DE3900050A1 - Verfahren zum zementieren eines rohrstrangs und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zementieren eines Rohrstranges in einer zu einem Untertagespeicher für die Speicherung von Gas führenden, verrohrten oder unverrohrten Bohrung.

Als Untertagespeicher für die Speicherung von Gas werden beispielsweise in Salzformationen über eine Bohrung von über Tage Kavernen gesolt. Die Bohrung wird dabei zunächst mit einem zementierten Casing ausgerüstet, durch welches das Solgestänge ein- und ausgebaut werden kann. Nach Be­ endigung des Solprozesses ist häufig der Einbau eines weiteren Rohrstrangs in die Bohrung erforderlich, der die Dichtheit und Druckfestigkeit gewährleistet, die bei der Speicherung von Gas gegeben sein müssen. Dieser Rohr­ strang muß einerseits den maximalen Gasdruck und anderer­ seits den vollen petrostatischen Außendruck bei auf Atmosphärendruck entspanntem Speicher aufnehmen können. Hierbei unterliegt auch die Zementation des Rohrstrangs hohen Beanspruchungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zemen­ tieren eines Rohrstrangs in einer zu einem Untertagegas­ speicher führenden Bohrung anzugeben, welches in hohem Maße Gasdichtheit gewährleistet und welches mit bestehen­ den Einrichtungen in einfacher Weise durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

• a) in dem speicherseitigen Ende der Bohrung ein durch einen bohrbaren Brückenstopfen verschlossener Permanent-Packer mit einer Anschlußmuffe zur gasdichten Aufnahme eines Rohrdichtnippels gesetzt wird,
• b) der Rohrstrang mit dem an seinem unteren Ende angeordneten, in die Anschlußmuffe eingrei­ fenden Rohrdichtnippel eingebaut wird und
• c) zwischen dem Rohrdichtnippel und der Anschluß­ muffe radial nach außen führende Zementations­ öffnungen vorgesehen sind, die bei teilweisem Ineinandergreifen des Rohrdichtnippels und der Anschlußmuffe durch Anheben des Rohrstrangs offen und bei vollständigem Eingreifen des Rohr­ dichtnippels in die Anschlußmuffe durch Absenken des Rohrstrangs gasdicht verschlossen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft damit die Mög­ lichkeit, den Zement unmittelbar über dem Permanent- Packer in den Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrung einzuleiten, wodurch gewährleistet ist, daß der Zement direkt bis an die Packermanschetten gebracht wird. Nach dem vollständigen Verfüllen des Ringraums mit Zement werden durch Absenken des Rohrstrangs die Zementier­ durchlässe gasdicht verschlossen, so daß die erfor­ derliche Dichtheit auch dann noch gewährleistet ist, wenn die Zementation undicht wird. Auf diese Weise wird ein hohes Maß an Sicherheit erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist vorgesehen, daß zum Anschluß des Zementier­ strangs in die Bohrung des Rohrdichtnippels ein bohr­ barer Gleitdichtkragen eingesetzt wird, in den das Ende des Zementierstrangs einsteckbar ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache und zuverlässige Weise durchführbar ist. Erfindungsgemäß besteht diese Vorrichtung aus einem Permanent-Packer, der an seinem oberen Ende eine Anschlußmuffe aufweist, die an ihrer Eingangsöffnung mit einem Innengewinde ver­ sehen ist und deren Wand im Bereich ihrer zylindrischen Dichtfläche mehrere radiale Durchgangsbohrungen hat. Weiterhin besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem mit einem Rohrstrang verbindbaren Rohrdichtnippel, dessen unteres zylindrisches Ende mehrere Dichtringe auf­ weist, die mit der Dichtfläche der Anschlußmuffe zu­ sammenwirken, und der oberhalb der Dichtringe ein Ratch- Latch-Gewinde hat, mit dem er im Gewinde der Anschluß­ muffe verankerbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine besonders einfache Arbeitsweise. Nach dem Setzen des Permanent-Packers und des bohrbaren Brücken­ stopfens wird der Rohrstrang mit dem daran befestigten Rohrdichtnippel eingebaut und vollständig in die An­ schlußmuffe des Permanent-Packers eingelatcht. Anschlie­ ßend kann durch mehrmaliges Drehen des Rohrstrangs der Rohrdichtnippel soweit nach oben geschraubt werden, bis die Durchgangsbohrungen in der Wand der Anschlußmuffe frei liegen. Der Rohrdichtnippel bleibt in dieser Stellung noch mit dem Permanent-Packer verbunden. Durch Zug- und Zirkulationskontrolle kann die richtige Position des Rohr­ dichtnippels geprüft werden. Nach Einbau des Zementier­ strangs und Durchführung der Zementation kann der Rohr­ dichtnippel durch Hängenlassen des Rohrstrangs erneut völlig in die Anschlußmuffe eingelatcht werden, wodurch ein gasdichter Verschluß der Durchgangsbohrungen mit Hilfe der unteren Dichtringe des Rohrdichtnippels ge­ schaffen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Unter­ tagekomplettierung einer zu einem Unter­ tagegasspeicher führenden Bohrung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 einen Permanent-Packer mit Anschlußmuffe gemäß der Erfindung und

Fig. 3 einen in die Anschlußmuffe des Permanent- Packers gemäß Fig. 2 einsetzbaren Rohran­ schlußnippel gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in verkürzter Darstellung einen Längsschnitt durch eine Bohrung 1, die zu einer untertage in einer Salzformation 2 gesolten Kaverne 3 führt. Das Kavernen­ dach ist mit 4 und der Kavernenhals mit 5 bezeichnet. Über der Salzformation 2 befindet sich ein Deckgebirge 6. Die Bohrung 1 ist mit einem 13 3/8′′-Casing 7 ausgerüstet, das auf voller Länge in der Salzformation 2 und im Deckge­ birge 6 zementiert ist.

Um in der Kaverne 3 Gas speichern zu können, ist der Ein­ bau eines 9 5/8′′-Rohrstrangs 8 in die Bohrung 1 er­ forderlich. Dies erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren in folgenden Schritten:

• 1. Am Fuß des Casings 7 wird ein Permanent-Packer 9 mit einer Anschlußmuffe 10 gesetzt, die in der Mittelebene ihres Dichtflächenbereichs ca. 3 bis 6 Durchgangsbohrungen aufweist.
• 2. Die Bohrung des Permanent-Packers wird mit einem bohrbaren Brückenstopfen 11 verschlossen, der als Träger für die spätere Zementation dient.
• 3. Der Rohrstrang 8, der an seinem unteren Ende einen Rohrdichtnippel 12 trägt, wird eingebaut und der Rohrdichtnippel wird bis zu seinem Anschlag in die Anschlußmuffe 10 eingelatcht. Da in dieser Stellung die Bohrungen in der Anschlußmuffe 10 ver­ schlossen sind, kann eine Dichtheitskon­ trolle durchgeführt werden. Weiterhin wird eine Zugkontrolle durchgeführt, um den Sitz des Permanent-Packers und des Rohrdicht­ nippels zu prüfen.
  Oberhalb des Rohrdichtnippels 12, jedoch unterhalb des oberen Landenippels 13, der für das Setzen eines Stopfens vorgesehen ist, wird ein Gleitdichtkragen 14 angeordnet.
• 4. Durch mehrmaliges Drehen des Rohrstrangs 8 wird der Rohrdichtnippel 12, der mit einem Ratch-Latch-Gewinde in ein Gewinde der An­ schlußmuffe 10 eingreift, so weit nach oben geschraubt, bis die Bohrungen in der An­ schlußmuffe 10 frei liegen. Der Rohrstrang 8 bleibt in dieser Stellung mit dem Permanent- Packer 9 verbunden. Die richtige Position des Rohrdichtnippels 12 wird durch eine Zirku­ lationskontrolle und durch eine Zugkon­ trolle geprüft.
• 5. Der Zementiergestängestrang 15 wird eingebaut und in den Gleitdichtkragen eingesteckt.
• 6. Über den Zementier-Gestängestrang wird die Zementsuspension eingepumpt, die durch die Bohrungen in der Anschlußmuffe in den Ring­ raum zwischen den Rohrstrang 8 und dem Casing 7 gelangt. Sobald die Zementsuspension zutage tritt, wird das Einpumpen beendet und der Rohrdichtnippel 12 durch Hängenlassen des Rohrstrangs 8 erneut völlig in die An­ schlußmuffe 10 des Permanent-Packers 9 eingelatcht. Die Bohrungen in der Anschluß­ muffe 10 werden hierbei wieder von dem Rohr­ dichtnippel 12 überfahren und dadurch gas­ dicht verschlossen.
  Danach wird der Zementierstrang 15 aus dem Gleitdichtkragen gelöst und freigespült.
• 7. Der Rohrstrang 8 wird in Spannung gezogen und in Keilen abgehängt. Anschließend ist eine Wartezeit von mehreren Tagen bis zur vollständigen Zementerhärtung einzuhalten.
• 8. Der Gleitdichtkragen 14, der unterhalb des Gleitdichtkragens 14 verbliebene Zement und der Brückenstopfen 11 werden mit einem im Bereich des Landenippels 13 besonders sta­ bilisierten Bohrstrang ausgebohrt.

Die nach dieser Verfahrensweise ausgerüstete Kavernen­ bohrung läßt ein hohes Maß an Stabilität und Dichtheit erwarten, da eine vollständige Verfüllung des Ringraums zwischen dem Casing 7 und dem Rohrstrang 8 möglich ist und zusätzlich ein von der Dichtheit der Zementation unabhängiger gasdichter Einbau des Rohrstrangs 8 ge­ währleistet ist.

Eine Ausführungsform des Permanent-Packers 9 zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 gezeigt. Der Packer 9 weist ein durchgehendes Gehäuse­ rohr 16 auf, das an seinem unteren Ende ein Außengewinde 17 zum Befestigen eines Landenippels hat. Der obere Ab­ schnitt des Gehäuserohrs 16 ist in seinem Durchmesser er­ weitert und bildet die Anschlußmuffe 10. Unterhalb der Anschlußmuffe 10 sind auf der Mantelfläche des Gehäuse­ rohrs 16 Keile 19 mit sägezahnartigen Mantelflächen, Spreizringe 20 und dazwischen eine Dichtungsanordnung 21 angeordnet, die von einer Ringmutter 22 gegeneinander ge­ halten werden, wobei sie sich über den oberen Keil 19 an dem erweiterten Abschnitt 18 des Gehäuserohrs 16 ab­ stützen. Die Bohrung in der durch den Abschnitt 18 ge­ bildeten Anschlußmuffe 10 besteht aus einem zylindrischen Dichtbereich 23 mit gehonter Oberfläche und einem mit Innengewinde versehenen Bereich 24. Am Übergang in den engeren mittleren Bereich des Gehäuserohrs 16 ist eine Anschlagschulter 25 ausgebildet. Zum Setzen wird der Permanent-Packer 9 über den Gestängestrang gedreht und axial bewegt, wobei die Keile 19 mit Hilfe der Keil­ ringe 20 gespreizt werden, so daß sie sich in die Wand des Casings 7 eingraben und dort fest verankern. Bei diesem Vorgang wird auch die Dichtung 21 axial gestaucht, wodurch sie radial aufgeweitet und fest gegen die Wand des Casings 7 gepreßt wird. In der Mittelebene des Dicht­ flächenbereichs 23 der Anschlußmuffe 10 sind radial nach außen führende Durchgangsbohrungen 26 vorgesehen, durch die bei der Zementation die Zementsuspension geleitet wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Rohrdichtnippels 12, der in die Anschlußmuffe 10 des Permanent-Packers 9 einsetzbar ist. Der Rohrdichtnippel 12 besteht aus einem Zentralrohr 28, das an seinem oberen Ende mit einem Innengewinde 29 versehen ist, in das das untere Ende des Rohrstrangs 8 eingeschraubt wird. Auf der Mantelfläche des Zentralrohrs 28 ist eine Ratch-Latch- Gewindehülse 30 befestigt,mit der der Rohrdichtnippel 12 im Innengewinde 24 der Anschlußmuffe 10 verankert werden kann. Der darunterliegende Teil des Zentralrohrs 28 trägt eine aus mehreren Dichtringen 31 und Distanzhülsen 32 ge­ bildete Dichtungsanordnung, die in den Dichtflächenab­ schnitt 23 der Anschlußmuffe 10 eingreift und für eine gasdichte Verbindung zwischen dem Rohrdichtnippel 12 und der Anschlußmuffe 10 sorgt. Die Dichtungsanordnung wird durch eine auf das untere Ende des Zentralrohrs aufge­ schraubte Ringmutter 33 gehalten.

Wird der Rohrdichtnippel 12 in die Anschlußmuffe 10 voll­ ständig eingelatcht, so stützt sich die Ringmutter 33 an der Anschlagschulter 25 ab. In dieser Position befinden sich wenigstens zwei Dichtringe 31 unterhalb der Durch­ gangsbohrungen 26. Zum Zementieren wird der Rohrdicht­ nippel so weit hochgeschraubt, bis sich die Ringmutter 33 oberhalb der Durchgangsbohrung 26 befindet. In dieser Position ist die Gewindehülse 30 noch immer in Eingriff mit dem Innengewinde 24 der Anschlußmuffe 10.

Claims (3)

1. Verfahren zum Zementieren eines Rohrstrangs in einer zu einem Untertagespeicher für die Speicherung von Gas führenden, verrohrten oder unverrohrten Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in dem speicherseitigen Ende der Bohrung (1,7) ein durch einen bohrbaren Brückenstopfen (11) verschlossener Permanent-Packer (9) mit einer An­ schlußmuffe (10) zur gasdichten Aufnahme eines Rohrdichtnippels (12) gesetzt wird,
• b) der Rohrstrang (8) mit dem an seinem unteren Ende angeordneten, in die Anschlußmuffe (10) eingrei­ fenden Rohrdichtnippel (12) eingebaut wird und
• c) zwischen dem Rohrdichtnippel (12) und der Anschluß­ muffe (10) radial nach außen führende Zementations­ öffnungen (26) vorgesehen sind, die bei durch An­ heben des Rohrstrangs (8) teilweisem Ineinander­ greifen des Rohrdichtnippels (12) und der An­ schlußmuffe (10) offen und bei durch Absenken des Rohrstrangs (8) vollständigem Eingreifen des Rohrdichtnippels (12) in die Anschlußmuffe (10) gasdicht verschlossen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß des Zementierstrangs (15) in die Bohrung des Rohrdichtnippels (12) ein bohrbarer Gleitdichtkragen (14) eingesetzt wird, in den das Ende des Zementierstrangs (15) einsteckbar ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Permanent- Packer (9), der an seinem oberen Ende eine An­ schlußmuffe (10) aufweist, die an ihrer Eingangs­ öffnung mit einem Innengewinde (24) versehen ist und deren Wand im Bereich ihrer zylindrischen Dichtfläche (23) mehrere radiale Durchgangs­ bohrungen (26) hat, und durch einen mit einem Rohrstrang (8) verbindbaren Rohrdichtnippel (12), dessen unteres, zylindrisches Ende mehrere Dicht­ ringe (31) aufweist, die mit der Dichtfläche (23) der Anschlußmuffe (10) zusammenwirken und der ober­ halb der Dichtringe (31) ein Ratch-Latch-Gewinde (30) zu seiner Verankerung im Gewinde (24) der Anschluß­ muffe (10) hat.