DE69826510T2

DE69826510T2 - Verfahren zum bohren und zementieren durch flachwässern

Info

Publication number: DE69826510T2
Application number: DE1998626510
Authority: DE
Inventors: B. Jimmie LAWSON; L. Donald WHITFILL
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: DE69826510D1; US6152227A; NO20001789D0; CA2307105C; AU1107699A; WO1999021933A1; EP1027396A1; BR9813101A; NO20001789L; EP1027396B1; CA2307105A1; AU745885B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Zusammensetzung von Materialen und eine Methode für das Anwenden einer solchen Zusammensetzung während eines Bohr- und Zementierverfahrens, und bezieht sich insbesondere auf ein Spülschlammsystem und eine Methode für das Anwenden desselben Spülschlamsystems für das Fördern des Bohrens eines Bohrloches durch seichte Gewässer und nicht stabile, nicht konsolidierte Formationen, und das Einzementierens von Verrohrungen durch einen solchen nicht stabilen Bereich eines Bohrloches.
HINTERGRUND
Seit vielen Jahren konzentrieren sich Petroleumunternehmen auf die Entwicklung von Öl- und Gasfeldern auf dem Festland. Die weltweite Nachfrage nach Energiequellen zusammen mit fallenden Erträgen aus Bohrverfahren auf dem Festland führt Petroleumunternehmen immer öfter dazu, Offshore-Reserven zu entwickeln.
Geologische Unterwassersedimente und Strukturen sind sich oft sehr ähnlich, und sind in manchen Fällen geologischen Bedingungen, welche sich auf dem Festland als besonders produktiv erwiesen haben, weitaus überlegen. In der Tat werden Offshore-Reserven zurzeit auf 21% der bewiesenen Reserven der Welt eingeschätzt, wobei angeblich 40% bis 50% aller zukünftigen Ressourcen aus Offshore-Reserven stammen sollen.
Das Bohren von Offshore-Bohrlöchern in tiefen Gewässern mit mehr als ungefähr 600 Fuß Tiefe bringt seinen eigenen Satz von Problemen mit sich. Wenn in der Nähe einer Grenze eines kontinentalen Shelfs gebohrt wird, werden ungefähr 1000 bis 2000 Fuß unter der Schlammgrenze oft unter geologischem Druck stehende wasserhaltige Sandbänke angetroffen, welche auch als ,Shallow Water Flows' (seichte Gewässer – SWF) bekannt sind. Die Tiefe dieser Sandbänke und die Drucke, welche diese aufweisen, bringen Probleme für das Bohrlochpersonal.
Eines dieser von dem Bohrlochpersonal angetroffenen Probleme ist der Sandtyp, welcher mit den SWFs assoziiert wird. Dieser Sand besteht scheinbar hauptsächlich aus Quartz. Es wird dabei vorausgesetzt, dass die Sandkörner gerundet und gut sortiert sind, und über einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 100 Mikron oder mehr verfügen. Diese Sandkörner sind lose gepackt und nicht konsolidiert, und gleichen dem Sand, welcher an Stränden und in Flußsandbänken angetroffen wird, und fördern deshalb die Unstabilität der Formation.
Die grösste Herausforderung an die Betreiber eines Offshore-Bohrverfahrens besteht wahrscheinlich aus dem Kontrollieren des Formationsdrucks während des gesamten Bohr- und Zementierverfahrens. Bohrschlamme werden normalerweise gewogen, um die Dichte des Bohrschlamms zu steigern und auf diese Weise den Fluß von Wasser aus der Formation in das Bohrloch hinein einzuschränken. In SWF-Bereichen ist jedoch nur eine sehr beschränkte Reihe von Bohrschlammdichten für die Kontrolle des Formationsdrucks des Bohrloches geeignet.
Wenn der Bohrschlamm zu leicht ist, wird Wasser in das Bohrloch einfliessen, und dies kann in einem Auswaschen des Bohrloches resultieren. Anfangs war Bohrlochpersonal noch der Auffassung, dass ein geringer Wasserfluß in das Bohrloch dazu genutzt werden könne, den Druck auf den Aquifer zu reduzieren. Experimente haben jedoch bewiesen, dass es nur schwer möglich ist, die Kontrolle über das Bohrloch aufrecht zu erhalten, wenn Wasser in ein Bohrloch einzufliessen beginnt, und dass ein Bohrloch auf diese Weise normalerweise ausgewaschen wird und verloren geht.
Andererseits kann der Druck innerhalb des Bohrloches den Spaltendruck in dem Sand überschreiten, wenn der Bohrschlamm zu schwer ist, und daher zu dem Spalten der Formation führen. Wenn eine Spalte erst einmal vorhanden ist, wird sich diese Spalte normalerweise erweitern, und kann sich innerhalb einer Schablone sogar bis in das nächste Bohrloch ausdehnen. Ausserdem können diese Spalten bei niedrigen Umlaufdrucken während des darauffolgenden Bohrens vor der Verrohrung der Formation wieder geöffnet werden. Wenn Spalten geformt werden und sich ausbreiten geht mehr und mehr Bohrschlamm an die Formation verloren und verursacht einen massiven Verlust des umlaufenden Bohrschlamms.
Wenn der Ringraum des Bohrloches nicht jederzeit mit Bohrschlamm gefüllt ist, kann der hydrostatische Druck innerhalb des Bohrloches abfallen, bis der Bohrschlamm, welcher zuvor mit Hilfe des hydrostatischen Drucks des Bohrschlamms kontrolliert wurde, in das Bohrloch ausfliessen kann. Das Endresultat kann dann aus einem Kick oder einem Ausbruch bestehen, oder eine zuvor stabile Formation kann in das Bohrloch hinein zusammenfallen. Ein solcher Zusammenfall des Bohrloches wird in einem starken Auswaschen und einem Vergrössern des Bohrloches in einem Umfang führen, wo es nicht mehr möglich ist, das Bohrverfahren fortzusetzen.
Ausserdem wird das Gewicht der Bohrschlammsäule, welche an die Erdoberfläche zirkuliert wird, zu der hydrostatischen Drucksäule des Bohrloches hinzugezogen und schränkt das Gewicht, und letztendlich auch die Zusammensetzung des angewendeten Bohrschlamms ein, wenn der Bohrschlamm an die Bohrinsel an der Erdoberfläche zirkuliert wird. Aus diesem Grund sind zwei Methoden für das Bohren von Offshore-Bohrlöchern entwickelt worden. Diese zwei Methoden werden das standrohrfreie Bohren und das Bohren mit einem Standrohr genannt.
Ein Standrohr ist ein Stück einer Verrohrung, welches das Unterwasserbohrloch mit der Bohrinsel verbindet und es ermöglicht, Bohrschlamm an die Erdoberfläche zu zirkulieren. Während des standrohrfreien Bohrens wird Bohrschlamm für einen einzigen Durchgang durch das Bohrloch angewendet und dann direkt auf den Meeresboden entleert. Wenn in SWF-Bereichen ohne ein Standrohr gebohrt wird, sind Bohrschlammgewichte von ungefähr 11 bis 12 lb/Gall erforderlich. Das erwünschte Bohrschlammgewicht hängt von der Umgebung des Bohrloches einschließlich der Wassertiefe und der Tiefe des SWF unter der Schlammlinie ab.
Das Kontrollieren der Dichte des Bohrschlammes während des standrohrfreien Bohrens ist etwas schwieriger, denn der Bohrschlamm transportiert Schnittstücke und Feststoffe, und es ist deshalb nicht möglich festzustellen, wieviele derselben sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in dem Bohrschlamm befinden. Ausserdem fordert das standrohrfreie Bohren grosse Volumen von Bohrschlamm. Oft fordert das standrohrfreie Bohren mehr Schlamm, als auf einer Bohrinsel gelagert werden kann, und unterwirft das Bohrverfahren so Unterbrechungen aufgrund von schlechtem Wetter und der Unterbrechung der Zulieferung von Bohrschlamm mit Booten. Das direkte Entleeren grosser Volumen von Schnittstücken und Bohrschlamm auf den Meeresboden wirft oft auch Umweltfragen auf. Für das standrohrfreie Bohren verwendet das Personal einfache Schlamme: dies geschieht sowohl aus Kostengründen wie auch aus umweltlichen Gründen. Gemischte Metallsilikatschlamme und Kalziumchloridsolen sind Beispiele von Schlammen, die für das standrohrfreie SWF-Bohren geeignet sind.
Das Bohren mit einem Standrohr ermöglicht eine grössere Flexibilität bei der Auswahl der optimalen Bohrschlammkomponenten. Der zusätzliche hydrostatische Druck, welcher von der Bohrschlammsäule erzeugt wird, die an die Erdoberfläche hinauf ansteigt, wirft die folgende kritische Frage auf: „Wie kann man einen vollständig funktionierenden Bohrschlamm formulieren, und dennoch unter den Bohrschlammgewichten bleiben, welche Spalten propagieren?" Bohrschlammgewichte für das SWF-Bohren mit einem Standrohr sollten innerhalb eines Bereichs von ungefähr 8.5 bis ungefähr 10 lb/Gall liegen. Auch hier hängt das gewünschte Bohrschlammgewicht wieder von der Wassertiefe und der SWF-Tiefe unter dem Meeresboden ab. Bis heute ist es jedoch immer noch sehr schwierig und manchmal sogar unmöglich, einen vollständig funktionierenden Bohrschlamm zu formulieren und gleichzeitig einen Bohrschlamm mit dem erforderlichen leichten Gewicht herzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung beabsichtigt ein Bohrschlammsystem und eine Methode für das Anwenden derselben Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung für das Stabilisieren der Formation durch das Platzieren einer einzigartigen Zusammensetzung von Materialen in dem Bereich der Unstabilität, für das Einschränken und Verhindern des Flusses von Wasser in das Bohrloch und das Einschränken eines Formationsspaltenanstiegs, und für ein einfacheres Durchführen von Bohr- und Zementierverfahren.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet eine Methode für das Bohren eines Bohrloches durch seichte Gewässer, bei welcher eine Zusammensetzung als Bohrschlamm angewendet wird, welche ein Fasermaterial mit einem grossen Oberflächenbereich umfasst; ein Silikatmaterial; ein Graphitmaterial; ein leichtgewichtiges Material in der Form von hohlen Mikrosphären; und ein Zementmaterial, welches aktiviert werden kann, wenn dasselbe als Teil eines Filterkuchens positioniert wird, und auf diese Weise aushärtet und die Verbindung des Filterkuchens mit dem Zement fördert, welcher daraufhin in das Bohrloch eingeführt wird, wobei das Gewicht der Zusammensetzung so adaptiert wird, dass dasselbe den Formationsspaltgradienten nicht übersteigt.
Die Komponente der Zusammensetzung arbeiten zusammen, um den Filterkuchen zu konsolidieren und einen Verlust von Flüssigkeiten aus dem Bohrloch zu verhindern.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet ein Verfahren für das Bohren und Zementieren eines Bohrloches durch seichte Gewässer, wobei das vorgenannte Verfahren das Folgende umfasst:

(a) das Bohren und Zementieren eines oberen Abschnitts eines Bohrloches, wobei derselbe obere Abschnitt sich über einer Formation in einem seichten Gewässer befindet;
(b) das Bohren durch die Formation mit dem seichten Gewässer mit Hilfe einer Menge der Bohrschlammzusammensetzung, welche ungefähr 8.5 lb/Gall bis ungefähr 10 lb/Gall wiegt, wobei dieselbe Zusammensetzung ein leichtgewichtiges Material in der Form von hohlen Mikrosphären umfasst; und
(c) das Zementieren des Bohrloches durch das seichte Gewässer hindurch mit Hilfe eines leichtgewichtigen Zements.

Die Erfindung bietet weiter eine Bohrschlammzusammensetzung, welche ein Fasermaterial mit einem grossen Oberflächenbereich umfasst; ein Silikatmaterial; ein Graphitmaterial, ein leichtgewichtiges Material in der Form von hohlen Mikrosphären, und ein Zementmaterial, welches aktiviert werden kann, wenn dasselbe als Teil eines Filterkuchens positioniert wird, und auf diese Weise aushärtet und die Verbindung des Filterkuchens mit dem Zement fördert, welcher daraufhin in das Bohrloch eingeführt wird, wobei das Gewicht der Zusammensetzung so adaptiert wird, dass dasselbe den Formationsspaltgradienten nicht übersteigt.
Die Erfindung umfasst einen Bohrschlamm für das Bohren durch SWFs, welcher Silikat, Hochofenschlacke, zellulose Mikrofasern, hohle Mikrosphären, und Graphitpartikel umfasst.
Weitere Eigenschaften und Vorteile des Bohrschlammsystems für das Bohren und Zementieren durch SWFs sollen hiernach nun eingehender beschrieben werden. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird dabei sofort erkennen, dass das Konzept und die hier beschriebene spezifische Ausführungsform sehr leicht als eine Basis für das Modifizieren oder den Entwurf anderer Verfahren oder Zusammensetzungen für den gleichen Zweck wie den der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Der Fachmann wird sich weiter der Tatsache bewusst sein, dass solche equivalente Konstruktionen nicht von dem Geist und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen, welche in den beiliegenen Ansprüchen aufgeführt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bietet eine Zusammensetzung von Materialen und eine Methode für das Anwenden einer solchen Zusammensetzung für das Bohren eines Bohrloches durch SWFs und nicht stabile, nicht konsolidierte Formationen, und für das Einzementieren einer Verrohrung durch nicht stabile Bereiche desselben Bohrloches.
Seitdem sich Petroleumunternehmen auf das Entwickeln von Offshore-Öl- und Gasreserven konzentriert haben, sind sie auf eine Reihe von Problemen gestossen. So geht zum Beispiel eine ganze Reihe von Offshore-Bohrlöchern aufgrund von seichten Gewässern (SWF) verloren.
Ein Bohrschlamm besteht aus einer Flüssigkeit, welche während eines Rotierbohrverfahrens durch das Bohrloch zirkuliert wird. Zusätzlich zu dessen Funktion des Auftreibens von Schnittstücken an die Erdoberfläche kühlt und schmiert der Bohrschlamm ausserdem die Bohrkrone und das Bohrgestänge und schützt gegen Ausbrüche, indem derselbe den Untergrunddruck zurückhält. Er positioniert ausserdem einen Filterkuchen auf der Wand des Bohrloches und verhindert dadurch einen Verlust von Flüssigkeiten in die Formation hinein. Bohrschlamme werden so formuliert, dass dieselben den hydrostatischen Druck innerhalb des Bohrloches aufrecht erhalten können, welcher für das Verhindern eines Wassereinflusses in das Bohrloch erforderlich ist.
SWF-Bereiche repräsentieren eine Herausforderung an das Design von geeigneten Bohrschlammen, denn es existiert nur ein sehr enges Druckfenster zwischen dem Aufrechterhalten des erforderlichen hydrostatischen Bohrlockdrucks und dem Erzeugen von Spalten innerhalb der Formation. Das geeignete Bohrschlammgewicht hängt von einer Reihe von Variablen ab, welche die Wassertiefe und die Tiefe unter dem Meeresboden in dem Bereich einschliessen, in welchem die SWFs und nicht konsolidierter Sand aufgefunden wurden. Bohrschlamme werden so formuliert, dass sie die Anforderungen des jeweiligen Bohrlochstandortes erfüllen. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Reihe von Bestandteilen oder Elementen, welche zusammen arbeiten, um SWFs zu kontrollieren.
Im allgemeinen umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Suspensionsmedium, verlorene Umlaufmateriale, leichtgewichtige Materiale, und Filterkuchenverstärkungsmateriale.
Bohrschlamme sollten ein geeignetes Suspensionsmedium für das Suspendieren der Feststoffe liefern, welche dem Bohrschlamm als verlorene Umlaufmateriale hinzugefügt werden, und für das Suspendieren der Bohrkronenschnittstücke innerhalb des Bohrschlamms, wenn derselbe an die Erdoberfläche hinauf zirkuliert wird. Materiale, welche für das Einstellen der Tragekapazität und der Suspensionskapazität des Bohrschlammes angewendet werden, schliessen Hyrdoxyethylcellulose, Welangum, Guargum, Xanthangum, Polyacrylamid/Polyacrylat, oder Carboxymethylcellulose ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Bohrpersonal trifft oft auf Zonen, welche aufgrund von Spalten, grobem Sand, Kies, oder anderen Formationen grosse Volumen von Bohrschlamm aufnehmen. Um einen solchen starken Verlust von Bohrschlamm zu kontrollieren zirkuliert das Personal ausreichend grosse Feststoffe, welche in dem Bohrschlamm suspendiert werden. Diese festen Partikel werden dazu angewendet, besonders durchlässige Formationen zu überbrücken und abzudichten, das Aussieben von Spitzen zu fördern, und ein Vergrössern von Spalten zu verhindern. Solche Feststoffe werden als verlorene Umlaufmateriale bezeichnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet Fasermateriale mit einem grossen Oberflächenbereich für das Binden des nicht konsolidierten Sandes und fördert die Ablagerung eines robusten Filterkuchens auf der Oberfläche des Bohrloches. Zellulose Mikrofasern werden dabei bevorzugt, obwohl auch andere Fasern mit ähnlichen Charakteristiken, wie zum Beispiel Glasmikrofasern, angewendet werden können. Zellulose Mikrofasern fördern ausserdem die Viskosifizierung des Bohrschlamms und steigern die Trage- und Suspensionskapazität des Bohrschlamms.
Geeignete Bohrschlamme für die Anwendung in SWFs können ausserdem verformbare Graphitpartikel und/oder einen hydratisierbaren Ton beinhalten. Graphitpartikel und Ton können zusammen mit zellulosen Fasern mit grossen Oberflächenbereichen für das Abdichten besonders durchlässiger Formationen und das Fördern des Aussiebens von Spaltenspitzen angewendet werden. Auf diese Weise können die Graphitpartikel und der Ton bei dem Schliessen von Spalten und dem Verhindern eines Verlustes von umlaufender Flüssigkeit helfen. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere dieser Materiale beinhalten. Das Produkt STEEL SEAL des Unternehmens Superior Graphite repräsentiert ein bevorzugtes verformabres Graphitmaterial für das Hinzufügen zu einem Bohrschlamm, und vorhydrierter Bentonit repräsentiert einen bevorzugten Ton für diese Bohrschlammsysteme.
Wie weiter oben schon erwähnt ist es besonders schwierig, einen Bohrschlamm mit der geeigneten Dichte für das Bohren durch SWFs mit einem Gewicht von ungefähr 8.5 bis ungefähr 10 lb/Gall zu formulieren. Vollständig funktionierende Bohrschlamme für ein standrohrfreies Bohren durch SWFs wiegen normalerweise zwischen ungefähr 10 lb/Gall und 12 lb/Gall, obwohl ein solches Gewicht während eines Bohrens mit einem Standrohr oft Spalten erzeugen würde. Die Dichte des Bohrschlamms muss deshalb mit Hilfe von leichtgewichtigen Materialen wie zum Beispiel hohlen Glas-, Keramik- oder Mikrosphären kontrolliert werden.
SWFs verfügen über Spaltgradienten, welche dessen Porendruck kaum überschreiten. Ein erfolgreiches Bohren durch SWFs hängt deshalb von der Fähigkeit ab, ein ausreichend grosses Gewicht für das Stabilisieren des Bohrloches erzeugen zu können, ohne den Formationsspaltgradienten zu überschreiten. Da die hohlen Mikrosphären leichter sind als Wasser können dieselben dazu angewendet werden, Bohrschlamme mit konzentrierten chemischen Komponenten mit Gewichten zu formulieren, welche den Formationsspaltgradienten nicht überschreiten. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet hohle Glasmikrosphären mit einer spezifischen Dichte von ungefähr 0.125 bis ungefähr 0.6, um auf diese Weise das Volumen des Bohrschlamms zu steigern, ohne demselben Bohrschlamm ein zu grosses Gewicht zu verleihen. Die hohlen Mikrosphären können ausserdem dazu angewendet werden, das Gewicht von Zementierzusammensetzungen zu kontrollieren, welche während des Verrohrens von nicht stabilen Bereichen des Bohrloches angewendet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen des Bohrschlammsystems beinhalten ausserdem ein aktivierbares, schnell aushärtendes Zementmaterial. Es kann eine ganze Reihe von Zementmaterialen für diesen Bohrschlamm angewendet werden. Beispiele solcher Materiale schliessen Portlandzement, Flugasche, Hochofenschlacke (BFS), und Mischungen derselben ein. Bevorzugte Ausführungsformen des Bohrschlammsystems schliessen BFS in den Bohrschlamm ein.
Das Einschliessen von BFS in den Bohrschlamm unterstützt die anderen Komponente des Bohrschlamms während der Verbindung von nicht konsolidiertem Sand und dem Schliessen von Spalten. Ausserdem steigert ein solches Einschliessen von BFS in den Bohrschlamm und dessen Einschluß in den Filterkuchen auf der Oberfläche des Bohrloches die Kompatibilität des Filterkuchens mit Zement. Die BFS innerhalb des Filterkuchens wird daher die Formation einer starken Verbindung zwischen dem Filterkuchen und dem Zement fördern, wenn das Betriebspersonal mit dem Einzementieren der Verrohrung beginnt.
Ein Vorteil der BFS ist die Tatsache, dass sie aus einem latenten hydraulischen Zementmaterial besteht, welches nicht leicht mit Wasser reagiert, und welches wenn erwünscht in einem Umfeld mit einem hohen pH-Wert aktiviert werden kann. BFS verhärtet sich in einem Umfeld mit einem hohen pH-Wert (grösser als oder einem pH-Wert von 13 entsprechend). Der pH-Wert des Bohrschlamms kann daher auf einen pH-Wert aufrecht erhalten werden, welcher niedriger ist als der pH-Wert, welcher für das Aktivieren des Aushärtungsprozesses der BFS erforderlich ist. Durch das Kontrollieren der Aktivierung der BFS kann das Betriebspersonal ein Positionieren der BFS in dem Filterkuchen ermöglichen, bevor dieselbe aushärtet. Nach dem Positionieren kann der Filterkuchen mit einer Spülung mit einem hohen pH-Wert gespült werden, welche im allgemeinen aus einer Mischung von Natriumhydroxid und Natriumcarbonat besteht und über einen pH-Wert von pH14 verfügt. Die Spülung mit dem hohen pH-Wert verhärtet die BFS und unterstützt die Verbindung des Zements mit dem Filterkuchen.
Wünschenswerte Eigenschaften für Bohrschlamme für die Kontrolle von BWFs schliessen die Anwendung von leichtgewichtigen Feststoffen ein, welche einen robusten, widerstandsfähigen Filterkuchen und ein Filtrat erzeugen, welche in nicht konsolidiertem Sand ein stabilisierendes Gel produzieren werden. Das Bohrschlammsystem der vorliegenden Erfindung verwendet Beimischungen von Materialen, welche zusammen arbeiten, um die weiter oben schon beschriebenen grundsätzlichen Ziele zu erreichen.
Einige Beispiele von Bohrschlammsystemen, welche die oben aufgeführten Additive beinhalten, schliessen Silikatsysteme, gemischte Metallsilikatsysteme, und teilhydrolisierte Polyacrylamidsysteme (PHPA) ein. Silikatsysteme werden dabei bevorzugt, denn dieselben formen Gels und gelartige Absetzungen, wenn sie innerhalb des Bohrloches mit Kationen wie zum Beispiel Ca⁺⁺, Mg⁺⁺ oder H⁺ in Kontakt geraten. Silikate, welche an die Formation verloren gehen, wenn das Filtrat mit diesen Kationen in Kontakt gerät, formen Gels in situ und stärken nicht konsolidierte Formationen in der Nähe des Bohrloches. Ausserdem wird die Infusion eines Silikates in den Bohrschlamm die Verbindung des Zementes mit dem Filterkuchen fördern, welcher an den Seiten des Bohrloches geformt wird.
Beispiele von Bohrschlammzusammensetzungen, welche für das Bohren durch SWFs geeignet sind sowohl wie die Eigenschaften solcher Zusammensetzungen sind in Tabellen 1 bis 3 aufgeführt. Das Testen der Bohrschlammzusammensetzungen entsprach den Vorschriften von API RP 13B. Zusätzlich zu den in RP 13B beschriebenen Flüssigkeitsverlusttests mit Hilfe von Filterpapier wurden auch Flüssigkeitsverlusttests mit Hilfe von keramischen Scheiben mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 35 Mikron durchgeführt. Tests mit Scheiben mit einem grösseren Porendurchmesser wurden durchgeführt, da der in SWFs vorhandene nicht konsolidierte Sand scheinbar einen grossen Porendurchmesser aufweist.
Die unten aufgeführten Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung, und Anwendungen sind nicht auf diese beschränkt. Tabelle 1 Bohrschlamme für seichte Gewässer
Tabelle 2 Charakteristiken der in Tabelle 1 aufgeführten Bohrschlamme
Tabelle 3 Identifizierung und Funktion von Flüssigkeitsbestandteilen
Die oben aufgeführten Beispiele sind repräsentativ für geeignete Bohrschlamme für das Bohren durch SWFs. Zahlreiche Modifizierungen und Variationen der Bohrschlammzusammensetzung sind unter Berücksichtigung der obigen Anweisungen möglich. Es wird daraus deutlich, dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche auch anders als hier spezifisch beschrieben angewendet werden kann Die Anwendung des oben beschriebenen Bohrschlammsystems während des Bohrens durch und des Zementierens von Formationen in SWFs wird weiter unten beschrieben. Die erste Stufe dieser Bohr-/Zementierverfahren besteht aus dem Bohren eines Bohrloches bis an die Oberseite des Abschnitts der Formation, welcher den nicht stabilen Sand oder andere nicht konsolidierte Materiale beinhaltet, und dem Verrohren des Bohrloches zu diesem Zeitpunkt.
Das Bohren wird dann mit Hilfe des Bohrschlammsystems der vorliegenden Erfindung fortgesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die zellulosen Mikrofasern mit der BFS, Graphitpartikeln, und Formationssand (welcher durch das Bohren freigesetzt wird) kombiniert, um einen robusten, undurchlässigen Filterkuchen oder eine Matte zu formen. Zusammen mit den jeweiligen Polymern und vielleicht einem Silikagel stabilisiert diese Matte den frei laufenden Sand, welcher für SWFs charakteristisch ist. Zellulose Mikrofasern arbeiten ausserdem zusammen mit verformbaren Graphitpartikeln und Ton, um besonders durchlässige Formationen abzudichten und eine Spaltenpropagierung einzuschränken.
Wenn das Bohrloch bis auf die gewünschte Tiefe gebohrt worden ist, wird die Verrohrung durch das SWF festgestellt und mit Hilfe eines aktivierten, schnell aushärtenden Zementmaterials wie zum Beispiel BFS in dieser Position einzementiert. Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Zementierverfahrens verwendet einen aufgeschäumten Zement oder einen Zement, welcher hohle Glasmikrosphären für die Kontrolle der Dichte beinhaltet.
Ein Bohrlochausfall kann während des Zementierverfahrens oder auch später auftreten, wenn die Zementverrohrung nicht gut mit dem Filterkuchen verbunden ist. Wenn BFS oder ein anderes aktivierbares Zementmaterial in dem Bohrschlamm angewendet und in den Filterkuchen mit eingeschlossen wurde, kann das Zementmaterial aktiviert und ausgehärtet werden, und wird die Verbindung des Filterkuchens mit dem Zement fördern. Ein Vorteil von BFS ist die Tatsache, dass deren Aktivierung mit einem niedrigen pH-Wert während des gesamten Bohrverfahrens verzögert, und dann kurz vor dem Zementierverfahren sehr einfach mit Hilfe einer Spülung mit einem hohen pH-Wert aktiviert werden kann.
In Anbetracht der oben beschriebenen Anweisungen sind zahlreiche Modifizierungen und Variationen des Bohrschlammsystems und der Anwendung desselben Bohrschlammsystems für das Bohren und das Zementieren durch SWFs denkbar. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird deshalb sofort erkennen, dass eine ganze Reihe von verschiedenen Ausführungsformen angewendet werden können, ohne von den Prinzipen der beiliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Eine Methode für das Bohren eines Bohrloches durch seichte Gewässer, bei welcher eine Zusammensetzung als Bohrschlamm verwendet wird, welche ein Fasermaterial mit einem grossen Oberflächenbereich, ein Silikatmaterial, ein Graphitmaterial, ein leichtgewichtiges Material in der Form von hohlen Mikrosphären, und ein Zementmaterial beinhaltet, welches nach einem Positionieren als Teil eines Filterkuchens aktiviert werden kann, um dasselbe zu verhärten und das Verbinden des Filterkuchens mit einem Zement zu fördern, welcher darauffolgend in das Bohrloch eingeführt wird, wobei das Gewicht der Zusammensetzung so adaptiert wird, dass es den Formationsspaltgradienten nicht übersteigt.
Eine Methode nach Anspruch 1, bei welcher das Fasermaterial aus zellulosen Mikrofasern besteht.
Eine Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Zusammensetzung ein leichtgewichtiges Material beinhaltet, welches wiederum hohle Mikrosphären mit einer geringeren Dichte als Wasser, und vorzugsweise hohle Glasmikrosphären mit einer spezifischen Schwerkraft von ungefähr 0.125 bis ungefähr 0.6 beinhaltet.
Eine Methode nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher das Zementmaterial so aktiviert werden kann, dass sich dasselbe verhärtet und seinen pH-Wert verändert.
Eine Methode nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4, bei welcher das Zementmaterial Hochofenschlacke beinhaltet.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Graphitmaterial aus verformbaren Graphitpartikeln besteht.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Zusammensetzung ein Tonmaterial beinhaltet, welches vorzugsweise aus vorhydriertem Bentonit besteht.
Eine Methode nach Ansprach 7, bei welcher das Fasermaterial, das Graphitmaterial, und die Tonpartikel die Kontrolle des Verlustes von Flüssigkeit aus dem Bohrloch unterstützen.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 8, bei welcher das Gewicht der Zusammensetzung von ungefähr 8.5 lb/Gall bis ungefähr 10 lb/Gall beträgt.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 9, bei welcher das Silikat, die Mikrofasern, die Graphitpartikel, das Ton- und das Zementmaterial in den Filterkuchen eingeschlossen werden.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 9, bei welcher das Silikat, die Mikrofasern, die Graphitpartikel, das Ton- und das Zementmaterial die Verstärkung von schlecht konsolidierten Formationen unterstützen.
Ein Verfahren für das Bohren und Zementieren eines Bohrloches in seichten Gewässern, wobei dasselbe Verfahren das Folgende umfasst: (a) das Bohren und Zementieren eines oberen Abschnitts eines Bohrloches, wobei derselbe obere Abschnitt über einer Formation in einem seichten Gewässer liegt; (b) das Bohren durch die Formation in dem vorgenannten seichten Gewässer mit Hilfe einer Menge der Bohrschlammzusammensetzung, welche von ungefähr 8.5 lb/Gall bis ungefähr 10 lb/Gall wiegt, wobei dieselbe Zusammensetzung ein leichtgewichtiges Material in der Form von hohlen Mikrosphären umfasst; und (c) das Zementieren des Bohrloches durch das seichte Gewässer hindurch mit Hilfe eines leichtgewichtigen Zementes.
Ein Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Zusammensetzung aus einer derjenigen besteht, welche in Ansprüchen 1 bis 9 definiert werden.
Eine Bohrschlammzusammensetzung, welche ein Fasermaterial mit einem grossen Oberflächenbereich, ein Silikatmaterial, ein Graphitmaterial, ein leichtgewichtiges Material in der Form von hohlen Mikrosphären, und ein Zementmaterial beinhaltet, welches aktiviert werden kann, wenn dasselbe als Teil eines Filterkuchens positioniert wird, um sich zu verhärten und das Verbinden des Filterkuchens mit dem Zement zu fördern, welcher darauffolgend in das Bohrloch eingeführt wird, wobei das Gewicht der Zusammensetzung so adaptiert ist, dass es den Formationsspaltgradienten nicht übersteigt.
Eine Bohrschlammzusammensetzung nach Anspruch 14, welche der Definierung einer der obigen Ansprüche 2 bis 9 entspricht.