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Verfahren zur Durchführung einer Sekundärzementierung eines Bohrloches
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zu schaffen, um den Bohrlochstrang an der nächsthöheren Stelle zu durchbohren, bevor an dieser Stelle ein Quetschzementiervorgang vorgenommen wurde.
Die Erfindung sieht ein verhältnismässig einfaches und dabei wirkungsvolles Verfahren zur Quetschzementierung von mehreren Bohrlochsträngen in einem Bohrloch vor.
Das neue Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass für den zweiten Zementiervorgang je eine betätigbare Ventileinrichtung in mindestens einem der Rohrstränge im Bereich jeder Gewinnungszone angebracht wird.
Durch diesen zweiten Zementiervorgang können dort, wo allfällig verbliebene Hohlräume der primären Zementierung stören können, nämlich im Bereich der Gewinnungszone, dicht verschlossen werden, ohne dass aufwendige Schritte unternommen werden müssen.
Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, dass an jeder Ventileinrichtung nacheinander ein Quetschzementierungsschritt vorgenommen wird, oder dass die Ventileinrichtungen durch ein Werkzeug geöffnet werden, das von einer Drahtleitung getragen wird.
Mit Vorteil werden die Ventileinrichtungen durch ein Werkzeug geöffnet, das auf einem Rohrstrang in das Bohrloch eingeführt wird.
Schliesslich kann das erfindungsgemässe Verfahren noch derart ausgeführt werden, dass beim Herauspumpen der Zementbrühe durch eine geöffnete Ventileinrichtung ein Druck bis zu einem bestimmten Quetschdruckwert aufgebaut wird, man diesen Quetschdruck aufrecht erhält, während die Zementbrühe über dem offenen Ventil zurückgepumpt wird, und den Quetschdruck weiterhin aufrecht erhält, bis die Zementbrühe angezogen hat.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie die Erfindung verwirklicht wird, sei in der nachfolgenden Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen Fig. l eine schematische Querschnittsansicht desjenigen Teiles eines Bohrloches ist, der mehrere Gewinnungsschichten umfasst und in dem ein Mehrfachsatz von Rohrsträngen für eine Mehrfach-Vorbereitung des Bohrloches einzementiert ist, und Fig. 2 die gleiche Querschnittsansicht in etwas verringertem Massstab wie die Fig. l ist, in der jedoch eine das Betätigungswerkzeug für die verwendeten Ventileinrichtungen tragende Drahtleitung veranschaulicht ist.
In Fig. l ist ein Bohrloch --11-- gezeigt, das mehrere Gewinnungsschichten-12, 13 und 14-durchdringt. Das Bohrloch --11-- ist mit mehreren Rohrsträngen --17, 18 und 19-vorbereitet worden. Diese Rohrstränge sind in dem Bohrloch durch einen primären Zementiervorgang so eingesetzt worden, dass das Bohrloch --11-- mit dem Zement --22-- gefüllt worden ist, der von dem Boden des Bohrloches bis ein gutes Stück über den oberen Rand der obersten Gewinnungsschicht - 12-verläuft. Es sei jedoch bemerkt, dass während des primären Zementiervorganges, d. h. als der
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durch verschiedene Faktoren bewirkt, darunter die Tatsache, dass die Rohrstränge bei ihrem Einsetzen in das Bohrloch verdreht und geringfügig verzogen werden.
Dies bedeutet, dass bei dem Aufsteigen der Zementbrühe in dem die Rohrstränge umgebenden Ringraum die Bildung von Kanälen stattfindet, bei der übermässige Hohlräume oder offene Kanäle zurückgelassen werden, die oft von einer Gewinnungsschicht zu der nächsten reichen.
Um diese Hohlräume an Stellen in der Nachbarschaft jeder Gewinnungsschicht auszufüllen, um die Flüssigkeitsverbindung zwischen den Schichten in dem Bohrloch abzudichten, wird eine bestimmte Menge Zement (z. B. der gezeigte Zement-26--) eingeführt und an Ort und Stelle herausgequetscht, um an dieser Stelle das Loch vollständig auszufüllen und in angemessener Weise abzudichten. Es sei darauf hingewiesen, dass der Rohrstrang-17-mit Flüssigkeit-27- (Wasser oder Bohrflüssigkeit) gefüllt gehalten wird, so dass die Zementbrühe-26-bestrebt ist, durch in dem Rohrstrang vorgesehene Öffnungen in die bestehenden Hohlräume auszufliessen.
Um den Ausfluss der während eines Quetschzementierverfahrens eingeführten Zementbrühe aus einem der Rohrstränge, z. B. dem Rohrstrang-17-, an der Stelle in dem Bohrloch, an der der Ausfluss von Zementbrühe in dem den Rohrstrang umgebenden Ringraum in dem Bohrloch-11erwünscht ist, zu ermöglichen, müssen öffnungen durch die Wandung des Rohrstranges-17vorgesehen werden.
Diese Öffnungen werden durch Anbringung einer (schematisch veranschaulichten) Ventileinrichtung --29-- gebildet, die in dem Rohrstrang --17-- so angebracht ist, dass sie sich auf einer gewünschten Höhe im Verhältnis zu der Gewinnungsschicht --14-- befindet. In ähnlicher Weise sind weitere Ventileinrichtungen-30 und 31-in dem Strang-17-- an Stellen angeordnet, an denen sie sich unmittelbar unter jeder der andern Gewinnungsschichten-13 bzw. 12-- befinden, die in Fig. l veranschaulicht sind.
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Die Ausbildung der verwendeten Ventileinrichtungen ist für die Erfindung nicht wesentlich, und es kann jede mögliche Ventilart verwendet werden, die als ein Teil des Rohrstranges eingebaut werden kann. Beispielsweise wird bevorzugt ein auf dem Markt befindliches Gerät verwendet, das als ein Seitenschieberwerkzeug (ein von den Otis Engineering Corporation hergestelltes Werkzeug unter der Typenbezeichnung "Type A Otis Sliding Side-Door", s. Seite 4331 der Ausgabe 1960-61 des "Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services", herausgegeben von World Oil, einer
Veröffentlichung der Gulf Publishing Company, Houston 1, Texas, P. O. Box 2608) bekannt ist und an den gewünschten Stellen in dem Rohrstrang eingebaut wird.
Auf diese Weise ist es möglich, ein ebenfalls auf dem Markt befindliches Ergänzungswerkzeug (ein von der Firma Otis Engineering Corporation hergestelltes Werkzeug unter der Typenbezeichnung "Type B Otis Positioning Tool", s. Seite 4360-B des oben erwähnten "Composite Catalog") zur Betätigung der Seitenschieberventile zu verwenden. Ein derartiges Betätigungswerkzeug zur Öffnung des Seitenschiebers der Ventile-29, 30 und 31-ist schematisch mit dem Gebilde angedeutet, das die Bezugszahl-34-trägt.
Wie die Zeichnung andeutet, ist das Betätigungs-oder Stellwerkzeug an einem Rohrstrang --35-- befestigt, der ein kurzes Zusatzrohr oder eine Verlängerung-36-aufweist, die allgemein als "Fussröhre" bezeichnet wird. Diese Fussröhre ist unter dem Werkzeug --34-- angebracht, um in einer Weise zu wirken, die weiter unten beschrieben wird. Diese Fussröhre kann einen kleineren Durchmesser als der übrige Teil des Rohrstranges --35-- oder auch die gleichen Abmessungen haben.
Die Funktion einer Fussröhre für Zementiervorgänge ist bekannt, aber in diesem Fall sei kurz erwähnt, dass eine Verlängerung unter das Betätigungswerkzeug-34-dazu verwendet wird, zu gewährleisten, dass nach dem Ausstoss des Zements und während der Anziehzeit kein Zement in Berührung mit dem Werkzeug selbst bleibt, um zu verhindern, dass das Werkzeug infolge von Zementablagerungen stecken bleibt.
Während in Fig. l der Rohrstrang --35-- gezeigt ist, an dem das Werkzeug --34-- zur Öffnung der Ventileinrichtungen-29, 30 und 31-befestigt ist, ist es zur Durchführung des erfmdungsgemässen Verfahrens nicht notwendig, das Werkzeug--34--an dem Rohrstrang--35-zu befestigen. Wie in Fig. 2 veranschaulicht, kann das Stellwerkzeug-34-auch erforderlichenfalls an einer Drahtleitung --40-- aufgehängt sein und das Verfahren gemäss der Erfindung wird mit der Abweichung durchgeführt, dass das Werkzeug getrennt von der Einbringung der Zementbrühe während des Quetschzementierungsschrittes betätigt wird.
Andere Ventilarten können an Stelle der oben erwähnten Otis Ausrüstung verwendet werden.
Beispielsweise gibt es verschiedene Ventileinrichtungen, die in den USA-Patentschriften Nr. 2, 223, 442 und Nr. 2, 438, 992 beschrieben sind.
Das sekundäre Zementieren folgt dem primären Zementieren, das zuvor durchgeführt worden ist, um die mehreren Rohrstränge in dem Bohrloch einzusetzen. Es werden also vor dem sekundären Zementieren mehrere Rohrstränge in dem Bohrloch eingesetzt. Diese Rohrstränge können alle die volle Länge aufweisen und im wesentlichen bis zum Boden des Bohrloches reichen. Sie können anderseits auch verschiedene Länge haben, wobei jeder Rohrstrang nur ein Stück unter die besondere Gewinnungsschicht verläuft, die (beim Bohren des Bohrloches oder danach) festgestellt worden ist. Wenn es möglich ist, ist es vorzuziehen, alle Rohrstänge zu der vollen Tiefe des Bohrloches verlaufen zu lassen, um zu ermöglichen, dass bei Ausfall eines dieser Rohrstränge als eine Ausweichmöglichkeit Verbindungen zu einem andern Rohrstrang hergestellt werden und um den Schaden zu beheben.
In jedem Fall wird der primäre Zementiervorgang in bekannter oder normaler Weise dadurch durchgeführt, dass man eine genügende Menge Zementbrühin einem Rohrstrang nach unten pumpt (der im wesentlichen bis zu dem Boden des Bohrloches reicht), wobei am oberen Ende der durch die Zementbrühe gebildeten Säule ein Bodenlochstopfen eingeführt ist. Nachdem also der Zement aus dem unteren Ende des Rohrstranges heraus und in den Ringraum gepumpt worden ist, der die Rohrstränge in dem Bohrloch umgibt, erstreckt er sich auf die gewünschte Höhe in dem Bohrloch.
Dieses Verfahren gewährleistet es, dass der auf dem oberen Ende der Zementbrühe aufliegende Stopfen vor dem Auspumpen einer Verschmutzungsflüssigkeit mit der Zementbrühe das untere Ende des Rohrstranges verschliesst und dass der Zementiervorgang danach beendet ist, sobald der Zement genügend Zeit zum Anziehen hatte.
Die in einem ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung angewendeten Verfahrensschritte sind die unten angegebenen. Sie brauchen nicht unbedingt in jedem Fall in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt zu werden.
Schritt I : Anbringung von Ventileinrichtungen in einem bestimmten Rohrstrang in dem Bohrloch, die so angeordnet sind, dass nach dem Einsetzen und Festzementieren der Rohrstränge jede
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Ventileinrichtung sich unmittelbar unterhalb einer der mehreren Gewinnungszonen in dem Bohrloch befindet.
Schritt II : Einführung eines Rohrstranges in den einen Bohrlochstrang, in dem die Ventileinrichtungen eingebaut sind, durch die unterste Ventileinrichtung, wobei an dem unteren Ende dieses eingeführten Rohrstranges ein die Ventileinrichtung öffnendes Werkzeug befestigt ist. An dem das Offnungswerkzeug tragenden Ende des Rohrstranges ist eine Fussröhre befestigt, die ein kurzes Stück unter das Öffnungswerkzeug verläuft, um zu gestatten, dass die Zementbrühe, die durch den Rohrstrang gepumpt wird, nicht in Berührung mit dem Öffnungswerkzeug selbst gelangt.
Schritt III : Anheben des Rohrstranges, um das öffnungswerkzeug durch das unterste Ventil zu bewegen. Durch diesen Verfahrensschritt wird die Ventileinrichtung geöffnet. Dabei sollte die Aufwärtsbewegung beendet werden, wenn sich das offene Ende der Fussröhre an der in dieser Weise erzeugten Ventilöffnung befindet.
Schritt IV : Eine Zementbrühe wird in dem Rohrstrang nach unten und aus dem offenen Ende der Fussröhre herausgepumpt, bis sich ein Druck auf einen bestimmten Quetschdruckwert aufbaut.
Schritt V : Der Quetschdruck wird aufrecht erhalten, während die über dem oberen Ende der Fussröhre befindliche Zementbrühe herausgepumpt wird. Dies wird durch Umkehr der Richtung der Flüssigkeitsströmung, d. h. des Pumpwassers oder einer andern Bohrlochreinigungsflüssigkeit in dem Ringraum innerhalb des den Rohrstrang umgebenden Stranges durchgeführt, um den in dem Rohrstrang verbleibenden Zement in den Rohrstrang zurück an die Erdoberfläche zu pumpen.
Schritt VI : Der Quetschdruck wird aufrecht erhalten, bis die Zementbrühe, die an der gewünschten Stelle herausgequetscht worden ist, genügend Zeit zum Anziehen gehabt hat.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wie bereits oben erwähnt, der Zweck der Verwendung der unter das Ventilöffnungswerkzeug verlaufenden Fussröhre darin besteht, zu verhindern, dass Zement zurückbleibt und das Werkzeug verstopft. Wenn ferner beim Herauspumpen des überschüssigen Zements nicht der gesamte Zement aus dem unteren Ende der Öffnung am Boden des Rohrstranges entfernt wird, wird durch die Verwendung einer Fussröhrenverlängerung das sich daraus ergebende Festsetzen des Werkzeuggebildes verhindert. Dieses Festsetzen kann durch ein sogenanntes Abstossen des Zements von dem Ende der Fussröhre ohne Beschädigung des Werkzeuges behoben werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht auf dem Umstand, dass die Ventileinrichtung um den gesamten Umfang des Rohrstranges Öffnungen bildet, so dass das Ausquetschen des Zements voll wirksam ist. So wird der Zement direkt in Richtung auf den Raum zwischen den Rohrsträngen und in die andern Richtungen ausgestossen, so dass diese vermutliche Stelle von bei dem primären Zementierverfahren erzeugten Hohlräumen zwangsläufig mit Zement gefüllt wird.
Ein vorteilhaftes Vorgehen bei der Durchführung der mehreren sekundären Zementierungsschritte für die verschiedenen Gewinnungsschichten besteht darin, dass man denjenigen Rohrstrang, der zur Gewinnung von der obersten Gewinnungsschicht verwendet werden wird, als denjenigen Strang auswählt, der alle Ventileinrichtungen enthält. Dann kann jeder Zementierungsschritt von unten nach oben nacheinander ausgeführt werden, wobei der für die Quetschzementierung verwendete Rohrstrang nur einmal durch das Bohrloch bewegt zu werden braucht. Ferner brauchen die in dem Rohrstrang gebildeten Zementstopfen nicht herausgebohrt zu werden.
Während die schematische Veranschaulichung in den Zeichnungen zeigt, dass die Ventile sich genau an dem unteren Rand jeder Gewinnungsschicht befinden, werden die Ventileinrichtungen bevorzugt etwa 3 m unter der Gewinnungszone angeordnet, um zu vermeiden, dass die Quetschzementierung unter Umständen lockere ölsandschichten beschädigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Durchführung einer Sekundärzementierung eines Bohrloches mit mehreren Gewinnungszonen, in dem mehrere Rohrstränge eingesetzt sind und das durch eine primäre Zementierung gegen den Boden abgedichtet wurde, die sich zumindest über dasjenige Stück des Bohrloches erstreckt, das die Gewinnungszonen einschliesst, bei dem eine Menge Zement in den die Rohrstränge umgebenden, durch die Primärzementierung nicht restlos geführten Ringraum des
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vorgang je eine betätigbare Ventileinrichtung (29, 30, 31) in mindestens einem (17) der Rohrstränge (17, 18, 19) im Bereich jeder Gewinnungszone (14, 13, 12) angebracht wird.
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