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Verfahren zum Abdichten von undichten Formationen
Bei Tiefbohrungen, u. zw. insbesondere bei Erdölsonden oder Erdgassonden, kommt es häufig vor, dass in den Förderhorizont Medien aus andern Horizonten eindringen. Wenn die Undichtheit nicht durch eine fehlerhafte Zementierung des Ringraumes um die Sonde verursacht ist, so liegt die Ursache darin, dass die die klastische Formation des Förderhorizontes abschliessenden dichten Formationen Risse und Klüfte aufweisen. Solche Risse und Klüfte entstehen häufig auch im Zuge der Förderung dadurch, dass die klastische Formation durch die Förderung stellenweise ausgewaschen wird, wodurch sich Nachbrüche der dichten Formationen ergeben. Es ist nun bekannt, in solchen Fällen Dichtungsmaterial einzupressen, jedoch tritt der gewünschte Erfolg nicht immer ein.
Als Dichtungsmittel ist Zement und Kunstharz bekannt.
Die Erfindung bezieht sich nun auf ein solches Verfahren zum Abdichten von undichten Formationen im Bereich eines Förderhorizontes, bei welchem ein härtbares Dichtungsmaterial, wie beispielsweise flüssiger Zement, Kunstharz od. dgl., eingepresst wird, und besteht im wesentlichen darin, dass in wenigstens einer vorgeschalteten Stufe gröberes und in wenigstens einer nachgeschalteten Stufe feineres Dichtungsmaterial in die Formation eingepresst wird. Wenn mehr als zwei Stufen hintereinander geschaltet sind, so kann so vorgegangen werden, dass die Feinheit des Dichtungsmaterials von Stufe zu Stufe zunimmt.
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Erfindung gehthiebeivon derErkenntnisin der abzudichtenden Formation im Einklang steht.
Wird Dichtungsmaterial eines grösseren Feinheitsgrades verwendet, während in der abzudichtenden Formation Klüfte und Risse von grösserer Weite vorliegen, so wird das Dichtungsmaterial durch diese Risse und Klüfte einfach hindurchgepresst und geht verloren, ohne dass diese Risse und Klüfte abgedichtet werden. Wird zu grobes Dichtungsmaterial verwendet, so kann dieses wieder nicht in die feineren Risse eindringen und die durch die feineren Risse bedingte Undichtheit bleibt weiter bestehen. Dadurch, dass nun gemäss der Erfindung zuerst gröberes Dichtungsmaterial eingepresst wird, werden zuerst die weiteren Klüfte und Risse zumindest so weit abgedichtet, dass das feinere Dichtungsmaterial nicht mehr ungehindert hindurchgehen kann.
Durch das Nachpressen des feineren Dichtungsmaterials werden dann die feinen Risse gedichtet und es wird die Abdichtung der weiteren Klüfte vervollständigt. Wenn in mehr als zwei Stufen Dichtungsmaterial von zunehmender Feinheit verwendet wird, so kann der Effekt noch verbessert werden. Zweckmässig wird hiebei das Material der nachgeschalteten Stufe nachgepresst, bevor das Material der vorgeschalteten Stufe vollständig erhärtet ist. Dies ist ohne weiteres möglich, da das gröbere Dichtungsmaterial bereits, bevor es erhärtet ist, einen gewissen Abschluss bildet, welcher ohne weiteres ausreicht, um dem feineren Dichtungsmaterial beim Durchtritt durch die weiteren Klüfte einen Widerstand zu bieten.
Es wird hiebei der Vorteil erreicht, dass Zeit erspart wird und eine Arbeitsunterbrechung nicht in Kauf genommen werden muss, wozu noch der Vorteil kommt, dass auch der gesamte Dichtungseffekt verbessert wird, wenn das gröbere Dichtungsmaterial zum Zeitpunkt, wenn das feinere Dichtungsmaterial nachgepresst wird, noch nicht
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vollständig erhärtet ist. Im allgemeinen wird es möglich sein, eine Stufe unmittelbar an die andere anzuschliessen und das Einpressen des Dichtungsmaterials in der folgenden Stufe bereits zu beginnen, wenn das Einpressen des Dichtungsmaterials in der vorhergehenden Stufe beendet ist. Man kann unter
Umständen auch kontinuierlich arbeiten, wobei laufend immer feineres Dichtungsmaterial zur Anwen- dung gelangt.
Der Feinheitsgrad des Dichtungsmaterials kann durch Beigabe von Füllstoff entsprechender Fein- heitsgrade eingestellt werden, wobei als Dichtungsmaterial beispielsweise Zement oder Kunstharz ver- wendet werden kann. Es kann gemäss der Erfindung beispielsweise in einer vorgeschalteten Stufe Zement, in einer nachgeschalteten Stufe Kunstharz und gegebenenfalls in einer zwischengeschalteten Stufe Sili- katgele, wie beispielsweise Natriumsilikatgele, oder Kunstharzgele als Dichtungsmittel verwendet werden. Im allgemeinen ergibt Zement ein gröberes Dichtungsmaterial, während Kunstharz ein feineres ergibt. Es kann aber auch Kunstharz mit gröberen Füllmitteln als grobes Dichtungsmaterial Anwendung finden, es ist nur erforderlich, dieses Kunstharz zu befähigen, auch breitere Klüfte auszufüllen, was durch grobe Füllstoffe erreicht werden kann.
Es kann aber auch gemäss der Erfindung in vorteilhafter
Weise mit einem Gas geschäumtes Kunstharz eingepresst werden. Ein solcher Schaum hat die Fähigkeit, grössere Hohlräume auszufüllen und da sich bei der Schäumung ein geschlossenporiger Schaum bildet, ist ein solcher Schaum auch zu einer Dichtungswirkung befähigt. Als Gas wird hiebei zweckmässig ein inertes Gas verwendet werden, da Luft oder Sauerstoff eine Explosionsgefahr mit sich bringen könnte.
Als solches inertes Gas steht am billigsten Stickstoff zur Verfügung.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können auch thixotrope, erhärtende Stoffe als Dichtungsmaterial in die Formation eingepresst werden. Die Eigenschaft solcher thixotroper Stoffe, dass sie im Bewegungszustand eine geringere Viskosität aufweisen als im Ruhezustand, wirkt sich bei der
Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems vorteilhaft aus. In feinen Rissen ist die Strömungsgeschwindigkeit gross und daher die Viskosität so gering, dass diese thixotropen Stoffe in die Risse eindringen können. In weiten Klüften nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab und nähert sich dem Wert Null. Die dabei erreichte hohe Viskosität ermöglicht die Ausfüllung solcher Klüfte durch das Dichtungsmittel, welches dann dort erhärtet.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel erläutert.
Die in der Figur schematisch skizzierte Tiefbohrung wurde bis 1605 m abgeteuft, bis 1590 m mit 7 "-Mantelrohren --1-- versehen und der Ringraum zwischen Bohrlochwand und Mantelrohren bis zur Höhenkote 1490 mit Zementschlämme --2-- verfüllt.
Danach wurde die Sonde im Ölsand --6-- durch die Perforation --3-- erschlossen und mit einer Fördermenge von 25 Tagestonnen Rohöl in Produktion genommen. Nach Abfördern von 18500 t Rohöl trat unvermittelt starker Wasserzufluss, u. zw. bis zu 30 m3/Tag ein.
Die Wirtschaftlichkeit der Sonde war durch diesen Wassereinbruch schwerstens beeinträchtigt. Da im Liegenden des Ölsandes --6-- undurchlässige Kalkmergel --7-- und Tone --8-- angebohrt worden waren, musste das einbrechende Wasser aus dem wÅasserführenden Konglomerat --4-- zufliessen.
Es hatte offensichtlich die grosse Entnahme von 18500 t Erdöl zu Veränderungen des natürlichen Gleichgewichtes des Gesteins in der Umgebung der Sonde geführt.
Wie insbesonders im Bergbau bekannt, bilden sich hiebei zwiebelschalenartige Spannungsmaxima um das Bohrloch, die endlich Spannungsrisse-9-- hervorrufen.
Letztere weisen eine lichte Weise von einigen Millimetern bis zu Bruchteilen eines Millimeters auf.
Eine solche Art der Rissbildung ist durch dünnflüssige Isolationsmittel, wie Kunstharze, Feinstsuspensionen oder Silikatgele ("Wasserglas"), nicht abzudichten, da sowohl der Laborversuch als auch die praktische Erfahrung zeigt, dass diese Isolationsmassen an den gut ausgebildeten Rissen bis tief in die Formation abfliessen und diese deshalb in Sondennähe nicht völlig abdichten.
Risse unter 0,25 mm wieder sind nachweisbar durch Zementschlämme nicht verfüllbar, vermögen jedoch noch grosse Mengen Wasser durch das Gestein fliessen zu lassen.
Zwecks Isolation dieser Störung wurde zunächst zum Ausfüllen der Risse 1500 1 eines kommerziell
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in die Sonde eingebracht. Sofort anschliessend folgte das Verpumpen von 5 000 l einer Zementschlämme aus Portland-Bauzement 375, Dichte 1, 90 mit 50 kg Glimmerblättchen eines Durchmessers von etwa 1 mm, die mit einem Druck von 300 atm in die Formation --6-- eingepresst wurde.
Der Dichtungspacker --11-- schützte hiebei den oberen Teil der 7"-Rohre. Die Schlämme verdrängte des Resorcinharz aus groben Rissen während dieser Injektion in feine Klüfte und Kapillaren und füllte grobe Risse nun selbst aus.
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Die angeführte Schlämme wurde durch Nachpumpen von Wasser vollkommen aus den Steigroh- ren --10-- verdrängt und die Perforation --3-- durch Überfluten mit 500 l Wasser ebenfalls offen erhalten. Nach einer Wartezeit von 20 min, die ein Verdicken, jedoch kein Härten der Schlämme herbeiführte, wurden weitere 5000 1 feinstkörnige Spezialzementschlämme (Handelsmarke"Dyckerhoff") einzirkuliert und nach Schliessen des Packers --11-- in die Formation --6-- mit 320 atü eingepresst.
Hiebei wiederholte sich das Verdrängen des noch flüssigen Resorcinharzes aus jenen der Feinstzementschlämme gerade noch zugänglichen Hohlstellen.
NachVerdrängen der gesamtenZementschlämme in die Formation und Überfluten mit 500 l Wasser aus der Perforation --3-- - neuerlichere Wartezeit nur 20 min-wurde in völlig analoger Weise nunmehr 1000 1 rasch härtendes, flüssiges Resorcinharz, Dichte 1, 102, Viskosität 200 cP mit 100kg Quarzstaub und unmittelbar anschliessend weitere 2 500 l flüssiges, rasch härtendes Resorcinharz, Dichte 1, 06, Viskosität 10 cP, in die Formation --6-- eingepumpt. Diese letzte Menge Kunstharz dringt in Anbetracht ihrer geringen Viskosität in alle jene feinsten Risse der Formation ein, die für Zementsuspensionen nicht passierbar und durch verdrängtes Harz noch nicht verfüllbar blieben.
Nach Erstarren des Harzes und Entfernen des Rohrstranges --10-- konnte die Perforation --3-- durch Kugelschussperforation neu geöffnet und der Ölsand --6-- wieder in wasserfreie Produktion gesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abdichten von undichten Formationen im Bereich eines Förderhorizontes durch Einpressen eines härtbaren Dichtungsmaterials, wie beispielsweise flüssigem Zement, Kunstharz ode dgl.,
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stens einer nachgeschalteten Stufe feineres Dichtungsmaterial in die Formation eingepresst wird.