DE60125545T2

DE60125545T2 - Spaltenbildung in unterschiedlichen lagen in einem komplettierungsintervall eines bohrlochs

Info

Publication number: DE60125545T2
Application number: DE60125545T
Authority: DE
Inventors: Lloyd G. Granbury JONES
Original assignee: ExxonMobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: EA005190B1; NO20030470D0; MY128907A; AU2001278984B2; US7108060B2; WO2002010554A1; AR030078A1; US6644406B1; CA2417431A1; CN1457382A; BR0112934A; NO336380B1; PE20020242A1; OA12341A; CA2417431C; NO20030470L; EP1305503A1; MXPA03000915A; EA200300207A1; US20040050551A1

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft die Komplettierung einer unterirdischen Formation und in einem ihrer Aspekte ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Brechen unterschiedlicher Ebenen einer Komplettierungsstrecke von (einer) unterirdischen Formation(en) in einem einzigen Arbeitsgang.
Bei der Komplettierung von Bohrungen, die bei der Förderung von Kohlenwasserstoffen oder Ähnlichem verwendet werden, ist es verbreitet, zumindest eine Strecke der Förderungs/Injektions-Formation(en) "hydraulisch zu brechen", um den Strom von Fluiden in und/oder aus der Formation zu verbessern. Wie es im Stand der Technik gut bekannt ist, wird ein hydraulisches Brechen typischerweise durch Absenken eines Arbeitsstranges in die Bohrung und Isolieren des Abschnitts des Bohrlochs ausgeführt, der benachbart zu dem zu brechenden Abschnitt liegt, indem Dichtungen oder Ähnliches eingesetzt werden. Eine Brechflüssigkeit oder -schlamm (z.B. ein schweres Gel mit oder ohne Stützmittel) werden dann nach unten in den Arbeitsstrang und in die isolierte Strecke gepumpt mit einem Druck, der ausreichend ist, die Formation zu trennen oder zu "brechen", wobei durchlässige Kanäle in der Formation gebildet werden.
In dünnen oder vergleichsweise kurzen Strecken, die einigermaßen homogen sind, erzeugen Standardbrechtechniken, wie sie zuvor beschrieben worden sind, normalerweise einen Bruch oder Brüche über die Länge der Komplettierungsstrecke. Dieses Standardbrechtechniken zeigen jedoch Probleme, wenn sie beim Brechen langer oder dicker Strecken oder in Strecken verwendet werden, die heterogen sind (d.h. aus mehreren Ebenen oder Zonen aufgebaut sind, die unter unterschiedlichen Drücken brechen). Zum Beispiel ist es schwierig, sofern überhaupt möglich, eine zweite Zone in einer solchen Strecke zu brechen, nachdem eine erste Zone angefangen hat zu brechen. Der Brechschlamm wird weiterhin in den ursprünglichen Bruch strömen und diesen vergrößern, wenn der Druck in den isolierten Abschnitt des Bohrlochs ansteigt, statt zusätzliche Brüche in anderen Zonen oder Ebenen der Brechstrecke auszulösen.
Ferner kann Flüssigkeit aus dem Brechschlamm typischerweise in die Formation durch anfängliche Brüche "verloren gehen", was Stützmittel, z.B. Sand, veranlasst, sich aus dem Schlamm abzusetzen, wobei eine Brücke oder eine Blockierung in dem Bohrloch benachbart zu dem anfänglichen Bruch gebildet wird. Solche Blockierungen verhindern einen weiteren Fluss von Schlamm in andere Zonen in der Brechstrecke sogar, wenn solche Zonen bereits ein anfängliches Aufbrechen, d.h. ein Brechen, erfahren haben. Dies führt zu einer schlechten Verteilung der Brücke über die Brechstrecke, da oft nur die Zone, die den niedrigsten Aufbrechdruck hat, in geeigneter Weise gebrochen und versteift wird.
Auf Grund dieser Probleme ist es üblich, ein lange und/oder heterogene Strecke durch Ausführen einer Reihe von einzelnen, herkömmlichen Brech-Arbeitsgängen, wie sie zuvor beschrieben worden sind, zu brechen. Das heißt, dass eine erste Zone gebrochen wird, der Arbeitsstrang dann in dem Bohrloch neu positioniert wird und eine zweite Zone gebrochen wird usw., bis die gesamte Strecke gebrochen worden ist. Natürlich ist, wie von dem Fachmann zu erkennen ist, diese Wiederholung sowohl teuer als auch zeitaufwendig und kann die gesamte Wirtschaftlichkeit der Bohrung, die komplettiert wird, beeinträchtigen.
Um diese Probleme beim Brechen langer und/oder heterogener Strecken zu beseitigen, sind mehrere Verfahren vorgeschlagen worden, wobei das Brechen solcher Strecken durch ein einziges Setzen eines Arbeitsstranges ausgeführt werden kann, wobei der Brechschlamm gleichzeitig in die verschiedenen Ebenen oder Zo nen in der Strecke durch alternative Strömungswege abgegeben wird, wie dies beispielsweise das U.S.-Patent 5,161,618 von Jones et al. zeigt. Eine andere solche Methode wird in dem U.S.-Patent 5,435,391 offenbart, das am 25. Juli 1995 erteilt worden ist, wobei alternierende Schübe eines Gels und eines Stützmittelschlammes nach unten in einem einzelnen Arbeitsstrang und durch alternative Strömungswege gepumpt werden, um unterschiedliche Ebenen in der Brechstrecke zu brechen und zu versteifen.
Noch ein anderes solches Verfahren ist das, das in dem U.S.-Patent 5,417,284 offenbart wird, das am 23. Mai 1995 erteilt worden ist, wobei ein Brechgel nach unten in einen Arbeitsstrang gepumpt wird und in ein Ende des isolierten Bohrlochs, während ein Stützmittelschlamm zu derselben Zeit durch den Bohrungsring und in das andere Ende des isolierten Rings gepumpt wird, um das Brechen der unterschiedlichen Ebenen in der isolierten Strecke auszuführen. Wenn eine Blockierung auftritt, wird das Brechgel und/oder der Schlamm weiter über die Brechstrecke über alternative Strömungswege abgegeben, um das Brechen der Strecke zu vervollständigen.
Ein ähnliches Verfahren ist in dem U.S.-Patent 5,560,427 offenbart mit der Ausnahme, dass ein Schlamm-Splitter unten in dem Arbeitsstrang angeordnet ist, wobei ein Teil des Gels von dem Brechschlamm getrennt wird und in den Boden der isolierten Strecke geleitet wird, um ein Brechen in der Strecke auszulösen. Der verbleibende Teil des Schlamms wird zu dem oberen Ende der isolierten Strecke geführt, um die Brüche zu versteifen, wenn sie gebildet worden sind. Alternative Strömungswege werden bereitgestellt, um sicherzustellen, dass das Gel und/oder der Schlamm zu den unterschiedlichen Ebenen in der Brechstrecke ausgebracht werden können, wenn eine Blockierung in dem Bohrungsring auftritt, bevor der Brecharbeitsgang abgeschlossen ist.
Jones L: "SPECTACULAR WELLS RESULT FROM ALTERNATE PATH TECHNOLOGY"; PETROLEUM ENGINEER INTERNATIONAL; HART PUBLICATIONS; US vol. 72, no. 5; May 1999 (1999-05); Seiten 31-33, 36-38; XP000833432 ISSN: 0164-8322 entspricht dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 9.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Brechen unterschiedlicher Ebenen einer Komplettierungsstrecke einer unterirdischen Formation bereit, die von einem Bohrloch einer Bohrung durchquert wird. Grundsätzlich wird ein Arbeitsstrang, der eine Rohrleitung mit einem Übergangskrümmer und einen Brechstrang umfasst, in das Bohrloch abgesenkt, bis der Brechstrang benachbart zu der Komplettierungsstrecke, die gebrochen werden soll, angeordnet ist. Der Brechstrang umfasst ein Basisrohr, das im Wesentlichen frei entlang des größten Teils seiner Länge ist (d.h. undurchlässig) mit der Ausnahme einer Vielzahl von perforierten Abschnitten, die entlang seiner Länge beabstandet sind. Jeder perforierte Abschnitt ist mit einer Vielzahl von Öffnungen (z.B. runden Löchern, Schlitzen usw.) durch die Wand dieses Basisrohres ausgebildet, die um den perforierten Abschnitt und über dessen Länge beabstandet sind. Die Länge der entsprechenden perforierten Abschnitte kann variieren (z.B. von etwa 1 bis etwa 300 Fuß), wobei die perforierten Abstände entlang des Basisrohres voneinander mit sich verändernden Abständen beabstandet sind (z.B. zwischen etwa 10 bis etwa 1000 Fuß).
Beim Brechen von Formationen, wo wenig oder unwesentliches körniges Material, z.B. Sand, mit den Formationsfluiden gefördert wird, können die Öffnungen in den perforierten Abschnitten lediglich unabgeschirmte Öffnungen durch das Basisrohr sein, die ähnlich den Schlitzen in einer herkömmlichen "ge schlitzten Auskleidung" sind. Bei Formationen, wo erheblicher Sand gefördert wird, wird eine Abschirmeinrichtung, z.B. ein Wickeldraht, über den Öffnungen an jedem perforierten Abschnitt angeordnet, um Fluid zu erlauben, durch die Öffnungen in das Basisrohr zu strömen, während jeglicher wesentliche Sand an einem Strömen dadurch gehindert wird. Wenigstens ein alternativer Strömungsweg (z.B. Parallelrohre) mit einem Einlass und einem oder mehreren beabstandeten Auslässen ist an dem Brechstrang vorgesehen und erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Länge des Basisrohres. Der Wickeldraht kann über die Parallelrohre an jedem perforierten Abschnitt gewickelt sein, oder die Parallelrohre können gebogen sein, um über dem Wickeldraht zu verlaufen, nachdem der Draht an dem Basisrohr angeordnet ist. Wo die Parallelrohre außerhalb des Wickeldrahts sind, kann eine perforierte Hülse oder eine Ummantelung über den Parallelrohren an jedem perforierten Abschnitt angeordnet sein, um die Parallelrohre während der Installation zu schützen.
Um das Brechverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen, wird der Arbeitsstrang in dem Bohrloch angeordnet, so dass der Brechstrang sich im Wesentlichen über die Komplettierungsstrecke erstreckt und einen "Komplettierungsstreckenring" mit dem Bohrloch bildet, der wiederum von dem Bohrungsring darüber isoliert ist. Ein Brechschlamm, der eine Brechflüssigkeit (z.B. ein hochviskoses Gel) und Stützmittel (z.B. Sand) aufweist, wird nach unten durch den Rohrstrang und nach außen durch den Übergangskrümmer in das obere Ende des Komplettierungsstreckenrings geführt. Wie in normalen Brecharbeitsgängen üblich, kann vor dem Schlamm, sofern gewünscht, ein Schub an Brechflüssigkeit ohne Stützmittel in den Komplettierungsstreckenring gepumpt werden, um das Brechen der Formation auszulösen.
Wie im Stand der Technik bekannt, geht Flüssigkeit aus dem Brechschlamm sowohl in die Formation(en) in der Komplettierungsstrecke als auch in das Basisrohr durch die Öffnungen in den perforierten Abschnitten entlang des Basisrohres verloren, wenn eine Rückführung über den Bohrungsring erfolgt. Dies veranlasst die Stützmittel. (Sand) des Schlammes, in dem Komplettierungsstreckenring an den perforierten Abschnitten "auszusanden", um Sandbrücken zu bilden, die wiederum einen weiteren Strom von Schlamm durch den Komplettierungsstreckenring blockieren.
Diese Sandbrücken oder Blockierungen wirken effizient als Dichtungen, die Abschnitte des Komplettierungsringes isolieren, die zwischen entsprechenden benachbarten perforierten Abschnitten liegen. Das Pumpen des Schlammes in das obere Ende des Komplettierungsstreckenrings wird fortgesetzt, aber er kann jetzt nur darin nach unten durch die alternativen Strömungswege, d.h. die Parallelrohre, strömen. Der Schlamm tritt in das obere Ende der Rohre ein und strömt nach unten, um durch die beabstandeten Auslässe bei unterschiedlichen Ebenen in dem Komplettierungsstreckenring auszutreten; das heißt, der Schlamm tritt in die isolierten Abschnitte des Komplettierungsstreckenringes aus. Ein fortgesetztes Pumpen des Schlammes verursacht ein Anwachsen des Druckes in diesen isolierten Abschnitten, bis unterschiedliche Ebenen in der Komplettierungsstrecke gebrochen werden und mit dem Stützmittel versteift werden. Wenn nicht jede Ebene der Komplettierungsstrecke gebrochen werden soll, werden keine Auslässe in den Parallelrohren bei diesen Ebenen vorgesehen; demgemäß kann kein Brechschlamm in den isolierten Abschnitt des Komplettierungsstreckenringes austreten, der benachbart zu der Ebene liegt, die nicht gebrochen werden soll.
Wo keine Rückführung durch den Bohrungsring vorgesehen wird, wird der Strom des Fluids in oder durch das Basisrohr bloc kiert, da das Basisrohr und der Bohrungsring mit einem inkompressiblen Komplettierungsfuid gefüllt werden. Daher geht anfänglich keine wesentliche Menge an Flüssigkeit aus dem Brechschlamm durch einen der perforierten Abschnitte verloren, sonder geht nur in die Formation verloren. Möglicherweise bricht die Formation bei einigen Ebenen in der Komplettierungsstrecke. Wenn sich dieser anfängliche Bruch gebildet hat, kann Flüssigkeit jetzt nicht nur in den Bruch, sondern auch in das Basisrohr durch einige der perforierten Abschnitte und zurück in die Komplettierungsstrecke durch die perforierten Abschnitte in der Nähe des anfänglichen Bruchs strömen.
Dies veranlasst, dass sich Sandbrücken an den perforierten Abschnitten bilden, wo Flüssigkeit aus dem Schlamm verloren geht. Diese Sandbrücken bilden "Dichtungen", die wiederum die Abschnitte des Komplettierungsstreckenrings isolieren, die dazwischen liegen. Schlamm kann jetzt nur durch die alternativen Strömungswege strömen, die den Schlamm an die isolierten Abschnitte des Komplettierungsstreckenrings abgeben, um den Brecharbeitsgang zu beenden.
Wenn die Komplettierungsstrecke gebrochen und versteift worden ist, wird der Strom von Schlamm gestoppt und das Bohrloch wird auf eine Förderung umgestellt. Die Fluide aus der Komplettierungsstrecke strömen in den Komplettierungsstreckenring und aufgrund der Unterschiede in der Viskosität der Schlammflüssigkeit (z.B. etwa 100 Zentipoise) und den geförderten Fluiden (z.B. etwa 1 Zentipoise) können die geförderten Fluide leicht durch die Sandbrücken und durch die Öffnungen in den perforierten Abschnitten des Basisrohres in das Basisrohr strömen. Wo eine erhebliche Menge von Sand mit den Formationsfluiden gefördert wird, werden die Öffnungen in den perforierten Abschnitten mit einer Abschirmeinrichtung (z.B. einem Wickeldraht) versehen, was den geförderten Fluiden erlaubt, dadurch hindurchzugehen, während ein wesentlicher Strom von Körnern blockiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Der tatsächliche Aufbau, der Betrieb und die offensichtlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen klarer, die nicht notwendigerweise maßstäblich sind und in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile bezeichnen, wobei
1 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Abschnitts eines Bohrlochs ist mit einem Brechstrang gemäß der vorliegenden Erfindung in einer betriebsbereiten Stellung benachbart zu einer Komplettierungsstrecke, die gebrochen werden soll,
2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Draufsicht eines Teils des Brechstrangs aus 1 ist,
3 ein Schnitt entlang der Linie 3-3 aus 2 ist,
4 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Brechstranges gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
5 eine teilweise Draufsicht noch eines anderen Ausführungsbeispiels des Brechstranges der vorliegenden Erfindung ist und
6 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Teils eines Bohrlochs ist mit einem anderen Ausführungsbeispiel eines Brechstranges gemäß der vorliegenden Erfindung in einer betriebsbereiten Position benachbart zu einer Komplettierungsstrecke, die gebrochen werden soll.
Während die Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wird, ist es klar, dass diese Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Im Gegensatz dazu ist von der Erfindung beabsichtigt, alle Alternativen, Veränderungen Äquivalente abzudecken, die von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, umfasst werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Genauer auf die Zeichnungen Bezug nehmend, stellt 1 einen Teil des Bohrlochs 11 einer Förder- und/oder Injektionsbohrung 10 dar. Das Bohrloch 11 erstreckt sich von der Oberfläche (nicht dargestellt) über eine lange Komplettierungsstrecke 12 (d.h. eine Förder-/Injektionsstrecke). Die Bohrung 10 ist so dargestellt, dass sie ein vertikales Bohrloch mit "offener Bohrung" ist, es sollte aber von dem Fachmann erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung in gleicher Weise für eine Verwendung (a) in ummantelten Bohrungen, die benachbart zu den Zonen, die gebrochen werden sollen, perforiert sind, sowie (b) in geneigten und/oder horizontalen Bohrlöchern anwendbar ist. Da die vorliegende Erfindung zur Verwendung in horizontalen und geneigten Bohrlöchern sowie in vertikalen Bohrlöchern anwendbar ist, sind die Begriffe "oberer und unterer" und "oben und unten", wie sie hierin verwendet werden, relative Begriffe, und es ist von ihnen beabsichtigt, sich auf die entsprechenden Positionen in einem speziellen Bohrloch zu beziehen, während der Begriff "Ebenen" oder "Zonen" vorgesehen ist, sich auf entsprechende Positionen zu beziehen, die entlang des Bohrlochs zwischen den Enden der Komplettierungsstrecke 12 liegen.
Wie dargestellt, umfasst die Komplettierungsstrecke 12 (eine) Formation(en) mit einer erheblichen Länge oder Dicke, die sich entlang des Bohrlochs 11 erstrecken, und ist aus einer Vielzahl (dargestellt drei) von unterschiedlichen Ebenen oder Zonen 13A, 13B und 13C aufgebaut, die wiederum heterogen sein können (d.h. jede Zone bricht unter unterschiedlichen Brechdrücken zusammen). Ein Arbeitsstrang 14 ist in dem Bohrloch 11 angeordnet und erstreckt sich von Oberfläche (nicht dargestellt) und im Wesentlichen über die Komplettierungsstrecke 12. Wie dargestellt, umfasst der Arbeitsstrang 14 einen Brechstrang 15, der über einen herkömmlichen "Übergangskrümmer" 16 mit dem unteren Ende eines Rohrstranges 17 verbunden ist und der benachbart zu der Komplettierungsstrecke 12 angeordnet ist, wenn er in seiner betriebsbereiten Position ist.
Der Brechstrang 15 ist zusammengesetzt aus Längen eines Basisrohres oder einer Rohrleitung 20, die sich im Wesentlichen über die Komplettierungsstrecke 12 erstreckt, die gebrochen werden soll. Das Basisrohr 20 ist über den größten Teil seiner Länge frei (unperforiert) mit Ausnahme einer Vielzahl von beabstandeten perforierten Abschnitten 21a, 21b, 21c, 21d, die wiederum aus einer Vielzahl von Öffnungen (z.B. Löcher 22a bei 21a, Schlitze 22b in 21b, 2) gebildet sind, die radial um das Basisrohr beabstandet sind und sich in Reihen über entsprechende Längen "L" des Basisrohres 20 erstrecken. Die Öffnungen 22 können direkt in dem Basisrohr 20 vorgesehen sein, oder jeder perforierte Abschnitt kann in einer separaten Verbindung oder einer Länge eines Rohres ausgebildet sein, die dann an das Basisrohr 20 an geeigneten beabstandeten Strecken angeschlossen werden. Die Öffnungen 22 erlauben Fluiden, aus dem umgebenden Komplettierungsstreckenring 30a (1) in das Basisrohr 20 zu einem im Folgenden beschriebenen Zweck zu strömen. Sowohl die Länge "L" jedes perforierten Abschnittes 21a-d (z.B. zwischen etwa 1 bis etwa 300 Fuß) als auch der Abstand in Längsrichtung zwischen perforierten Abschnitten 21 (z.B. zwischen etwa 10 bis etwa 1000 Fuß), vorzugsweise etwa 10 Fuß auseinander) kann innerhalb eines einzelnen Basisrohres 20 in Abhängigkeit von den Charakteristika der speziellen Strecke 12, die gebrochen werden soll, variieren.
Ein oder mehrere (z.B. vier, die in 3 dargestellt sind) vergleichsweise kleine Parallelrohre 24 (d.h. 1 bis 1½ Zoll Durchmesser oder kleiner) sind radial beabstandet um den Brechstrang 15 und erstrecken sich in Längsrichtung entlang der Länge des Brechstranges 15. Die Parallelrohre können einen runden Querschnitt (z.B. 24a, 3) haben oder können andere Querschnittsformen annehmen (z.B. im Wesentlichen rechteckig, 24b, 3). Jedes der Parallelrohre 24 hat einen oder mehrere Auslässe (z.B. beabstandete Öffnungen 25) entlang seiner entsprechenden Länge, die "alternative Strömungswege" für die Abgabe von Fluiden an unterschiedliche Ebenen in der Komplettierungsstrecke 12 bereitstellen, wie im Folgenden im Detail erläutert werden wird.
Jedes Parallelrohr kann wenigstens an dessen oberem Ende offen sein, um Fluiden zu ermöglichen, darin einzutreten, oder, wo eine Vielzahl von Auslässen 25 vorhanden ist, kann der Eintritt von Fluid durch einige der Öffnungen 25 selbst (z.B. solchen nahe dem oberen Ende von jedem der Rohre) vorgesehen sein. Während die Auslassöffnungen 25 in jedem Parallelrohr 24 sich ferner durch die Vorderseite des Rohres öffnen können, können sie auch durch jede Seite des Parallelrohres austreten. Parallelrohre dieses Typs sind verwendet worden, um alternative Strömungswege für Fluide in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bohrarbeitsgängen vorzusehen; siehe dazu US-Patente 4,945,991, 5,082,052, 5,113,935, 5,161,613 und 5,161,618.
Während die Öffnungen 22 (siehe 4) in jedem perforierten Abschnitt 21 ausgestaltet sind, um einen Strom von Fluid in das Basisrohr 20 zu ermöglichen, ist es wichtig, dass der Strom von körnigem Material (z.B. Stützmittel, geförderter Sand usw.) blockiert wird. Dies ist kein Problem, wenn keine erhebliche Menge von körnigem Material zusammen mit den Formationsfluiden aus der gebrochenen Formation gefördert wird. Demgemäß können nicht abgeschirmte Öffnungen (z.B. Schlitze 22c, 5) in dem Basisrohr 20 in der gleichen Weise vorgesehen werden wie die kleinen Schlitze in bekannten, kommerziell erhältlichen "geschlitzten Auskleidungen". Wo jedoch erhebliche Mengen von körnigem Material zusammen mit den Formationsfluiden gefördert werden, wird eine Abschirmeinrichtung über die Länge "L" jedes perforierten Abschnitts 21 vorgesehen und ist dimensioniert, um den Strom von Fluiden dadurch zu erlauben, während ein wesentlicher Strom von Teilchen blockiert wird, wie dies im Stand der Technik der Bohrungsabschirmung gut bekannt ist.
Diese Abschirmeinrichtung kann aus jedem gut bekannten Material sein, das körniges Material abschirmt, während es Fluiden erlaubt, dadurch hindurch zu gehen. Zum Beispiel umfasst die Abschirmeinrichtung, wie in 1-4 dargestellt, eine durchgehende Länge eines Wickeldrahtes 31, der wiederum mit einem trapezförmigem Querschnitt (nicht dargestellt) geschnitten sein kann. Der Draht 31 ist um das Basisrohr 20 gewickelt, um die Öffnungen 22 über einen entsprechenden perforierten Abschnitt 21 abzudecken, und kann daran angeschweißt oder auf andere Weise befestigt sein. Jede Wicklung von Draht ist leicht von ihren benachbarten Wicklungen beabstandet, um dadurch Fluiddurchgänge (nicht dargestellt) zwischen den entsprechenden Wicklungen zu bilden. Dies ist grundsätzlich dieselbe Technik, wie sie gewöhnlich bei der Herstellung von vielen, kommerziell erhältlichen Wickeldrahtabschirmungen verwendet wird, die bei Bohrungskomplettierungen benutzt werden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (1-3) wird der Draht 31 zuerst um das Basisrohr 20 bei jedem per forierten Abschnitt 21 gewickelt, bevor Parallelrohre an dem Basisrohr angeordnet und befestigt werden. Jedes Parallelrohr wird dann an jedem perforierten Abschnitt 21 leicht gebogen, um der äußeren Oberfläche des Wickeldrahtes 31 zu entsprechen, wenn es diesen überquert.
Ferner kann in diesem Ausführungsbeispiel eine perforierte Hülse oder Ummantelung 33 (nur eine bei 21b in 2 dargestellt) über einem vollständigen perforierten Abschnitt 21 angeordnet werden, um das Parallelrohr 24 während einer Installation in dem Bohrloch 11 zu schützen und um als eine Zentrierung für den Brechstrang 15 zu wirken, sofern dies erforderlich ist. Die Ummantelung 33 kann aus zwei Stücken hergestellt sein und dann verschweißt oder auf andere Weise zusammen befestigt werden, nachdem die Stücke um den Abschnitt 21 gesetzt worden sind.
In einem anderen Ausführungsbeispiel (4) werden die Parallelrohre 24 zuerst über perforierten Abschnitten 21 angeordnet und dann wird Draht 31 sowohl über das Basisrohr 20 als auch über die Rohre 24 gewickelt. In diesem Ausführungsbeispiel schützt der Draht 31 die Parallelrohre an jedem perforierten Abschnitt 21. Es ist klar, dass der Spalt (d.h. der Bohrungsring 30, 1) zwischen dem Bohrloch 11 und dem Brechstrang 15 insbesondere an den mit Draht umwickelten, perforierten Abschnitten 21 bei den meisten Bohrungskomplettierungen klein ist (d.h. 1 bis 1½ Zoll).
Wenn das Bohrloch 11 sich im Betrieb bis über eine Länge erheblich unter den Boden des Komplettierungsstrecke 12 erstreckt, wird das Bohrloch benachbart zu dem unteren Ende der Brechstrecke 12 durch einen Stopfen oder eine Dichtung 34 blockiert, wie es aus dem Stand der Technik klar ist. Wo die Brechstrecke 12, wenn die Bohrung 10 auf eine Förderung umgestellt wird, erhebliche Mengen von körnigem Material zusammen mit den Formationsfluiden liefert, wird der Arbeitsstrang 14 aus 1 mit dem Übergangskrümmer 16 und dem Brechstrang 15, an dessen unterem Ende in das Bohrloch 11 abgesenkt, wobei ein Bohrungsring 30 zwischen dem Arbeitsstrang 14 und dem Bohrloch 11 gebildet wird. Der Brechstrang 15 wird benachbart zu der Komplettierungsstrecke 12 angeordnet, und die Dichtung 34, die an dem Arbeitsstrang gehalten ist, wird eingesetzt, um den Kompettierungsstreckenring 30a, der benachbart zu der Komplettierungsstrecke 12 liegt, von dem Rest des Bohrungsrings 30 zu isolieren. Wie im Stand der Technik klar ist, werden das Bohrloch 11 und der Arbeitsstrang 14 mit dem Komplettierungsfluid gefüllt, das gewöhnlich in dem Bohrloch 11 vorhanden ist, wenn der Arbeitsstrang 14 darin abgesenkt wird.
Wenn der Arbeitsstrang 14 positioniert ist, wird ein Brechschlamm (Pfeile 40, 1 und 2) nach unten in dem Arbeitsstrang 14 gepumpt, d.h. nach unten durch die Rohrleitung 17, die Auslässe 18 des Übergangskrümmers 16 und in das obere Ende des Komplettierungsstreckenrings 30a. Der Brechschlamm kann aus jedem gut bekannten Trägerfluid zusammengesetzt sein, das üblicherweise zum Brechen von Formationen verwendet wird (z.B. Wasser usw.), und aus Stützmitteln (z.B. Sand); das Trägerfluid, das in dem Brechschlamm 40 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise aber ein vergleichsweise hochviskoses kommerziell erhältliches "Gel" (z.B. 100+ Zentipoise) des Typs, das gewöhnlich bei herkömmlichen Brecharbeitsgängen verwendet wird (z.B. Versagel, Produkt der Halliburton Company, Duncan, OK). Wie aus dem Stand der Technik des Brechens gut bekannt ist, kann natürlich ein Schub an Brechflüssigkeit (z.B. Gel ohne Stützmittel) vor dem Schlamm in das Bohrloch gefördert werden, um das Brechen auszulösen, sofern dies erwünscht ist.
Wenn der Brechschlamm 40 in das obere Ende des Komplettierungsstreckenrings 30a strömt und nach unten durch den Kom plettierungsstreckenring 30a, fängt er an, Flüssigkeit sowohl in die Komplettierungsstrecke (z.B. Zone 13A) als auch an den perforierten Abschnitten 21 in das Basisrohr 20 zu verlieren. Die Flüssigkeit aus dem Schlamm strömt durch die Durchgänge, die zwischen den Wicklungen des Drahtes 31 gebildet sind, durch die Öffnungen 22 in das Basisrohr, durch das Rückführrohr 16a in dem Übergangskrümmer 16 und in den Bohrungsring 30 über der Dichtung 34. Um einen schnellen Verlust von Fluid durch jeden der perforierten Abschnitte 21 sicher zu stellen, wird der Bohrungsring 30 über dem Übergangskrümmer 16 an der Oberfläche geöffnet, um einen Rückfluss aus dem Basisrohr 20 durch den Bohrungsring 30 aufzubauen.
Wenn Flüssigkeit aus dem Schlamm verlorengeht, bilden sich aufeinander folgend "Aussandungen", d.h. Sandbrücken oder Blockierungen 45, an jedem der perforierten Abschnitte. Diese Blockierungen bilden sich schnell aufgrund des Verlusts von Flüssigkeit aus dem Schlamm sowohl in die Zonen der Komplettierungsstrecke als auch in das Basisrohr 20. Diese Brücken bilden effektive Barrieren, die einen Strom entlang dieser Punkte in der Komplettierungsstrecke 30a verhindern. Das heißt, aufgrund der hohen Viskosität des Gels (z.B. 100+ Zentipoise) kann die Flüssigkeit aus dem Schlamm nicht schnell durch die Sandbrücken 45 strömen, wenn sich die Brücken gebildet haben. Nur geringe Mengen von Flüssigkeit aus dem Schlamm gehen, wenn überhaupt, durch eine entsprechende Sandbrücke, wobei sich die Größe der Sandbrücke langsam ausdehnt.
Da es keine Öffnungen in dem freien Basisrohr 20 gibt außer bei den perforierten Abschnitten 21 und da die Flüssigkeit aus dem Schlamm nicht länger entlang des Rings 30a strömen kann, wenn eine Sandbrücke 45 bei einem entsprechenden perforierten Abschnitt gebildet worden ist, kann der Schlamm 40 jetzt nur durch die Parallelrohre 24 strömen. Der Schlamm tritt in die oberen Enden der Rohre 24 ein und strömt darin nach unten, um bei unterschiedlichen Ebenen in dem Komplettierungsstreckenring 30a auszutreten. In den Ausführungsbeispielen, die in den 1-5 gezeigt sind, tritt der Schlamm durch die Vielzahl von vertikal beabstandeten Auslassöffnungen 25 in den Parallelrohren 24 aus, die zwischen benachbarten perforierten Abschnitten 21 liegen. In dem Ausführungsbeispiel, das in 6 gezeigt ist, hat jedes Parallelrohr 24c eine unterschiedliche Länge und hat einzelne Auslässe an dessen unterem Ende, durch die der Schlamm bei unterschiedlichen Ebenen in der Komplettierungsstrecke 12 austritt.
Die Sandbrücken 45 wirken effektiv als Dichtungen, die wiederum die entsprechenden Abschnitte des Komplettierungsstreckenrings 30a, die dazwischen liegen, isolieren. Ein fortgesetztes Pumpen von Schlamm durch die Parallelrohre 24c und nach außen in die entsprechenden Ebenen des Komplettierungsstreckenrings 30a erhöht den Druck des Schlamms in den entsprechenden isolierten Abschnitten des Rings 30a, bis ein Bruch 50 in (der) entsprechenden Komplettierungszone(n) ausgelöst worden ist. Nachdem der Bruch in einem speziellen isolierten Abschnitt des Rings 30a "ausgesandet" ist und/oder wenn der Druck in dem isolierten Abschnitt auf den Pegel des Drucks in den Parallelrohren ansteigt, wird der Schlamm dann nach unten durch die Parallelrohre abgeleitet, und der Vorgang wird wiederholt, bis der Brecharbeitsgang abgeschlossen ist. Demgemäß können alle der gewünschten Komplettierungszonen im Wesentlichen über deren entsprechende Längen lediglich durch Pumpen des Brechschlamms gebrochen werden, bis alle der gewünschten Zonen in der Komplettierungsstrecke gebrochen und versteift worden sind.
Bei einigen Bohrungskomplettierungen kann es wünschenswert sein, (eine) spezielle Zone(n) (z.B. Zone 13B in 1) ungebrochen zu lassen. Bei solchen Komplettierungen wird ein Abschnitt der Länge jedes Parallelrohrs 24 frei oder unperfo riert gelassen (d.h. es hat keine Öffnungen 25 darin), wobei der freie Abschnitt der Parallelrohre benachbart zu der Zone 13B liegt, wenn der Brechstrang 15 in einer betriebsbereiten Position in dem Bohrloch ist. Sandbrücken 45 bilden sich dennoch, wie zuvor beschrieben, an den perforierten Abschnitten 21, aber der Schlamm 40 kann jetzt nur in die isolierten Abschnitte des Ringes 30a strömen, die benachbart zu den Zonen 13A und 13C liegen und nicht in die Zone 13B, wobei die Zone 13B ungebrochen verbleibt.
In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, keine Rückflüsse durch den Bohrungsring 30 während des Brecharbeitsgangs zu verwenden. Jetzt Bezug nehmend auf 6 ist der Bohrungsring 30 an der Oberfläche geschlossen und das Bohrloch 11 und der Arbeitsstrang 14 werden mit einem nicht kompressiblen, Bohrungskomplettierungsfluid gefüllt, das gewöhnlich vorhanden ist, nachdem das Bohren des Bohrlochs 11 abgeschlossen worden ist. Ein Brechschlamm 40 wird durch die Rohrleitung 17 nach unten geführt und nach außen durch den Übergangskrümmer 16 in das obere Ende des Komplettierungsstreckenrings 30a. Da der Strom von Flüssigkeit aus dem Schlamm nicht durch die perforierten Abschnitte 21 strömen kann, kann sie nur nach unten in dem Komplettierungsstreckenring 30a und in die Formation an deren "schwächster" oder am meisten durchlässigsten Ebene strömen. Wenn sie in die Formation strömt, drückt sie zumindest einen Teil des Komplettierungsfluids in dem Ring 30a vor ihr in die Formation.
Wenn ein Bruch 50 (6) in der Formation ausgelöst worden ist (was überall in der Komplettierungsstrecke 12 sein kann), strömen sowohl Flüssigkeit aus dem Schlamm 40 als auch Komplettierungsfluid (Pfeile 55 in 6) aus dem Inneren des Komplettierungsstreckenringes 30a aufgrund des Druckes des Brechschlamms, der in den Ring 30a gepumpt wird, in den Bruch. Wenn das Komplettierungsfluid 55 aus dem Ring 30a verlagert wird, beginnt nun Flüssigkeit 40 aus dem Schlamm, in das Basisrohr 20 durch die perforierten Abschnitte (z.B. 21a, 21b und 21d), die am entferntesten von dem Bruch sind, einzutreten. Da Flüssigkeit 40 in das Basisrohr 20 eintritt, drückt es Komplettierungsfluid 55 nach außen durch den perforierten Abschnitt (z.B. 21c), der am nächsten zu dem Bruch 50 ist. Ein fortgesetzter Verlust von Flüssigkeit aus dem Schlamm 40 durch diese perforierten Abschnitte verursacht nun, dass sich Sandbrücken an den entsprechenden perforierten Abschnitten bilden, um Abschnitte des Ringes 30a, wie oben beschrieben, zu isolieren. Wenn sich diese Sandbrücken gebildet haben, kann der Schlamm 40 nun lediglich durch die Parallelrohre 24c strömen und wird an die isolierten Abschnitte des Rings 30a durch die entsprechenden Parallelrohre abgegeben, um das Brechen der Komplettierungsstrecke 12 zu vervollständigen.
Wenn die gewünschten Zonen gebrochen worden sind, kann die Bohrung dann auf Förderung umgestellt werden. Der Rohrstrang 17 und der Übergangskrümmer 16 können zurückgezogen werden und durch einen Strang eines Förderrohres (nicht dargestellt) ersetzt werden, der wiederum "eingestochen" oder auf andere Weise mit dem Brechstrang 15 verbunden werden kann, wobei Letzterer normalerweise am Ort verbleibt. Fluide strömen aus der/den Förderzone(n) in der Komplettierungsstrecke 12 und in den Komplettierungsstreckenring 30a. Während die Sandbrücken 45 im Wesentlichen undurchlässig für den Strom von hochviskosen Flüssigkeiten (z.B. Brechgel mit einer Viskosität von ungefähr 100+ Zentipoise) sind, sind dieses Brücken leicht durchlässig für geförderte Fluide mit viel geringerer Viskosität (z.B. Öl und Gas mit Viskositäten von ungefähr ± 1 Zentipoise). Demgemäß können die geförderten Fluide frei durch die Sandbrücken 45, die jetzt als kleine Kiespackungen wirken, die Wickeldrahtabschirmungen (sofern vorhanden), die Öffnungen 22 in den perforierten Abschnitten 21 und in das Basisrohr 20 zur Förderung zur Oberfläche strömen.

Claims

Verfahren zum Brechen unterschiedlicher Ebenen einer Komplettierungsstrecke einer unterirdischen Formation (12) die von einem Bohrloch (11) durchquert wird, wobei das Verfahren umfasst: • Anordnen eines Arbeitsstranges (14) in dem Bohrloch (11), wobei der Arbeitsstrang (14) einen Übergangskrümmer (16) und einen Brechstrang (15) umfasst, wobei der Brechstrang sich im Wesentlichen über die Komplettierungsstrecke erstreckt und einen Komplettierungsstreckenring (30) mit dem Bohrloch bildet, wenn der Arbeitsstrang (14) in einer betriebsbereiten Position in dem Bohrloch (11) ist, wobei der Brechstrang (15) aufweist: – einen Strang eines freien Basisrohres (20) mit einer Vielzahl von perforierten Abschnitten (21), die entlang deren Länge beabstandet sind, und – wenigstens einen alternativen Strömungsweg (24, 25), der sich entlang des Basisrohres (20) erstreckt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch • Bilden von Blockierungen (45) in dem Komplettierungsstreckenring (30) bei den perforierten Abschnitten durch Führen eines Brechschlamms, der eine Brechflüssigkeit und Stützmittel umfasst, in den Komplettierungsstreckenring (30), woraufhin ein Teil der Flüssigkeit aus dem Brechschlamm in die Komplettierungsstrecke (12) und in das Basisrohr (20) durch die perforierten Abschnitte (21) verloren geht, wobei diejenigen Ebenen des Komplettierungsringes effektiv isoliert werden, die zwischen entsprechenden benachbarten perforierten Abschnitten liegen, und durch • Brechen wenigstens einer der isolierten Ebenen der Komplettierungsstrecke durch Fortsetzen des Führens von Brechschlamm in wenigstens einen Teil der isolierten Ebenen durch Abgeben des Brechfluidschlamms über den wenigstens einen alternativen Strömungsweg (24, 25), um dabei die unterschiedlichen Ebenen der Komplettierungsstrecke (12) zu brechen, die benachbart zu dem wenigstens einen Teil der isolierten Ebenen des Komplettierungsstreckenrings (30) liegen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Brechfluid ein hochviskoses Gel ist und die Stützmittel in dem Schlamm Sand sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein hochviskoses Brechgel ohne Stützmittel in die Komplettierungsstrecke eingespritzt wird, bevor der Brechschlamm eingespritzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der wenigstens eine alternative Strömungsweg (24, 25) Parallelrohre (24) aufweist, die radial um den Brechstrang (15) beabstandet sind und die sich im Wesentlichen über die Komplettierungsstrecke erstrecken, wobei jedes der Parallelrohre (24) einen Einlass und eine Vielzahl von Auslassöffnungen (25) hat, die entlang dessen Länge beabstandet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der wenigstens eine alternative Strömungsweg (24, 25) Parallelrohre (24) aufweist, die radial um den Brechstrang beabstandet sind und die unterschiedliche Längen haben und sich in der Komplettierungsstrecke erstrecken, wobei jedes der Parallelrohre einen Einlass und wenigstens einen Auslass hat, die entlang deren Länge beabstandet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 3 umfassend das Isolieren des Komplettierungsringes (30) von dem verbleibenden Teil des Bohrungsringes vor dem Pumpen des Brechschlammes in den Komplettierungsstreckenring und Öffnen des verbleibenden Teils des Bohrungsringes an der Oberfläche für eine Strömung.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Brechschlamm nach unten in den Arbeitsstrang (14) und nach außen über den Übergangskrümmer (16) in das obere Ende des Komplettierungsstreckenringes geführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 umfassend das Beenden des Führens des Brechschlammes in den Komplettierungsstreckenring (30), wenn die verschiedenen Ebenen der Komplettierungsstrecke gebrochen worden sind, und Fördern in der Bohrung durch Führen von Förderfluiden aus der Komplettierungsstrecke in den Komplettierungsstreckenring (30) und durch die perforierten Abschnitte in das Basisrohr (20).
Vorrichtung zum Brechen unterschiedlicher Ebenen einer Komplettierungsstrecke einer unterirdischen Formation (12), die von einem Bohrloch (11) durchquert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist: einen Arbeitsstrang (14) mit – einem Rohrstrang (17), – einem Übergangskrümmer (16), der mit dem unteren Ende des Rohrstranges (17) verbunden ist, und – einem Brechstrang (15), der mit dem Übergangskrümmer verbunden ist und ausgestaltet ist, um einen Komplettierungsstreckenring (30) mit dem Bohrloch (11) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechstrang aufweist: • eine Länge eines freien Basisrohres (20) mit einer Vielzahl von perforierten Abschnitten (21), die entlang dessen Länge beabstandet sind, wobei die perforierten Abstände eine Vielzahl von Öffnungen (22) durch das Basisrohr haben, die sich entlang eines Abschnitts der Länge des Basisrohres erstrecken, wobei Blockierungen in dem Komplettierungsstreckenring benachbart zu wenigstens einem Teil der perforierten Abschnitte gebildet werden können, um die Ebenen des Komplettierungsstreckenringes zwischen den perforierten Abschnitten (21) zu isolieren, und • wenigstens einen alternativen Strömungsweg (24, 25), der sich entlang der Länge des Basisrohres erstreckt, wobei der wenigstens eine alternative Strömungsweg einen Einlass und wenigstens einen Auslass darin hat.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9 umfassend eine Abschirmeinrichtung, die an dem Basisrohr (20) und über der Vielzahl von Öffnungen (22) in jedem der perforierten Abschnitte (21) angeordnet ist, um einen Strom von Fluiden in das Basisrohr durch die perforierten Abschnitte zu ermöglichen, während der Strom von körnigem Material in das Basisrohr dadurch verhindert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der alternative Strömungsweg (24, 25) ein Parallelrohr (24) umfasst, das sich in Längsrichtung entlang des Basisrohres (24) erstreckt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der alternative Strömungsweg (24, 25) eine Vielzahl von Parallelrohren (24) umfasst, die radial um den Brechstrang beabstandet sind und die sich in Längsrichtung entlang des Basisrohres (20) erstrecken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Länge von jedem der perforierten Abschnitte entlang des Basisrohres zwischen 0,3 und 91,44 m (1 bis 300 Fuß) beträgt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Länge von jedem der perforierten Abschnitte entlang des Basisrohres zwischen 1,51 und 9,14 m (5 bis 30 Fuß) beträgt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Abschirmeinrichtung einen Draht, der um das Basisrohr und über die Öffnungen in den perforierten Abschnitten (21) gewickelt ist, umfasst, wobei die Windungen des Drahts Spalte dazwischen haben, um Durchgänge zu bilden, durch die Fluide hindurchgehen können, die aber den Strom von Körnern dadurch blockieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der Draht über das wenigstens eine Parallelrohr (24) bei wenigstens einem der perforierten Abschnitte (21) gewickelt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei das wenigstens eine Parallelrohr (24) bei wenigstens einem der perforierten Abschnitte (21) über den Draht verläuft.
Vorrichtung gemäß Anspruch 17 mit einer perforierten Hülse, die über dem wenigstens einen Parallelrohr (24) und dem Draht bei wenigstens einem der perforierten Abschnitte angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei ein Abschnitt der Länge des Parallelrohres (24) frei ist, ohne dass einer der Auslässe entlang des freien Abschnitts des Parallelrohres vorgesehen ist, wobei es keinen Strom von dem Parallelrohr durch den freien Abschnitt der Länge des Parallelrohres gibt.