DE4292758B4 - Verfahren zur Bildung von Mehrfachrissen von einem Bohrloch aus - Google Patents

Verfahren zur Bildung von Mehrfachrissen von einem Bohrloch aus Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bildung von Mehrfachrissen in einem einzigen Arbeitsgang, ausgehend von einem einzelnen ausgekleideten Bohrloch, das ein Rissintervall mit mehreren Zonen durchdringt, die zur Rissbildung verschiedenen Drücken ausgesetzt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Gegebenenfalls Perforieren des ausgekleideten Bohrlochs auf verschiedenen Niveaus, die verschiedenen Zonen des Rissintervalls benachbart sind,
Isolieren des Bohrlochabschnitts, der im Wesentlichen dem Rissintervall benachbart ist,
Einführen eines Rissbildungsfluids durch ein einziges Arbeitsgestänge in dem Bohrloch in den Abschnitt des Bohrlochs, der im Wesentlichen dem aufzubrechenden Intervall benachbart ist, durch alternative Fließwege, die unterschiedlichen Niveaus innerhalb dieses Abschnitts direkt benachbart sind und durch Öffnungen gebildet werden, die im Abstand voneinander entlang des unteren Endes des Arbeitsgestänges angeordnet und im Wesentlichen den jeweiligen verschiedenen Niveaus benachbart sind, wobei diese Niveaus im Wesentlichen den jeweiligen Zonen innerhalb des isolierten Bohrlochabschnitts benachbart sind, und
Fortsetzen des Einführens des Rissbildungsfluids direkt in die verschiedenen Niveaus innerhalb...

Description

  • Die "hydraulische Rißbildung" stellt eine bekannte Technik dar, die üblicherweise dazu herangezogen wird, die Permeabilität von unterirdischen Formationen, die Kohlenwasserstofffluide oder dergl. führen, zu erhöhen. Bei einem typischen hydraulischen Rißbildungsvorgang wird ein Arbeitsgestänge an eine Stelle in die Nachbarschaft der einer Rißbildung zu unterziehenden Formation(en) ("Rißintervall") abgesenkt. Ein Rißbildungsfluid wird sodann mit einem Druck, der ausreicht, um in den Schichtungsebenen der Formation(en) eine Trennung, d.h. eine "Rißbildung", hervorzurufen, aus dem unteren Ende des Arbeitsgestänges in die Formation gepumpt.
  • Diese Trennung der Schichtungsebenen ruft ein Netz von durchlässigen Kanälen oder Rissen hervor, durch die nach Beendigung des Rißbildungsvorgangs Formationsfluide in das Bohrloch fließen können. Da bei diesen Rissen die Tendenz besteht, daß sie sich nach Relaxation des Rißbildungsdrucks wieder schließen, werden Stützmaterialien (z.B. Sand, Kies oder andere teilchenförmige Materialien) routinemäßig in das Rißbildungsfluid unter Bildung einer Aufschlämmung eingemischt, wobei diese Aufschlämmung ihrerseits das Stützmaterial in die Risse transportiert, wo es die Risse nach der Druckverminderung offen hält.
  • Wenn das Rißintervall im wesentlichen homogen ist (d.h, wenn es sich um eine Zone handelt, die im wesentlichen über ihre gesamte Dicke hinweg den gleichen Aufbrechdruck aufweist) führen übliche Rißbildungstechniken, wie sie vorstehend beschrieben sind, normalerweise zu einer guten Verteilung von Rissen entlang der Länge oder der Dicke des Rißintervalls. Ungünstigerweise liegt jedoch in zahlreichen Fällen das Rißintervall in Lagerstätten, die nicht homogen sind; vielmehr besteht das Intervall aus mehreren Förderzonen, die deutlich unterschiedliche Aufbrechdrücke aufweisen, z.B. schichtförmige Lagerstätten, Lagerstätten, die von schrägen und/oder horizontalen Bohrlöchern durchdrungen werden, dicke Lagerstätten, Lagerstätten, die aus mehreren unmittelbar anschließenden Förderzonen, die durch dünne undurchlässige Schichten von einander getrennt sind, bestehen, und dergl.
  • Schwierigkeiten treten auf, wenn derartige nicht-homogene Intervalle mit herkömmlichen Rißbildungstechniken aufgebrochen werden sollen. Beispielsweise ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, eine zweite Zone im Rißintervall aufzubrechen, nachdem eine erste Zone innerhalb des Intervalls (d.h. die Zone mit dem geringsten Aufbrechdruck) begonnen hat, Risse zu bilden. Die Aufschlämmung der Rißbildungsflüssigkeit fließt weiterhin in diesen ersten Riß und vergrößert diesen mit zunehmendem Druck im isolierten Bohrlochintervall.
  • Außerdem besteht die Wahrscheinlichkeit, daß Flüssigkeit aus der Rißbildungsaufschlämmung im ursprünglichen Riß verloren geht, was bewirkt, daß das Stützmaterial, z.B. Sand, sich aus der Aufschlämmung absetzt und dadurch eine Brücke oder Blockade im Bohrloch in Nachbarschaft zur anfänglich aufgebrochenen Zone bildet. Diese Brücke verhindert ein weiteres Einströmen der Aufschlämmung in andere Zonen innerhalb des Rißintervalls, selbst wenn einige dieser Zonen bereits vorher in bestimmtem Umfang aufgebrochen worden sind. Dies führt zu einer schlechten Verteilung der Risse im gesamten Rißintervall, da normalerweise nur die Zone mit dem niedrigsten Aufechdruck in angemessener Weise mit Rissen durchzogen wird.
  • Aus der US 4424859 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen eines Fluids durch ein Bohrloch in eine kohlenwasserstoffhaltige unterirdische Formation angegeben. In dem Bohrloch wird ein Durchlaß mit mehreren Kanälen in Stellung gebracht, durch welche das Fluid von der Oberfläche zu einer Mehrzahl von unterirdischen Behandlungszonen geführt werden kann. Am Bohrkopf wird das Fluid in mindestens zwei der Kanäle eingebracht und in unterschiedlichen Behandlungszonen aus den Kanälen freigegeben. Die verschiedenen Austrittsöffnungen der Kanäle werden durch Packungselemente so voneinander getrennt, daß Materialien, die aus verschiedenen Austrittsöffnungen austreten, innerhalb des Bohrlochs nicht miteinander in Kontakt treten können. Dementsprechend führen eine Mehrzahl von Kanälen, nämlich mindestens zwei, in das Bohrloch. Eine solche Konstruktion ist sowohl konstruktiv als auch bezüglich der Kosten relativ aufwendig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Mehrfachrissen in einem einzigen Arbeitsgang gemäß dem Patentanspruch 1 bereitgestellt.
  • Der Bohrlochabschnitt kann durch Packmaterial oder die Flüssigkeitssäule im Bohrlochringraum isoliert werden.
  • Das Rißbildungsfluid wird vorzugsweise gleichzeitig durch die alternativen Fließwege zugeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die alternativen Fließwege durch einzelne Leitungen gebildet, deren untere Enden im wesentlichen in Nachbarschaft zu den jeweiligen unterschiedlichen Niveaus auslaufen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die alterna tiven Fließwege durch eine Mehrzahl von Nebenschlußrohren gebildet, die sich innerhalb des unteren Endes des Arbeitsgestänges befinden, wobei deren untere Enden im wesentlichen in Nachbarschaft zu den verschiedenen Niveaus auslaufen.
  • Nachstehend wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug ge nommen. Es zeigen:
  • 1 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vorrichtung, die in Betriebsstellung innerhalb eines Bohrlochs in Nachbarschaft zu einem Rißintervall dargestellt ist;
  • 2 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der Vorrichtung von 1;
  • 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 von 2;
  • 4 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung von 1;
  • 5 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung von 1;
  • 6 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung der vorliegenden Erfindung.
  • Nachstehend wird näher auf die Zeichnung eingegangen. 1 zeigt das untere Ende einer Förder- und/oder Injektionsbohrung 10, die ein Bohrloch 11 aufweist, das sich von der Oberfläche (nicht abgebildet) durch das Rißintervall 12 erstrekt. Das Bohrloch 11 ist typischerweise mit einer Auskleidung 13, die einzementiert ist (nicht dargestellt), ausgekleidet. Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren in Bezug auf ein geneigtes, ausgekleidetes Bohrloch erläutert wird, ist darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung in gleicher Weise in offenen und/oder nachgebohrten Einrichtungen sowie in vertikalen und horizontalen Bohrlöchern angewandt werden kann, wie es die Situation erfordert.
  • Wie dargestellt, besteht das Rißintervall 12 aus einer Mehrzahl (in der Darstellung nur 2) Zonen 14 und 15, die unterschiedliche Aufbrechdrücke aufweisen. Die Auskleidung 13 ist in unterschiedlichen Niveaus perforiert, um mindestens zwei Sätze von Auskleidungsperforationen 16, 17 bereitzustellen, die in im wesentlichen benachbarten Zonen 14 bzw. 15 liegen. Da die vorliegende Erfindung auf horizontale und geneigte Bohrlöcher anwendbar ist, handelt es sich bei den hier verwendeten Ausdrücken "oben und unten", "Kopf und Boden" um relative Ausdrücke, die dazu vorgesehen sind, die jeweiligen Positionen innerhalb eines speziellen Bohrlochs zu bezeichnen. Der Ausdruck "Niveaus" soll sich auf die jeweiligen Positionen entlang des Bohrlochs zwischen den Grenzen des Rißintervalls beziehen.
  • Eine Rißbildungsvorrichtung 20 wird im Bohrloch 11 im wesentlichen in Nachbarschaft zum Rißintervall 12 angeordnet. Die Rißbildungsvorrichtung 20 besteht aus einem Arbeitsgestänge 21, das am unteren Ende 22 geschlossen ist und sich bis zur Oberfläche (nicht abgebildet) erstreckt. Das Arbeitsgestänge 21 weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf (z.B. einen oberen und einen unteren Satz von Öffnungen 23 bzw. 24), die sich im Abstand vom unteren Ende 22 befinden und ungefähr mit den Auskleidungsperforationen 16 bzw. 17 zusammenfallen. Packmaterial 25 und 27 isoliert den Abschnitt 26 des Bohrlochs 11, der sich in Nachbarschaft zum Rißintervall 12 befindet. Der Fachmann erkennt jedoch, daß die (nicht gezeigte) Flüssigkeitssäule, die normalerweise im abgeschlossenen Ringraum der Bohrung vorhanden ist, häufig verwendet wird, um eine wirksame Isolierung des Rißintervalls zu erreichen, ohne daß ein oberes Packmaterial 25 erforderlich ist. Der hier verwendete Ausdruck "isolierter Abschnitt" soll sowohl einen durch Packmaterial oder dergl. isolierten Abschnitt als auch einen durch Flüssigkeit im Ringraum isolierten Abschnitt umfassen.
  • Im Betrieb wird eine Rißbildungsaufschlämmung mit einem Gehalt an teilchenförmigem Material oder Füllmaterial, z.B. Sand, im Arbeitsgestänge nach unten und aus den oberen und unteren Öffnungen 23, 24 in den isolierten Abschnitt 26 des Bohrlochs 11 gepumpt. Mit zunehmender Füllung des Abschnitts 26 mit der Aufschlämmung und mit zunehmendem Druck wird die Aufschlämmung durch die Auskleidungsperforationen 16, 17 gepreßt und sie versucht dann, in die Zonen 14, 15 des Rißintervalls 12 einzutreten. Da jedoch, wie gezeigt, die Zone 15 einen geringeren Aufbrechdruck aufweist, nimmt die Aufschlämmung den Weg des geringsten Widerstands und tritt zuerst in die Zone 15 ein.
  • Bei einem herkömmlichen Rißbildungsvorgang, bei dem die Aufschlämmung nur durch das untere Ende eines Arbeitsgestänges austritt, fließt die Aufschlämmung nach dem Aufbrechen der Zone 15 weiter in die Zone 15 und vergrößert den ursprünglichen Riß, während durch die oberen Auskleidungsperforationen 16 keine Aufschlämmung oder nur wenig davon in die Zone 14 gelangt. Schließlich geht Fluid aus der Aufschlämmung in der anfänglich aufgebrochenen Zone 15 verloren, was bewirkt, daß sich der Sand in der Aufschlämmung unter Bildung einer Brücke 30 (1) im Bohrloch absetzt. Die Brücke 30 blockiert jedes weitere Fließen der Aufschlämmung in die Zone 14, was zu einer schlechten Verteilung von Rissen im Rißintervall 12 führt. Dies kann dazu führen, daß das Arbeitsgestänge neu positioniert werden muß, das Packmaterial neu gesetzt werden muß und dergl., um die gewünschten Mehrfachrisse im Rißintervall 12 zu erzeugen.
  • Erfindungsgemäß kann auch dann, wenn die Zone 15 aufgebrochen und/oder versandet ist, die Aufschlämmung weiter durch die oberen Öffnungen 23, d. h. durch alternative Fließwege, im Arbeitsgestänge 21 fließen. Wenn der Druck größer als der Aufbrechdruck der Zone 14 wird, wird die Aufschlämmung durch die Auskleidungsperforationen 16 in die Zone 14 gedrückt. Obgleich nur zwei Zonen im Rißintervall und zwei Sätze von Öffnungen im Arbeitsgestänge und in der Auskleidung dargestellt sind, ist darauf hinzuweisen, daß das erfindungsgemäße Arbeitsgestänge Öffnungen auf mehr als zwei Niveaus aufweisen kann, um mehr als zwei Zonen im gewünschten Rißintervall zu bedienen. Das wesentliche Merkmal besteht in der Bereitstellung von alternativen Fließwegen, auf denen die Aufschlämmung in die verschiedenen Niveaus oder Zonen des Rißintervalls fließen kann, so daß Mehrfachrisse mit einem einzigen Arbeitsgestänge gebildet werden können. Die Aufschlämmung wird weiter den jeweiligen Niveaus des Intervalls zugeführt, um die jeweiligen Zonen aufzubrechen, bis es in sämtlichen Zonen zu Rißbildungen gekommen ist, unabhängig davon, welche Zone zuerst aufbricht und ob sich während des Rißbildungsvorgangs Sandbrücken im Bohrloch bilden oder nicht.
  • Obgleich bei den meisten Betriebsweisen das Rißbildungsfluid gleichzeitig durch sämtliche alternativen Fließwege zu sämtlichen unterschiedlichen Niveaus im Rißintervall fließt, kann es gelegentlich erwünscht sein, die Zonen eines bestimmten Rißintervalls in einer bevorzugten Reihenfolge aufzubrechen. Demgemäß können die jeweiligen Öffnungen im Arbeitsgestänge so bemessen sein, das sich die Aufschlämmung den Weg des geringsten Widerstands sucht und vorwiegend durch die größeren Öffnungen im Arbeitsgestänge fließt, die sich in Nachbarschaft zu der am ersten aufzubrechenden Zone befindet, sodann durch einen zweiten Satz von kleineren Öffnungen, die sich in Nachbarschaft zu einer zweiten Zone befinden, wobei dieses Verfahren fortgesetzt wird, bis sämtliche Zonen aufgebrochen worden sind.
  • Ferner können Absperreinrichtungen (nicht abgebildet), z.B. Scheiben, die bei verschieden Drücken brechen, verwendet werden, um Öffnungen im Arbeitsgestänge auf bestimmten Niveaus zu verschließen, so daß es erst dann zu einem Ausströmen aus diesen Öffnungen kommt, wenn ein gewünschter Druck erreicht worden ist.
  • 2 und 3 erläutern eine weitere Ausführungsform einer Rißbildungsvorrichtung 20a, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung herangezogen werden kann. Die Vorrichtung 20a besteht aus einem Bündel oder einer Mehrzahl von Leitungen 31, 32 (nur zwei sind dargestellt), die in einem perforierten Trägerrohr 33 befestigt und von diesem ummantelt sind, wobei das Trägerrohr 33 seinerseits die Leitungen zusammenhält und stützt. Die Leitungen 31, 32 können verschiedene Längen aufweisen, so daß sie in verschiedenen Niveaus innerhalb des Trägerrohrs 33 enden. Sie können nur an ihren unteren Enden geöffnet sein oder sie können gleiche oder unterschiedliche Längen mit Öffnungen (nicht abgebildet) auf verschiedenen Niveaus aufweisen, die im wesentlichen mit den verschiedenen Perforationen in der Auskleidung 13a zusammenfallen.
  • Wie in 2 gezeigt, wird die Aufschlämmung aus den unteren Enden der einzelnen Leitungen 31, 32 abgegeben, wodurch sich das untere Ende des Trägerrohrs 33 füllt. Die Aufschlämmung fließt aus den Perforationen im Trägerrohr 33 und füllt den isolierten Abschnitt 26a des Bohrlochs. Wie vorstehend beschrieben, bewirkt die Aufschlämmung zunächst ein Aufbrechen der Zone 15a, da sie den geringsten Aufbrechdruck aufweist. Nachdem dies erfolgt ist und sich gegebenenfalls eine Sandbrücke gebildet hat, die den Fluß durch das untere Ende des Trägerrohrs 33 blockiert, wird die Aufschlämmung weiterhin durch die Leitung 32 und die oberen Perforationen im Trägerrohr 33 abgegeben, wodurch die zweite Zone (nicht abgebildet) im Rißintervall 12a aufgebrochen wird.
  • 4 erläutert eine Rißbildungsvorrichtung 20b, die ähnlich wie die Rißbildungsvorrichtung 20a beschaffen ist und eine Mehrzahl von Leitungen 31a, 32a aufweist, die an einem zentralen röhrenförmigen Element 33a befestigt sind und von diesem getragen werden. Bänder 34 und dergl. sichern die Leitungen an der Außenfläche des zentralen röhrenförmigen Elements 33a. Die Leitungen 31a, 32a enden auf verschiedenen Niveaus und werden dazu verwendet, den mehrfachen Rißbildungsvorgang auf die gleiche Weise, wie sie vorstehend in Bezug auf die Rißbildungsvorrichtung 20a beschrieben worden ist, durchzuführen.
  • 5 erläutert eine weitere Ausführungsform einer Rißbildungsvorrichtung 20c, die ein Arbeitsgestänge 21b umfaßt, das seinerseits sich nach unten in ein Bohrloch 11 bis zu einer Stelle, die im wesentlichen in Nachbarschaft zur Oberseite des Rißintervalls 12c liegt, erstrecken kann. Eine Mehrzahl von Leitungen 31c, 32c (nur 2 sind abgebildet) mit unterschiedlichen Längen ist mit dem Boden des Arbeitsgestänges 21b verbunden und steht in Fluidverbindung damit. Wenn sich die Vorrichtung 20c in Betriebsstellung innerhalb des Bohrlochs befindet, enden die Leitungen 31c, 32c auf verschiedenen Niveaus innerhalb des Bohrlochs in Nachbarschaft zu verschiedenen Zonen des Rißintervalls. Die Rißbildungsaufschlämmung strömt im Arbeitsgestänge 21b nach unten und wird direkt an die verschiedenen Niveaus im isolierten Abschnitt 26c durch die Leitungen (d.h. die alternativen Fließwege) ab gegeben, um den vorstehend beschriebenen Rißbildungsvorgang durchzuführen.
  • Eine weitere Ausführungsform einer Rißbildungsvorrichtung, die zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens herangezogen werden kann, ist in 6 gezeigt. Eine Rißbildungsvorrichtung 20d umfaßt ein Trägerrohr 33d mit einem perforierten unteren Abschnitt, der dazu geeignet ist, in eine Position, die sich im wesentlichen in Nachbarschaft zum Rißintervall 12d befindet, zu gelangen, wenn sich die Vorrichtung 20d in Betriebsposition im Bohrloch 11d befindet. Eine Mehrzahl von Nebenschlußrohren 31d, 32d (nur 2 sind abgebildet) von verschiedenen Längen sind innerhalb des perforierten Abschnitts des Arbeitsgestänges befestigt, wobei deren obere Enden sich im wesentlichen in Nachbarschaft zum oberen Ende des perforierten Abschnitts befinden und die jeweiligen unteren Enden auf verschiedenen Niveaus innerhalb des perforierten Abschnitts auslaufen. Die Nebenschlußrohre sind sowohl an ihren oberen als auch an ihren unteren Enden offen, um ein Durchströmen des Fluids zu ermöglichen.
  • Im Betrieb strömt die Rißbildungsaufschlämmung im Arbeitsgestänge nach unten und tritt aus dem perforierten Abschnitt am unteren Ende des Arbeitsgestänges aus. Gleichzeitig strömt die Aufschlämmung durch die Nebenschlußrohre (d.h. die alternativen Fließwege) und durch die benachbarten Öffnungen im perforierten Abschnitt und wird direkt den verschiedenen Niveaus zugeführt. Wenn eine Zone zuerst: aufbricht und/oder es zur Bildung einer Sandbrücke kommt, bevor der Rißbildungsvorgang beendet ist, kann die Aufschlämmung immer noch durch die anderen Nebenschlußrohre fließen, um die übrigen Zonen innerhalb des Rißintervalls aufzubrechen.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Bildung von Mehrfachrissen in einem einzigen Arbeitsgang, ausgehend von einem einzelnen ausgekleideten Bohrloch, das ein Rissintervall mit mehreren Zonen durchdringt, die zur Rissbildung verschiedenen Drücken ausgesetzt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Gegebenenfalls Perforieren des ausgekleideten Bohrlochs auf verschiedenen Niveaus, die verschiedenen Zonen des Rissintervalls benachbart sind, Isolieren des Bohrlochabschnitts, der im Wesentlichen dem Rissintervall benachbart ist, Einführen eines Rissbildungsfluids durch ein einziges Arbeitsgestänge in dem Bohrloch in den Abschnitt des Bohrlochs, der im Wesentlichen dem aufzubrechenden Intervall benachbart ist, durch alternative Fließwege, die unterschiedlichen Niveaus innerhalb dieses Abschnitts direkt benachbart sind und durch Öffnungen gebildet werden, die im Abstand voneinander entlang des unteren Endes des Arbeitsgestänges angeordnet und im Wesentlichen den jeweiligen verschiedenen Niveaus benachbart sind, wobei diese Niveaus im Wesentlichen den jeweiligen Zonen innerhalb des isolierten Bohrlochabschnitts benachbart sind, und Fortsetzen des Einführens des Rissbildungsfluids direkt in die verschiedenen Niveaus innerhalb des Bohrlochabschnitts, wodurch die verschiedenen Zonen innerhalb des Rissintervalls aufgebrochen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rissbildungsfluid gleichzeitig durch die alternativen Fließwege abgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die alternativen Fließwege durch einzelne Leitungen gebildet werden, deren untere Enden im Wesentlichen in Nachbarschaft zu den jeweiligen verschiedenen Niveaus enden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die alternativen Fließwege durch mehrere innerhalb des unteren Endes des Arbeitsgestänges angeordnete Nebenflussrohre gebildet werden, deren untere Enden im Wesentlichen in Nachbarschaft zu den verschiedenen Niveaus enden.
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