DE3235845C2

DE3235845C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufspaltung einer unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung

Info

Publication number: DE3235845C2
Application number: DE3235845A
Authority: DE
Inventors: Ronald S. Bullen; Allan T. Calgary Alberta Lillies
Original assignee: CANADIAN FRACMASTER Ltd CALGARY ALBERTA CA
Current assignee: CANADIAN FRACMASTER Ltd CALGARY ALBERTA CA
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1982-09-28
Publication date: 1986-04-17
Also published as: NL185028B; US4374545A; CA1134258A; NL185028C; GB2112835A; AU550576B2; NL8203477A; AU8789382A; GB2112835B; DE3235845A1

Abstract

Beschrieben werden ein neues und verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Aufspaltung einer von einer Schachtbohrung durchdrungenen unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung, wobei das Verfahren die Schritte des Pumpens eines Stromes von verflüssigtem Gas in die Schichtenbildung zur Bewirkung deren Aufspaltung und dann das Einführen von Stützfeststoffen direkt in den Strom des verflüssigten Gases zwecks Einspritzens der Stützfeststoffe in die Spalten umfaßt. Vor der Einführung der Stützfeststoffe in den Flüssiggasstrom werden sie auf die Speichertemperatur und den Speicherdruck des verflüssigten Gases gekühlt bzw. komprimiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11 vorausgesetzten Art.

Die hydraulische Aufspaltung wurde in weitem Umfang zur Anregung der Produktion von Rohöl und Erdgas aus Bohrschäeiuen 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 einem hohen Durchsatz erweitert den Spalt und führt zum Aufbau eines Bettes von Stützmittelteilchen zwischen den Spaltwänden. Diese Teilchen verhindern einen vollständigen Verschluß des Spaites, wenn das Fluid anschließend In die benachbarten Formationen aussikkert, und ergeben einen sich vom Bohrschacht In die Schichtenbildungen reichenden durchlässigen Kanal. Die Leitungskapazität dieses Kanals hängt von den Spaltabmessungen, der Größe der Stützmittelteilchen, dem Teilchenabstand und den Umgrenzungsdrücken ab.

Die bei den hydraulischen Aufspaltungsvorgängen verwendeten Fluide müssen genügend niedrige fluldverlustwerte 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 Fluldverluststeuereigenschaften haben, idle ein Aussickern ausldem Spalt in dle;Pören"der,Schichtenbildung verringern.

Die Aufspaltung von Speichern niedriger Durchlässigkeit wies stets das Problem der Fluidkompatlbllltät mit dem Schlchter.blldurigskern und den Schlchteribildüngsflulden, insbesondere In Gasbohrschächten auf. Beispielswelse enthalten viele Schichtenbildungen Tone, die aufquellen, wenn sie von wässerigen Fluiden kontak-

tiert 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 oes 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 Oberwindung der Fluidverlustprobleme waren mit Wasser, Diesel, Methylalkohol und ähnlichen niedrigviskosen Flüssigkeiten hergestellte gelierte Fluide brauchbar. Solche Fluide haben genügend hohe scheinbare Viskositäten, um die Stützmittelteilchen 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 auftre· ten würde, und daher können in einigen Fällen die Druckverluste aufgrund der Fluidreibung niedriger als die sein, die mit den niedrigviskosen keine Zusätze enthaltenden Basisfiuiden erhalten werden. Bestimmte wasserlösliche Polyakrylamide. öllösliches Polyisobuty-Ien 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 Verbuchen zur ubenvindung des Problems der Fluidkompatibilität, wenn wässerige Aufspakungsfluide verwendet werden, wurden chemische Zusätze, wie z. B. Salz oder Chemikalien, zur pH-Wertsteuerung verwendet. Salze, wie z. B. NaCI, KCI oder CaCl₂. 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 ζ. B. CO₂ oder Ni, wurden bei dem Ve^uch verwendet, das Problem der Entfernung der Aufspsltungsflüssigkei· zu überwinden. Die Gase niedriger Dichte werden in einem berechneten Verhältnis zugesetzt, was die Fluidströmung nach der Aufspaltung fördert. Diese Rückströmung von Einsatzfiuiden erfolgt gewöhnlich aufgrund des Speicherdrucks allein, d. Ii. 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 Aufspaltungsflulde verwendet. Dies zeigen die CA-PS 6 87 938 und 7 45 453, die ein¹ Verfahren und eine \~ Vorrichtung zur Aufspaltung unterirdischer Erdschichtenbildungen unter Verwendung von flüssigem COj offenbaren. Danach wurden die Vorteile von flüssigem CO₂ als Mittel zur Vermeidung der üblicherweise zeitauf- S5 wendigen und kostspieligen Verfahren im Zusammenhang mit der Wiedergewinnung herkömmlicherer Aufspaltungsfluide erkannt, Diese CA-PS offenbaren jedoch nicht die Verwendung von mitgeführten Stützmittel in Verbindung mit flüssigem COi. Die Kombination eir.es flüssigen CO.-Aufspaltungsfluids mit Stützmitteln wurde in der US-PS 36 64 422 beschrieben, in der ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art beschrieben ist, bei dem die Stützmittel vor dem Einführen in den Strom des verflüssigten Gases obligatorisch mit einem gelierten Fluid, insbesondere geliertem Methanol, vermischt und damit zusammen ggf. noch auf Atmosphärendruck komprimiert werden. Man läßt das flüssige Kohlendioxid sich verflüchtigen und austreten, und die restliche Flüssigkeit, hauptsächlich Meihylalkohol, wird teilweise durch Schichtenbildungs-Kohlenwasserstoffe gelöst, so daß dieser Teil als Dampf an die Oberfläche zurückkehren kann, während der Rest dagegen als Flüssigkeit unter Anwendung bekannter Wiedergewinnungstechniken wiedergewonnen wird. Es wurde klar gezeigt, daß die Notwendigkeit der Verwendung eines gelierten Trägerfluids zur Verneinung einiger der Fluidwiedergewinnungsvorteile führte, d¹-. auf der Verwendung von Fiusstggasaufspaitungsfiuideri beruhen.

Weiter ist aus der US-PS 41 86 802 ein Verfahren zur Aufspaltung einer von einem Bohrloch durchdrungen?¹", unterirdischen stratigraphischen Schichtenbildung bekannt, K'i dem abwechselnd ein Strom von vorzugsweise KCI-Wasser. Gel, Alkohol und verflüssigtem CO₂ mit einem Zusatz von Stützmitteln und ein gleichartiger Strom ohne Stützmittelzusatz unter Druck in die Schichtbildung eingespritzt werden und 80 bis. 95% der eingespritzten Fluide wiedergewinnbar sind.

Nachfolgende Veröffentlichungen betrafen vorrangig die Entwicklung vorteilhafterer gellerter Fluide zum Mitführen von Stützmitteln für die nachfolgende oder gleichzeitige Vermischung mit dem Aufspaltungsfluid aus verflüssigtem Kohlendioxid. Hierzu sind die CA-PS !0 00 483 (als CA-PS 10 34 363 wieder ausgegeben) und die CA-PS 10 43 091 zu nennen. Jede dieser Patentschriften lehrt die Art und Zusammensetzung von ge.Uerten Trägerfluiden. typisch auf Methanolbasis, die nach Vermischung mit flüssigem CO₂ 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 Stutzmitteln zum Vermischen mit dem verflüssigten Gasaufspaltungsfluid zu verwenden. Die Stützmittel werden anschließend in den durch Flüssigkeit gebildeten Spalten zwecks Aufrechterhaltung von Strömungskanälen nach dem Rückfall der Spaltzone abgeschieden. Es ist weiter bekannt, daß Stützin'ttel ii: 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 Stützmittelteilchen zu geben. Typisch enthalten solche Mischungen 40 his 70 Vol.-¹*. gelieirtes Methanol oder sein Äquivalent mit dem Ergebnis, daß große Restflüsslgkeitsantelle aus den Spaltzonen wiedergewonnen werden müssen.

* Es wurde jedoch nicht erkannt, dalBjStützmittel direkt in einen flüssigen Kohlendloxidstrom bei Verwendung von keinem oder nu^r so wenig wie 5 Vo\.-% geliertem Trägerfluid eingeführt werden können. Tatsächlich führt der Stand der Technik gerade von der direkten Einfüh< rung von Stützmitteln in den flüssigen Kohlendloxidstrom wegi

Wie bereits erwähnt, basleren die bekannten gelierten Trägerflulde 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 Stützmittel bei atmosphärischen Drücken zuzusetzen, wodurch die Feuergefahren erhöht werden. Indem ermöglicht wird, daß etwaige explosive Dämpfe in die Umgebungsacmosphäre entweichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, womit ermöglicht wird, die Fluldwiedergewlrnung aus den Spaltzonen zu vereinfachen und die Feuergefahren durch auf Alkohol basierende gelierte Trägerflulde zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 11

10

15

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 und 12 bis 14 gekennzeichnet.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Erfindung ein Verfahren zur Schachtenbohrungsanregung ohne Speicherverunreinigung durch Restflüssigkeit und mit vollständiger Wiedergewinnung des Elnspriufluids. Mitgeführte Stützmittel 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 Stützmittels, 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 hallen. 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 bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können bis zu 20 Vol.-% von gellertem Methanol dem Flüssigkohlendioxid-Stützmittel-Strom zur Erhöhung der Viskosität des verflüssigten CO₂ zugesetzt werden.

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

Fig I 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 Schn-rhtbohrungsaufspaltung interessanten Bereich.

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

F i g. 4 einen Teilschnitt des Stützmittelbehälters nach Fig. 3; und

Fig. 5. 5a und 5b Darstellungen des in den Fig. 3 und 4 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 Aufspaltungfluide verwendet werden kann. Für Erläuterungszwecke jedoch und unter Berücksichtigung der Kosten und Sicherheitsvoneile, die sich durch die Verwendung von Kohlendioxid ergeben, wird hier die Verwendung von flüssigem Kohlendioxid als Hauptaufspaltungsmittel des erfindungsgemäßen hydraulischen Aufspaltungsverfahrens beschrieben.

Gemäß Flg. 1 und 2 werden verflüssigtes COj und Stützmittel zu einer Schachtbohrung gefördert. Am Ort der Schachtbohrung wird das verflüssigte CO₂ anfänglich bei einer Gleichgewichtstemperatur und einem Glelchgcwichtsdruck 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 Stützmittel werden ebenfalls in einem Druckbehälter 20 gespeichert. Diese Stützmittel werden unter Verwendung von einigem flüssigen CO₂ 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 Welse werden die Stützmittel auf eine Temperatur von angenähert -31,7° C gekühlt und einem Druck von angenähert von 14,1 bar unterworfen.

Soweit flüssiges CO₂ durch den Stützmittelkühlprozeß verdampft, wird es nach außen abgegeben, und man hält ein V₂- bis 'VFassungskraftniveau 24 (Flg. 3) von flüssigem COj im Behälter 20 konstant bei, um zu verhindern, daß Dampf stromab der Hochdruckpumpen 30 gelangt, die zum Einspritzen der Aufspaltungsfluide in die SchacNbohrung 40 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 vors CO₂ Im flüssigen Zustand zu den Hochdruckpumpen 30 gesichert 1st. Verfahren zur Kompression des flüssigen CO₂ sind gut bekannt und brauchen hler nicht näher erläutert zu werden.

Verflüssigtes CO₂ 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 Flg. 2), dem Bohrungskopfeinspritzdruck. Die Temperatur des flüssigen CO2 wächst als Ergebnis dieser Kompression etwas. Die aufzuspaltende Zone wird isoliert, und das Bohrungsgehäuse neben der Beaufschlagungszone ist in irgendeiner bekannten Weise perforiert. Das flüss'^e 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 Schichtenbildungen. 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 31° C 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 Schichtenbildungen verringert wird, so daß Dampfverlu-

ste während der Injektion minimiert werden.

Die Kompression des CO₂ erreicht einen Spitzenwert (Punkt 3 In Flg. 2) an den Gehüuscpcrlbratlonen 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 Anl'angsdruck der Schichtenbildung ab, und seine Temperatur steigt angenähert auf die Anfangstemperatur der Schichtenbildung.

Während des Aufspaltungsprozesses absorbiert natürlich das verflüssigte Kohlendloxid welter Wärme, bis seine kritische Temperatur (3I⁰C) erreicht ist, wonach das Kohlendloxid sich verflüchtigt. Diese Verdampfung wird von einem raschen Anstieg des CO2-Volumens begleitet, der zu einer erhöhten Aufspaltungsaktivität führen kann. Das gasförmige CO₂ entweicht anschließend in die umgebenden Schichtcnbüdurigen 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 Stützmittel auf die angenäherte Temperatur des verflüssigten CO₂ vor der Einführung der Stützmittel in den CO₂-Strom gekühlt. Die von den Stützmitteln absorbierte Wärme würde sonst einen Prozentsatz des flüssigen CO₂ verdampfen und damit seine Eignung zur ausreichenden Mitführung der Stütz: .litte! bei typischen Pumpdurchsätzen beseitigen, so daß Wirkungsgradprobleme in den Hochdruckpumpen auftreten könnten. Die spezifische Wärme von Silikasandstützmittel und die Verdampfungswärme von CO₂ bei 17,6 bar stehen in einem derartigen Verhältnis, daß zum Kühlen des Silikasand-Stützmittels von einer Transporttemperatur von 21, Γ C auf Temperaturen des flüssigen CO2 von -31,7° C die Verdampfung von angenähert 0,2 kg CO₂ je 1 kg des so gekühlten Sandes erforderlich ist.

Es sollen nun die Fig. 3, 4 und 5, 5a und 5b erläutert werden, die den Stützmittelbehälter 20 im einzelnen veranschaulichen. Das zur Kompression und Kühlung der darin eingeschlossenen Stützmittel verwendete flüssige Kohlendloxid wird in den Behälter 20 durch eine Druckleitung 15 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 Stützmitteln, 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 Stützmittel zu einem wendeiförmigen Schneckengang 26 zu lenken, der längs des Bodens des Behälters 20 in einer Richtung zur Leitung 5 durch ein Schneckenrohr 9 verläuft. Schneckenantriebsmittel 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 Stützmittel in den durch die Leitung 5 fließenden COa-Strom eingeführt werden. Es sei festgestellt, daß der im Schneckenrohr 9 aufrechterhakene 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 irgendeiner anderen geeigneten Form und mit anderen Förderniechanlsmcn als denen mit dem dargestellten Schnekkengang 26 verwendet werden kann, wovon eine Anzahl einschließlich der Schwcrkraftfördcrmechanismcn 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 Stützmittel aus dem unter 'Druck stehenden Stützmittelbehälter 20 in die Ströme flüssigen Kohlendioxids eingeführt werden, um vom Kohlendloxid in den Spalt mUgeführt zu werden. Die Stützmittel können Sillkasand in den Bereichen lichter Siebmaschenweite von 0,422 mm/O,251 mm, 0,853 mm/0,422 mm und 2,06 mm/O,853 mm enthalten. Andere Abmessungen und die Verwendung anderer Materialien sind je nach den Erfordernissen der speziell vorliegender! Aufgaben heranzuziehen.

Es sei erwähnt, daß bei Bedarf gekühlte Stützmittel in den Kohlendloxidstrom gleichzeitig mit der anfänglichen Einführung des verflüssigten Kohlendioxids in die Schichtenbildung für Aufspaltungszwecke eingeführt werden können.

Nach Abschluß der Aufspaltung kann die Schachtbohrung geschlossen werden, um eine vollständige Verdampfung des Kohlendloxids und einen Rückfall der Schichtenbildung um die Stützmittel zu ermöglichen. Die Schachtbohrung wird dann zum Rückstrom geöffnet, und man läßt COj-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. Stützmittel in größere Tiefen mitzuführen. Es wurde gefunden, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kühlung und Kompression der Stützmittelteilchen 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 werden, 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.

D'e Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert.

Beispiel

Eine in Township 27 Range 18 westlich des vierten Meridians 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 mm 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 Wärmelsolatlon während des Elnsprltzens des flüssigen Kohlendloxids gelassen wurde. Es versteht sich, daß die Einführung von Stlckstoffgas keinen Teil der Erfindung bildet.

Sechs Flüssigkohlendioxid-Transportbehälter, die 96 m^J flüssiges CO₂ bei 14,1 bar und -31,7⁰C enthielten, wurden mit drei Hochdruckpumpen über den Hochdruck-StUtzmlttelbehälter verbunden. 10 000 kg Slllkasarid-Stützmittel Im lichten Siebmaschenbereich von 0,422 mm/0,251 mm wurden in den Stützmittelbehälter gegeben, und dieser wurde mit flüssigem Kohlendloxid auf 17,6 bar komprimiert. Das beim Kühlen des Stützmittels auf die Temperatur des flüssigen Kohlendloxids verdampfte Kohlendloxid wurde an der Oberseite des Stützmittelbehälters abgelassen. Ein Volumen von 59 m³ des flüssigen Kohlendloxids mit einem Gehalt von 7500 kg des Siiikansand-Stüizrr.iilcls der genannter. 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 mVmln 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 Slllkasand-Stützmlttel in der ersten Strömungsstunde durchgesetzt wurden. Die Produktion aus der Bohrung wurde so von 566,4 mVTag bei 7 bar vor der Behandlung auf 70 800 m'/Tag bei 73,8 bar erhöht, nachdem das gesamte eingespritzte Kohlendioxid wiedergewonnen war.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufspaltung einer von einem Bohrloch durchdrungenen unterirdischen stratigraphisehen Schichtenbildung, bei dem ein Strom von verflüssigtem Gas wie CO₂ in die Schichtenbildung bei einem zum Erreichen deren Aufspaltung gewählten Druck eingespritzt wird und komprimierte Stützmittel in den Strom des verflüssigten Gases zum Einspritzen der Stützmittel in die gebildeten Spalten eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel vor dem Einführen in den Strom des verflüssigten Gases auf im wesentlichen den Speicherdruck und die Speichertemperatur des verflüssigten Gases komprimiert und abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des verflüssigten Gases in die Schichtenbildung mit Hilfe von Hochdruckpumpen eingespritzt i*ird und die Stützmittel in den Strom vor den Hochdruckpumpen eingeführt werden.

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 VoI.-% des gelierten Trägerfluids enthält.

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

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dab die Schritte des Pumpens des Stromes des verflüssigten Gases jnd de.·- Einführens der Stützmittel In diesen Strorr gleichzeitig durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gas vor dem Pumpen in das Bohrloch bei einer Temperatur von angenähert -17,8 bis -40°C und einem Druck von angenähert 10,6 bis 17,6 bar gespeichert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, 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.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Strom des verflüssigten Gases ein geliertes Trägerfluid derart zusetzt, daß der Strom bis zu 20 Vol.-t des gelierten Trägerfluids enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom 5 bis 10 Vol.-% des gelierten Trägerfluids enthält

10. Verfahren nach Anspruch 3, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gelierte TrägerRuid ein gelierter Alkohol, wie z. B. Methanol, Ist.

11. Vorrichtung zur hydraulischen Aufspaltung einer von einem Bohrloch durchdrungenen unterirdischen stratlgraphischen Schichtenbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. mit

einer Hochdruckpumpe (30) zum Einspritzen eines ein verflüssigtes Gas wie CO₁ enthaltenden Aufspaltfluids das Bohrloch hinab,

einer ersten Speichereinrichtung (10) zum Speichern des verflüssigten Gases unter Druck,

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

einer zweiten Speichereinrichtung (20) zum Speichern und Komprimieren von Stützmitteln und einer Zuführeinrichtung (26, 9, 8) zum Einführen der Stützmittel von der zweiten Speichereinrichtung (20) In das verflüssigte Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speichereinrichtung (20) zum Speichern der Stützmittel bei einer Temperatur und einem Druck dient, die der Speichertemperatur und dem Speicherdruck des verflüssigten Gases im wesentlichen gleich sind, und

daß die Zuführeinrichtung (26, 9, 8) die Stützmittel von der zweiten Speichereinrichtung (20) in das durch die Leitung (5) strömende verflüssigte Gas einführt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie 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 Stützmittel verwendbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Speichereinrichtung aus Druckbehältern (10, 20) bestehen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung einen Schneckengang (26) aufweist, der sich zwischen der zweiten Speichereinrichtung (20) und der Leitung (5) zwecks Förderns d^r Stützmittel dazwischen erstreckt.