DE951082C - Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von Bohrlochauskleidungen und Aufbrechen geologischer Formationen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von Bohrlochauskleidungen und Aufbrechen geologischer Formationen

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DE951082C DEM25888A DEM0025888A DE951082C DE 951082 C DE951082 C DE 951082C DE M25888 A DEM25888 A DE M25888A DE M0025888 A DEM0025888 A DE M0025888A DE 951082 C DE951082 C DE 951082C
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/11Perforators; Permeators
    • E21B43/116Gun or shaped-charge perforators

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von Bohrlochauskleidungen und Aufbrechen geologischer Formationen Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfalhren und eine neuartige Vorrichtung zum Perforieren von Bohrlochrohren und zum Perforieren und Aufbrechen von geologischen Formationen oder Schichtkomplexen unter Verwendung von Geschossen.
  • Die günstigsten Gewinnungsmengen für Öl, Gas oder Wasser aus Bohrlöchern werden oft von den geologischen Verhältnissen in der fündigen Schicht, in die das Bohrloch gebohrt ist, beeinträchtigt. Die natürliche Dichte der fündigen Schicht oder das Vorhandensein von undurchlässigen senkrechten Adern oder Schichten können den erwünschten ZufluB von öl, Gas und Wasser in das Bohrloch ab-'halten. In gleicher Weise beeinträchtigt das übliche Bohren oft,die Durchlässigkeit der Formation, beispielsweise wenn Formationen guter Porosität und Durchlässigkeit von dem Bohrschlamm und/oder dem zum Auskleiden verwendeten Zement verstopft wenden.
  • Es gibt verschiedene Verfahren zum Herstellen von Strömungskanälen aus dem Öl-, Gas- oder Wasserlager zum Bohrloch. Es ist seit langem üblich, eine mechanische Einrichtung, beispielsweise eine von einem Perforator abgeschossene Kugel oder eine von einem Träger abgefeuerte geformte Explosivladung, zu verwenden, wobei der Perforator und der Träger in das Bohrloch auf eine nahe der zu perforierenden Formation befindliche Stelle abgelassen werden. In der Hauptsache soll hierbei eine -hohe Perforierungstiefe erhalten werden. Die Petroleumindustrie sucht seit vielen Jahren nach Verfahren und Vorrichtungen, die diese. Eindringtiefe erhöhen.
  • Ein bekanntes Verfahren zur Erhöhung der Leistung von Bohrlöchern und zur Herstellung von Rissen in der Formation besteht darin, die Formation durch Flüssigkeiten hoher Drucke aufzubrechen. Ein anderes Verfahren, ,durch das der Zugang zu dem 0l-, Gas- oder Wasserlager geöffnet werden soll, besteht darin, Nitroglycerin od. dgl. nahe der fündigen Schicht in dem Bohrloch zur Explosion zu bringen, v-as jedoch nur in offenen Bohrlöchern, also nicht in ausgekleideten Bohrlöchern, verwendet werden kann. Dieses letzterwähnte Verfahren ist nur anwendbar, wenn andere Verfahren zur Erhöhung der Gewinnung versagen, da bei diesen Verfahren eine beträchtliche Zerstörung des Bohrloches auftritt, eine teuere Reinigung des Bohrloches erforderlich wird und ganz unvorhersehbare Ergebnisse erzielt werden.
  • Zusätzlich zu diesen Verfahren wird die Ausbeute aus einem Bohrloch oft dadurch erhöht, daß Flüssigkeiten durch die :durch das Abfeuern von Kugeln oder geformten Ladungen erzielten Perforierungen in die in der Schicht entstandenen Risse eingeführt werden, um einhydraulisches Aufbrechen der Schicht zu erhalten.
  • Diese Flüssigkeiten lösen meistens bestimmte Stoffe der Formation, beispielsweise Kalkstein, und erhöhen hierdurch die Durchlässigkeit der Schicht.
  • Diese Versuche haben zwar einen gewissen Wert beim Erschließen und beim Erhöhen der Gewinnung von Öl-, Gas- und Wasserbohrungen. Bei .dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufschließen von Tiefbohrungen in einer Formation und zur Herstellung von Rissen in dieser Formation wird die Erzeugung eines bestimmten Bohrloches dadurch erhöht, daß die Widerstände und Hinderungsgründe, die eine beste und größte Gewinnung ausschließen, behoben werden. Zu diesem Zweck erzeugt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der geologischen Formation Strömungskanäle, die entweder eine Verbindung zwischen dem Lager und dem Bohrloch herstellen oder die die Endformation so konditionieren, daß eine wirksame Behandlung durch übliche Verfahren, beispielsweise hydraulisches Aufbrechen oder durch Einspritzen von Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren, in die Erdformation stattfinden kann.
  • Da die tiefste Lochung, die von einer geformten Explosivladung erzielt werden kann, annähernd 25 cm in mittelharten ölführenden Schichten beträgt und da die Lochung, die mittels Kugeln erbalten wird, welche in üblicher Weise aus Läufen abgeschossen werden, die quer in der Bohrung liegen, auf ungefähr 50 bis 75 mm begrenzt ist, erfolgt in vielen Bohrlöchern kein genügendes Aufschließen der Erdformation. Um diesen Nachteil zu beheben, ist vorgeschlagen worden, daß mehr Schüsse abgefeuert werden sollten, um beispielsweise zwanzig Löcher je Meter in der Formation herzustellen. Die Erfindung beruht nun auf dem Prinzip, daß zur Erreichung des Lagers zwecks Erhöhung der Gewinnung die Ausdehnung oder Vergrößerung der Zuströmkanäle und der Risse außerhalb des Bohrloches wesentlich ist. Die Er= findung schlägt daher vor, @daß nur ein einziges großes Loch hergestellt wird, das sich in die Formation hinein über die Schlammschicht oder die Zementschicht oder die verunreinigte Schicht tief erstreckt und hierbei besser die Ziele erreicht als beispielsweise hunderte von kurzen Kanälen, die nach .den üblichen Verfahren erzeugt werden. Gemäß der Erfindung werden also nicht zahlreiche Schüsse aus dem Bohrloch in die geologische Formation abgefeuert, sondern im Gegenteil, es wird nur ein einziges tief vorgetriebenes Loch oder es werden höchstens einige wenige tief vorgetriebene Löcher mit entsprechender Rißbildung geschaffen.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren ist auf das Perforieren der Erdformation an sieh gerichtet, es ist jedoch gleich gut verwendbar, die Ergiebigkeit des Bohrloches zu erhöhen. Wenn bei--spielsweise das hydraulischeAufbrechen allein oder nach dem üblichen Perforieren mittels Explosivladung oder Kugeln angewendet wird, müssen oft außergewöhnlich hohe Drucke zur Einwirkung kommen, um die Sc'hic'ht aufzubrechen. Bei dichten Formationen ist oft dieses Aufbrechen unmöglich, da :die Flüssigkeit lediglich aufgesaugt wird. Bei der Anwendung von hydraulischem Druck wird eine Formation für gewöhnlich an ihrer schwächsten Stelle aufgebrochen. Es entstehen oft Flüssigkeitsverluste und Druckverluste, die wenig oder nichts zur Erhöhung der Fördermenge des Bohrloches beitragen, sondern vielmehr das Bohrloch beschädigen. Dieser Nachteil besteht auch dann noch, wenn ein hydraulisches Aufbrechen erfolgt, nachdem -das Bohrloch mit einer großen Zahl von kleinen Löchern, die sich in Radialric'htung von dem Bohrloch erstrecken, gefördert worden ist. Bei der Erfindung erfolgt ein sicheres hydraulisches Aufbrechen, da erstens die Formation, die von einem tiefen Loch durchsetzt wird, bei verhältnismäßig niederen Drucken aufbricht, und weil zweitens dieses Aufbrechen an einer gewünschten Stelle erfolgt.
  • Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren tiefe Löcher in der Formation und auch ausgedehnte Risse erzeugt werden, die sieh noch weiter in die Erdformation hinein erstrecken, und da die Löcher und Risse an gewünschten Stellen der Erdformation entstehen,- ist das Einspritzen von Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren, bedeutend wirksamer. Die Erfindung erhöht also die Wirksamkeit der zur Gewinnung dienenden Sekundärverfahren, beispielsweise Wassereinspritzungen in Ölbohrlöcher.
  • Die erwähnten Begrenzungen bei der Verwendung von Perforatoren und begrenzten Explosivladungen hängen weitgehend von der geringen Größe des Bohrloches ab. Mit einem eine Kugel verwendenden Perforator wird für gewöhnlich in der Auskleidung ,des Bohrloches ein Loch von 12,5 mm erzielt, wobei die Spitze der Kugel etwa 5ö bis 75 -mm von der Auskleidung wegliegt und der Zementring um die Auskleidung herum in einem Radius von etwa 5o mm um das Loch zerstört ist. Da die Kugel aus einem dem Bohrloch quer liegenden Lauf abgeschossen wird, ist die Geschwindigkeit und die kinetische Energie der Kugel bei ihrem Auftreffen auf die Bohrlochwand und bei ihrem Eindringen in die Formation sehr begrenzt. Zur Erhöhung der Eindringtiefe von Kugeln sind in den letzten Jahren Von der Industrie Pulverladungen geschaffen worden, die einen Druck von 21 ooo kg/cm2 erzeugen, wobei diese Drucke weit über den Elastizitätsgrenzen der stärksten Stähle liegen. Infolgedessen ist bei diesen zur Zeit verwendeten Perforatoren die Gefahr vorhanden, daß sie innerhalb .des Bohrloches zerspringen und sich so weit ausdehnen, daß sie aus dem Bohrloch nur mit größter Schwierigkeit entfernt werden können. Ihre Wirksamkeit nimmt auch nach einer solchen Ausdehnung und nach dem ersten Gebrauch merklich ab. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, in Längsrichtung des Bohrloches einen Lauf aufzustellen, der an seinem Mündungsende in einer Ablenkvorricbtüng,beispielsweise einer gebogenen Spitze, endet. Das ergibt den Vorteil eines langen Laufes und ermöglicht gleichzeitig eine seitliche Ablenkung durch die Auskleidung hindurch. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch nur zum Perforieren von Auskleidungen vorgeschlagen worden und ist weder für das tiefe Perforieren oder für Rißbildung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt noch dafür geeignet.
  • Die größte übliche geformte Explosivladung, die in Bohrlöchern verwendet werden kann, die das übliche 15o-mm-Gehäuse enthalten, erzeugt ein Loch von etwa 12,5 mm im Durchmesser in der Auskleidung, wobei sich dieses Loch in der Formation auf etwa 3 mm bei einer Höchsttiefe von etwa 25 cm verjüngt. Dies bedeutet zwar eine beträchtliche Verbesserung gegenüber der Lochung mittels einer Kugel, wobei gleichzeitig die Zerstörungswirkung der Explosivladung auf den Zementring sehr vermindert ist, jedoch ist offensichtlich, daß ein Eindringen auf diese Tiefe und die erhaltenen Lochdurchmesser keine wirksame Kanalbildung oder Rißbildung erzielen.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung, in der ein Geschoß in einer ungefähr parallel zur Bohrlochacbse gelegenen Richtung beschleunigt wird, in der ferner die Flugrichtung des Geschosses innerhalb der engen Umgrenzungswände des Bohrloches geändert wird, und in der schließlich das Geschoß veranlaßt wird, die gegebenenfalls vorhandene Auskleidung seitlich zu perforieren und in die Formation einzudringen, um in dieser Formation ein großes tiefes Loch und ausgedehnte Risse zu bilden.
  • Die Vorrichtung nach der Erfindung weist einen Richtkanal auf, der die Flugrichtung des Geschosses ändert, ohne daß das Bohrloch beschädigt wird oder @die anschließenden Arbeiten innerhalb des Bohrloches beeinträchtigt werden. In den Zeichnungen ist Fig. i ein Schnitt durch ein ausgekleidetes Bohrloch, in das die erfindungsgemäße in Seitenansicht dargestellte Vorrichtung hinabgeilassen ist, Fig. 2 ein Längsschnitt durch .die Vorrichtung, Fig. 3 ein Längsschnitt durch das Gesc'hoß nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. .1 ein Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 ein Querschnitt nach Linie 5-5 der Fig. 2 und ' Fg. 6 zeigt die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens auf eine fündige Formation.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an einer gewünschten Stelle ein tiefer Kanal oder es werden mehrere tiefe Kanäle und Risse erzeugt, die sich mehrere Meter oder weiter radial von einem Bohrloch aus erstrecken, das in einer fündigen Erdformation mit oder ohne Auskleidung geführt ist, wobei diese Kanalbildung durch das Abfeuern eines Geschosses erzeugt wird, das eine außergewöhnlich hohe kinetische Energie aufweist, wobei sich eine'Erhöhung der Ausbeute des Bohrloches ergibt oder ein anschließendes hydraulisches Aufbrechen oder eine Behandlung mit Säuren oder .eine andere die Ausbeute erhöhende Behandlung erfolgen kann, bei der die erwähnten Kanäle und Risse benutzt werden.
  • Das zur Durchführung des Verfahrens verwendete Werkzeug 1o weist eine Kammer 12, einen Lauf 14. und einen Richtschuh 16 auf. Das Werkzeug 1o wird in ein Bohrloch f8 hinabgelassen, das eine Auskleidung 2o und einen Zementring 22 aufweist. Das innerhalb der Kammer 12 befindliche Pulver 2,4 wird entzündet, um das Geschoß 26 nach unten in den Lauf 1.4 zu treiben, aus dem es in den Richtschuh 16 eintritt, dessen Richtkanal 28 die Richtung des Geschosses ändert, so daß das Geschoß im wesentlichen in seitlicher Richtung durch d:ie Auskleidung und den Zement in die Formation eindringt.
  • Das Werkzeug 1o (Fig. i bis 5) hängt an einem Seil 30, das in üblicher Weise an dem Seilkopf 32 befestigt ist. Der Seilkopf 32 wird von einem elektrischen Leiter 34 durchsetzt. Der Seilkopf 32 ist in die Kammer 12 eingeschraubt und mittels mehrerer Dichtungsringe 36 abgedichtet. Eine Bohrung 38 des Seilkopfes nimmt den elektrischen Leiter 34 und eine elektrische Zündvorrichtung q.o auf. Die Kammer 24 ist mit einer Ladung ¢2 gefüllt. Vor dieser Ladung befindet sich ein Geschoß 26, das im vorliegenden Fall aus einem gehärteten Stahlkern 44 und einem mit einem Schulterflansch ,48 versehenden Aluminiummantel 46 besteht. An dem Mantel .^6 des Geschosses ist eine Flußeisenplatte 50 befestigt. Das Geschoß (Fig. 2) wird im Lauf 14 mittels eines zwischen dem Flansch 48 und der schmalen Schulter befindlichen Anschlag genalten. Die Schulter wird von der 1m Durchmesser verkleinerten Innenseite der Laufmündung gebildet.
  • Auf das Mündungsende des Laufes 14 ist ein Einsatz 54 aufgeschraubt, wobei Dichtungsringe 56 eine Dichtung zwischen dem Einsatz 54 und dem Lauf 14 herstellen. Eine Abdichtkappe 58 ist auf den Einsatz 54 aufgeschraubt und ist dem Einsatz 54 gegenüber mit den Dichtungsringen 6o abgedichtet. Die Abdichtkappe 58 hat eine geschlossene Stirnfläche 62, so daß keine Flüssigkeit in das Werkzeug einströmen kann. Bei der dargestellten Ausführung ist der Richtkanal 28 der Bo!hrlochflüssigkeit gegenüber frei. Erfahrungsgemäß unterstützt diese Bohrlochflüssigkeit die Änderung der Flugrichtung des Geschosses von der Lotrechten zur Schrägen. Vier Stellschrauhen 64 sind in vier Ausnehmungen66 der Abdichtkappe eingeschraubt, um den Richtschuh 16 zu halten. Innerhalb des Richtschuhes 16 liegt ein bogenförmigerRichtkanal 28, der beim Abfeuern die Flugrichtung des Geschosses zur Seite lenkt.
  • Beim Zusammenbau des Werkzeuges wird das Geschoß 26 in die Kammer 12 eingesetzt und liegt auf der Schulter 52. Die Ladung 42 wird dann in die Kammer 12 eingebracht und der von dem Seil 30 getragene Seilkopf, in dem sich die elektrische Zündvorrichtung 40 befindet, in die Kammer 12 eingeschraubt. Der Einsatz 54 wird dann auf den Lauf 14 aufgeschraubt und die Abdichtkappe 58 in den Einsatz 54 eingeschraubt. Dann wird der Richtschuh 16 über den Einsatz 54 gesetzt und mittels der vier Stellschrauben 64 aufgehängt.
  • Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkzeug io in .das Bohrloch bis zur fündigen Formation oder bis zu der bereits, erzeugenden Formation gesenkt, wobei der Richtschuh 16 so aufgestellt wird, daß er gegenüber demjenigen Abschnitt der Formation liegt, in dem ein Strömungskanal undRiß gebildet werden sollen. Die elektrische Zündvorrichtung 4o wird dann betätigt. Die Ladung 42 entzündet sich und erteilt dem Geschoß eine hohe kinetische Energie. Das Geschoß durchfliegt den Lauf 14, wobei seine Richtung im Richtkanal 28 des Richtschuhes 16 geändert wird, durchschlägt dann die Auskleidung 2o und die Zementschicht 22 und dringt in die Formation ein, wobei .ein großes tiefes Loch in der Formation und außerdem weitreichende Risse gebildet werden, die durch die Keilwirkung des Geschosses entstehen und von -dem Bohrloch ausgehen. Dann werden die in der Endformation gebildeten Kanäle und Risse entweder zur Er'flöhung der Ergiebigkeit des Bohrloches unmittelbar oder zum hydraulischen Aufbrechen, Ansäuern od. dgl. verwendet.
  • Beim Auftreffen des Geschosses 26 löst sich der Richtschuh 16 von Abdichtkappe 62 und wird in kleine Stücke zerbrochen. Der übrige Teil des Werkzeuges wird zur Oberfläche zurückgezogen. Gewünschtenfalls können die Schießarbeiten wiederholt werden, um einen zusätzlichen Kanal oder zusätzliche Kanäle und Risse in der Formation vor dem Erschließen des Bohrloches oder zur nachfolgenden Behandlung des Bohrloches zu bilden.
  • Zusätzlich kann die Schießarbeit in einem Bohrloch oder in mehreren Bohrlöchern, die von dem Gewinnungsbohrloch auf Abstand. stehen, ausgeführt werden, und es kann eine Wassereinspritzung erfolgen, um in der Nähe des Gewinnungsbohrloches den in der Formation oder in der Erdschicht herrschenden Druck zu erhöhen.
  • Beispielsweise können in Ölbohrungen, die mit den üblichen i4-cm-Bohrungen ausgekleidet sind, m,it Kugeln arbeitende Perforatoren eine kinetische Energie von 2o7 mkg entwickeln, wobei die Geschwindigkeit der Kugel etwa 304 bis 456 m/Sek. und das Gewicht der Kugel .etwa 22,6g beträgt. Um einer Kugel diese kinetische Energie zu erteilen, sind Drucke von mehr als 7000 kg/m2 erforderlich.
  • Geformte Normalladungen in diesen Bohrlöchern erreichen eine kinetische Energie von Ego mkg je Stoß, wobei die Stoßgeschwindigkeit 76öo m/Sek. beträgt und die Masse klein ist. Die Erfindung dagegen arbeitet in dem erwähnten i4-cm-Bohrrohr mit Drucken innerhalb des Werkzeuges, die nicht über 350o kg/cm2 liegen, wobei die kinetischen Energien Hunderte oder Tausende von mkg betragen und auf Geschosse übertragen werden, die o,4 bis i,6 kg wiegen und an der Laufmündung eine Geschwindigkeit von 6o8 bis 1368 m/Sek. haben. Diese Parameter können noch wesentlich erhöht werden.
  • Die Fig.6 zeigt Muster von Löchern 68, von 70, 72, die von Perforatoren mit Kugeln oder Hohlladungen erzeugt sind. Der Kanal 74 und Risse 76 hingegen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, erstrecken sich, wie ersichtlich, beträchtlich weiter von dem Bohrloch weg zum Lager 78. Versuche haben a -zeigt, daß, zum Unterschied von den Lochungen, die mit den üblichen Verfahren erhalten werden und, weniger als 30 cm Länge haben, der Kanal 74 sich über mehrere Meter in die Erdformation 8o erstreckt und daß die Risse 76 weit nach außen von diesem Kanal reichen. Die Erfindung ermöglicht es daher, daß ,das Bohrloch unmittelbar über die Risse 76 und den Kanal 74 versorgt wird.
  • Außerdem ist der Durchmesser des Kanals 74, der in dem Bohrloch und in der Erdformation 75 mm betragen kann, wesentlich größer als die nach den üblizben Verfahren hergestellten Löcher eines Durchmessers von 12,5 mm. Dies unterstützt nicht nur die unmittelbare Erzeugung, sondern diese Perforierung hat auch eine größere Oberfläche, auf die die Flüssigkeiten, die während des hydraulischen Aufbrechen unter Druck eingeführt werden, einwirken können, wie die Pfeile 82 der Fig. 6 zeigen. Während bei dem üblichen hydraulischen Aufbrechen oder bei dem Zuführen von Säure oder bei dem Einspritzen von Flüssigkeit zur Sekundärgewinnung die Flüssigkeit und daher auch der Druck verloren sein kann, wenn das Lochrauster 68 verwendet wird, und zwar beispielsweise infolge unerwünschten Einsturzes an einer Grenzschicht oder Verwerfung 8q., lokalisieren der Kanal 74 und die Risse 76 die Druckeinwirkung und das Aufbrechen an einer gewünschten Stelle der Erdformation.
  • Wenn beim Abschießen der Ladung das Geschoß 26 den Richtkanal 28 erreicht, so löst sich der Schuh 16 von dem Werkzeug. Ein Ausbauchen und Verziehen und ein wahrscheinliches Steckenbleiben in dem Gehäuse des Werkzeuges, das auftreten würde, wenn eine dauerhafte Befestigung des Schuhes an dem Werkzeug erfolgte, wird dadurch vermieden. Aber die" Bewegung des Schuhes von dem Werkzeug weg würde wahrscheinlich die Richtwirkung des Richtkanals 28 verhindern. Bei der Erfindung ist jedoch diese Schwierigkeit dadurch behoben, daß ein genügend großes M.assenv erhältnis zwischen dem Richtschuh und dem Gesc:hoß 26 hergestellt wird, so daß eine genügende Umsenkung des Geschosses erfolgt.
  • Wird zum Arbeiten das in den Zeichnungen dargestellte Werkzeug verwendet, bei dem das Verhältnis der wirksamen Schuhmasse, d. h. der unterhalb -des Krümmungsbeginnens des Richtkanals 28 befindlichen Masse des Schuhes, gegenüber der Geschoßmasse kleiner als q. ist, dann beträgt die Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses annähernd io6q. m/Sek., und der aus Gußeisen beste;:ende Schuh- bewirkt keine -wesentliche Richtungsänderung .des Geschosses. Bei höheren Verhältnissen genügt jedoch das trägheitsvermögen des Schuhes, um .dem Geschoß eine genügend merkbare Richtungsänderung zu erteilen. Ist das erwähnte Verhältnis ungefähr 8 bis 12, dann wird eine Ablenkung von go° erhalten. Eine weitere Erhöhung des Verhältnisses hat keinen Nutzen.
  • Da der Richtschuh 16 der erwähntenAusführung aus Gußeisenbesteht, ist der Schuh beim Arbeiten des Werkzeuges zerbrechlich und wird nicht nur von dem Werkzeug freigegeben, sondern wird auch in sehr viele kleine Stücke zerbrochen, die erforderlichenfalls leicht aus dem Bohrloch ausgebohrt werden können. Erfahrungsgemäß unterstützt bei Gescnwindigkeiten von 60o bis 1400 m/Sek. die Bohrflüssigkeit wesentlich die Richtungsänderung des Geschosses und stört nicht die Wirksamkeit des Geschosses 26'b@ei einem-Eindringen aus demWerkzeug in die Erdformation.
  • Bei der Anpassung eines Werkzeuges an die zum Betrieb oder zum Arbeiten des Verfahrens verwendeten Energieebenen hat sich herausgestellt, daß die erforderliche Richtungsänderung aus der Längsrichtung des Bohrloches zur Querrichtung in die Erdformation hinein wesentlich bei- der dargestellten Ausführung dadurch unterstützt wird, daß einbestimmtes .gegenseitiges Verhältnis zwischen dem Geschoß 26 und dem Richtkanal 28 besteht. Dieses Verhältnis ist auf jeden Fall dann erforderlich, wenn ein Werkzeug verwendet wird; dessen Richtschuh sich nicht von dem Werkzeug löst, wie es beispielsweise bei großen Bohrlöchernder Fall ist. Dieses Verhältnis beruht auf der Entdeckung, daß eine plastische oderbildsame Fließbewegung oder Nachgeben zwischen dem Geschoß und dem Richtkanal während der Verschiebung des Geschosses indem Kanal erforderlich ist, so daß entweder -das Geschoß oder der Kanal oder das Geschoß und der Kanal gegenseitig nachgeben. Fehlt diese plastische Fließbewegung oder dieses Nachgeben, so kann eine erwünschte Keilschrämwirkung, durch die der Einfluß des Richtkanals auf das Geschoß bei dessen Richtungsänderung verlorengeht, und eine 2-Punkt-Berührung des Geschosses an dem erzeu.gtenKanal auftreten, sod'aß auf dieses Geschoß zerstörende Kräfte einwirken, die das Geschoß zerbrechen wollen.
  • Bei der dargestellten Ausführung wird diese plastische Fließbewegung oder dieses Nachgeben durch die Verwendung .eines aus Guß-eisen bestechenden Richtkanals 28 und eines Geschosses 26 erhalten, das einen verhältnismäßig harten Stahlkern 44 und einen veAältnismäßig weichen Aluminiummantel 46 hat, wobei beim Vorschieben des Geschosses in dem Richtkanal der Aluminiummantel q:6 sieh an dem härteren Gußeisen abflacht, jedoch zu gleicher Zeit in einer gewissen Größe in dieses Gußeisen eingebettet wind. Die gewünschte plastische Zwischenfläche kann auch dadurch erhalten werden, daß der Außenabschnitt des Geschosses aus `härterem Material als das Gußeisen des Richtkanals besteht, wodurch die Einbettung bedeutend verstärkt und die Abflachung vermindert wird. Natürlich können auch das Geschoß und der Richtkanal aus dem gleichen Material, beispielsweise Gußeisen, bestehen.
  • Zwischen dem Geschoß und dem Richtkanal kann eine plastische Zwischenfläche auch dann vorhanden sein, wenn das Geschoß und/oder der Richtkanal .aus Stoffen besteh-en, die für die auftretenden Energien und Geschwindigkeiten verhältnismäßig weich sind. Ferner kann der Richtkanal 28- mit einem Material ausgekleidet sein, das sich von dem Körper des Richtschuhes 16 unterscheidet und weicher oder härter als-dies-er Körper ist.
  • Bei Verwendung der Erfindung werden außergewöhnlich gute Ergebnisse erzielt, wie dies aus den nachstehenden Berichten der Ölindustrie hervorgeht, 'die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten.
  • In dem nachfolgenden Beispiel war das verwendete Stahlwerkzeug 8,2o m lang und hatte einen Höchstdurchmesser von ioi mm. Die Laufbohrung war 54 mm. Der Außendurchmesser des Geschoßmantels aus Aluminium war 54 mm, und der Durchmesser des harten Stahlkernes war 38,1 mm. Das Gesamtgewicht des Geschosses war i kg, und die rauchlose Pulverladung wog o,9 kg.
  • DieGeschoßgeschwindigkeiterreichte 1094m/Sek., und die kinetische Energie, die dem Geschoß erteilt wurde, belief sich auf 662q.0 rn!kg. Das wirksame Gewicht des aus Gußeisen bestehenden Richtschuhes war io kg, so daß das Verhältnis der Richtschu'hmasse zur Geschoßmasse sich etwas über 9 belief. Bohrloch .der T. & P. Coal and Oil Company, Lea County, New Mexico Das Bohrloch ist ein Gasbohrloch durch eine Trägerschicht in einer Tiefe von 945 bis 985 m. Das Bohrloch wurde ursprünglich ergänzt durch vierhundert Perforierungen, wurde dann angesäuert und hydraulisch aufgebrochen. Das Bohrloch ergab 3780 cbm Gas pro Tag. Das Bohrloch wurde dann gemäß dem Verfahren der Erfindung behandelt, wobei acht Löcher mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug hergestellt wurden. Eine sofortige Prüfung ergab eine Förderung von 6654 cbm pro Tag. i Monat später ergab .das Bohrloch noch eine Förderung von 5544 cbm pro Tag. Bohrloch der Stanolind Cil & Gas Company in the Andector-McKee, Field in Texas Das Bohrloch ergab ursprünglich 25:28o 1 Öl pro Tag bei einem Fließdruck von 32 kg/cm2, wobei zuerst eine Perforierung mittels Explosivladung in dem Simpson-Sand, einer Erdformation, in einer Tiefe von 24q.0 bis 2452 m vorgenommen wurde. In diese Zone wurden vier Löcher je 30 cm eingeschossen. Ehe das Bohrloch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde, war die Ergiebigkeit des Bohrloches auf eine Ausbeute von 70001 pro Tag gesunken. Die Eigentümerin hatte einen 'hydraulischen Aufschluß versucht, konnte jedoch die Erdformation bei Verwendung eines Druckes von 420 kg/cm2 nicht aufschließen, trotzdem die Aufschließflüssigkeitden Erdformationen in einer Menge von 3161/Min. zugeführt wurde. Das Bohrloch wurde daraufhin mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, wobei acht Löcher erzeugt wurden und nach der Schießarbeit ein hydraulischer Aufschluß erfolgte. Die Erdformation wurde zunächst mit einem. Druck von 266 kg/cm2 aufgebrochen, der dann auf 126 -kg/cm-9 sank. Die Formation nahm die Aufschlußflüssigkeit in einer Menge von 632 1/Min. an. Dann floß das Bohrloch mit einer Geschwindigkeit von 390001 pro Tag bei einem Druck von 47 kg/cm2. Bohrloch der Rowan Oil Co., TXL 1-39, Sec. 39, Spray'bury Field, Texas Dieses Bohrloch befindet sich in dem bekannten Spraybury Field, das sich vielversprechend anließ, dessen Bohrlöcher jedoch in kurzer Zeit in der Ausbeute abnahmen. Das Bohrloch war nicht ausgekleidet und wurde am 19. Juni 1952 einem hydraulischen Aufschluß mit 2o ooo 1 Flüssigkeit unterworfen. Das Aufbrechen wurde mit einem Druck von 2o6 kg/cm2 begonnen, der auf 182 kg/cm2 abfiel, wobei die Formation 632 1/Min. Flüssigkeit aufnahm. Das Bohrloch hatte vor der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren am 3. November 1953 1763 0001 ergeben und bei einer Tagesleistung von 2ooo bis 2500 1. Am 20. November 1953 wurde das erfindungsgemäße Verfahren bei dein Bohrloch angewendet, wobei die Schießarbeit in der Erdschicht bei 2316, 2313, 231o, 23o6 und 2302 m vorgenommen -wurdde. Das Bohrloch wurde dann hydraulisch aufgeschlossen. Der Aufbruch der Formation erfolgte bei einem Druck von 91 kg/cm2, der durchschnittliche Einspritzungsdruck betrug 66,5 kg/cm2, die Formation nahm durchschnittlich 526o 1 in der Minute an. Die Erzeugung wurde am 23. November 1953 wieder aufgenommen, und das Bohrloch floß mit einer Menge von 370001 pro Tag. Am 1o. Dezember 1953 ergibt sich eine dauernde Menge von 17 000 1 pro Tag. Das Bohrloch der Gulf Cil Corporation in Sandhiilss-Tub@bs Field,. Texas D.iieses Bohrloch war unverrohrt in der Greyburg Dolomit-Kalk-Zone mit dem Olträger in 148o bis 1465 m Tiefe, wobei geformte Explosivladungen verwendet wurden. Nach der Schießarbeit wurde versucht, die Erdformation anzusäuern wobei die Bohrlochproduktion 52141 pro Tag betrug. Nach der Behandlung gemäß der Erfindung, bei der vier Schüsse in die Erdformation abgeschossen und in das Bohrloch. 9ooo 1 Säure eingegossen wurden, betrug die Ergiebigkeit des Bohrloches 26 ooo 1 pro Tag. Bohrloch von Evans-Hartwell bei Shreveport, Lousiana Dies war ein altes Bohrloch in dem Kilpatrick-Kalk und erzeugte 126o bis 158o 1 pro Tag, von denen 6o o/o Wasser waren. Der Unternehmer hatte versucht, die Formation hydraulisch aufzuschließen, und zwar mit einem Druck von 36o kg/cm2. Es fand jedoch kein Aufschluß der Formation statt. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug wurden zwei Schüsse abgegeben, die Löcher :bei 1125 und 11z6 m in die fündige Zone, die von 1124 bis 1127 m reichte, schlugen. Dann wurde das Bo'hrloc'h mit 45001 Flüssigkeit aufgeschilossen. Es ergab sich, daß die Formation in zwei Stufen aufbrach, und zwar die erste Stufe bei einem Druck von 273 kg/cm2 und die zweite Stufe bei 21okg/cm2, wobei die Flüssigkeitseinspritzung eine Größe von 4741/Min. ergab. Die Produktionsergebnisse dieses Bohrloches stehen nicht zur Verfügung, es ist jedoch offensichtlich, daß der Formationseinbruch durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt. Bohrloch Metcalfe A-1 der Pearson Siebert Oil Company, Aspermont Texas Dieses Bohrloch hatte eine 150 cm starke fündige Zone in einem Konglomerat .in einer Tiefe zwischen 1814 und 18I6 m. Vor der Behandlung mit dem erfindungsgemäßem Verfahren ergab das Bohrloch 395,1 t51 pro Tag. Zwei Schüsse wurden mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug bei 1815 und 1815,3 m abgefeuert, und das Bohrloch wurde mit einer kleinen Menge von Flüssigkeit hydraulisch aufgeschlossen. Das Bohrloch erzeugt jetzt 23701 Öl proTag mit 316-bis 47a 1 Wasser. Die Förderungsgeschwindigkeit ist erhöht.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Perforieren -von Bohrlochauskleidungen undAufbrech:en von geologischen Formationen, dadurch gekennzeichnet, daß ein G:eschoß in Längsrichtung innerhalb des Bohrloches mit hoher kinetischer Energie (z. B. 13 825 mkg) abgeschossen wird und daß dieses Geschoß hoher Energie so albgelenkt wird, daß es die Bohrlochschicht in einer im wesentlichen seitlichen Richtung durchlocht und in der Erdschicht einen tiefen Kanal bildet, der Rißstellen hat, die nach außen von dem Bohrloch ausstrahlen. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ge-' kennzeichnet, -daß nach dem Perforieren der das Bahrloch umgebenden Erdschicht Druckflüssigkeit in den Kanal und in die von dem Kanal ausstrahlenden Risse eingespritzt wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, @daß das Geschoß von dem Bohrloch zu der Bohrung eines anderen Bohrloches gerichtet wird unddaß dann Flüssigkeit aus dem ersterwähnten Bohrloch in den von dem Geschoß gebildeten Kanal und die Risse eingespritzt wird. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen -Lauf für das Geschoß, durch eine Einrichtung zum Hinablassen des Laufes in das Bohrloch, durch eine an das obere Ende des Laufes anschließende Kammer mit Treibladung und Zündeinrichtung und durch einen Richtschuh mit Richtkanal in Fortsetzung des unteren Laufendes. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Abdidhtkappe, die das untere Ende :des Laufes verschließt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, :gekennzeichnet durch ein Zwischenstück, das mit denn unteren Ende :des Laufes verbunden ist, wobei die Abdichtkappe mit dem Zwischenstück in Verbindung steht und der Richtschuh von der-Abdichtkappe .getragen wird. 7. Vorrichtung nach :den Ansprüchen 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Achtschuh so aufgehängt ist, daß er von dem Lauf sich löst, wenn ein Abschuß des Geschosses erfolgt. B. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, .dadurch gekennzeichnet, daß der Richtschuh zerbrechlich ist und beim Auftreffen des Geschosses in Stücke zerbricht: 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen q. bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der wirksamen Masse des' Richtschuhes zum Geschoß größer als 4: i ist. io. Vorrichtung nach denAnsprüchen4bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtschuh aus Gußeisen beseht. i i. Vorrichtung nach dem Ansprüchen bis io, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen aus verformbarem Material in den Richtschuh eingesetzt ist. 12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß :die Materialien des Richtkanals und des Geschosses gegenseitig nachgeben, wenn :das Geschoß den Richtkanal durchfliegt. 13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtkanal aus einem Material besteht, das weicher als das Material des-Geschosses ist. 14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da,ß der Richtkanal aus einem Material besteht, das härter als das Material des Geschosses ist. 15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß einen verhältnismäßig harten Kern und einen verhältnismäßig weichen Außenmantel hat und daß der Richtkanal aus. einem Material besteht, das härter als das Material des Gaschoßmäntels ist. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschoßkern aus Stahl, der Geschoßmantel aus Aluminium und der Richtkanal aus Gußeisen besteht.
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