DE60316828T2

DE60316828T2 - Bohrlochleitfühigkeitsprofilierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60316828T2
Application number: DE60316828T
Authority: DE
Inventors: Carl E. Santa Fe Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: NZ539065A; EP1552274B1; DE60316828D1; US20040065438A1; ATE375505T1; WO2004034089A2; CA2499638C; ES2295691T3; CA2499638A1; WO2004034089A3; AU2003277322B2; US6910374B2; EP1552274A4; EP1552274A2; AU2003277322A1

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf den Nutzen der Einreichung der provisorischen U.S.-Patentanmeldung mit Serien-Nr. 60/416.692 mit dem Titel „Sensor für die Durchlässigkeit des Bohrlochs", die am 8. Oktober 2002 angemeldet wurde. Diese Anmeldung beansprucht auch die Priorität der U.S.-Gebrauchspatentanmeldung mit Serien-Nr. 10/657.026, die am 4. September 2003 angemeldet wurde.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung (technischer Rahmen):
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Messung der hydraulischen Durchlässigkeit der Bodenschichten unter der Erdoberfläche und besonders auf einen Apparat und eine Methode, bei denen die Verwendung einer flexiblen und umstülpenden Auskleidung vorgesehen ist, so dass eine ununterbrochen direkte Messung der Position und der Fliessrate der geologischen Brüche und durchlässigen Betten, die ein Bohrloch durchkreuzen, geliefert werden kann.
Stand der Technik
Viele Arten von Messungen können in Betracht gezogen werden, um die Eigenschaften der Strömungsbahnen der Fluid unter der Erdoberfläche festzusetzen. Die meisten Messungen werden in einem Bohrloch durchgeführt, das in geologische Formationen von Interesse gebohrt wird. Das typische Bohrloch wird mit einer Vielzahl von Bohrungstechniken gemessen, um Brüche zu lokalisieren, Fliessgeschwindigkeiten in der Bohrung zu messen, die Temperaturauswirkungen auf den Wasserfluss zu messen und mögliche Strömungsbahn e wie durchlässige Betten mit einzigartigen messbaren Eigenschaften zu identifizieren. Bekannte Messungstechniken umfassen gewöhnlich Akustik, elektrischen Widerstand, Videoscannen, Bestimmung von natürlicher Strahlung und verursachter Strahlung. Viele dieser Messungen, die gegenwärtige Techniken verwenden, hängen nur indirekt mit den spezifischen gewünschten Fliesseigenschaften zusammen. Andere Messungsansätze zur Auswertung der Strömungsbahn e enthalten den Gebrauch von „Packer" verbunden. Sie stellen aufblasbare Blasen dar, die benutzt werden, um einen Teil der Bohrung zu lokalisieren, und sind entweder einzeln, doppelt oder vielseitig verwendbar. Der isolierte Teil, der nur einen Abschnitt vom vertikalen Umfang des Bohrlochs enthält, wird dann voll gepumpt, um den Strom aus der Bohrungswand bzw. in die Bohrungswand unter spezifischen Ansteuerbedingungen festzusetzen.
Es ist wünschenswert, eine verbesserte Betriebsart zur Verfügung zu haben, um die hydraulische Durchlässigkeit und damit verbundene Eigenschaften direkt zu messen. Die hiermit beschriebene Erfindung verwendet einen speziellen Auskleidungsapparat im Bohrloch. Die umstülpende Auskleidungstechnologie wird vom Erfinder dieser Anmeldung in vorher ihm erteilten Patenten gut beschrieben. Diese Patente sind U.S. Patent Nr. 6,298,920 , am 9. Oktober 2001 erteilt; US Patent Nr. 6,283,209 , am 4. September 2001 erteilt; US Patent-Nr., 6,244,846 , am 12. Juni 2001 erteilt und US Patent Nr. 6,026,900 , am 22. Februar 2000 erteilt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG (OFFENBARUNG DER ERFINDUNG)
Es wird eine Methode zur Verwendung einer umstülpenden Auskleidung beschrieben, um flüssige Durchlässigkeitsmessungen in Materialien durchzuführen, die ein Rohr, einen Schlauch oder eine Rohrleitung, wie ein Bohrloch unterhalb der Erdoberfläche, umgeben. Eine flexible Auskleidung wird (umgekrempelt) ins Bohrloch mit einer internen unter Druck gesetzten Flüssigkeit umgestülpt. Wenn die Auskleidung die Umgebungsflüssigkeit durchs Bohrloch in die umgebene Formation verlegt, wird die Abfallrate der Auskleidung festgestellt. Da die undurchlässige Auskleidung die Strömungsbahn e in der Wand der Bohrung bedeckt, verlangsamt sich die Abfallrate. Die Fliessraten werden mit Bezug auf die gemessene Abfallrate festgestellt.
Nach der Erfindung gibt es eine Methode zur Bestimmung der hydraulischen Durchlässigkeit des Materials, das eine Rohrleitung oder ein Bohrloch umgibt, was folgende Schritte umfasst: abdichtendes Befestigen eines Endes einer flexiblen Auskleidung an einem nahe liegenden Ende des Bohrlochs; Führen der Auskleidung längs des Bohrlochs, während ermöglicht wird, dass die Auskleidung sich an einem Umstülpungspunkt, der sich durch das Bohrloch bewegt, umstülpt; die Messung der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes; und die Berechnung der Durchlässigkeit des umgebenden Materials aus der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes.
Der Schritt des Führen der Auskleidung sieht vorzugsweise das Hinabtreiben der Auskleidung im Bohrloch vor, indem die Auskleidung mit einer Fluid unter Druck gesetzt wird.
Der Auskleidungsübergang könnte das Zurücknehmen der Auskleidung durch Inversion aus dem Bohrloch heraus in Richtung auf das nächste Ende oder Ende an der Oberfläche des Bohrlochs auch vorsehen. Ein zusätzlicher, bevorzugter Schritt ist die Spannungsüberwachung, die durch das Gewicht und den Widerstand der aufsteigenden Auskleidung verursacht wird, besonders wenn die Erfindung durch Extraktion oder durch Zurücknehmen der Auskleidung aufwärts in die Bohrung ausgeübt wird.
Die Durchlässigkeitsberechnung sieht die Feststellung einer Gesamtdurchflussgeschwindigkeit nach außen zum umgebenden Material eines Segments der Bohrung über das umstülpende Ende der Auskleidung vor. Die Methode enthält vorzugsweise als weiteren Schritt die Überwachung der Geschwindigkeitsänderungen des Umstülpungspunktes, wenn die Auskleidung einen Strömungsbahn in einem umgebenden Material bedeckt, wird die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit durch die Menge des Abflusses im bedeckten Strömungsbahn verringert, was gleichzeitig eine Änderung in der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes verursacht. Die Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes gegenüber der Bohrlochtiefe kann dann aufgezeichnet werden, um Durchlässigkeitsänderungen zu lokalisieren, die mit Änderungen der Umstülpungspunktgeschwindigkeit verbunden sind.
Die Erfindung schließt auch eine bevorzugte Methode zur Bestimmung der physischen Eigenschaften der Materialien ein, die ein unter der Oberfläche liegendes Bohrloch umgeben. Das Bohrloch hat mindestens etwas Umgebungswasser darin, was folgende Schritte umfasst: Abdichtendes Befestigen eines Endes einer flexiblen Auskleidung an einem nahe liegenden Ende des Bohrlochs; Führen der Auskleidung längs des Bohrlochs, während die Auskleidung sich an einem Umstülpungspunkt beim Absteigen in das Bohrloch umstülpen kann; die kontinuierliche Messung der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes, und die Feststellung einer Gesamtdurchflussgeschwindigkeit des Umgebungswassers nach außen in das Umgebungsmaterial von einem Segment der Bohrung über dem Umstülpungspunkt der Auskleidung weg. Der Auskleidungsübergang schließt vorzugsweise die Druckausübung der Auskleidung mit einer Fluid ein. Die Methode schließt die ununterbrochene Überwachung des Drucks in der Auskleidung und die Durchlässigkeitsrechnung von der Gesamtdurchflussgeschwindigkeit in das umgebende Material als Funktion des treibenden Drucks der Auskleidung ein.
Vorzugsweise überwacht der Erfindungsanwender die Geschwindigkeitsveränderungen des Umstülpungspunktes, wobei, wenn die Auskleidung einen Strömungsbahn in einem umgebenden Material bedeckt, wird die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit durch die Menge des Flusses im Strömungsbahn verringert, was gleichzeitig eine Geschwindigkeitsänderung des Umstülpungspunktes verursacht.
Der Schritt des Aufzeichnens der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes gegenüber der Bohrlochtiefe, um Änderungen in der Durchlässigkeit zu lokalisieren, was mit Änderungen in der Umstülpungspunktgeschwindigkeit verbunden ist, kann dann durchgeführt werden.
Eine Primäraufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dann, Mittel und Methode zur direkten Bestimmung der hydraulischen Übertragbarkeit oder Durchlässigkeit bei getrennten Abschnitten unterhalb der Erdoberfläche zur Verfügung zu stellen.
Ein Primärvorteil dieser Erfindung ist, dass sie ermöglicht, dass eine Übertragbarkeit des Erduntergrundes schnell und mit erhöhter Genauigkeit gemessen werden kann.
Andere Aufgaben, Vorteile und neue Eigenschaften und weitere Anwendbarkeitsbereiche der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung festgelegt, und in Verbindung mit den angeschlossenen Zeichnungen gesetzt. Den Fachleuten wird alles nach Prüfung der folgenden Information offensichtlich oder sie können alles durch die Praxis der Erfindung erlernen. Die Gegenstände und die Vorteile der Erfindung können durch die Mittel und der Kombinationen verwirklicht und erreicht werden, die besonders in den angefügten Ansprüchen unterstrichen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen stellen einen Teil der Ausführungen dar und illustrieren verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung, zur Erklärung der Grundregeln der Erfindung. Die Zeichnungen dienen nur zur Illustration einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erklären und sollen nicht als Einschränkung der Erfindung gesehen werden werden. In den Zeichnungen:
1 ist eine seitliche Schnittansicht (mit verschiedenen Maßstab) einer Ausführungsform der Erfindung, die unterhalb der Bodenfläche ausgeübt wird;
1a ist eine Schnittansicht (mit verschiedenen Maßstab) einer alternativen Ausführungsform des Apparates, der im 1 gezeigt wird;
2 ist eine andere Schnittansicht einer Ausführungsform dieser Erfindung, die in einem Bohrloch in der Erdoberfläche betreiben wird;
3a ist eine Graphik, die qualitativ ein hypothetisches Übertragbarkeitsprofil zeigt, das erreicht werden konnte, indem man die Erfindung in einem Medium unterhalb der Erdoberfläche mit gleichförmiger Übertragbarkeit ausübt;
3b ist ein Diagramm, das qualitativ ein hypothetisches Übertragbarkeitsprofil zeigt, das erreicht werden könnte, indem man die Erfindung in einem Medium unterhalb der Erdoberfläche mit nicht gleichförmiger Übertragbarkeit ausübt;
4 ist ein Diagramm, das bestimmte geometrische und hydraulische Variablen bildlich darstellt, die mit den Berechnungen verbunden sind, die verwendet werden, um die Übertragbarkeit gemäß dieser Erfindung festzustellen;
5 ist ein Diagramm, das Geschwindigkeit (ft/sec/psi) gegenüber Tiefe (m) aufzeichnet und ein Geschwindigkeitsprofil zeigt, das von der Unterseite eines Bohrloches gemessen wird; die rohen Daten liefern das zackige Geschwindigkeitsprofil (dunklerer Ausdruck), während die normalisierte geglättete Kurve (die hellere Kurve, die in einem Zeitraum von 40 Sek. geglättet wurde), die die rohe Datenverdichtung überdeckt;
6 ist ein Diagramm, das Geschwindigkeit (ft/sec/psi) gegenüber Tiefe (M) aufzeichnet und eine monotone Kurve zeigt (mit einem hellfarbigen Ausdruck), die die normalisierte Kurve vom 5 (mit dunklerem Ausdruck) überdeckt;
Die vorliegende Erfindung benutzt eine umstülpende Bohrlochauskleidung, um die Durchlässigkeit der unterhalb der Oberfläche fließenden Flüssigkeit zu messen. Der Auskleidungsapparat ist teilweise der Vorrichtung ähnlich, die im US Patent Nr. 5,803,666 beschrieben wird. Die vorliegende Erfindung benutzt die umstülpende Auskleidung nach einer innovativen Methode mit dem Ziel, bestimmte Eigenschaften des Unterbodens zu messen. Der Begriff „umstülpen" bedeutet „umkrempeln" d. h., eine flexible, zusammenklappbare, röhrenförmige Auskleidung von einer Rolle abgerollt wird ist, wird sie gleichzeitig topologisch umgekehrt, so dass die Außenfläche des Schlauches die Innenfläche wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Auskleidung in einem Bohrloch, wie etwa ein vertikales Bohrloch, mit unter Druck gesetzter Flüssigkeit in der Auskleidung umgestülpt. Wenn die Auskleidung die umgebende Flüssigkeit im Bohrloch in die umgebende Formation versetzt, wird die Abfallsrate der Auskleidung notiert. Wenn die Auskleidung die Strömungsbahnen in der Wand der Bohrung bedeckt, verlangsamt sich die Abfallrate. Die Flussraten aus getrennten Abschnitten des Bohrlochs werden durch die gemessene Abfallrate bestimmt. Die direkte Messung der Eigenschaften der Strömungsbahnen radial heraus vom Bohrloch, indem die Abfallrate der umstülpenden Auskleidung überwacht wird, ist ein zentraler Aspekt dieser Erfindung. Sowohl das Hardwaredesign als auch die Analysemethode werden hierin beschrieben und sie stellen Aspekte der Erfindung dar.
Ein wesentlicher Vorteil der Technik ist, dass sie weniger als 10% der Zeit für eine typische Auszeichnung oder Verpackerprüfung erfordert. Ein anderer Vorteil ist, dass eine undurchlässige Auskleidung häufig auf jeden Fall angebracht wird, um das Bohrloch einfach gegen Fluss zu versiegeln. Durch die Erfindung werden Daten zu extrem geringen Extrakosten während der normalen Auskleidungsinstallation gesammelt.
Im Allgemeinen schließt der Apparat entsprechend dieser Erfindung einen Kodierer auf einem Bohrlochkopfroller ein, um die Tiefe (gegen Zeit) einer umstülpenden Auskleidung zu messen.
Von den Angaben der der Tiefe vs. Zeit kann die Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes der Auskleidung errechnet werden. Der Apparat schließt auch Mittel zur ununterbrochenen Überwachung des treibenden Drucks der umstülpenden Auskleidung ein. Ein Überwachungsmittel kann ein „Rohr mit Glasdüsen" mit bekannter Konfiguration zur Überwachung des Wasserniveaus in der Auskleidung darstellen. Alternativ dazu kann Druck mit einem einfachen Druckanzeiger überwacht werden, der den treibenden Flüssigkeitsdruck direkt misst. Bei einer Ausführungsform misst eine zusätzliche Komponente die Spannung, die durch die absteigende Auskleidung auf einer Rolle oder einer Spule auf der Oberfläche verursacht wird. Diese Spannungsmessung stellt eine erstrangige Korrektur zur Durchlässigkeit dar, die von der Druck- und Abfallrate allein abgeleitet wird. Bei Fällen mit einem verhältnismäßig tiefen Grundwasserspiegel ist die Spannungsmessung wichtig, um jeden möglichen Widerstand zum Abstieg der Auskleidung zu steuern, der einer übermäßigen Auskleidungsspannung zuzuschreiben ist. Die Spannungsmessung ist sehr wichtig, wenn die Messung der Durchlässigkeit während der Extraktion, anstatt während der Installation der Auskleidung in der Bohrung durchgeführt wird.
Die Erfindung schließt eine Methode zur Durchführung der Messung der Unterbodeneigenschaften ein. Der Gebrauch der umstülpenden Auskleidung erfordert eine Analyse der gemessenen Parameter, um die Übertragbarkeit der einzelnen Teile des Bohrlochs festzustellen. Der Prozess am Bohrloch kann in Kürze beschrieben werden. Die Auskleidung wird mittels Flüssigkeitsdrucks in die Bohrung eingesetzt; sie steigt wie ein fast tadellos passender Kolben in das Bohrloch hinunter. Über dem umstülpenden Ende der Auskleidung wird die Wand der Bohrung effektiv durch die Auskleidung versiegelt. Die Abfallsrate der Auskleidung wird verwendet, um die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit radial nach außen (im umgebenden Unterbodensystem) vom Segment der Bohrung unterhalb des umstülpenden Endes der Auskleidung zu errechnen.
Wenn die Auskleidung einen verhältnismäßig bedeutenden Flussweg in die angrenzende Formation bedeckt, wird die Fliessrate aus der geöffneten Bohrung unter dem Umstülpungspunkt heraus durch die Menge des Flusses in diesen Weg verringert. Die Änderung der Fliessrate verursacht gleichzeitig eine Änderung der Auskleidungsabfallrate (Geschwindigkeit). Ein Aufzeichnen der Abfallrate gegenüber der Tiefe zeigt die Position der Hauptströmungsbahnen durch eine damit verbundenen Abnahme der Abfallrate an der Strömungsbahn an.
Da der treibende Druck in der Auskleidung nicht notwendigerweise konstant ist, muss die Durchlässigkeitsberechnung den treibenden Druck als Variable einschließen sowie einige andere wichtige Parameter wie den lokalen „Kopf" in der Formation, der Effekt jeder möglichen Spannung, die absichtlich an der Auskleidung oder durch Friktion im System angewendet wird, und andere einflussreiche Faktoren. Das Resultat ist die Verteilung und die Größe der flüssigen Durchlässigkeit (und folglich der Permeabilität) der unter der Oberfläche liegenden geologischen Formationen. Resultate können am Ende der Auskleidungsinstallation mit einem herkömmlichen Computer und einem Drucker aufgezeichnet werden.
Die erfinderische Technik wurde verwendet, um die Tiefe betreffende Durchlässigkeitsveränderungen in einer vertikalen Bohrung abzuleiten. Die Resultate der Erfindung wurden mit den Resultaten eines herkömmlichen „Packertests" mit sehr ähnlichen Durchlässigkeitswerten verglichen. Vornehmlich erforderte die Installation eines Durchlässigkeitssensors entsprechend der Erfindung ungefähr 30 Minuten für diese Personen, um diese bei 99 m zu installieren. Demgegenüber erforderte das Packertestverfahren 4 Tage für zwei Personen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine umstülpende Auskleidung ein ununterbrochenes direktes Maß der Position und der Fliessrate der Brüche und der durchlässigen Flussbetten liefert, die das Bohrloch kreuzen. Das Verfahren ist relativ schnell (z. B. von dreißig Minuten zu ungefähr 1.5 Stunden für ein komplettes Profil einer Bohrung, die 330 ft (100 m) lang ist). (Das vorangehende Verfahren kann mit den vier Tagen verglichen werden, die wahrscheinlich für eine komplette Durchführung der Packertests derselben Bohrung erforderlich sind). Im Gegensatz zu den Doppelpacker-Versuchen gibt es wenig Bedenken für das Durchsickern nach dem Siegel. Der Datensatz schließt eine ununterbrochene Messung der Übertragbarkeit der Bohrung ein. Deshalb ist das Integral des Flusses aus der Bohrung, welches die gemessenen Übertragungswerte verwendet, intern konsistent. Im Gegenteil führt jedes mögliche Durchsickern nach den Packer (z. B. in einem zerbrochenen oder rauen Intervall der Bohrung) zu einer oberen Grenze anstatt zu einem echten, oder einem gleichmäßigen Satz von Übertragungswerten.
Sowohl das Hardwaredesign als auch das Analyseverfahren, die nachher beschrieben werden, stellen Aspekte der Erfindung dar.
Ein erheblicher Vorteil der Technik ist, dass sie weniger als 10% der Zeit für eine typische Bohrlochmessung oder Packer-Versuche erfordert. Ein anderer Vorteil ist, dass eine undurchlässige Auskleidung häufig auf jeden Fall installiert wird, um das Bohrloch gegen den Fluss einfach zu versiegeln. Durch die Erfindung werden Daten zu sehr wenigen Extrakosten während der normalen Auskleidungsinstallation gesammelt.
Im Allgemeinen schließt der Apparat gemäß dieser Erfindung einen auf einem Bohrlochkopfroller befindlichen Kodierer ein, um die Tiefe (gegenüber Zeit) einer umstülpenden Auskleidung zu messen. Vom Standpunkt der Tiefe gegenüber Zeitdaten kann die Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes der Auskleidung errechnet werden. Der Apparat schließt auch Mittel zur ununterbrochenen Überwachung des treibenden Druckes der umstülpenden Auskleidung mit ein. Die Überwachungsmittel können ein „Rohr mit Blasdüsen" mit einer bekannten Konfiguration zur Überwachung des Wasserniveaus in der Auskleidung sein. Alternativ dazu kann Druck mit einem einfachen Druckanzeiger überwacht werden, der den treibenden Flüssigkeitsdruck direkt misst. Bei einer Ausführungsform misst eine zusätzliche Komponente die Spannung, die durch die absteigende Auskleidung auf einer Rolle oder einer Spule auf der Oberfläche verursacht wird. Diese Spannungsmessung stellt eine erstrangige Korrektur zur Durchlässigkeit dar, die von der Druck- und Abfallrate allein abgeleitet wird. Bei Fällen mit einem verhältnismäßig tiefen Grundwasserspiegel ist die Spannungsmessung wichtig, um jeden möglichen Widerstand zum Abstieg der Auskleidung zu steuern, der einer übermäßigen Auskleidungsspannung zuzuschreiben ist. Die Spannungsmessung ist sehr wichtig, wenn die Messung der Durchlässigkeit während der Extraktion, anstatt während der Installation der Auskleidung in der Bohrung durchgeführt wird.
Die Erfindung schließt eine Methode zur Durchführung der Messung der Unterbodeneigenschaften ein. Der Gebrauch der umstülpenden Auskleidung erfordert eine Analyse der gemessenen Parameter, um die Übertragbarkeit der einzelnen Teile des Bohrlochs festzustellen. Der Prozess am Bohrloch kann in Kürze beschrieben werden. Die Auskleidung wird mittels Flüssigkeitsdrucks in die Bohrung eingesetzt; sie steigt wie ein fast tadellos passender Kolben in das Bohrloch hinunter. Über dem umstülpenden Ende der Auskleidung wird die Wand der Bohrung effektiv durch die Auskleidung versiegelt. Die Abfallsrate der Auskleidung wird verwendet, um die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit radial nach außen (im umgebenden Unterbodensystem) vom Segment der Bohrung unterhalb des umstülpenden Endes der Auskleidung zu errechnen. Wenn die Auskleidung einen verhältnismäßig bedeutenden Flussweg in die angrenzende Formation bedeckt, wird die Fliessrate aus der geöffneten Bohrung unter dem Umstülpungspunkt heraus durch die Menge des Flusses in diesen Weg verringert. Die Änderung der Fliessrate verursacht gleichzeitig eine Änderung der Auskleidungsabfallrate (Geschwindigkeit). Ein Aufzeichnen der Abfallrate gegenüber der Tiefe zeigt die Position der Hauptströmungsbahnen durch eine damit verbundenen Abnahme der Abfallrate an der Strömungsbahn an.
Da der treibende Druck in der Auskleidung nicht notwendigerweise konstant ist, muss die Durchlässigkeitsberechnung den treibenden Druck als Variable einschließen sowie einige andere wichtige Parameter wie den lokalen „Kopf" in der Formation, der Effekt jeder möglichen Spannung, die absichtlich an der Auskleidung oder durch Friktion im System angewendet wird, und andere einflussreiche Faktoren. Das Resultat ist die Verteilung und die Größe der flüssigen Durchlässigkeit (und folglich der Permeabilität) der unter der Oberfläche liegenden geologischen Formationen. Resultate können am Ende der Auskleidungsinstallation mit einem herkömmlichen Computer und einem Drucker aufgezeichnet werden.
Die erfinderische Technik wurde verwendet, um die Tiefe betreffende Durchlässigkeitsveränderungen in einer vertikalen Bohrung abzuleiten. Die Resultate der Erfindung wurden mit den Resultaten eines herkömmlichen „Packertests" mit sehr ähnlichen Durchlässigkeitswerten verglichen. Vornehmlich erforderte die Installation eines Durchlässigkeitssensors entsprechend der Erfindung ungefähr 30 Minuten für diese Personen, um diese bei 99 m zu installieren. Demgegenüber erforderte das Packertestverfahren 4 Tage für zwei Personen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine umstülpende Auskleidung ein ununterbrochenes direktes Maß der Position und der Fliessrate der Brüche und der durchlässigen Flussbetten liefert, die das Bohrloch kreuzen.
Das Verfahren ist relativ schnell (z. B. von dreißig Minuten zu ungefähr 1.5 Stunden für ein komplettes Profil einer Bohrung, die 330 ft (100 m) lang ist). (Das vorangehende Verfahren kann mit den vier Tagen verglichen werden, die wahrscheinlich für eine komplette Durchführung der Packertests derselben Bohrung erforderlich sind). Im Gegensatz zu den Doppelpacker-Versuchen gibt es wenig Bedenken für das Durchsickern nach dem Siegel. Der Datensatz schließt eine ununterbrochene Messung der Übertragbarkeit der Bohrung ein. Deshalb ist das Integral des Flusses aus der Bohrung, welches die gemessenen Übertragungswerte verwendet, intern konsistent. Im Gegenteil führt jedes mögliche Durchsickern nach den Packer (z. B. in einem zerbrochenen oder rauen Intervall der Bohrung) zu einer oberen Grenze anstatt zu einem echten, oder einem gleichmäßigen Satz von Übertragungswerten. Bezugnehmend auf 1, wird die Installation einer versiegelnden Auskleidung gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Installation kann von einem Fachmann nach sehr kurzem Training einfach durchgeführt werden. Um der Klarheit willen werden im 1 die relativen Größen der Unterbodenbestandteile der Erfindung im Verhältnis zu den Größen der Bestandteile auf der Oberfläche übertrieben. 1 zeigt die Einführung der Erfindung nachdem die Auskleidung 10, die von innen nach außen gestülpt ist, während sie sich um die Spindel oder Kurbel windet, an die Oberflächenverrohrung 22 an der oberen oder am nächsten Ende des vorher gebohrten Bohrlochs 25 festgeklemmt wird. Das Bohrloch 25 wird unterhalb der Oberfläche, normalerweise durch die Gravitationszone 27 und unterhalb des Grundwasserspiegels 28 gebohrt. Als Konsequenz wird sich die Lücke des Bohrlochs 25 unter der Grundwasserspiegels 28 vom Umgebungswasser aus dem umgebenden Aquifer 29 oder aus anderen, dünneren, wasserbringenden Schichten füllen. Eine kurze Strecke vom Bohrloch 25 in der Nähe der Bodenoberfläche verfügt an seinem oberen oder nächsten Ende über eine Verrohrung 22, wie allgemein üblich.
Die dünnwandige Auskleidung 10 wird aus einem geeigneten haltbaren, aber flexiblen, zusammenfaltbaren und undurchlässigen Kunststoff oder aus einer Zusammensetzung davon hergestellt. Beispielsweise kann die Auskleidung 10 aus Urethan bestehen, was mit Nylon verbunden wird. Der Durchmesser der Auskleidung 10, der gemäß der Erfindung eingesetzt werden soll, sollte dem Durchmesser des Bohrlochs 25 im Allgemeinen entsprechen aber zumindest nie erheblich kleiner sein.
Die gefaltete Auskleidung 10 wird von der drehenden Bandspule 20 freigegeben und vorzugsweise über eine Führungsrolle 15 geführt. Das freie Ende der Auskleidung 10 wird befestigt und an dem nächsten Ende der Verrohrung 22 versiegelt. Die Auskleidung 10 wird schrittweise mit der antreibenden Flüssigkeit 30, vorzugsweise Wasser, gefüllt, was über eine oberirdische Flüssigkeitsleitung 23 eingeführt wird. Wie im 1 gezeigt, kommt die Flüssigkeit in Kontakt mit der „äußere" Oberfläche der Auskleidung 10, aber der Flüssigkeitsdruck 30, welcher die Auskleidung 10 ins Bohrloch 25 runterdrückt, erwirkt, dass der gefaltete Schlauch der Auskleidung gegen die Wände des Bohrlochs gedrückt wird, was die Umstülpung der Auskleidung zur Folge hat. Die Umstülpung der Auskleidung 10 kommt an einem ständig sich verändernden Umstülpungspunkt EP vor, während sich eine immer größere Strecke der Auskleidung mit antreibender Flüssigkeit 30 füllt. Die ehemalige „äußere" Oberfläche der Auskleidung 10 wird tatsächlich zur Innenfläche, während das Wasser oder andere Flüssigkeit 30, die vom der Flüssigkeitsleitung 23 eingeführt wird, die Auskleidung dadurch aufbläst und füllt, um die ehemalige „innere" Oberfläche der Auskleidung gegen die Wand des Bohrlochs 25 zu drücken, wie durch die dunkleren Richtungspfeile vom 1 veranschaulicht wird. Es ist vorgesehen, dass die Auskleidung 10 hergestellt und auf die Bandspule 20 mit der „Innenseite außen" gespult wird, so dass die Auskleidungsoberfläche, die schließlich mit der Bohrlochwand in Kontakt kommt, das Innere der eingefalteten Auskleidung anfänglich definiert. Wenn sich das Bohrloch 25 mit der antreibenden Flüssigkeit 30 füllt, wird die treibende Flüssigkeit fortwährend innerhalb der aufgeblähten Auskleidung 10 verbleiben, die mit undurchlässiger Eigenschaft das Bohrloch über dem nach unten wandernden Umstülpungspunkt EP auskleidet. Die Ausleidung 10 wird folglich das Bohrloch 25 entlang geführt, während der Umstülpungspunkt EP mit der gleichen Geschwindigkeit wandert.
Als Resultat der schnellen Einleitung der treibenden Flüssigkeit über Leitung 23, neben anderen Dingen, füllt die treibende Flüssigkeit 30 die Auskleidung 10 zu einem treibenden Flüssigkeitsniveau 34, was gewöhnlich ein wenig über dem vertikalen Bezugspunkt der Grundwasserspiegels 28 liegt, wie im 1 vorgeschlagen wird. Zu jedem gegebenen Punkt entlang der Bohrlochsäule übersteigt die hydraulische Druckhöhe innerhalb der Auskleidung 10 ein wenig die Drückhöhe, die durch das im Untergrund befindlichen Wassers zuzuschreiben wird, wie etwa der Druck aus dem gesättigten Aquifer 29.
Der Druck der Flüssigkeit 30 drückt die Auskleidung 10 die Bohrung 25 hinunter wie einen Kolben. Die flexible Auskleidung 10 unter Druck passt sich jedoch an die unregelmäßige Bohrlochwand an und schiebt nicht auf die Bohrlochwand. Mit fortfahrender Zwangseinleitung der treibenden Flüssigkeit an der Oberseite des Bohrlochs 25 dehnt sich die Auskleidung 10, zieht sich entlang und bläht sich in Richtung der Bohrlochwand auf. Die Expansion der Auskleidung 10 tritt wieder am Umstülpungspunkt EP auf, wo sich die Auskleidung umkrempelt, wobei sich der Punkt am niedrigsten Punkt des Kranzes der Auskleidung befindet.
Wie es schon vermerkt worden ist, wird sich das Bohrloch 25 unter der Grundwasseroberfläche 28 mit Grundwasser 33 zu einem Niveau füllen, welches dem vertikalen Niveau der Grundwasseroberfläche 28 nahe liegt. Wenn die Auskleidung 10 das Bohrloch 25 unter Druck der treibenden Flüssigkeit 30 absteigt, zwingt sie das stehende Wasser 33 innerhalb der Ausbohrung durch die Bohrlochwand und zurück in die umgebenden Schichten 29, wie die helleren, gewundenen Richtungspfeile im 1 anzeigen. Die Verdrängung des Umgebungswassers 33 durch die treibende Flüssigkeit 30, wobei das Umgebungswasser über die Bohrlochwand in das umgebende geologische System zurück gezwungen wird, ist ein zentraler Aspekt beim Betrieb der Erfindung. Dieser „Rückfluss" aus der Bohrung 25 in die Unterbodenschichten 29 ermöglicht die Messung der hydraulischen Durchlässigkeit dieser Schichten.
Wenn sich die Auskleidung 10 in Richtung auf die Bohrung 25 hinunter verbreitet, versiegelt sie die gesamte Bohrungswand. Die Abfallrate der Auskleidung 10 (d. h. die Abwärtsgeschwindigkeit vom Umstülpungspunkt EP) wird durch die Strömungsbahnen (gewundene Richtungspfeile im 1) aus der Bohrung 25 in die umgebenden Schichten 27, 29 gesteuert. Während die Auskleidung 10 absteigt, bedeckt sie die in die umgebenden Schichten fließenden Strömungsbahnen und folglich isoliert hydraulisch den oberen Abschnitt der Bohrung über dem Umstülpungspunkt EP. Demzufolge wird die Absteigerate der Auskleidung durch die restlichen flüssigen Strömungsbahnen aus dem Bohrloch bis hinunter zum Umstülpungspunkt EP der Auskleidung bestimmt.
Es sei weiter vermerkt, obgleich diese Beschreibung der Erfindung sich auf ein „Bohrloch" unterhalb der Erdoberfläche bezieht, die Erfindung auch einen praktischen Nutzen bei den Flüssigkeitstransportsystemen wie oberirdischen oder strukturellen Rohrleitungen besitzt. Es ist oder wird offensichtlich, dass z. B. die Erfindung verwendet werden kann, um Leckstellen in Rohren zu ermitteln und zu lokalisieren.
Weiteres Verständnis der Erfindung wird durch Referenz zu 1a erreicht, was eine alternative Ausführungsform der in 1 darstellten Erfindung ist. In dieser Ausführungsform werden ein Paar Druckmessinstrumente, PM1 und PM2, zur Messung des flüssigen Drucks in der Bohrung an den Positionen unter und über dem Umstülpungspunkt EP zur Verfügung gestellt. So kann mittels des ersten Druckmessinstruments PM1 und eines zweiten Druckmessinstruments PM2 der Druck unterhalb (oder über) des Punktes der Auskleidungsumkehrung überwacht werden. Die Druckmessinstrumente können jeglichen im Handel erhältlichen Messwertgeber darstellen. Wenn beide Messinstrumente PM1 und PM2 verwendet werden, kann die Druckdifferenz außerdem überwacht und verfolgt werden. Wie es weiter hier erklärt wird, sollte vorzugsweise ein Mittel zur Messung des Drucks mindestens über dem Umstülpungspunkt EP oder besser unterhalb des Umstülpungspunktes zur Ausführung der Erfindung zur Verfügung stehen.
Man bezieht sich aufs 1, was eine Auskleidung 10 zeigt, die eine bedeutende Strecke hinunter in Richtung der Bohrung 25 gegangen ist. Die Auskleidung 10 wird vorzugsweise von einer Bandspule 20 abgewickelt und über eine Rolle 5 geführt. Die Rolle 5 wird mit Spannung und Messvorrichtungen der Position M ausgerüstet, um die Menge der Auskleidung 10 (Länge) zu messen, die ausgegeben wurde sowie die durch die Schwerkraft verursachte Spannung in der Auskleidung im Bohrloch. So schließt das Messinstrument M einen Kodierer ein, der an die Achse der Bohrlochkopfroller 5 angeschlossen ist, um die Tiefe der umstülpenden Auskleidung mit der Zeit zu messen. Des Weiteren, kann indem man ständig die Spannung in der Auskleidung 10 überwacht, der unbeschränkte treibende Druck der Flüssigkeit innerhalb der Auskleidung ermittelt werden, wobei die Spannungskraft einen Korrekturfaktor bereitstellt. Die in der Komponente M befindliche Messausrüstung schließt auch ein Mittel zur ununterbrochenen Überwachung des treibenden Drucks der umstülpenden Auskleidung ein. Dieses Mittel zur Überwachung des treibenden Drucks kann ein Rohr mit Blasdüsen zur Überwachung des treibenden Flüssigkeitsniveaus 34 innerhalb der Auskleidung 10 oder ein einfacher Druckanzeiger (wie Druckmessinstrument PM2 im 1a) zur direkten Messung des treibenden Drucks sein. Weiter untern wird erklärt, wie die Messvorrichtungen M alternativ zur Ausführung der Erfindung verwendet werden können.
Die Auskleidung 10 fängt, wenn sie zuerst in die Verrohrung 22 eingesetzt wird, mit einer maximalen Abfallrate an. Die Abfallrate hängt von der Rate ab, mit der das Grundwasser 30 mit Gewalt durch die absteigende Auskleidung 10 in eine angrenzende Unterbodenformation verdrängt wird. Jedes Mal wenn die sich abspulende Auskleidung 20 eine bedeutende Strömungsbahn in einer angrenzenden Schicht bedeckt, z.. das Sandobjektiv 37 im 2, verlangsamt sich der Auskleidungsabfall, in einem Maße, was von der versiegelten Strömungsbahn abhängt. Anders ausgedrückt heißt das, das Passieren eines großen Bruches in der Formation unterhalb der Erdoberfläche (z. B. innerhalb einer Schicht der gesättigten Zone 29) oder durch eine Schicht mit höher Durchlässigkeit verursacht einen großen Verlust der Auskleidungsabfallrate.
Eine Auszeichnung der linearen Auskleidungsabfallrate in einem Medium mit hypothetisch konstanter Durchlässigkeit (z. B., homogener Sand) wird im 3a gezeigt. Es ist eine gerade Linie, die anzeigt, dass sich die Rate des linearen Abfalls (die Rate, bei der der Umstülpungspunkt in die Bohrung absteigt) im Allgemeinen konstant in Bezug auf die Gesamttiefe (TD) der Ausbohrung verringert. Die Neigung der Linie zeigt die Durchlässigkeit des Mediums an, wobei steile Neigungen auf eine hohe Durchlässigkeit hinweisen. Demgegenüber ist die Abfallgeschwindigkeit gegenüber der Tiefe in zerbrochenen Medien oder überlagerten Mitteln nicht gleichmäßig und die Auszeichnung der Abfallrate gegenüber der Tiefe kann z. B. wie die im 3b aussehen. Die Geschwindigkeit fällt in abrupten Schritten (ein großer Bruch) oder mit einem geneigten Schritt (einer durchlässigen Zone) ab. Konstante Geschwindigkeitsabstände sind Regionen mit kleinem Wasserverlust aus der Bohrung. Im Beispiel vom 3b werden vier Zonen mit extrem hoher Durchlässigkeit durch plötzliche Zunahmen der Steigung der Aufzeichnungslinie bei f1, f2, f3 und f4 angezeigt. Solche plötzlichen und abgekürzten Aufzeichnungssegmente sind im Allgemeinen mit Brüchen oder möglicherweise dünnen Sandschichten verbunden und stellen hohe Durchlässigkeit dar. Die Abstände, die eine flache Steigung haben, wie die an den Punkten t1, t2 und t3 in 3b, weisen auf „feste" geologische Formationen, Zonen von relativ niedriger Durchlässigkeit hin. Teile der Aufzeichnung, die gemäßigte Steigungen zeigen, wie an den Punkten p1 und p2 im 3b, sind mit relativ durchlässigen Unterbodenformationen verbunden; je steiler die Aufzeichnungssteigung, desto höher die Durchlässigkeit der entsprechenden Formation.
An der Gesamttiefe des Bohrlochs („TD” in 3a und 3b) erreicht die Auskleidung das Ende der Bohrung und ihren Umstülpungspunkte. Einem Fachmann wird klar, dass die vertikale Stärke einer bestimmten Unterbodenschicht mit bestimmter Durchlässigkeit durch Daten, die sich auf die „Tiefe in der Bohrungsachse" der Auszeichnung beziehen, festgestellt werden kann. Die Diagramme von 3a und 3b sind im Allgemeinen von qualitativer Art, um alles zu veranschaulichen. In der Praxis der Erfindung werden das Gebiet und der Bereich numerisch aufgezeichnet, um eine quantitative Auswertung zu ermöglichen.
Die erfinderische Technik leitet vom Geschwindigkeitsprofil der Auskleidung die Fliesseigenschaften jedes Strömungsbahn ab, die durch die Auskleidung 10 versiegelt wird, während sie vertikal absteigt, indem die Abfallrate und den treibenden Druck in der Auskleidung (d. h., die überschüssige Last oder das Wasserniveau 34 innerhalb der Auskleidung 10) gemessen wird.
Eine alternative Verwendung der Erfindung ist die Messung der Geschwindigkeit einer steigenden Auskleidung. Die Auskleidungsbewegung wird umgekehrt, indem man die umgekehrte Auskleidung 10 von der Oberseite der Bohrung aufwärts zieht, und die resultierende Bewegung wird durch einen festen, geraden Richtungspfeil im 2 angezeigt. Die Grundregeln der alternativen Methode sind im Wesentlichen dieselben wie mit einer absteigenden Auskleidung, die einfach von einer „umgekehrten" Perspektive beobachtet ist. Das 2 zeigt den Apparat der Erfindung für steigende Auskleidungsmethoden. Die Auskleidung 10 geht eine bedeutende Strecke in Richtung der Bohrung 25 hinauf. Die Auskleidung 10 wird vorzugsweise auf eine Spule (im 2 nicht gezeigt) gewunden und über eine Rolle 5 geführt. Die Rolle 5 wird mit Spannung versehen und mit der Messvorrichtungen M zur Messung der Position ausgerüstet, um die Menge (Länge) von Auskleidung 10, die ausgespult wurde, sowie die durch die Schwerkraft erzeugte Spannung in der Auskleidung im Bohrloch, zu messen. Das Messinstrument M schließt also einen Kodierer ein, was an der Achse des Bohrlochkopfrollers 5 angebracht ist, um die Tiefe der umstülpenden Auskleidung mit der Zeit zu messen. Die in der Komponente M befindliche Messausrüstung schließt auch ein Mittel zur ununterbrochenen Überwachung des treibenden Drucks der umstülpenden Auskleidung ein. Dieses Mittel kann eine Rohrvorrichtung für die Überwachung des treibenden Flüssigkeitsspiegels 34 innerhalb der Auskleidung 10 oder ein einfacher Druckanzeiger (wie Druckmesser PM2 in 1a) zur direkten Messung des treibenden Drucks sein. Weitere alternative Anwendungen der Messvorrichtungen M im Rahmen der Erfindung werden später erklärt.
In der alternativen Methode einer steigenden (invertierten) Auskleidung wird die Auskleidung 10 zu einer Umkehrung veranlasst, während der zentrale Teil der Auskleidung steigt. Die Antriebskraft ist die Spannung auf der Auskleidung. Während die Auskleidung in die Bohrung umstülpt und in der Bohrung aufsteigt, wird Wasser in die Bohrung unterhalb des Umstülpungspunkt EP gepumpt. Die Auskleidungsgeschwindigkeit kann gemessen werden, indem man die Auskleidung auf die gleiche Rolle zieht. Alternativ kann die Fliessrate aus der Auskleidung heraus an der Oberseite der Verrohrung 22 gemessen werden, während das Wasser über der Oberseite der Auskleidung 10 verschüttet wird, während sie umgekehrt wird. Die 2 z. B. zeigt einen Strömungsmesser FM zur Überwachung der Entladung des Flüssigkeitsflusses aus der steigenden Auskleidung heraus. Die Inversion verursacht die Abnahme des Innenvolumens der Auskleidung 10 unter dem Oberflächenrohr. Der Fluss aus der Auskleidung 10 heraus entspricht dem Fluss in die Bohrung 25 unter dem Einstülpungsspunkt. Die Fliessmessung hat den Vorteil, dass sie weder durch die Ausdehnung der Auskleidung 10 noch durch die Veränderung des Durchmessers des Bohrlochs 25 beeinflusst wird. Die Geschwindigkeit der Auskleidung 10 auf die Rolle 5 wird durch nur eine kleine Störung beeinflusst, die durch die Ausdehnung der Auskleidung unter unterschiedlichen Spannungskräften verursacht wird. Die Methode, welche eine steigende Auskleidung verwendet, schließt vorzugsweise die Messung der Fliessrate der Flüssigkeit, die aus dem oberen Ende der Auskleidung produziert wird, sowie die Überwachung der Spannung in der Auskleidung ein.
Die Antriebskraft der steigenden Auskleidung 10 ist die Spannung auf der Auskleidung. Der Druck in der Bohrung 25 unter der steigenden Auskleidung hängt von der Spannung in der Auskleidung ab, wenn sie steigt. Jedoch beeinflusst der Druck innerhalb der Auskleidung 10 auch die Spannung, die an der Auskleidungsoberfläche gemessen wird. Die Messung entweder des Anfanges der Auskleidung oder des flüssigen Drucks in der Auskleidung in Verbindung mit der Spannung der Auskleidung erlaubt den Abzug des Drucks in der Bohrung 25 unter der Auskleidung 10 gemäß einem einfachen Näherungswert: Spannung = A(Druck innerhalb der Auskleidung – Druck außerhalb der Auskleidung)/2
Wobei A den Schnittbereich der ausgespannten Auskleidung (sehen Sie Az im 4) darstellt.
Nach diesem Verhältnis kann der Druck außerhalb der Auskleidung 10 in der Bohrung 25 unter der Auskleidung errechnet werden. Eine Zunahme der Spannung senkt den Druck in der Bohrung 25 unter der Auskleidung 10. Wie später gezeigt wird, erhöht sich die Aufwärtsgeschwindigkeit der Auskleidung mit erhöhter Spannung, aber die Aufstiegsrate wird noch durch die Fliessrate in die Bohrung unter dem Umstellungspunkt gesteuert.
In Bezug auf eine steigende Auskleidung kann man das Durchlassungsvermögen des Bohrlochs 25 unter der Auskleidung auf eine Weise ableiten, die mit einer absteigenden Auskleidung in gewissem Sinne ähnlich ist.
Die Erfindung benutzt eine kommerziell erhältliche Auskleidung 10, fügt aber der Rolle 15 die Messung der Geschwindigkeit (Abstand und Zeit) hinzu. Der Wasserfluss aus der Auskleidung heraus wird ununterbrochen, z. B. mittels eines Strömungsmessers FM überwacht, der die Entladung innerhalb der Auskleidung 10 an ihrem oberen Ende misst (2). Die Daten über die Aufstiegrate, die Länge der Auskleidung 10 (von den Messinstrumenten M, die mit der Rolle 15 verbunden sind) und die Entladung innerhalb der Auskleidung (vom Messinstrument FM) werden auf einem konventionellen „High-Speed"-Laptop notiert, während die Auskleidung installiert oder entfernt wird. Die Datenverdichtung wird digital am Computer durchgeführt, während die Daten gesammelt werden. Wenn die Auskleidung 10 die Oberseite der Bohrung 25 erreicht, kann die Aufzeichnung des Durchlässigkeitsprofils gedruckt werden.
Zur Installation bei einem tief liegenden Grundwasserspiegel wird das hängende Gewicht der Auskleidung 10, besonders für Segmente der Auskleidung, die in der Ärationszone (27 im 1), frei hängen und jede zusätzliche zurückhaltende Spannung auch durch Messinstrumente M gemessen und notiert, um das korrekte Durchlässigkeitsprofil zu errechnen. In Bereichen mit sehr tief liegenden Grundwasserspiegel 28 haben, kann es wünschenswert sein, Luft in die Auskleidung 10 zu blasen, um sie gegen die Wände des Bohrlochs 25 zu drücken, um dadurch die Friktion der umgekehrten Auskleidung gegen die Auskleidung, die gegen die Bohrlochwand gedrückt wird (die umgestülpte Auskleidung) zu reduziert
Die tatsächlichen Resultate werden als Änderungen in der Übertragbarkeit der Bohrungswand 25 gemessen, die mit dem Abfall oder dem Aufstieg der Auskleidung 10 korrelieren. Mittels der gemessenen Länge der Schrittgröße der Bohrung wird die effektive Durchlässigkeit errechnet. Diese kann mit einer wirkungsvollen Bruchöffnung zusammenhängen, wenn die Anzahl der Brüche bekannt ist.
Die in Bezug auf eine absteigende Auskleidung oben beschriebene Methode entspricht der üblichen Anwendung. Die Technik der steigenden Auskleidung bringt die zusätzliche Notwendigkeit mit sich, die Spannung auf der Auskleidung über der Bohrung zu messen. Das Verfahren der steigenden Auskleidung ist am nützlichsten für Auskleidungen, die unterhalb der Oberfläche installiert und mit Wasser gefüllt sind, wie dies im früheren US-Patent Nr. 6.298.920 beschrieben wurde. Diese Installation benutzt einen Druckstange (auch steife Verrohrung genannt). Sobald die Stange entfernt wird, wird die Auskleidung mit Wasser bis zur Oberfläche gefüllt. Ein Schlauch verbindet sich mit dem unteren Ende der Auskleidung mit dem Ziel, die Auskleidung von der Bohrung umzukehren. Wenn der Schlauch aus der Bohrung zurückgenommen wird, wird die invertierte Auskleidung, die an dem Schlauch angeschlossen ist, auch zurückgezogen. Das gleiche Verfahren und die Datenverdichtung gelten für die steigende Auskleidung. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass eine stetige geöffnete Bohrung nicht erforderlich ist. Die innerlich unter Druck gesetzte Auskleidung ist normalerweise ausreichend, um eine anderweitig instabile im nicht kompakten Sedimente zu stabilisieren. Da die mittels Druckstange gelagerte Auskleidung einem anderen Zweck dient, fügt das durchgeführte und gemessene Abbauverfahren, wie beschreiben, der Auskleidungsinstallation einen zusätzlichen Nutzen hinzu.
Bei allen Ausführungsformen mit absteigenden Auskleidungen der Erfindung zwingt die Auskleidung das Umgebungsgrundwasser in die umgebende Formation wegen der überschüssigen Druckhöhe [Bohrlochkopf unintell.] in der Auskleidung. Die überschüssige Druckhöhe in der Auskleidung wird im Verhältnis zu der Druckhöhe in der Formation gemessen. Eine Ausgangsannahme in dieser Erfindung ist, dass die Druckhöhe in einer unterhalb der Oberfläche befindlichen Formation konstant ist. Wenn das Druckhöhenprofil in der Formation bekannt wird, kann die Annahme von einer konstanten Druckhöhe in der Formation mit der tatsächlichen Druckhöhe korrigiert werden. Jedoch übersteigt der treibende Druck in der Auskleidung (überschüssige Druckhöhe) normalerweise der natürlichen Druckhöhe in der Formation.
Eine andere Annahme zur Erfindung ist, dass der Wasserfluss aus der Bohrung unter der Auskleidung radial ist, im Wesentlichen horizontal und eindimensional. Dieser Näherungswert ist zum Nutzen der Erfindung nicht besonders bedeutend. Während die Auskleidung absteigt, versiegelt sie schrittweise Strömungsbahnen aus der Bohrung mit einem daraus resultierenden Verlust des Auskleidungsabfalls. Es wird angenommen, dass der Fluss aus der Bohrung beständig ist. Da sich das Gefälle nahe der der Bohrungswand, die die Strömung beherrscht, relativ schnell entwickelt, ist dies keine bedeutende Begrenzungsannahme. In der Praxis ist der Auskleidungsabfall mit sehr wenigen Haltepunkten relativ ununterbrochen.
Eine dritte legitime Annahme ist, dass die Fliessrate aus der Bohrung heraus der Abfallgeschwindigkeit der Auskleidung entspricht, was mit dem Querschnitt der Bohrung multipliziert wird. Der Bohrungsquerschnitt kann nicht konstant sein, der Effekt der Querschnittveränderungen mit zunehmender Tiefe kann bei der Analyse in Betracht gezogen werden.
Schließlich wird es angenommen, dass die Auskleidung entweder mit sehr wenig Reibungswiderstand umstülpt, oder der Umkehrungswiderstand durch eine kleine Anpassung des treibenden Drucks behoben wird. Da die Auskleidungen sehr gut geprüft worden sind, ist die Korrektur klein und zuverlässig. Andere Formen der Friktion, Widerstand, Auftrieb, etc. werden nachfolgend in Betracht gezogen.
Ein Modell zur Durchführung von Datenverdichtung nach der hier beschriebenen Erfindung wird im 4 gezeigt, das die Geometrie der Berechnungen bildlich darstellt, die in der Erfindung verwendet werden. Z ist der Abstand hinab im Bohrloch. Der Auskleidungsabfall kann mit einem perfekt passenden Kolben verglichen werden. Die Radialströmung (Qr) aus der Bohrung heraus entspricht ungefähr einem eindimensionalen Strömungsfeld nach Darcys Gesetz: Qr = Ar Vr = 2π r H K/μ dp/dr
Wobei Ar der radiale Strömungsbereich ist, der durch die Geschwindigkeit Vr durchquert wird. H ist die Höhe des Strömungsbereichs; K ist die durchschnittliche Durchlässigkeit; μ ist die Viskosität des Wassers; dP/dr ist der Druckgradient.
Wenn man die Variablen trennt und sie miteinander integriert, ist das Resultat, wie folgt: ln(ro/ra) = 2π H K(Pa – Po)/(μQr)wobei r_o der Bohrradius und r_a die Reichweite zum Umgebungsdrucks Pa ist. Po ist der Druck in der Bohrung. Po > Pa. Qr ist die radiale, horizontale Strömung von der Bohrung heraus. Der Fluss aus der Bohrung heraus sollte der Rate entsprechen, mit der das Wasser durch die Auskleidung abwärts gedrängt wird. Das heißt, Qr = Qz, wobei Qz die vertikale Strömungsrate ist. Die vertikale Verdrängung durch die Auskleidung ist: Qz = Az v_z; wobei (Az) der Querschnitt der Bohrung und v_z die Auskleidungsabfallrate ist. Indem man die Auskleidungsabfallrate misst, wird v_z bekannt. Ein Tasterlog liefert Az = πr_o2 als Funktion der Bohrungstiefe. Ein sehr nützliches Resultat kann erreicht werden, indem man annimmt, dass r_o konstant ist.
Es ist bemerkenswert, dass es keinen Grund gibt, den Auskleidungsabfall anders als eine monotone abnehmende Geschwindigkeit zu erwarten. Deshalb: Qr = Qz = 2π H K(Pa – Po)/(μln(ro/ra)
Lösungen für K bieten eine effektive Durchlässigkeit der ganzen Bohrung unterhalb der Auskleidung. Dies ist ein nützliches Resultat, aber nicht ein Profil der Bohrung.
Ein zentraler Aspekt der erfinderischen Technik zur Bestimmung der Durchlässigkeit liegt in der Annahme, dass die Auskleidung Strömungsbahnen beim Absteigen bedeckt, was in einer Veränderung von Qz resultiert, was durch v_z dargestellt wird oder Qz(zj) – Qz(zj + 1) = δQzj = vziAzj = δQr(zj to zj + 1) = –2π δzjKzi(Po – Pa)/(μln(ro/ra)
Kzi ist die Permeabilität des Intervalls δz_i = z_i + ₁ – z_i,
die durch die Auskleidung während des Zeitintervalls bedeckt wird δt_i = t_i + ₁ – t_i.
Lösungen für die Permeabilität des Intervalls, K_zi = δv_ziA_zi μln(r_o/r_a)/(–2π δz_i(Po – Pa)).
Der wichtiger Parameter δv_zi/δz_i, wird von den notierten Daten festgestellt. Das tiefgestellte „i" wird wegen der getrennten Ansammlung der Zeit und des Abstandes der Daten eingeführt. Die Aufrundung der Daten und das korrekte Zentrieren der Variablen ist ein Teil der Datenverdichtung, die durch ein Computerprogramm erfolgt, was für diesen Zweck geschrieben wurde, was eine für Programmierer bekannte Aufgabe darstellt.
Ein anderer Faktor in der tatsächlichen Messung einer absteigenden Auskleidung ist die Tatsache, dass die Spannung auf der Auskleidung 10 I nicht Null ist. Die Spannung muss ausreichend sein, um die Auskleidung über dem Wasserniveau in der Auskleidung zu stützen (34 im 1). Jede überschüssige Spannung verringert den treibenden Druck der überflüssigen Druckhöhe.
Vornehmlich entwickelt sich die Installation einer umstülpenden Auskleidung schneller in Unterbodenregimen mit höherer Übertragbarkeit. In Formationen mit niedriger Übertragbarkeit geht die Installation notwendigerweise langsam vorwärts, weil die Erfindung eine Methode zur direkten Messung der Übertragbarkeit liefert. Wenn der Geschwindigkeitsabfall bis Null geht, bevor die Gesamttiefe erreicht wurde, dann kann eine benahe völlige Undurchlässigkeit der Formationen unterhalb des Nullgeschwindigkeitsniveaus abgeleitet werden.
Es wird einem Fachmann offensichtlich, dass das Messverfahren der Erfindung eher mit der Technik der ansteigenden als der absteigenden Auskleidung durchgeführt werden sollte. Die Grundregeln und die mathematischen Gleichungen sind im Allgemeinen dieselben; sie werden einfach angewandt, während die Auskleidung 10 aus der Bohrung 10 herausgezogen anstatt darin installiert wird. Ein Übertragbarkeitsprofil kann mit dem System im 2 erzeugt werden, wo die angetriebene Bandspule benutzt wird, um die Auskleidung 10 vom Bohrloch zu ziehen, wobei die Spannung, welche die Auskleidung auf der Rolle 15 anwendet, überwacht wird. In dieser alternativen Anwendung der Erfindung wird die Spannung in der steigenden Auskleidung über dem Umstülpungspunkt EP zur Hauptantriebskraft. Es ist folglich wichtig, die Messausrüstung M zu benutzen, die an der Rolle 15 befestigt ist, um die Spannung in der Auskleidung ununterbrochen zu messen, wenn die Auskleidung hochgezogen und um die rückangetriebene Bandspule gewunden wird. Die überschüssige Druckhöhe (Unterschied bezüglich der Druckhöhe der Flüssigkeit 30 und das stehende Grundwasser muss auch gründlich überwacht und geloggt werden. Indem man die Spannung gegenüber der steigenden Geschwindigkeit der Auskleidung misst, kann das Durchlässigkeitsprofil während der Zurücknahme der Auskleidung festgestellt werden, wenn Grundwasser in das Bohrloch 25 (im Gegensatz zu heraus) unter die umstülpende Auskleidung 10 fließt, wie es durch die gewundenen Richtungspfeile im 2 angezeigt wird.
12a und 12b sind qualitative Diagramme, die hypothetische Aufzeichnungen der steigenden Geschwindigkeit der Auskleidung gegenüber der Bohrungstiefe bei der Messung einer „aufsteigenden Auskleidung" zeigen. 12a ist analog zu 13a und zeigt an, wie ein durch eine Auskleidung erzeugtes Diagramm aussehen kann, was durch eine gleichmäßig durchdringbares Medium aufsteigt. 12b ist analog zu 3b und zeigt eine hypothetische Auszeichnung eines Diagramms, was durch eine Auskleidung erzeugt wird, die durch einige Schichten mit unterschiedlicher Übertragbarkeit aufsteigt. In 3a und 3b weisen die plötzlichen und steilen Segmente der Aufzeichnung auf durchlässigen Zonen oder Brüche hin, während flache Steigungen auf festere Formationen hinweisen.
Bezugnehmend auf 13 kann der Gebrauch eines Umstülpungspunktes einer steigenden Auskleidung zur Messung der Übertragbarkeit während der Auskleidungszurücknahme durch einen Sekundärschlauch 40 erleichtert werden, der parallel zur Hauptauskleidung 10 installiert wird. Der Sekundärschlauch 40 wird ursprünglich vor oder zusammen mit der Auskleidung 10 installiert, aber er wird nicht aufgeblasen; wenn die Auskleidung 10 in Richtung auf die Oberfläche für Deinstallation gedreht wird, wird der Sekundärschlauch 40 mit jeder verwendbaren unter Druck gesetzten Flüssigkeit aufgeblasen und drückt die Auskleidung 10 beiseite, wie es im 13 veranschaulicht wird. Wenn die Auskleidung 10 beiseite verschoben wird, werden Strömungsbahnen 41 geöffnet, um Wasser während der Auskleidungszurücknahme hinein fließen zu lassen.
Es sei angemerkt, dass der Sekundärschlauch 40 während des Abstiegs der Hauptauskleidung 10 und im Laufe einer Messung platziert, aber nicht aufgeblasen werden kann. Der Sekundärschlauch 40 wird während der Entfernung (Aufstiegs) aufgeblasen, (nur um den Aufstieg der Hauptauskleidung zu beschleunigen), wenn keine Messung durchgeführt wird. Auf diese Weise wird der praktische Nutzen der schnellen Deinstallation des Apparates bereitgestellt.
Ein kleiner Sekundärschlauch 40 oder Auskleidung können für die Technik der absteigenden Auskleidung auch nützlich sein. Die absteigende Auskleidung benutzt eine zusätzliche Vorrichtung, um die Zurücknahme der Auskleidung zu unterstützen, nachdem die Messung durchgeführt wurde. In einer Formation mit relativ niedriger Durchlässigkeit kann die Auskleidungsinstallation einige Stunden oder mehr erfordern, um zum Boden der Bohrung abzusteigen. Die Entfernung der Auskleidung wird durchgeführt, indem man die invertierte Auskleidung oder eine Schnur am geschlossenen Ende der Auskleidung hochzieht. Der Zustrom in die Bohrung kann sehr langsam sein und die Entfernung der Auskleidung erfordert folglich den denselben Zeitraum, der zur Installation erforderlich ist. Um die Entfernungszeit erheblich zu verringern, kann und eine leere, flache Auskleidung (13) mit geringem Durchmesser vor der Auskleidungsinstallation in die Bohrung gesenkt werden. Die kleine Auskleidung kann (aber nicht notwendigerweise) an dem unteren Ende geschlossen und am oberen Ende geöffnet sein. Die Auskleidungsinstallation und die Übertragbarkeitsmessung werden durch die flache, gefaltete und kleine Auskleidung nicht beeinflusst. Die aufgeblähte Auskleidung versiegelt die flache und kleine Auskleidung gut.
Vor dem Abbau der großen Auskleidung durch Inversion wird die kleine Auskleidung mit Wasser gefüllt, um sie zu einem fast kreisförmigen Querschnitt zu dehnen (13). Diese öffnet einen zwischenräumlichen Raum 41 zwischen der Auskleidung 21, der Bohrungswand 25 und der kleinen Auskleidung 40. Durch die Bildung von Zwischenräumen entsteht ein Leitungspfad zu den Strömungsbahnen in der Formation hoch über dem Umstülpungspunkt. Dadurch kann das Wasser aus der Formation in die Bohrung zwischen der steigenden Auskleidung schneller fließen. Auf diese Weise kann die Auskleidung aus der Bohrung viel schneller angehoben werden, als wenn es keinen Anschluss zu den Strömungsbahnen über dem Umstülpungspunkt gäbe. Die kleine Auskleidung ist nicht notwendig, um die Messung durchzuführen, was die Substanz dieser Erfindung darstellt, aber sie erlaubt, dass die Messung in einer angemessenen Zeitspanne durchgeführt wird.
Die Erfindung kann auch zur Auswertung des Strömungsfeldes im Medium zwischen dem Bohrloch 25 und allen nebenan liegenden Überwachungsbrunnen verwendet werden. Während das Durchlässigkeitsprofil gemäß der hier beschriebenen Erfindung durchgeführt wird, produziert die Installation einer absteigenden Auskleidung eine Quelle für Leitungsdruck mit abnehmender Länge im Bohrloch 25. Die Überwachung des Effektes der Grenzbedingungen der Leitung in den nebenan liegenden Überwachungsbrunnen kann Einblick in das Strömungsfeld zwischen der Bohrung 25 mit der absteigenden Auskleidung 10 und in der Nähe befindlichen Überwachungsbohrungen bieten. Die Position der Auskleidung 10 und der treibenden Druckhöhe in der Auskleidung werden als eine Funktion der Zeit gemessen. Die Auskleidung 10 kann in diesem Fall so schnell gefahren werden, wie es mit einer Schwerkraftwasserversorgung erforderlich ist, und die abnehmende Leitungsquelle gibt eine speziellere Resolution als ein gepumptes Bohrloch.
Es besteht keine Gefahr für eine Überbrückung der Auskleidung, die eine unechte „Quelle" ergibt. Die Auskleidung 10 kann bei einer gemessenen Druckhöhe eingelassen werden und mit einer gemessenen Druckhöhe und gemessenen Spannung (was einer gemessenen Absenkung entspricht) entfernt werden.
Damit wird eine Alternative dazu geboten, einfach in eine einzelne Bohrung zu pumpen, um damit eine Grenzbedingung zu entwickeln, oder Extraktionen von Packerintervallen durchzuführen um die Strömungsfelder zu den Überwachungsbrunnen zu testen. Moderne Modelliertechniken können die abnehmende Leitungsquelle reproduzieren, um die Daten, die man in den Überwachungsbrunnen erhalten hat, und die implizierten Strömungsfelder in dem Gebiet, was von der absteigenden (oder aufsteigenden) Auskleidung 10 beeinflusst wird, zu berechnen.
Industrielle Anwendbarkeit:
Die Erfindung wird durch das folgende nicht eingrenzende Beispiel veranschaulicht.
Ein System, das die Durchlässigkeit im Allgemeinen in Übereinstimmung mit der vorangehenden Bekanntmachung misst, wurde angewendet und geprüft. Die ersten Daten, die gesammelt wurden, enthielten die Beobachtung, dass die Abfallrate der einfachen Auskleidungsinstallationen für unterschiedliche Bohrungen in hohem Grade variabel ausfiel und sich manchmal unerwartet änderte. Die Geschwindigkeit der Bandmarkierungen auf der Auskleidung gab die Fliessrate in die Formation an. Als der Bewerber „lineare Winden" zur Auskleidungsentfernung errichtete, waren diese Winden so ausgestattet, um die Spannung der Auskleidung und die Tiefe mit der Zeit zu messen. Dann wurde eine digitale Auszeichnung hinzugefügt, um die Daten zu sammeln. Mit Rohren mit Glasdüsen wurden benutzt, um das Wasserniveau innerhalb der Auskleidung zu überwachen, um die überschüssige Druckhöhe in der Auskleidung festzustellen.
Ein früher experimenteller Test der Methode wurde in Cambridge, Ontario durch die Universität von Waterloo durchgeführt. Eine lineare Winde wurde an einen Laptop-Computer angeschlossen, um die Parameter in der Gleichung zu messen. Die nicht gemessenen Parameter waren der Bohrungsdurchmesser und der Bereich von der Bohrung zu einem bekannten Druck (PA zu r_a). (Wenn PA als der Umgebungsdruck definiert und r_a geschätzt (angenommen) wird, ist die Störung in ln(r_o/r_a) im Verhältnis zu dem viel größeren Durchlässigkeitsbereich der Formation nicht bedeutend.)
Ein Vorteil der durch die Universität der Waterloo durchgeführten Installation war, dass ein kompletter Packersatztest in dem 101 m tiefen Bohrloch mit einem Durchmesser von 0.152 m durchgeführt worden war. Der Vergleich der erfinderischen Profilkorrektureinrichtung mit den Waterloo-Daten wird weiter unten gezeigt. Die Packerprüfung nahm 4 Tage in Anspruch. Die Messung durch die erfinderische Methode erforderte ungefähr 1,5 Stunden einschließlich der Aufstellung.
Das Geschwindigkeitsprofil, das vom Ende der Verrohrung bis zum Ende des Bohrlochs gemessen wurde, wird im 5 als eine Aufzeichnung der Geschwindigkeit (ft/sec/psi) gegenüber der Tiefe (m) dargestellt. Die Rohdaten liefern das zackige Geschwindigkeitsprofil (dunklere Aufzeichnung in 5). Die gelegentlichen Absenkungen zu Null oder beinahe Null der Geschwindigkeit begründen sich durch Betriebspausen bei der Installation. Die können ignoriert werden, sie beeinflussen aber die abgeglättete Geschwindigkeitskurve. Die normalisierte Kurve (die hellere Kurve, die über einem Intervall von 40 Sekunden geglättet wurde) wird oben auf der rohen Datenverdichtung gezeigt. Wie später hier erklärt wird, veranlasste die Erweiterung der Auskleidung in eine beiläufige Vergrößerung der Bohrung die Verlangsamung der Auskleidungsabfallrate wegen des erhöhten Querschnitts der Bohrung. Dieses hing offensichtlich nicht mit einer aus einem Bruch heraus fließenden Strömung zusammen. Als der Bohrungsdurchmesser zu seinem normalen Durchmesser an einer niedrigeren Erhöhung zurückging, erhöhte sich die Auskleidungsgeschwindigkeit wieder. Um diesen Effekt zu überwinden, wurde eine monoton abnehmende Kurve für die Geschwindigkeitsdaten angepasst, um Informationen über die Senkpunkte in der Geschwindigkeitskurve zu extrapolieren.
Die monotone Kurve wird als eine getrennte hellfarbige Kurve im 6 zusammen mit der geglätteten Kurve vom 5 gezeigt. Diese monotone Kurve wird benutzt, um die Übertragbarkeit der Bohrung in den entsprechenden Regionen zu verteilen. Wenn die monotone Geschwindigkeitskurve zum Maximalwert (der Ausgangsgeschwindigkeitswert) normalisiert wird (wie im 6), stellt die Kurve eine Aufzeichnung des Bruches der Strömung, die in der Bohrung unter der Auskleidung als Funktion der Auskleidungstiefe verbleibt. Die scharfen Abfälle sind ein Beweis für den Verlust der Strömung, wenn die Auskleidung absteigt und die Strömungsbahnen bedeckt.
7 stellt die Log-Aufzeichnung des Durchlässigkeitsprofils das, was durch eine Reihe von Verpackertests gemessen wurde. Durchlässigkeit (K) in cm/sek. wird für Packertests auf der vertikalen Achse gegenüber Tiefe unterhalb der Oberfläche (Meter) auf der horizontalen Achse aufgezeichnet. Die Mono-Durchlässigkeit, die von den durch die Erfindung durchgeführten Messungen abgeleitet wird, wird auf dem gleichen Diagramm aufgezeichnet. Einige der hohen Verpackerwerte stellen niedrigere Durchlässigkeitszonen dar, wie sie von der Erfindung gemessen wurden. Dieses kann durch Auslaufen am Packer begründet sein.
8 ist eine Log-Aufzeichnung der Packerdaten mit Tiefe in Meter. Es ist bemerkenswert, dass die Packertests den Durchschnitt der offensichtlichen Strömung über den Messintervall des Packers darstellen. Das ist nicht durchaus dasselbe wie die Messung der Auskleidungsgeschwindigkeit. Dennoch treten die großen Strömungsbahnen offenbar in den gleichen Teilen der Bohrung auf.
Hier sei angemerkt, dass der Vergleich der Erfindung mit Verpackertests keinen Test des Modells darstellt, außer dass es eine Korrelation der hohen und niedrigen Strömungszonen geben sollte. Packerisolation eines Segments des Bohrlochs hängt von der Verpackerdichtung zur Bohrungswand und dem Anschluss zwischen dem isolierten Intervall durch das Medium (z. B., Brüche) zur Bohrung unterhalb (über oder) oder oberhalb des Packer-Paares ab.
Allgemein installierte Verpacker weisen immer mehr oder weniger einen Auslauf auf. In Zonen mit vielen Brüchen sickert am Verpackerpaar vermutlich sehr viel durch. In den festen Abschnitten, in denen die Bohrungswand wahrscheinlich glatt ist und die Fließwege hinter dem Verpacker wahrscheinlich weniger auftreten, ist die Menge des Durchsickerns vermutlich klein, obwohl es einen großen Bestandteil der Strömung in das Medium darstellen kann. Das Resultat ist, dass eine komplette Reihe von Packertests (d. h. das ganze Bohrloch wird gemessen) eine Gesamtströmung voraussagt, die größer ist als die bei einem Durchlässigkeitstest des Bohrlochs in das Medium einströmende oder herausströmende. Das Integral des Packertests stellt eine Obergrenze der Strömungskapazität der gesamten Bohrung dar. Packertests werden häufig mit Druckmessungen über und unter den Packer zur Identifizierung des Durchsickerns durchgeführt.
In der Erfindung gibt es jedoch zwei eindeutige Segmente oder Teile des Bohrlochs 25: den Versiegelten Abschnitt über dem Umstülpungspunkt EP und die unversiegelte Bohrung unterhalb des Umstülpungspunktes. Wenn die Auskleidung 10 absteigt, versiegelt sie nicht eine extrem raue Bohrungswand oder einen Ausbruch, der im Durchmesser größer ist als die Auskleidung 10. In solch einem Fall gibt es Aufwärtsfluss zu den horizontalen Strömungsbahnen über dem Umstülpungspunkt EP. Wenn der Umstülpungspunkt EP einen Abschnitt der Bohrung erreicht, der versiegelt werden kann, wird das Durchsickern zwischen dem unversiegelten und dem versiegelten Teil der Bohrung 25 gestoppt.
In der Situation, die gerade beschrieben worden ist, ist das Integral der Strömung von der Bohrung 25 aus korrekt. Der Fehler, der durch eine unvollständige Dichtung der Bohrung 25 eingeführt wird, besteht darin, dass die Bohrungsdurchlässigkeit des unversiegelten Teils der Bohrung (wenn es irgendeine Durchlässigkeit dort gibt) in die Zone über das versiegelte Segment der Bohrung gedrückt wird. Man bezieht sich auf 9, das eine Reihenfolge von Auskleidungspositionen zeigt, während die Auskleidung 10 durch einen „Ausbruch" im Bohrloch oder andere Bohrungsvergrößerung 39 absteigt. An der Position A1 stimmt der Auskleidungsdurchmesser mit dem nominalen Durchmesser des Bohrlochs 25 überein. An der Position A2 weitet sich die Auskleidung zu einer Vergrößerung aus. An der Position A3 ist die Auskleidung an seiner maximalen Größe, die kleiner als der Ausbruchdurchmesser ist. An der Position A4 versiegelt die Auskleidung wieder die Bohrung mit einem kleineren als dem maximalen Auskleidungsdurchmesser. Schließlich stimmt die Auskleidung 10 in Position A5 mit dem nominalen Durchmesser des Bohrlochs 25 überein.
Zwischen den Positionen A2 und A4 versiegelt die Auskleidung 10 die Bohrung 25 nicht und eine Strömung erfolgt weiter aus dem Ausbruch 39 heraus. Für dieses kurze Intervall wird die Annahme, dass die Strömung nur aus der Bohrung unterhalb des Umstülpungspunktes der Auskleidung auftritt, verworfen. In diesem Intervall ändert sich die Geschwindigkeit nicht gegenüber der Tiefe. Am Punkt A4 wird die Strömung in den Ausbruch 39 gestoppt und die Auskleidungsgeschwindigkeit kann plötzlich abfallen. Wenn es keine Strömung aus dem Ausbruch 39 gibt, gibt es keinen Abfall der Auskleidungsgeschwindigkeit am Punkt A4.
Bin anderer Effekt des Bohrungsdurchmessers, der mit zunehmender Tiefe nicht konstant ist, wird hier besprochen. Der nicht gleichförmige Durchmesser der Bohrung 25 verursacht eine Abnahme der Auskleidungsabfallrate, während sich die Auskleidung 10 in den größeren Durchmesser weitet (z. B., A2–A4 in 9). Ein derartiger Fall könnte irrtümlich als durchlässiges Intervall gedeutet werden, der durch die Auskleidung bedeckt wurde. Wenn die Bohrung (A5) sich verengt, erhöht sich die Auskleidungsgeschwindigkeit (ein Widerspruch der Erwartung einer monoton abnehmenden Geschwindigkeit, wenn Strömungsbahnen bedeckt werden). Der Grund für die Geschwindigkeitsänderung ist, dass v_z = Qr/Az. If Qr, die radiale Strömung aus der Bohrung heraus konstant ist; ist v_z umgekehrt proportional zu Az = πr_o ². Eine kleine Änderung in r_o kann die Geschwindigkeit erheblich ändern (z. B. entspricht eine Radiuszunahme von 10% einer 20% Änderung von Bereich und Geschwindigkeit). Wenn ein Messaufzeichnungsgerät vorhanden ist, kann der korrekte Durchmesser im Modell benutzt werden.
Eine derartige Veränderung von v_z kann entgegnet werden, indem man temporäres Abfallen der Geschwindigkeit gegenüber der Kurve der Bohrungstiefe ignoriert. Der Effekt des Modells besteht darin, jede reale Strömungsbahndurchlässigkeit in den unteren Teil des vergrößerten Abstands zu komprimieren (9 – A4), weil die Abfallgeschwindigkeit wegen irgendeines Verlustes in den Ausbruch 39 dort abfällt.
Diese zwei möglichen Störungen des Durchlässigkeitsprofils, das durch den Daten abgeleitet wird, verursachen, dass die Durchlässigkeit in kleinen Regionen stärker ist als der tatsächliche Wert, aber der gesamte Bruch oder die durchlässige Bettflusskapazität wird eingehalten. Deswegen können der Apparat und die Methode gemäß der Erfindung erhöhte Resultate für vergrößerte Regionen produzieren, die von den gewöhnlichen Packer besser gemessen werden können, wenn die Packer lokalisiert werden, so dass eine durchlässige Ausbruchzone ausgebreitet werden kann, die durch undurchlässige Zonen an den Verpackerpositionen begrenzt wird.
Die Fähigkeit, das Durchsickern in der Bohrung über oder unter dem Packer zu messen, hängt von der Übertragbarkeit der Bohrung oberhalb oder unterhalb und von dem Druck, der zwischen den Packer entwickelt wird, ab. Jedoch scheint die Verallgemeinerung, dass die Verpacker nur eine obere Grenze zur Realität produzieren, gültig zu sein. Auch die Verallgemeinerung, dass eine absteigende Auskleidung relativ richtig die Übertragbarkeit der Bohrung unter der Auskleidung misst, scheint gültig zu sein.
Ein möglicherweise besserer Test der Erfindung, der aber nicht durchgeführt wurde, würden ein vertikales niedriges Messinstrumentdiagramm einer schwer gepumpten Bohrung sein. In solch einem Test muss die Bohrung jedoch mit einem abgehobenen Betrag gepumpt werden, der den natürlichen Bohrlochkopf an jedem möglichem Platz in der Bohrung taucht.
Das Erlebnis hat gezeigt, dass je höher der die Auskleidung treibende Brunnenkopf, desto besser die Datenqualität, weil die kleinen Störungen nicht eine relativ hohe Geschwindigkeit der Installation beeinflussen. Was für sehr durchlässige Bohrungen erfordert ist, ist jedoch eine relativ große Fliessrate, damit die Wasserhinzufügung einen erheblichen Bohrlochkopf beibehält.
Die Fähigkeit, Verpackerdurchsickern in der Bohrung über oder unter dem Verpacker zu messen, hängt von der Übertragbarkeit der Bohrung oben oder unten und vom Druck, der zwischen den Verpackern entwickelt wird, ab. Jedoch scheint die Verallgemeinerung, dass die Verpacker nur eine obere Grenze auf die Realität produzieren, gültig zu sein. Auch die Verallgemeinerung, dass eine absteigende Auskleidung relativ richtig die Übertragbarkeit der Bohrung unter der Auskleidung misst, sieht gültig aus.
Ein möglicherweise besserer Test der Erfindung, der aber nicht durchgeführt worden ist, würde ein vertikales Strömungsmessdiagramm eine stark gepumpte Bohrung darstellen. Jedoch muss in einem derartigen Test die Bohrung mit einem Zug nach unten gepumpt werden, der eine natürliche Druckhöhe an jedem möglichem Ort in der Bohrung entgegnet.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass je höher die Druckhöhe ist, die die Auskleidung antreibt, desto besser die Datenqualität ist, weil die kleinen Störungen eine relativ hohe Geschwindigkeit der Installation nicht beeinflussen. Für jedoch eine sehr durchlässige Bohrungen ist eine hohe Strömungsrate erforderlich, damit die Wasserhinzufügung einen erheblichen Bohrlochkopf beibehält. Für sehr durchlässige Bohrungen benötigt man jedoch eine relativ große Fliessrate, damit eine erhebliche Druckhöhe beibehalten wird.
Für Bohrungen mit relativ niedriger Durchlässigkeit kann die Wasserhinzufügung relativ langsam erfolgen, aber die Schwierigkeit besteht darin, dass die Auskleidungsabfallrate so langsam sein kann, dass die gesamte Durchquerung nicht in einem angemessenen Zeitraum (z. B., einige Stunden pro Tag) durchgeführt werden kann. Da sich der lineare Abfall immer verlangsamt, kann eine Messung nur im oberen Teil der Bohrung praktisch sei, in der die Geschwindigkeit des Abfalls größer ist. 10 zeigt ein Profit in einer Bohrung mit der höchsten Durchlässigkeit zwischen 13,2 m vom Ende des Oberflächenrohrs und 20,8 m. In dieser Tiefe waren 92% der wirkungsvollen Strömungsbahnen erfolgt. Die Installation wurde bei 38,3 m in einer 62,7 m tiefen Bohrung beendet, weil die Abfallrate sehr langsam war.
Demgegenüber zeigt ein anderes Profil, das im 11 gezeigt wird, dass ungefähr 35% der Bohrungsströmung in einer nahe gelegenen Bohrung aus einem nur einem Meter über dem Ende der Bohrung gelegenen Bruchpaar erfolgte. Diese Installation ging leicht zum bei 61,05 m liegenden Ende.
Dementsprechend bietet die Installation einer unbelegten Auskleidung zum Versiegeln der Bohrung die Fähigkeit an, das Durchlässigkeitsprofils des Unterbodensystems bestimmen zu können. Die Messung der Abfallrate der Auskleidung kann nützliche Informationen über die Verteilung und die Kapazität der Strömungsbahnen aus dem Bohrloch heraus zur Verfügung stellen. Effekte der Änderungen des Bohrlochdurchmessers und der Brüche in der Formation haben viel weniger Wirkung auf die Auskleidungsmessung, als auf die Messungen, die mittels Packertests durchgeführt wurden.
Vorteilhaft bietet die Erfindung eine relativ direkte Messung der Verteilung der Strömungsbahnen im Bohrloch an. Herkömmliche geophysikalische Messungen sind sehr indirekte Messungen der möglichen Strömungsbahnen eines Bohrlochs (obgleich Strömungsmesser- und Temperaturmaße Ausnahmen bei dieser Verallgemeinerung ausgeschlossen sind).
Die erfinderische Methode erzeugt konservative Resultate; sie schließt immer Durchsickern um die Auskleidung aus, die durch die Bohrlochunregelmäßigkeiten verursacht werden, sobald der Umstülpungspunkt den nachfolgenden unbeeinträchtigten Teil (des nominalen Durchmessers) der Bohrung erreicht.
Die vorhergehenden Beispiele können mit ähnlichem Erfolg wiederholt werden, indem man die generischen oder spezifisch beschriebenen Reaktionsmittel bzw. die Betriebsbedingung dieser Erfindung mit denen, in den vorhergehenden Beispielen verwendeten, ersetzt.
Es ist auch sofort offensichtlich, dass die Erfindung in verschiedenen Arten von Leitungen außer den vertikalen Bohrlöchern angewandt werden kann. Z. B. kann die erfinderische Technik eingesetzt werden, um Lecks zu prüfen in herkömmlichen Rohren zu lokalisieren. Die Methode kann in nichtvertikalen Bohrungen verwendet werden. Die Auskleidung kann durch Luft oder andere Flüssigkeit neben Wasser alternativ ausgeführt werden. Bin hydraulischer Ingenieur könnte eine Einschätzung der Hauptprofile durchführen, indem er den Auskleidungsabfall anhält und dann umkehrt.
Obgleich die Erfindung ausführlich mit besonderer Bezugnahme auf diese Ausführungsformen beschrieben worden ist, können andere Ausführungsformen die gleichen Resultate erzielen. Veränderungen und Änderungen der hiermit beschriebenen Erfindung stehen Fachleuten zur Verfügung und alle diese Änderungen und Äquivalente werden in den angefügten Ansprüchen zusammengefasst.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der hydraulischen Durchlässigkeit eines Materials (27, 29), das eine Leitung oder ein Bohrloch (25) umgibt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – abdichtendes Befestigen eines Endes einer flexiblen Auskleidung (10) an einem nahe liegenden Ende des Bohrlochs (25), – Führen der Auskleidung (10) längs des Bohrlochs (25), während ermöglicht wird, dass die Auskleidung (10) sich an einem Umstülpungspunkt (EP), der sich durch das Bohrloch (25) bewegt, umstülpt, – Messen der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes und – Berechnen der hydraulischen Durchlässigkeit des umgebenden Materials (27, 29) aus der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes (EP).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Führens der Auskleidung (10) umfasst, die Auskleidung (10) das Bohrloch (25) hinab zu treiben, während ermöglicht wird, dass sich die Auskleidung an einem Umstülpungspunkt (EP), der das Bohrloch (25) hinabsteigt, umstülpt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Treiben der Auskleidung (10) umfasst, die Auskleidung mit einem Fluid (30) unter Druck zu setzen.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner den Schritt umfasst, den Pegel (34) des Fluids (30) in der Auskleidung (10) zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritts des Überwachens des Fluidpegels (34) umfasst, ein Druckmessgerät (PM) in dem Fluid (30) innerhalb der Auskleidung (10) zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 3, das die weiteren Schritte umfasst, den Druck innerhalb der Auskleidung (10) zu überwachen und die Auskleidungsspannung zu überwachen, um einen Antriebsdruck zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, das den weiteren Schritt umfasst, den Fluiddruck im Bohrloch (25) unterhalb des Umstülpungsendes der Auskleidung (10) zu messen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Führens der Auskleidung (10) umfasst, die Auskleidung (10) in dem Bohrloch (25) nach oben zurückzuziehen, so dass die Auskleidung das Bohrloch (25) hinaufsteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, das den weiteren Schritt umfasst, eine Spannung auf Grund des Widerstands der aufsteigenden Auskleidung (10) zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 9, das den weiteren Schritt umfasst, den Fluiddruck im Bohrloch (25) unterhalb des Umstülpungsendes der Auskleidung (10) zu messen.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt umfasst, die Durchflussgeschwindigkeit des am ersten Ende der Auskleidung (10) geförderten Fluids (30) zu messen.
Verfahren nach Anspruch 11, das den weiteren Schritt umfasst, aus der überwachten Spannung und der Durchflussgeschwindigkeit des geförderten Fluids (30) eine Gesamt-Fluiddurchflussgeschwindigkeit in das Bohrloch (25) hinein aus dem umgebenden Material (27, 29) aus einem Segment des Bohrlochs (25) am Umstülpungsende der Auskleidung (10) zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Berechnens einer Charakteristik des umgebenden Materials (27, 29) umfasst, durch Bestimmen einer Gesamt-Fluiddurchflussgeschwindigkeit hinaus in das umgebende Material aus einem Segment des Bohrlochs (25) am Umstülpungsende der Auskleidung (10) die Durchlässigkeit zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 13, das den weiteren Schritt umfasst, Veränderungen in der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes (EP) zu überwachen, wobei, wenn die Auskleidung (10) eine Strömungsbahn in dem umgebenden Material (27, 29) abdeckt, die Gesamt-Fluiddurchflussgeschwindigkeit durch die Strömungsmenge in der Strömungsbahn verringert wird, was gleichzeitig eine Veränderung in der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 14, das den weiteren Schritt umfasst, die Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe aufzuzeichnen, um Veränderungen in der Durchlässigkeit, die mit Veränderungen in der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes verbunden sind, zu lokalisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, das die weiteren Schritte umfasst, ein Sekundärrohr (40) längs der Auskleidung (10) in dem Bohrloch (25) zu installieren und dem Bohrloch (25) über das Sekundärrohr (40) ein Fluid zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 3 zum Bestimmen physikalischer Charakteristika der Materialien (27, 29), die ein unterirdisches Bohrloch (25) umgeben, wobei das Bohrloch wenigstens etwas darin stehendes Umgebungswasser (33) hat, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: ununterbrochenes Messen der Abstiegsgeschwindigkeit des Umstülpungspunktes (EP), Bestimmen einer Gesamtdurchflussgeschwindigkeit des Umgebungswassers (33) hinaus in das umgebende Material (27, 29) aus einem Segment des Bohrlochs (25) angrenzend an den Umstülpungspunkt (EP) der Auskleidung (10) und Berechnen einer Charakteristik des umgebenden Materials aus der Gesamtdurchflussgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Berechnens einer Charakteristik des umgebenden Materials (27, 29) umfasst, die Durchlässigkeit des umgebenden Materials zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 17, das den weiteren Schritt umfasst, den Druck in dem Fluid (30) innerhalb der Auskleidung (10) ununterbrochen zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 19, das den weiteren Schritt umfasst, die Durchlässigkeit aus der Gesamtdurchflussgeschwindigkeit hinaus in das umgebende Material (27, 29) zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 20, das den weiteren Schritt umfasst, Veränderungen in der Geschwindigkeit des Um stülpungspunktes (EP) zu überwachen, wobei, wenn die Auskleidung (10) eine Strömungsbahn in dem umgebenden Material (27, 29) abdeckt, die Gesamt-Fluiddurchflussgeschwindigkeit durch die Strömungsmenge in der Strömungsbahn verringert wird, was gleichzeitig eine Veränderung in der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 21, das den weiteren Schritt umfasst, die Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe aufzuzeichnen, um Veränderungen in der Durchlässigkeit, die mit Veränderungen in der Geschwindigkeit des Umstülpungspunktes verbunden sind, zu lokalisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, das die folgenden weiteren Schritte umfasst: ein Sekundärrohr (40) längs der Auskleidung (10) in dem Bohrloch (25) zu installieren, die Auskleidung (10) aus dem Bohrloch (25) zu ziehen und dem Bohrloch (25) unterhalb des Umstülpungsendes der Auskleidung (10) über das Sekundärrohr (40) ein Fluid zuzuführen.