DE2402757C3 - Use of an apparatus and method for treating earth formations - Google Patents
Use of an apparatus and method for treating earth formationsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Behandeln von Erdformationen.The invention relates to the use of a device and a method for treating Earth formations.
Durch das unter Berücksichtigung der Neuheitsschonfrist nicht vorveröffentlichte deutsche Patent 2 301194 wurde die Aufgabe der Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik in bezug auf den Wirkungsgrad verbesserten Bohrvorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern, welche bei geringem Platzbedarf billig herstellbar ist, durch eine Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen mit einem mechanischen Bohrkopf, insbesondere Rollenbohrkopf, welcher zumindest eine Spüldüse für Spülfluid nebst einem Zuleitungskanal umfaßt, und einem Schallschwingungserreger für das Spülfluid nebst einem in Strömungsrichtung nachgeordneten Hohlresonator, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schwingungserreger aus einer im Zuleitungskanal für das Spülfluid im Bohrkopf angeordneten Flüssigkeitspfeife besteht und der Hohlresonator auf eine Ultraschallfrequenz abgestimmt ist, gelöst.Due to the German patent, which has not been published in advance, taking into account the grace period 2 301194, the object of creating a drilling device, which is improved in terms of efficiency over the prior art, for producing boreholes, which with little Space requirement can be produced cheaply by a device for drilling earth formations with a mechanical drill head, in particular roller drill head, which comprises at least one flushing nozzle for flushing fluid together with a supply channel, and a sound vibration exciter for the flushing fluid together with one in Hollow resonator downstream of the flow direction, which is characterized in that the vibration exciter consists of an in the supply channel for the There is flushing fluid arranged in the drill head and the hollow resonator is tuned to an ultrasonic frequency, dissolved.
Zur Reinigung derartiger Bohrlöcher werden Spülflüssigkeiten und zur Stabilisierung der Bohrlöcher Auffüllflüssigkeiten verwendet. Beide Arten von Flüssigkeiten können Verstopfungen des Bohrloches verursachen, beispielsweise durch Aufquellen von Tonmineralien in tonhaltigen Erdformationen, durch Erhöhung des Haftwassergehaltes der Erdformationen sowie durch Verstopfung von Poren in Erdformationen durch eingesickertes Filtrat, wodurch die Durchlässigkeit der Bohrlochwand auf 25 bis 40% desRinsing fluids are used to clean such boreholes and to stabilize the boreholes Replenishment fluids used. Both types of fluids can clog the borehole cause, for example by swelling of clay minerals in clayey earth formations Increase in the water content of the earth formations as well as clogging of pores in earth formations by seeping in filtrate, whereby the Permeability of the borehole wall to 25 to 40% of the ursprünglichen Wertes vermindert werden kann, was eine spätere Ausbeute wesentlich beeinträchtigt. In einzelnen Fällen kann die Durchlässigkeit sogar gänzlich verlorengehen. Ähnliche Erscheinungen ergeben sich auch in bereits vorhandenen natürlichen flüssigkeitsgefüllten Erdhohlräumen, Kavernen, Spalten und dergleichen, an denen eine Förderung von Mineralflüssigkeiten eingerichtet werden solLoriginal value can be reduced what a later yield is significantly impaired. In some cases, the permeability can even be completely lost. Similar appearances result can also be found in already existing natural fluid-filled earth cavities, caverns, crevices and the like on which mineral fluid extraction is to be set up
tentschrift 1257076 und der deutschen Offenlegungsschrift 2000324, welche zum Behandeln von Erdfonnationen mittels Ultraschall durch Einbringen in Bohrlöcher dienen, bekannt Hierbei wird jedoch ein Spektrum in einem verhältnismäßig großen Betentschrift 1257076 and the German Offenlegungsschrift 2000324, which for the treatment of Earth formations are used by means of ultrasound by introducing them into boreholes, but this is known a spectrum in a relatively large area reich, jedoch keine diskrete Frequenz abgegeben. Auch ist eine Richtstrahlwirkung entsprechend bestimmten Schichtneigungswinkeln von Erdfonnationen nicht vorgesehen.rich, but no discrete frequency emitted. A directional beam effect corresponding to certain layer inclination angles of earth formations is also not provided.
Durchlässigkeit derartiger Bohrlöcher oder sonstiger Kavernen eine Erdformationsbehandlung durchzuführen, die jedoch bisher problematisch war, da hierfür aggressive ätzende Fluide, die eine schädliche Wirkung auf die Stabilität des Bohrloches beziehungs-Permeability of such boreholes or other caverns to carry out an earth formation treatment, which, however, has been problematic up to now, since aggressive corrosive fluids, which have a detrimental effect on the stability of the borehole weise der Kaverne ausüben, verwendet werden mußten. Bei einer durch Aufquellen von Tonmineralien verursachten Verminderung der Durchlässigkeit konnten derartige Behandlungsverfahren nicht mit Erfolg angewandt werden (vergleiche die ungarischenwise to exercise the cavern, had to be used. In the case of a reduction in permeability caused by the swelling of clay minerals such treatment methods could not be used with success (compare the Hungarian
Aufgabe der Erfindung ist eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Behandlung von Erdformationen, insbesondere zum Zwecke des Abbaues von seitens einer Bohrlochflüssigkeit hervorgerufenenThe object of the invention is an improved treatment of earth formations compared to the prior art, in particular for the purpose of mining caused by a borehole fluid
Diese Aufgabe wurde durch Verwendung einer Vorrichtung nach dem Patent 2301194.1, jedoch ohne einen in diesem Fall nicht erforderlichen Rollenbohrkopf, gelöst.This object was achieved by using a device according to patent 2301194.1, however without a roller boring head, which is not required in this case, solved.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer Vorrichtung mit einem Zuleitungskanal für eine Bohrlochflüssigkeit, einem Schwingungserreger für die Flüssigkeit und einem diesem in Strömungsrichtung nachgeordneten Hohlresonator, wobei derThe invention therefore relates to the use of a device with a feed channel for a borehole fluid, a vibration exciter for the fluid and a hollow resonator downstream of this in the direction of flow, the Schwingungserreger aus einer im Zuleitungskanal für die Flüssigkeit angeordneten Flüssigkeitspfeife besteht und der Hohlresonator auf eine Ultrnschallfrequenz abgestimmt ist, nach Patent 2301194, zum Behandeln von Erdformationen. Insbesondere geeignetVibration exciter consists of a liquid pipe arranged in the supply channel for the liquid and the hollow resonator is tuned to an ultrasonic frequency, according to patent 2301194, for treating earth formations. Particularly suitable ist die Vorrichtung zum Abbau von seitens der Bohrlochflüssigkeit hervorgerufenen Verstopfungen.is the device for breaking down blockages caused by borehole fluid.
Durch diese Maßnahme kann die Durchlässigkeit von Bohrlöchern und natürlichen Hohlräumen gegenüber dem bisherigen Stand der Technik wesentlich ge-By this measure, the permeability of boreholes and natural cavities compared to the previous state of the art can be significantly increased. steigert werden.be increased.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln von Erdformationen unter Verwendung der obigen Vorrichtung, bei welchem dem statischen Druck der Bohrlochflüssigkeit nahe der zu behanThe invention also relates to a method for treating earth formations using of the above device at which the static pressure of the wellbore fluid is close to that to be treated delnden Erdformation in den Ultraschallbereich fal lende Druckwellen aufgeprägt werden, die eine mit der sich aus dem Porenvolumen der Erdformation und/oder den Ausmaßen künstlicher Kavernen der Erdformation ergebenden örtlichen Eigenschwin-The earth formation falls into the ultrasonic range Lende pressure waves are imposed, the one with the arising from the pore volume of the earth formation and / or the dimensions of artificial caverns of the earth formation resulting in local vibrations
b5 gungszahl übereinstimmende Frequenz oder ein ganzzahliges Vielfaches derselben aufweisen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Druckwellen in einer mit der Schichtneigung der Erd-b5 supply number have the same frequency or an integral multiple thereof, which The method is characterized in that the pressure waves in a with the layer inclination of the earth
formation identischen Hauptrichtung ausgesandt werden und dabei die Vorrichtung in Vertikalrichtung bewegt wird.formation identical main direction are sent and thereby the device in the vertical direction is moved.
Durch dieses Verfahren können die Ergebnisse der Erdformationsbehandhing optimiert weiden. Zu diesem Zweck ist es günstig, für jeden vorangehend geologisch bestimmten Scbichtneigungswinkel einer Erdformation eine gesonderte Vorrichtung zu verwenden, bei welcher der oder die Schwingungserreger dem Schichtneigungswinkel der jeweils zu behandelnden "» Erdformatjan entsprechend ausgerichtet sind.This method allows the results of earth formation treatment to be optimized. To this The purpose is favorable for each previously geologically determined angle of inclination of an earth formation to use a separate device, in which the vibration exciter (s) the Layer inclination angle of the "» to be treated in each case Erdformatjan are aligned accordingly.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Behandlung von Erdformationen bestehen zusammengefaßt darin, daßThe advantages of the treatment of earth formations according to the invention are summarized in that
sie auf die Erdformation konzentriert werden kann,it can be focused on the earth formation,
kein aggressives Mittel verwendet wird, eine größere Verbesserung der Durchlässigkeit als nach dem Stand der Technik sichergestellt wirdno aggressive agent is used, a greater improvement in permeability than is ensured according to the state of the art
und die Sekundärförderung erfolgreicher gemacht wird.and secondary funding is made more successful.
Bei der Behandlung von Erdformationen werden nämlich die durch die erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung erregten periodischen Ultraschallwellen hoher Energie folgende Wirkungen herbeigeführt:In the treatment of earth formations that are used by the invention Device excited periodic ultrasonic waves of high energy brought about the following effects:
Die durch die Wirkung der Bohrlocherschließarbeitsgänge aufgequollenen Tonmineralien zerfallen und die Adhäsionsbindung zwischen dem Gestein und dem Haftwasser sowie zwischen dem Gestein und den Filtraten wird labil. κ»The effect of the borehole closing operations swollen clay minerals disintegrate and the adhesive bond between the rock and the retained water as well as between the rock and the filtrates becomes unstable. κ »
So können durch Freiwerden der die Durchlässigkeit vermindernden unerwünschten Materialien diese Materialien in einen vom Gesichtspunkt der Förderung her indifferenten, die Durchlässigkeit nicht verringernden Zustand gebracht werden. J>Thus, by releasing the undesirable materials that reduce the permeability, these can be avoided Materials in an indifferent from the point of view of conveyance, which does not reduce the permeability State to be brought. J>
Mit der Erfindung können zweckmäßigerweise zweierlei Arten von Erdformationsbehandlungen durchgeführt werden.With the invention two types of earth formation treatments can expediently be performed.
a) Eine Behandlung vor der Verrohrung des Bohrlochs unter dem Schutz des hydrostatischen
Druckes einer Auffüllflüssigkeit passenden spezifischen Gewichtes und passender Zusammensetzung
durch Einbauen der Vorrichtung gegenüber einer Erdformation von auf Grund von Erdformationsuntersuchungen bestimmter Tiefe
und Orientierung unter Einstellen parallel zur Richtung der Schichtfolge und Betreiben der
Vorrichtung durch ein Strömungsmedium derselben Zusammensetzung wie die Auffüllflüssigkeit.
Bei der Bestimmung der Flüssigkeitszusammensetzung sind die in der Flüssigkeitspfeife auszubildenden
rheologischen Verhältnisse, das zur Sicherstellung des erforderlichen hydrostatischen
Druckes zu verwendende spezifische Ge- ss wicht und die auf Grund der aus Kernproben ermittelten
Schichtenstruktur auszubildende chemische Einstellung zu berücksichtigen. Alle diese
Faktoren sind jedoch mit den gegenwärtig angewandten schlammverfahrenstechnischen Verfahren
ohne Schwierigkeiten zu verwirklichen. Im Laufe der Erdformationsbehandlung wird der
mit dem Ultraschallorgan versehene Rohrstrang bis zur Dauer der aus Erdformationsuntersuchungen
bekannten Schichtendicke nach und nach nachgelassen, und erforderlichenfalls wird
unter Unterbrechung der Erdformationsbehandlung angesetzt. Mit einer zu einem Querschnitt
von 215,9 mm ausgebildeten Vorrichtung
ist der erforderliche Pumpendruck in einer Tiefe von 3000 m 80 bis 120 atü und die erforderliche
Flüssigkeitsmenge 20 l/Sekunde,
b) Eine Behandlung nach der Verrohrung, Zementierung und Perforation ist mit der vor der Verrohrung
des Bohrlochs im wesentlichen identisch. Die Behandlung wird am oberen Punkt der
Perforationstiefe begonnen, und es wird nach und nach nachgelassen. Während der Behandlung
wird der genaue, auf die Eigenfrequenzoberschwingungen der entstandenen Perforationshohlräume
eingestellte Wert der Frequenz grob durch Anwendung von austauschbaren Hohlresonatoren verschiedener Abmessungen
und innerhalb derselben durch passende Wahl der rheologischen Eigenschaften des Mediums
sichergestellt.a) A treatment prior to casing the borehole under the protection of the hydrostatic pressure of a filling liquid of suitable specific gravity and composition by installing the device opposite an earth formation of depth and orientation determined on the basis of earth formation investigations with adjustment parallel to the direction of the layer sequence and operation of the device by a flow medium of the same composition as the make-up liquid. When determining the liquid composition, the rheological conditions to be developed in the liquid pipe, the specific weight to be used to ensure the required hydrostatic pressure and the chemical setting to be developed on the basis of the layer structure determined from core samples must be taken into account. However, all of these factors can be achieved without difficulty with the currently used sludge engineering methods. In the course of the earth formation treatment, the pipe string provided with the ultrasound organ is gradually reduced up to the length of the layer thickness known from earth formation studies and, if necessary, the earth formation treatment is started with an interruption. With a device designed to have a cross section of 215.9 mm, the required pump pressure at a depth of 3000 m is 80 to 120 atmospheres and the required amount of liquid is 20 l / second,
b) Post-casing, cementing and perforating treatment is essentially identical to that prior to casing the wellbore. Treatment is started at the top of the perforation depth and gradually subsides. During the treatment, the exact value of the frequency adjusted to the natural frequency harmonics of the resulting perforation cavities is roughly ensured by using interchangeable hollow resonators of various dimensions and within them by appropriate selection of the rheological properties of the medium.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel einer gegenüber dem Patent 2301194.1 abgewandelten, speziell zur Behandlung von Erdformationen mit genau horizontaler Schichtneigung geeigneten Vorrichtung im vertikalen Axialschnitt veranschaulicht, näher erläutert. The invention is described below with reference to the drawing, which shows an embodiment of the opposite modified from patent 2301194.1, specifically device suitable for treating earth formations with an exactly horizontal slope illustrated in vertical axial section, explained in more detail.
An einem Bohrgestängerohr 1 ist mittels eines Zwischenstückes 3 eine Erdformationsbehandlungsvorrichtung 8 angebracht, welche einen Schwingungserreger 9 für durch das Bohrgestängerohr 1 zugeführte Flüssigkeit aufweist. Dem Schwingungserreger 9 ist in Strömungsrichtung ein Hohlresonator 6 nachgeordnet, wobei der Schwingungserreger aus einer im Zuleitungskanal für die Flüssigkeit angeordneten Flüssigkeitspfeife 5 besteht und der Hohlresonator 6 auf eine Ultraschallfrequenz abgestimmt ist. Die Flüssigkeit tritt aus einer Düse 7 aus. Über dem Umfang des Schwingungserregers 9 sind mehrere Baueinheiten, umfassend je eine Flüssigkeitspfeife 5, einen Hohlresonator 6 sowie eine Düse 7, angeordnet. Die Achsen der Düsen 7 verlaufen jeweils horizontal beziehungsweise in einem rechten Winkel zur Achse des Bohrgestängerohres 1.An earth formation treatment device is attached to a drill pipe 1 by means of an intermediate piece 3 8 attached, which a vibration exciter 9 for fed through the drill pipe 1 Has liquid. A hollow resonator 6 is attached to the vibration exciter 9 in the direction of flow downstream, the vibration exciter from a arranged in the supply channel for the liquid There is liquid whistle 5 and the hollow resonator 6 is tuned to an ultrasonic frequency. the Liquid emerges from a nozzle 7. Over the circumference of the vibration exciter 9 are several structural units, each comprising a liquid pipe 5, a hollow resonator 6 and a nozzle 7. The axes of the nozzles 7 each run horizontally or at a right angle to the axis of the drill pipe 1.
Die beschriebene Vorrichtung ist zum Absenken in ein Bohrloch 2 bestimmt und dient zum Behandeln einer bestimmten Erdformation 10, deren Schichtneigungswinkel α = 0 ist. Während der Behandlung wird die Vorrichtung an dem Bohrgestängerohr 1 vertikal in den Bereich der Erdformation 10 bewegt. Hierbei werden dem statischen Druck der Bohrlochflüssigkeit nahe der zu behandelnden Erdformation in den Ultraschallbereich fallende Druckwellen aufgeprägt, die eine mit der sich aus dem Porenvolumen der Erdformation 10 ergebenden örtlichen Eigenschwingungszahl übereinstimmende Frequenz oder ein ganzzahliges Vielfaches derselben aufweisen. Die Aussendungsrichtung der Druckwellen stimmt hierbei mit dem Schichtneigungswinkel der Erdformation 10 überein.The device described is intended for lowering into a borehole 2 and is used for treatment a certain earth formation 10, the layer inclination angle of which α = 0. During the treatment will the device on the drill pipe 1 is moved vertically into the area of the earth formation 10. Here the static pressure of the borehole fluid close to the earth formation to be treated in the ultrasonic range falling pressure waves are imposed, one with the arising from the pore volume of the earth formation 10 resulting local natural frequency matching frequency or an integer Have multiples of the same. The direction of emission of the pressure waves coincides with this the layer inclination angle of the earth formation 10 corresponds.
Befindet sich oberhalb und unterhalb der Erdformation 10 eine weitere Erdformation 11 mit einem abweichenden Schichtneigungswinkel α, dann kann die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung zur Behandlung dieser Erdformation 11 nicht verwendet werben, sondern es ist hierzu eine analogr Vorrichtung, bei welcher die Achsen der Düsen 7 in einem Winkel α φ 0 zur Horizontalen verlaufen, erforderlich. Es versteht sich hierbei, daß die Vorrichtung während der Behandlung nur vertikal bewegt, nichtAbove and below the earth formation 10 is another earth formation 11 with a deviating layer inclination angle α, then the device illustrated in FIG. 1 for treatment this earth formation 11 is not used for advertising, but it is an analog device for this purpose, in which the axes of the nozzles 7 extend at an angle α φ 0 to the horizontal, is required. It goes without saying that the device only moves vertically during the treatment, not
aber gedreht werden darf, da sonst der Winkel der Düsen 7 nicht mehr mit demjenigen der Erclforination 11 übereinstimmt.but may be rotated, otherwise the angle of the Nozzles 7 no longer match that of the erclforination 11 matches.
Nachfolgend sind die genauen Parameter einer praktisch erprobten, erfindungsgemäß angewandten Vorrichtung zum Behandeln von Erdformationen angegeben: The following are the exact parameters of a practically tested one used according to the invention Apparatus for treating earth formations specified:
Der Durchmesser der Düsen 7 beträgt 14 mm. Die Auslegung erfolgt auf einen Flüssigkeitsdurchsatz von 1700 l/Minute, wobei für die Flüssigkeit eine Dichte von 1,32 g/cm·1 und ein Strömungswiderstand von 25 dyn/cm2 vorausgesetzt sind. Der Durchmesser derThe diameter of the nozzles 7 is 14 mm. The design is based on a liquid throughput of 1700 l / minute, a density of 1.32 g / cm · 1 and a flow resistance of 25 dyn / cm 2 being assumed for the liquid. The diameter of the
Hohlresonatoren 6 beträgt danach 22 mm und die Länge 30 mm. Es ergibt sich eine Ultraschallfrequen? von 27 kHz.Hollow resonators 6 is then 22 mm and the length 30 mm. There is an ultrasonic frequency? of 27 kHz.
Im Betrieb wurde ein Strömungsdruckveriust der Flüssigkeit von 25 bis 30 atü gemessen, was bedeutet, daß eine Leistung von 50 bis 60 PS in Schwingungsenergie umgewandelt wird, die zum Behandeln von Erdformation ausgenützt werden kann.During operation, a flow pressure loss was the Liquid measured from 25 to 30 atmospheres, which means that an output of 50 to 60 hp is converted into vibrational energy, which is used to treat Earth formation can be exploited.
Wegen der starken Vcrschleißwirkung der Flüssigkeit sind die Flüssigkeitspfeife 5 und die Düse 1 zweckmäßig aus einem sehr verschleißfesten Material. wie Hartmetall, hergestellt.Because of the strong wearing effect of the liquid, the liquid pipe 5 and the nozzle 1 are expediently made of a very wear-resistant material. like hard metal.
Hierzu i Blatt ZeichnungenFor this purpose i sheet of drawings
Claims (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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Families Citing this family (3)
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-
1974
- 1974-01-22 DE DE19742402757 patent/DE2402757C3/en not_active Expired
Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |