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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs
vor der Aufnahme der Förderung, wobei nach Einbringung
des Bohrlochs die Bohrlochwand mit einem Förderrohr und/oder Futterrohr
abdichtend verankert wird und die Bohrlochwand an gewünschten
Stellen mit Perforationseinheiten perforiert wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Komplettierung
eines Bohrlochs vor der Aufnahme der Förderung (Through
Tubing Rotary Drill Bohrungen) bereitzustellen, ohne des Einsatzes
von zementierten Förderrohren und/oder Futterrohren.
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Folgende
Bedingungen sollte das Verfahren erfüllen:
- • Zuverlässige/robuste Verbindung der Formation mit
dem Bohrloch
- • Fernansteuerung zur Aktivierung der Perforationskanonen
- • Die Bohrlöcher müssen in kürzester
Zeit fertig gestellt werden und produktionsbereit sein
- • Vorzugsweise nur eine Einfahrt in die Bohrung
- • System muss über dem Führungsrohrstrang
anwendbar sein, mit dem die Bohrung komplettiert wird
- • Nach der Installation Möglichkeit des Zugangs zum
Bohrloch um Wartungsarbeiten durchführen zu können
- • Anwendung des Systems muss über Seitenöffnung
im Futterrohr möglich sein
- • Ermöglicht die Komplettierung mehrerer Horizonte
- • Ermöglicht die selektive Produktion verschiedener
Horizonte
- • Anwendbar für kurze und lange Abschnitte
bis zu einigen Hundert Metern
- • Einsatz muss in Erdöl- und Erdgasbohrungen möglich
sein (unter trockenen und feuchten Bedingungen)
- • Gewährleistung der Kompatibilität
mit Surface Controlled Subsurface Safety Valves oder anderen empfindlichen
Bohrlochausrüstungen
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Es
wird eine gleichzeitige Installation des Förderrohr und/oder
Futterrohr und der Perforationseinheit angestrebt. Das System oder
Verfahren muss die Abdichtung verschiedener Zonen und die selektive
Aktivierung jeder Zone an jeder gewünschten Position und
jedem gewünschten Zeitpunkt ermöglichen.
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Aufgrund
der Temperatureinschränkungen bei Sprengperforationssystemen
sind vor der Sprengung keine langen Untertagezeiten möglich.
Die Fließkanäle im Reservoir müssen daher
unmittelbar nach Installation des Systems erstellt werden, auch wenn
Mehrhorizontkomplettierungen mit verschiedenen Produktionszeiten
erforderlich sind.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Förderrohr
und/oder Futterrohr auf seiner Außenfläche mit
einem aufquellbaren Dichtungsmantel versehen wird, wobei der Dichtungsmantel
nach Aktivierung aufquillt und den Ringspalt zwischen dem Förderrohr
und/oder Futterrohr und der Bohrlochwand abdichtend verankert und zugleich
das Förderrohr und/oder Futterrohr im Bohrloch zentriert.
Hierdurch ist ein Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs vor
der Aufnahme der Förderung bereitgestellt, ohne das zementierte
Förderrohre und/oder Futterrohre verwendet werden müssen.
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In
Weiterbildung wird die Aktivierung und Aufquellung des Dichtungsmantels
nach der Perforation durchgeführt. Hierdurch wird das Förderrohr und/oder
das Futterrohr im Bohrloch abdichtend verankert und gleichzeitig
zentriert.
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In
erfinderischer Ausgestaltung werden zur Aktivierung des Dichtungsmantels
zum Aufquellen der Perforationsdruck und/oder die Bohrlochtemperatur
und/oder die Flüssigkeit, die in der Förderzone erzeugt
wird, verwendet. Dies sind Kenngrößen die sich
während und/oder nach der Perforation ändern.
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In
einer Ausführungsform wird als Material für den
Dichtungsmantel ein viskoses Material und/oder ein Gummi oder Thermoplast
verwendet.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird der Dichtungsmantel deaktivierbar
ausgebildet und ist nach Deaktivierung für Flüssigkeiten
oder Gase durchlässig. Durch die Deaktivierung lassen sich
vormals abgedichtete Bereiche wieder öffnen.
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Bevorzugt
werden chemische und/oder thermische Aktivierungsstimulatoren zur
Deaktivierung verwendet.
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In
einer Ausführungsform werden als chemische Aktivierungsstimulatoren
aggressive Medien, zum Beispiel Säuren, verwendet, die
den Dichtungsmantel oder Teile des Dichtungsmantels auflösen.
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In
einer erfinderischen Ausgestaltung wird zur thermischen Deaktivierung
ein Heizmodul als Aktivierungsstimulator verwendet, welches zur
Aktivierung an die gewünschte Stelle im Förderrohr und/oder
Futterrohr gebracht wird.
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In
einer Ausgestaltung werden für unterschiedliche Horizonte
unterschiedliche Dichtungsmäntel verwendet, so dass bei
Verwendung unterschiedlicher Aktivierungsstimulatoren eine selektive Öffnung
der Dichtungsmäntel erzielt wird und diese Öffnungen
an das Förderrohr zur Förderung anschließbar
sind.
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In
bevorzugter Ausgestaltung wird im Inneren des Förderrohrs
und/oder Futterrohrs zumindest eine Perforationseinheit eingesetzt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung wird das Förderrohr und/oder
Futterrohr mit der Perforationseinheit modulartig ausgebildet, wobei
jedes Modul aus einem Abschnitt des Förderrohrs und/oder
Futterrohrs und einer Perforationseinheit besteht. Diese Module
lassen sich außerhalb des Bohrlochs miteinander verbinden
z. B. über eine Verschraubung.
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Bevorzugt
werden alle notwendigen Komponenten wie Ladungen, Zündkabelabschnitte
und Drahtstücke, im Modul vorinstalliert, wobei an einem Ende
jedes Moduls die Anschlüsse des elektrischen und ballistischen
Kontakts fest installiert werden und am anderen Ende die Anschlüsse
mit einer Feder vorgespannt werden, so dass nach Verbindung zweier
Module ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer
Kontakt zwischen den einzelnen Modulen gewährleistet ist.
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In
erfinderischer Weiterbildung werden die zu koppelnden Anschlüsse
des ersten Moduls mit den Anschlüssen des angrenzenden
zweiten Moduls so angekoppelt, dass die Anschlüsse in ihrer
Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen
und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse
zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen des
angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich
die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse beim Einsatz
immer berühren.
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In
einer Anwendungsform wird zur Auslösung des oder der Perforationseinheiten
ein gasdruckaktivierter Zündmechanismus verwendet, der am
unteren Ende des Perforationssystems installiert wird.
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In
einer Ausführungsvariante aktiviert, bevorzugt bei Einzelhorizontkomplettierungen,
der gasdruckaktivierte Zündmechanismus einen Aufschlagzünder.
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In
einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei Mehrhorizontkomplettierungen,
wird ein gesonderter elektrischer Detonator für jede Perforationszone
verwendet.
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Hierbei
werden in einer Weiterbildung der Erfindung die Detonatoren über
Drähte verbunden, wobei der Zündmechanismus ein
Induktionsgerät, das durch den Gasdruck betrieben wird,
enthält und der induzierte Strom dann die Detonatoren zündet.
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In
einer anderen Ausführungsform wird als Zündmechanismus
ein drahtbetriebener Feuerungskopf (Wireline Firing Head) verwendet,
der an der Oberseite des Förderrohrstrangs installiert
wird, bevor die Installation im unteren Bereich des Bohrloches erfolgt.
Zur Zündung wird ein Modul am Kabel in das Bohrloch eingefahren,
welches sich oben am Zündmechanismus einklinkt und durch
den elektrischen Anschluss des Bohrlochkopfes an die Perforationseinheit
die elektrischen Signale, die zur Zündung der Detonatoren
erforderlich sind, aufschaltet. Nach der Detonation wird der Zündmechanismus vom
Förderrohrstrang getrennt und mit Hilfe des Kabels aus
dem Bohrloch gefahren.
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In
einer Ausführungsform lösen sich die Elemente
der Perforationseinheit nach der Detonation selbst auf. Hierdurch
wird die Förderung nicht durch Reste der Perforationseinheit
behindert.
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Damit
sich die Elemente der Perforationseinheit nach der Detonation selbst
auflösen können werden für die Ladungsgehäuse
der Hohlladungen bevorzugt reaktive Materialien wie Zink, Aluminium
oder Magnesium verwendet.
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Es
können auch für die Ladungsgehäuse nicht
reaktive Hülsenmaterialien der Ladungen verwendet werden,
die einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen wie Glas
oder Porzellan.
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Ein
erfindungsgemäßes Förderrohr und/oder Futterrohr
zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Förderrohr und/oder Futterrohr auf seiner Außenfläche
einen aufquellbaren Dichtungsmantel aufweist.
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In
einer Ausführungsform ist das Material des Dichtungsmantels
ein viskoses Material und/oder ein Gummi oder Thermoplast.
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Bevorzugt
ist der Dichtungsmantel deaktivierbar und nach Deaktivierung für
Flüssigkeiten durchlässig.
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In
einer Ausführungsform ist das Förderrohr und/oder
Futterrohr modulartig ausgebildet und ist in jedem Modul zumindest
eine Perforationseinheit eingesetzt.
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In
einer Ausgestaltung sind an einem Ende jedes Moduls die Anschlüsse
des elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert und
am anderen Ende die Kontakte mit einer Feder vorgespannt, so dass
nach Verbindung zweier Module ein zuverlässiger elektrischer
und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen gewährleistet
ist.
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In
bevorzugter Weiterbildung sind die zu koppelnden Anschlüsse
des ersten Moduls mit den Anschlüssen des angrenzenden
zweiten Moduls so angekoppelt, dass die Anschlüsse in ihrer
Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen
und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse
zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen des
angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich
die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse beim Einsatz
immer berühren.
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In
einer erfinderischen Ausgestaltung beinhalten die Perforationseinheiten
Ladungsgehäuse der Hohlladungen, die sich nach der Detonation selbst
auflösen.
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Bevorzugt
bestehen die Ladungsgehäuse der Hohlladungen aus reaktiven
Materialien, wie Zink, Aluminium oder Magnesium, oder aus nicht
reaktiven Materialienbestehen, die nach Detonation der Hohlladungen
einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen, wie Glas oder
Porzellan.
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Nachfolgend
wird die Erfindung im Detail beschrieben.
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Eine
gleichzeitig Perforation aller Förderhorizonte lässt
sich problemlos erreichen, wenn man konventionelle Perforationssysteme
zusammen mit der Förderrohrtechnik einsetzt. Um verschiedene
Horizonte voneinander zu trennen, und einzelne Perforationskanäle
abzudichten, wird eine Abdichtvorrichtung auf der Außenseite
des Förderrohres vorgeschlagen. Als Abdichtvorrichtung
kann ein Schieber verwendet werden. Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein
Dichtungsmantel eingesetzt, der außen am Führungsrohr
installiert wird, und der unter bestimmten Bedingungen aktiviert
wird. Das Dichtungsmaterial des Dichtungsmantels erstreckt sich
bevorzugt über die gesamte Länge der sidetrack-Komplettierung,
d. h. eines Seitenstranges. Es ist möglich, dass die Perforationshorizonte,
die für eine sofortige Produktion bestimmt sind, nicht
mit dem Dichtungsmaterial ausgerüstet werden, wenn dies
durch die Geologie oder Produktionsbedingungen erforderlich ist.
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Der
Perforationsdruck, die Bohrlochtemperatur oder die Flüssigkeit,
die von der Förderzone erzeugt werden, können
zur Aktivierung des Dichtungsmantels verwendet werden, wodurch das
Material des Dichtungsmantels aufquillt und den Ringspalt zwischen
dem Führungsrohr und dem offenen Loch schließt.
Der Dichtungsmantel kann aus einem viskosen Material gefertigt werden,
zum Beispiel aus einer Art Gummi oder Thermoplast, der unmittelbar
nach der Perforation freigelegt wird. Die Aktivierung und Aufquellung
des Dichtungsmantels muss nach der Perforation erfolgen.
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Nach
Aktivierung des Dichtungsmantels werden die verschiedenen Zonen
isoliert, und alle gewünschten Perforationskanäle
im Reservoir werden geschlossen und somit vom Förderrohr
getrennt. Die Kanäle werden an der Stelle, wo kein Dichtungsmantel
aufgebracht wurde, direkt an das Förderrohr angebunden,
und sind somit für die Förderung bereit. Sobald
das Dichtungsmaterial des Dichtungsmantels aufgequollen ist, verschließt
es nicht nur den Ringspalt, sondern zentriert auch das Förderrohr
im offenen Bohrloch.
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Um
bestimmte, gewünschte Horizonte zu verbinden, können
verschiedene Arten der Deaktivierung des Dichtungsmaterials zum
Einsatz kommen. Es können insbesondere chemische und thermische Aktivierungsstimulatoren
zum Einsatz kommen. Durch Einsatz aggressiver Medien, zum Beispiel
von Säuren, können Teile des Dichtungsmaterials
aufgelöst werden. Für unterschiedliche Horizonte
müssen unterschiedliche Dichtungsmaterialien zum Einsatz kommen,
d. h. bei Verwendung unterschiedlicher Säuren ist eine
selektive Öffnung der Perforationskanäle erzielbar.
Für die Auflösung des Dichtungsmaterials durch
Wärmezufuhr, kann ein Heizmodul zum Einsatz kommen, das
unter Verwendung eines Wireline Traktors an die entsprechende Stelle
gebracht wird. In Abhängigkeit von der Position des Heizmoduls,
lassen sich selektiv Horizonte öffnen und an das Förderrohr
zur Förderung anschließen.
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Die
Kohlenwasserstoffförderung selbst erfolgt direkt über
das Förderrohr. Das Förderrohr fungiert auch als
Transportmechanismus für das Perforationssystem. Ein Förderrohr
aus Stahl mit einem Dichtungsmantel aus Dichtungsmaterial transportiert die
Perforationseinheit im Bohrloch abwärts und dient zur Komplettierung
des side track, d. h. des Seitenstranges. Um einen freien Fließweg
zu erhalten und den Zugang zum Bohrloch zwecks Wartungsarbeiten
zu gewähren, kommt im Inneren des Förderrohres
eine selbstauflösende Perforationseinheit zum Einsatz.
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Eine
Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht in dem Einsatz
von reaktiven Materialien für die Ladungsgehäuse
zwecks Erzeugung einer sich selbst zerlegenden Ladung (z. B. Zink
oder Magnesium). Die Ladungen werden an Stellen angebracht, die
für die Förderung im Förderrohr vorgesehen
sind. In jedem einzelnen Horizont, werden die Ladungen über
Sprengschnüre verbunden. Zwischen verschiedenen Abschnitten
des Förderrohrs kommt ein Booster-Booster ballistischer
Transfer für die ballistische und elektrische Verbindung
zum Einsatz. Verschiedene Perforationszonen werden über
Drähte angeschlossen. Jede Perforationszone hat einen eigenen Detonator
zur Zündung der Detonation.
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Um
eine schnelle Montage dieser Installation an der Bohrlochstelle
zu gewährleisten, werden alle Ladungen, Zündkabelabschnitte
und Drahtstücke im Förderrohr vorinstalliert,
bevor sie an die Bohrlochstelle transportiert werden. Das Förderrohr
hat an den Enden flache Gewindeverbindungen (z. B. Extreme Line
Joints). Die Draht- und Boosterverbinder werden im Inneren des Förderrohres
mittig befestigt. Die eine Seite des Anschlusses wird immer fest
installiert, während die andere Seite mit einer Feder vorgespannt
wird. Damit wird ein zuverlässiger, elektrischer und ballistischer
Kontakt zwischen den einzelnen Rohrstücken gewährleistet.
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Für
die Auslösung der Perforationseinheit können verschiedene
Vorrichtungen zum Einsatz kommen. Für den Einsatz bei einmaliger
Einfahrt wird ein gasdruckaktivierter Zündmechanismus vorgeschlagen,
der am unteren Ende der Perforationseinheit installiert werden kann.
Dieser Zündmechanismus kann einen Aufschlagzünder
für Einzelhorizontkomplettierungen oder für mehrere
Horizonte aktivieren, in denen die einzelnen Perforationsbereiche über
eine Sprengschnur verbunden sind. Bei dieser Anwendung kommt nur
ein einzelner Detonator zum Einsatz.
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Alternativ
kann ein gasinitiierter, induktiv-elektrischer Zündmechanismus
zum Einsatz kommen. Solch ein Gerät würde durch
Bewegung eines Kolbens in einer Spule einen elektrischen Strom induzieren,
der verwendet wird, um die verschiedenen elektrischen Detonatoren
im Inneren des Förderrohres zu initiieren. Eine weitere
Möglichkeit zur Zündung bestünde in der
Verwendung eines Wireline Firing Heads am oberen Ende der Installation,
die an alle Detonatoren angeschlossen wird. In diesem Falle muss
ein Kabel im Bohrloch nach unten verlegt und an den Zündmechanismus
angeschlossen werden. Der Sprengimpuls wird dann über Kabel
bohrlochabwärts gesendet.
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Eine
solche Zündvorrichtung würde den Einsatz von elektrischen
und elektronischen Detonatoren oder von EFI/EBW ermöglichen,
die den zusätzlichen Vorteil haben, dass sie HF-sicher
sind. Dadurch lässt sich ein sicherer Betrieb des Systems
erreichen. Sogar der Funkverkehr muss während der Verwendung
nicht unterbrochen werden. Das eingeklinkte Kabel wird verwendet,
um den Sprengkopf nach der Sprengung auszufahren. Dadurch werden, wie
bereits erwähnt, ein freier Fließweg und ein direkter
Zugang für die spätere Instandhaltungsarbeit ermöglicht.
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Das
System enthält im Einzelnen die folgenden Komponenten:
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Hohlladungen
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Für
das erfindungsgemäße Verfahren bzw. System ist
eine standardmäßige Hohlladung so zu modifizieren,
dass sie sich selbst zerlegt. Es wird vorgeschlagen, reaktive Materialien
für die Ladungsgehäuse zu verwenden. Als reaktive
Materialien könnten einerseits Metalle wie Zink, Aluminium
oder Magnesium verwendet werden. Bei Zinkladungen kann es zu Problemen
mit bestimmten Bohrlochspülungen kommen. Daher ist eine
genaue Analyse der Bohrlochbedingungen erforderlich, bevor dieses
Material zum Einsatz kommen kann. Der Vorteil von Zink besteht in
seiner leichten Löslichkeit in Säure, wodurch die Überreste
der Ladungen problemlos aufgelöst werden können.
Des Weiteren liegen die Überreste der Zinkladungen normalerweise
als feiner Staub vor, der eine sehr große Oberfläche
aufweist, wodurch eine Auflösung der Überreste
noch verstärkt wird.
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Aluminium
und Magnesium sind sehr reaktive Materialien, die bereits während
des Detonationsvorgangs der Hohlladungen reagieren. Des Weiteren reagiert
Magnesium mit Wasser, was sich wiederum förderlich auf
die Auflösung der Überreste auswirkt.
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Eine
Alternative zur Lösung des Problems einer selbstzerlegenden
Hohlladung bestünde in dem Einsatz von reaktiven Materialien,
wie Treibmitteln oder Sprengstoffen in Kombination mit reaktiven
Bindemitteln zur Herstellung des Gehäuses der Hohlladung.
Eine ähnliche Lösung ist aus militärischen
Anwendungen von hülsenloser Munition her bekannt.
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Eine
weitere Lösung wäre die Verwendung von nicht reaktiven
Hülsenmaterialien, die einen feinen, sandähnlichen
Staub erzeugen. Glas oder Porzellan sind Materialien, die für
Hohlladungsgehäuse verwendet werden können und
die lediglich feine Partikel hinterlassen. Diese könnten
dann mit den ersten geförderten Mengen aus dem Bohrloch
ausgewaschen und in einem Sandabscheider von den Kohlenwasserstoffen
getrennt werden. Dadurch werden, wie bereits erwähnt, ein
freier Fließweg und ein direkter Zugang für die
spätere Instandhaltung ermöglicht.
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Förderrohr und Verbinder
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Es
kommt ein standardmäßiges Förderrohr mit
flachen Gewindeverbindungen (z. B. Extreme Line Joints) an den Enden
zum Einsatz. Dadurch können die Förderrohre ohne
Muffen verschraubt werden, wodurch man eine flache Oberfläche
nach Fertigstellung des Rohres erhält. Es kommen standardmäßige Materialien
und Größen von Förderrohren zum Einsatz.
Der gewünschte Durchmesserbereich beträgt 2–7/8'',
3–3/8'', 4'', 4½'', 5'' mit einer Standardlänge
von 3–9 m. Kleinere und größere Durchmesser
können jedoch auch verwendet werden (min. 1–9/16''/max.
7'').
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Initiierungsvorrichtung, ballistische Übertragung
und elektrischer Kontakt
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Für
das System können verschiedene Initiierungsvorrichtungen
zum Einsatz kommen. Es werden drei verschiedene Systeme vorgeschlagen.
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Vorzugsweise
kommt ein gasaktivierter Zündmechanismus zum Einsatz, der
am Ende des Perforationssystems installiert wird. Dadurch ist eine Installation
in einem Arbeitsgang mit ferngesteuerter Zündung der Perforationseinheiten
möglich.
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Bei
Einzelhorizontkomplettierungen aktiviert dieser gasaktivierte Zündmechanismus
einen Aufschlagzünder. (Mechanischer, gasaktivierter Zündmechanismus).
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Bei
Mehrhorizontkomplettierungen wird ein gesonderter elektrischer Detonator
für jede Perforationszone vorgeschlagen. Die Detonatoren
werden über Drähte verbunden. Der Zündmechanismus
enthält ein Induktionsgerät, das durch den Gasdruck
betrieben wird. Der induzierte Strom zündet dann die elektrischen
Detonatoren. (Elektrischer, induktiver, gasaktivierter Zündmechanismus).
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Die
dritte Möglichkeit für die Initiierung besteht
in dem Einsatz eines Wireline Firing Head. Dieser Firing Head wird
an der Oberseite des Förderrohrstrangs installiert, bevor
die Installation im unteren Bereich des Bohrloches erfolgt. An der
Oberseite befindet sich ein Schnappmechanismus. Zur Zündung
wird ein Modul am Kabel in das Bohrloch eingefahren und klinkt sich
oben am Zündmechanismus ein. Durch den elektrischen Anschluss
des Bohrlochkopfes an die Perforationseinheit können die
elektrischen Signale, die zur Zündung der Detonatoren erforderlich
sind, aufgeschaltet werden. Nach der Detonation wird der Zündmechanismus
vom Förderrohrstrang getrennt und wird mit Hilfe des Kabels
aus dem Bohrloch gefahren.
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Der
Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass eine zusätzliche
Einfahrt ins Bohrloch erforderlich ist. Andererseits besteht ein
Vorteil darin, dass es möglich ist, elektronische Detonatoren
oder EBW-/EFI-Initiatoren zu verwenden. Diese Detonatoren sind HF-sicher,
daher ist es nicht erforderlich, den Funkverkehr während
des Einsatzes einzustellen. Somit erhält das System eine
zusätzliche Sicherheit, insbesondere unter Offshore-Bedingungen.
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Jedes
Förderrohr wird mit den Ladungen, dem Zündkabel,
den Detonatoren, Drähten, ballistischen und elektrischen Übertragungsvorrichtungen ausgerüstet,
bevor der Transport zum Bohrlochstandort erfolgt. Am Ende jedes
Förderrohrs wird eine Verbindereinheit installiert, wie
sie in der
EP 1 828
709 A1 beschrieben ist. Die eine Seite wird befestigt und
die andere über eine Feder gespannt. Dadurch wird eine
sichere Übertragung der Detonation und/oder der elektrischen
Signale zwischen den verschiedenen Abschnitten gewährleistet.
Während der Installation des Systems vor Ort am Bohrloch,
werden die Gewindeteile der Förderrohrabschnitte zusammengeschraubt.
Dabei sind keine Beeinträchtigungen der elektrischen und
ballistischen Anschlüsse zu befürchten. Dieses
Verfahren ermöglicht eine einfache, sichere, zuverlässige
und schnelle Montage der Förderrohrabschnitte.
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Dichtungsmantel
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Der
Dichtungsmantel ist ein zentraler Bestandteil des Systems. Dabei
kann ein Material verwendet werden, das sich entweder in Verbindung
mit bestimmten Flüssigkeiten ausdehnt, wenn der Perforationsdruck
anliegt oder wenn eine Wärmeeinwirkung vorliegt. Der Dichtungsmantel
wird an der Außenseite des Förderrohres aus Stahl
installiert. Das Aufbringen des Materials auf die Außenfläche
des Stahlrohres kann durch Kleben, Vulkanisieren, thermisches Schrumpfen,
Strangziehen oder andere robuste Befestigungsmethoden erfolgen.
Der Ausdehnungskoeffizient ist sorgfältig auszuwählen,
abhängig vom minimalen und maximalen Durchmesser des offenen
Loches.
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Um
eine selektive Öffnung der Perforationskanäle
für die Förderung zu ermöglichen, muss
es möglich sein, das Dichtungsmaterial an bestimmten Stellen
und zu bestimmten Zeitpunkten mit speziellen Methoden zu deaktivieren
und zu öffnen.
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Das
Dichtungsmaterial könnte durch Wärmeeinwirkung
weggeschmolzen werden. Dazu kann ein Heizungsmodul zum Einsatz kommen,
das an einem Kabel in das Bohrloch eingefahren wird. Dabei kann
ein Bohrlochtraktor für horizontale Bohrlöcher zum
Einsatz kommen. Mit diesem Modul wird die erforderliche Wärmeenergie
für die Auflösung des Dichtungsmantels erzeugt.
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Eine
andere Möglichkeit der selektiven Öffnung des
Dichtungsmantels besteht im Einsatz von aggressiven Chemikalien,
z. B. Säuren, die den Dichtungsmantel auflösen.
Zum Entfernen bestimmter Bereiche durch Ätzen ist entweder
der Einsatz unterschiedlicher Arten von Dichtungsmaterialien erforderlich,
die nur mit bestimmten Chemikalien reagieren, oder eine Trennung
der einzelnen Bereiche mit Packern notwendig.
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Öffnungsmodul
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In
Abhängigkeit von der Art des Dichtungsmaterials, muss ein
Heizungsmodul verwendet werden, um im Bohrloch genügend
Wärme erzeugen zu können, mit Hilfe derer die
abgedichteten Kanäle wieder geöffnet werden können.
Diese Vorrichtung ist nur dann erforderlich, wenn keine chemische
Methode zur Öffnung der Bereiche zum Einsatz kommt.
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Absperrung verschiedener Horizonte
innerhalb des Förderrohres
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Standardmäßige
Absperrvorrichtungen, wie Verschlussstopfen oder Packer lassen sich
im Förderrohrstrang mit standardmäßigen
Methoden installieren, beispielsweise mit Kabeln in Kombination
mit einem Traktor für horizontale Bohrlöcher.
Zusätzlich können Absperrvorrichtungen an der
Oberfläche während der Installation des Förderrohrs
installiert werden. Bei dieser Anwendungsart muss sichergestellt
werden, dass die Absperrvorrichtungen in der Lage sind, den während
der Perforation entstehenden Detonationsdruck aushalten. Des Weiteren
ist der Zugang zu den tiefer gelegenen Abschnitten der Installation
aufgrund von Absperrvorrichtungen im Inneren des Führungsrohres
beschränkt.
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Die
vorgeschlagene Lösung für das Problem der Komplettierung
von Through Tubing Rotary Drill Bohrungen für Bohrlöcher,
ohne des Einsatzes von zementierten Führungsrohren, stellt
eine überaus variable und moderne Komplettierung dar.
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Im
Einzelnen bietet die Lösung eine zuverlässige
und robuste Methode zum Anschluss der Förderhorizonte an
das Bohrloch durch den Einsatz von standardmäßigen
Perforationssystemen, die in der Industrie gut bekannt sind. Durch
den Einsatz eines gasaktivierten Zündmechanismus in mechanischer oder
induktiv-elektrischer Funktionsweise ist eine Fernaktivierung des
Perforationssystems möglich. Da das Perforationssystem
im Inneren des Führungsrohres installiert wird und standardmäßige
Gewinde verwendet werden, die am Bohrlochstandort verschraubt werden,
ohne dass dabei eine Beeinträchtigung der elektrischen
oder ballistischen Kontakte zu befürchten ist, lässt
sich die erforderlich Montagezeit minimieren, und das Bohrloch kann
in kürzestmöglicher Zeit fertiggestellt und in
Betrieb genommen werden.
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Das
System kann in einem Arbeitsgang im Bohrloch installiert werden.
Das Perforationssystem wird innerhalb des Förderrohrstrangs
installiert, mit dem das Bohrloch komplettiert wird. Durch den Einsatz
eines sich selbst zerlegenden Perforationssystems, werden ein freier
Fließweg und ein problemloser Zugang zur Wartung des Bohrloches
erzielt. Der Durchmesser des Systems wird so ausgelegt, dass das
System über ein Seitenfenster im Futterrohr eingeführt
werden kann. Dabei werden die vorgegebenen Mindestabmessungen für Öffnungsbereiche
eingehalten.
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Durch
den Einsatz einer Öffnungsvorrichtung, ist eine selektive Öffnung
der Perforationskanäle bei Mehrhorizontkomplettierungen
mit einer selektiven Förderung in verschiedenen Horizonten
möglich. Die entsprechenden Intervalle werden nur durch die
standardmäßige Förderrohrtechnik begrenzt.
Das System kann in Öl- und Gasbohrlöchern mit
feuchten oder trockenen Bedingungen eingesetzt werden.
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Aufgrund
der superflachen Außenfläche der Komplettierungsstrecke,
die mit einer Dichtungsmantel beschichtet wird, ist das Führungsrohr
mit Untertage installierten Sicherheitsventilen [Subsurface Safety
Valves (SCSSV)] oder mit anderen empfindlichen Bohrlochausrüstungen,
die sich in der Anlage befinden, kompatibel.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.
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1 zeigt
ein Bohrloch 1 als Hauptbohrloch und ein abzweigender Nebenstrang
als Bohrloch 2. In den nachfolgenden Figuren wird eine
Komplettierung des Bohrlochs 2 vor der Aufnahme der Förderung
beschrieben. Das Bohrloch 2 ist in verschiedene Zonen 13a, 13b, 13c unterteilt
und jede Zone erfordert eine andere Komplettierung bzw. zu einem
anderen Zeitpunkt.
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2 zeigt
eine fertige Komplettierung für die Zonen 13a und 13b,
die aus miteinander verbundenen Modulen 11a, 11b und 11c bestehen.
Jedes der genannten Module 11a, 11b, 11c besteht
aus einem Förderrohr 4a, 4b, 4c, welche
auf Ihrer Außenseite jeweils mit einem Dichtungsmantel 6 versehen sind.
Die Förderrohre 4a, 4c mit ihren Dichtungsmänteln 6 sind
perforiert, so dass über die Perforationskanäle 14 gefördert
werden kann.
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3 zeigt
ein Förderrohr 4, welches auf seiner Außenfläche
mit einem Dichtungsmantel 6 versehen ist. Zur Deaktivierung
des Dichtungsmantels 6, d. h. zur Auflösung des
Dichtungsmantels 6 an bestimmten Stellen, können
verschiedene Methoden angewendet werden. Für die Auflösung
des Dichtungsmantels 6 durch Wärmezufuhr, kann
ein Heizmodul 7 zum Einsatz kommen, das unter Verwendung
eines Well-Tractor mit Wireline Unit an die entsprechende Stelle
gebracht wird. Das Heizmodul 7 erhitzt den Dichtungsmantel 6 an
den gewünschten Stellen, wodurch das Material des Dichtungsmantels an
diesen Stellen schmilzt und dadurch Öffnungskanäle
schafft. Hierdurch werden Perforationskanäle 14 zur
Förderung angeschlossen.
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4 zeigt
ein Förderrohr 4, welches auf seiner Außenfläche
mit einem Dichtungsmantel 6 versehen ist. Zur Deaktivierung
des Dichtungsmantels 6, d. h. zur Auflösung des
Dichtungsmantels 6 an bestimmten Stellen, werden hier chemische
Aktivierungsstimulatoren eingesetzt. Dies sind hier aggressive Säuren 17,
die Teile des Dichtungsmantels 6 auflösen.
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5 zeigt
ein Modul 11a, bestehend unter anderem aus einem Förderrohr 4 mit
einem Dichtungsmantel 6, der aktiviert d. h. geschlossen
ist und als Abdichtung wirkt. Die Perforationskanäle 14 sind so
von der Förderung abgeschottet. Die Hohlladungen haben
sich nach der Detonation aufgelöst und es sind keine Überreste
vorhanden.
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6 zeigt
zwei miteinander über eine Verschraubung 18 verbundene
Module 11a, 11b mit jeweils einer Perforationseinheit 5.
Jede Perforationseinheit 5 besteht aus einem rohrförmigen
Gehäuse, in welches Hohlladungen 10 eingesetzt
sind. Diese Hohlladungen 10 bestehen jeweils aus einem Ladungsgehäuse 9 mit
einer eingesetzten Ladung. Außerdem weist jede Perforationseinheit 5 eine
Zündschnur zur Initiierung der Hohlladungen 10 und
einen elektrisch leitfähigen Draht 19 auf. Zur
Kopplung zwischen diesen sind diese Anschlüsse 12 zwischen den
Modulen 11a, 11b miteinander verbunden.
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Jedes
Modul 11a, 11b enthält alle notwendigen
Komponenten wie Ladungen, Zündkabelabschnitte und Drähte 19,
die im Modul 11 vorinstalliert sind, wobei an einem Ende
jedes Moduls 11 die Anschlüsse 12a des
elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert werden
und am anderen Ende die Anschlüsse 12b mit einer
Feder 8 vorgespannt werden, so dass nach Verbindung zweier
Module 11 ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer
Kontakt zwischen den einzelnen Modulen 11 gewährleistet ist.
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Die
zu koppelnden Anschlüsse des ersten Moduls 11 sind
mit den Anschlüssen des angrenzenden zweiten Moduls so
angekoppelt, dass die Anschlüsse 12a, 12b in
ihrer Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz
den elektrischen und ballistischen Kontakt übertragen,
wobei die Anschlüsse 12b zumindest eines Moduls
in Richtung zu den Anschlüssen des angrenzenden anderen
Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich die Stirnseiten der benachbarten
Anschlüsse 12a, 12b beim Einsatz immer
berühren.
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7 zeigt
einen Auszug aus der Komplettierung eines Bohrlochs. Zu erkennen
sind die einzelnen Module 11a, 11b in den zwei
Zonen 13b und 13a. Jedes Modul besteht aus einem
Förderrohr 4 mit einem Dichtungsmantel 6 (siehe
vorherige Figuren). Am unteren Ende ist ein gasdruckaktivierter
Zündkopf 15 angeordnet, der die Zündung
der Hohlladungen 10 initiiert. Das Zündsignal
wird an die einzelnen Perforationseinheiten in den Modulen geleitet
und zündet dort die Hohlladungen. Mit dem Bezugszeichen 16 ist
ein Detonator zur Initiierung der angrenzenden Zündschnur
in der Zone 13b bezeichnet, der wiederum die Hohlladungen
in den Perforationseinheiten der Module in dieser Zone initiiert,
d. h. zur Explosion bringt. Es kann so beliebig gesteuert werden, in welchen
Zonen die Förderung durch Schaffung der Perforationskanäle
aufgenommen werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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