DE2924610A1

DE2924610A1 - Verfahren zur behandlung unterirdischer formationen sowie kugeldichtungen zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2924610A1
Application number: DE19792924610
Authority: DE
Inventors: Steven Ray Erbstoesser
Original assignee: Exxon Production Research Co
Current assignee: ExxonMobil Upstream Research Co
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1980-01-24
Also published as: GB2025485B; AU528482B2; US4407368A; AU4802079A; NL7905187A; FR2438152A1; NO792181L; FR2438152B1; GB2025485A; MY8500114A; MX153376A; CA1114737A

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung unterirdischer Formationen, die ein mit einer Auskleidung versehenes Bohrloch umgeben, wobei man die Bohrlochauskleidung mit einem Bereich versieht, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Perforationen angeordnet ist, sowie Kugeldichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Einbringung von öl- oder Gasbohrungen ist es üblich, einen Rohrstrang in das Bohrloch einzuführen, der als Bohrlochauskleidung bekannt ist, worauf man auf die Außenseite der Bohrlochauskleidung eine Betonschicht aufbringt, um die verschiedenen Formationen, die von der Bohrung durchdrungen werden, zu isolieren. Um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kohlenwasserstoff führenden Formationen und dem Inneren der Bohrlochauskleidung herzustellen, perforiert man in diesen Bereichen die Bohrlochauskleidung und die Betonumhüllung.

Zu verschiedenen Zeiten im Laufe der Lebensdauer der Bohrung kann es erstrebenswert sein, das Fördervolumen an Kohlenwasserstoffen zu erhöhen, indem man entsprechende Behandlungsflüssigkeiten wie Säuren, Lösungsmittel oder Tenside einbringt. Wenn nur ein kurzer Bereich einer einzigen Zone in dem Bohrloch perforiert worden ist, strömt die Behandlungsflüssigkeit in diese Zone entsprechend den Erfordernissen ein. Wenn sich der perforierte Bereich über eine größere Länge erstreckt, oder die

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Anzahl der perforierten Zonen größer ist, wird es schwieriger, die Behandlungsflüssigkeit in die Regionen der Abzugsbereiche einzuführen, die gerade behandelt werden sollen. So nimmt beispielsweise die Schicht mit der höchsten Permeabilität mit größter Wahrscheinlichkeit den Hauptteil einer vorgegebenen Behandlungsflüssigkeit auf, während die Schicht mit der geringsten Permeabilität im wesentlichen unbehandelt bleibt.Es sind dementsprechend Verfahen entwickelt worden, um die Behandlungsflüssigkeit von dem Weg des geringsten Widerstandes abzulenken, so daß auch die Schichten mit einer niedrigen Durchdringbarkeit oder Permeabilität behandelt werden.

Ein Verfahren zur Erzielung einer solchen Ablenkung umfaßt die Anordnung von Dientungsstücken an den entsprechenden Stellen im Inneren des Bohrloches. Obwohl diese Einrichtungen sehr wirkungsvoll sind, erfordert deren Einsatz kostenaufwendige Einrichtungen zur Einbringung der Dichtungsstücke. Außerdem nimmt die mechanische Verläßlichkeit mit größerer Tiefe des Bohrloches ab.

Es sind dementsprechend erhebliche Anstrengungen gemacht worden, um andere Ablenkungsverfahren zu entwickeln. Gemäß einem in großem Rahmen eingesetzten Ablenkungsverfahen werden kleine gumraiüberzogene Kugeln, die auch Kugeldichtungen genannt werden, verwendet, um die Bohrlochperforationen abzudichten.

Diese Kugeldichtungen werden zusammen mit der Formationsbehandlungsflüssigkeit in das Bohrloch eingepumpt. Die Kugeln

werden durch das Bohrloch abwärts geführt und mit dem Flüssigkeitsstrom durch die Perforationen in die Formation zu den Perforationen hingeleitet. Die Kugeln setzen sich auf die Perforationen auf und werden dort durch die Druckdifferenz über die Perforationen gehalten.

Die Hauptvorteile der Verwendung von Kugeldichtungen als Ablenkungsmittel liegen in der einfachen Verwendung, einem positiven Abschluß, der Unabhängigkeit von der Formation und einer geringen Gefahr, daß das Bohrloch beschädigt wird. Die Kugeldichtungen werden an der Oberfläche injiziert und durch das Behandlungsmedium transportiert. Außer einem Kugelinjektor ist keine spezielle oder zusätzliche Behandlungsausrüstung erforderlich. Die Kugeldichtungen besitzen einen äußeren überzug, der geeignet ist, die Perforation abzudichten und einen festen stabilen Kern, der einem Eindringen in die Perforation oder einem Durchdringen der Perforation zu widerstehen vermag. Dementsprechend gelangen die Kugeldichtungen nicht in die Formation hinein und können dementsprechend die Strömungscharakteristika des Bohrloches nicht dauerhaft nachteilig beeinflussen.

Die Kugeldichtungen gemäß ihrer heutigen Verwendung müssen bestimmte Anforderungen erfüllen. Zunächst müssen die Kugeldichtungen chemisch inert in der Umgebung sein, welcher sie ausgesetzt werden. Zweitens müssen sie in einer effektiven Weise abdichten, ohne daß sie in die Perforationen hineindringen. Drittens müssen sich die Kugeldichtungen von den Perforationen lösen, wenn die Druckdifferenz in die Formation aufgehoben wird.

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Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind verschiedene Materialien für Kugeldichtungen vorgeschlagen worden, einschließlich Gummi, Nylon, Kunststoff, Aluminium, gummiüberzogenes Aluminium, gummiüberzogenes Phenol, gummiüberzogenes Nylon und sogar verfestigte Walnußschalenkugeln aus Kunststoff. Eine Schwierigkeit in der Verwendung von Kugeldichtungen, die aus derartigen Materialien hergestellt sind, liegt darin, daß die verfügbaren Kugeln oft nicht einen hinreichenden Widerstand gegenüber chemischen Angriffen durch die Behandlungsmedien besitzen, im besonderen, wenn diese Behandlungsmedien aromatische Lösungsmittel enthalten. So verlieren beispielsweise meist die gummiüberzogenen Kugeldichtungen ihre strukturelle Integrität in der Anwesenheit eines Behandlungsmediums, das Xylol enthält. Dies kann dazu führen, daß sich der Gummiüberzug von dem Kern löst. Manchmal können die Perforationen den Gummiüberzug im Bereich der Druckdichtung einschneiden. Wenn die Kugeldichtung ihre strukturelle Integrität verliert, kann sich das gelöste Gummi frei dauerhaft in die Perforation einsetzen, wodurch die Strömungskapazität der Perforation verhindert und der Bohrung ein dauerhafter Schaden zugefügt wird. Ein weiteres Problem bei der Verwendung gummiüberzogener Kugeln liegt darin, daß sie normalerweise durch Druckformverfahren hergestellt werden, wodurch der Kern exzentrisch innerhalb des Überzuges angeordnet ist. Derartige Kugeln besitzen nicht eine gleichmäßige Dichtfläche, die sich auf die Perforationen aufsetzt.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, und Kugeldichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens derart zu ge-

stalten, daß sich die aufgezeigten Nachteile beheben lassen, wobei im besonderen die Kugeldichtungen hinreichend stabil sind, daß sie auch unter hohem Druck nicht in die Perforationen eindringen, während andererseits eine gleichmäßige Dichtfläche vorhanden sein soll, um die Perforationen sicher abzudichten, ohne daß eine Beschädigung der Außenfläche der Kugeldichtungen zu befürchten ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale. Dabei gewährleistet im besonderen der Polyurethanüberzug ein gutes Abdichten der Perforationen, wobei das Material widerstandsfähig gegenüber einer chemischen Zersetzung durch die Behandlungsflüssigkeiten ist, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Kugeldichtungen in die Perforationen hineingedrückt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neues und verbessertes Verfahren zur Ablenkung von Medien bei der Behandlung unterirdischer Formationen geschaffen. Das Verfahren umfaßt den Einsatz einer verbesserten Kugeldichtung aus Polyurethan oder einer Kombination, die aus einem festen Kern besteht, auf welchen ein Polyurethanüberzug aufgebracht ist. Bei dem Polyurethan handelt es sich vorzugsweise um den Typ eines Polyesterelastomeren oder eines Polyätherelastomeren, mit der Voraussetzung, daß die Kugeldichtung widerstandsfähig gegen Lösungsmittel (Polyesterbasis)oder wässrigen Medien (PoIyätherbasis) ist. Vorzugsweise ist die Dichte der Kugeldichtungen geringer als diejenige der Behandlungsflüssigkeit, während die Kugeldichtungen bevorzugt durch Spritzpreßverfahren hergestellt werden, um einen gleichmäßigen überzug für den

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Kern zu gewährleisten. Auch die zusammengesetzten Kugeldichtungen besitzen vorzugsweise eine geringere Dichte als die Behandlungsflüssigkeit.

Versuche haben ergeben, daß sich eine besonders günstige Kugeldichtung ergibt, wenn sie einen Kern besitzt, der aus einem syntaktischen Schaum besteht, der einen Überzug aus einem Polyurethanesterelastomeren trägt.

Kurz zusammengefaßt, wird das Verfahren durchgeführt, indem man durch das Bohrloch eine Anzahl der oben beschriebenen Kugeldichtungen abführt, bis die Kugeldichtungen sich auf die Perforationen innerhalb des Bohrloches setzen und diese abdichten. Die Behandlungsflüssigkeit wird dann zu den nicht abgedichteten Teilen abgeleitet, wodurch die Möglichkeit besteht, Behandlungsflüssigkeiten nunmehr durch alle oder andere Bohrlochperforationen zu injizieren. Die Polyurethanelastomeren sind besonders geeignet als schwimmende Dichtungen, infolge ihrer relativ geringen Dichte, die bei etwa 1,0 g/cm liegt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigfügten Zeichnungen deutlich. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Bohrloch zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

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Fig. 2 einen Schnitt durch eine Kugeldichtung.

Die Durchführung der Erfindung gemäß einer beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist in Fig. 1 dargestellt. Das Bohrloch'gemäß Fig. 1 besitzt eine Bohrlochauskleidung 12, die bis zum Fuß der Bohrung läuft und außen eine Betonschicht trägt, um die Bohrlochauskleidung an ihrem Platz zu halten und die durchdrungenen Formationen oder Intervalle voneinander zu isolieren. Die Betonschicht 13 erstreckt sich von dem Boden der Bohrung mindestens bis zu einem Punkt oberhalb der führenden Schicht 15. Wenn aus der führenden Schicht 15 Kohlenwasserstoffe gefördert werden, ist es erforderlich, eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Förderschicht 15 und dem Inneren der Bohrlochauskleidung 12 zu schaffen. Dies wird durch Perforationen 14 bewerkstelligt, die sich durch die Bohrlochauskleidung 12 und die Betonschicht 13 erstrecken.

Die Kohlenwasserstoffe strömen aus der Förderschicht 15 durch die Perforationen 14 in das Innere der Bohrlochauskleidung ein und werden durch ein Förderrohr 16 zur Erdoberfläche geführt. Ein Dichtungsstück 17 befindet sich in der Nähe des unteren Endes des Förderrohres 16 und oberhalb der höchsten Perforation, um eine Druckdichtung zwischen dem Förderrohr 16 und der Bohrlochauskleidung 12 zu schaffen. Förderleitungen werden nicht immer eingesetzt, und in solchen Fällen wird das gesamte Innere Volumen der Bohrlochauskleidung als Leitung für die Kohlenwasserstoffe zur Erdoberfläche eingesetzt.

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Wenn eine Ablenkung während einer Bohrlochbehandlung erforderlich ist, setzt man Kugeldichtungen 20 ein, um einige der Perforationen abzudichten. Die Kugeldichtungen sind bevorzugt in etwa kugelförmig, wobei jedoch auch andere Geometrien einsetzbar sind.

Die Verwendung von Kugeldichtungen 20 zum Verschließen von Perforationen 14 wird dadurch erzielt, daß man die Kugeldichtungen 20 in die Bohrlochauskleidung 12 zu einer vorbestimmten Zeit während der Behandlung einführt.

Wenn die Kugeldichtungen 20 in die Flüssigkeit oberhalb des perforierten Teiles der Bohrlochauskleidung eingesetzt worden sind, werden sie durch die Förderleitung 16 oder die Bohrlochaus^Kleidung 12 durch den Flüssigkeitsstrom abwärts geführt. Wenn die Flüssigkeit an dem perforierten Intervall der Bohrlochauskleidung angekommen ist, wird sie nach außen durch die Perforation 14 in die behandelte Förderschicht 15 abgeführt. Der Strom der Behandlungsflüssigkeit durch die Perforationen trägt die Kugeldichtung 20 in Richtung auf die Perforationen

14 und setzt sie auf den Perforationen 14 ab. Nachdem die Kugeldichtungen 20 auf den Perforationen sitzen, werden sie dort durch die Druckdifferenz der Flüssigkeit gehalten, die zwischen der Innenseite der Bohrlochauskleidung und der Förderschicht

15 auf der Außenseite der Bohrlochauskleidung besteht. Die aufgesetzten Kugeldichtungen gewährleisten einen dichten Abschluß der Perforationen 14, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Druckdifferenz umgekehrt ist und die Kugeldichtungen freigesetzt werden.

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Die Kugeldichtungen 20 neigen dazu, sich zuerst auf diejenigen Perforationen zu setzen, durch welche die Behandlungsflüssigkeit am schnellsten fließt. Das bevorzugte Schließen von Perforationen mit einem hohen Flüssigkeitsdurchsatz führt zum Ausgleich der Behandlung einer Förderschicht über den gesamten perforierten Bereich.

Zur maximalen Wirksamkeit beim Aufsetzen auf die Perforationen sollten die Kugeldichtungen vorzugsweise eine Dichte besitzen, die geringer ist als die Behandlungsflüssigkeit in dem Bohrloch bei Temperatur- und Druckbedingungen, wie sie unten im Bohrloch auftreten. So ist es beispielsweise nicht ungewöhnlich, daß am Fuß des Bohrlochs ein Druck vorliegt, der 690 bar übersteigt und sogar während einer Bohrlochbehandlung 1 035 bar erreichen kann. Wenn eine Kugeldichtung keine hinreichende Festigkeit besitzt, um diesem hohen Druck zu widerstehen, fällt sie zusammen, wodurch die Dichte der Kugeldichtung bis auf einen solchen Wert ansteigt, der leicht die Flüssigkeitsdichte überschreiten kann.

Da die Flüssigkeiten, die für die Behandlung von Formationen eingesetzt werden, im allgemeinen eine Dichte besitzen, die zwischen etwa 0,7 g/cm bis wesentlich oberhalb 1,1 g/cm liegt, ist eine ganze Serie leichter Kugeldichtungen erforderlich, um die Dichtungen in den Behandlungsflüssigkeiten schwimmen zu lassen. Eine solche Kugeldichtung, die in der Lage ist, dem Behandlungsdruck am Fuß des Bohrlochs zu widerstehen und trotzdem eine Dichte im Bereich von 0,7 bis 1,2 g/cm aufrecht-

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zuerhalten, ist in Fig. 2 dargestellt. Diese kugelförmige Kugeldichtung 20 besitzt einen kugelförmigen Kern 101 aus syntaktischem Schaum, der mit einem Polyurethanelastomeren 201 überzogen ist. Vorzugsweise umfaßt das Polyurethanelastomere ein festes Polyurethan auf Polyäther- oder Polyesterbasis. Polyätherbasispolyurethan wird vorzugsweise für die Ablenkung von wässrigen Behandlungsflüssigkeiten eingesetzt, während Polyesterbasispolyurethan für die Ablenkung von Behandlungsflüssigkeiten aus Kohlenwasserstoffen bevorzugt wird.

Syntaktischer Schaum ist ein Material, das aus hohlen, kugelförmigen Teilchen besteht, die in einem Binder dispergiert sind. Die hendelsüblich verfügbaren syntakitschen Schäume niedriger

die

Dichte, hineichend fest sind, um dem Druck und der Temperatur zu widerstehen, wie sie auf die Kugeldichtungen einwirken, sind aus mikroskopisch kleinen, hohlen Glaskugeln (mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 50 Mikron) hergestellt, die in einem Harzbinder, wie beispielsweise aus Epoxyharz,dispergiert sind. Die syntaktischen Schaumsysteme können auch aus Kugeln aus anderen Materialien als Glas bestehen, während auch das Bindermaterial nicht Epoxyharz sein muß, sondern beispielsweise geeignete thermoplastische oder wärmeaushärtbare Kunststoffe.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der syntaktische Schaumkern mit einem Polyurethanelastomeren überzogen. Die Kugeldichtungen können in der folgenden Weise hergestellt werden. Beim ersten Schritt erzeugt man durch Gießen

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oder durch Ausarbeiten aus einem Block syntaktische Schaumkugeln, die als Kugeldichtungskern eingesetzt werden sollen. Die syntaktischen Schaumkerne werden dann gereinigt und mit einem geeigneten Bindemittel behandelt und dann mit dem gewünschten Urethanüberzug abgedeckt.

Die Oberflächenvorbereitung,bei welcher es sich normalerweise um ein Reinigungsverfahren handelt, ist erforderlich, um eine gute Bindung zwischen dem Überzug aus dem Polyurethanelastomere und dem syntaktischen Schaumkern zu erzielen. Man verwendet vorzugseise einen starken Luftstrom zur Entfernung von Staub, wie auch dem größten Teil des verbrochenen Glases und der Verunreinigungen, die bei der He : „llung der Kerne gebildet werden. Sandbestrahlung ist mit einem guten Erfolg eingesetzt worden, wobei sich jedoch die Behandlung auf eine kurze Zeit erstrecken sollte, infolge des starten Abriebes des Kernes. Wenn die Kugeln ölig sind, hat sich ein Waschen mit Trichlorethylen als zufriedenstellend erwiesen» Wenn die Kugeln von Verunreinigungen und Öl frei sind, können sie mit einem entsprechenden Bindemittel überzogen werden, das zur Bildung einei guten Bindung mit dem Polyurethan ausgewählt wird.

Als nächstes folgt die Formung eines Überzuges aus dem Polyurethanelastomeren um den syntaktischen Schaumkern. Dies kann erzielt werden durch die Verwendung eines Injektionsverfahrens das so ausgesiegt ist_s daß eine Vielzahl von syntaktischen Schaumkugeln oder Kernen überzogen werden kann. Nach einem geeigneten Spritspreßverfahren kann man beispielsweise drei Pl&^fcen verwenden. Zwei "konkave" Platten enthalten eine Viel-

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zahl von konkaven, halbkugelförmigen Aussparungen, deren Durchmesser ebenso groß ist wie der Außendurchmesser der Kugelüberzüge. Eine "Konvex^ft-Platte enthält eine Vielzahl konvexer, halbkugelförmiger Vorsprünge, deren Durchmesser ebenso groß ist wie der Durchmesser des Kugeldichtungskerns, die konzentrisch in den konkaven Aussparungen der "Konkav"-Platten angeordnet werden können. Der erste Schritt bei der Herstellung des Überzuges um die syntaktischen Kerne liegt in der Verbindung einer der "Konkav"-Platten mit der "Konvex"-Platte. Nachdem die beiden Platten miteinander verbunden sind, wird Polyurethan in den freien Raum injiziert, der zwischen den konkaven Aussparungen und konvexen Vorsprüngen liegt, um damit eine Hälfte der Kernabdeckung zu formen. Die "Konvex"-Platte sollte aus der "Konkav"-Platte herausgenommen werden, bevor das Polyurethan vollsöndig gehärtet ist. Nachdem die "Konvex"-Platte herausgenommen ist, werden die syntaktischen Schaumkerne in die teilweise gehärteten Polyurethanhalbschalen eingelegt. Die andere "Konkav"-Platte wird dann mit der ersten "Konkav"-Platte so verbunden, daß die konkaven Aussparungen der beiden Platten konzentrisch den Teil der Kugeln überdecken, die noch nicht mit Polyurethan überzogen sind. Der freie Raum in der halbkugelförmigen Aussparung wird dann mit Polyurethan gefüllt , um den Polyurethanüberzug auf den syntaktischen Schaumkernen zu vervollständigen. Das Formen der zweiten Hälfte des Polyurethanuberzuges wird unter Zeit-, Temperatur- und Druckbedingungen durchgeführt, die geeignet sind, um das neuaugeführte Urethan zu härten, wie auch erne Aktivierung der Verletsungspunkte in dem anderen halbkuyeiförmigen Überzug zu

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bewirken. Dieses Verfahren wurde mit Erfolg zur Herstellung einer guten Polyurethan/Polyurethanbindung eingesetzt. Untersuchungen haben gezeigt, daß das Formen des Polyurethanelastomeren auf dem Kern zu einer im wesentlichen gleichmäßigen Abdeckung führt. Die tatsächlichen Formbedingungen verändern sich mit der Polyurethanzusammensetzung und können leicht durch den Sechverständigen auf diesem Gebiet bestimmt werden.

Obwohl es sich bei dem Material der oben diskutierten Kugeldichtungskerne um syntaktischen Schaum handelt, können auch bestimmte thermoplastische Kunststoffe als Kernmaterial zur Herstellung leichter Kugeldichtungen eingesetzt werden. Polymethyl penten besitzt eine Dichte von 0,083 g/cm und ist ein hochtemperaturthermoplastischer Stoff (Schmelzpunkt bei etwa 230 - 240⁰C). Alle anderen leichten Kunststoffe, die typischerweise Polybutylen, Polyäthylen, Polypropylen und Polyallomer-Kopolymere umfassen, sind etwas schwerer als dies annehmbar wäre. Darüber hinaus sind sie, da es sich bei diesen Materialien um niedrigtemperaturthermoplastische Stoffe handelt, weniger erstrebenswert als Kugeldichtungskerne von dem Standpunkt aus gesehen, daß sie sich mit großer Wahrscheinlichkeit unter den Temperatur- und Druckbedingungen, wie sie normalerweise am Fuß eine Bohrloches vorliegen, in die Perforationen hineindrücken lassen. Für bestimmte Niedrigtemperaturanwendungen, die keine besonders leichten Kugeldichtungen erfordern, könnte man diese Materialien mit einem Urethanüberzug gemäß der Erfindung als Kugeldichtungen verwenden. Für noch geringere Dichtebeschränkungen können schwerere Kerne unter Verwendu/:C: vor": thermoplastischer, oder wermeeushärtbaren

Kunststoffen eingesetzt werden, wie Nylon bzw. Phenoline, wobei diese Kerne mit einem Lösungsmittelwiderstandsfähigen Polyurethanüberzug versehen werden, um die Kugeldichtungen gemäß der Erfindung darzustellen.

Untersuchungen, die an mit Polyurethan überzogenen syntaktischen Schaumkugeldichtungen durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß sie mechanisch stabil sind, wenn sie einer mechanischen Druckdifferenz von 104 bar über simulierte Perforationen ausgesetzt waren und ebenso bei einer Temperatur in der Größenordnung von 75°C. Für Bohrlochbehandlungsverfahren, bei welchen lediglich eine geringe Druckdifferenz über die Bohrlochauskleidungs vperforationen aufrechterhalten wird, können Kugeldichtungen eingesetzt werden, die vollständig aus Polyurethan bestehen.

Die chemische Widerstandsfähigkeit von Polyurethankugeln wurde verglichen mit BUNA-N (ein Gummi, das normalerweise für Kugeldichtungsüberzüge eingesetzt wird) auf der Basis der Scherfestigkeit. Die Untersuchungen wurden an Beispielen durchgeführt, die sich zusammensetzten BUNA-N und Polyurethan, um die Stanzscherung auf die Kugeldichtungen durch die Bohrlochauskleidungsperforationen zu simulieren. Die Untersuchung bestand aus einer ASTM Standard-Scherfestigkeitsbestimmung, dLe im wesentlichen durchgeführt wurde gemäß ASTM Standards D 732-46, "Shear Strength of Plastics", Seiten 249 bis 251.

Die Scherfestigkeit und Dickenmessungen wurden durchgeführt

Sri η f? ö / / rt .- _ -

an Streifen von BUNA-N 49OFB und BUNA-N 483, das von der Firma F. H. Maloney Co., und Polyurethan 6321-8 sowie Polyurethan 6321-9, wobei es sich um Polyesterpolyurethane handelt, die von Molded Dimensions Company vertrieben werden. Bei den für die Untersuchung verwendeten Proben handelt es sich um Streifen von etwa 4 χ 13 cm und einer Dicke von etwa 0,20 cm. Die Dicke, Härte und Scherfestigkeit einer jeden Probe wurde gemessen bevor und nachdem die Proben Xylol in einem Druckbehälter ausgesetzt waren, der zwei Stunden lang auf einem Druck von 137 bar und einer Temperatur von 93 C gehalten wurde. Die Dicke wurde an \ rschiedenen Stellen eines jeden Streifens unter Verwendung ein*« Reibsperrmikrometers durchgeführt, um die Gleichmäßigkeit, eier Messung sicherzustellen. Die Härte wurde bestimmt unter Verwendung eines Standard Shore A-2 Härtemeters. Fünf Schertests wurden an jeder Probe durchgeführt unter Einsatz ei ;?s Schergerätes und eines Verfahrens, wie es die oben erwähnte ASTK Standardvorschrift erfordert. Die gemessenen Veränderungen in der durchschnittlichen Dicke, Härte und Scherfestigkeit nach der Einwirkung von Xylol bei 93°C und 137 bar sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I; Festgestellte Veränderungen hinsichtlich der Dicke, Härte und Scherfestigkeit nach einer 2-stündigen Einviirkung von Xylol bei 137 bar

und 93°C -

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Zusammensetzung

% Änderung
der Dicke

% Änderung der Härte

% Änderung der Scherfestigkeit

Polyurethan 6321-8 15

Polyurethan 6321-9 11

BUNA-N 490 FB 20

BUNA-N 483 34

-13 -10 -27 -42

-39 -46 -70 -74

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Lösungsmittel zeigen, daß die Polyurethanzusammensetzungen eine erheblich bessere Dimensionsstabilität besaßen, eine bessere Härte aufrechterhielten und im wesentlichen eine größere Scherfestigkeit beibehielten als das normalerweise verwendete BUNA-N-Gummi, um die Kugeldichtungen zu überziehen. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Kugeldichtungen mit ähnlichen Polyurethanüberzügen wesentlich besser geeignet sind als die mit BUNA-N-Gummi überzogenen Kugeldichtungen, wenn sie aromatischen Lösungsmitteln, wie z. B. Xylol ausgesetzt werden, das üblicherweise als Lösungsmittel bei der Behandlung von Erdölbohrungen eingesetzt wird.

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Claims

P A T E N T A N V/ Ä L T E DR. KARL TH. HEGEL . DIPL.-ING. KLAUS DICKEL GROSSE BERGSTRASSE 223 2000 HAMBURG 50 POSTFACH 500662 TELEFON (0 40) 396295 JULIUS-KREIS-STRASSE 33 TELEFON (089) 885210 8000 MÜNCHEN 60 Telegramm-Adresse: Deollnerpatent München Ihr Zeichen: Unser Zeichen: H 2988 8000 München, den Exxon Production Research Company P. 0. Box 2189 Houston, Texas 77001 V. St. A. Verfahren zur Behandlung unterirdischer Formationen sowie Kugeldichtungen zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung unterirdischer Formationen, die ein mit einer Auskleidung versehenes Bohrloch umgeben, wo-

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Postscheckkonto: Hamburg 291220-205 · Bank: Dresdner Bank AG. Hamburg, Kto.-Nr. 3813897 *··2

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bei man die Bohrlochauskleidung mit einem Bereich versieht, innerhalb dessen eine Mehrzahl von Perforationen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man:

a) durch das Bohrloch eine Flüssigkeit abwärts transportiert, in welcher eine Mehrzahl von Kugeldichtungen suspendiert ist, deren Größe zur Abdichtung der Perforationen bemessen ist und die einen festen Kern sowie einen überzug aus einem Polyurethanpolymeren besitzen und

b) den Strom der Flüssigkeit aufrechterhält, bis zumindest ein Teil der Perforationen abgedichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeldichtungen eine Dichte besitzen, die geringer ist als diejenige der Behandlungsflüssigkext.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man as Behandlungsflüssigkeit einen flüssigen Kohlenwasserstoff verwendet, während es sich bei dem Polyurethanelastomeren um ein Elastomeres auf einer Polyesterbasis handelt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Behandlungsflüssigkeit eine wässrige Flüssigkeit verwendet und das Polyurethanelastomere ein Elastomeres auf Polyätherbasis ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeldichtungen hergestellt werden, in-

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dem man im Spritzgußverfahren das Polyurethanelastomere auf den Kern unter Bildung einer im wesentlichen gleichmäßigen Schichtdicke aufträgt.

6. Verfahen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem syntaktischen Schaum besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kugeldichtungen in einem flüssigen Kohlenwasserstoff suspendiert,zu dem perforierten Bereich der Bohrlochauskleidung hinführt und die Kugeldichtungen eine Dichte besitzen, die geringer ist als diejenige der Flüssigkeit, wobei die Kugeldichtungen einen festen Kern und einen überzug aus einem Polyurethanelastomeren auf Polyesterbasis besitzen.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Kugeldichtungen im Bereich zwischen 0,7 und 1,2 g/cm^ liegt.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man aufeinanderfolgend zwei Schichten einer unterirdischen Formation, die ein Bohrloch umgibt, behandelt, indem man zunächst ein Teil der Perforationen mittels aus einem Polyurethanelastomeren bestehenden Kugeldichtungen abdichtet.

10. Kugeldichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeldichtung (20) aus einem festen Kern (101) besteht, der mit einem überzug

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(201) aus einem Polyurethanelastomeren beschichtet ist.

11. Kugeldichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kern (101) der Kugeldichtung (20) aus syntaktischem Schaum besteht.

12. Kugeldichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug (201) durch ein Spritzpreßverfahren auf den Kern (101) aufgebracht wird.

13. Kugeldichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenneeichnet, daß sie aus einem Kern und einem Polyurethanüberzug besteht.

14. Kugeldichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Kern aus Polyurethan besteht.

15· Kugeldichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus syntaktischem Schaum besteht, wobei es sich bei dem syntaktischem Schaum um ein Material handelt, bei welchem hohle, kugelförmige Teilchen in einem Binder dispergiert sind, worauf ein Polyurethanüberzug aufgetragen ist.

16. Kugeldichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Kugeldichtung im Bereich zwischen 0,7 und 1,2 g/cm³ liegt.

17· Kugeldichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus Polyraethylpenten besteht, auf welchen ein elastomerer überzug aus Polyurethan aufgebracht ist.

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