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Diese Erfindung betrifft eine Methode zur Kontrolle der Orientierung
hydraulischer Spaltungen in unterirdischen Formationen zur verbesserten
Bohrlochförderung.
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In der Öl- und Gasindustrie ist hydraulische Spaltenbildung eine gut
bekannte Form der Reservoiranförderung. Hierbei wird herkömmlicherweise
Flüssigkeit unter Druck durch das Bohrloch in perforierte Formationen
eingespritzt, um kohlenstoffhaltige Formationen zu spalten. Die Methode
wurde in der Ölindustrie erstmals 1948 zum Fördern der Produktivität in
ölhaltigen Formationen mit niedriger Durchlässigkeit eingesetzt.
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Ein häufig bei hydraulischer Spaltenbildung auftretendes Problem liegt
darin, daß sich die Orientierung der Spalten nicht für maximale
Bohrlochförderung optimieren läßt. Die Orientierung einer Bruchstelle in einer
unterirdischen Formation wird grundsätzlich durch die in der Formation
vorhandenen Drücke bestimmt. Die Formation wird drei Hauptdrücken
ausgesetzt, nämlich einem senkrechten und zwei horizontalen. Wird eine
Formation hydraulisch gespalten, sollte die so erzeugte Spaltung den Verlauf
des geringsten Widerstandes reflektieren, d.h. die Spaltung verläuft lotrecht
zum geringsten Hauptdruck.
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Bei tieferen Formationen (allgemein tiefer als 610 m), ist einer der
horizontalen Drücke normalerweise wegen des hohen Felsengewichts der
geringste Druck. Folglich bildet sich eine lotrechte Spaltung. Das o.g. trifft
größtenteils auch auf natürliche Spaltungen zu, die in Formationen auftreten.
Laut allgemeiner Erfahrung führen zusätzliche hydraulisch geschaffene
Spalten, die entweder natürlich oder künstlich erzeugten Spaltenbildungen
hinzugefügt werden, zu parallel verlaufenden Spaltungen, die zu keiner
nennenswerten Verbesserung der Bohrlochförderung führen.
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Warpinski und andere (SPE 17533, SP Rocky Mountain Regional
Meeting, Casper, Wyoming, 11.-13. Mai 1986) suggeriert, daß die Methode
abgeänderter Druckspaltenbildung zur Lösung des Problems des
Parallelverlaufs hydraulisch gebildeter Spalten neben durchlässigen
natürlichen Spalten verwendet werden kann. Warpinski und andere erörtern
das Konzept der Verwendung eines Offset-Bohrlochs zur hydraulischen
Spaltenbildung, wodurch ein Streßfeld um ein förderndes Bohrloch verändert
wird. Angegeben wird, daß, wenn der Druckunterschied nicht zu ausgeprägt
ist, die Bohrlöcher relative eng nebeneinander liegen und der
Behandlungsdruck und die Spaltengröße in den Offset-Bohrlöchern groß genug sind,
soviel Streß zum vorhandenen, unberührten Minimumdruck in der Formation
hinzugefügt wird, daß dieser zum maximalen Horizontalstreß gewandelt wird.
Warpinski spekuliert, daß eine mögliche Anwendung für das
Streßänderungskonzept in der Änderung der senkrechten Verteilung des
vorliegenden Minimum Horizontaldrucks in einem einzelnen, lotrechten
Bohrloch liegt. Dies könnte vorteilhaft genutzt werden, wenn sich hydraulisch
gebildete Spalten in unerwünschte Bereiche ausdehnen.
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US. Patent Nr. 7.724.905 eröffnet den Gebrauch hydraulischer
Spaltenbildung in einem Bohrloch zur Kontrolle der Laufrichtung der
Ausdehnung einer zweiten hydraulischen Spaltung in ein nahe gelegenes
zweites Bohrloch. Das erste Bohrloch wird gespalten und diese Spalten
verlaufen generell parallel zum natürlichen Spaltensystem. Der
Hydraulikdruck wird im ersten Bohrloch aufrechterhalten, während im zweiten
Bohrloch im Bereich der voraussichtlichen Streßveränderung durch die erste
hydraulische Spaltenbildung eine weitere hydraulische Spaltenbildung
stattfindet. Laut diesem Patent wird die zweite hydraulische Spaltenbildung
im Winkel, häufig lotrecht zur ersten hydraulisch geschaffenen
Spaltenbildung, angesetzt.
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US Patent Nr. 4.830.106 eröffnet den gleichzeitigen Gebrauch der
hydraulischen Spaltenbildung in mindestens zwei im Abstand befindlichen
Bohrlöchern zur Kontrolle der Richtung der Ausdehnung dieser Spalten.
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Dieser gleichzeitig angesetzte Druck führt zur Krümmung der Spalten von
jedem Bohrloch aus oder in Richtung des anderen Bohrlochs, abhängig von
der jeweiligen Position und dem Abstand der Bohrlöcher in diesem Streßfeld
sowie der Größenordnung der angesetzten, entfernten Felddrücke. Diese
geschaffenen Spalten können dann mindestens eine natürliche,
kohlenstoffhaltige Spaltung anschneiden.
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US Patent Nr. 4.834.181 eröffnet die Abänderung vorhandener
Streßbedingungen unter Verwendung sequentieller hydraulischer
Spaltenbildung. Die Bohrlochformation wird hydraulisch gespalten, wodurch
sich mindestens eine senkrechte Spaltung bildet. Im Anschluß wird ein
Verstopfungsmaterial (Plug) in die so geschaffene Spaltung eingeführt, das
sich dort verfestigt. Eine zweite Spaltung wird hydraulisch gebildet, die um
die verstopfte Spaltung laufen muß. Verstopfung, hydraulische
Spaltenbildung und Ablenkung der nachträglich gebildeten Spaltungen
werden solange fortgesetzt, bis sich abzweigende oder dentritische
Spaltungen bilden, die vom Bohrloch aus in die Formation verlaufen. US
Patent Nr. 4.687.061 erläutert das gleichzeitige Spalten eines Bohrlochs auf
zwei verschiedenen Ebenen in einem gekrümmten Bohrloch.
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Keine der o.g. Methoden ist vollkommen zufriedenstellend. Die Methode
der zwei Bohrlöcher ist komplex und nur schwer zu kontrollieren. Außerdem
sind diese Methoden normalerweise im praktischen Einsatz mit
Bohrlochabstand-Anforderungen unpraktisch. Bei der in US Patent Nr.
4.834.181 beschriebenen Vorgangsweise läßt sich die Laufrichtung der
sequentiellen Spaltenbildung nicht vom Bohrloch aus bestimmen, weshalb es
somit dem Zufall überlassen bleibt, ob die abzweigende Spaltung lotrecht zur
natürlichen Spaltung in der Formation oder zu den vorher hydraulisch
induzierten Spalten verläuft. US Patent Nr. 4.687.061 macht weder Angaben
über eine mögliche Methode zur Kontrolle der Ausdehnungsrichtung der
Spaltung vom Bohrloch aus, noch wird die Verwendung der Methode in
einem senkrechten Bohrloch erörtert. Der Industriebereich benötigt weiterhin
eine Methode, die mit gewisser Sicherheit die Orientierung hydraulischer
Spaltenbildung von einem einzelnen Bohrloch aus kontrollieren kann.
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Die vorliegende Erfindung vermittelt eine Methode zur Kontrolle der
Orientierung hydraulisch gebi ldeter Spalten in kohlenstoffhaltigen
Formationen, indem zuerst die abgeschätzte Spaltenorientierung der
kohlenstoffhaltigen Formation prädikiert wird.
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Laut dieser Erfindung gibt es eine Methode zur Kontrolle der
Orientierung hydraulischer Spaltenbildung in kohlenstoffhaltigen
Formationen, die von einem Bohrloch durchbohrt wird, bestehend aus den
Schritten zur Bestimmung der voraussichtlichen Spaltenorientierung in der
kohlenstoffhaltigen Formation; Perforation oder Einschnitt des Bohrlochs in
der Formation in einer Richtung parallel zur voraussichtlichen
Spaltenorientierung; Perforation oder Einschnitt des Bohrlochs in der Formation in
einer zweiten Ausrichtung von 60º bis 120º zur voraussichtlichen
Spaltenorientierung; erste Spaltung der Formation in paralleler Richtung zur
voraussichtlichen Spaltenorientierung durch Einspritzen einer Flüssigkeit
durch das besagte Bohrloch in die besagte Formation; während laufender
Einspritzung in die erste Spaltung spalten der Formation in der besagten
zweiten Richtung.
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Diese Erfindung sieht die gleichzeitige Spaltenbildung vor. So läßt sich
die voraussichtliche Spaltenorientierung der kohlenstoffhaltigen Formation
bestimmen. Die Formation wird dann in einer Richtung parallel zur
voraussichtlichen Spaltenorientierung perforiert oder eingeschnitten und in
einer Richtung lotrecht zur voraussichtlichen Spaltenorientierung ebenfalls
perforiert oder eingeschnitten. Die Formation wird dann zuerst in der
Richtung parallel zur voraussichtlichen Spaltenorientierung und dann, bei
fortgesetzter Injektion in die erste Spaltung, in der Richtung lotrecht zur
voraussichtlichen Spaltenorientierung gespalten.
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Diese Vorgangsweise der gleichzeitigen Spaltung kann gleichfalls durch
Perforation oder Einschnitt in die Formation parallel zur voraussichtlichen
Spaltenorientierung auf einer Ebene in der kohlenstoffhaltigen Formation und
Perforation und Einschnitt in die Formation lotrecht zur voraussichtlichen
Spaltenorientierung auf einer anderen Ebene der kohlenstoffhaltigen
Formation durchgeführt werden.
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Bei beiden Methoden der gleichzeitigen Spaltung kann zuerst festgestellt
werden, ob der Streß um eine erste hydraulische Spaltung geändert wird, um
eine Umkehrung der Drücke zuzulassen. Zusätzlich kann sich die erste
Spaltung, in perfekter Form, 5 bis 25 Minuten vor Einleitung der zweiten
Spaltung ausdehnen.
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Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu verleihen, wird auf die
beiliegenden Zeichnungen bezug genommen, wobei
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Bild 1 eine schematische Darstellung der Minimum und Maximum
Horizontaldrücke und die normale Spaltenorientierung eines Bohrloches und
einer Formation darstellt;
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Bild 2 eine schematische Zeichnung der Orientierung einer zweiten
hydraulisch gebildeten Spaltung laut dieser Erfindung darstellt.
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Die Vorgangsweise dieser Erfindung ermöglicht die Kontrolle der
Orientierung der hydraulischen Spaltenbildung eines Bohrloches für
gesteigerte Förderung aus einer kohlenstoffhaltigen Formation. Dies wird
realisiert durch hydraulisches Spalten, Abstützen und Verstopfen der
resultierenden Spaltung. Die Formation wird anschließend in einer, relativ zur
voraussichtlichen Spaltenorientierung der ersten hydraulischen
Spaltenbildung, im Winkel stehenden Richtung perforiert oder
eingeschnitten. Diese Perforation liegt vorzugsweise im Bereich 60º - 120º im
Verhältnis zur voraussichtlichen Spaltenorientierung der ersten hydraulisch
gebildeten Spaltung und vorzugsweise ca. 90º zur voraussichtlichen
Richtung der ersten hydraulisch gebildeten Spaltung. Die Anwesenheit der
ersten Spaltung erzwingt dden Verlauf der zweiten Spaltung in einer
Richtung ausgehend von der ersten Spaltung.
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In dieser Erfindung werden gleichfalls verschiedene Variationen dieses
Grundprinzips eröffnet.
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Die vorteilhafteste Anwendung dieser Vorgangsweise ist in natürlich
gespaltenen Formationen. Die Verwendung dieser Methode führt zur
verbesserten Chance eines Eingriffs in natürliche Formationen. Dies ist
besonders dann von Bedeutung, wenn die natürlichen Spaltungen eine
ähnliche Orientierung wie die normalerweise induzierten hydraulischen
Spaltungen aufweisen. Diese Vorgangsweise ist ebenfalls in
hochdurchlässigen Systemen nützlich, wo eine höhere Spaltenleitbarkeit gewünscht
wird. Dieses System erzeugt Spalten, die mindestens einer Spaltung mit der
doppelten Spaltenleitbarkeit gleichen, wenn die Spaltungen in kurzem
Abstand parallel werden oder ein verbessertes Strömungsbild herbeiführen,
wenn sie in größerem Abstand parallel werden. Diese Methode ist jedoch
auch in Formationen mit niedriger Durchlässigkeit nützlich, da sich die
Formation infolge der Verwendung der Doppelspaltenkonfiguration effizienter
entleert.
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Hydraulische Spaltenbildung ist dem Industriebereich gut bekannt. lm
Verlauf einer typischen hydraulischen Spaltenbildung wird ein Schlamm
einschließlich Flüssigkeit auf zähflüssiger Basis und Festkörpermittel, das
herkömmlicherweise als "Proppant" bezeichnet wird, mit ausreichend Druck
durch das Bohrloch eingespritzt, der die fördernde Formation um das
Bohrloch aufspaltet. Nachdem sich eine Spaltung gebildet hat, wird der
Schlamm typischerweise solange weiter eingepumpt, bis vom Schlamm
ausreichend Proppant in die Spaltung eingeführt wurde.
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Nach Ablauf angemessener Zeit wird der Pumpbetrieb abgebrochen; zu
diesem Zeitpunkt halten die Proppantrückstände die Spaltung der Formation
offen und verhindert so ihre Schließung. Zwangsläufig führt die Spaltung zu
erhöhter Strömung aus der fördernden Formation, was in einer höheren
Bohrlochförderleistung resultiert.
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Die drei Hauptdrücke einer unterirdischen Formation werden als v, H
und h (ein senkrechter und zwei horizontale) bezeichnet. Der horizontale
Minimum Druck erhält das Symbol h- während der höhere horizontale Druck
das Symbol H erhält. In relativ tiefen Formationen, wie z.B. tiefer als 610 m,
ist einer dieser horizontalen Drücke üblicherweise der kleinste dieser drei
Formationdrücke. Wenn die Formation hydraulisch gespalten wird, verläuft
die so erzeugte Spaltung typischerweise auf dem Weg des geringsten
Widerstandes, d.h. in den meisten Fällen resultiert eine lotrechte Spaltung.
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Durch Bohren eines senkrechten Bohrlochs verändert sich die
Streßverteilung im Bereich des Bohrlochs. Die Streßverteilung um ein
Bohrloch läßt sich durch Experiment oder Analyse feststellen, wie z.B. durch
Microfrac-Prüfung oder Zugentspannung. Durch Bildung der ersten
hydraulischen Spaltung ändert sich u.U. der Streßzustand weiter. Bei zu
großem Unterschied zwischen horizontalem Minimum und Maximum Druck,
kann der Streß um das Bohrloch u.U. durch die Auswirkung der ersten
hydraulischen Spaltung so umgekehrt werden, daß der Druck parallel zur
ersten hydraulischen Spaltung nicht mehr der kleinste ist.
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Werden Drücke umgekehrt, verläuft eine zweite hydraulische Spaltung
typischerweise in einer Richtung lotrecht zur ersten hydraulischen Spaltung.
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Die bevorzugte Methode zur Messung dieser Drücke ist die Microfrac-
Prüfung. Eine Microfrac-Prüfung ist grundsätzlich eine kleine oder
mikrohydraulische Spaltenbildung, bei der eine geringe Menge
Spaltflüssigkeit ohne Proppant zur Anwendung kommt, um eine Prüfspaltung
durchzuführen. Typischerweise werden ein oder zwei Fässer (159 bis 318
dm³) Spaltflüssigkeit in eine unter Niveau liegende Formation mit einer Rate
von 7,6 bis 75,8 dm³/min. eingespritzt. Wie Fachkundigen bekannt ist, sind
Injektionsrate und -menge, wie sie zur Einleitung und Ausdehnung einer
Spaltung von 3,0 bis 6,1 m erforderlich sind, abhängig von der Formation
unter Niveau sowie den Eigenschaften der Spaltflüssigkeit. (Kuhlman,
Microfrac Test Optimize Frac Jobs, Oil and Gas Journal, 4549 (Jan. 1990))
(Hier als Referenz erwähnt).
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Nach Spaltung wird die Injektion der Flüssigkeit typischerweise
abgeschlossen und das Bohrloch entweder geschlossen oder der Austritt der
Spaltflüssigkeit in geregelter Menge zugelassen. Da die Flüssigkeitsinjektion
beendet wurde, beginnt die neu geformte Spaltung sich zu schließen. ln
beiden Fällen ist die Angabe Prüfdruck ./. Zeit erforderlich. Die Spalttheorie
prädiktiert, daß der Flüssigkeitsdruck zum Zeitpunkt der Schließung der
Spaltung ein Maß des Minimum Hauptdrucks der Formation ist (Daneshy und
andere, In-situ Stress Measurements During Drilling, Journal of Petroleum
Technology, 891-898 (August 1986)) (Hier als Referenz erwähnt).
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Auch Methoden zur Einschätzung des horizontalen Maximum Drucks
aus Microfrac-Prüfungen wurden entwickelt. Normalerweise werden mehrere
Microfrac-Abläufe durchgeführt, d.h. die Spaltung wird mehrmals neu
geöffnet. Der erneute Öffnungsdruck ist eine Funktion sowohl des Minimum
wie des Maximum Drucks. Da der horizontale Minimum Druck getrennt
ermittelt wird, läßt sich mit Hilfe des Neuöffnungsdruckes der horizontale
Maximum Druck berechnen. Die horizontalen Drücke lassen sich gleichfalls
mit Hilfe bekannter Zugentlastungsmethoden feststellen (Teufel L.W.,
Determination of In-Situ Stress from Anelastic Strain Recovery
Measurements of oriented Core, SPEIDOE 11649) (Hier als Referenz
erwähnt).
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Unter Ansatz der o.g. Streßwerte läßt sich feststellen, ob das Streßfeld
um eine erste hydraülische Spaltung sich soweit ändern läßt, daß eine
Streßumkehrung möglich ist. Erfahrung hat gezeigt, daß eine Spaltung den
Streßzustand ändert. Diese Änderung läßt sich mit von Sneddon entwickelten
Gleichungen berechnen. (Sneddon and Elliott, The Opening of a Griffith
Crack Under Internal Pressure, Quarterly of Applied Mathematics, Ausg. 4,
Nr. 3, S. 262 (1946). Green and Sneddon, Distribution of Stress in the
Neighborhood of a Flat Elliptical Crack of an Elastic Solid, Proceedings
Cambridge Phil. Soc., S. 159-163 (Januar 1949)) (Hier als Referenz
erwähnt). Sneddon stellt das Streßfeld um einen unendlich langen
zweidimensionalen Riß in einem homogenen, isotropischen elastischen
Körper mit Poissonischem Verhältnis und dargestellter Geometrie wie folgt
dar:
Gleich
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Wobei:
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x,
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y,
und
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z Drücke darstellen, die durch Spaltung in Kartesischen
Koordinanten-Richtungen induziert wurden.
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In Gleichungen 1-4 ist P der interne Druck, c, die Halbhöhe des Risses
(H/2) und die geometrischen Verhältnisse sind angegeben als:
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r = x² + y²
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r&sub1; = x² + (y + c)²
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r&sub2; = x² + (y - )²
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θ = tan&supmin;¹ (x/y)
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θ&sub1; = tan&supmin;¹ (x/(- y - c))
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θ&sub2; = tan&supmin;¹ (x/(c - y)
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Minuswerte von θ, θ&sub1; und θ&sub2; sind jeweils zu ersetzen durch π + θ, π +
θ&sub1; und θ&sub2;. Eine Prüfung von Gleichungen 1-4 suggeriert gleichfalls, daß alle
Drücke durch Druck P und alle Längen durch Halbhöhe c = H/2 normalisiert
werden können.
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Mit Gleichungen 1-4 läßt sich ebenfalls der Abbau des Streßfeldes mit
Abstand von der Spaltung berechnen. Prädiktiert werden kann gleichfalls, ob
eine Umkehrung der Drücke auftreten wird. Diese Umkehrung findet statt
wenn h + x > H + und z, wobei h und H die horizontalen Minimum und
Maximum Hauptdrucks sind. Diese Kalkulation geht davon aus, daß die
Spaltung im Verhältnis zum Bohrlochradius lang genug ist, um sie als
unendlich zu betrachten, d.h. eine gute Schätzung beim praktischen Einsatz
dieser Methode.
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Wenn die Berechnung zeigt, daß das Streßfeld geändert ist, sollte eine
weitere hydraulische Spaltung in eine andere Richtung als die ursprüngliche
verlaufen, wenn anzunehmen ist, daß die erste vorübergehend verstopft ist.
Diese neuorientierte Ausdehnung wird vorzugsweise durch Perforation oder
Einschnitt verstärkt, siehe Einzelheiten unten. Bei der bevorzugten Methode
werden die o.g. Vermessungen und Berechnungen angestellt. Es besteht
jedoch kein Zwang für die Durchführung der o.g. Schritte. Als Faustregel gilt,
daß der Unterschied zwischen den zwei horizontalen Drücken in einer
vorhandenen Formation nicht groß genug ist, um eine Umkehrung des
Streßfeldes zu verhindern. Diese Erfindung betrifft somit gleichfalls Formen,
bei denen die ersten Berechnungen nicht durchgeführt werden.
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Es gibt mehrere verschiedenartige Anwendungsmöglichkeiten für diese
Vorgangsweise. Die bevorzugte Methode ist wie folgt: Die natürliche
Spaltungsorientierung des Reservoirs ist festgestellt. Diese Feststellung
beruht entweder auf verschiedenen analytischen oder experimentellen
Methoden, einschl. aber nicht ausschließlich Microfracture,
Zugentlastungsauswertung, bei der das zeitabhängige Aufschwellen einer Kernprobe bei
Erreichen der Oberfläche gemessen wird sowie Bohrlochferneinsicht, die in
einem offenen Loch zum Ansehen der natürlichen Spaltenorientierung
eingesetzt werden kann. Nach Feststellen der Spaltenorientierung eines
Reservoirs, wird die Formation in Richtung der voraussichtlichen
Spaltungsorientierung perforiert. Wenn z.B. die Richtung des horizontalen
Minimum Drucks andeutet, daß sich die Formation in öst-westlicher Richtung
spaltungen wird, ist die Formation in öst-westlicher Richtung zu perforation.
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Die Methoden der Perforation sind Fachkundigen gut bekannt und
vielzählig. Für die Zwecke dieser Erfindung ist eine Perforationsmethode zu
verwenden, die ein Ausrichten der Perforationen zuläßt Die Perforation ist
gleichfalls in zutreffender Richtung einzuschneiden. Beliebige geregelte
Einschnittsmethoden sind verwendbar, einschließlich aber nicht
ausschließlich hydraulisches Schneiden mit Hydraulikdüsen zum Einschnitt in
die Formation.
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Die Formation ist dann mit angemessenem Spaltdruck und
Spaltflüssigkeit aufzuspalten. Diese Parameter lassen sich auf verschiedene Weise
bestimmen, die Fachkundigen bekannt sind.
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Die Flüssigkeit muß ein zutreffendes Proppant enthalten, um die Formation
nach Reduktion des Hydraulikdrucks in der Spaltung offen halten zu können.
Nachdem sich die Spaltung wieder bis auf das Proppant geschlossen hat,
wird eine Substanz in die Spaltung eingespritzt, die sich dort verhärtet und
die Spaltung verstopft.
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Das verwandte Verstopfungsmittel darf nur temporär wirken. Das
Material muß ein abbaufähiges Gel oder eine Art von Flüssigkeit sein, die
sich nach Einspritzen in der Formation härtet. Das temporäre
Verstopfungsmittel kann eines von vielen industrieüblichen Mitteln sein, vorausgesetzt es
ist verträglich mit dem gesamten Behandlungssystem. Beispiele solcher
Mittel sind Polysacchariden, wie z.B. Guargum- und Zellstoffderivate, die zur
Bildung starrer Gels querverbunden sein können sowie Styrol oder Silikate
die gleichfalls starre Gels formen können. Dem Verstopfungsmaterial können
Additive hinzugefügt werden, die dem Abbau des Gels nach Abschluß der
Behandlung dienen. Auch können Behandlungen folgen, die den Abbau des
Gels bewirken. Dazu zählen Enzymen, Oxidiermittel, Reduziermittel und
Sauren. Ein Beispiel für ein zutreffendes Mittel wäre Temblok (Halliburton
Services, Inc., Duncan, Oklahoma). Das Verstopfungsmittel muß lange genug
hart bleiben, um den Abschluß der zweiten hydraulischen Spaltenbildung zu
ermöglichen.
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Nach Härten des Verstopfungsmittels wird die Formation wie oben
erläutert in einer Richtung lotrecht zur ursprünglichen Spaltung perforiert
oder eingeschnitten. Wurde z.B. festgelegt, daß die ursprüngliche
Spaltung in öst-westlicher Richtung verlaufen sollte, dann ist die Formation in
nord-südlicher Richtung zu perforation oder einzuschneiden. Das Bohrloch
ist auf einer Tiefe zu perforation oder einzuschneiden, die ca. die Mitte der
kohlenstoffhaltigen Formation darstellt. Die Formation wird dann wieder mit
der angemessenen Spaltflüssigkeit und Proppant hydraulisch gespalten. Die
Anwesenheit der ersten Spaltung zusammen mit derldem ausgerichteten
Perforation oder Einschnitt zwingt die zweite Spaltenbildung in eine
Ausdehnung weg von der ersten Spaltung.
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Eine Variation dieser Methode ist gleichfalls zulässig. Auch hier wird die
Orientierung der hydraulisch induzierten Spaltenbildung wie oben bestimmt.
Bei Bedarf wird festgelegt, ob das Streßfeld um die erste hydraulische
Spaltenbildung so geändert werden kann, daß eine Umkehrung der Drücke
möglich ist. Die Formation wird dann perforiert oder eingeschnitten sowohl in
paral leler wie lotrechter Richtung zur voraussichtlichen Spaltenorientierung.
Dann wird ein Werkzeug gesetzt, das die Einspritzung von Spaltflüssigkeit
und Proppants bei Bestimmung der Einspritzrichtung in beide Richtungen
ermöglicht. Für diese Vorgangsweise kann ein selektiver Injektor-Packer oder
Nadelpunkt-Packer verwendet werden. Dieses Werkzeug setzt sich aus
gegenübergestellten Schalen oder Packer-Typen zusammen, mit denen die
zu behandelnden Löcher isoliert werden.
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Bei Bedarf läßt sich der Abstand zwischen den Schalen einstellen. Das
vorgenannte bedeutet, daß ein Kugel und Sitz- oder Kugelhahnventil zu
verwenden ist, um die mittige Öffnung unter dem Werkzeug abtrennen zu
können und die Behandlungs- oder Spülflüssigkeit durch die Buchsen der
Schalen zu zwingen.
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Im selektiven Injektior-Packer läßt sich ein konzentrischer Bypaß
einsetzen, mit dem sich der Druck über und unter der unteren Schale
ausgleichen läßt. Dieser konzentrische Bypaß vermittelt gleichzeitig die
Möglichkeit, eine Umkehrung um die Unterseite des Werkzeugs
herbeizuführen, um die Kugel von ihrem Sitz abzuheben und somit
Flüssigkeit aus der Rohrleitung zurückfluten zu lassen. Andersartige
Werkzeuge, die hier ebenfalls geeignet wären, umfassen u.a. Schubhülsen
oder selektive Überläufwerkzeuge.
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Die Formation wird zunächst unter Verwendung der Perforationen oder
Einschnitte aufgespalten; diese Spaltungen verlaufen in einer Richtung
parallel zur voraussichtlichen Spaltenorientierung. Die Spaltung sollte sich
ca. 5 bis 25 Minuten ausdehnen, wobei die bevorzugte Dauer bei ca. zehn
Minuten liegt. Die so gebildete Spaltung sollte mindestens 15 m lang sein.
Durch fortgesetzte Injektion in der Richtung parallel zur voraussichtlichen
Spaltenorientierung wird die Formation über die Perforationen oder
Einschnitte, die lotrecht zur Richtung der Spaltenorientierung laufen,
hydraulisch gespalten. Es wird angenommen, daß die Auswirkung der ersten
Spaltung die zweite Spaltung in einer Richtung lenkt, die lotrecht zur
Richtung der ursprünglichen Spaltung verläuft.
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Eine zweite Methode simultaner Spaltenbildung läßt sich nutzen. Bei
dieser Vorgangsweise werden die Perforationen oder Einschnitte nicht auf
gleichem Niveau erzeugt, sondern auf verschiedenen Ebenen der Formation.
Der Abstand zwischen den Ebenen ist abhängig von der Dicke und den
Eigenschaften der Formation. Die optimale Entfernung zwischen den Ebenen
liegt im Bereich 1,5 bis 3,0 m. Auch hier ist der erste Schritt die Feststellung
der Spaltenorientierung der Formation.
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Spaltenbildung auf unterschiedlichen Ebenen kann auf verschiedene
Weise durchgeführt werden, die Fachkundigen bekannt sind. Eine Methode
der Durchführung dieser Aufgabe ist die Nutzung eines Sand-Plugs. ln
diesem Fall wird die untere Spaltung vollständig gebildet und das Bohrloch
bis zur Unterseite der oberen Perforierungen mit Sand gefüllt. So wird das
Eindringen von Flüssigkeit in die untere Spaltung verhindert. Als Alternative
kann auch eine Flüssigkeit wie Temblock benutzt werden.
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ln einer bevorzugten Vorgangsweise der Anwendung dieser Erfindung
wird die erste Spaltung durch Einspritzen einer angemessenen
Spaltflüssigkeit mit Proppant durch die Rohrleitung in die untere Ebene gebildet.
Diese Spaltenbildung wird dann für 5 bis 25 Minuten fortgesetzt,
vorzugsweise für 10 Minuten. Bei fortgesetzter Injektion wird die zweite
Spaltung gebildet, wobei die Perforationen oder Einschnitte der höheren
Ebene mit angemessener Spaltflüssigkeit und Proppant durch den Ringraum
eingespritzt werden. Auch hier wird angenommen, daß die durch die erste
Spaltenbildung erzeugten Drücke sowie derldie bevorzugte, ausgerichtete
EinschnittlPerforierung dazu führt, daß sich die zweite Spaltung in einer
Richtung bildet, die sich von der ersten Spaltenbildung entfernt.
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Während die Erfindung als eine Form erläutert wird, ist Fachkundigen
leicht erkenntlich, daß auch verschiedene Änderungen, Modifikationen,
Substitutionen und Auslassungen zutreffend sein können.