bestehen. Diese Teilchen müssen ein grösseres spezifisches Gewicht als die zu ihrem Suspendieren verwendete Flüssigkeit aufweisen. Als Flüssigkeit wird vorzugsweise Wasser verwendet, jedoch können auch andere Flüssigkeiten, z. B. Öl, ebenso gut verwendet werden.
Insbesondere sind der Flüssigkeit Teilchen beigemengt, von welchen vorzugsweise zumindest 90 0/0 von einem Sieb mit 0, 105 mm lichter Maschenweite zurückgehalten werden und ein Sieb mit 1, 68 mm, vorzugsweise 1, 00 mm lichter Maschenweite passieren.
In der nachstehenden Tabellesind die Dimensionen von Sieben mit den Siebnummern 12, 18 und 140 (mesh) angeführt :
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<tb>
<tb> Sieb- <SEP> Lichte <SEP> Maschenweite <SEP> : <SEP> Drahtdurchmesser:
<tb> nummer: <SEP> in <SEP> mm <SEP> in <SEP> mm
<tb> (Zoll) <SEP> : <SEP> (Zoll) <SEP> : <SEP>
<tb> 12 <SEP> l, <SEP> 68 <SEP> 0, <SEP> 69
<tb> (0, <SEP> 0661) <SEP> (0, <SEP> 0272)
<tb> 18 <SEP> 1,00 <SEP> 0, <SEP> 48 <SEP>
<tb> (0,0394) <SEP> (0,0189)
<tb> 140 <SEP> 0, <SEP> 105 <SEP> 0, <SEP> 074
<tb> (0, <SEP> 0041) <SEP> (0, <SEP> 0029)
<tb>
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Werden der Flüssigkeit ausser den dem Aufbau der Sperre in der Höhle verwendeten Teilchen noch andere Substanzen zugesetzt, so ist darauf zu achten, dass die Zähflüssigkeit der Suspension nicht mehr als 10 dyn/cm beträgt.
Zweckmässigerweise verwendet man zur Beschleunigung des Verfahrens eine Suspension mit einer möglichst niedrigen Zähflüssigkeit, z. B. von weniger als 2 und vorzugsweise von 0 oder nahzu 0.
Wasser (Frisch- oder Salzwasser) ist im allgemeinen die billigste zur Herstellung der flüssigen Phase der Suspension verwendbare Flüssigkeit, jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Es können ebenso gut andere Flüssigkeiten verwendet werden ; aus praktischen Gründen wird jedoch ausser Wasser nur Öl verwendet.
Die Suspension der Teilchen in der Flüssigkeit hat vorzugsweise eine Konzentration von zumindest 200 kg Teilchen/m Flüssigkeit. Niedrigere Konzentrationen können zwar verwendet werden, erfor- dern aber eine grössere Flüssigkeitsmenge, um die gleiche Teilchenmenge in die Höhle einzubringen.
Die in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen werden über das Rohr in das Bohrloch gepumpt, von wo diese infolge der Druckdifferenz zwischen dem Bohrloch 1 und der Höhle 4 gegen die Höhle 4 strömen (s. Pfeil 6 in Fig. 2). In der Höhle 4 werden die aus der Flüssigkeit ausgeschiedenen Teile abgelagert, bis eine Zunahme des zum Pumpen erforderlichen Druckes anzeigt, dass der Durchgang durch die Höhle 4 durch eine Masse von Teilchen 7 verschlossen wurde (s. Fig. 3).
Nach der Unterbrechung des Einströmens der Flüssigkeit in die Höhle beginnen die noch in dem zum Einpumpen verwendeten Rohr anwesenden Teilchen der Suspension sich aus der Suspension auszuscheiden und im Bodenteil des Bohrloches 1 abzusetzen. Bevor das Bohren wieder aufgenommen werden kann, sind diese Teilchen zu entfernen, was z. B. dadurch erzielt werden kann, dass man Flüssigkeit durch ein Rohr und den das Rohr umgebenden ringförmigen Raum umlaufen lässt und das Rohr in das Bohrloch so tief einsenkt, dass sich das untere Ende des Rohres immer gerade oberhalb der Säule der Teilchen befindet, die aus dem Bodenteil des Bohrloches entfernt werden sollen.
Wird Bohrflüssigkeit verwendet, um durch ihren Umlauf die Teilchen zu entfernen, dann tritt ein Teil der Flüssigkeit über die durchlässige Wand der Höhle 4 und die Sandmasse 7 in die Formation 2 ein, erzeugt dabei einen Schlammkuchen 8 an der Wand der Höhle 4 und auf der Masse der Teilchen 7 und sperrt so den Durchgang durch die Höhle. Da der Schlammkuchen 8 eine Fortsetzung des Schlammkuchens 3 bildet, der zum Teil schon auf der Wand des Bohrloches 1 anwesend war, zum Teil später abgesetzt wurde, ist die Verbindung zwischen dem Bohrloch und dem porösen Teil der Formation unterbrochen, so dass keine weitere Flüssigkeit aus dem Bohrloch verlorengehen kann, Ist die Formation 2 undurchlässig, dann wird dieser Schlammkuchen nur auf der dem Bohrloch 1 zugekehrten Seite der Masse 7 abgelagert.
Um die Menge der aus dem Bodenteil des Bohrloches zu entfernenden Teilchen möglichst klein zu halten, kann die nach dem Verschliessen des Durchganges durch die Höhle noch in dem zum Einpumpen verwendeten Rohr anwesende Suspension zum Oberteil des Schachtes zurückgeführt werden, indem man Flüssigkeit in den Oberteil des kreisförmigen, das Rohr umgebenden Raumes einpumpt und das obere Ende des Rohres öffnet. Auf diese Weise wird die Strömungsrichtung der Suspension umgekehrt und die Suspension aus dem Bohrloch entfernt. Ist die in den kreisförmigen Raum eingepumpte Flüssigkeit eine Bohrflüssigkeit, so entsteht der gewünschte Schlammkuchen 8 in der Höhle 4 (s. Fig. 4) gleichzeitig mit der Entfernung der Suspension aus dem Rohr.
Hat diese Flüssigkeit keine dichtenden Eigenschaften, so wird eine Flüssigkeit mit solchen Eigenschaften in die Höhle nach der Entfernung der Suspension aus dem Rohr eingepumpt.
Die Suspension der Teilchen in Wasser wird in das Bohrloch 1 vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von zumindest 50 m3/h eingepumpt. Man kann zwar mit geringerer Geschwindigkeit arbeiten, je- doch besteht dann die Gefahr, dass die Teilchen sich in dem Bohrloch absetzen, so dass die in die Höhle 4 eintretende Flüssigkeit keine oder nur eine sehr geringe Teilchenmenge mit sich führt.
Manchmal ist es vorteilhaft, die Einpumpgeschwindigkeit auch unter das obige Minimum 50 m3/h der Suspension herabzusetzen, wenn man einen Hinweis dafür erhält, dass sich der Querschnitt der Höhle an einem bestimmten Punkt infolge des Absetzens der Teilchen vermindert. Das kann z. B. durch Messung des Druckes beim Einpumpen festgestellt werden. Durch Verminderung der Einpumpgeschwindigkeit kann man in diesem Falle den Durchgang rascher verschliessen.
Nach dem Einpumpen der Dichtungsflüssigkeit in dasBohrloch l und die Höhle 4 kann man den Druck in dem Bohrloch erhöhen, um die Festigkeit der Sperre in Höhle 4 darauf zu prüfen, ob diese dem Druckunterschied widerstehen kann. Hält die Sperre nicht, dann kann das ganze Verfahren von neuem durchgeführt werden, ohne irgendwelche besonderen Massnahmen ergreifen zu müssen.
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