DE3235845A1

DE3235845A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufspaltung einer unterirdischen stratigraphischen schichtenbildung

Info

Publication number: DE3235845A1
Application number: DE19823235845
Authority: DE
Inventors: Ronald S. Bullen; Allan T. Calgary Alberta Lillies
Original assignee: Canadian Fracmaster Ltd
Current assignee: Canadian Fracmaster Ltd
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1982-09-28
Publication date: 1983-04-14
Also published as: CA1134258A; US4374545A; GB2112835A; NL185028C; DE3235845C2; NL8203477A; GB2112835B; AU550576B2; NL185028B; AU8789382A

Description

Canadian Fracmaster Ltd Calgary, Alberta, Kanada

Verfahren und Vorrichtung zur Aufspaltung einer unterirdischen stratigraphxschen Schichtenbildung

Die Erfindung bezieht sich auf die Technik der hydraulischen Aufspaltung unterirdischer Erdschichtformationen, die ölbohrschächte, Gasbohrschächte und ähnliche Bohrlöcher umgeben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die hydraulische Aufspaltung unter Verwendung eines mitgeführte schwerlösliche Stützfeststoffe enthaltenden verflüssigten Kohlendioxidgases .

Die hydraulische Aufspaltung wurde in weitem Umfang zur Anregung der Produktion von Rohöl und Erdgas aus Bohrschächten verwendet, die in Speicher niedriger Durchlässigkeit niedergebracht waren. Die angewandten Verfahren erfordern normalerweise die Injektion eines Aufspaltungsfluids, das suspendierte Feststoffe als Stützmittel enthält, in einen Bohrschacht mit einem

zur öffnung eines Spaltes in der freigelegten Schichtenbildung ausreichenden Durchsatz. Ein fortgesetztes Pumpen des Fluids in den Bohrschacht mit einem¹! hohen Durchsatz erweitert den Spalt und führt zum Aufbau eines Bettes von Stützfeststoffteilchen zwischen den Spaltwänden. Diese Teilchen verhindern einen vollständigen Verschluß des Spaltes, wenn das Fluid anschließend in die benachbarten Formationen aussickert, und ergeben einen sich vom Bohrschacht in die Schichtenbildungen reichenden durchlässigen Kanal. Die Leitungskapazität dieses Kanals hängt von den SpaItabmessungen, der Größe der Stützfeststoffteilchen, dem Teilchenabstand und den Umgrenzungsdrücken ab.

Die bei den hydraulischen Aufspaltungsvorgängen verwendeten Fluide müssen genügend niedrige Fluidverlustwerte haben, um den Aufbau und die Aufrechterhaltung der erforderlichen Drücke bei vernünftigen Injektionsdurchsätzen zu ermöglichen. Dies erfordert normalerweise, daß solche Fluide entweder geeignete Viskositäten oder andere Fluidverluststeuereigenschaften haben, die ein Aussickern aus dem Spalt in die Poren der Schichtenbildung verringern.

. Die Aufspaltung von Speichern niedriger Durchlässigkeit wies stets das Problem der Fluidkompatibilität mit dem Schichtenbildungskern und den Schichtenb iLdungsfluiden, insbesondere in Gasbohrschachten auf. Beispielsweise enthalten viele SchichtenbiöLdungen Tone, die aufquellen, wenn sie von wässerigen Fluiden kontaktiert werden, was zu einer verringerten Durchlässigkeit führt, und es ist nicht ungewöhnlich, eine verringerte

Strömung durch Gasbohrschachtkerne zu beobachten, die mit verschiedenen ölen getestet wurden.

Ein anderes bei Aufspaltungsvorgängen angetroffenes Problem ist die Schwierigkeit der völligen Wiedergewinnung des Aufspaltungsfluids. Fluide, die im Speichergestein als unbewegliche Restfluide zurückbleiben, hindern die Strömung des Speichergases oder der Speicherfluide in einem Ausmaß, daß der Nutzen der Aufspaltung verringert oder beseitigt wird. Die Entfernung des Aufspaltungsfluids kann den Aufwand einer großen Energie- und Zeitmenge erfordern, und folglich ist die Verringerung oder Beseitigung des Problems der Fluidwiedergewinnung und der Fluidrückstandsbeseitigung hochgradig erwünscht.

Bei Versuchen zur Überwindung der Fluidverlustprobleme waren mit Wasser, Diesel, Methylalkohol und ähnlichen niedrig viskosen. Flüssigkeiten hergestellte gelierte Fluide brauchbar. Solche Fluide haben genügend hohe scheinbare Viskositäten, um die Stützfeststoffteilchen ohne Absetzen zu halten und auch ein übermäßiges Aussickern während des Einspritzens zu verhindern. Die Geliermittel fördern auch eine laminare Strömung unter Bedingungen, wo sonst eine turbulente Strömung auftreten würde, und daher können in einigen Fällen die Druckverluste aufgrund der Fluidreibung niedriger als die sein, die mit den niedrigyiskosen keine Zusätze enthaltenden Basisfluiden erhalten werden. Bestimmte wasserlösliche Polyakrylamide, öllösliches Polyisobutylen und andere Polymeren, die nur geringe Wirkung auf die Viskosität haben, wenn sie in niedriger Konzentration verwendet werden, können dem ungelierten

Fluid zugesetzt werden, um eine gute Reibungsverminderung zu erzielen.

Bei Versuchen zur Überwindung des Problems der Fluidkompatibilität, wenn wässerige Aufspaltungsfluide verwendet werden, wurden chemische Zusätze, wie z. B.

zur
Salz oder Chemikalien, pH-Wertsteuerung verwendet. Salze, wie z. B. NaCl, KCl oder CaCl₂ 1 wurden in wässerigen Systemen vielfach verwendet, um einen möglichen Schaden beim Aufspalten wasserempfindlicher Schichtenbildungen zu verringern. Wo Kohlenwasserstoffe verwendet werden, brachten leichte Produkte, wie z. B. geliertes Kondensat, einen hohen Erfolgsgrad, doch sind sie in ihrer Verwendung aufgrund der ihnen innewohnenden Gefahren des Pumpens flüchtiger Fluide beschränkt.

Gase niedriger Dichte, wie z. B. CO₂ oder N₂, wurden bei dem Versuch verwendet, das Problem der Entfernung der Aufspaltungsflüssigkeit zu überwinden. Die Gase niedriger Dichte werden in einem berechneten Verhältnis zugesetzt, was die Fluidströmung nach der Aufspaltung fördert. Diese Rückströmung von Einsatzfluiden erfolgt gewöhnlich aufgrund des Speicherdrucks allein, d. h. ohne mechanische Hilfe von der Oberfläche, wegen der durch die Vergasung des Fluids verursachten Verringerung des Flüssigkeitsdrucks .

Weiter wurden verflüssigte Gase niedriger Dichte selbst als Aufspaltungsfluide verwendet. Dies zeigen die CA-PS 687 938 und 745 453, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufspaltung unterirdischer Erdschichten-

bildungen unter Verwendung von flüssigem CO~ offenbaren. Danach wurden die Vorteile von flüssigem CO₂ als Mittel zur Vermeidung der üblicherweise zeitaufwendigen und kostspieligen Verfahren im Zusammenhang mit der Wiedergewinnung herkömmlicherer Aufspaltungsfluide erkannt. Diese CA-PS offenbaren jedoch nicht die Verwendung von mitgeführten Stützfeststoffen in Verbindung mit flüssigem CO₂- Die Kombination eines flüssigen C0₂~Aufspaltungsfluids mit Stützfeststoffmitteln wurde in der CA-PS 932 655 beschrieben, in der ein Verfahren zum Mitführen von Stützfeststoffen in einem gelierten Fluid, typisch einem gelierten Methanol, angegeben ist, das mit flüssigem Kohlendioxid vermischt und

en

in die Schichtenbildung) niedriger Durchlässigkeit eingespritzt wird. Man läßt das flüssige Kohlendioxid sich verflüchtigen und austreten, und die restliche Flüssigkeit, hauptsächlich Methylalkohol, wird teilweise durch Schichtenbildungs-Kohlenwasserstoffe gelöst, so daß dieser Teil als Dampf an die Oberfläche zurückkehren kann, während der Rest dagegen als Flüssigkeit unter Anwwendung bekannter Wiedergewinnungstechniken wiedergewonnen wird. Es wurde klar gezeigt, daß die Notwendigkeit der Verwendung eines gelierten Trägerfluids zur Verneinung einiger der Fluidwiedergewinnungsvorteile führte, die auf der Verwendung von Flüssiggasaufspaltungsfluiden beruhen.

Nachfolgende Veröffentlichungen betrafen vorrangig die Entwicklung vorteilhafterer gelierter Fluide zum Mitführen von Stützfeststoffen für die nachfolgende oder gleichzeitige Vermischung mit dem Aufspaltungsfluid aus verflüssigtem Kohlendioxid. Hierzu sind die CA-PS 1 000 (als CA-PS 1 034 363 wieder ausgegeben) und die CA-PS 1 043 C

zu nennen. Jede dieser Patentschriften lehrt die Art und Zusammensetzung von gelierten Trägerfluiden, typisch auf Methanolbasis, die nach Vermischung mit flüssigem C0„ ein angeblich wasserfreies Flüssigkeitssystem ergeben, das angeblich beim Versuch zur Überwindung der Probleme der Fluidkompatibilität mit den Schichtenbildungsfluiden nützlich ist.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich ohne weiteres, daß die Verwendung von flüssigem CO₂ als Aufspaltungsmittel bekannt ist. Es ist weiter bekannt, andere Flüssigkeiten mit darin mitgeführten Stützfeststoffmitteln zum Vermischen mit dem verflüssigten Gasaufspaltungsfluid zu verwenden. Die Stützfeststoffmittel werden anschließend in den durch Flüssigkeit gebildeten Spalten zwecks Aufrechterhaltung von Strömungskanälen nach dem Rückfall der Spaltzone abgeschieden. Es ist weiter bekannt, daß Stützfeststoffe in ein flüssiges Kohlendioxidsystem eingeführt werden können, wenn eine gelierte Flüssigkeit, gewöhnlich Methanol, mit dem CO₂ vermischt wird, um der Mischung eine ausreichende Viskosität zum Halten der Stützfeststoffteilchen zu geben. Typisch enthalten solche Mischungen 40 bis 70 Vol. % geliertes Methanol oder sein Äquivalent mit dem Ergebnis, daß große Restflüssigkeitsanteile aus den Spaltzonen wiedergewonnen werden müssen.

Es wurde jedoch nicht erkannt, daß Stützfeststoffe direkt in einen flüssigen Kohlendioxidstrom bei Verwendung von keinem oder nur so wenig wie 5 VoI. % geliertem Trägerfluid eingeführt werden können. Tatsächlich führt der Stand der Technik gerade von der direkten Ein-

führung von Stützfeststoffen in den flüssigen Kohlendioxidstrom weg.

Wie bereits erwähnt, basieren die bekannten gelierten Trägerfluide fast unterschiedslos auf Alkohol und sind daher äußerst entflammbar, so daß ihr Handhaben und Pumpen erhebliche Feuergefahren bringt. Außerdem ist es die industrielle Praxis, diesen Fluiden Stützfeststoffe bei atmosphärischen Drücken zuzusetzen, wodurch die Feuergefahren erhöht werden, indem ermöglicht wird, daß etwaige explosive Dämpfe in die Umgebungsatmosphäre entweichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hydraulischen Aufspaltung unter Verwendung von flüssigem Kohlendioxid und Stützfeststoffmitteln zu entwickeln, womit die erwähnten Gefahren und Nachteile der bekannten Verfahren vermieden und der Aufwand vermindert werden.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zur Aufspaltung einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung, das durch die Schritte gekennzeichnet ist: Einspritzen eines Stromes von verflüssigtem Gas in die Schichtenbildung bei einem zur Verursachung deren Aufspaltung gewählten Druck, Einführen von Stützfeststoffen in den Strom des verflüssigten Gases zum Einspritzen der Feststoffe in die gebildeten Spalten und Komprimieren und Kühlen der Feststoffe auf im wesentlichen den Speicherdruck und die Speichertemperatur des verflüssigten Gases vor dem Einführen der Feststoffe in den Strom des verflüssigten Gases.

Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 17 und 22 gekennzeichnet.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zum Offenversteifen einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen, hydraulisch aufgespaltenen, unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung durch die Schritte gekennzeichnet: Einführen von Stützfeststoffen in einen Strom eines komprimierten verflüssigten Gases, welche Feststoffe selbst vor dem Einführen auf den Druck bzw. die Temperatur des verflüssigten Gases komprimiert und gekühlt wurden, und Abwärtspumpen der Mischung des verflüssigten Gases und der davon mitgeführten Feststoffe durch die Schachtbohrung in die Schichtenbildung zur Abscheidung der Feststoffe in den in der Schichtenbildung gebildeten Spalten.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur hydraulischen Aufspaltung einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung, gekennzeichnet durch: eine Hochdruckpumpe zum Einspritzen eines ein verflüssigtes Gas enthaltenden Aufspaltfluids die Schachtbohrung hinab, eine erste Speichereinrichtung zum Speichern des verflüssigten Gases unter Druck, eine Leitung zur Schaffung einer Fluidverbindung zwischen der Hochdruckpumpe und der ersten Speichereinrichtung, eine zweite Speichereinrichtung zum Speichern von Feststoffen bei einer Temperatur und einem Druck, die der Speichertemperatur und dem Speicherdruck des verflüssigten Gases im wesentlichen gleich sind, und eine Zuführeinrichtung zum Einführen der Feststoffe von der zweiten Speichereinrichtung in das durch die Leitung strömende verflüssigte Gas.

Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 19 bis 21 gekennzeichnet.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung ein Verfahren zur Schachtbohruncfanregung ohne Speicherverunreinigung durch Restflüssigkeit und mit vollständiger Wiedergewinnung des Einspritzfluids vor. Mitgeführte Stützfeststoffe enthaltendes verflüssigtes Kohlendioxid wird in die Schichtenbildung injiziert. Das flüssige Kohlendioxidgas wird eingespritzt, bis ein Spalt ausreichender Weite zur Erzeugung eines hochleitfähigen Kanals gebildet ist. Teilchen des Stützfeststoffmittels, die im Kohlendioxid suspendiert sind, werden in den Spalt eingetragen. Man läßt dann das injizierte Fluid in die Schichtenbildung aussickern, bis der Spalt ausreichend geschlossen ist, um die Teilchen an Ort und Stelle zu halten. Das flüssige Kohlendioxid vergast ggf. aufgrund der Wärmebildung und wird an der Oberfläche wiedergewonnen, wobei keine wiederzugewinnende Restflüssigkeit in der Schichtenbildung verbleibt.

•Nach einem weiteren Merkmal eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden die Stützfeststoffe auf den Behandlungsdruck eines Flüssiggasaufspaltungsfluids komprimiert, auf die Behandlungstemperatur des verflüssigten Gases abgekühlt, und die Feststoffe werden anschließend dem Strom des verflüssigten Gases zugesetzt und mit diesem in die die Schachtbohrung umgebenden Schichtenbildungen eingespritzt.

Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können bis zu 20 Vol. % von geliertem Methanol dem Flüssigkohlendioxid-Stützfeststoff-Strom zur Erhöhung

A * b

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der Viskosität des verflüssigten C0„ zugesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des hydraulischen Aufspaltungssystems, das unten näher beschrieben wird;

Fig. 2 ein Druck-Temperatur-Diagramm für CO₂ in dem bezüglich des im folgenden beschriebenen Verfahrens der Schachtbohrungsaufspaltung interessanten Bereich;

Fig. 3 einen Längsschnitt des in Fig. 1 schematisch dargestellten Stützfeststoffbehälters;

Fig. 4 einen Teilschnitt des Stützfeststoffbehälters nach Fig. 3; und

Fig. 5, 5a und 5b Darstellungen des in den Fig. 3 und gezeigten Behälters mit mehr Einzelheiten, wobei Fig. 5a und 5b Schnitte längs der Linien A-A bzw. B-B in Fig. 5 zeigen.

Es ist für Fachleute einleuchtend, daß eine Anzahl verschiedener verflüssigter Gase mit geeigneten Viskositäten und kritischen Temperaturen als Aufspaltungsfluide verwendet werden kann. Für Erläuterungszwecke jedoch und unter Berücksichtigung der Kosten und Sicherheitsvorteile, die sich durch die Verwendung von Kohlendioxid ergeben, wird hier die Verwendung von flüssigem Kohlendioxid als Hauptaufspaltungsmittel des erfindungsgemäßen

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hydraulischen Aufspaltungsverfahrens beschrieben.

Gemäß Fig. 1 und 2 werden verflüssigtes CO₂ und Stützfeststoffe zu einer Schachtbohrung gefördert. Am Ort der Schachtbohrung wird das verflüssigte CO₂ anfänglich bei einer Gleichgewichtstemperatur und einem Gleichgewichtsdruck von angenähert -31,7 C und 14,1 bar (Punkt 1 in Fig. 2) in einem oder mehreren geeigneten Speicherbehältern 10 gehalten, die das oder die zur Förderung des verflüssigten Gases zur Schachtbohrung verwendeten Transportfahrzeuge umfassen können. Die Stützfeststoffe werden ebenfalls in einem Druckbehälter 20 gespeichert. Diese Feststoffe werden unter Verwendung von einigem flüssigen CO- komprimiert und gekühlt, das von den Behältern 10 über einen Verteiler bzw. eine Leitung 5 und eine Behälterdruckleitung 15 in den Behälter 20 eingeführt wird. In dieser Weise werden die Feststoffe auf eine Temperatur von angenähert -31,7 C gekühlt und einem Druck von angenähert von 14,1« bar unterworfen.

Soweit flüssiges CO₂ durch den Feststoffkühlprozeß verdampft, wird es nach außen abgegeben, und man hält ein 1 3

2- - bis j -Fassungskraftniveau 24 (Fig. 3) von flüssigem CO₂ im Behälter 20 konstant bei, um zu verhindern, daß Dampf stromab der Hochdruckpumpen 30 gelangt, die zum Einspritzen der Aufspaltungsfluide in die Schachtbohrung 4( verwendet werden. Die Pumpen 30 sind von herkömmlicher oder bekannter Auslegung, so daß von der Erläuterung deren näheren Einzelheiten in der Beschreibung abgesehen wurde.

Vor Beginn des Aufspaltungsverfahrens wird das in den Behältern 10 gespeicherte flüssige CO₂ auf angenähert 21,1 bis 24,6 bar, d. h. etwa 7 bis 10,5 bar über dem

Gleichgewichtsdruck komprimiert, so daß irgendwelche Druckabfälle oder Temperaturanstiege in den Verteilern oder Leitungen zwischen den Behältern 10 und den Pumpen 30 nicht zur Abgabe von Dampf führen, sondern kompensiert werden und eine Förderung von CO₂ im flüssigen Zustand zu den Hochdruckpumpen 30 gesichert ist. Verfahren zur Kompression des flüssigen C0„ sind gut bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.

Verflüssigtes CO- wird von den Behältern 10 den Pumpen 30 längs einer geeigneten Leitung 5 zugeführt. Die Pumpen 30 komprimieren das verflüssigte CO₂ auf angenähert 246,1 bis 351,6 bar (Punkt 2 in Fig. 2), dem Bohrungskopfeinspritzdruck. Die Temperatur des flüssigen C0_? wächst als Ergebnis dieser Kompression etwas.

Die aufzuspaltende Zone wird isoliert, und das Bohrungsgehäuse neben der Beaufschlagungszone ist in irgendeiner bekannten Weise perforiert. Das flüssige CO₂ wird die Schachtbohrung 40 hinab, durch die im Gehäuse gebildeten Perforationen und in die Schichtenbildung gepumpt. Gemäß Fig. 2 steigt die Temperatur des CO₂ während dessen Absinkens in der Schachtbohrung aufgrund der Wärmeabsorption von umgebenden Schichtenb-ildungen. Man versteht daher, daß das CO₂ mit einem ausreichenden Durchsatz bzw. einer ausreichenden Geschwindigkeit gepumpt werden muß, um ein längeres Verweilen des CO₂ in der Schachtbohrung zu vermeiden, das wegen der Wärmeeinwirkung die Temperatur des CO₂ über seine kritische Temperatur von angenähert 31⁰C erhöhen könnte.

Verfahren zur Berechnung von Wärmeadsorptionsdurchsätzen und geeigneten Strömungsdurchsätzen sind gut bekannt und brauchen hier nicht,dargelegt zu werden. Es ist jedenfalls festzustellen, daß bei fortgesetzter Injektion die Temperatur der umgebenden Rohre und Schichtenb Jldungen verringert wird, so daß DampfVerluste während der Injektion minimiert werden.

Die Kompression des CO₂ erreicht einen Spitzenwert (Punkt 3 in Fig. 2) an den Gehäuseperforationen und sinkt allmählich, während sich das CO₂ seitlich in die umgebenden Schichtbildungen bewegt. Die Aufspaltung wird natürlich durch die Hochdruckeinspritzung des verflüssigten CO₂ in die Schichtenbildungen erzielt. Nach Beendigung des Pumpens fällt der Druck des Kohlendioxids auf den Anfangsdruck der Schichtenbildung ab, und seine Temperatur steigt angenähert auf die Anfangstemperatur der Schichtenbildung.

Während des Aufspaltungsprozesses absorbiert natürlich das verflüssigte Kohlendioxid weiter Wärme, bis seine kritische Temperatur (31 ⁰C) erreicht ist, wonach das Kohlendioxid sich verflüchtigt. Diese Verdampfung wird von einem raschen Anstieg des C0₂-Volumens begleitet, der zu einer erhöhten Aufspaltungsaktivität führen kann. Das gasförmige CO^ entweicht anschließend in die umgebenden Schichtenbildungen oder wird dort absorbiert. Wenn die Schachtbohrung anschließend beim Rückstrom geöffnet wird, entweicht das Kohlendioxid selbst bohrlochaufwärts aufgrund eines entstehenden negativen Druckgradienten zwischen der Schichtenbildung und der Schachtbohrung.

Wie oben erwähnt, werden die Stützfeststoffe auf die angenäherte Temperatur des verflüssigten C0~ vor der Einführung der Stützfeststoffe in den C0₂-Strom gekühlt. Die von den Feststoffen absorbierte Wärme würde sonst einen Prozentsatz des flüssigen CO₂ verdampfen und damit seine Eignung zur ausreichenden Mitführung.der Feststoffe bei typischen Pumpdurchsätzen beseitigen, so daß Wxrkungsgradprobleme in den Hochdruckpumpen auftreten könnten. Die spezifische Wärme von Silikasandstützfeststoff und die Verdampfungswärme von CO₂ bei 17,6 bar stehen in einem derartigen Verhältnis, daß zum Kühlen des Silikasand-Stützfeststoffes von einer Transporttemperatur von 21,1 ⁰C auf Temperaturen des flüssigen CO₉ von -31,7 °C die Verdampfung von angenähert 0,2 kg CO₂ je 1 kg des so gekühlten Sandes erforderlich sind.

Es sollen nun die Fig. 3, 4 und 5, 5a und 5b erläutert werden, die den Feststoffbehälter 20 im einzelnen veranschaulichen. Das zur Kompression und Kühlung der darin eingeschlossenen Feststoffe verwendete flüssige Kohlendioxid wird in den Behälter 20 durch eine Druckleitung eingeführt, und die durch den Kühlprozeß erzeugten überschußdämpfe läßt man durch die Auslaßöffnung 22 entweichen. Das Flüssigkohlendioxid-Arbeitsniveau 24 verhindert eine übermäßige Ansammlung von Dämpfen und isoliert außerdem die Dämpfe von den Stützfeststoffen, die längs des Bodens des Behälters 20 zu dem Flüssigkohlendioxidstrom gefördert werden, der durch die Leitung 5 strömt.

Der Behälter 20 kann mit Prallplatten 21 ausgerüstet sein, um die Feststoffe zu einem wendeiförmigen Schnecken-

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gang 26 zu lenken, der längs des Bodens des Behälters 20 in einer Richtung zur Leitung 5 durch ein Schneckenrohr 9 verläuft. Schneckenantriismittel 29 irgendeiner geeigneten Art werden zur Drehung des Schneckenganges 26 verwendet. Das Schneckenrohr 9 ist nach unten in eine Rutsche 8 geöffnet, die mit der Leitung 5 verbunden ist, so daß längs des Schneckenganges 26 mitgenommene Feststoffe in den durch die Leitung 5 fließenden C0~-Strom eingeführt werden. Es sei festgestellt, daß der im Schneckenrohr 9 aufrechterhaltene Druck dem in der Leitung 5 gleicht oder überlegen ist, um jedes Rückschlagen des flüssigen CO₂ zu verhindern.

Es versteht sich, daß der Behälter 20 auch von irgendeine] anderen geeigneten Form und mitjanderen Fördermechanismen als denen mit dem dargestellten Schneckengang 26 verwendet werden kann, wovon eine Anzahl einschließlich der Schwerkraftfördermechanismen Fachleuten geläufig sind.

Nachdem eine ausreichende Menge verflüssigten Kohlendioxids in die Schachtbohrung eingespritzt ist, um einen Spalt in der beaufschlagten Schichtenbildung zu erzeugen, können gekühlte Stützfeststoffe aus dem unter Druck stehenden Feststoffbehälter 20 in die Strome flüssigen Kohlendioxids eingeführt werden, um vom Kohlendioxid in den Spalt mitgeführt zu werden. Die Stützfeststoffe können Silikasand in den Bereichen lichter Siebmaschenweite von 0,422 mm/O,25"P^O,853 mm/0,422 mm und 2,06 mm/0,853 mm enthalten. Andere Abmessungen und die Verwendung anderer Materialien sind je nach den Erfordernissen der speziell vorliegenden Aufgaben heranzuziehen.

Es sei erwähnt, daß bei Bedarf gekühlte Stützfeststoffe in den Kohlendioxidstrom gleichzeitig mit der anfänglichen Einführung des verflüssigten Kohlendioxids in die Schientenb ildung für Aufspaltungszwecke eingeführt werden können.

Nach Abschluß der Aufspaltung kann die Schachtbohrung geschlossen werden, um eine vollständige Verdampfung des Kohlendioxids und einen Rückfall der Schichtenbildung um die Stützfeststoffe zu ermöglichen. Die Schachtbohrung wird dann zum Rückstrom geöffnet, und man läßt CCU-Gas zurückströmen und an der Oberfläche austreten.

Insbesondere bezüglich Tiefbohrungsanwendungen kann es erwünscht sein, die Viskosität und damit die Fähigkeit des flüssigen CO₂ zu steigern, Stützfeststoffe in größere Tiefen mitzuführen. Es wurde gefunden, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kühlung und Kompression der Stützfeststoffteilchen der Zusatz von so wenig wie 3 bis|5/oder bis zu 20 % eines gelierten Trägers, wie z. B. Methanols, ausreicht, um Ergebnisse zu erzielen, die mit solchen vergleichbar sind, wie sie bei herkömmlichen Techniken erhalten v/erden, die jedoch den Zusatz von bis zu 70 % geliertem Methanol oder anderen geeigneten Trägern erfordern. Die Verwendung von so wenig wie beispielsweise 5 % Gel zur Erzielung vergleichbarer Ergebnisse bringt wesentliche und bedeutende Vorteile gegenüber bekannten Techniken hinsichtlich der Kosten, der Sicherheit und eines praktisch unbedeutenden Restfluidwiedergewinnungsfaktors.

Es wurde gefunden, daß der Punkt der Einführung oder des Zusatzes des gelierten Trägers nicht kritisch ist und das Gel

irgendwo von den Speicherbehältern 10 bis zur Schachtbohrung 40 zugesetzt werden kann.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert.

Beispiel

Eine in Township 27 Range 18 westlich des vierten Meridian?, in Alberta, Canada liegende Gasschachtbohrung wurde mit einem 114,3 mm-Gehäuse abgeschlossen,das bis zu einer Tiefe von 1305 m zementiert wurde. Ein Rohr von 73,03 nun Durchmesser wurde in die Bohrung bis zu einer Tiefe von 1250 m eingetrieben, und eine Glaukonitformation wurde von 1257 bis 1265 m perforiert. Sämtliches Abschlußfluid wurde aus dem Bohrungsgehäuse und dem Rohr entfernt.

Trockenes, warmes Stickstoffgas wurde in den Bohrungsringraum injiziert, um die Bohrung unter Druck zu setzen und den Anfangsspalt zu erzeugen, so daß Stickstoffgas im Ringraum zwischen dem Rohr und dem Gehäuse als Wärmeisolation während des Einspritzens des flüssigen Kohlendioxids gelassen wurde. Es versteht sich,daß die Einführung von Stickstoffgas keinen Teil der Erfindung bildet.

Sechs Flüssigkohlendioxid-Transportbehälter, die 96 m flüssiges CO₂ bei 14,1 bar und -31,7 ⁰C enthielten, wurden mit drei Hochdruckpumpen über den Hochdruck-Stützfeststoffbehälter verbunden. 10 000 kg Silikasand-Stützfeststoff im lichten Siebmaschenbereich von 0,422 mm/0,2 wurden in den Feststoffbehälter gegeben, und dieser wurde

mit flüssigem Kohlendioxid auf 17,6 bar komprimiert. Das beim Kühlen des Stützfeststoffes auf die Temperatur des flüssigen Kohlendixods verdampfte Kohlendioxid wurde an der Oberseite des Feststoffbehälters abgelassen. Ein Volumen von 59 m des flüssigen Kohlendioxids mit einem Gehalt von 7500 kg des Silikasand-Feststoffes der genannten Korngröße wurde in die Schichtenbildung durch das Rohr hinab mit einem Bohrungskopfdruck von 250 bis 300 bar bei Durchsätzen von 1,6 bis 2,4 m /min eingespritzt. Die Bohrung wurde 1 h geschlossen, wonach man den Rückstrom über eine 6,35 mm-Drossel ermöglichte. Man stellt in der Bohrung den völlig gasförmigen Zustand des Fluids wieder her, wobei nach einer Schätzung etwa 500 kg Silikasand-Stützfeststoff in der ersten Strömungsstunde durchgesetzt wurden. Die Produktion aus der Bohrung wurde so von 566,4 m/Tag bei 7 bar vor der

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Behandlung auf 70800 m /Tag bei 73,8 bar erhöht, nachdem das gesamte eingespritzte Kohlendioxid wiedergewonnen war.

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Claims

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1. Verfahren zur Aufspaltung einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung,
gekennzeichnet durch die Schritte:

Einspritzen eines Stromes von verflüssigem Gas in die Schichtenbildung bei einem zur Verursachung deren Aufspaltung gewählten Druck,

Einführen von Stützfeststoffen in den Strom des verflüssigten Gases zum Einspritzen der Feststoffe in die gebildeten Spalten und

Komprimieren und Kühlen der Feststoffe auf im wesentlichen den Speicherdruck und die Speichertemperatur des verflüssigten Gases vor dem Einführen der Feststoffe in den Strom des verflüssigten Gases.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Strom des verflüssigten Gases in die Schichtenbildung mit Hilfe von Hochdruckpumpen eingespritzt wird und

die Feststoffe in den Strom vor den Hochdruckpumpen eingeführt werden.

O58-(1299-OO1)-TF

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Strom des verflüssigten Gases ein geliertes Trägerfluid derart zusetzt, daß der Strom bis zu 20 Vol. % des gelierten Trägerfluids enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe unter Verwendung des verflüssigten Gases gekühlt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Pumpens des Stromes des verflüssigten Gases und des Einführens der Feststoffe in diesen Strom gleichzeitig durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gas Kohlendioxid ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unterirdische ostratigraphische Schichtenbildung eine kohlenwasserstofffhaltige Zone niedriger Durchlässigkeit ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das verflüssigte Gas vor dem Pumpen in die Schachtbohrung bei einer Temperatur von angenähert -17,8 bis -40 ⁰C und einem Druck von angenähert 10,6 bis 17,6 bar gespeichert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des verflüssigten Gases vor dem Beginn des Pumpens des Stromes des verflüssigten Gases in die Schichtenbildung auf zwischen 17,6 und 24,6 bar gesteigert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Strom des verflüssigten Gases ein geliertes Trägerfluid derart zusetzt, daß der Strom bis zu 20 Vol. % des gelierten Trägerfluids enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom 5 bis 10 Vol. % des gelierten Trägerfluids enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 3, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gelierte Trägerfluid ein gelierter Alkohol, wie

z. B. Methanol, ist.

13. Verfahren zum Offenversteifen einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen, hydraulisch aufgespaltenen, unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung,

gekennzeichnet durch die Schritte:

Einführen von Stützfeststoffen in einen Strom eines komprimierten verflüssigten Gases, welche Feststoffe selbst vor dem Einführen auf den Druck bzw. die Temperatur des verflüssigten Gases komprimiert und gekühlt wurden, und

Abwärtspumpen der Mischung des verflüssigten Gases und der davon mitgeführten Feststoffe durch die Schachtbohrung in die Schichtenbildung zur Abscheidung der Feststoffe in den in der Schichtenbildung gebildeten Spalten.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß in den Strom des komprimierten verflüssigten Gases zu dessen Viskositätserhöhung ein geliertes Trägerfluid eingeführt wird, dessen Zusatz bis zu 20 Vol. % des Stromes ergibt.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Strom 5 bis 10 Vol. % des gelierten Trägerfluids enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet,

daß das verflüssigte Gas Kohlendioxid ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet,

daß das gelierte Trägerfluid ein gelierterAAlkohol, wie z. B. Methanol, ist.

18. Vorrichtung zur hydraulischen Aufspaltung einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,

gekennzeichnet durch:

eine Hochdrukpumpe (30) zum Einspritzen eines ein verflüssigtes Gas enthaltenden Aufspaltfluids die Schachtbohrung hinab,

eine erste Speichereinrichtung (10) zum Speichern des verflüssigten Gases unter Druck,

eine Leitung (5) zur Schaffung einer Fluidverbindung zwischen der Hochdruckpumpe (30) und der ersten Speichereinrichtung (10),

eine zweite Speichereinrichtung (20) zum Speichern von Feststoffen bei einer Temperatur und einem Druck, die der Speichertemperatur und dem Speicherdruck des verflüssigten Gases im wesentlichen gleich sind, und

eine Zuführeinrichtung (26, 9, 8) zum Einführen der Feststoffe von der zweiten Speichereinrichtung (20) in das

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durch die Leitung (5) strömende verflüssigte Gas.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß aie eine zweite Leitung (15) zur Schaffung einer Fluidverbindung zwischen der ersten Speichereinrichtung

(10) und der zweiten Speichereinrichtung (20) aufweist,

wodurch das verflüssigte Gas zum Kühlen und Komprimieren der Feststoffe verwendbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Speichereinrichtung aus Druckbehältern (10, 20) bestehen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung einen Schneckengang (26) aufweist, der sich zwischen der zweiten Speichereinrichtung (20) und der Leitung (5) zwecks Förderns der Feststoffe dazwischen erstreckt.

22. Verfahren zur Behandlung einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung,

gekennzeichnet durch die Schritte:

Einspritzen eines Stromes von verflüssigtem Gas in die Schichtenbildung,

Einführen von Stützfeststoffen in den Strom des verflüssigten Gases zum Einspritzen der Feststoffe in die Schichtenbildung und