DE960805C

DE960805C - Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsmaterials fuer die Beseitigung von Zirkulationsstoerungen bei Bohrfluessigkeiten infolge Abfluss durch OEffnungen oder Risse in den vom Bohrloch durchstossenen Gebirgsformationen

Info

Publication number: DE960805C
Application number: DEG17474A
Authority: DE
Inventors: Fred Nash Jun; William Cecil Goins Jun
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1954-06-29
Filing date: 1955-06-29
Publication date: 1957-03-28

Description

AUSGEGEBEN AM 28. MÄRZ 1957

G 17474 VII5a

William Cecil Goins jun.

sind als Erfinder genannt worden

Gebirgsformationen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zur Vermeidung von Zirkulations- und Spülverlusten bei Bohrflüssigkeiten; sie betrifft insbesondere ein verbessertes Dichtungsmaterial bzw. eine Abdichtmischung zur Beseitigung von Sickerverlusten infolge Abfluß von Bohrflüssigkeiten durch Gesteinsspalten während des Bohrens von Bohrlöchern sowie Verfahren zur Herstellung und Anwendung derselben.

Beim Drehbohren von Erdölbohrlöchern werden Bohrflüssigkeiten verwendet, die gewöhnlich aus Wasser, Ton und beispielsweise Baryten und Zusatzchemikalien bestehen. Während des Bohrens wird die Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge eingeführt; sie strömt dann durch Öffnungen des Bohrmeißels und fließt durch den ringförmigen Raum zwischen dem Bohrerrohr und der Wand des Bohrloches zurück zur Oberfläche. Die Flüssig-

keit dient einer Anzahl von Zwecken, unter anderem der Kühlung und Schmierung des Bohrgestänges und des Bohrers, der Ausbringung des Bohrgutes sowie zur Aufrichtung eines durch die Flüssigkeitssäule erzeugten hydrostatischen Druckes auf die Wand des Bohrschachtes, wodurch ein Ablösen von lockeren Gesteinsformationen sowie der Eintritt von aus den Gesteinsformationen herrührenden Flüssigkeiten in das Bohrloch vermieden wird. ίο Eine dauernde Umwälzung der Bohrflüssigkeit ist daher für die Fortführung des Bohrverfahrens unerläßlich.

Erfahrungsgemäß treten beim Bohren zuweilen Verluste an Bohrflüssigkeit auf infolge Abfluß durch öffnungen m den Gesteinsformationen; diese öffnungen sind entweder natürliche Spalten, Risse oder poröse Formationen oder durch den Wanddruck im Bohrloch erzeugte Risse. Derartige öffnungen, die eine Störung der Zirkulation und Sickerverluste zur Folge haben, müssen abgedichtet werden, bevor die. Zirkulation der Bohrflüssigkeit fortgesetzt und der Bohrvorgang wieder aufgenommen wird. Es sind' etliche Verfahren und zahlreiche Substanzen angewandt worden, um wieder vollständige Zirkulation zu erreichen, jedoch konnten bisher keine Verfahren aufgefunden werden, die in allen Fällen zum Erfolg führen. Die meisten dieser Substanzen sind faserige oder körnige Teilchen, z. B. aus Nußschalen, Kunstharzen, Hartholz oder hartimprägnierten Holzen, die in Fraktionen verschiedener Teilchengröße hergestellt und dann in vorbestimmter Mischung in die Bohrflüssigkeit eingemischt werden., um eine Abdichtung der durchlässigen Gesteinszone zu versuchen.
35. Gemäß der Erfindung wird das Gemenge so eingestellt, daß die Größenverteilung der Gesamtmasse der Teilchen etwa durch folgende Siebanalyse gekennzeichnet ist:

Von der Gesamtmasse verbleiben zwischen 2 und 9 Gewichtsprozent als Rückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 90% der maximalen Teilchengröße; zwischen 12 und 28 Gewichtsprozent der Gesamtmasse verbleiben als Siebrückstand bei einer Maschenweite entsprechend 70 °/o der maximalen Teilchengröße; zwischen 27 und 46 Gewichtsprozent der Gesamtmasse verbleiben als Siebrückstand bei einer Maschenweite entsprechend 5o°/o der maximalen Teilchengröße; zwischen 54 und 75 Gewichtsprozent der Gesamtmasse verbleiben als Siebrückstand bei einer Maschenweite entsprechend 20% der maximalen Teilchengröße; zwischen67 und 88 Gewichtsprozent der Gesamtmasse verbleiben als Siebrückstand bei einer Maschenweite entsprechend 10% der maximalen Teilchengröße, und zwischen 78 und 94 Gewichtsprozent der Gesamtmasse verbleiben als Siebrückstand bei einer Maschenweite entsprechend .5% der maximalen Teilchengröße. Die größten Teilchen haben eine Mindestgröße von wenigstens etwa 6,4 mm, vorzugsweise von 'etwa 9,5 mm in beliebiger Richtung.

Zur genaueren Kennzeichnung wird in der nachfolgenden Tabelle eine vorzugsweise Größenver-

Maschenweite,	Rückstand der Gesamtmasse	17
ausgedrückt in %	in .Gewichtsprozent	28
der maximalen		37
Teilchengröße		46
90	zwischen 2 und 9	56
80	7 -	64
70	12 -	75
60	20 -	88
50	27 -	94
40	34 -	100
30	43 -
20	54 -
10	- 67 -
5	- 78 -
I	95 -

teilung angegeben,, die in den oben definierten Bereich fällt.

Die Erfindung umfaßt ebenfalls eine Abdichtmischung, die im wesentlichen aus einer ein fiüssiges Medium und ein Beschwerungsmittel enthaltenden Bohrflüssigkeit oder einem Bohrschlamm besteht und zwischen 0,9 und 14,5 kg, vorzugsweise zwischen 0,9 und 5,7 kg, des Gemenges harter körniger Teilchen bestimmter Größenverteilung pro 100 Liter Bohrflüssigkeit enthält; die Teilchen bestehen aus Nußschalen, Kunstharzen, Hartholz oder harzimprägniertem Holz und zeigen eine Größenverteilung im vorstehend gekennzeichneten Bereich.

Die Erfindung umschließt darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung des Dichtungsmaterials sowie zur Vermeidung und Beseitigung von Sickerverlusten und Zirkulationsstörungen. Nach diesem Verfahren werden die harten Teilchen oder körnigen Festkörper aus Nußschalen, einem Kunstharz, Hartholz oder kunstharzimprägniertem Holz durch Siebung in Fraktionen verschiedener Teilchengröße getrennt und nachfolgend in bestimmtem Verhältnis vermischt, um hierdurch eine Mischung der vorstehend definierten'Größenverteilung herzustellen; hierzu kann eine Siebanalyse einer Probe des gewählten zerkleinerten Materials gemacht werden, und wenn die Größenverteilung nicht zu sehr von der geeigneten Größenverteilung abweicht, können bestimmte Anteile verschiedener Siebfraktionen zur Hauptmenge des Materials zugesetzt werden, um die richtige Größenverteilung zu erreichen. Das derartig hergestellte Dichtungsmaterial wird dann mit Bohrflüssigkeit vermischt; letztere besteht gewöhnlich aus Ton und einem flüssigen Medium, meistens Wasser. Die Menge des zugemischten Dichtungsmaterials beträgt zwischen 0,9 und 14,5, vorzugsweise zwischen 0,9 und 5,7kg/ioo 1 Bohrflüssigkeit. Die entstehende Abdichtmischung wirdi durch das offene Ende des Bohrgestänges in das Bohrloch gepumpt, wobei das Ende des Bohrgestänges so angeordnet ist, daß die Abdichtmischung zur Stelle der Zirkulationsstörung, d. h. zum Riß in der Formation geleitet wird. Vorzugsweise wird die Abdichtmischung in den Formationsriß eingepreßt, indem die Flüssig-

keit im Bohrloch bei geschlossenen Ausnußschiebern mittels einer Pumpe druckbelastet wird. Das Verfahren der Erfindung umschließt auch die Arbeitsstufe der Einstellung der Dichte der zur Bereitung der Abdichtmischung der Erfindung verwendeten Bohrflüssigkeit durch Zusatz von Beschwerungs- oder Verdünnungsmitteln, um hierdurch ein Medium zu erzeugen, in dem das Dichtungsmaterial eine hinreichend beständige ίο Suspension bildet.

Die angeführten, als Füllmaterial der Abdichtmischung und nach dem Verfahren der Erfindung zur Vermeidung oder Beseitigung von Sickerverlusten und Wiedergewinnung vollständiger Rück-IS führung der Bohrflüssigkeit brauchbaren Substanzen, bilden eine Gruppe von Stoffen, die hinreichende Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die hohen in Bohrlöchern vorliegenden Drücke zeigen, deren spezifisches Gewicht hinreichend nahe dem spezifischen Gewicht der Bohrflüssigkeit liegt, um hierdurch ein Absetzen der Teilchen infolge unterschiedlicher Schwere soweit wie möglich zu vermindern, und die zwar hart im Vergleich zu den anderen Substanzen der Bohrflüssigkeit und der Erdformationen sind, aber nicht die Bohrrohre usw., durch die das Material gepumpt wird, abschleifen. Von den oben angeführten Stoffen sind gebrochene Nußschalen, insbesondere Walnuß- und Hickoryschalen, besonders geeignet.
Beispielsweise wurden Walnußschalen oben angegebener Größenverteilung in Bohrflüssigkeiten zur Abdichtung von öffnungen verwendet, wobei sich gezeigt hat, daß diese wesentliche größere öffnungen abzudichten in der Lage sind als andere Materialien, die entweder kleinere Korngröße haben, weicher sind oder nicht die gleichmäßige und vorgemisehte Größenverteilung gemäß der Erfindung zeigen.

Kunstharzteilchen können bequem im gewünschten Größenbereich geformt werden; diese Teilchen haben Druckfestigkeiten zwischen etwa 1400 und 2100 kg/cm² und sind daher für den vorliegenden Zweck gut geeignet. VkIe plastische Stoffe haben ein hohes spezifisches Gewicht, so daß sie gut geeignet sind zur Ausbildung stabiler Dispersionen in Bohrflüssigkeiten. Diese Kunstharze können Hartgummiteilchen einschließen.

Von den verschiedenen verwendbaren Harthölzern, beispielsweise Hickory, Eiche oder Mahagoni, sind die dichteren Harthölzer vorzuziehen. Die Härte und Dichte der Holzteilchen kann durch Imprägnierung des Holzes mit einem Kunstharz gesteigert werden, wobei die Imprägnierung vorzugsweise nach der Zerkleinerung erfolgt. Auf diese Weise kann die Dichte der Bohrflüssigkeit durch das imprägnierte Holz annähernd verdoppelt werden.

Der bevorzugte Bereich, der die günstigsten

Größenverteilungen des gewählten Dichtungsmaterials einschließt, ist durch die Kurven der Zeichnungen gekennzeichnet. Dieser ist wie folgt:

Eine Maximalgröße von etwa 12,7 mm, d. h. kein

Rückstand auf einem Sieb mit 12,7 mm Maschenweite^ zwischen S und 20 Gewichtsprozent Rückstand auf einem Sieb von 10 mm Maschenweite; zwischen 35 und 55 Gewichtsprozent Rückstand auf einem Sieb von 2,5 mm Maschenweite; zwischen 67 und 90 Gewichtsprozent Rückstand auf einem Sieb mit 1,27 mm Maschenweite; zwischen 80 und 95 Gewichtsprozent Rückstand auf einem Sieb mit 0,51 mm Maschenweite; zwischen 88 und 97 Gewichtsprozent Rückstand auf einem Sieb mit 0,25 mm Maschenweite und zwischen 95 und 100 Gewichtsprozent Rückstand auf einem Sieb mit 0,13 mm Maschenweite.

Die Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung.

Fig. ι veranschaulicht die Größenverteilung der nach dem Verfahren der Erfindung zur Wiedererlangung der Zirkulation verwendeten, das Dichtungsmaterial der Abdichtmischung bildenden Teilchen; hierin ist der prozentuale Anteil des Rückstandes gegen die Maschenweite in Millimeter aufgetragen, und zwar dn halblogarithmischem Maßstab, wie eis bei der Darstellung von Kornverteilungen üblich ist;

Fig. 2 zeigt die relative Größenverteilung der Teilchen, und

Fig. 3 veranschaulicht die verbesserten Versuchsergebnisse bei Verwendung einer Mischung gemäß der Erfindung zur Abdichtung von öffnungen der angeführten Größen.

In Fig. ι umschließt das schraffierte Gebiet des Diagramms ungefähr den bevorzugten Bereich der Größenverteilung der im Verfahren der Erfindung verwendeten, das Dichtungsmaterial bildenden Teilchen. Die Kurven 10 und ir veranschaulichen Beispiele gemahlener Walnußschalen mit vorbestimmter Größenverteilung. Es ist zu erkennen, daß die Schraffierung nur ein ziemlich eng begrenztes Gebiet umfaßt; die in dieses Gebiet fallenden Kurven 10 und 11 kennzeichnen Proben mit solcher Teilchengrößenverteilung, durch die bei der Beseitigung von Sickerverlusten und Zirkulationsstörungen bei Konzentrationen zwischen 0,9 und 6,9 kg pro Liter Bohrflüssigkeit erheblich bessere Ergebnisse als bisher erhalten wurden.

Fig. 2 erläutert die relative Größenverteilung der Teilchen, die einen wesentlichen Bestandteil der Abdichtmischung der Erfindung bilden; sie ist anwendbar auf beliebige in den Bereich fallende Verteilungen mit einer Maximalgröße oberhalb 12,7 mm. Die maximale Teilchengröße ist durch jene Maschenweite gekennzeichnet, durch die gerade noch das gesamte Material durchtritt. Bei der Darstellung der Fig. 2 sind die Teilchengrößen der verschiedenen Siebfraktionen des Dicht:vngsmaterials ausgedrückt in Prozent der maximalen Teilchengröße. Wenn beispielsweise die maximale Teilchengröße 12,8 mm beträgt und die betrachtete Teilchengröße 6,4 mm, so ist der Prozentsatz der maximalen Teilchengröße 50%. Dieser auf die maximale Teilchengröße bezogene Prozentsatz ist aufgetragen gegen die Gewichtsprozente an Gesamtmenge, die auf den einzelnen in der Siebanalyse verwendeten Sieben als Rückstand zurück-

bleiben. Es ist festgestellt worden, daß die Größenverteilungen der Teilchen die bei der Abdichtmischung gemäß der Erfindung zu den günstigsten Ergebnissen führen, in das schraffierte Gebiet der Fig. 2 fallen. Die Kurven 12 und 13 dieser Figur entsprechen den Proben und Größenverteilungen der Kurven 10 bzw. 11 gemäß Fig. 1. Eine solche Größenverteilung ist nicht das natürliche Ergebnis der Zerkleinerung, sondern wird' durch anteilige Vermischung der Siebfraktionen erreicht. Ein Produkt mit einer Größenverteilung abweichend von den Produkten der Erfindung ist durch Kurve 14 dargestellt. Dieses Material war von geringem Wert für die Beseitigung von Zirkulationsstörungen.

Bei der Prüfung gemäß der nachfolgend beschriebenen Methode wurden zahlreiche Mate'-rialien ermittelt, die Größenverteilungen außerhalb der schraffierten Gebiete nach den Fig. 1 und 2 hatten und keine Abdichtung größerer öffnungen erlaubten, obwohl die Teilchen aller Materialien dieselbe Maximalgröße aufwiesen. Die Materialien, deren Größenverteilungen an gewissen Punkten innerhalb des schraffierten Gebietes liegen, aber nicht über alle Größenfraktionen innerhalb dieses Gebietes bleiben, müssen in viel größerer und dadurch unwirtschaftlicher Menge zur Bohrflüssigkeit zugegeben werden, um die größeren öffnungen abzudichten.

Das Verfahren und die Abdichtmischung gemäß der Erfindung zur Beseitigung von Sickerverlusten und der Zirkulationsstörungen in Bohrlöchern kann am besten an Hand von Laboratoriumsapparaten dargelegt werden, da selbstverständlich weder die öffnungen in den Formationen noch die Abdichtung direkt beobachtet werden können. Aus diesem Grunde ist ein nachfolgend kurz beschriebener Apparat zusammengestellt worden, um die verbesserten Eigenschaften der Mischung gemäß der Erfindung und die besseren Ergebnisse auch zahlenmäßig zu belegen. In dem Apparat wurden Abdichtmischungen mit Walnußschalen gemäß der Größenverteilung der Fig. 1 und 2 untersucht.

Der Prüfapparat bestand hauptsächlich aus einem Stück eines starkwandigen 63,5-mm-Rohres, an dessen eines Ende eine große Stickstoffflasche mit Druckminderer, Nadelventil, Abnahmerohrverbindung usw. angeschlossen war, während das andere Ende mit einem auswechselbaren Messingstopfen verbunden war, der Schlitze bekannter Länge und Breite hatte. Zu dem Apparat gehörte ein Satz verschiedener Messingstopfen, die mit Schlitzen verschiedener Breite versehen waren, angefangen von 0,508 mm bis zu 25,908 mm in Abständen von jeweils 0,508 mm.

Zur Versuchsdurchführung wurde eine Bohrflüssigkeit, die etwas Bentonit und Baryt enthielt, gemischt und der 'Quellung überlassen. Nach der Hydratation wurden aus der Bohrflüssigkeit zahlreiche Mischungen verschiedener Konzentration mit 0,9, 1,5, 2,8, 4,3, 5,7, 6,9 und 8,8 kg zerkleinerter Walnußschalen pro 100 Liter hergestellt; von diesen Proben wurde jeweils die größte Schlitzweite ermittelt, die bei jeder Konzentration noch abgedichtet werden kann. Die Proben wurden in das Hochdruckrohr eingeführt, worauf Drucke bis 70 kg/cm² auf die Mischung von Bohrflüssigkeit und Dichtungsfüllstoff gegeben wurden. Es wurde jeweils der Druck ermittelt, der zur Brechung der Abdichtung und Ausblasen der Bohrflüssigkeit durch den Schlitz im Messingstopfen notwendig war, sowie die größten öffnungen, die bei einem Druck von 70 kg/cm² mit den Bohrflüssigkeiten verschiedener Füllstoffkonzentrationen noch abgedichtet werden können.

Fig. 3 veranschaulicht die verbesserten Ergebnisse bei Verwendung der Abdichtmischung der Erfindung. Diese Abdichtmischung wurde mit anderen Dichtungsmischungen ungeeigneter Größenverteilungen verglichen, die alle Teilchen der gleichen Maximalgröße wie die Mischung der Erfindung enthielten. Die anderen Abdichtmischungen zeigten erheblich schlechteres Verhalten. Die Kurve 15 zeigt die durchschnittliche Leistungsfähigkeit von zwei handelsüblichen Füllmaterialien von ungeeigneter Größenverteilung. Die Kurve 16 charakterisiert die durchschnittliche Leistungsfähigkeit von drei verschiedenen Abdichtmischungen, aus zerkleinerten Nußschalen, suspendiert in Bohrflüssigkeit, die entweder eine zufällige Größenverteilung, wie sie bei Zerkleinerung der Schalen und direktem Zusatz zur Bohrflüssigkeit auftritt, zeigen oder eine Größenverteilung außerhalb des für das Füllmaterial der Erfindung vorgeschriebenen Bereichs. Der Kurvenzug 17 kennzeichnet die Ergebnisse bei Verwendung eines Abdichtmaterials gemäß der Erfindung; die Kurve repräsentiert zwei Versuchsreihen mit verschiedenen Konzentrationen zerkleinerter Walnußschalen und zwei verschiedenen Größenverteilungen, die jedoch innerhalb des beschriebenen Bereiches gemäß der Erfindung liegen.

Aus den Kurven 15, 16 und 17 der Fig. 3 ist zu erkennen, daß Abwandlungen in der Größenverteilung des Füllmaterials wesentliche Unterschiede in der Fähigkeit der den Füllstoff enthaltenden Abdichtmischung hinsichtlich der Abdichtung von öffnungen in Gesteinsformationen nach sich ziehen. Die Kurve 16 zeigt beispielsweise, daß eine Bohrflüssigkeit mit einem Material, abweichend von der Größenverteilung gemäß der Erfindung, nur zur Abdichtung von öffnungen in Formationen bis zu etwa 8,9 mm Weite in der Lage ist. Größere öffnungen von beispielsweise 12,7 mm und höher erforderten äußerst hohe Konzentrationen an Füllmaterial der anderen Größenverteilung, wenn die öffnung überhaupt abgedichtet werden ■ konnte. Tatsächlich wurde festgestellt, daß eine Probe einer Bohrflüssigkeit mit Teilchen zufälliger Größenverteilung zwar so weite Öffnungen abdichten kann wie eine Mischung der Erfindung, daß jedoch hierfür ein dreifaches Gewicht an Füllmaterial erforderlich war.

Die Kurve 17 der Fig. 3, die im wesentlichen übereinstimmende Ergebnisse aus zwei Versuchsreihen mit Abdichtmischungen gemäß der Erfin-

dung mit Gehalten zwischen etwa 0,9 und 8,8 kg zerkleinerter Walnußschalen pro Liter darstellt, zeigt, daß eine Steigerung der Konzentration von. 0,9 auf i,5 kgpro 100 1 mit einer s-tarkenSteigerung der Größe der abdichtbaren Öffnung einhergeht, daß aber keine nennenswerte Verbesserung mehr eintritt, wenn mehr als etwa 2,8 kg pro 100 1 verwendet werden.

Bei der Einführung des in der Bohrflüssigkeit verteilten Materials gemäß der Erfindung in das Bohrloch wird es gewöhnlich erforderlich sein, zuerst den Bohrer zu entfernen (wenn nicht die Öffnungen im Bohrer für den Durchtritt der größten Teilchen des Füllmaterials hinreichend groß sind) und spezielle Förder- und Pumpapparate, die zur Behandlung verhältnismäßig großteiliger Füllsubstanzen geeignet sind, zu verwenden. Es kann bequemer sein, diese Auerüstungsgegenstände auf Sevicewagen anzuordnen und nur dann zu den ein-■ zelnen Bohrstellen zu bringen, wenn die betrachtete Bohrung zur Beseitigung einer Zirkulationsstörung behandelt werden muß.. Es ist festgestellt worden, daß die zur Abdichtung der Formation erforderliche Menge an Füllmaterial enthaltender Bohrflüssigkeit vermindert werden kann, wenn durch geeignete Verfahren zuerst die Stelle der Zirkulationsstörung im Bohrloch ermittelt und dann die Bohrflüssigkeit bei oder in Nähe des Punktes der Störung zugebracht wird. Die allgemeine Arbeitsweise zur Einführung von Flüssigkeit in das Bohrloch mit dem Ziel der Abdichtung von Öffnungen in den Erdformationen sowie die Apparate zur Einführung der Flüssigkeit sind bekannt.

Pie Verwendung des hinsichtlich der Größenverteilung abgestuften Füllmaterials gemäß der Erfindung zur erfolgreichen Beseitigung von Zirkulationsstörungen unter Wiedererlangung vollständiger Zirkulation in einem Bohrloch wird in dem nachfolgenden speziellen technischen Beispiel beschrieben, durch das die geschilderten Laboratoriumserkenntriisse bestätigt und die nur durch Verwendung der in bestimmter Weise abgestuften Materialien gemäß der Erfindung erzielbaren Ergebnisse hinreichend dargelegt werden.

Beim Bohren eines Bohrloches mit einem Bohrer von 21,6 cm Durchmesser ist ein 24,5-cm-Gehäuse in etwa 2700 m Tiefe gesetzt worden; die Zirkulationsstörung im Bohrloch trat zuerst auf während des Bohrens bei etwa 2800 m mit einer kalkbehandel ten Bohrflüssigkeit von 1,9 kg/1 Dichte. Darauf wurde feiner Glimmer zur Bohrflüssigkeit zugesetzt und die Zirkulationsstörung zeitweise unterdrückt. Die Bohrung wurde dann bis zu einer Tiefe von 2900 m fortgeführt, worauf wiederum eine Zirkulationsstörung eintrat. Daraufhin wurde der Bohrer in das Gehäuse zurückgezogen und eine Zirkulation bei 17,5 kg/cm² Pumpendruck versucht. Nach etwa 3 Stunden wurde festgestellt, daß noch keine vollständige Zirkulatio'n erreicht werden konnte.

Daraufhin kamen Hilfsmaßnahmen zur Behebung der Zirkulationsstörung zur Anwendung. Das Bohrgestänge wurde zurückgezogen und der Bohrer entfernt, worauf das Rohr bei geöffnetem Ende auf etwa 2800 m zurückgeführt wurde. Das Bohrloch wurde erneut geprüft, es ergab sich jedoch wiederum keine vollständige Zirkulation. Daraufhin wurde ein Walnußschalen enthaltendes Füllmaterial mit einer Größenverteilung außerhalb des Bereiches gemäß der Erfindung im Verhältnis von 5,48 kg Füllmaterial pro 100 Liter Bohrflüssigkeit vermischt unter Anwendung von. 19 m³ Bohrflüssigkeit. Diese Suspension wurde in das Bohrloch gepumpt, bis etwa 4,8 m³ durch das Bohrrohr und in den Ringraum geführt waren, während 14,2 cm³ im Bohrrohr verblieben. Hierdurch wurde die das Füllmaterial enthaltende Suspension bis in ein Gebiet oberhalb des Gehäüsesitzes gebracht. Dann wurde der Ausflußschieber geschlossen und die Suspension durch Pumpen langsam in die Formation eingepreßt. Während des Preßvorganges konnte nur ein Druck von 0,7 kg/cm² erreicht werden, selbst nach Einpumpen von 14,2 cm² Suspension in die Erdformation. Das Bohrgestänge wurde dann bis zum Gehäuse gezogen und die Wandung, 6 Stunden der Verfestigung überlassen. Die Behandlung führte' nicht zur Wiedererlangung der Zirkulation.

Anschließend wurden gesiebte, in verschiedene Siebfraktionen, aufgeteilte und zur Ausbildung eines Materials mit einer Größenverteilung im Bereich der Erfindung (etwa gemäß der schraffierten Zone der Fig. 1) wieder vermischte Walnußschalen mit 18,3 cm³ Bohrflüssigkeit vermischt im Verhältnis von 3,7 kg Walnußschalen pro 100 Liter Bohrflüssigkeit.. Die Suspension der Walnußschalen in der Bohrflüssigkeit wurde durch Zusatz von etwa ι kg Polyacrylnitril pro 60 kg Walnußschalen stabilisiert, das Kunstharz dient hierbei als Verdickungsmittel. Um die das Füllmaterial enthaltende Bohrflüssigkeit in das Bohrloch einzudrücken, wurde eine 46-cm-Verdrängungspumpe mit ausgebautem Sieb verwendet. Die Suspension wurde in das Bohrloch eingebracht, bis etwa 4,8 cm³-des Materials in dem Ringraum waren, wodurch ein Teil des Materials in das Gebiet oberhalb des Gehäusesitzes eintrat. Schon hierdurch wurde eine vollständige Zirkulation erreicht; um aber eine Wiederkehr der Zirkulationsstörung zu vermeiden, wurde eine Einpressung vorgenommen. Beim Beginn des Preßvorganges stieg der Druck bei langsamem Pumpen auf 24,5 kg/cm² und fiel nach Abschalten der Pumpe auf 22,4 kg/cm². Bei Vorliegen einer Bohrflüssigkeit von 1,9 kg/1 Dichte im Bohrloch zu dieser Zeit wurde hierdurch das Äquivalent einer Bohrflüssigkeit von 2 kg/1 zum Punkt der Störung gebracht. Nach ein paar Minuten wurde das Pumpen mit etwa 8 Hub/Minute wieder aufgenommen; über eine kurze Zeitspanne von etwa 5 Minuten nahm, das Bohrloch Flüssigkeit bei 22,4 kg/cm² auf; zu dieser Zeit dichtete die Suspension der Schalen die Formation ab, und der Druck stieg dann schnell auf 36 kg/cm². Danach sank der Druck auf 35 kg/cm² ab und blieb dann konstant. Bei erneuter Aufnahme des Pumpens stieg der Druck schnell auf 40,6 kg/cm² und blieb ohne Ab-

sinken auf diesem Wert. Dieser Druck zusätzlich zum hydrostatischen Druck gab das Äquivalent einer Bohrflüssigkeit von 2,1 kg/1 Dichte. Die Gesamtmenge an Abdichtmischung mit dem Dichtungsmaterial aus Walnuß schalen gemäß der Erfindung, die in die Formation eingebracht war, betrug i,S9 ^cm3· -Das Bohrerrohr wurde dann zum Gehäuse gezogen, worauf erneut ein Druck von 17,5 kg/cm² aufgegeben und das Bohrloch 3 Stunden der Verfestigung überlassen wurde. Danach wurde das Bohrloch stufenweise bis zum Grund zirkuliert. Der Bohrvorgang wurde wieder aufgenommen, ohne weiteren Verlust an Flüssigkeit an der abgedichteten Formation.

Die Abdichtmischung gemäß der Erfindung, die als wesentlichen Bestandteil das abgestufte Dichtungsmaterial von beschriebener Größenverteilung umfaßt, enthält gewöhnlich Wasser und einen Ton. Das Abdichtungsmaterial kann jedoch auch mit

ao einer nicht wäßrigen Bohrflüssigkeit,, beispielsweise einer Flüssigkeit auf ölbasis, vermischt werden. Die Mischung kann außerdem ein oder mehrere faserige Füllmaterialien enthalten.

Claims

.PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung eines Bohrflüssigkeiten hinzuzufügenden Dichtungsmaterials für die Beseitigung von Zirkulationsstörungen bei Bohrflüssigkeiten, infolge Abfluß durch öffnungen oder Risse in den vom Bohrloch durchstoßenen Gebirgsformationen, aus Teilchen eines harten, körnigen Materials aus Nußschalen, Kunstharzen, Hartholz oder harzimprägniertem Holz, die in Fraktionen verschiedener Teilchengröße hergestellt und dann vorbestimmte Gewichtsmengen dieser verschiedenen Fraktionen vermischt werden zu einem Gemenge bestimmter Größenverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß die größten Teilchen einen Radius von wenigstens etwa 6,5 mm haben und

zwischen 2 und 9 Gewichtsprozent der Gesamtmasse als Rückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 90% der maximalen Teilchengröße,

zwischen 12 und 28 Gewichtsprozent der Gesamtmasse als Rückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 70% der maximalen Teilchengröße,

zwischen 27 und 46 Gewichtsprozent der Gesamtmasse als Rückstand auf einem. Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 50% der maximalen Teilchengröße,

zwischen 54 und 75 Gewichtsprozent der Gesamtmasse als Rückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 20% der maximalen Teilchengröße,

zwischen 67 und 88 Gewichtsprozent der Gesamtmasse als Rückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 10% der maximalen Teilchengröße und

zwischen 78 und 94 Gewichtsprozent der Gc samtmasse als Rückstand auf einem Sieb mit einer Maschehweite entsprechend 5% der maximalen Teilchengröße verbleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebfraktionen in einem Verhältnis gemischt werden, daß das entstehende Gemenge folgende Größenverteilung der Teilchen aufweist;

Maschenweite, Rückstand in Gewichtsprozent 17 ausgedrückt in °/o der Gesamtmasse 28 der maximalen 37 Teilchengröße 46 90 zwischen 2 und 9 56 80 7 - 64 70 12 - 75 60 20 - 88 50 27 - 94 40 34 - 100 3D 43 - 20 54 - IO - 67 - 5 - 78 - I 95 -

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebfraktionen in einem Verhältnis gemischt werden, daß das entstehende Gemenge fölgendte Größenverteilung der Teilchen aufweist:

Maschenweite in mm Rückstand in Gewichtsprozent
der Gesamtmasse - 55 IO zwischen 5 und 20 75 5 35 - 90 2,5 54 - 95 1,27 - 67 - 97 0,51 80 - 100 0,25 - 88 - 0,13 95 -
4. Verfahren zur Beseitigung von Zirkulationsstörungen und Sickerverlusten von Bohrflüssigkeiten bei Erdbohrungen durch Abdichtung von öffnungen oder Rissen in den durchstbßenen Gebirgsformationen unter Verwendung des Dichtungsmaterials vorbestimmter Größenverteilung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, d*aß eine Abdichtmischung in das Bohrloch eingeführt und durch Druck- iao einwirkung zur Stelle der Zirkulationsstörung gebracht wird, die aus einer ein flüssiges Medium und' ein Beschwerungsmittel enthaltenden Bohrflüssigkeit mit einem Gehalt von 0,9 bis 14,5 kg, vorzugsweise von 0,9 bis 5,7 kg des harten, körnigen Dichtungsmaterials vor-

bestimmter Größenverteilung pro ioo Liter Bohrflüssigkeit besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrflüssigkeit ein Verdickungsmittel zugesetzt wird, dessen Menge so bemessen ist, daß das Dichtungsmaterial in der Abdichtmischung suspendiert bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 481 339.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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