DD213942A1 - Temporaer blockierende bohrspuelung fuer den aufschluss druckschwacher speicher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrspuelung mit temporaeren und reversiblen Abdichteigenschaften, anzuwenden in Tiefbohrungen in der Phase des bortechnischen Aufschlusses poroeserund/oder klueftiger Speichergesteine, die unter unterhydrostatischem Druck stehen. Ziel der Erfindung ist es, aufgeschlossene Speichergesteine vor irreversiblen Infiltrationen zu schuetzen und die bohrtechnischen Arbeiten gefaehrdungsfrei zu ermoeglichen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bohrspuelung auf Basis Wasser mit Zusaetzen von 0,5-3%Kolloidbildner, 0,5-3%Dimethydiallylammoniumverbindungen, 0,1-1% desgleichen aber unvernetzt, 0,5-5% gemahlene, saeureloesliche Feststoffe und ggf.0,1-0,3%Biozide alle Anforderungen erfuellt, die in der Phase des bortechnischen Aufachlusses auftreten.

Description

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Temporär blockierende Bohrspülung für den Aufschluß druckschwacher Speicher

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bohrspülung mit temporären und reversiblen Abdichteigenschaften, anzuwenden in Tiefbohrungen in der Phase des bohrtechnischen Aufschlusses poröser und/ oder klüftiger Speichergesteine, in denen ein wesentlich unter dem hydrostatischen Druck liegender Lagerstättendruck herrscht.

Charakteristik, der bekannten technischen Lösungen

Konventionell und am bekanntesten ist die sogenannte strukturbesitzende Tiefbohrspülung auf Basis Wasser, mit Zusätzen von Bentonit, Schutzkolloiden und zweckgebundenen anderen Stoffen. Pur diese Spülungen gibt es zahlreiche bekannte Zusammensetzungen«

Diese Spülung bildet an der Bohrlochwand eine Pilterkruste, die das Eindringen von Spülung oder Piltrat in das Gestein reduziert. Die Pilterkruste ist aber im Bereich druckschwacher Speicher eine der Ursachen des Pestwerdens von Bohrstrang und Verrohrung und der daraus entstehenden bohrtechnischen Havarien«

Zusätzlich verursachen die konventionellen Spülungen Infiltrationen der Speicher mit säureunlöslichen Bestandteilen, die ihrerseits die Gesteinspermeabilität und dadurch die Tordermenge herabsetzen.

Allgemein bekannt sind zur Bekämpfung von Spülungsverlusten feste oder flüssige Verdämmungssiittel (Sägespäne, Leime, Zementschlämme), die kontinuierlich im Spülungskreislauf zirkulieren oder als Stopfen eingepumpt wezclen· Diese Stoffe härten entweder, in die Verlustaonen eingepreßt, irreversibel aus, oder bewirken eine Verdichtung oder Verdickung der Pilterkruste.

-! K ίΐμΠ ίο Q o ^. η α ο ι ο. η

Bekannt wurde zur Bekämpfung von Flüssigkeitsverlusten bei Reparaturarbeiten in Erdgassonden die Anwendung von Flüssigkeiten mit Zusatz verschiedener Gele unterschiedlicher Struktur. Beispielsweise wird in den unter Erfindungsanmeldungen Ξ 21 B 226 213, E 21 B 226 214 und G 08 L 226 215 angegebenen Verfahren die Verwendung eines synthetischen Polymer-Geles dargelegt, hergestellt auf der Basis von Dialkyldiallylammoniumsalzen.

Hinsichtlich einer bohrtechnischen Anwendbarkeit der temporär blockierenden Gele für den Speicheraufschluß wurden neben technologischen auch folgende lachteile festgestellt:

In der Erfindungsbeschreibung C 08 L 226 215 wird auf die natürliche oder bewußte Herbeiführung einer Brechung der Polymergele durch Alkali- und Brdalkalihydroxide, Alkalikarbonate hingewiesen, zusammengefaßt also auf Stoffe, die einen pH-Wert > 11 verursachen. Diese brechende Wirkung wird in den Ausführungsbeispielen belegt, in denen bei Anwesenheit von HaOH die blockierende Wirkung des beschriebenen Polymergels ganz verloren ging·

Nachgewiesen wird ferner, daß bei höheren !Temperaturen die Abbaubarkeit der Gele auch bei geringeren pH-Werten zunimmt.

In der Erfindungsbeschreibung E 21 B 226 214 wird dargelegt, daß der Einsatz temporär blockierender Gele einmalig und/oder in Porm von Puffern erfolgt· Zusätzlich wurde dargelegt, daß mit zunehmender Verdünnung der Gele ihre Stabilität sehr stark reduziert wird.

In der Brfindungsböschreibung E 21 B 226 213 wird die besondere Verwendbarkeit der temporär -'blockierenden Gele zum Verpressen großer Mengen Säure in den Speicher hervorgehoben.

Hinsichtlich, der Durchführbarkeit.bohrteohnischer Arbeiten in porösen und/oder klüftigen Gesteinen mit geringen Lagerstättendrücken und der daraus resultierenden hohen hydraulischen Differenz drücke erfüllen die konventionellen Spülungen als auch die beschriebenen Hochpolymer-Gele nicht die bohrtechnischen Anforderungen des Aufschlusses druckschwacher Speicher aus folgenden Gründen:

* Die konventionelle Bohrspülung verursacht hohe Infiltrationsraten, die kosten- und zeitaufwendige Nachbehandlungen erfordern, deren Erfolg nicht gewährleistet ist.

2. Beim bohrtechnischen Aufschluß einer Bohrung beginnt die Infiltration mit dem Zeitpunkt des Preilegens des juvenilen Gesteins· Sie besitzt in diesem Zeitpunkt auch ihr Maximum.

. Eine in Abständen durchgeführte Blockierung durch Einpumpen von Polymerpuffern besitzt beim bohrtechnischen Aufschluß keine Wirkung·

3. Der Korrosionsschutz und die weiteren bohrtechnischen Aufgaben der konventionellen Bohrspülung erfordern den Zusatz von Karboxylmethylzellulose (CMC) und die Einhaltung eines hohen p-p-Wertes. Beide Faktoren wirken zerstörend auf Polymer-Gele.

4. Andere bekannte pumpbare und im Gestein abbindende oder aushärtende Stoffe schädigen den Speicher dauerhaft. Diese Stoffe sind ungeeignet.

5» Konventionelle Bohrspülungen bilden starke Pilterkrusten im Bohrloch, die besonders bei unterhydrostatisclien Druckbedingungen im Speicher zum Pestwerden der Bohrgarnitur oder der einzubauenden Verrohrung führen. Dabei entstehen hohe materielle und finanzielle Verluste.

6. Eine Voraussetzung für die nutzung des Speichers ist seine Verrohrung und deren Zementation.

Die einzubringenden Zementschlämmen besitzen zumeist Dichten im Bereich 1,5- 2_s0 g/cnr'e Sie erhöhen-somit wesentlich den Druck auf die aufgeschlossenen Schichten» Der p_T -Wert der Zementschlämme liegt bei Pp. =13 - H. Die 'Zementschlämme zerstört dünne Filterkrusten mit dem Resultat eines Zementschlammverlustes und der Zementation entsprechender Speicherhorizonte.

Dicke Filterkrusten verhindern die Bindung Zement - Gestein und führen neben fö'rdertechnischen Komplikationen im wesentlichen zur Undichtheit und unkontrollierbaren Migrationen.

. Die temporär blockierenden Polymerpuffer könnten deoi auftretenden höheren Druck standhalten. Sie werden jedoch durch das stark alkalische Milieu während der Zementation zerstört, d. h. zu einem Zeitpunkt, an dem wegen der höheren hydraulischen Drücke eine besondere Gefährdung des Speichers und der Zementation vorhanden ist. In allen drei Fällen entstehen hohe ökonomische Verluste sowie eine'Gefährdung der öffentlichen und der Bergbausicherheit.

Zusammenfassend sind mehrere technische Lösungen für das Bohren unter normalen Bedingungen sowie für das temporäre Blockieren aufgeschlossener Speicher bekannt.

Sie genügen jedoch nicht den Anforderungen, die eine Bohrspülung zum Aufschluß druckschwacher Speicher, insbesondere unter unterhydrostatischen Druokbedingungen und bei hohen hydraulischen Differenzdrücken, erfüllen muß.

™ 5 _ Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Bohrspülung,

- die während des tsohrtechnischen Aufschlusses von Speichern_s insbesondere solche mit geringem oder unterhydrostatischem Druck, eine sofortige, unmittelbare, temporäre und reversible Blockierung des aufgeschlossenen Gesteins hervorruft,

- die die erforderlichen bohrtecimischen Arbeiten ohne Gefährdung ermöglicht und

- die mit der vorhandenen "bohrtechnischen Ausrüstung und auf der Basis verfügbarer Rohstoffe bzw* Chemikalien hergestellt und eingesetzt werden kann.

- · b Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es,

- eine Bohrspülung zur Abdichtung der im Aufschluß befindlichen porösen und/oder klüftigen Speicherhorizonte zu schaffen,

- die allen, während des technisch notwendigen Zeitraumes auftretenden variierenden hydrostatischen Differenzdrücken standhält,

- die das Eindringen von Flüssigkeit in das Gestein aus fördertechnischen Gründen sowie Spülungsverluste aus bohrtechnischen und havarieprophylaktischen Gründen verhindert.

Entsprechend dieser Aufgaben muß die Spülung so beschaffen sein, daß im Bohrloch keine der sonst üblichen Pilterkruste entsteht. Die Blockierung des Speichers muß so reversibel sein, daß Zuflußteste bei Umkehr der Druckrichtung ohne Beeinträchtigung durchgeführt werden können. Die flächenmäßige Ausdehnung der Blockbildung ist auf die bohrlochnahe Zone au begrenzen.

Die erfindungsgemäße Bohrspülung hat die Blockierung des Speichers in einer Ports zu schaffen, die eine Zementation der zur Sicherung des Speichers einzubringenden Verrohrung ermöglicht und den dabei auftretenden Belastungen (Anstieg des pp-Wertes auf 13 - 14, Anstieg der statischen Drücke bis zu 40 %) standhält.

— 7 — Merkmale der Erfindung

Überraschend wurde gefunden, daß eine Bohrspülung, bestehend aus an sich im einzelnen völlig ungeeigneten Ausgangsstoffen:

- einer in der Bohrtechnik zum Verdünnen von Bohrspülung üblichen Kolloidlösungen mit Filtratabgabe > 10 ml nach TGL 22033, bestehend aus 'fasser mit Zusätzen von

-0,5-3 ;« Dextran, Stärke oder ähnlichen Kolloiden

- 0,5 - 3 fj Zusatz eines hochmolekularen, vernetzten Co-PoIyaiers auf Basis von Dimethyldiallylamtnoniunrverbindungen nach DD-PS 141 029 Beispiel 12 _;

- 0₅1 - 1 % des unvernetaten Homopolymers nach. DD-PS 141 029 Beispiel 1

- 0,5 - 5jO % gemahlene, säurelösliche Feststoffe, vornehmlich karbonatische Mineralverbindungen

- ggf. Zusätze von 0,1 - 0,3 % Bioside, wenn natürliche Kolloidbildner verwendet werden,

alle Anforderungen erfüllt, die gestellt werden in Tiefbohrungen in der Phase des bohrtechnischen Aufschlusses poröser/und/ oder klüftiger Speichergesteine mit unterhydrostatischen Druckbedingungen»

Die Einzelkoaponenten werden in Behältern hydraulisch und mechanisch zur Bohrspülung vermischt. Die Bohrspülung wird während des SpeicheraufSchlusses ohne Fremdzusätze im Spülungskreislauf zirkuliert.

Die erfindungsgemäße Bohrspülung gewährleistet die angegebene Zielstellung· Sie besitzt neben den allgemein bohrtechnisch notwendigen Eigenschaften folgende Merkmale:

die erfindungsgemäße Bohrspülung hält den üblichen Bohrlochtemperaturen in Teufen bis 4000 m standj

die erfindungsgeiaäße Bohrspülung gewährleistet den technologisch begründeten Arbeitsprozeß des SpeicheraufSchlusses.;

die erfindungsgemäße Bohrspülung schützt und blockiert das jeweils'Quvenil anstehende Gestein sofort vor dem tieferen Bindringen von Filtratwasser oder Bohrspülung;

die erfindungsgemäße Bohrspülung ermöglicht wegen ihrer fehlenden Filterkruste die technische Durchführbarkeit von Gestängetesten und ähnlichen Operationen im unverrohrten Bohrloch bei hohen Differenzdrücken;

die erfindungsgemäße Bohrspülung ermöglicht Zuflußteste ohne Beeinträchtigung der Testergebnisse; der Blockierungseffekt wirkt nur in der au sperrenden Sichtung;

die erfindungsgemäße Bohrspülung bildet einen Schutz des Speichers, der auch nach dem bohrtechnisch notwendigen Einzirkulieren stark alkalischer Zementschlämme sowie den damit verbundenen bis zu 40 % höheren Differenzdrücken standhält;

die erfindungsgemäße Bohrspülung besitzt einen Selbstblockierungseffekt,, der die druckabhängige Sindringtiefe am Beginn des Abdichtprozesses stark reduziert und kontrolliert·

Damit wird gewährleistet, daß in den Spülungsumlauf aufgenommene feinste Tonpartikel - sie sind quellfähig und säureunlöslich - nicht oder nur in unbedeutendem Maße mit in die Poren oder Klüfte eingeschleppt werden·

Der durch die erfindungsgemäße Spülung gebildete Block beeinträchtigt die nachfolgenden Test- und Förderarbeiten nicht.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß für bohrtechnische Aufschlußarbeiten, die aus objektiven Gründen oder aus der volkswirtschaftlichen Notwendigkeit heraus in Speichern mit unterhydrostatischen Druckbedingungen durchgeführt werden müssen, eine geeignete Bohrspülung zur Verfügung steht, die

- eine unkomplizierte Aufschlußtechnologie,

- eine ,sofortige Speicheruntersuchung durch Gestängeteste und

- eine starke Herabsetzung des Havarierisikos

ermöglicht

Zusätzlich läßt sich der Umfang der üblichen Stimulationsverfahren reduzieren. Die Anfangsförderleistungen der Sonden liegen höher.

Die erfindungsgemäße Bohrspülung soll anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden:

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

In einem Triaxialdruckgerät wurde die blockierende Wirkung · der erfindungsgernäßen Spülung an hochpermeablen Kalksandsteinkernen einheitlicher Beschaffenheit und Abmessungen getestet und mit konventioneller Bohrspülung (6 % Bentonit 4 % CMC) verglichen.

Die Kerne wurden mit Wasser gesättigt. Die Messung der Permeabilität erfolgte mittels Luft bei einem imitierten Lagerstättendruck von 12,0 MPa und einem jeweils um 2,0 - 4,0 MPa höheren Manteldruck,

erfindungsgemäße Vergleichs-Spülung spülung

Permeabilität des

wassergesättigten

Kernes 50,02 md 40,24 md

Permeabilität nach

dem Anpressen der

Spülung 1,2 - 2,5 md 5,25 md

Permeabilitätsreduzierung auf 2,5 - 5 % 13 %

Beide Spülungen wurden mit 12,0 MPa an die Stirnseite des Kernes angepreßt bis zum sichtbaren Ende der Piltratabgabe an der gegenüberliegenden Stirnseite.

Die Senkung der Permeabilität kann als Maßstab und als Nachweis der inneren Blockierung der Poren gewertet werden. Der gewählte Differensdru.ck ist vergleichbar mit den oiöglichen natürlichen Bedingungen.

- 11 Beispiel 2

Ια der gleichen Apparatur wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wurde an Original-Speicherkernen die Druckabhängigkeit der durch die erfindungsgemäße Spülung hervorgerufenen Blockierung untersucht.

Dazu wurden Kern, Druckkammer, Zu- und Ableitungen so mit Wasser gefüllt und verlegt, daß die Durchflußmenge sehr genau ineßbar war·

Nachdem die erfindungsgemäße Spülung den Kern erreicht hatte und blockierte, wurde bei Erhöhung des wirkenden Differensdruckes von 12,0 auf 23,0 MPa keine Erhöhung der Flüssigkeitsinfiltration registriert.

Damit wurde nachgewiesen, daß die Blockierung des Gesteins bei geringen Drücken eintritt und ihre Wirkung unabhängig von der absoluten Höhe des aufgebrachten Differenzdruckes unverändert aufrechterhalten blieb.

Beispiel 3

Bohrtechnischer Aufschluß eines unter unterhydrostatischea Druck stehenden Gasspeichers

Zur Vorbereitung des Speicheraufschlusses wurde zunächst die erforderliche Menge von ca. 180 w/ der erfindungsgemäßen Bohrspülung in den für die Spülungsherstellung üblichen Anlagen und Behältern hergestellt (homogenisiert) und gelagert« Erfindungsgemäß erhielt die Bohrspülung folgende Zusammensetzung, bezogen auf jeweils 10 m Wasser:

3 10 m Süßwasser

150 kg vernetztes Copolymer Dimethyldiallylamcioniumchlorid

(bezogen auf Trockensubstanz) 150 kg Destranpulver 200 kg Kreidepulver, trocken 30 kg unvernetztes Homopolymer Dimethyldiallylammonium-

chlorid 20 kg Biozid.

Hach Vorbereitung des Bohrloches, insbesondere dein Aufbohren pH-Wert erhöhender Bereiche, wurde die erfindungsgeaiäße Spülung in das Bohrloch einzirkuliert.

Im Speicherbereich herrschten Temperaturen von ca« 120 ⁰C. Der statische Druck der Spülungssäule und der Lagerstättendruck bildeten einen Differenzdruck von 18,0 MPa. Geologisch notwendig war der Aufschluß von 140 m. permeabler Sandsteinspeicher, Die reinen bohrtechnischen Verteufungsarbeiten konnten ohne Beeinträchtigungen vorgenommen werden« Festwerdeerscheinungen der Bohrgarnitur wurden nicht registriert,

Die geologisch begründeten Gestängeteste ließen sich trotz der dabei notwendigen langen Stillstandszeit der 'Testgarnitur komplikationslos und mit repräsentativem. Ergebnis durchführen»

.- 13 -

Das bedeutet, daß die Blockierung dea Speichers in umgekehrter Richtung in kürzester Zeit aufgehoben war. Die blockierende Wirkung der Spülung war somit nachweislich permanent und reversibel*

Zur Vorbereitung der Zementation sit ihren höheren hydraulischen Drücken wurde das Bohrloch mit 10,0 MPa Kopfdruck abgedrückt. Dadurch wirkte im zu schützenden Bereich ein summarischer Druck von 28,0 MPa, mit dem die Qualität der Blockierung überprüft wurde. Auch bei diesem Test konnten keine Spülungsverluste festgestellt werden·

Y/ährend des Rohreinbaues traten keine bohrtechnischen Schwierigkeiten auf.

Die Zementation der Rohrtour, die_nach einer Standardvariante erfolgte, zeigte keine Verlusterscheinungen.

Die Blockierung des Speichere hielt auch den hohen pH-Werten der Zementschläninie bis zu ihrer Versteifung stand.

Mit dem Abbinden der Zementschlämrae sind die bohrtechnischen Speieheraufschlußarbeiten beendet. Die erfindungsge&äße Bohrspülung erfüllte alle Anforderungen.

Claims (1)

1. .- 14 Erfindungsanspruch ·

   Bohrspülung mit temporären und reversiblen Abdichtungseigenschaften, anzuwenden in Tiefbohrungen in der Phase des bohrtechnisohen Aufschlusses poröser und/oder klüftiger Speichergesteine, in denen ein wesentlich unter dem hydrostatischen Druck liegender Lagerstättendruck herrscht, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus

   - einer liolloidlösung auf Basis Wasser mit Zusatz von 0,5 3 % handelsüblicher Kolloidbildner wie Dextran, Stärke

   o. a«

   - 0,5 - 3 % Zusatz eines hochmolekular vernetzten Co-Polymers auf Basis Diinethyldiallylaintuoniumverbindungen nach DD - PS 141 029

   - 0,1 - 1 % des unvernetzten Homopolymers nach DD - PS 141 029

   - 0,5 - 5 % gemahlene, säurelösliche Peststoffe, vornehmlich karbonatische Mineralverbindungen und

   - ggf. 0,1 - 0,3 % 3iozide, wenn natürliche Kolloidbildner eingesetzt werden,

   besteht.