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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren,
das auf die Zementierung von Mehrfachzonen-Ölbohrlöchern anwendbar ist. Insbesondere
bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren auf einen sekundären Zementierprozeß,
der bei Mehrfachzonen-Bohrlöchern angewendet wird, um leere Räume oder Verbindungskanäle
zwischen Gewinnungsschichten in einem Ölbohrloch zu verschließen oder aus sonstigen
Gründen eine Zementabdichtung in dem Ringraum des Bohrlochs herzustellen.
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Bei ölbohrarbeiten, bei denen mehrere Rohrstränge in ein: und demselben
Bohrloch eingesetzt werden, so daß mehr als eine produzierende Schicht mit getrennten
Strängen verbunden werden kann (um die gewonnene Flüssigkeit getrennt an die Erdoberfläche
zu bringen), wird das Einzementieren von Rohrsträngen in das Bohrloch für gewöhnlich
so durchgeführt, daß man in einem der Rohrstränge, die in dem Bohrloch einzementiert
werden sollen, Zement in ausreichender Menge nach unten pumpt, um den Ringraum des
Bohrlochs (der die Rohrstränge umgibt) vom Boden des Bohrlochs bis über die oberste
produzierende Schicht zu füllen. In ähnlicher Weise wurde bei Bohrlöchern mit einem
einzigen Bohrlochstrang verfahren. Der Zweck ist in beiden Fällen die Abdichtung
der Bohrlochwandungen, so daß ungewünschte Bohrlochflüssigkeiten zurückgehalten
werden. Durch Aufbrechen der Rohrstränge in Höhe der produzierenden Schichten kann
dann nur das Öl eines Ölträgers in den hierfür bestimmten Rohrstrang fließen, um
darin dann an die Oberfläche gefördert zu werden.
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Wenngleich man erwarten sollte, daß dieses Verfahren bei Mehrfachzonen-Bohrlöchern
dieselben Ergebnisse zeigt wie bei Bohrlöcher mit nur einem Rohrstrang, ist in der
Praxis festgestellt worden, daß bei ersteren der Zement normalerweise nicht den
gesamten Raum in ausreichendem Maß ausfüllt, der die einzelnen Rohrstränge umgibt.
Somit wird eine angemessene Abdichtung gegen den unerwünschten Zufluß von Flüssigkeit
hiermit nicht erzielt. Infolgedessen ist es notwendig, eine zusätzliche Zementfüllung
vorzusehen, um die leeren Räume und Kanäle zwischen den einzelnen produzierenden
Schichten aufzufüllen.
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Vor der vorliegenden Erfindung war es zur Durchführung dieses soeben
erwähnten zusätzlichen oder sekundären Zementierens notwendig, ein zeitraubendes
und teueres Verfahren zum Aufbrechen jedes einzelnen der Bohrlochstränge mit einem
ausgerichteten Bohrwerkzeug durchzuführen, damit die anderen Bohrlochstränge dabei
nicht beschädigt werden. Ein Grund dafür, daß dieses bekannte Verfahren so teuer
und zeitraubend ist, besteht darin, daß bei jeder Durchführung eines derartigen
sekundären Zementiervorganges die Verwendung eines Rohrstrangs mit geringemDurchmesser
notwendig ist, um dieZementmilch zu den aufgebrochenen Öffnungen zu pumpen, um sie
an dieser Stelle in den Ringraum zu »quetschen«. Sodann muß nach einem derartigen
Quetschzementiervorgang der Rohrstrang mit geringem Durchmesser vollständig aus
dem Bohrlochstrang herausgenommen werden, um genügend Raum für die abermalige Einführung
und Absenkung des ausgerichteten Bohrwerkzeuges in Höhe eines anderen Ölträgers
zu schaffen, welches den Rohrstrang an der nächsthöheren Stelle durchbohren muß,
bevor hier ein weiterer Quetschzementiervorgang vorgenommen werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein verhältnismäßig einfaches und
dabei wirkungsvolles Verfahren zurQuetschzementierung von mehrerenRohrsträngen in
einem Mehrfachzonen-Bohrloch vor. Das Verfahren umfaßt zuerst den Schritt, daß man
in mindestens einem der Rohrstränge Ventileinrichtungen anbringt, so daß an jeder
Stelle der produzierenden Schichten in dem Bohrloch steuerbare Öffnungen vorhanden
sind. In einem weiteren Schritt können dann durch Betätigung dieser Ventileinrichtungen
die sekundären oder Quetschzementiervorg'ännge mit einem Mindestaufwand an Zeit,
Arbeit und Kosten durchgeführt werden.
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Das Verfahren ist derart ausgebildet, daß mehrere Quetschzementiervorgänge
nacheinander durchgeführt werden können, wobei von einem der Rohrstränge aus gearbeitet
wird, und an jeder gewünschten Stelle eine wirkungsvoller Quetschzementiervorgang
durchgeführt wird, ohne daß die zusätzliche Einführung von Rohren mit geringem Durchmesser
oder bestimmten Werkzeugen, wie z. B. einem ausgerichteten Durchbohrungswerkzeug,
in das Bohrloch notwendig wäre.
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Die Erfindung betrifft vorzugsweise ein sekundäres Zementierverfahren,
bei dem Ventileinrichtungen in einem der Rohrstränge so eingebaut werden, daß sich
jede Ventileinrichtung unmittelbar unter einer produzierenden Schicht befindet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Rohrstrang kleineren Durchmessers
in einen der Rohrstränge eingeführt. An dem unteren Ende dieses Rohrstrangs ist
ein Ventilöffnungswerkzeug angebracht. Dieses weist eine Fußröhre auf, die ein kurzes
Stück unter das Öffnungswerkzeug hinausragt. Sodann kann der Rohrstrang angehoben
werden, um das Öffnungswerkzeug über das unterste Ventil zurückzubewegen, wobei
dieses geöffnet wird und das offene Ende der Fußröhre an der Ventilöffnung anhält.
Sodann wird Zementmilch in dem eingeführten Rohrstrang nach unten und aus der Fußröhre
herausgepumpt, bis ein bestimmter Quetschdruck aufgebaut ist. Schließlich wird dieser
Quetschdruck so lange aufrechterhalten, während die Zementmilch oberhalb des offenen
Endes der Fußröhre zurückgepumpt wird, bis die Zementmilch angezogen hat.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung und um zu zeigen, wie die Erfindung
verwirklicht wird, sei in der nachfolgendenBeschreibung Bezug auf dieZeichnungen
genommen, in denen F i g. 1 eine schematische Querschnittsansicht desjenigen Teils
eines Bohrlochs ist, der mehrere Gewinnungschichten umfaßt und in dem ein Mehrfachsatz
von Rohrsträngen für eine Mehrfachvorbereitung des Bohrlochs einzementiert ist und
F i g. 2 die gleiche Querschnittsansicht in etwas verringertem Maßstab wie die F
i g. 1 ist in der jedoch eine das Betätigungswerkzeug für die verwendeten Ventileinrichtungen
tragende Drahtleitung veranschaulicht ist.
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In F i g. 1 ist ein Bohrloch 11 gezeigt, das mehrere produzierende
Schichten 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 Bohrlochs bis ein gutes Stück über den oberen Rand der obersten produzierenden
Schicht 12 verläuft. Es sei jedoch bemerkt, daß während des primären Zementiervorgangs,
d. h., wenn der Zement 22 in das Bohrloch gepumpt wird, der Zement die Neigung hat,
leere Räume, wie z. B. die gezeigten offenen Räume 23, zurückzulassen. Diese leeren
Räume werden vermutlich durch verschiedene Faktoren bewirkt, darunter den, daß die
Rohrstränge bei ihrem Einsetzen in das Bohrloch verdreht und geringfügig verzogen
werden. Dies bedeutet, daß bei dem Aufsteigen der Zementmilch in dem die Rohrstränge
umgebenden Ringraum die Bildung von Kanälen stattfindet, bei der übermäßige Hohlräume
oder offene Kanäle zurückgelassen werden, die oft von einer produzierenden Schicht
zu der nächsten reichen.
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Um diese Hohlräume im Bereich jeder produzierenden Schicht auszufüllen,
damit die Flüssigkeitsverbindung zwischen den einzelnen Schichten verhindert wird,
wird eine bestimmte Menge Zement (z. B. der gezeigte Zement 26) eingeführt und an
Ort und Stelle herausgequetscht, um an dieser Stelle den Hohlraum vollständig auszufüllen
und den Rohrstrang 17 in angemessener Weise abzudichten. Es sei darauf hingewiesen,
daß der Rohrstrang 17 mit Flüssigkeit 27 (Wasser oder Bohrflüssigkeit) gefüllt gehalten
wird, so daß die Zementmilch 26 bestrebt ist, durch die in dem Rohrstrang vorgesehenen
öffnungen in die bestehenden Hohlräume zu fließen.
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Um den Ausfluß der während eines Quetschzementierverfahrens eingeführten
Zementmilch aus einem der Rohrstränge, z. B. dem Rohrstrang 17, an der Stelle in
dem Bohrloch, an der der Ausfluß von Zementmilch in dem den Rohrstrang umgebenden
Ringraum des Bohrlochs 11 erwünscht ist, zu ermöglichen, müssen Öffnungen durch
die Wandung des Rohrstrangs 17 vorgesehen werden. Diese Öffnungen werden durch Anbringung
einer (schematisch veranschaulichten) Ventileinrichtung 29 gebildet, die in dem
Rohrstrang 17 so angebracht ist, daß sie sich auf der gewünschten Höhe der produzierenden
Schicht 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 anderen produzierenden Schichten 13 bzw. 12 befinden, die in F i
g. 1 veranschaulicht sind.
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Die Ausbildung der verwendeten Ventileinrichtungen ist für die vorliegende
Erfindung nicht wesentlich, und es kann jede mögliche Ventilart verwendet werden,
die als ein Teil des Rohrstrangs eingebaut werden kann. Beispielsweise wird bevorzugt
ein Gerät verwendet, das als ein Seitenschieberwerkzeug bekannt ist und an den gewünschten
Stellen in dem Rohrstrang eingebaut werden kann. Ein weiteres Werkzeug kann zur
Betätigung der Seitenschieberventile verwendet werden. Ein derartigesBetätigungswerkzeug
zur Öffnung des Seitenschiebers der Ventile 29, 30 und 31 ist schematisch in dem
Gebilde angedeutet, das die Bezugszahl 34 trägt.
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Wie die Zeichnung andeutet, ist das Betätigungs-oder Stellwerkzeug
an einem Rohrstrang 35 befestigt, der ein kurzes Zusatzrohr oder eine Verlängerung
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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 Rohrstrangs 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 über das Betätigungswerkzeug 34 hinaus dazu verwendet wird,
zu gewährleisten, daß nach dem Ausstoß des Zements und während der Abbindezeit keine
Zementmilch in Berührung mit dem Werkzeug selbst bleibt, um zu verhindern, daß das
Werkzeug infolge von Zementablagerungen steckenbleibt.
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Während in F i g. 1 der Rohrstrang 35 gezeigt ist, an dem das Werkeug
34 zur Öffnung der Ventileinrichtungen 29, 30 und 31 befestigt ist, ist es zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht notwendig, das Werkzeug 34 an dem Rohrstrang
35 zu befestigen. Wie in Fi g. 2 veranschaulicht, kann das Stellwerkzeug 34 auch
erforderlichenfalls an einem Seil 40 aufgehängt sein, und das Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung wird mit dem Unterschied durchgeführt, daß das Werkzeug getrennt
von der Einbringung der Zementmilch während des Quetschzementierschrittes betätigt
wird.
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Andere Ventilarten können an Stelle der obenerwähnten Otis Ausrüstung
verwendet werden. Beispielsweise gibt es verschiedene Ventileinrichtungen, die in
den USA.-Patentschriften 2 223 442 und 2 438 992 beschrieben sind.
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Das sekundäre Zementieren folgt dem primären Zementieren, das zuvor
durchgeführt worden ist, um die einzelnen 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 zur Bohrlochsohle reichen. Sie können andererseits auch verschiedene Länge haben,
wobei jeder Rohrstrang nur ein Stück unter die jeweilige produzierende Schicht verläuft,
die (beim Bohren des Bohrlochs oder danach) festgestellt worden ist. Wenn es möglich
ist, ist es vorzuziehen, alle Rohrstränge bis zu der vollen Tiefe des Bohrlochs
verlaufen zu lassen, um zu ermöglichen, daß bei Ausfall eines dieser Rohrstränge
als eine Ausweichmöglichkeit Verbindungen zu einem anderen Rohrstrang hergestellt
werden können, um den Schaden zu beheben. In jedem Fall wird der primäre Zementiervorgang
in bekannter Weise so durchgeführt, daß man eine genügende Menge Zementmilch in
einem Rohrstrang nach unten pumpt (der im wesentlichen bis zu der Bohrlochsohle
reicht), wobei am oberen Ende der durch die Zementmilch gebildeten Säule ein Bodenlochstopfen
eingeführt ist. Nachdem dann die Zementmilch aus dem unteren Ende des Rohrstrangs
heraus und in den Ringraum gepumpt worden ist, der die Rohrstränge umgibt, erstreckt
sie sich auf die gewünschte Höhe in dem Bohrloch. Dieses Verfahren gewährleistet
es, daß der auf dem oberen Ende der Zementmilch aufliegende Stopfen vor dem Auspumpen
der überschüssigen Zementmilch das untere Ende des Rohrstrangs verschließt und daß
der Zementiervorgang danach beendet ist, sobald die Zementmilch genügend Zeit zum
Abbinden hatte.
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Die in einem ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung angewandten Verfahrensschritte sind die unten angegebenen. Sie brauchen
nicht unbedingt in jedem Fall in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt zu werden.
Schritt
1: Anbringung von Ventileinrichtungen in einem bestimmten Rohrstrang in dem Bohrloch,
die so angeordnet sind, daß nach dem Einsetzen und Festzementieren der Rohrstränge
jede Ventileinrichtung sich unmittelbar unterhalb einer der mehreren produzierenden
Zonen in dem Bohrloch befindet.
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Schritt 1I: Einführung eines zusätzlichen Rohrstrangs in denjenigen
der Rohrstränge, in dem die Ventileinrichtungen eingebaut sind, bis unterhalb der
untersten Ventileinrichtung, wobei an dem unteren Ende dieses eingeführten Rohrstrangs
ein die Ventileinrichtung öffnendes Werkzeug befestigt ist. An dem das Öffnungswerkzeug
tragende Ende des Rohrstrangs ist eine Fußröhre befestigt, die ein kurzes Stück
über das öffnungswerkzeug hinausragt, um zu gestatten, daß die Zementmilch, die
durch den Rohrstrang gepumpt wird, nicht in Berührung mit dem Öffnungswerkzeug selbst
gelangt.
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Schritt III: Anheben des Rohrstrangs, um durch das öffnungswerkzeug
das unterste Ventil zu betätigen. Durch diesen Verfahrensschritt wird die Ventileinrichtung
geöffnet. Dabei sollte die Aufwärtsbewegung beendet werden, wenn sich das offene
Ende der Fußröhre an der Ventilöffnung befindet. Schritt IV: Zementmilch wird in
dem Rohrstrang nach unten und aus dem offenen Ende der Fußröhre herausgepumpt, bis
sich der Druck auf einen bestimmten Quetschdruckwert aufbaut.
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Schritt V: Der Quetschdruck wird aufrechterhalten, während die über
dem oberen Ende der Fußröhre befindliche Zementmilch herausgepumpt wird. Dies wird
durch Umkehr der Richtung der Flüssigkeitsströmung, d. h. des Pumpwassers oder einer
anderen Bohrlochreinigungsflüssigkeit in dem Ringraum innerhalb des den Rohrstrang
umgebenden Strangs durchgeführt, um die in dem Rohrstrang verbliebene Zementmilch
in dem Rohrstrang zurück an die Erdoberfläche zu pumpen.
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Schritt VI: Der Quetschdruck wird solange aufrechterhalten, bis die
Zementmilch, die an der gewünschten Stelle herausgequetscht worden ist, genügend
Zeit zum Abbinden gehabt hat.
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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 der überschüssigen Zementmilch nicht der gesamte Zement
aus dem unteren Ende der Öffnung am Boden des Rohrstrangs entfernt wird, wird durch
die Verwendung einer Fußröhrenverlängerung das sich daraus ergebende Festsetzen
des Werkzeugs verhindert. Dieses Festsetzen kann durch ein sogenanntes Abstoßen
des Zements von dem Ende der Fußröhre ohne Beschädigung des Werkzeugs behoben werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf dem
Umstand, daß die Ventileinrichtung um den gesamten Umfang des Rohrstrangs 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 anderen Richtungen
ausgestoßen, so daß die bei dem primären Zementierverfahren erzeugten Hohlräume
zwangläufig mit Zement gefüllt werden.
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Ein vorteilhaftes Vorgehen bei der Durchführung der sekundären Zementierschritte
für die verschiedenen produzierenden Schichten besteht darin, daß man als denjenigen
Rohrstrang, der für die oberste produzierende Schicht verwendet werden soll, 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.
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Während die schematische Veranschaulichung in der Zeichnung zeigt,
daß die Ventile sich genau an dem unteren Rand jeder produzierenden Schicht befinden,
werden die Ventileinrichtungen bevorzugt etwa 3 m unter jedem Ölträger angeordnet,
um zu vermeiden, daß die Quetschzementierung unter Umständen lockere ölsandschichten
beschädigt.