NL8702612A

NL8702612A - Werkwijze met beperkte toegang voor het tegelijk doen ontstaan van een groot aantal breuken in schuine putboringen.

Info

Publication number: NL8702612A
Application number: NL8702612A
Authority: NL
Original assignee: Mobil Oil Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1987-11-02
Publication date: 1988-06-01
Also published as: NL193388C; NO176588C; GB2197364A; GB8726011D0; CA1303972C; NO176588B; NL193388B; NO874694D0; NO874694L; GB2197364B

Description

P & c ^

W 2909-834 Ned.dB/LdB

4 -1-

Korte aanduiding: Werkwijze met beperkte toegang voor het tegelijk doen ontstaan van een groot aantal breuken in schuine putboringen,

De uitvinding betreft het winnen van koolwaterstof media uit een formatie met lage doorlaatbaarheid, via een schuine putboring met een groot aantal vertikale breuken daarin. De gewenste breukplaatsen worden gekozen langs de putboring. De putboring wordt beurtelings geperforeerd op de 5 gekozen plaatsen. Daarna worden de perforaties hydraulisch gebroken op een wijze voor het tegelijk vormen van een groot aantal breuken.

Formaties met lage doorlaatbaarheid vragen in het algemeen sterke stimulatie om een productiviteit van de put te ontwikkelen die groot genoeg is om van commercieel belang te zijn. Hydraulisch breken met 10 gebruikmaking van brij geladen met een steunmiddel en/of zuur wordt het meeste gebruikt bij deze stimulatietoepassingen. Hoewel de productiviteit van een individuele put gewoonlijk voldoende is om winstgevende resultaten te verkrijgen, is daarbij een doelmatige winning van een groot percentage van de koolwaterstoffen ter plaatse niet verzekerd. Bijvoorbeeld is in de 15 Annona Chalk formatie van het veld van Caddo Pine Island in noordwest Louisiana hydraulisch maken van breuken toegepast als een deel van de aanvankelijke voltooiingsprocedure voor de meeste putten. Hoewel dit een aanvaardbare winstgevendheid voor de meeste putten geeft, is de geprojecteerde cumulatieve winning voor het terrein slechts 15% van de oorspronke-20 lijke olie ter plaatse (00ΙΡ).

Een werkwijze voor het vergroten van het winningspereentage is het verkleinen van de afstand tussen putten, hetgeen, wanneer men in aanmerking neemt, dat elke put gebroken is, neerkomt op het verminderen van de afstand tussen breuken. Een andere wijze voor het verminderen van de 25 afstand tussen breuken wordt beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.835.928. Daarin wordt een werkwijze gegeven voor het boren van een schuine putboring in een richting in hoofdzaak loodrecht op de voorkeursrichting van de veroorzaakte breuken en dan het doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken van de schuine putboring uit. Dit werd 30 tot stand gebracht door het kiezen van afzonderlijke plaatsen langs de putboring en het beurtelings perforeren en behandelen van elk stel perforaties afzonderlijk. De normale praktijk in schuine putboringen is het perforeren met een grote schotdichtheid voor het doen ontstaan van een enkele vertikale breuk.

35 Wat daarom nodig is, is een werkwijze voor het tegelijk doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken in een schuine putboring, gelegen .8702312 i ' -2- in een onderaardse formatie of reservoir.

De uitvinding is gericht op een werkwijze met beperkte toegang voor het tegelijk doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken in een schuine putboring, die door een onderaardse formatie verloopt. De werkwijze 5 omvat het bepalen van de afstand waarover de schuine putboring moet verlopen voor het verkrijgen van de doelmatigste en nuttigste winning van een gewenst materiaal, het boren van een schuine putboring over een bepaalde afstand voor het verkrijgen van de doelmatigste en nuttigste winning van het gewenste materiaal, het plaatsen van een bekledingsbuis 10 in de schuine putboring, het bepalen van het aantal en de afmetingen van de te maken perforaties in de bekledingsbuis, voor het vormen van breuken op gewenste plaatsen, nadat beslist is welk behandelingsmedium voor de breuken gebruikt zal worden, de verpompte hoeveelheid van het medium en de drukval over de perforaties die nodig is om het medium 15 door alle gaten af te buigen, de pompomstandigheden die worden toegepast voor het behandelingsmedium bij een druk en een hoeveelheid die voldoende zijn om tegelijk een groot aantal vertikale breuken in de formatie te doen ontstaan, het perforeren van de putboring voor het maken van gaten daarin in het bepaalde aantal en met de bepaalde afmetingen, 20 voldoende voor het doen ontstaan van de breuken wanneer een behandelingsmedium door de boring wordt gevoerd in een bepaalde pomphoeveelheid en het veroorzaken van een druk op het behandelingsmedium met een hoeveelheid en met een pompsnelheid voldoende voor het tegelijk doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken in de formatie door 25 de gaten.

De tekening is een schematisch aanzicht van een schuine putboring met tegelijk tot stand gebrachte vertikale breuken in een groot aantal, uitgaande van perforaties daarin, waarbij de putboring ligt in een formatie waarvan het gewenst is bestanddelen te verwijderen.

30 De uitvinding is gericht op een werkwijze voor het tegelijktijdig doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken van een schuine putboring uit. Het is vaak nodig een groot aantal vertikale breuken te doen ontstaan in een formatie om gewenste bestanddelen daaruit te winnen. Dit is nodig omdat vaak de formatie niet zo doorlaatbaar is 35 als men zou wensen. Deze uitvinding, zoals hieronder wordt beschreven, kan voor veel toepassingen worden gebruikt.

Eén van deze toepassingen is het vergemakkelijken van het verwijderen van erts uit een formatie die dit erts bevat. Amerikaans octrooischrift 3.896.879 beschrijft een werkwijze voor het vergroten van 40 de doorlaatbaarheid van een onderaartse formatie, waardoor tenminste . 8 7 0 2 6 1 2 i -3- 4 één put loopt, die verloopt van het oppervlak aan de aarde tot in de formatie. Deze werkwijze omvat het injecteren van een waterige waterstof-peroxide-oplossing, die een stabiliseermiddel bevat, door de put in de onderaardse formatie. Na het injecteren diffundeert de oplossing in de 5 breuken van de formatie rond de put. Het stabiliseermiddel reageert met metaalwaarden in de formatie, waardoor het waterstof-peroxide uiteen kan vallen. Het uiteen vallen van het waterstof-peroxide doet een gasvormig medium ontstaan, dat extra breuken van de formatie veroorzaakt.

Volgens het octrooischrift wordt een werkwijze toegepast voor het 10 vergroten van de breukafmetingen voor het verkrijgen van een verhoogd verwijderen van kopererts uit een formatie. Door toepassing van de onderhavige uitvinding zal de doorlaatbaarheid worden vergroot doordat extra breuken worden veroorzaakt.

Behalve voor het verwijderen van ertsen, in het bijzonder koperertsen 15 en ijzerertsen uit een formatie, kan de onderhavige uitvinding gebruikt worden voor het doelmatiger winnen van aardwarmte door het doen ontstaan van meer breuken. Een werkwijze voor het winnen van aardwarmte is beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.863.709. Dit octrooischrift beschrijft een werkwijze en een systeem voor het winnen van aardwarmte uit een 20 onderaardse aardwarmteformatie met een de voorkeur verdienende vertikale breukrichting. Tenminste twee schuine boringen worden aangebracht, die verlopen in de aardwarmteformatie in een richting dwars op de de voorkeur verdienende vertikale breukrichting. Een aantal vertikale breuken worden hydraulisch gevormd, zodat zij de schuine boringen snijden. Daarna 25 wordt een medium geïnjecteerd via één put in de breuken voor het opnemen van warmte uit de aardwarmteformatie en wordt het verhitte medium via een andere put uit de formatie gewonnen.

De uitvinding kan ook worden gebruikt voor het afvoeren van warmte-energie die geproduceerd wordt tijdens het ter plaatse verbranden van 30 steenkool, door het vormen van extra breuken. Een werkwijze waarbij warmte-energie aldus wordt geproduceerd door ter plaatse verbranding van steenkool is beschreven in Amerikaans octrooischrift 4.019.577. Daarin is een werkwijze gegeven voor het winnen van warmte-energie uit een steenkool-formatie die een de voorkeur verdienende vertikale breukrichting heeft.

35 Een injectieput en een productieput worden aangebracht verlopend in de steenkoolformatie en een vertikale breuk wordt gevormd door hydraulische breuktechnieken. Deze breuken worden voortgezet in de steenkoolformatie tot zij verbonden zijn met de beide punten. De vertikale breuk wordt slechts in het onderste deel gesteund. Daarna wordt een de verbranding 40 ondersteunend gas in het ondersteunde deel van de breuk geblazen en .8702612 -4- wordt de steenkool aangestoken. Het inblazen van het de verbranding onderhoudende gas wordt voortgezet voor het voortbewegen van een verbrandings-gebied langs het ondersteunde deel van de breuk en in het verbrandings-gebied ontwikkelde hete productiegassen dienen voor het winnen van de 5 warmte of de warmte-energie van de steenkool. Ook kan water in de breuk gespoten worden voor het transport van de warmte, die een gevolg is van de verbranding van de steenkool, naar de productieput voor het winnen ervan. Zowel de injectie- als de productieputten kunnen schuine putten zijn, die door de koolformatie lopen in een richting dwars op de de voor-10 keur verdienende breukrichting.

Het winnen van warmte-energie uit onderaardse formaties kan ook worden gebruikt voor het doen ontstaan van stoom. Een werkwijze voor een dergelijke winning is beschreven in Amerikaans octrooischrift 4.015.663.

In de praktijk van deze uitvinding, zoals weergegeven in de 15 tekening, wordt een schuine putboring 12 aangebracht in de bruikbare zone van de formatie 10. De putboring 12 gaat door de formatie 10 waaruit men een onderaards produkt wenst te verwijderen, zoals ijzer, kopererts, uraanerts, aardwarmte» steenkool, oliehoudende leisteen of koolwaterstof-media. Een schuine boring wordt geboord door de formatie 10 in een 20 richting die voldoende loodrecht staat op de voorkeursrichting van de breuken, die loodrecht staat op de kleinste horizontale hoofdspanning ter plaatse, waarin men gelijktijdig een groot aantal vertikale breuken wenst te doen ontstaan.

Werkwijzen voor het bepalen van de voorkeursbreukrichting worden 25 beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.547.198. Zoals daarin wordt gezegd, bestaat de voorkeurs breukrichting ten gevolge van natuurlijk optredende vlakken of zwakke plaatsen in de aardformaties. Het is bekend dat de onderaartse formaties naast elkaar liggen op een wijze, die soortgelijk is aan rotsen aan het oppervlak. Daardoor kunnen oppervlak-30 metingen gebruikt worden als een redelijk nauwkeurige aanwijzing voor de voorkeurs breukrichting. De voorkeurs-breukrichting kan ook worden bepaald uit metingen, gedaan in putten, die lopen door een van belang zijnde onderaardse formatie. Bijvoorbeeld kunnen metingen met een afdrukpakker worden gedaan in het gehele gebied voor het bepalen 35 van de breukrichting. Televisiemetingen in boorgaten geven een bijzonder goede methode voor het bepalen van het verloop van de voorkeursbreuken. Televisiemetingen in boorgaten worden besproken in een artikel door J. Zemanek e.a., getiteld 'The Borehole Televiewer — A New Logging Concept for Fracture Location and Other Types of Borehole and Inspection.' 40 Journal of Petroleum Technology, Volume 21, juni 1969, biz.762 - 774.

.8702612 *

J

* -5-

Andere wijzen voor het bepalen van de voorkeursrichting zijn beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.285.335.

Wanneer de plaats van het breukvlak bepaald is, kan de richting van het schuine gat beschreven worden, hetzij met de hoek die dit maakt met 5 de richting van de maximale hoofdspanning of met de snijhoek die het boorgat maakt met het breukvlak, waarbij de snijhoek de hoek is tussen de lijn van het schuine boorgat met de lijn evenwijdig aan het breukvlak op het snijpunt tussen het boorgat en het vlak. Deze hoek kan elke hoek zijn die het doorlopen mogelijk maakt van de koolwaterstofformatie met 10 een richtingscomponent loodrecht op de voorkeursbreukrichting.

Voor het zo klein mogelijk maken van het aantal te boren gaten om een aantal vertikale breuken te doen ontstaan, ligt deze hoek tussen 10 en 90°, is bij voorkeur 30° of groter.

Een andere hoek, waarmee men rekening moet houden, is de schuine 15 hoek met de vertikaal van de putboring, waar deze gaat door de van belang zijnde formatie. Deze hoek is kritisch voor de grootte van het boorgat dat in de van belang zijnde formatie ligt, waaruit een groot aantal breuken tegelijk kunnen worden gemaakt. Deze hoek moet 10 - 90° zijn. In de tekening is de schuine hoek weergegeven als 70° met de vertikaal, bij wijze 20 van voorbeeld.

De putboring 12 zal daarin een bekledingsbuis hebben. De putboring 12 loopt tenminste in het onderste deel ervan zodanig schuin, dat hij door de onderaardse formatie 10 loopt onder een hoek van tenminste 10°, gemeten met de vertikaal en in een azimuth-richting dwars op de voorkeursbreuk-25 richting. Wanneer een bekledingsbuis wordt gebruikt, wordt deze in de putboring 12 gecementeerd. Daarna wordt de buis op bepaalde punten zodanig geperforeerd, dat bij de daarop volgende breukbehandelingen er ingepompte vloeistoffen in een flinke hoeveelheid door alle perforaties bewegen.

Er is dus een beperkt aantal perforaties nodig en aangepast aan de pomp-30 opbrengst, voor het verkrijgen van een drukval over de perforaties, waarvan afbuigen van de vloeistof door alle gaten het gevolg is. De pompop-brengst moet tenminste 1-10 vaten per breuk zijn, waarbij elke breuk uitgaat van één of meer gaten, waardoor een drukval ontstaat van 1380 kPa (200 psi) of meer over het gat of de gaten. Het boorgat 12 wordt geper-35 foreerd voor het doen ontstaan van een aantal perforaties op bepaalde afstanden daarin. Deze perforaties liggen op een afstand van 3-30 meter (10 - 100 voet) zodat de gewenste breukafstand verkregen kan worden.

Deze perforaties kunnen op elk niveau bestaan uit twee stellen perforaties die tegelijk worden gevormd aan weerszijden van het boorgat 12. Eén stel 40 kan een of meer perforaties omvatten. Bij voorkeur moeten deze perforaties . 8702612 * r -6- diameters hebben tussen 6,4 en 12,7 mm (¾ en % inch) en moeten zij in de omtreksrichting rond de bekledingsbuis worden geplaatst in het verwachte vlak van de veroorzaakte breuk. Andere perforatietechnieken, waardoor omstandigheden met beperkte toegang ontstaan en waardoor tegelijk een 5 groot aantal vertikale breuken worden veroorzaakt, kunnen worden gebruikt en zullen voor de deskundigen op dit gebied duidelijk zijn.

Perforaties worden in het boorgat 12 zodanig aangebracht, dat de bepaalde juiste afstand ontstaat tussen de breuken, gebaseerd op de reser-voireigenschappen. Deze bepaling wordt gedaan voor het balanceren voor het 10 doelmatig leegmaken van het reservoir met de hoogste mate van winstgevendheid.

Voor het doen ontstaan van de gewenste gelijktijdige vertikale breuken in een groot aantal, wordt de putboring 12 zodanig geperforeerd dat de horizontale afstand tussen afzonderlijke of groepen van perforaties 15 gelijk is aan de voorkeursafstand tussen de breuken. Het aantal en de afmetingen van de perforaties worden bepaald door de pompopbrengst voor het behandelen van de breuken en door de drukval die nodig is om vloeistof door alle gaten af te buigen.

Volgens de tekening is de afstand tussen de vertikale breuken 20 bepaald op 6 m (20 voet). De formatiedikte is 30 m (100 voet). De horizontale afstand waarover de schuine putboring loopt wordt bepaald op 21 m (300 voet). Een putboring wordt geboord in het veelbelovende gebied van de formatie 10 die ongeveer onder 70° met de vertikaal loopt, waardoor ongeveer 16 breuken kunnen worden gemaakt uit deze putboring die door de 25 formatie 10 loopt. Wanneer men aanneemt, dat een pompopbrengst van 795 1/min (5 vaten per min, BPM) per breuk een minimum opbrengst is welke geschikt is voor het verkrijgen van geschikte breukgroei, zal de totale pompopbrengst voor de 16 breuken 12720 1/min (80 BPM) zijn. Door het gebruiken van perforaties van 12,7 mm (0,5 inch) en twee perforaties per 30 breuk (een totaal van 32 gaten) ontstaat een drukval over de perforaties van 1793 kPa (260 psi) volgens fig. 7-10, blz. 104 SPE Monograph 1 door G.C. Howard en C.R. Fast. Deze drukval is voldoende voor het met succes afbuigen van breukvloeistof door alle perforaties. Bij het uitoefenen van de bepaalde druk met de bepaalde opbrengst door de perforaties ontstaan 35 gelijktijdig een groot aantal vertikale breuken in de formatie 10.

Breukvloeistoffen die gebruikt kunnen worden omvatten eenvoudige Newtonvloeistoffen, gels beschreven als Power Law vloeistoffen en zuren. Het gebruik van zuren voor een breukvloeistof is beschreven in Amerikaans octrooischrift 4.249.609. Dit octrooischrift wordt beschouwd 40 als hierin te zijn opgenomen. Het gebruiken van een gel als een .8702612 5 -7- breukvloeistof is besproken in Amerikaans octrooischrift 4.415.035.

Bij een voorkeurswijze van werken kunnen de perforaties 14, als weergegeven in de tekening, behandeld worden of 'opengebroken' vóór bet pompen in de hoofdbreukbehandeling. Een geschikte openbreekbehandeling 5 kan bestaan uit het pompen van een zuur, zoals zoutzuur, met een concentratie van 7,5 vol.% in een hoeveelheid van 3180 1/min (20 BPM). Bolafdichtingsorganen kunnen zijn opgenomen in het zuur voor het afstoppen van de perforaties 14 die het zuur opnemen. Daardoor kunnen andere perforaties worden geopend.

10 Na de openbreekbehandeling wordt de hoofdbreukvloeistof in de putboring 12 gepompt, te beginnen met een voorkussenvolume of kusenvolume vóór het pompen van een vloeistof waarin zich een steunmiddel bevindt. Zuur, zoals zoutzuur, zou gebruikt kunnen worden in plaats van een breukvloeistof met een steunmiddel voor het verkrijgen van breuk-15 geleidingsvermogen door het etsen van de formatie in een koolstofreser-voir. Het kan ook gebruikt worden als middel voor het sterk vergroten van perforaties, zodat zij breukvloeistoffen opnemen. Het zuur kan ook worden gebruikt als een drager voor het steunmiddel, als een steunmiddel gewenst is. Behandelingsvolumes, die gebruikt kunnen worden, 20 kunnen worden gekozen op basis van de ontwerpspecificatie voor het verkrijgen van de gewenste specifieke breukafmetingen.

Door het gebruiken van deze breukbehandeling met beperkte toegang in een schuine putboring kan een kleine afstand van breuken worden vekregen zonder dat afzonderlijke putten worden geboord. Er kan ook 25 een doelmatige lediging van het reservoir mee bereikt worden, zelfs bij reservoirs met zeer lage doorlaatbaarheid.

Een andere toepassing van deze technologie is bij reservoirs die natuurlijke breuken hebben, waarvan de putproductiviteit sterk afhangt.

Dit wordt bereikt doordat de schuine putboring zelf waarschijnlijk meer 30 natuurlijke breuken zal snijden dan een vertikale put. Even belangrijk is dat een groot aantal veroorzaakte vertikale breuken het aantal snijpunten met het natuurlijke breukennetwerk sterk zullen vergroten.

De afstand van de veroorzaakte breuken kan gekozen worden op de basis van de blijkende verdeling van de natuurlijke breuken.

35 Vertikale gelijktijdige breuken, veroorzaakt in de schuine put boring volgens de uitvinding, maken de doelmatige toepassing van secundaire en tertiaire winningstechnieken in reservoirs met lage doorlaatbaarheid mogelijk, waarbij de toepassing van de bestaande technologie niet praktisch is. Het toepassen van de onderhavige uitvinding in combinatie 40 met het inspuiten van secundaire en tertiaire winningsvloeistoffen geeft .8702612 c * -8- de productie van reservoirvloeistoffen uit beurtelingse paren breuken op een doelmatige wijze binnen praktische tijdgrenzen.

5 ------------- . 8 7 0 2 6 1 2

Claims

1 Werkwijze met beperkte toegang voor het gelijktijdig doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken in een schuine putboring, lopend door een onderaardse formatie, gekenmerkt door : a) het bepalen van de horizontale afstand waarover de schuine putboring 5 moet lopen voor het verkrijgen van het meest doelmatige en nuttige winnen van waardevolle bestanddelen uit de formatie; b) het boren van de schuine putboring door de formatie onder een schuine hoek die voldoende is voor het bereiken van de horizontale afstand en onder een snijhoek met een voorkeursbreukrichting, die 10 voldoende is voor het verkrijgen van het meest doelmatige en nuttige winnen van de bestanddelen; c) het bekleden van de schuine putboring; d) het bepalen van het aantal en de afmetingen van gaten, die gemaakt moeten worden in de putbekledingsbuis na het bepalen van de te 15 gebruiken breukbehandelingsvloeistof, de pompopbrengst van de vloeistof en de drukval over de perforaties die nodig is om de vloeistof af te buigen door alle gaten met voldoende hoeveelheid voor het tegelijk doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken in de formatie; 20 e) het perforeren van de putboring voor het maken van gaten daarin met het bepaalde aantal en de afmetingen voldoende voor het doen ontstaan van de breuken, wanneer een behandelingsvloeistof er doorheen wordt gevoerd met een bepaalde pompopbrengst, en f) het aanbrengen van een druk op de behandelingsvloeistof van zodanige 25 waarde en met een voldoende pompopbrengst voor het gelijktijdig doen ontstaan van een groot aantal vertikale breuken in de formatie door deze gaten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij stap b) de snijhoek ligt tussen 10 en 90°.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij stap b) de schuine hoek ligt tussen 10 en 90°.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij stap e) de breuken op een afstand liggen van 3 - 30 m en worden verkregen met gaten met een diameter van 6,35 - 12,7 mm langs de putboring.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij stap e) de pompopbrengst tenminste 159 - 1590 1/min per breuk is en waarbij . 87 0 2 6 1 2 -10- ψ elke breuk uitgaat van ëën of meer gaten, waardoor een drukval ontstaat van 1380 kPa of meer over de gaten.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij stap d) de gaten behandeld worden vóór het brengen van een hoofdbreukbehandelings-5 vloeistof in de schuine putboring en welke behandeling omvat een oplossing van 7,5 vol.% zoutzuur, die gepompt wordt in de putboring met een opbrengst van 3180 1/min.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat na stap e) en vóór het doen ontstaan van het grote aantal breuken zoutzuur wordt 10 gevoerd door de gaten als een middel voor het belangrijk groter maken van de perforaties voor het opnemen van de breukvloeistoffen.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat na stap e) bolafdichtingen worden gebracht in een oplossing van 7,5 vol.% zoutzuur voor het afsluiten van die perforaties, die tevoren zuur hebben opge- 15 nomen, om andere perforaties te kunnen openen.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de formatie bestaat uit een onderaardse bron van ijzer, kopererts, uraanerts, aardwarmte, steenkool, oliehoudende leisteen of koolwaterstofmedia. 20 ------------- . 87 0 2 6 1 ?