DE69002878T2 - Verfahren zum Packen eines Bohrloches mit Kies. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft die Technik der Fertigstellung unterirdischer Bohrungen und insbesondere ein verbessertes Mittel und Verfahren zum Einbringen eines Filtermediums in einen Bohrlochring und/oder Perforationen, das den Durchtritt von Bohrfluids in das Bohrloch erlaubt, aber den Transport von in der Formation vorhandenen teilchenförmigen Materialien in das Bohrloch beschränkt.
• Die Methode des sogenannten Kiespackens eines Bohrloches ist seit langem eingesetzt worden, um im wesentlichen den Fluß von teilchenförmigen Materialien der Formation in ein Bohrloch zu blockieren, während der freie Fluß von Formationsfluids ermöglicht wird. Bei einer solchen Technik wird ein teilchenförmiges Material zwischen die Bodenformation und einen Punkt im Bohrloch eingespritzt. Der Teilchengrößenbereich der Teilchen wird vorgewählt und die Teilchen werden auf solche Weise eingespritzt, so daß die gepackten Teilchen den Fluß des gewünschten Fluids (der Ausdruck wird verwendet, um Flüssigkeiten und/oder Gase zu beinhalten) zwischen der Formation und dem Bohrloch zu ermöglichen.
• Bei der Durchführung eines typischen Bohrlochpackungsprozesses wird zuerst ein Sieb an eine Stelle im Bohrloch gebracht, die innerhalb der gewünschten Fluid-enthaltenden Formation ist. In fertiggestellten Bohrlöchern ist ein perforiertes Stahlgehäuse üblicherweise zwischen dem Sieb und der Formation vorhanden. Dann wird eine Aufschlämmung von teilchenförmigem Material in einer Trägerflüssigkeit in das Bohrloch gepumpt, um das teilchenförmige Material zwischen das Sieb und das Gehäuse (oder die Formation, wenn kein Gehäuse vorhanden ist) sowie in die Perforationen eines Gehäuses und auch in einen offenen Bereich zu bringen, der sich jenseits des perforierten Gehäuses in die Formation erstrecken kann. Daher ist es in den meisten Fällen das Ziel des Packens das vollständige Füllen des Bereichs zwischen der Siebanordnung und der Formation mit dem teilchenförmigen Material. In manchen Fällen wird dieser offene Bereich mit teilchenförmigem Material gepackt, bevor das Sieb in das Loch gegeben wird. Eine solche Technik wird oft, wie im U.S.-Patent 3,327,783 beschrieben, als Vorpacken bezeichnet.
• Das teilchenförmige Material ist typischerweise Kies mit einer Dichte (Dp) von etwa 2,65 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³). Die Trägerflüssigkeit ist im allgeineinen Wasser mit einer Dichte (Dc) von 1 g/cm³. Der Teilchengrößenbereich des Kieses ist im allgemeinen 20 Mesh (alle Mesh-Größen sind U.S.-Mesh, sofern nichts anderes angegeben ist) bis 40 Mesh (841 Mikrometer bis 420 Mikrometer) oder 40 Mesh bis 60 Mesh (420 Mikrometer bis 250 Mikrometer). Das resultierende Dichteverhältnis von teilchenförmigem Material zu Trägerflüssigkeit (Dp/Dc) ist etwa 2,65/1.
• In vielen Fällen ist der Gesamt-Packungswirkungsgrad (der Prozentanteil des Gesamtvolumens des gesamten Bereichs zwischen dem Sieb und der Formation, der mit Kies gefüllt ist) weniger als 100 %. Dies gilt insbesondere für geneigte Bohrungen und insbesondere für stark geneigte Bohrungen (die von der Vertikale in einem Winkel von mehr als 45º abweichen) und horizontale Bohrungen. Natürlich ist die Wahrscheinlichkeit einer geringen Produktion von Bohrfluids oder geringen Einspritzraten und/oder Sandbewegung aus der Formation in das Bohrloch und den Produktionsstrang umso größer, je geringer die Packungswirksamkeit ist.
• In jüngerer Zeit wurde wie etwa im US-A-4,733,729 vorgeschlagen, daß die Wirkungsgrade von Kiespackungsprozessen durch Verwendung teilchenförmiger Materialien und Trägerflüssigkeiten mit stärker angepaßter Dichte (Dp/Dc annähernd 1/1) verbessert werden kann, insbesondere in geneigten Bohrlöchern. Diese Technik führt zu verbesserten Packungswirkungsgraden für insbesondere die oberen Abschnitte des gepackten Intervalls sowie die oberen Perforierungen in einem stark geneigten oder horizontalen Bohrloch, da die Teilchen im wesentlichen neutral in der Trägerflüssigkeit treiben und daher wirksamer zu den oberen Abschnitten von einem Bohrloch und von Perforationen transportiert werden. Die Kosten dieser spezialisierten Materialien übersteigen jedoch die Kosten von einfachen Sandpackungsmaterialien erheblich.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein billigeres Verfahren zum wirksameren Kiespacken sowohl der unteren als auch der oberen Perforationen und Abschnitte des Bohrlochringes bereit.
• Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum Kiespacken eines Bohrlochs das Einspritzen einer Aufschlämmung von teilchenförmigem Material in einer Trägerflüssigkeit in ein Bohrloch, wobei das teilchenförmige Material mindestens erste Teilchen mit einer ersten Dichte, die geringer als die Dichte der Trägerflüssigkeit ist, und zweite Teilchen mit einer zweiten Dichte, die größer als die Dichte der Trägerflüssigkeit ist, umfaßt. Die Aufschlämmung wird unter Druck gesetzt, so daß die Teilchen in Nachbarschaft der Formation eine gepackte Masse erzeugen, wobei die gepackte Masse den Strom von Fluids durch sie hindurch zwischen der Formation und dem Bohrloch erlaubt, während sie den Durchtritt von teilchenförmigem Material aus der Formation durch sie hindurch und in das Bohrloch im wesentlichen verhindert.
• Weiterhin umfaßt das obige Verfahren erfindungsgemäß das gleichzeitige Einspritzen der ersten und zweiten Teilchen.
• Außerdem umfaßt das obige Verfahren erfindungsgemäß noch die Schritte des sequentiellen Einspritzens der ersten und zweiten Teilchen.
• Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, wodurch der Wirkungsgrad von Kiespackungsprozessen sowohl in oberen als auch unteren Abschnitten des Bohrlochs und von Perforationen gegenüber Verfahren des Standes der Technik stark erhöht wird, während die Kosten solcher bekannten Methoden mit einem im wesentlichen gleichen Wirkungsgrad verringert werden.
• Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum billigen und wirksamen Einbringen einer Kiespackung in das Bohrloch und in Perforationen einer stark geneigten oder horizontalen Bohrung bereitzustellen.
• Die Erfindung wird jetzt in den eingeschränkteren Aspekten einer bevorzugten Ausführungsform davon und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, die einen Teil dieser Beschreibung bildet und in der die einzige Figur eine Modellbohrloch veranschaulicht, worin eine Kiespackung gemäß vorliegender Erfindung eingebracht werden kann.
• Um sich über die Wirkungen von Teilchen mit unterschiedlichen Dichten relativ zum Trägerfluid in einem Bohrloch klar zu werden, wurde ein transparentes Kunststofftestmodell verwendet. Das Modell zeigte prinzipiell in Kunststoff viele Komponenten eines mit einem Gehäuse versehenen, zum Verpacken vorbereiteten Bohrlochs. Das Modell enthielt ein langgestrecktes hohles Rohr, das als Gehäuse bzw. Verrohrung 2 diente, mit einer Anzahl von radial daraus hervorstehenden Rohren, die als Perforationen 4 wirkten. Perforationskammern 6 kommunizieren mit jeder Perforation 4. Zur Vereinfachung ist in dieser Figur nur eine Perforation 4 und ihre entsprechende Kammer 6 gezeigt. Das Modell hatte jedoch insgesamt 20, in 5 Sätzen angeordnete Perforationen. Jeder Satz besteht aus 4 coplanaren Perforationen, die in 90º Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Sätze in einer Entfernung von 1 Fuß längs eines 5 Fuß langen Abschnitts des als Gehäuse 2 dienenden hohlen Rohres, beginnend 1 Fuß vom Boden des Modells angeordnet waren. Jede Perforation hat eine damit in Kommunikation stehende Perforationskammer 6. Das Modell hatte weiterhin ein von einem glatten Rohr 10 hervorstehendes Drahtsieb 8 und ein sich in das Sieb erstreckendes Waschrohr 12. Der ringförmige Raum zwischen dem Sieb 8 und dem Gehäuse 2 definiert einen Sieb-Gehäuse-Ring. Das gesamte Modell war so eingerichtet, daß es in verschiedenen Winkeln zur Vertikale eingestellt werden konnte.
• Die erfindungsgemäß verwendeten Teilchen haben vorzugsweise eine Krumbein-Rundheit und Kugelform von mindestens etwa 0,5 und vorzugsweise von mindestens etwa 0,6, d.h. die Teilchen haben eine Rundheit und Kugelform wie durch Verwendung der Liste bestimmt wird, die zur Abschätzung der Rundheit und Kugelform in Text Stratigraphy and Sedimentation, zweite Edition, 1963, W.C. Krumbein und L.L. Sloss, veröffentlicht von W.H. Freeman & Company, San Francisco, California, U.S.A. angegeben ist. Die Teilchen haben eine Dichte im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 4,0 und vorzugsweise von etwa 0,8 bis 2,65. Am meisten bevorzugt hat ein erstes Teilchen eine Dichte, ausgewählt aus dem unteren Abschnitt des Dichtebereichs und das zweite Teilchen hat eine Dichte, ausgewählt aus dem oberen Abschnitt des Dichtebereichs. Die Teilchen werden vorzugsweise jeweils aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus thermoplastischen Körnern, die aus Polyolefinen, Polystyrol-Divinylbenzol (SVDB), Polyfluorkohlenwasserstoffen, Polyetheretherketonen und Polyamidimiden hergestellt wurden, keramischen Körnern, verkapselten keramischen Körnern, Petrolkoks, mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichteten Keramiken, mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtetem Petrolkoks, Koks, Bauxit und Sand. Die in diesem Verfahren verwendeten Teilchen müssen alle für Kies gemäß API RP 58 angegebenen Spezifikationen erfüllen.
• Von den vielen Flüssigkeiten, die als Trägerfluid verwendet werden können, sind Wasser und/oder Salzlösungen bevorzugt, entweder verdickt oder nicht verdickt, üblicherweise aber das erstgenannte. Die Flüssigkeit kann Additive zur Reibungsverminderung enthalten, die auch als Verdickungsmittel dienen. Verdickungsmittel können alle gebräuchlichen natürlichen oder synthetischen Verdickungsmittel beinhalten wie etwa Polysaccharide, modifizierte Polysaccharide, Acrylamidpolymere, viskoelastische oberflächenaktive Mittel und dgl..
• Beim Pumpen der Teilchen mit verschiedener Dichte umfaßt ein bevorzugtes Verfahren das gleichzeitige Pumpen der Teilchen als Teilchenmischung, wobei die Teilchen mit geringer Dichte in einem Bereich von 10 bis 90 % vorhanden sind und die Teilchen mit hoher Dichte in einem Bereich von 90 bis 10 % vorhanden sind. Im Interesse der Verringerung der Gesamtkosten der Kiespackung wird besonders bevorzugt eine akzeptable Kiespackung aus einem Gemisch von Teilchen gebildet, worin die Teilchen mit geringer Dichte 25 bis 50 % der Mischung und die Teilchen mit hoher Dichte 50 bis 75 % der Teilchenmischung umfassen.
• Als Alternative zum Pumpen der Teilchen als Mischung können die Teilchen mit unterschiedlicher Dichte separat als getrennte Aufschlämmungspropfen gepumpt werden, wobei jeder Propfen Teilchen mit entweder einer geringen oder hohen Dichte aufweist.
• Um den Packungswirkungsgrad eines Gemisches von Teilchen mit geringer Dichte und hoher Dichte zu bestimmen wurden Vergleichstests an dem in der Figur gezeigten Modell unter Verwendung von Sand mit einer Dichte von 2,65 alleine, Styroldivinylbenzolteilchen alleine mit einer Dichte von 1,05 und einem 50-50 Gemisch von Sand und SDVB-Körnern durchgeführt. Die Teilchengröße war 20 bis 40 Mesh für den Sand und 18 bis 50 Mesh für die SDVB-Körner. Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt. TABELLE I Bezeichnung Sand Sand:SDVB Ring Perforation Perforationskammer
• Es ist zu erkennen, daß der Packungswirkungsgrad in den Perforationen durch den Einsatz von 50 % SDVB-Körnern anstelle von Sand stark verbessert wurde und daß ein solcher Packungswirkungsgrad in den Perforationen nahezu so gut wie bei Verwendung von 100 % SDVB-Körnern, aber unter Verwendung von nur der Hälfte des erheblich teureren SDVB-Materials war. Ein hoher Packungswirkungsgrad innerhalb der Perforationen steht in direkter Beziehung mit der Fähigkeit des Bohrlochs zur Förderung von Bohrfluids, während die Förderung von teilchenförmigen Materialien aus der Formation vermieden wird. Dieser Test wurde mit einer Neigung des Modells von 75º zur Vertikalen, mit einer Pumpgeschwindigkeit von 2 Barrels pro Minute in einer Kieskonzentration von 2,5 lbs/gal Fluid durchgeführt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs, umfassend die Schritte:

(a) Einspritzen einer Aufschlämmung von Teilchen in einer Flüssigkeit in das Bohrloch und

(b) Pressen der Teilchen der Aufschlämmung derart, daß eine gepackte Masse von Teilchen in Nachbarschaft der Formation erzeugt wird, wobei die gepackte Masse den Strom von Fluids zwischen der Formation und dem Bohrloch erlaubt, während sie den Durchtritt von teilchenförmigem Material aus der Formation durch sie hindurch und in das Bohrloch im wesentlichen verhindert,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Teilchen ein Gemisch aus mindestens zwei unterschiedlich dichten Teilchen, ausgewählt aus einem Teilchendichtebereich von etwa 0,1 bis etwa 4,0, sind.

2. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die beiden unterschiedlich dichten Teilchen aus dem Teilchendichtebereich von etwa 0,8 bis etwa 2,65 ausgewählt werden.

3. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 2, worin eines der beiden unterschiedlich dichten Teilchen aus dem unteren Abschnitt des Teilchendichtebereichs ausgewählt wird und das andere der beiden unterschiedlich dichten Teilchen aus dem oberen Abschnitt des Teilchendichtebereichs ausgewählt wird.

4. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 3, worin eines der beiden unterschiedlich dichten Teilchen eine geringere Dichte als die Dichte der Flüssigkeit hat und das andere der beiden unterschiedlich dichten Teilchen eine höhere Dichte als die Dichte der Flüssigkeit hat.

5. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 3, worin eines der beiden unterschiedlich dichten Teilchen eine Dichte hat, die etwa gleich der Dichte der Flüssigkeit ist, und das andere der beiden unterschiedlich dichten Teilchen eine höhere Dichte als die Dichte der Flüssigkeit hat.

6. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die beiden unterschiedlich dichten Teilchen jeweils aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus thermoplastischen Körnern, die aus Polyolefinen, Polystyrol-Divinylbenzol, Polyfluorkohlenwasserstoffen, Polyether-Etherketonen und Polyamidimiden hergestellt sind, keramischen Körnern, eingekapselten keramischen Körnern, Petrolkoks, mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichteten Keramiken, mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtetem Petrolkoks, Koks, Bauxit und Sand besteht.

7. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die Flüssigkeit nicht viskosifiziertes Wasser ist.

8. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die Flüssigkeit viskosifiziertes Wasser ist.

9. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin sich das Bohrloch, das gepackt wird, durch die Formation in einem Winkel zur Vertikale von mehr als 45º erstreckt.

10. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die beiden unterschiedlich dichten Teilchen gleichzeitig als Teilchengemisch in die Flüssigkeit eingespritzt werden.

11. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die beiden unterschiedlich dichten Teilchen aufeinanderfolgend in ersten und zweiten Portionen, die Teilchen einer ersten bzw. zweiten Dichte enthalten, in die Flüssigkeit eingespritzt werden.

12. Verfahren zum Packen eines Bohrlochs nach Anspruch 1, worin die Flüssigkeit eine nicht viskosifizierte Sole ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Flüssigkeit eine viskosifizierte Sole ist.