DE1930630A1

DE1930630A1 - Verfahren zum Herstellen von OEffnungen in den Waenden von Tiefbohrungen

Info

Publication number: DE1930630A1
Application number: DE19691930630
Authority: DE
Inventors: Suman Jun George Otto
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1968-06-20
Filing date: 1969-06-18
Publication date: 1970-01-08
Also published as: NL6909270A; FR2011286A1; US3517745A; OA03073A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Erzeugen von Öffnungen in Tiefbohrungen und Erdformationen, durch die sich eine Tiefbohrung erstreckte

Bei zahlreichen Tiefbohrungen z.B. solchen zur Gewinnung von Öl oder Gas, wird in dem Bohrloch eine Verrohrung angeordnet, und diese Verrohrung wird dann in der Nähe gewählter Produktionszonen in der die Verrohrung umgebenden Erdformation mit Öffnungen versehen, um das Bohrloch für die Forderung oder aber sum Zuführen bestimmter Elude vorzubereiten. Bei der Erzeugung solcher Öffnungen erstrecken sich die dabei entstehenden Hohlräume zweckmäßig nicht nur durch die Wand der Verrohrung, sondern auch durch die die Verrohrung umgebende ZementscMcht sowie in einen Teil der benachbarten Erdformation hinein.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die es ermöglichen, Öffnungen in der Verrohrung eines Bohrlochs und/oder einer das Bohrloch umgebenden gewählten Erdformation zu erzeugen» In manchen

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Fällen werden die Öffnungen auf mechanischem Wege erzeugt, und in anderen Fällen verwendet· man eine Explosionswir— kung hervorrufende Vorrichtung, z.B. eine einen Strahl erzeugende oder zum Abfeuern von Geschossen dienende Vorrichtung.

Bevor man Öffnungen in einer Verrohrung und Teilen der sie umgebenden Formation erzeugt, kann man eine die Verrohrung umschließende Schutzschicht oder dergleichen vorsehen. Diese Schutzschicht kann z_oB. aus Zement be-

W stehen und die Verrohrung bzw. das Futterrohr insbesondere dort umschließen, wo die öffnungen erzeugt werden sollen· Bei den durch die Locherzeugungsvorrichtung zu Pulver zerkleinerten Materialien der Schutzschicht und der Formation kann es sich um Sandteilchen, Lehm, Zement, Kalkstein, Dolomit usw. sowie um Schlamm- und/oder' Lehmbzw. Tonteilchen handeln, die in dem Schlamm oder dem Zementfiltrat dispergiert sind. Diese Stoffe können die Öffnungen sowie die Formation verstopfen und müssen daher beseitigt werden, bevor man andere Arbeiten zur Fertigstellung und/oder zur Inbetriebnahme der Tiefbohrung durchführt» Hierbei handelt es sich um einen relativ zeitraubenden und kostspieligen Prozeß_e

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr in der . Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Erzeugen von Öffnungen in der Wand von Tiefbohrungen und/oder den benachbarten Formationen Ferner sieht die Erfindung Maßnahmen vor, um Öffnungen der genannten Art auf eine solche Weise zu erzeugen,· daß das Bohrloch zwischen dem Zeitpunkt der Herstellung der Öffnungen und der nachfolgenden Durchführung bestimmter Arbeitsschritte unter Verwendung von keine festen Stoffe enthaltenden Fluden einwandfrei unter Kontrolle gehalten wird· Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren der genannten Art vor, bei dem während der Erzeugung der Öffnungen im wesentlichen alle die Öffnungen

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umgebenden v.nä. sie möglicherweise verstopfenden Stoffe beseitigt werden,.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Öffnungen in der Wand einer sich in eine unterirdische, Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation hinein erstreckenden Tiefbohrung vor, das Meßnahmen umfaßt, um eine Locherzeugungsvorrichtung in dem Bohrloch bis zum Niveau des mit Öffnungen zu versehenden ^fl'eils herabzulassen, um in das Bohrloch eine Flüssigkeit in einer solchen Menge einzuleiten, daß der Flüssigkeitsspiegel mindestens oberhalb des zu durchlochenden Abschnitts liegt, wobei diese Flüssigkeit geeignet ist, Material zu entfernen, das die mit Hilfe der Vorrichtung hergestellten Öffnungen verstopfen könnte₉ um ferner den Druck der Flüssigkeit in dem Bohrloch so weit zu erhöhen, daß er mindestens ausreicht, um die Flüssigkeit nach der Herstellung der Öffnungen aus dem Bohrloch heraus und in die erschlossene Formation zu treiben, und um den gewählten Teil der Wand des Bohrlochs mit Hilfe der Locherzeugungs-· vorrichtung mit Öffnungen zu versehen, so daß die unter Druck stehende Flüssigkeit aus dem Bohrloch über die mit Hilfe der Vorrichtung erzeugten Öffnungen ausgetrieben wird und hierbei mindestens ein Teil der die Öffnungen umgebenden schädlichen Stoffe entfernt bzw. beseitigt wird·

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert»

Fig. 1 zeigt in einem verkürzten senkrechten Schnitt eine sich in eine ölhaltige Formation hinein erstreckende Tiefbohrung.

Fig. 2 zeigt in einem verkürzten senkrechten Schnitt eine im Vergleich zu Fig. i anders ausgebildete, sich in eine ölhaltige Formation hinein erstreckende Tiefbohrung.

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In Fig. 1 erkennt man ein Bohrloch. 11, das sich durch eine der Erdoberfläche benachbarte Formation 12 hindurch nach unten bis in eine unterirdische, Kohlen-• Wasserstoffe enthaltende Formation 13 hinein erstreckt» Die Formation 13 ist auf ihrer Unterseite durch eine Schicht 12a abgegrenzte In dem Bohrloch 11 ist ein Futterrohr 14 angeordnet, daß in der bei 15 angedeuteten Weise in das Bohrloch einzementiert ist, wie es bei Tiefbohrungen üblich ist. Das Futterrohr 14 ist an seinem oberen Ende 16 verschlossene Durch den Verschluß 16 ragt ein ) Rohrstrang 17 nach unten in das Bohrloch hinein. Ein Fludeinlaß 18, der an das ohere Ende des Futterrohrs 14 angeschlossen ist, steht sowohl mit einer nicht darge*- stellten äußeren Quelle zum Zuführen eines Fludes als auch mit dem Innenraum des Futterrohrs 14 in Verbindung.

Ferner erkennt man in Fig. 1 eine nur schematisch angedeutete Locherzeugungsvorrichtung 19, die an einem Seil 20 aufgehängt ist, mittels dessen sie über den Bohrstrang 17 in dem Futterrohr 14 der Tiefbohrung 11 herabgelassen werden kann. Das Seil 20 hat nicht nur eine ausreichende Festigkeit, um das Herablassen und Hochziehen der Locherzeugungsvorrichtung 19 in dem Bohrloch 11 zu ψ ermöglichen, sondern es kann auch die erforderlichen elektrischen oder mechanischen oder hydraulischen Verbindungen zum Betätigen der Vorrichtung 19 umfassen. Bei der Locherzeugungsvorrichtung 19 kann es sich um eine beliebige geeignete Vorrichtung bekannter Art handeln. Man unterscheidet allgemein zwei Bauarten solcher Vorrichtungen; in beiden Fällen wird die Vorrichtung in dem Bohrloch mit Hilfe eines Seils herabgelassen, und sie trägt Sprengladungen, die elektrisch gezündet werden können_o Bei der mit Geschossen arbeitenden Bauart werden Geschosse aus Stahl abgefeuert, die das Futterrohrund die Zementschicht durchschlagen, während bei der mit sogenannten geformten Ladungen arbeitenden Vorrichtung.kleine Spreng-

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ladungen verwendet werden, die so geformt sind, daß die Kraft der Explosion fokussiert wird und ein intensiver Strahl von kleinem Durchmesser entsteht, der sowohl das Futterrohr als auch die Zementschicht "durchdringt.

Bei der Durchführung der erwähnten Arbeiten wird vorzugsweise eine Säure oder ein anderes Lösungsmittel und/oder eine chemisch reagierende Flüssigkeit über den Einlaß 18 des Futterrohrs 14· in den Rohrstrang 17 geleitet und so weit in das Bohrloch gefördert, daß die Oberfläche der Flüssigkeit mindestens oberhalb des mit Öffnungen zu versehenden Teils des Bohrlochs 11 steht. Dieser Abschnitt umfaßt die mit Öffnungen zu versehenden Teile des Futterrohrs 14-, der Umhüllung 15 aus Zement und der Formation 13. Hierbei ist die Verwendete Flüssigkeit so gewählt, daß sie das Material der Formation 13 und innerhalb des erwähnten Abschnitts auch das Material der Zementschicht, des Futterrohrs usw, auflöst und/oder mit diesen Materialien chemisch reagieret ₀ Im folgenden wird als Flüssigkeit bzw. Flud jede Flüssigkeit bzw. jedes Flud bezeichnet, die bzw. das, wenn nichts anderes angegeben ist, geeignet ist, die weiter oben schon als schädliche Stoffe bezeichneten Materialien der Formation und der betreffenden Teile des erwähnten Bohrlochabschnitts zu beseitigen. Hierbei bezeichnet das Wort "auflösen" auch eine oder mehrere chemische Reaktionen, in deren Verlauf die erwähnten Materialien zerkleinert oder zersetzt¹ werden.

Dann wird der Druck der Flüssigkeit z.B. durch weiteres Einpumpen von Flüssigkeit an der Erdoberfläche über den Einlaß 1fi, so weit erhöht, daß die Flüssigkeit durch alle Öffnungen 21 nach außen gedrückt wird, die bei der nachfolgenden Betätigung der LoeherZeugungsvorrichtung entstehen,. Natürlich richtet sich die Zahl der herzustellenden Öffnungen 21 nach der Länge des mit Öffnungen zu versehenden Abschnitts des Bohrlochs_β Der Druck der

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Flüssigkeit wird "bis auf einen vorher ermittelten oder geschätzten, über einem Gleichgewichtswert liegenden Y/ert hinaus gesteigert, der möglicherweise, jedoch nicht !notwendigerweise geeignet ist,' die Formation 13 aufzubrechen. Somit wird der an der Erdoberfläche herrschende Druck der Flüssigkeit auf bekannte Weise so erhöht und geregelt, daß die aktive Flüssigkeit bei hohen Druckunterschieden augenblicklich t>zw_Q stoßartig in alle entstandenen Öffnungen 21 eindringt. Es wird angenommen, daß die Größe der zur Wirkung kommenden Druckunterschiede hierbei

t eine wichtige Rolle spielt« Damit eine maximale Kraft zur Verfügung steht, durch die die Flüssigkeit in jede öffnung hineingedrückt wird, ist es erwünscht, mit dem höchsten erreichbaren Druckunterschied zu arbeiten₉ wobei dieser Druckunterschied nur durch die Eigenschaften der dabei verwendeten mechanischen Vorrichtungen begrenzt ist, oder wobei die aufgebrachten Drücke nicht ausreichen, um die Bindung des Zements zu zerstören oder Bruchstellen zu erzeugen, wenn das Entstehen solcher Bruchstellen bei diesem Arbeitsschritt nicht erwünscht ist. Der Erfolg des soeben beschriebenen Verfahrens hängt daher weitgehend davon ab, daß während der Erzeugung der Öffnungen ein relativ hoher Druck der Flüssigkeit an der Erdoberfläche

ψ aufrechterhalten wird.

Wenn man die Öffnungen in Gegenwart solcher relativ hoher Druckunterschiede erzeugt, und wenn die in dem Bohrloch enthaltene Flüssigkeit geeignet ist, das schädliche Material, d.h. die pulverisierten Stoffe, zu beseitigen, welche die Öffnungen 21 verstopfen, sowie alles sonstige Material in der Umgebung der Öffnungen 21, wird die Gefahr des Verstopfens der Öffnungen verringert oder im wesentlichen ausgeschaltet. Die Treibkraft der Elüs— " sigkeit gewährleistet, daß eine ausreichende Elüssigkeits— Menge in alle Öffnungen hineingetrieben wird, und zwar ohne Bücksicht auf eine etwaige Behinderung der Strömung

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durch eine Verstopfung verursachende Stoffe und/oder normale Schwankungen der Durchlässigkeit, so daß die eine Verstopfung bewirkenden Materialien mindestens an der Mehrzahl der Öffnungen im wesentlichen vollständig entfernt werden. Wenn die Flüssigkeit nicht geeignet ist, diese schädlichen Stoffe aufzulösen, wird die Flüssigkeit mit einem Druck zugeführt, der so hoch ist, daß die schädlichen Stoffe von dem Bohrloch 11 weg fortgespült werden,

Da es möglich ist, die Maßnahmen zum Erzeugen der Öffnungen in der beschriebenen Weise durch einen Rohrstrang hindurch durchzuführen, bleibt die Kontrolle des Bohrlochs nach der Herstellung der Öffnungen auch bei allen etwa erforderlichen nachfolgenden Arbeitsschritten erhaltene

Bei nur schlecht verdichteten Sandformationen besteht die Gefahr, daß zusammen mit dem Öl und dem Gas Sand in das Bohrloch gelangt· Dies soll möglichst weitgehend oder vollständig verhindert werden, damit sich das Bohrloch nicht verstopft, so daß die Förderung unterbrochen wird, und um die Abnutzung der Pumpen, Ventile, Auskleidungen uswe zu verringern«. Das Herausfördern großer Sandmengen allein oder in Verbindung mit einer Verdichtung der Lagerstätte oder Formation kann ferner zu einer Beschädigung des Futterrohrs führen, denn das Futterrohr kann durchgebogen oder eingeknickt werden« Dieser lose Sand kann dadurch verfestigt werden_s daß man die Sandkörner bindet, ohne daß die Förderleisfrung des Bohrlochs wesentlich beeinträchtigt wird.-Wenn man das Eindringen von Sand verzögert, bis eine Störung der Formation durch Flüssigkeitsbewegungen oder andere Faktoren herbeigeführt worden ist, wird es schwieriger und in manchen Fällen sogar unmöglich, den Sand zu verfestigen«, Spuren von festen Stoffen, die in irgendeiner der zur Vorbehandlung dienenden Flüssigkeiten enthalten sind, können verhindern, daß

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das zur Verdichtung dienende Material in eine oder mehrere der Öffnungen eindringt, so daß der gewünschte Erfolg der Behandlung ausbleibt«. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Öffnungen in einer reinen Flüssigkeit erzeugt werden, liegt es auf der Hand, daß der Erfolg jeder nachfolgenden Behandlung zur Verfestigung des Sandes in einem erheblichen Ausmaß dadurch vergrößert wird, daß in dem Bohrloch ein hoher Sauberkeitsgrad in der Zeitspanne zwischen der Herstellung der Öffnungen und dem Einbringen von Verdichtungsmaterial in die noch nicht verfestigte ψ Formation aufrechterhalten wird.

Da die in dem Bohrloch bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandenen Flüssigkeiten keine festen Stoffe enthalten, verstopfen sich die hergestell—-ten Öffnungen nicht. Somit tritt von Betriebsperiode zu Betriebsperiode keine Verstopfung der gereinigten Öffnungen 21 auf. Nach der Verfestigung des Sandes oder nach der Durchführung anderer Behandlungsschritte, bei denen das Vorhandensein nicht verstopfter Öffnungen unerläßlich ist, können Flude, die feste Stoffe zur Regelung der Fludverluste und/oder geeignete Emulsionen über den Einlaß 18 in den Hingraum zwischen dem Bohrstrang 17 und dem ψ Futterrohr 14 gefördert werden, und das Bohrloch kann bis zur späteren Durchführung anderer Arbeitsgänge unter Kontrolle gehalten werden» Alternativ ist es möglich, die zur Vermiderung von Fludverlusten dienenden Flude und/ oder Emulsionen dem Bohrloch über den Bohrstrang 17 zuzuführen»

Nachdem das Futterrohr und die Formation mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit öffnungen versehen worden sind, ist es, wie schon erwähnt, erheblich leichter, Verfestigungssteffe, z.B. .Harze oder Harzlösungen zum Zurückhalten von Sand oder Zement zum Aufbringen von Druck zuzuführen» Ferner stehen gemäß der Erfindung freie Öffnungen zur Verfügung, bevor Arbeitsschritte zur Epzeu-

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gung von Bruchstellen durchgeführt werden, es ist eine gleichmäßigere Verteilung von zur Anregung dienenden ■ Stoffen gewährleistet, und es besteht die Möglichkeit, andere Arbeitsschritte zur !Fertigstellung und zp Nacharbeitendes Bohrlochs durchzuführen_o

Beispiel

Nachstehend wird ein Beispiel für. die Erzeugung von ein Futterrohr durchdringenden.Öffnungen beschrieben, bei , dem eine Schlammsäure., die 9% HCl und.6% HF enthält, verwendet wird, wobei in einer unterirdischen Erdformation ein ausreichender Überdruck aufrechterhalten wird, und bei dem auf die Herstellung der Öffnungen unmittelbar eine unter Verwendung von Harz erfolgende Verdichtungsbzw,, Verfestigungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wie es auch in der U.S.A.-Patentschrift 3 339 633 beschrieben ist» .

In einem Bohrloch wurden Arbeitsschritte zur Erzeugung von öffnungen in dem Futterrohr durch einen Eo'hrstrang hindurch innerhalb eines vorbestimmten Bohrlochabschnitts durchgeführt, wobei auf dem Niveau des zu durchlöchernden Abschnitts unter Druck stehende Säure vorhanden war, und wobei an der Erdoberfläche ein ho&er Druck in dem Bohrloch aufrechterhalten wurde» Ein an der Oberfläche herrschender Druck von 140 atu lieferte einen Druck von 360 atü am Boden.des Bohrlochs-.und einen Drucküberschuß von 235 atü ^zum Austreiben der Schlammsäure über alle Öffnungen in die Lagerstätte hinein_s in der ein. statischer Druck von 125 atü herrschte. Die Formation wurde mit einem Epoxyharz behandelt', wie es im Beispiel 1 der vorstehend genannten U.S.A.—Patentschrift'beschrieben ist, "wobei das Epoxyharz über den Rohrstrang geführt wurde, der die glelohe Lage einnahm wie bei 'der Herstellung der öffnungen«, ---'-' * - ^; ; '■'

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Fig. .2 zeigt ein Bohrloch' 22 mit·,einem Futterrohr 2$ und einem sich nach unten erstreckenden Bohrstrang 24. Ein Drahtseil 25 hängt in dem Rohrstrang 24 herab und trägt an seinem unteren Ende eine Vorrichtung 26 zum Erzeugen von Öffnungen, die so bemessen ist, daß sie innerhalb des Rohrstrangs herabgelassen werden kann« Die Vorrichtung umfaßt einen Metallkörper, der auf elektromagnetischem Wege an der Wand des Futterrohrs befestigt wird; wird die Vorrichtung in der in iig. 2 gezeigten Stellung betätigt, erzeugt sie die Öffnungen 21a. Das untere Ende W des Rohrstrangs 24· ist gegenüber der Innenwand des Futterrohrs 23 durch einen Packungsring 27 abgedichtet.

Im Zeitpunkt des Zündens war der Kohrstrang 24 mit Dieselöl 28 gefüllt, abgesehen davon, daß im unteren Ende des Bohrlochs eine bestimmte mit 29 bezeichnete Menge an Schlammsäure vorhanden war. Auf diese Weise wurden die Schwierigkeiten vermieden, die sich bei der Verwendung fester Stoffe in der zur Fertigstellung bzw. Behandlung dienenden Flüssigkeit ergeben. Uach dem Zurückholen der Locherzeugungsvorrichtung 26 zur Oberfläche wurde sofort die Epoxyharzmasse zur Verdichtung bzw. Verfestigung der Erdgormation in das Bohrloch eingeleitet, und zwar ohne P daß der Packungsring entfernt wurde, der sich im Zeitpunkt der Erzeugung« der Öffnungen in der richtigen Lage für die Durchführung der Epoxyharzbehandlung befando Nachdem sich das Dieselöl 28 bereits in dem Bohrstrang befand, wurde ein Aufnahmevermögen von 160 1tr/min bei einem Drück an der Erdoberfläche von 91 a-tü festgestellt. Ein Teil der Behandlung mit dem Epoxyharz wurde wegen einer geringfügigen Verzögerung unter der Wirkung eines Unterdrucks durchgeführt. Offenbar ermöglichte es das beschriebene Verfahren, ,die schädlichen Wirkungen der erwähnten Stoffe auf ein Mindestmaß zu verringern, und bis heute haben sich, keine Anzeichen für die Förderung von Sand ergeben. Die ver-

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dichtete "bzw. verfestigte Formation produziert täglich eine Fludmenge von über 68 fcr mit einem Wasseranteil von

Patentansprüche;

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1ο Verfahren zum Erzeugen von seitlichen Öffnungen in einer sich in eine unterirdische, Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation hinein erstreckenden Tiefborhung, bei dem eine Locherzeugungsvorrichtung in der Tiefbohrung bis zu einem Niveau herabgelassen wird, das dem mit Öffnungen zu versehenen Abschnitt der Tiefbohrung benachbart ist, und bei dem dieser Abschnitt durch die Betätigung der Vorrichtung mit Öffnungen bzw. Durchbrüchen versehen wird, dadurch gekennze ichnet , daß vor der Betätigung der LoeherZeugungsvorrichtung eine Flüssigkeit, die geeignet ist, Material zu beseitigen, das die mit Hilfie der Vorrichtung hergestellten Öffnungen verstopfen könnte, in die Tiefbohrung bis zu einer Standhöhe eingeleitet wird, bei der der Spiegel der Flüssigkeit mindestens über dem mit öffnungen zu versehenden Abschnitt liegt, und daß der Druck dieser Flüssigkeit auf einen Wert erhöht wird, der genügt, um die Flüssigkeit nach der Herstellung der Öffnungen aus der Tiefbohrung heraus und in die zu erschließende Formation zu treiben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine Flüssigkeit verwendet wird, von der bekannt ist, daß sie mit dem die erzeugten Öffnungen möglicherweise verstopfenden Material chemisch reagierte

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3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e — kennz e i.chne t , daß das Material, durch das die hergestellten Öffnungen verstopft werden könnten, unter hohen Drücken von der Tiefbohrung weg fortgespült wird β
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-r durch gekennzeichnet , daß eine Flüssigkeit bekannter Art, die geeignet ist, die Verluste an zu fördernden Fluden möglichst klein zu nalteny hinter der erwähnten Flüssigkeit, die geeignet ist, das die hergestellten öffnungen möglicherweise verstopfende Material zu beseitigen, nach unten in die liefbohrung gefördert wirdo

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch geken.nz eich η et, daß Flüssigkeit bekannter Art zum Verfestigen von Sand hinter der erwähnten Flüssigkeit, die geeignet ist, das die hergestellten Öffnungen möglicherweise verstopfende Material zu beseitigen, nach unten in die Tiefbohrung hinein gefördert wird.

6· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennz ei chne t, daß der Druck der Flüssigkeit, die geeignet ist, das die erzeugten öffnungen möglicherweise verstopfende Material zu beseitigen₉ auf einen Wert erhöht wird, der ausreicht, um die Formation im Bereich des mit dän Öffnungen versehenen Abschnitts der Tiefbohrung aufzubrechen·

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