DE10258220A1 - Production of borehole, for conveying crude oil from underwater regions, involves using drill string comprising pipes made from light high strength material and drill head - Google Patents

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Abstract

Production of a borehole (1) involves using a drill string (2) comprising pipes (2R) and a drill head (3). The pipes of the drill string and the pipes (4R) of a lining (4) are made from a light high strength material. A drilling fluid (5) having a high density is used, so that at least the drill string during drilling and the pipes of the lining float in the drilling fluid and/or in the drilling mud (10). Preferred Features: Contact of the drill string with the lining, contact of the drill string with the inner wall of the borehole and contact of the pipes of the lining with the inner wall of the borehole during insertion into the borehole are prevented.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines Bohrlochs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method to form a borehole according to the preamble of the claim 1.

Ein solches Verfahren kommen bei der Erschließung von unterseeischen Rohölquellen zur Anwendung.Such a procedure come with the development from undersea crude oil sources to use.

Es ist bekannt, dass zur Förderung von Rohöl aus unterseeischen Bereichen von einem Bohrturm aus, mit Hilfe eines Bohrgestänges, das an einem Ende mit einem Bohrkopf versehen ist, eine Bohrung auf dem Meeresboden begonnen wird. Das Bohrloch wird zunächst senkrecht zum Meeresboden ausgerichtet. Das Bohrgestänge steht mit einer Dreh- und Vorschubeinrichtung in Verbindung, die das Bohrgestänge in Rotation und damit den Bohrkopf in Bewegung versetzt. Durch den Innenbereich des Bohrgestänges und den Bohrkopf wird Bohrflüssigkeit zum Ende des Bohrlochs transportiert. Die Dichte der. Bohrflüssigkeit beträgt 1000 bis 1800 kg/m3. Das durch den Bohrkopf gelöste und mit der Bohrflüssigkeit vermischte Material wird in Form von Bohrschlamm an der Außenseite des Bohrgestänges zur Öffnung des Bohrlochs am Meeresboden transportiert. Die bis jetzt bekannten Bohrgestänge werden aus Stahlrohen zusammengefügt, die eine Länge von 9m bis 14m aufweisen. Diese Stahlrohre haben eine Dichte von etwa 7800 kg/m3. Die Enden von jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Stahlrohren werden mechanisch miteinander verbunden. Mit fortschreitender Länge des Bohrlochs wird das Bohrgestänge mittels weiterer Rohre in dieser Weise verlängert, bis eine Auskleidung des bereits ausgebildeten Bohrlochs notwendig wird. Dazu wird das Bohrgestänge vollständig aus dem Bohrloch gezogen, und wieder in die ein zelnen Rohre zerlegt. Dann wird das Bohrloch mit einer Auskleidung versehen. Anschließend wird das Bohrgestänge wieder zusammengesetzt und die Bohrung wird vorgesetzt. Hat der senkrecht zum Meeresboden ausgerichtete Abschnitt des Bohrlochs eine festgelegte Tiefe erreicht, wird das Bohrloch horizontal weitergeführt, bis eine vorbestimmte ölführende Schicht erreicht ist. Bei der Ausbildung des horizontal geführten Abschnitts des Bohrlochs wird in gleicher Weise verfahren wie bei der Ausbildung des senkrecht geführten Abschnitts des Bohrlochs.It is known that in order to extract crude oil from undersea areas from a drilling rig, drilling is started on the sea floor with the aid of a drill pipe which is provided with a drilling head at one end. The borehole is initially aligned perpendicular to the sea floor. The drill pipe is connected to a rotary and feed device which sets the drill pipe in rotation and thus the drill head in motion. Drilling fluid is transported to the end of the borehole through the interior of the drill pipe and the drill head. The density of the. Drilling fluid is 1000 to 1800 kg / m 3 . The material loosened by the drill head and mixed with the drilling fluid is transported in the form of drilling mud on the outside of the drill pipe to open the borehole on the sea floor. The previously known drill pipes are assembled from steel pipes that have a length of 9m to 14m. These steel pipes have a density of around 7800 kg / m 3 . The ends of two steel pipes immediately following one another are mechanically connected to one another. As the length of the borehole progresses, the drill pipe is extended in this way by means of further pipes until lining of the borehole which has already been formed becomes necessary. For this purpose, the drill pipe is pulled completely out of the borehole and broken down into the individual pipes. The well is then lined. The drill pipe is then reassembled and the hole is advanced. When the section of the borehole oriented perpendicular to the seabed has reached a defined depth, the borehole is continued horizontally until a predetermined oil-bearing layer is reached. The horizontal section of the borehole is formed in the same manner as the vertical section of the borehole.

Die bis jetzt für Bohrlöcher der eingangs genannten Art verwendeten Auskleidungen, werden aus Stahlrohren zusammengefügt. Die Stahlrohre, von denen jedes eine Länge von etwa 12m aufweist, werden hierfür nacheinander in das Bohrloch geschoben. Die Enden von jeweils zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Stahlrohren werden mechanisch miteinander verbunden. Im Bereich der nichtölführenden Schichten wird die Auskleidung als „Casing" bezeichnet, während sie im Bereich der ölführenden Schichten die Bezeichnung „Liner" trägt. Der Raum zwischen den Innenflächen eines jeden Bohrlochs und den Außenflächen der Stahlrohre wird auszementiert. Hierfür wird innerhalb der Auskleidung ein Hilfsrohr mit geringerem Durchmesser bis zum Ende des letzten Stahlrohres geführt. Anschließend wird durch dieses Hilfsrohr Zement bis zum Ende der Auskleidung gepumpt und von dort aus in den Zwischenraum zwischen den Innenflächen des jeweiligen Bohrrohrs und der Auskleidung gepresst. Die Stahlrohre der Auskleidung und die Zementierung, welche in der ölführenden Schicht angeordnet sind, werden mit Öffnungen versehen. Dadurch wird erreicht, dass das Rohöl der ölführenden Schicht in den Innenbereich der Auskleidung fließen und von dort aus zum oberen Ende des Bohrlochs gefördert werden kann.The so far for drill holes of the aforementioned The linings used are assembled from steel pipes. The Steel pipes, each of which is about 12m long therefor pushed one after the other into the borehole. The ends of two each Steel pipes immediately following one another are mechanically interconnected connected. In the area of non-oil-bearing Layers the lining is referred to as "casing" while it is in the area of the oil-bearing layers is called "Liner". The Space between the inner surfaces each borehole and the outer surfaces of the steel pipes is cemented. Therefor becomes an auxiliary tube with a smaller diameter within the lining led to the end of the last steel pipe. Then through this auxiliary pipe cement and pumped to the end of the liner thence into the space between the inner surfaces of the the respective drill pipe and the lining. The steel pipes the lining and the cementation, which in the oil-carrying Layer are arranged, are provided with openings. Thereby is achieved that the crude oil the oil-bearing Layer flow into the interior of the liner and from there to the top Extracted end of borehole can be.

Bohrlöcher dieser Art sind in der Regel so ausgebildet, dass sie zunächst einige hundert Meter senkrecht in den Meeresboden geführt und anschließend in horizontaler Richtung weiter ausgebildet werden. Diese horizontalen Abschnitte eines Bohrloches können mehrere tausend Meter lang sein. Die hohe Dichte von Stahl begrenzt die maximal erreichbare horizontale Länge dieser Bohrlöcher. Ab einem bestimmten Punkt wird die Reibung zwischen dem Bohrgestänge und der Auskleidung des Bohrlochs auf Grund des Eigengewichts des Bohrgestänges so groß, dass die axialen Kräfte zu einem Knicken des Bohrgestänges bzw. der Auskleidung führen. Dadurch kommt zu der ohnehin bereits großen Reibkraft, hervorgerufen durch das Eigengewicht des Bohrgestänges, noch die Anpresskraft des geknickten Rohres an der Innenwand des Bohrlochs hinzu. Erhöht sich die Axialkraft noch weiter, so kommt es zur Überlagerung von mehreren Knickfrequenzen. Sobald diese Form des Knicken auftritt, ist so gut wie kein Vortrieb mehr möglich.Drill holes of this type are in the Usually trained so that they are initially a few hundred meters vertical led into the seabed and subsequently be trained further in the horizontal direction. This horizontal Sections of a borehole can be several thousand meters long. The high density of steel limits the maximum achievable horizontal length of these holes. From a certain point is the friction between the drill string and due to the weight of the drill pipe, the lining of the borehole is so large that the axial forces to a kinking of the drill pipe or the lining. This leads to the already high frictional force due to the weight of the drill pipe, the contact pressure of the kinked pipe on the inner wall of the borehole. Increases If the axial force is further increased, several buckling frequencies are superimposed. As soon as this form of buckling occurs is virtually no more propulsion possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die bei der Ausbildung eines Bohrlochs in unterseeischen Bereichen auftretenden Reibungskräfte auf ein Minimum reduziert werden können.The invention is based on the object Demonstrate the process by which to drill a hole frictional forces occurring in undersea areas can be reduced to a minimum.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is due to the characteristics of claim 1 solved.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Other inventive features are in the dependent claims characterized.

Die Erfindung wird nachfolgend an Fund einer schematischen Zeichnung näher erläutert.The invention will follow Find a schematic drawing explained in more detail.

Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt ein Bohrloch 1, ein Bohrgestänge 2, einen Bohrkopf 3, eine Auskleidung 4 sowie Bohrflüssigkeit 5. Das Bohrloch 1 wird von der Plattform (hier nicht dargestellt) eines Bohrturms 6 aus, im Meeresboden 7 ausgebildet. Das Bohrloch 1 wird zunächst mehrere hundert Meter senkrecht nach unten und dann horizontal bis in eine vorbestimmte ölführende Schicht 8 weitergeführt. Bis zum Erreichen der ölführend Schicht 8 muss der horizontale Abschnitt des Bohrlochs 1 mehre tausend Meter lang ausgebildet werden. Um das zu ermöglichen, wird ein Bohrgestänge 2 verwendetet, das aus Rohren 2R zusammengebaut ist, die aus einem leichten und hochfesten Material gefertigt werden. Vorzugsweise wird hierfür ein Kunststoff in Form eines Epoxidharzes, eines Vinylesterharzes oder eines Polyesterharzes verwendet. Die Rohre 2R können auch aus einem thermoplastischen Werkstoff in Form von Polypropylen oder Polyetheretherketon gefertigt werden. Bei der Herstellung der Rohre 2R werden Fasern aus Kohlenstoff zur Verstärkung in den Kunststoff eingebettet. Die fertig gestellten Rohre 2R weisen eine Dichte von etwa 1600 kg/m3 auf. Der Bohrkopf 3 ist an dem ersten in das Bohrloch 1 einzuführenden Rohr 2R des Bohrgestänges 2 befestigt. Das bis zur Plattform des Bohrturms 6 geführte zweite Ende des Bohrgestänges 2 steht mit einer Dreh- und Vorschubeinrichtung (hier nicht dargestellt) in Verbindung, von der das gesamte Bohrgestänge 2 in Rotation versetzt wird, wobei der Bohrkopf 3 mit gedreht wird.The only figure belonging to the description shows a borehole 1 , a drill pipe 2 , a drill head 3 , a lining 4 as well as drilling fluid 5 , The borehole 1 is from the platform (not shown here) of a derrick 6 out, in the seabed 7 educated. The borehole 1 is first several hundred meters vertically downwards and then horizontally into a predetermined oil-bearing layer 8th continued. Until the oil-bearing layer is reached 8th must be the horizontal section of the borehole 1 be trained several thousand meters long. To make this possible, a drill pipe is used 2 used that from pipes 2R is assembled from a light and high strength Ma be manufactured. A plastic in the form of an epoxy resin, a vinyl ester resin or a polyester resin is preferably used for this. The pipes 2R can also be made from a thermoplastic material in the form of polypropylene or polyether ether ketone. In the manufacture of the pipes 2R carbon fibers are embedded in the plastic for reinforcement. The finished pipes 2R have a density of about 1600 kg / m 3 . The drill head 3 is at the first in the borehole 1 pipe to be inserted 2R of the drill pipe 2 attached. That to the platform of the derrick 6 guided second end of the drill pipe 2 is connected to a turning and feed device (not shown here), of which the entire drill pipe 2 is rotated, the drill head 3 is rotated with.

Hat das Bohrloch 1 eine definierte Länge erreicht, muss es mechanisch stabilisiert werden. Hierfür wird es mit einer Auskleidung 4 versehen, die abschnittsweise ausgebildet wird. Das Bohrloch 1 wird vorzugsweise immer dann mit einem neuen Abschnitt der Auskleidung 4 versehen, wenn das Bohrgestänge 2 aus dem Bohrloch 1 gezogen wird. Das ist oftmals dann der Fall, wenn der Bohrkopf 3 abgenutzt ist, und durch einen anderen zu ersetzen ist. Erfindungsgemäß werden für die Ausbildung der Auskleidung 4 Rohre 4R mit einer Länge von bis zu 14m in das Bohrloch 1 geschoben. Die Rohre 4R werden ebenso wie die Rohre 2R des Bohrgestänges 2 aus einem leichten und hochfesten Material gefertigt. Vorzugsweise wird auch hierfür ein Kunststoff in Form eines Epoxidharzes, eines Vinylesterharzes oder eines Polyesterharzes oder ein thermoplastischer Werkstoff in Form von Polypropylen oder Polyetheretherketon verwendet. Bei der Herstellung der Rohre 4R werden auch hier Fasern aus Kohlenstoff zur Verstärkung in den Kunststoff eingebettet, so dass die fertig gestellten Rohre 4R eine Dichte von etwa 1600 kg/m3 aufweisen. Von der Plattform des Bohrturms 6 aus wird eine Bohrflüssigkeit 5 mit einer Dichte größer 1600 kg/m3 in das Bohrgestänge 2 eingeleitet. Die Bohrflüssigkeit 5 fließt durch das Bohrgestänge bis zu dem Bohrkopf 3, wo sie in das Bohrloch 1 austritt. Dort vermischt sie sich mit dem Material, das von dem Bohrkopf 3 gelöst wird, zu Bohrschlamm 10. Dieser Bohrschlamm 10 wird zwischen der Innenwand des Bohrlochs 1 oder, sobald eine Auskleidung 4 vorhanden ist, zwischen dieser und dem Bohrgestänge 2 nach oben zur Öffnung des Bohrlochs 1 auf dem Meeresboden 7 transportiert.Has the borehole 1 reaches a defined length, it must be mechanically stabilized. For this it comes with a lining 4 provided, which is formed in sections. The borehole 1 is preferably always with a new section of the liner 4 provided when the drill pipe 2 from the borehole 1 is pulled. This is often the case when the drill head 3 is worn out and has to be replaced by another. According to the invention for the formation of the lining 4 Tube 4R with a length of up to 14m in the borehole 1 pushed. The pipes 4R just like the pipes 2R of the drill pipe 2 made of a light and high-strength material. A plastic in the form of an epoxy resin, a vinyl ester resin or a polyester resin or a thermoplastic material in the form of polypropylene or polyether ether ketone is preferably also used for this. In the manufacture of the pipes 4R Carbon fibers are also embedded in the plastic for reinforcement, so that the finished pipes 4R have a density of about 1600 kg / m 3 . From the platform of the derrick 6 it becomes a drilling fluid 5 with a density greater than 1600 kg / m 3 in the drill pipe 2 initiated. The drilling fluid 5 flows through the drill pipe to the drill head 3 where they are in the borehole 1 exit. There it mixes with the material from the drill head 3 is solved to drilling mud 10 , This drilling mud 10 is between the inner wall of the borehole 1 or once a lining 4 is present between this and the drill pipe 2 up to the opening of the borehole 1 on the ocean floor 7 transported.

Da die Rohre 2R und 4R aus einem Kunststoff gefertigt werden, in den Fasern aus Kohlenstoff eingebettet sind, weisen sie gegenüber Rohren aus Stahl (hier nicht dargestellt) ein weitaus geringeres Gewicht auf. Durch das sehr geringe Gewicht der Bauteile 2R wird erreicht, dass das Bohrgestänge 2 in der Bohrflüssigkeit 5 oder dem Bohrschlamm 10 zumindest nahezu schwimmt. Das Gleiche gilt auch für die Rohre 4R, die für die Ausbildung eines jeden Abschnitts der Auskleidung 4 in das Bohrloch 1 geschoben werden. Damit wird sichergestellt, dass weder das Bohrgestänge 2 an der Innenwand der Auskleidung 4 noch an der Innenwand des Bohrlochs 1 beim Drehen so reibt, wie das bei den bis jetzt benutzten Bohrgestängen aus Stahl der Fall ist. Ein Kontakt der Rohre 4R mit der Innenwand des Bohrlochs 1 ist hierdurch ebenfalls ausgeschlossen. Mit Hilfe von Zentrierelementen 11, die je nach Bauart einen Auftrieb oder ein Absenken bewirken können, kann das Auftriebsverhalten des Bohrgestänges 2 zusätzlich verbessert werden. Falls es die Gegebenheiten erfordern, können solche Zentrierelemente 11 auch an den Rohren 2R des Bohrgestänges 2 befestigt werden.Because the pipes 2R and 4R are made of a plastic, in which carbon fibers are embedded, they have a much lower weight than steel tubes (not shown here). Due to the very low weight of the components 2R is achieved that the drill pipe 2 in the drilling fluid 5 or the drilling mud 10 at least almost swims. The same applies to the pipes 4R responsible for the formation of each section of the liner 4 into the borehole 1 be pushed. This ensures that neither the drill pipe 2 on the inner wall of the liner 4 still rubs against the inner wall of borehole 1 when turning, as is the case with the steel drill rods used up to now. A contact of the pipes 4R with the inner wall of the borehole 1 is also excluded. With the help of centering elements 11 Depending on the type of construction, which can cause buoyancy or lowering, the buoyancy behavior of the drill pipe can 2 can also be improved. If necessary, such centering elements can be used 11 also on the pipes 2R of the drill pipe 2 be attached.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr umfasst sie alle Verfahren, die dem Kern der Erfindung zugeordnet werden können.The invention is limited not only on the embodiment described here. Rather includes they all methods that are assigned to the essence of the invention can.

Claims (5)

Verfahren zur Ausbildung eines Bohrlochs (1) zur Förderung von Rohöl aus unterseeischen Bereichen mit einem aus Rohren (2R) zusammengesetzten Bohrgestänge (2) und einem Bohrkopf (3), wobei das Bohrloch (1) in Abhängigkeit von der Fertigstellung mit einer aus Rohren (4R) zusammengesetzten Auskleidung (4) versehen und eine Bohrflüssigkeit (5) durch das Bohrgestänge (2) und den Bohrkopf (3) zum Ende des Bohrlochs (1) geleitet und außerhalb des Bohrgestänges (2) mit dem abgetragenen Material als Bohrschlamm (10) zur Öffnung des Bohrlochs (1) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, das die Rohre (2R) des Bohrgestänges (2) und die Rohre (4R) der Auskleidung (4) aus einem leichten und hochfesten Material gefertigt werden, und eine Bohrflüssigkeit (5) mit sehr hoher Dichte verwendet wird, so dass mindestens das Bohrgestänge (2) während des Bohrens und die Rohre (4R) der Auskleidung (4) beim Einfügen in das Bohrloch (1) in der Bohrflüssigkeit (5) und/oder dem Bohrschlamm (10) schwimmen oder sich auftriebsneutral verhalten, und ein Kontakt des Bohrgestänges (2) mit der Auskleidung (4), Kontakte des Bohrgestänges (2) mit der Innenwand des Bohrlochs (1) sowie Kontakte der Rohre (4R) der Auskleidung (4) mit der Innenwand des Bohrlochs (1) beim Einfügen derselben in das Bohrloch (1) unterbunden werden.Method of forming a borehole ( 1 ) for the extraction of crude oil from undersea areas with a pipe ( 2R ) assembled drill pipe ( 2 ) and a drill head ( 3 ), the borehole ( 1 ) depending on the completion with a tube ( 4R ) composite liner ( 4 ) and a drilling fluid ( 5 ) through the drill pipe ( 2 ) and the drill head ( 3 ) to the end of the borehole ( 1 ) and outside the drill pipe ( 2 ) with the removed material as drilling mud ( 10 ) to open the borehole ( 1 ) is transported, characterized in that the pipes ( 2R ) of the drill pipe ( 2 ) and the pipes ( 4R ) the lining ( 4 ) are made of a light and high-strength material, and a drilling fluid ( 5 ) with a very high density, so that at least the drill pipe ( 2 ) during drilling and the pipes ( 4R ) the lining ( 4 ) when inserted into the borehole ( 1 ) in the drilling fluid ( 5 ) and / or the drilling mud ( 10 ) swim or are buoyancy neutral, and contact of the drill pipe ( 2 ) with the lining ( 4 ), Drill pipe contacts ( 2 ) with the inner wall of the borehole ( 1 ) and pipe contacts ( 4R ) the lining ( 4 ) with the inner wall of the borehole ( 1 ) when inserting them into the borehole ( 1 ) are prevented. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2R) des Bohrgestänges (2) und die Rohre (4R) der Auskleidung (4) aus einem mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff gefertigt werden, dessen Dichte um einen Faktor 4 bis 5 kleiner ist als die Dichte von Stahlrohren.A method according to claim 1, characterized in that the tubes ( 2R ) of the drill pipe ( 2 ) and the pipes ( 4R ) the lining ( 4 ) are made from a plastic reinforced with carbon fibers, the density of which is a factor 4 to 5 is less than the density of steel pipes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2R) des Bohrgestänges (2) und die Rohre (4R) der Auskleidung (4) aus einem Werkstoff in Form von Epoxidharz, einem Vinylesterharz oder einem Polyesterharz, oder einem thermoplastischen Werkstoff in Form von Polypropylen oder Polyetheretherketon gefertigt werden, in den während der Herstellung der Rohre (2R, 4R) Fasern aus Kohlenstoff zur Verstärkung so eingebettet werden, dass die Rohre (2R, 4R) eine Dichte von etwa 1600kg/m3 aufweisen.Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the tubes ( 2R ) of the drill pipe ( 2 ) and the pipes ( 4R ) the stripping dung ( 4 ) from a material in the form of epoxy resin, a vinyl ester resin or a polyester resin, or a thermoplastic material in the form of polypropylene or polyether ether ketone, in which during the manufacture of the pipes ( 2R . 4R ) Carbon fibers are embedded for reinforcement so that the tubes ( 2R . 4R ) have a density of about 1600kg / m 3 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2R) des Bohrgestänges (2) zur Anpassung an bestimmte Dichten der Bohrflüssigkeit (5) und/oder des Bohrschlamms (10) mit Zentrierelementen (11) versehen werden, die einen Auftrieb oder einen Abtrieb des Bohrgestänges (2) bewirken.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tubes ( 2R ) of the drill pipe ( 2 ) to adapt to certain densities of the drilling fluid ( 5 ) and / or the drilling mud ( 10 ) with centering elements ( 11 ) are provided, which have a buoyancy or an output of the drill pipe ( 2 ) cause. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bohrflüssigkeit (5) verwendet wird, deren Dichte an die der Dichte der Rohre (2R, 4R) des Bohrgestänges (2) und der Auskleidung (4) angepasst wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a drilling fluid ( 5 ) is used, the density of which corresponds to the density of the pipes ( 2R . 4R ) of the drill pipe ( 2 ) and the lining ( 4 ) is adjusted.
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