DE2515598C3 - Verfahren zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen Flözen zwecks Untertagevergasung durch Niederbringen von Produktionsbohrungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen Flözen zwecks Untertagevergasung durch Niederbringen von Produktionsbohrungen in die kohlenstoffhaltigen rlöze.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient hauptsächlich zum schachtiosen Abbau von Lagerstätten von Kohle, Brennschiefern, bituminösen Gesteinen und schwerem Erdöl. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren zum schachtlosen Abbau anderer Bodenschätze mit Hilfe von physikalisch-chemischen Verfahren verwendet werden, die auf dem Vergasen, Schmelzen oder Auslaugen der Bodenschätze beruhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch beim Erschließen von Erdöl- und Gaslagerstätten mittels Produktionsbohrungen sowie auch beim Erschließen von wasserführenden Schichten mittels hydrogeologischer Bohrungen verwendet werden.

Zur Zeit ist eine große Anzahl von verschiedenartigen Verfahren zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen ■ Flözen mittels Produktionsbohrungen zwecks Untertagevergasung bekannt. Bei einem der Verfahren erfolgt das Niederbringen einer Produktionsbohrung mit einem Meißel unter Verwendung einer Bohrspülung, von der Gebrauch gemacht wird, um die Bohrlochwände

in während des Bohrvorgangs zu befestigen und das Bohrklein an die Oberfläche auszutragen.

Bei diesem Verfahren wird die Produktionsbohrung bis zu einer Tiefe von 3 bis 5 m über der mutmaßlichen Lagerungstiefe des Flözhangenden niedergebracht.

ι "> Dann werden die Bohrstangen und der Meißel herausgenommen und die Bohrung im Flöz mit Hilfe eines Meißels, dessen Durchmesser geringer ist, weiter niedergebracht. Hierbei wird ebenfalls eine Bohrspülung verwendet und die Bohrung auf eine Tiefe von

-'Ii mindestens 5 m unter das Flözliegende niedergebracht. Hiernach werden Meißel und Bohrgestände aus der Bohrung herausgenommen und durch geophysikalisches Bohrlochvermessen die Tiefe des Hangenden und des Liegenden des Flözes bestimmt. Dann wird die

J". einen geringen Durchmesser besitzende Bohrung bis auf die Abmessungen der Hauptbohrung erweitert. Dies geschieht bis zum Erreichen der Tiefe, in der der Rohrschuh des Futterrohrstrangs aufgestellt werden soll. Zum Verrohren der Produktionsbohrung wird ein

m Futterrohrstrang verwendet, und danach wird der restliche Teil der Bohrung mit geringerem Durchmesser vom Rohrschuh des Futterrohrstrangs bis zum Flözliegenden mit einem Meißel erweitert, dessen Durchmesser etwas geringer als der Durchmesser der Futterrohre

i'i ist.

Die Bohrung zum Bestimmen der Lagerungstiefe des Hangenden u.id des Liegenden des Flözes wird beim bekannten Verfahren unter Verwendung einer Tonlösung als Bohrspülung niedergebracht. Da der Tonlö-

■tii sungsdruck im Bohrloch größer als der hydrostatische Wasserdruck im kohlenstoffhaltigen Flöz ist, dringt die Bohrspülung in das System aus natürlichen Rissen und in die leichtdurchlässigen Zonen in der Umgebung der Bohrung ein; dadurch werden die Bohrlochwände mit

■r. Bohrspülung abgedichtet. Durch die erwähnte Erscheinung wird die natürliche Durchlässigkeit des Flözes zerstört und das Verbinden einzelner Bohrungen durch ein dünnflüssiges Mittel stark erschwert und manchmal unmöglich gemacht. Es kommt vor, daß die einzelnen

.ei Bohrungen nicht in der gewünschten, sondern in einer willkürlichen Richtung z. B. mit dem Austritt in das Hangende des kohlenstoffhaltigen Flözes oder in durchlässigere Gesteine, die über seinem Hangenden liegen, verbunden werden.

ν· Ein anderer Nachteil des bekannten Verfahrens ist der hohe spezifische Verbrauch an dünnflüssigem Mittel, das beispielsweise aus Luft, aus mit Sauerstoff angereicherter Luft, Sauerstoff oder Wasser besteht und unter hohem Druck beim Verbinden von Nachbarboh-

Mi rungen in eine Bohrung gepreßt wird

Außerdem müssen Produktionsbohrungen in einem geringen Abstand voneinander angelegt werden, was zur Folge hat, daß die Gesamtzahl der niederzubringenden Bohrungen bezüglich der Vergasungsfläche wächst.

it. Einer der Nachteile des bekannten Verfahrens besteht darin, daß beim Ersetzen des Meißels für den Hauptquerschnitt durch einen Meißel mit geringerem Querschnitt und beirr Erweitern des Bohrlochs mit

geringerem Durchmesser bis auf den Hauptdurchmesser der Produktionsbohrung in der Tiefe, wo es vorgesehen ist, den Rohrschuh des Futterrohrstrangs im kohlenstoffhaltigen Flöz einzusetzen, Ein- und Ausbauarbeiten erforderlich sind.

Es ist auch ein Nachteil des bekannten Verfahrens, daß mehrere Meißel mit verschiedenen Durchmessern verwendet werden. Die Notwendigkeit, die Bohrung im kohlenstoffhaltig!?*! Flöz über sein Liegendes hinaus mindestens 5 m ins darunterliegende Gestein niederzubringen, um die Flözlagerungstiefe zu bestimmen, hat negativen Einfluß auf das Verbinden der Bohrungen durch ein dünnflüssiges Mittel und auf den Vergasungsprozeß selbst.

Ein entsprechendes Verfahren — mit den entsprechenden Nachteilen — ist in den »Annales des Mines de Begique«, Mai 1959, Seite 486 beschrieben. Hiernach wird zunächst eine Bohrung niedergebracht, die bei etwa zwei Drittel der Mächtigkeit des Flözes abgebrochen und mit einem Futterrohrstrang verrohrt wird. Nach dem Zementieren wird lediglich der Zcrncntpfropfen im Futterrohrtiefsten durchbohrt.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die aufgezählten Nachteile zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen Flözen zwecks Untertagevergasung durch Niederbringen von Produktionsbohrungen zu schaffen, welches das Erschließen des Flözes und das Bestimmen seiner Lagerungstiefe vereinfacht sowie nicht die natürliche Durchlässigkeit des Flözes auf seiner ganzen Länge vom Rohrschuh des Futterrohrstrangs bis zum Flözliegenden zerstört.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen Flözen zwecks Untertagevergasung durch Niederbringen von Produktionsbohrungen, welches aus dem Abbohren von Produktionsbohrungen bis ins Flöz, dem Bestimmen der Lagertiefe des Hangenden und des Liegenden des Flözes und com Einsetzen eines im Flöz vor dem Liegenden endenden Futterrohrstrangs besteht, dadurch gelöst, daß die Produktionsbohrung bis zum Durchbohren des Hangenden des Flözes niedergebracht wird und nach dem Eindringen in die obere Schicht des Flözes der Bohrungsprozeß unterbrochen und die Lagertiefe des Hangenden und das Liegende des Flözes bestimmt wird, danach mit dem weiteren Niederbringen der Bohrung im Flöz unter an sich bekannten Stehenlassen des in der Bohrlochachse liegenden Flözteils bis zu einer Tiefe fortgefahren wird, in welcher eine Verbindung von Nachbarbohrungen durch ein flüssiges Mittel, welches die Masse des Flözes durchdringt, gewährleistet ist, wonach in die Bohrung ein Futterrohrstranp eingesetzt und dann mit dem Niederbringender Bohrung mit kleinerem Durchmesser im verbliebenen Flözteil zwischen dem Rohrschuh des Futterrohrstrangs und dem Liegenden des Flözes mit einem gasförmigen oder wäßrigen Medium als Spülmittel fortgefahren wird.

Das erfindungegemäße Verfahren zum Niederbringen von Produktionsbohrungen in kohlenstoffhaltigen Flözen ermöglicht es, die Bohrtechnologie beim Niederbringen von Produktionsbohrungen zu vereinfachen, die Effektivität beim Verbinden von Nachbarbohru.ngen durch ein dünnflüssiges Mittel, welches die Flö/masse durchdringt, zwecks darauffolgender Vergasung des Flözes zu erhöhen und Voraussetzungen für einen vollkommeneren Abbau der Vorräte an kohlenstoffhaltigen Flözen zu schaffen.

Es wird überflüssig, die Bohrung im kohlenstoffhaltigen Flöz unterhalb dem Flözliegenden weiter niederzubringen, um geophysikalische Bohrlochmessungen vor-■ zunehmen. Es fallen vollkommen alle Ein- und Ausbauarbeiten des Bohrgestänges und des Meißels beim Austauschen von Meißeln mit verschiedenen Durchmessern während des Niederbringens der Bohrung durch das kohlenstoffhaltige Flöz hindurch und in weiterund währenddes Erweiternsdes Bohrlochs bis zu einer Tiefe, in der der Rohrschuh des Futterrohrstrangs eingesetzt wird, fort.

Zweckmäßigerweise wird die Lagerungstiefe des Flözhangenden gemäß dem beschriebenen Verfahren : ι durch Gammastrahlen-Bohrlochmessung bestimmt, wobei das Gerät zur Gammastrahlen-Bohrlochmessung innerhalb des Bohrgestänges herabgelassen wird.

Das Ausführen der Gammstrahlen-Bohrlochmessung durch das Bohrgestänge hindurch ermöglicht es, .•η ungehindert geophysikalische Uw Buchungen im Bohrgestänge vorzunehmen und die hierzu erforderliche Zeit zu verringern.

Vorzugsweise wird die Bohrung im erwähnten verbliebenen Flözteil zwischen dem Rohrschuh des ji Futterrohrstrangs und dem Flözliegenden unter Verwendung eines gasförmigen Mittels als Spülmittel niedergebracht.

Bei einer anderen Durchführungsvariante des Verfahrens wird die Bohrung im verbliebenen Flözteil ;n zwischen dem Rohrschuh des Futterrohrstrangs und der Flözsohle unter Verwendung von Wasser als Spülmittel niedergebracht.

Das Niederbringen der Bohrung, bei dem der verbleibende Teil des kohlenstoffhaltigen Flözes, der ji zwischen dem Rohrschuh des Futterohrstrangs und dem Flözliegenden verblieben ist, mit Hilfe eines gasförmigen Mittels als Spülmittel durchbohrt wird, ermöglicht es, die natürliche Durchlässigkeit in diesem Flözteil beizubehalten, was zum Verhindern des spezifischen in Verbrauchs an dünnflüssigem Mittel, welches die Masse des Flözes in seinem unteren Teil durchdringt, beim Verbinden von Nachbarbohrungen beiträgt und den eigentlichen Prozeß beim Verbinden der Bohrungen beschleunigt.

j-, Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreiben eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein kohlenstoffhaltiges Flöz, das mittels einer Produktionsbohrung angebohrt ist, wobei ein Meißel in Vi die obere Schicht des kohlenstoffhaltigen Flözes eingedrungen ist,

Fig. 2 eine Produktionsbohrung mit darin befindlichem Bohrgestänge und mit einem Gerät zum Gammastrahlen-Bohrlochmessen, das in das Bohrge- -,-, stange eingeführt ist, um die Lagerungjliefe des Hangenden des kohlenstoffhaltigen Flözes zu bestimmen,

Fig. 3 die Kurve der natürlichen Radioaktivität an der Grenze zwischen kohlenstoffhaltigem Flöz und «ι Nachbargesteinen, wobei durch »*<·<■ die Abszissenachse, auf der Millicurie/Stunde abgetragen sind, und durch »y« die Ordinatenachse, auf der die Tiefe in Metern abgetragen ist, gekennzeichnet ist,

F i g. 4 eine Produktionsbohrung, die bis zu der Tiefe hi niedergebracht ist, in der der Rohrschuh des Futterstrangs eingesetzt wird,

F i g. 5 eine Produktionsbohrung mit in ihr eingesetztem Futterrohrstrane und

Fig. 6 eine Produktionsbohrung mil zusätzlich unter Verwendung eines gasförmigen Mittels als Spülmittel durchbohrtem, verbliebenem Flözteil zwischen dem Rohrschuh des Fullerrohrstrangs und dem Flözlicgcnden.

Die Produktionsbohrungen zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen Flözen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe einer beliebigen bekannten Bohrausrüstung (beispielsweise mit einer Ausrüstung, welche das Niederbringen von Bohrungen in mit 250 bis 400 mm und größeren Durchmessern bis zu einer Tiefe von 300 bis 400 m und tiefer ermöglichen) niedergebracht werden. Die Bohrausrüstung enthält gewöhnlich ein Bohrgestänge I, an dessen Ende ein Meißel 2 befestigt ist, und eine (aus der Zeichnung nicht ι ■ ersichtliche) Vorrichtung zum Nachführen der Rohre und des Meißels sowie zum Drehen derselben.

Mit dem Niederbringen der Bohrung 3 wird begonnen, wenn bereits eine vorausgehende Vorstellung von der Lagerungstiefe des kohlenstoffhaltigen ■" Flözes 4 besteht, welche beispielsweise durch geologische F.rkundungsarbeiten erhalten wird. Wenn man auf diese Weise bereits die Lagerungstiefe des Hangenden und den Liegenden des Flözes kennt, kann mit genügender Genauigkeit die Produktionsbohrung ■ niedergebracht und überwacht werden, in welchem Moment der Meißel in das kohlenstoffhaltige Flöz eintritt.

Die Produktionsbohrung 3 wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe eines Meißels 2 mit einem i' gewählten Durchmesser. /.. B. 114 mm. niedergebracht, bis das Hangende des kohlenstoffhaltigen Flözes angebohrt wird, wobei der Bohrprozeß unter Verwendung einer Bohrspülung durchgeführt wird (F i g. 1). Das F.intreffen des Meißels 2 im Hangenden 5 des ι kohlenstoffhaltigen Flözes 4 wird überwacht. Da die Lagerungstiefe des Flözhangenden bekannt ist und auch aufgrund der Änderung der Bohrgeschwindigkeit und der Änderung der Farbe der Bohrspülung beim Fintreten des Meißels 2 in das kohlenstoffhaltige Flöz 4 n ist das möglich.

Der Bohrprozeß wird nach dem Eintreten des Meißels 2 in das kohlenstoffhaltige Flöz 4 beendet. Die F.indringtiefe des Meißels 2 in das Flöz 4 soll es ermöglichen. Gammastrahlen-Bohrlochmessungen zum : Bestimmen der Lagerungstiefe des Hangenden des kohlenstoffhaltigen Flözes durchzuführen. Gewöhnlich beträgt die F.indringtiefe des Meißels 2 in das kohlenstoffhaltige Flöz 0.6 bis 1.2 m.

Dann wird im Bohrgestänge 1 an einem Bohrloch- ■ mcßkabcl 6 ein Gerat 7 zum Gammastrahlen-Bohrloch müssen herabgelassen, welches ein bekanntes Gerät /um Messen der natürlichen Radiaoaktivität mit Aufzeichnung der Meßdaten, beispielsweise auf einen Papierstreifen, ist.

Aufgrund der Geräteanzeige und der Länge des BnhrlnchmcUkabcls wird die Lagerungstiefe des Hangenden 5 des Ilö/es4(l'i g. 2) berichtigt.

Is wurde festgestellt, daß sich die Kennlinien der natürlichen Radioaktivität von kohlenstoffhaltigen ·■ IΊο/en wie /. B. von Kohle und die von Nachbargcsteinen, die gewöhnlich aus Sedimentgesteinen (Sand-Ton-Gcstcinen, Kalkgcsteinen, Mergeln usw.) bestehen, stark voneinander unterscheiden. Die natürliche Radioaktivität von Nachbargesteinen erwies sich in allen Fällen höher als die des kohlenstoffhaltigen Flözes, das beispielsweise aus Braunkohle oder Steinkohle besteht. Selbst unter Berücksichtigung eines gewissen abschirmenden Einflusses der metallischen Bohrgestängewände auf die Kurve A der natürlichen Radioaktivität ist klar die Grenze der Lagerungstiefe des kohlenstoffhaltigen Flözes 4 und der Nachbargesteinc zu erkennen (Fig. 3). Nach dem Bestimmen der Lagergren/c des kohlenstoffhaltigen Flözes und dem Bestimmen seiner Tiefenlagc mit dem Gerät wird die tatsächliche Lagerungstiefe des Hangenden des kohlenstoffhaltigen Flözes in jeder Produktionsbohrung nach dem Auswerten der Kurve der natürlichen Radioaktivität erhalten.

Weiterhin wird die I agerungstiefe des Liegenden 8 des kohlenstoffhaltigen Flözes 4 berichtigt, was auf beliebige Weise und insbesondere durch Summieren des Werts der bekannten Lagerungsticfc des Flözhangenden und des Wertes der vorher bestimmten Flözmächtigkeit erfolgen kann.

Nach Erhalt der Angaben über die Tiefcnlage des Hangenden und des Liegenden des Flözes wird mit dem weiteren Niederbringen der Produktionsbohrung im verbliebenen Flözteil 9 so lange fortgefahren, bis eine solche Tiefe erreicht wird, daß die Dicke des verbliebenen Flözteils 9 zwischen dem Ende des Bohrwerkzeugs und dem Liegenden 8 des Flözes 4 es ermöglicht (aus der Zeichnung nicht ersichtliche) Nachbarbohrungen mit Hilfe eines dünnflüssigen Mediums, welches die Flözmasse durchdringt, so zu verbinden, wie dies in Fig.4 durch Pfeile gezeigt ist. Diese Dicke beträgt gcöhnlich 0.6 bis 2,0 m und hängt von der Mächtigkeit des kohlenstoffhaltigen Flözes ab.

Hiernach wird das Niederbringen der Bohrung beendet und das Bohrwerkzeug herausgezogen.

Auf diese Weise wird die Produktionsbohrung 3 bis zu der Tiefe in der der Rohrschuh 11 eines Futterrohrstrangs 10 eingesetzt wird, in einer Fahr! niedergebracht, wobei die Lagerungstiefe des Hangenden des kohlenstoffhaltigen Flözes berichtigt wird. Dann wird der Futterrohrstrang 10 auf übliche Weise eingesetzt (F ig. 5).

Hiernach wird die Bohrung im verbliebenen Flö/teil 9 vom Rohrschuh 11 des Futterrohrstrangs 10 aus bis /um Liegenden 8 des Flözes 4 unter Verwendung eines gasförmigen Mittels (Fig. 6) mit Hilfe eines Meißels niedergebracht, dessen Durchmesser gleich dem Durch messer der Futterrohre ist.

Beim Ausführen dieses Arbeitcsgangs wird, wenn dies erforderlich ist. die tatsächliche Lagcrungstiefe des Liegenden 8 des Flözes 4 durch zusätzliches Bohren mit einem Kernbohrmeißel unter Verwendung eines gasförmigen Mittels berichtigt.

Bei Verwendung der Erfindung werden die Bohrkosten um 20"/(i und die zum Niederbringen der Produktionsbohrung erforderliche Zeit um 20 bis 25% ¹ vermindert sowie die Anzahl der Baugrößen der verwendeten Meißel von 3 auf 2 verringert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   J. Verfahren zum Erschließen von kohlenstoffhaltigen Flözen zwecks Untertagevergasung durch Niederbringen von Produktionsbohrungen, welches aus dem Abbohren von Produktionsbohrungen bis ins Flöz, dem Bestimmen der Lagertiefe des Hangenden und des Liegenden des Flözes und dem Einsetzen eines im Flöz vor dem Liegenden endenden Futterrohrstrangs besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktionsboh rung (3) bis zum Durchbohren des Hangenden (5]| des Flözes (4) niedergebracht wird und nach dem Eindringen in die obere Schicht des Flözes (4) der Bohrprozeß unterbrochen und die Lagertiefe des Hangenden (5) und das Liegende (8) des Flözes (4) bestimmt wird, danach mit dem weiteren Niederbringen der Bohrung im Flöz (4) unter an sich bekanntem Stehenlassen des in der Bohrlochachse liegenden Flözteils bis zu einer Tiefe fortgefahren wird, in welcher eine Verbindung vor Nachbarbohrungen durch ein flüssiges Mittel, welches die M'iisse des Flözes (4) durchdringt, gewährleistet ist, wonach in die Bohrung ein Fuitterrohrstrang (10) eingesetzt und dann mit dem Niederbringen der Bohrung mit kleinerem Durchmesser im verbliebenen Flözteil (9) zwischen dem Rohrschuh (11) des Futterrohrstra.ngs (10) und dem Liegenden (8) des Flözes (4) mit einem gasförmigen oder wäßrigen Medium als Spülmittel fortgefahrer wild.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, bei dem die Lagertiefe des Flözlie.genden durch Gammaslrah len-Bohrlochmessung bestimmt ^<ird, wobei ein Gerät (7) zur Gammautrahlen-Bohrlochmessung; an einem Bohrlochmeßkanal (6) innerhalb des Bohrgestänges (1) herabgelassen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung im verbliebenen Flözteil (9) zwischen dem Rohrschuh (11) des Futterrohrstrangs (10) und dem Liegenden (8) des Flözes (4) unter Verwendung eines gasförmigen Mittels als Spülmittel niedergebracht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung im verbliebenen Flözteil (9) zwischen dem Rohrschuh (11) des Futterrohrstrangs (10) und dem Liegenden (8) des Flözes (4) unter Verwendung von Wasser als Spülmittel niedergebracht wird.