WO2014049017A1 - Verfahren zum gerichteten fracen einer unterirdischen formation, in die mindestens eine abgelenkte bohrung abgeteuft ist - Google Patents

Verfahren zum gerichteten fracen einer unterirdischen formation, in die mindestens eine abgelenkte bohrung abgeteuft ist Download PDF

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WO2014049017A1
WO2014049017A1 PCT/EP2013/070009 EP2013070009W WO2014049017A1 WO 2014049017 A1 WO2014049017 A1 WO 2014049017A1 EP 2013070009 W EP2013070009 W EP 2013070009W WO 2014049017 A1 WO2014049017 A1 WO 2014049017A1
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explosive
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PCT/EP2013/070009
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Vladimir Stehle
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Wintershall Holding GmbH
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/263—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures using explosives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/08—Blasting cartridges, i.e. case and explosive with cavities in the charge, e.g. hollow-charge blasting cartridges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
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    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/08—Tamping methods; Methods for loading boreholes with explosives; Apparatus therefor
    • F42D1/10—Feeding explosives in granular or slurry form; Feeding explosives by pneumatic or hydraulic pressure
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    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
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    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting

Definitions

  • the present invention relates to a method for fracturing a subterranean formation into which at least one deflected bore has been sunk by introducing hollow bodies (HC) and a detonable flowable explosive (FS) into the deflected bore and then initiating detonation in the deflected bore ,
  • HC hollow bodies
  • FS detonable flowable explosive
  • the process according to the invention can be used for the development of underground deposits.
  • Suitable underground deposits are, for example, gas and oil deposits, bitumen and heavy oil deposits, coal deposits and mineral deposits.
  • the method of the present invention can be used for downhole gasification of coal seams, underground leaching for metal extraction, rock depressurization, and modification of stress fields in geological formations, for water extraction from underground reservoirs, and for development of underground geothermal reservoirs.
  • the refractive liquid is pumped at a pressure into the layer to be crushed or crumbled, which is sufficient to separate or break the subterranean formation. This will dilate existing natural fissures and cracks that formed during the formation of the geological formation and subsequent tectonic movements, as well as new cracks, crevices and clefts, too Frac cracks or Hydrofracs called generated.
  • the crushing liquid can be added proppants such as sand.
  • the orientation of the hydrofrac induced in this way depends primarily on the prevailing state of tension of the subterranean formation.
  • the magnitude of the pressure with which the fracturing fluid is pumped into the formation depends on the properties of the rocks and the stress fields in the subsonic formation.
  • a disadvantage of this method is that the water-based crushing liquid must be pressed with enormously high pressures in the subterranean formation, so that these methods are complex and costly.
  • the water-based Fracen only a very limited fracture of the subterranean formation possible because the pressure of the pressed-in crushing liquid can not be increased arbitrarily.
  • Another disadvantage is that the formation of cracks, fissures and fractures is undirected and, above all, depends on the stress state of the subterranean formation.
  • a directional fracturing or a directed fracturing of subterranean rock formations is not possible with these methods.
  • EP 1 046 879 describes a method of blasting rock mass, in which explosive charges with electronic detonators are introduced into a multiplicity of boreholes and the detonators subsequently ignite the explosive charges in the multiplicity of rock cavities with a specific delay interval.
  • a disadvantage of this method is that a large number of boreholes must be introduced into the rock mass and that the use of a large number of explosive charges and detonators is necessary. This makes the process complex and costly.
  • a directed fracturing of the rock masses is also not possible with this method.
  • RU 2 333 363 and RU 2 339 818 describe processes for recovering gas from coal deposits.
  • RU 2 333 191 describes an explosive mixture containing ammonium nitrate, hydrocarbons and cenospheres. The cenospheres have a neutral buoyancy in the explosive mixture and are evenly distributed, so that the explosion is undirected.
  • the methods described above have the disadvantage that the fracturing of the subterranean formation is non-directional. As a result, it is also possible to destroy rock layers which delimit productive layers, such as, for example, an oil-bearing layer, from adjacent layers, such as, for example, formation-water-bearing layers. In such a case, the fracturing of the subterranean formation is even contra productive, as the fracture of the demarcating stratum of water dilutes the productive stratum, thereby disrupting the extraction process. Many deposits also have a layered structure in which horizontally arranged productive layers of great thickness are separated by horizontally arranged non-productive dense rock strata of lesser thickness. An undirected fracture can not produce an effective hydrodynamic connection between the productive layers. Thus, there has been a need for improved methods of fracturing (fraying) subterranean formations which do not or only to a lesser extent suffer the disadvantages of the methods described in the prior art.
  • the method is also intended to produce an effective hydrodynamic connection between horizontal stratified productive layers separated by non-productive dense rock strata.
  • This object is achieved according to the invention by the following method for fracturing a subterranean formation comprising at least the steps of a) depositing a deflected bore (1) comprising a quasi-vertical section (11) and a quasi-horizontal section (12) the subterranean formation, b) introduction of hollow bodies (HK) and a detonable flowable explosive (FS) into the deflected bore (1) and c) initiation of the detonation in the deflected bore (1), wherein the hollow bodies (HK) have a density (HK) D H K) and the detonatable flowable explosive (FS) have a density (D FS ) and (D H K) is less than (D FS ) and after completion of the process step b) and before step c) a rest phase is inserted, whereby the hollow bodies (HK) float in the detonable flowable explosive (FS).
  • the method according to the invention enables the directed fracturing of a subterranean formation, preferably predominantly in the vertical direction, thus effectively producing or improving hydrodynamic compounds 5 between horizontally arranged productive layers which are separated from each other by horizontal dense rock layers. According to the invention, this directed fracture is achieved by steering the detonation energy.
  • frac is understood to mean the directed induction of a fracture event in the surrounding rock of a well by the pressure of a detonation.
  • FS flowable explosive
  • HK hollow body
  • HK spherical hollow body
  • a deflected bore (1) is drilled into the subterranean formation.
  • Techniques for sinking deflected bores into subterranean formations are known to those skilled in the art and are described for example in EP 0952300, US 487008, RU 2451 150, EP 1 129272.
  • the deflected bore (1) has a quasi-vertical section of the bore (1 1) and a quasi-horizontal section of the bore (12).
  • the present invention also relates to a method in which the deflected bore (1) comprises a quasi-vertical section (11) and a quasi-horizontal section (12). Under vertical is generally understood an axis (Lotraum), which is directed to the center of the earth or perpendicular to the earth's surface.
  • axis Litraum
  • Horizontal is generally understood to mean a plane (horizontal plane) which is aligned parallel to the earth's surface or at right angles to the vertical direction.
  • the quasi-vertical section of the bore (11) can deviate by up to 40 °, preferably by up to 25 ° and particularly preferably by up to 15 ° from the perpendicular direction.
  • the quasi-horizontal section of the bore (12) can deviate by up to a maximum of 30 ° from the horizontal plane.
  • the deviation may be positive, in this case, the quasi-horizontal portion of the bore (12) has a positive slope in the direction of the earth's surface.
  • the deviation from the horizon plane may also be negative, in which case the quasi-horizontal portion of the bore (12) has a negative slope in the direction of the center of the earth.
  • the invention thus portions of a bore understood that differ by a maximum of +/- 30 °, preferably by a maximum of +/- 20 ° and more preferably by a maximum of +/- 10 ° from the horizontal plane.
  • the quasi-vertical portion of the bore (1 1) and the quasi-horizontal portion of the bore (12) of the bore (1) are connected by a bent portion.
  • the length of the quasi-vertical section of the well (11) can vary widely and depends on the depth of the subterranean formation that is to be fractured.
  • the length of the quasi-vertical part of the bore (1 1) is generally in the range of 100 to 10,000 meters, preferably in the range of 100 to 4000 meters, more preferably in the range of 100 to 2000 meters and in particular in the range of 100 to 1000 Meter.
  • the location of the quasi-horizontal section of the well (12) also depends on the location of the subterranean formation which is to be fractured and can vary widely.
  • the length of the quasi-horizontal portion of the bore (12) is generally in the range of 20 to 5000 meters, preferably in the range of 20 to 2000 meters, and more preferably in the range of 20 to 1000 meters.
  • the quasi-vertical portion of the bore (11) is generally stabilized by conventional techniques known to those skilled in the art. This can be done, for example, by cementing or by the introduction of a casing (8).
  • the bent part of the bore which connects the quasi-vertical part of the bore (1 1) and the quasi-horizontal part of the bore (12) is usually stabilized by the methods described above, in particular by the introduction of a casing (8) .
  • the casing (8) is generally made of metal.
  • the quasi-horizontal portion of the bore (12) is usually stable at least for a short time after the bore is lowered. In this case, the quasi-horizontal portion of the bore (12) remains unstabilized, that is, uncased and uncemented. If the geomechanical investigations of the subterranean formation show that the quasi-horizontal section of the bore (12) is not stable in the short term, this section will be temporarily cased, for example with plastic pipes without cementation.
  • the inventive method is particularly suitable for Fracen deposits (2) which have a layered structure.
  • productive layers (2a) are separated by non-productive intermediate layers (23).
  • productive layers (2a) are meant those layers which contain a raw material which is to be conveyed. This may be natural gas, petroleum or metals (ores).
  • the invention also relates to a method in which the subterranean formation comprises a deposit (2) having a layered structure in which a plurality of productive layers (2a) are separated by a plurality of non-productive intermediate layers (23).
  • plality is meant the number of productive layers (2a) and non-productive intermediate layers (23)
  • the number of productive layers (2a) and non-productive intermediate layers (23) in the deposit is usually in the range of 3 to 10.
  • the non-productive layers (23) may be dense layers of rock or clay.
  • the productive layers (2a) generally have a thickness of 2 to 20 meters, preferably 2 to 10 meters.
  • the power of not productive layers (23) is usually smaller and is in the range of a few centimeters to 2 meters, preferably in the range of 0.5 meters to 1 meter.
  • the quasi-horizontal part of the bore (12) is placed in the lower part of the deposit (2).
  • the lowest productive layer (2a) of the deposit (2) is placed in the lowest productive layer (2a) of the deposit (2).
  • Process step b) The use of explosives must comply with both statutory regulations and occupational safety regulations.
  • the inventive method is used only for civilian use, that is, for the extraction of raw materials. In the method according to the invention, no nuclear explosives are used.
  • hollow bodies (HK) and a detonatable, flowable explosive (FS) are introduced into the deflected bore (1).
  • the hollow body (HK) has a density (D H K) which is smaller than the density (D FS ) of the detonable flowable explosive.
  • HK bodies which have one or more hermetic cavities.
  • Hermetic in this context means that the cavity is surrounded by an outer layer which is largely impermeable to liquids.
  • the cavity is filled with a gas.
  • the gases can be chosen arbitrarily as long as the density (D H K) of the hollow body (HK) is less than the density (D FS ) of the detonatable flowable explosive (FS).
  • the cavity of the hollow body (HK) is filled with a gas. Suitable gases are nitrogen, carbon dioxide, hydrogen, oxygen or air.
  • the cavity of the hollow body (HK) is filled with air.
  • the present invention also relates to a method in which the density (D H K) of the hollow body (HK) is in the range of 0.2 to 0.9 g / cm 3 .
  • the shape of the hollow body (HK) is not critical for carrying out the method according to the invention. It can thus be used hollow body (HK) any geometric shape that meet the above requirements.
  • spherical or cylindrical hollow bodies which have one or more cavities.
  • a hollow body (HK) having a plurality of cavities for example, foamed plastics, such as expanded polystyrene, or porous ceramic materials can be used.
  • foamed plastics such as expanded polystyrene, or porous ceramic materials can be used.
  • a spherical hollow body for example, hollow spheres can be used which have an outer shell made of a plastic material or a ceramic material or glass.
  • the spherical hollow bodies (HK) preferably have a density in the range of 0.2 to 0.9 g / cm 3 .
  • the diameter of the spherical hollow body (HK) is generally in the range of 1 ⁇ to 5 mm, preferably in the range of 1 ⁇ to 1000 ⁇ and in particular in the range of 1 ⁇ to 300 ⁇ . It is also possible to use spherical hollow bodies (HK) with larger or smaller diameters.
  • Cenospheres having a density in the range from 0.2 to 0.9 g / cm 3 , particularly preferably in the range from 0.3 to 0.8 g / cm 3 and particle sizes in the form of spherical hollow bodies (HK) are particularly preferred Range from 1 to 300 ⁇ , preferably in the range of 50 to 200 ⁇ .
  • Cenospheres are extracted from fly ash during the burning of coal or hard coal.
  • Cenospheres are hollow spheres having a shell containing silica, alumina and iron oxide.
  • the separation of the cenospheres from the fly ash of coal or coal combustion is carried out by methods known in the art, for example by means of hydrodynamic methods or gravitation methods.
  • the cenospheres are formed during coal combustion as a result of thermochemical conversion of mineral coal components and the crystallization of these components during the cooling process.
  • the present invention also relates to a method in which as a hollow body (HK) cenospheres are used which have a shell containing silica, alumina and iron oxide.
  • cylindrical hollow bodies (HK) tubes or hoses with a hermetic cavity are preferably used, which have a density in the range of 0.2 to 0.9 g / cm 3 .
  • the tubes or hoses are preferably made of a plastic material, for example polyethylene.
  • the cavity of the cylindrical hollow body (HK) is preferably filled with a gas, air being particularly preferred.
  • the cylindrical hollow bodies (HK) can in this case have a partial coating (20) which, for example, comprises half the arc length of the pipe circular line of the cylindrical hollow body (HK).
  • the partial coating (20) is preferably a metal coating.
  • the partial coating (20) can be applied on the inside of the cylindrical hollow body (HK) (partial coating (21)) or on the outside of the cylindrical hollow body (HK) (partial coating (22)).
  • the partial coating (20) of the cylindrical hollow body (HK) facilitates the alignment of the cylindrical hollow body (HK) described below in the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • the diameter of the cylindrical hollow body (HK) is smaller than the diameter of the quasi-horizontal portion of the bore (12).
  • the diameter of the cylindrical hollow body (HK) is at most 50%, preferably at most 40%, more preferably at most 30% and most preferably at most 20% of the diameter of the quasi-horizontal portion of the bore (12).
  • the length of the cylindrical hollow bodies (HK) depends on the length of the quasi-horizontal section of the bore (12) which is to be exploded. The length can therefore be, for example, 10 to 2000 meters. It is also possible to use a plurality of cylindrical hollow bodies (HK) of shorter length. In this case, the length of the cylindrical hollow body (HK) is in the range of 10 to 20 meters.
  • the cylindrical hollow bodies (HK) are not fixed in the bore (1), but float in the explosive (FS).
  • the hollow bodies (HK) and the detonable flowable explosive (FS) can be introduced into the deflected bore together or one after the other. That is, it can first the hollow body (HK) and then the explosive (FS) are introduced into the deflected bore. In addition, first the explosive (FS) and then the hollow body (HK) can be introduced into the deflected bore (1). It is also possible to introduce the hollow body (HK) together with the explosive (FS) in the deflected bore.
  • HK hollow body
  • FS explosive
  • spherical hollow bodies In the event that spherical hollow bodies (HK) are used, they are preferably introduced together with the explosive (FS) in the deflected bore (1).
  • a detonatable, flowable mixture (DM) which contains hollow bodies (HK), preferably spherical hollow bodies (HK), and the detonatable flowable explosive (FS).
  • the mixture (DM) contains as spherical hollow bodies (HK) preferably the cenospheres described above, with the statements and preferences mentioned there apply mutatis mutandis.
  • the present invention also relates to a process in which, in process step b), a detonatable flowable mixture (DM) is introduced into the deflected bore (1), which contains the hollow body (HK) and the explosive (FS).
  • the spherical hollow bodies (HK) are then dispersed in the explosive (FS), preferably dispersed.
  • the distribution or dispersion of the spherical hollow body (HK) is carried out by methods known in the art, for example by mixing units, such as stirred tank with propeller or dispersing.
  • FS detonable flowable explosives
  • emulsions or real solutions can be used.
  • Detonatable flowable explosives (FS) are known in the art. These explosives are described, for example, in DE 3700129, RU 241678, RU 98101776 and RU 951 13990.
  • detonable flowable explosives for example mixtures of a fuel component, such as a hydrocarbon component, such as kerosene or petroleum, and an oxidizing agent, such as ammonium nitrate or dinitrogen tetroxide (N 2 0 4 ) can be used. These mixtures can also be used in the form of aqueous emulsions.
  • the detonable flowable explosive (FS) may also contain conventional explosive additives such as explosion sensitizers or explosion moderators.
  • a detonatable flowable explosive (FS) a mixture of kerosene and liquid dinitrogen tetroxide (N 2 O 4 ) is particularly preferred.
  • FS detonatable, flowable explosive
  • TNT trotyl particles
  • l UPAC 2-methyl-1,3,5-trinitrotoluene
  • ammonium nitrate dissolved in water.
  • the aqueous suspension is usually gelled by the addition of polyacrylamide or salts of the carboxylated cellulose.
  • the water content of the aqueous suspension may be up to 20% by weight.
  • Such suspensions are available under the trade name "Aquatol ®".
  • Flowable here means that the explosive (FS) or the mixture (DM) by pumping in the deflected bore (1), preferably in the quasi-horizontal section of the bore (12), can be introduced.
  • the density (D FS ) of the detonable flowable explosive (FS) is greater than the density (D H K) of the hollow body (HK).
  • the hollow bodies (HK) therefore have a positive buoyancy in the explosive (FS). Due to the difference in density and the positive buoyancy, the hollow bodies (HK) float in the explosive (FS).
  • the speed of the floating (buoyancy) of the hollow body (HK) depends essentially on three parameters. These are the density difference between the hollow bodies (HK) and the explosive (FS), the viscosity of the explosive (FS) and the adhesion of the explosive (FS) to the hollow bodies (HK).
  • the subject matter of the present invention is thus also a method in which the hollow bodies (HK) in the detonatable flowable explosive (FS) have a positive buoyancy.
  • a larger difference in density leads to an increase in the buoyancy rate.
  • Increasing the viscosity of the explosive (FS) slows down the buoyancy rate.
  • An increase in adhesion also slows down the buoyancy rate.
  • the floating of the hollow body (HK) in the explosive (FS) takes place with a certain time delay.
  • rest phase is understood to mean the time span between the completion of the introduction of the hollow bodies (HK) and the explosive (FS), preferably in the form of the mixture (DM) and the initiation of the detonation after completion of process step b) and before process step c) a rest phase in the range of 1 hour to 3 days is inserted.
  • densities for the explosive for example, densities in the range of 0.95 g / cm 3 to 2 g / cm 3 are suitable.
  • the densities of the explosive (FS) are preferably in the range from 1 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 .
  • the density of the explosive (FS) can be increased by the addition of additives such as glycerine, preferably crude glycerine, or salts such as sodium chloride or calcium chloride.
  • the viscosity of the liquid explosive (FS) is, for example, in the range from 50 to 1000 cP, preferably in the range from 200 to 600 cP.
  • Suitable thickening additives are, for example, synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, partially hydrolyzed polyacrylamide or natural polymers such as guar, glucans, xanthan, scleroglucan, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose or
  • the viscosities are determined according to the invention by the following method. The viscosities were measured using a RheoStress 301, plate / cone arrangement at shear rates from 0.5 to 1 s _1.
  • the adhesion of the explosive (FS) to the hollow bodies (HK) can be regulated, for example, by adjusting the surface tension. A lowering of the surface tension leads to a reduction of the adhesion.
  • surfactants may be added to the explosive (FS). Suitable surfactants are anionic, cationic or nonionic surfactants. As anionic surfactants, for example, carboxylates or sulfonates with long alkyl radicals are suitable. As cationic surfactants, for example, quaternary ammonium compounds with long-chain alkyl radicals are suitable. For example, ethoxylates of fatty alcohols are suitable as nonionic surfactants.
  • the hollow bodies (HK) and the explosive (FS) are preferably introduced into the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • the mixture (DM) is introduced into the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • main part is meant that at least 80 wt .-%, preferably at least 90 wt .-%, more preferably at least 95 wt .-% and particularly preferably at least 99 wt .-% of the hollow body (HK) and the explosive used (FS), preferably in the form of the mixture (DM) are introduced into the quasi-horizontal section of the bore (12), in each case based on the total amount of hollow bodies used (HK) and the explosive (FS) or the mixture used (DM) ,
  • the hollow bodies (HK) and the explosive (FS) are introduced exclusively into the quasi-horizontal section (12), preferably in the form of the mixture (DM).
  • the present invention also relates to a method in which the main part of the hollow body (HK) and the explosive (FS) used in step b) is introduced into the quasi-horizontal part of the bore (12).
  • a so-called coiled tubing (30) For this purpose, a flexible tube is inserted into the deflected bore (1).
  • the coiled tubing (30), preferably the mixture (DM), is introduced into the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • the preferred mixture (DM) has a density (D DM ) which is greater than the density (D B F) of the borehole fluid (BF).
  • D DM density
  • D B F density
  • Borehole fluid according to the invention is understood to mean the fluid which is present in the borehole before the beginning of the process according to the invention Procedure is present. These may be formation water, petroleum or mixtures / emulsions of formation water and petroleum.
  • a rest phase is inserted. This rest period can be one hour to three days. Due to the rest phase, the hollow bodies (HK) float in the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • the state after floating of the hollow body (HK) is shown schematically in Figure 4.
  • By floating the hollow body (HK) forms in the upper cross-sectional area of the quasi-horizontal portion of the bore (12) has a region which has a lower density.
  • Based on the cross section is located in the lower part of the quasi-horizontal bore (12) mainly the explosives (FS).
  • FS the explosives
  • In the upper area relative to the cross section are mainly the hollow body (HK). This difference in density makes it possible to steer the detonation.
  • the detonation energy propagates predominantly in the direction of the hollow bodies (HK), whereby a vertical fracturing of the surrounding rock of the quasi-horizontal section of the bore (12) is achieved.
  • the state after the detonation is shown schematically in FIG.
  • the mixture (DM) with a flowable stocking (7).
  • the stocking serves to insulate the explosive (FS) in the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • a coiled tubing (30) as a stocking (7), first a preferably aqueous solution is introduced into the borehole.
  • Flowable means that the trim (7) can be pumped into the deflected bore (1).
  • the present invention also relates to a method in which in step b) prior to the introduction of the hollow body (HK) and the explosive (FS) a stocking (7) is introduced into the deflected bore.
  • the aqueous solution used as stocking (7) also preferably has a higher density and viscosity than the wellbore fluid. This achieves effective displacement of the wellbore fluid.
  • the density of the stocking can be adjusted as described above for adjusting the density of the explosive (FS). It may also be advantageous to adjust the viscosity of the stocking (7) by adding thickeners.
  • the thickeners used for this purpose are the thickeners listed above for the explosive (FS), the statements and preferences applying accordingly.
  • the length of the stocking (7) in the deflected hole is generally in the range of 5 to 50 meters. Also preferred is a part of the uncased or only provisionally stabilized with plastic pipes quasi-horizontal section of the bore (12) filled with the stocking (7). As a result, damage to the cased with a casing (8), that is permanently stabilized portion of the bore (1) can be prevented.
  • the explosive (FS) and the hollow bodies (HK) are introduced into the deflected bore (1) via the coiled tubing (30), preferably in the form of the mixture (DM).
  • the density (D DM ) of the mixture (DM) and the viscosity are preferably higher than the density of the stocking (7).
  • the mixture (DM) can be 5 to 50 vol .-% of the hollow body (HK) contained, based on the total volume of the mixture used in step b) (DM).
  • the present invention also relates to a process in which in the mixture (DM) 5 to 50 vol .-% hollow body (HK) are included, based on the total volume of the mixture used in step b) (DM).
  • the quasi-horizontal portion of the bore (12) with hollow bodies (HK) and explosives (FS) is filled.
  • HK hollow bodies
  • FS explosives
  • the quasi-horizontal section of the bore (12) can be completely filled with hollow bodies (HK) and explosive (FS). It is also possible to fill only parts of the quasi-horizontal section of the bore (12). In addition, it is possible to serially fill portions of the quasi-horizontal portion of the bore (12), for example by placing the trim (7), followed by introducing the mixture (DM), followed by reinserting a trim (7) and then Introduction of the mixture (DM). These steps can be repeated as often as you like. By introducing trim (7) and introducing the mixture (DM), the desired location at which the fracture is to take place in the quasi-horizontal section of the bore (12) can be precisely adjusted.
  • a mixture (DM) which contains explosive (FS), hollow body (HK) and hollow body (HKn) is used in step b).
  • the hollow bodies (HKn) have a density (D H Kn) which corresponds to the density (D FS ) of the explosive (FS).
  • D H Kn density
  • the hollow bodies (HKn) in the explosive (FS) have a neutral buoyancy and do not float.
  • the Hollow bodies with neutral buoyancy (HKn) are thus evenly distributed in the mixture (DM) and do not float even after the resting phase.
  • the present invention also relates to a method in which in step b) a mixture (DM) is used, which additionally contains hollow body (HKn) with a density (D H Kn), wherein (D H K) of the density (D FS ) of the explosive (FS).
  • DM mixture
  • HKn hollow body
  • D H Kn density of the density of the explosive
  • the present invention relates to a method in which in step b) a mixture (DM) is used, which additionally contains hollow body (HKn), which have a neutral buoyancy in the explosive (FS).
  • DM mixture
  • HKn hollow body
  • FS neutral buoyancy in the explosive
  • HKn hollow bodies
  • positive buoyancy (HK) and neutral buoyancy (HKn) voids are dispersed in the explosive (FS) and co-introduced into the quasi-horizontal portion of the bore (12) in step b).
  • detonation is understood to mean the sudden conversion of the potential energy contained in the explosive (FS) to form a shock wave, with speeds of between 1,000 and 10,000 m / s in the shock wave, temperatures in the range of 2,500 to 6,000 ° C. and pressures in the region of 10,000 up to 300,000 bar can be achieved.
  • FS potential energy contained in the explosive
  • the explosive (FS) as stated above preferably contains an oxidizing agent such as ammonium nitrate or dinitrogen tetroxide (N 2 O) and a liquid fuel such as petroleum, gas condensate or kerosene.
  • the explosive (FS) can also be used in the form of an aqueous emulsion.
  • the preparation of the liquid explosive (FS) takes place underground by mixing the components with the addition of the hollow body (HK).
  • the preferably used mixture (DM) is only at a local temperature rise to temperatures in the range of 600 to 1200 ° C detonationsdoc. Thus, day-to-day handling is safe in compliance with legal regulations and occupational safety regulations.
  • the initiation of the detonation in process step c) is usually carried out by an igniter (24).
  • an igniter 24
  • a detonator chemical or electric igniter (24) can be used.
  • Corresponding detonators are known and described, for example, in EP 1 046 879.
  • the present invention also relates to a method in which in step c) the detonation is initiated by a chemical or electrical igniter (24).
  • igniter (24) are preferably used autonomous detonator.
  • the autonomous detonators (24) preferably have a time fuse, which initiates the detonation in method step c) after a period of 1 to 3 days.
  • the igniter (24) can be introduced into the deflected bore (1) in method step c) together with the hollow bodies (HK) and the explosive (FS), preferably in the form of the mixture (DM). It is also possible to first introduce the hollow body (HK) and the explosive (FS) in the deflected part of the bore and in a downstream step the igniter (24) in the deflected bore (1), preferably in the quasi-horizontal portion of the bore (12), to place. In the event that a detonator (24), a time fuse is used, this is introduced by means of coiled tubing in the deflected bore. The timing fuse (24) is mechanically attached at the end of the coiled tubing and inserted into the bore.
  • the detonator is placed in the flowable explosive (FS). It is also possible to introduce the detonator (24) with a rope in the Borhung. Under the action of gravity, the igniter then reaches the area of the well filled with the flowable explosive (FS).
  • aqueous acid preferably aqueous hydrochloric acid
  • magnesium granules in the form of an aqueous suspension can be introduced into the deflected bore (1) and subsequently mixed with aqueous acid in the deflected bore (1). This forms in the bore (1) an ignition mixture containing magnesium granules and aqueous acid.
  • an aqueous hydrochloric acid solution can be used having a hydrochloric acid content in the range of 1 to 38 vol .-%, preferably in the range of 10 to 25 vol .-%, particularly preferably in the range of 15 to 20 vol .-%.
  • hydrochloric acid with magnesium hydrogen and heat are generated according to the following reaction equation
  • the detonation energy is directed mainly vertically.
  • the detonation forms a fracture zone (6) with numerous fractures (9) in the surrounding rock of the quasi-horizontal bore (12).
  • a schematic representation of the state after the detonation is shown in FIG.
  • the length of the fracture zone (6) corresponds to the length of the quasi-horizontal section of the bore (12), which was filled with the mixture (DM).
  • the fracture zone (6) has an elliptical shape.
  • the fracture zone (6) lies above the quasi-horizontal portion of the bore (12) which has been destroyed. In this way, in particular dense non-productive intermediate layers (23) are destroyed, which have separated the productive layers (2a) of the deposit (2) from each other. As a result, the hydrodynamic communication of adjacent productive layers (2a) is significantly improved.
  • the direction / direction of the detonation primarily destroys rock formations and non-productive intermediate layers (23) which lie above the quasi-horizontal section of the bore (12).
  • the rock below the quasi-horizontal portion of the bore (12) is only minimally destroyed in the inventive method. This will not damage the strata separating the productive strata (2a) of the deposit (2) from the underlying formation water. This effectively prevents dilution of the fracture zone (6) from the formation-water-bearing layers.
  • a perforated tube can be introduced in the quasi-horizontal section of the bore (12) from which the fracturing zone (6) has formed, for stabilization purposes.
  • FIG. 1 vertical section of the deflected bore
  • Figure 7 a cross-section of the quasi-horizontal portion of the bore (12) in the as
  • FIG. 8a shows a cross section of a hermetic tube section (10) with partial coating
  • FIG. 8b Cross-section of a hermetic tube section (10) with partial coating
  • FIG. 9 Development scheme of an ore deposit
  • Figure 1 shows a vertical section through the deflected bore 1 with the quasi-vertical portion of the bore 1 1 and the quasi-horizontal portion of the bore 12, which is located in the lower region of the deposit 2.
  • FIG. 2 shows a vertical section through the deflected bore 1.
  • the quasi-vertical section of the bore 11 and parts of the quasi-horizontal section of the bore 12 are stabilized with a casing 8.
  • the quasi-horizontal section of the Bore 12 is filled with the explosive (FS) 3, the hollow body (HK) contains.
  • the explosive (FS) 3, the igniter 24 was introduced.
  • the explosive (FS) 3 is dammed with a stocking 7.
  • a portion of the quasi-horizontal portion of the bore 12 is also filled with the stocking 7.
  • Figure 3 shows a cross section of the quasi-horizontal portion of the bore 12, which is filled with the explosive (FS) 3, the spherical hollow body 4, filled.
  • FIG. 3 shows the state directly after the filling of the quasi-horizontal section of the bore 12 in the deposit 2.
  • the hollow bodies (HK) 4 are evenly distributed in the explosive (FS) 3.
  • FIG. 4 shows the quasi-horizontal section of the bore 12 after the resting phase. Due to the positive buoyancy of the hollow body (HK) 4, these are floated in the explosive (FS) 3 and are mainly in the upper region of the cross section of the quasi-horizontal portion of the bore 12. This results in the upper portion of the quasi-horizontal portion of the bore 12th an area of lesser density.
  • Figure 5 shows a cross section of the quasi-horizontal portion of the bore 12, in which in addition to the spherical hollow bodies (HK) 4 with positive buoyancy and spherical hollow body (HK) 5 were used with neutral buoyancy.
  • FIG. 6 shows the cross section of the quasi-horizontal section of the bore 12 after the detonation.
  • the dashed circle with the reference numeral 13 describes the point at which the cross section of the quasi-horizontal portion of the bore 12 was located before the blasting.
  • FIG. 6 shows the fracturing zone 6 that has arisen due to the detonation.
  • the fracture zone 6 has an elliptical cross-section with a vertical extension.
  • the fracture zone 6 resulting from the detonation is located mainly above the former quasi-horizontal portion of the bore 12 (illustrated by reference numeral 13 in FIG. 6).
  • FIG. 7a shows an embodiment in which in the quasi-horizontal portion of the bore 12, a tubular hollow body (HK) 10 and explosive (FS) 3 has been introduced.
  • FIG. 7b shows an embodiment in which a plastic tube 10 with a partial coating 20 has been introduced as a hollow body (HK) into the quasi-horizontal section of the bore 12.
  • the plastic pipe 10 is not fixed in the quasi-horizontal portion of the bore 12 but floats in the explosive (FS) 3.
  • the buoyancy direction is symbolized by the black arrows.
  • FIGs 8a and 8b show particular embodiments of the tubular hollow body (HK) 10 with internal or external partial coating of metal (steel or metal alloys).
  • FIG. 9 shows a development scheme of an ore deposit 25 for metal extraction.
  • an injection well 26 and two production wells 27 are sunk.
  • the quasi-horizontal sections of the injection well 26 and the production wells 27 were gefract with the inventive method.
  • the fissured zones 61 and 62 were formed in the ore deposit 25.
  • a Laugeflutat 28 is pressed.
  • the leachate solution 28 moves from the fissured zone 61 towards the fissured zones 62 (symbolized by the unfilled arrows in FIG. 9).
  • the liquor flooding solution 28 accumulates with the metal to be recovered in the form of soluble salts. This creates the productive solution 29 which is enriched with the metal to be recovered.
  • the productive solution 29 which is enriched with the metal to be recovered.
  • Figures 10a, 10b and 10c show the phases for carrying out the method steps a) and b) according to the invention.
  • Figure 10a the coiled tubing
  • FIG. 10b shows the introduction of the liquid explosive (FS) 3 and the hollow body (HK) into the quasi-horizontal section of the bore 12.
  • the explosive (FS) 3 and the hollow body (HK) are introduced in the form of the detonatable mixture (DM). likewise via the coiled tubing 30. In this way, the stocking 7 is displaced, which in turn displaces the borehole liquid 71.
  • FIG. 10c shows the state after introduction of the igniter 24 into the explosive (FS) 3, which contains the hollow bodies (HK) after removal of the coiled tubing 30.
  • FIG. 10c shows the state immediately before the initiation of the detonation according to method step c).

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Abstract

Verfahren zum Fracen einer unterirdischen Formation, umfassend mindestens die Schritte a) Niederbringen einer abgelenkten Bohrung (1), die einen quasi-vertikalen Abschnitt (11) und einen quasi-horizontalen Abschnitt (12) umfasst, in die unterirdische Formation, b) Einbringen von Hohlkörpern (HK) und einem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung (1) und c) Initiierung der Detonation in der abgelenkten Bohrung (1), wobei die Hohlkörper (HK) eine Dichte (DHK) und der detonationsfähige fließfähige Sprengstoff (FS) eine Dichte (DFS) aufweisen und (DHK) kleiner als (DFS) ist und nach Beendigung des Verfahrensschritts b) und vor Verfahrensschritt c) eine Ruhephase eingelegt wird, wodurch die Hohlkörper (HK) in dem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) aufschwimmen.

Description

Verfahren zum gerichteten Fracen einer unterirdischen Formation, in die mindestens eine abgelenkte Bohrung abgeteuft ist
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fracen einer unterirdischen Formation, in die mindestens eine abgelenkte Bohrung abgeteuft ist, durch Einbringen von Hohlkörpern (HK) und eines detonationsfähigen, fließfähigen Sprengstoffs (FS) in die abgelenkte Bohrung und anschließender Initiierung der Detonation in der abgelenkten Bohrung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Entwicklung von unterirdischen Lagerstätten eingesetzt werden. Geeignete unterirdische Lagerstätten sind beispielsweise Gas- und Erdöllagerstätten, Bitumen- und Schweröl lagerstätten, Kohlelagerstätten und Erzlagerstätten. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Untertage-Vergasung von Kohleflözen, zur Untertage-Laugung bei der Metallgewinnung, zur Gebirgsdruckentlastung und zur Modifizierung von Spannungsfeldern in geologischen Formationen, zur Wassergewinnung aus unterirdischen Lagerstätten und zur Entwicklung unterirdischer geothermaler Lagerstätten eingesetzt werden.
Bei der Entwicklung der vorstehend genannten Lagerstätten ist es verbreitet, Teile der unterirdischen Formation„hydraulisch zu brechen" (hydraulic fracturing), um den Strom von Fluiden in und/oder aus der unterirdischen Formation zu steigern. Unter hydraulic fracturing (hydraulisches Brechen oder Zerkluften einer unterirdischen Formation), kurz Fracen, versteht man das Eintreten eines Bruchereignisses im Umgebungsgestein einer Bohrung in Folge der hydraulischen Einwirkung eines Flüssigkeits- oder Gasdrucks auf das Gestein der unterirdischen Formation. In den letzten Jahren hat das wasserbasierte Fracen immer mehr an Bedeutung gewonnen. Dabei werden Brechflüssigkeiten eingesetzt, die Wasser, Gelbildner und gegebenenfalls Vernetzer enthalten. Die Anwendung von Vernetzern führt zu einer spontanen Gelbildung innerhalb weniger Minuten. Beim wasserbasierten Fracen wird eine Brechflüssigkeit durch eine Injektionsbohrung unter hohem Druck in die zu brechende beziehungsweise zu zerklüftende Gesteinsschicht eingepresst.
Die Brechflüssigkeit wird dabei mit einem Druck in die zu brechende beziehungsweise zu zerklüftende Schicht gepumpt, der ausreichend ist, die unterirdische Formation zu trennen oder zu brechen. Hierdurch werden vorhandene natürliche Klüfte und Risse, die beim Entstehen der geologischen Formation und bei nachträglichen tektonischen Bewegungen gebildet wurde, aufgeweitet sowie neue Risse, Spalten und Klüfte, auch Frac-Risse oder Hydrofracs genannt, erzeugt. Der Brechflüssigkeit können Stützmittel wie Sand zugesetzt werden.
Die Ausrichtung der so induzierten Hydrofracs ist dabei vor allem vom herrschenden Spannungszustand der unterirdischen Formation abhängig. Die Höhe des Drucks, mit dem die Brechflüssigkeit in die Formation gepumpt wird, ist dabei von den Eigenschaften der Gesteine und den Spannungsfeldern in der unteririschen Formation abhängig. Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass die wasserbasierte Brechflüssigkeit mit enorm hohen Drücken in die unterirdische Formation eingepresst werden muss, so dass diese Verfahren aufwändig und kostenintensiv sind. Darüber hinaus ist mit dem wasserbasierten Fracen nur eine sehr begrenzte Zerklüftung der unterirdischen Formation möglich, da der Druck der eingepressten Brechflüssigkeit nicht beliebig erhöht werden kann. Nachteilig ist darüber hinaus, dass die Bildung von Rissen, Spalten und Klüften ungerichtet erfolgt und vor allem von dem Spannungszustand der unterirdischen Formation abhängig ist. Ein gerichtetes Fracen beziehungsweise eine gerichtete Zerklüftung unterirdischer Gesteinsformationen ist mit diesen Verfahren nicht möglich.
Um eine stärkere Zerklüftung unterirdischer Formationen zu erreichen, ist im Stand der Technik auch die Verwendung von Sprengstoff beschrieben. So beschreibt die EP 1 046 879 ein Verfahren zum Sprengen von Gesteinsmassen, bei dem in eine Vielzahl von Bohrlöchern Sprengladungen mit elektronischen Zündern eingebracht werden und die Zünder anschließend mit einem spezifischen Verzögerungsintervall die Sprengladungen in der Vielzahl der Bohrlöcher der Gesteinsmasse zünden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass eine Vielzahl von Bohrlöchern in die Gesteinsmasse eingebracht werden muss und dass der Einsatz einer Vielzahl von Sprengladungen und Zündern notwendig ist. Dies macht das Verfahren aufwändig und kostenintensiv. Eine gerichtete Zerklüftung der Gesteinsmassen ist mit diesem Verfahren zudem nicht möglich. RU 2 333 363 und RU 2 339 818 beschreiben Verfahren zur Gasgewinnung aus Kohlelagerstätten. Bei diesen Verfahren wird eine abgelenkte Bohrung von der Oberfläche in die gasführende Schicht der Kohlelagerstätte abgeteuft, mit Sprengladungen versehen und anschließend gesprengt. Hierdurch wird eine Zerklüftung der Kohlelagerstätte erreicht. Durch die entstandenen Risse und Klüfte in der Kohlelagerstätte tritt Erdgas aus, das nachfolgend gefördert wird. Mit diesen Verfahren ist zwar eine stärkere Zerklüftung möglich, nachteilig ist jedoch, dass diese Zerklüftung ungerichtet erfolgt und somit schwer kontrollierbar ist. RU 2 333 191 beschreibt eine Sprengstoffmischung, die Ammoniumnitrat, Kohlenwasserstoffe und Cenosphären enthält. Die Cenosphären haben in der Sprengstoffmischung einen neutralen Auftrieb und sind gleichmäßig verteilt, so dass die Explosion ungerichtet erfolgt. Die vorstehend beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass die Zerklüftung der unterirdischen Formation ungerichtet verläuft. Hierdurch können auch Gesteinsschichten zerstört werden, die produktive Schichten wie beispielsweise eine erdölführende Schicht, von benachbarten Schichten, wie beispielsweise formationswasserführenden Schichten, abgrenzen. In einem solchen Fall ist die Zerklüftung der unterirdischen Formation sogar contra produktiv, da die Zerklüftung der abgrenzenden Gesteinsschicht die produktive Schicht verwässert und dadurch den Förderungsprozess stört. Viele Lagerstätten haben zudem einen schichtartigen Aufbau, bei dem horizontal angeordnete produktive Schichten großer Mächtigkeit durch horizontal angeordnete nicht produktive dichte Gesteinsschichten kleinerer Mächtigkeit voneinander getrennt sind. Mit einer ungerichteten Zerklüftung lässt sich eine effektive hydrodynamische Verbindung zwischen den produktiven Schichten nicht herstellen. Es bestand somit Bedarf an verbesserten Verfahren zum Zerklüften (Fracen) von unterirdischen Formationen, die die Nachteile der im Stand der Technik beschriebenen Verfahren nicht oder nur in vermindertem Maße aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Fracen unterirdischer Formationen bereitzustellen, mit dem eine effektive, vorzugsweise vorwiegend vertikal gerichtete Zerklüftung, einer unterirdischen Formation erreicht wird. Das Verfahren soll darüber hinaus eine effektive hydrodynamische Verbindung zwischen horizontal schichtartig angeordneten produktiven Schichten herstellen, die durch nicht produktive dichte Gesteinsschichten voneinander getrennt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das folgende Verfahren zum Fracen einer unterirdischen Formation, umfassend mindestens die Schritte a) Niederbringen einer abgelenkten Bohrung (1 ), die einen quasi-vertikalen Abschnitt (1 1 ) und einen quasi-horizontalen Abschnitt (12) umfasst, in die unterirdische Formation, b) Einbringen von Hohlkörpern (HK) und einem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung (1 ) und c) Initiierung der Detonation in der abgelenkten Bohrung (1 ), wobei die Hohlkörper (HK) eine Dichte (DHK) und der detonationsfähige fließfähige Sprengstoff (FS) eine Dichte (DFS) aufweisen und (DHK) kleiner als (DFS) ist und nach Beendigung des Verfahrensschritts b) und vor Verfahrensschritt c) eine Ruhephase eingelegt wird, wodurch die Hohlkörper (HK) in dem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) aufschwimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das gerichtete Fracen einer unterirdischen Formation, vorzugsweise vorwiegend in vertikaler Richtung, um somit eine effektive Herstellung oder Verbesserung hydrodynamischer Verbindungen 5 zwischen horizontal angeordneten produktiven Schichten, die durch horizontale dichte Gesteinsschichten voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß wird diese gerichtete Zerklüftung durch die Lenkung der Detonationsenergie erzielt.
Unter „Fracen" wird erfindungsgemäß die gerichtete Herbeiführung eines 10 Bruchereignisses im Umgebungsgestein einer Bohrung durch den Druck einer Detonation verstanden. Durch das Fracen tritt eine gerichtete Zerklüftung des Umgebungsgesteins der Bohrung auf.
Die Bezugszeichen haben vorliegend die folgenden Bedeutungen:
15
1 abgelenkte Bohrung
1 1 quasi-vertikaler Abschnitt der Bohrung (1 ) 20 12 quasi-horizontaler Abschnitt der Bohrung (1 )
13 quasi-horizontaler Abschnitt der Bohrung (1 ) nach der Detonation
2 Lagerstätte
25
2a produktive Schicht der Lagerstätte 2
3 fließfähiger Sprengstoff (FS), enthaltend Hohlkörper (HK) 30 4 kugelförmiger Hohlkörper (HK) mit positivem Auftrieb
5 kugelförmiger Hohlkörper (HKn) mit neutralem Auftrieb
6 Zerklüftungszone
35
7 Besatz des fließfähigen Sprengstoffs (3),
8 Futterrohr der Bohrung (1 ) 40 9 Klüfte im Gestein
10 zylinderförmiger Hohlkörper (HK) 20 Teilbeschichtung des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK); (10)
21 Teilbeschichtung auf der Innenseite des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK) ; (10) 5 22 Teilbeschichtung auf der Außenseite des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK); (10)
23 Zwischenschichten (nicht produktive Schichten der Lagerstätte 2)
24 Zünder
10
25 Erzlagerstätte
26 Injektionsbohrung 15 27 Produktionsbohrung
28 Lauge Flutlösung
29 produktive Lösung
20
30 Coiled tubing
61 Zerklüftete Zone in der Lagerstätte (Injektionszone) 25 62 Zerklüftete Zone in der Lagerstätte (Produktionszone) 71 Bohrlochflüssigkeit Verfahrensschritt a)
30
In Verfahrensschritt a) wird in die unterirdische Formation eine abgelenkte Bohrung (1 ) niedergebracht. Techniken zum Niederbringen von abgelenkten Bohrungen in unterirdische Formationen sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise in EP 0952300, US 487008, RU 2451 150, EP 1 129272 beschrieben.
35
Erfindungsgemäß weist die abgelenkte Bohrung (1 ) einen quasi-vertikalen Abschnitt der Bohrung (1 1 ) und einen quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) auf.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem die abgelenkte 40 Bohrung (1 ) einen quasi-vertikalen Abschnitt (1 1 ) und einen quasi-horizontalen Abschnitt (12) umfasst. Unter vertikal wird im Allgemeinen eine Achse (Lotrichtung) verstanden, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist beziehungsweise rechtwinklig zur Erdoberfläche verläuft.
Unter horizontal wird im Allgemeinen eine Ebene (Horizontebene) verstanden, die parallel zur Erdoberfläche beziehungsweise rechtwinklig zur Lotrichtung ausgerichtet ist.
Erfindungsgemäß kann der quasi-vertikale Abschnitt der Bohrung (1 1 ) um bis zu 40°, bevorzugt um bis zu 25° und besonders bevorzugt um bis zu 15° von der Lotrichtung abweichen.
Unter quasi-vertikal werden erfindungsgemäß somit nicht ausschließlich Abschnitte einer Bohrung verstanden, die genau der Lotrichtung folgen, sondern auch Abschnitte einer Bohrung, die bis zu maximal 40°, bevorzugt um bis zu maximal 25° und besonders bevorzugt bis zu maximal 15° von der Lotrichtung abweichen.
Erfindungsgemäß kann der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) um bis zu maximal 30° von der Horizontebene abweichen. Die Abweichung kann dabei positiv sein, in diesem Fall weist der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) eine positive Steigung in Richtung der Erdoberfläche auf. Die Abweichung von der Horizontebene kann auch negativ sein, in diesem Fall weist der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) eine negative Steigung in Richtung des Erdmittelpunkts auf. Unter quasi-horizontal werden erfindungsgemäß somit Abschnitte einer Bohrung verstanden, die um maximal +/- 30°, bevorzugt um maximal +/- 20° und besonders bevorzugt um maximal +/- 10° von der Horizontebene abweichen.
Der quasi-vertikale Abschnitt der Bohrung (1 1 ) und der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) der Bohrung (1 ) sind durch einen gebogenen Abschnitt verbunden. Die Länge des quasi-vertikalen Abschnitts der Bohrung (1 1 ) kann in weiten Bereichen variieren und hängt von der Tiefe der unterirdischen Formation ab, die gefract werden soll. Die Länge des quasi-vertikalen Teils der Bohrung (1 1 ) liegt im Allgemeinen im Bereich von 100 bis 10000 Meter, bevorzugt im Bereich von 100 bis 4000 Meter, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 2000 Meter und insbesondere im Bereich von 100 bis 1000 Meter.
Die Lage des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) hängt ebenfalls von der Lage der unterirdischen Formation ab, die gefract werden soll und kann in weiten Bereichen variieren. Die Länge des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) liegt im Allgemeinen im Bereich von 20 bis 5000 Meter, bevorzugt im Bereich von 20 bis 2000 Meter und besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 1000 Meter. Der quasi-vertikale Abschnitt der Bohrung (1 1 ) wird im Allgemeinen durch übliche, dem Fachmann bekannte Techniken stabilisiert. Dies kann beispielsweise durch Zementierung oder durch das Einbringen eines Futterrohrs (8) erfolgen. Auch der gebogene Teil der Bohrung, der den quasi-vertikalen Teil der Bohrung (1 1 ) und den quasi-horizontalen Teil der Bohrung (12) verbindet, wird üblicherweise durch die vorstehend beschriebenen Methoden, insbesondere durch das Einbringen eines Futterrohrs (8) stabilisiert. Das Futterrohr (8) ist im Allgemeinen aus Metall.
Der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) ist nach dem Niederbringen der Bohrung üblicherweise zumindest kurzfristig stabil. In diesem Fall bleibt der quasihorizontale Abschnitt der Bohrung (12) unstabilisiert, das heißt unverrohrt und unzementiert. Wenn die geomechanischen Untersuchungen der unterirdischen Formation zeigen, dass der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) auch kurzfristig nicht stabil ist, wird dieser Abschnitt provisorisch, beispielsweise mit Rohren aus Kunststoff ohne Zementierung, verrohrt.
Es ist auch möglich, Teile des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) zu stabilisieren, beispielsweise durch die vorstehend beschriebenen Methoden, wie Zementierung oder Einbringen eines Futterrohrs (8). Üblicherweise wird jedoch nur der Teil des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) dauerhaft stabilisiert, in dem nachfolgend keine Detonation zum Fracen der umliegenden Gesteinsmassen durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Fracen von Lagerstätten (2) die einen schichtartigen Aufbau aufweisen. Bei diesen Lagerstätten sind produktive Schichten (2a) durch nichtproduktive Zwischenschichten (23) getrennt. Unter produktiven Schichten (2a) werden dabei solche Schichten verstanden, die einen Rohstoff enthalten, der gefördert werden soll. Hierbei kann es sich um Erdgas, Erdöl oder Metalle (Erze) handeln.
Somit betrifft die Erfindung auch ein Verfahren bei dem die unterirdische Formation eine Lagerstätte (2) umfasst, die einen schichtartigen Aufbau aufweist, in der eine Vielzahl produktiver Schichten (2a) durch eine Vielzahl nichtproduktiver Zwischenschichten (23) voneinander getrennt sind.
Unter „Vielzahl" wird die Anzahl der produktiven Schichten (2a) und der nichtproduktiven Zwischenschichten (23) verstanden. Die Anzahl der produktiven Schichten (2a) und der nichtproduktiven Zwischenschichten (23) in der Lagerstätte liegt üblicherweise im Bereich von 3 bis 10.
Bei den nicht produktiven Schichten (23) kann es sich um dichte Gesteins- oder Tonschichten handeln. Die produktiven Schichten (2a) weisen im Allgemeinen eine Mächtigkeit von 2 bis 20 Meter, bevorzugt 2 bis 10 Meter auf. Die Mächtigkeit der nicht produktiven Schichten (23) ist üblicherweise geringer und liegt im Bereich von einigen Zentimetern bis 2 Meter, vorzugsweise im Bereich von 0,5 Meter bis 1 Meter.
Vorzugsweise wird der quasi-horizontale Teil der Bohrung (12) in dem unteren Bereich der Lagerstätte (2) platziert. Vorzugsweise in die unterste produktive Schicht (2a) der Lagerstätte (2).
Verfahrensschritt b) Bei dem Einsatz von Sprengstoffen sind sowohl die gesetzlichen Vorschriften, als auch die Vorschriften der Arbeitssicherheit zu beachten. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nur zur zivilen Nutzung, das heißt zur Gewinnung von Rohstoffen eingesetzt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen keine nuklearen Sprengstoffe zum Einsatz.
In Verfahrensschritt b) werden Hohlkörper (HK) und ein detonationsfähiger fließfähiger Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht. Der Hohlkörper (HK) weist eine Dichte (DHK) auf, die kleiner ist als die Dichte (DFS) des detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoffs.
Als Hohlkörper (HK) werden Körper eingesetzt, die einen oder mehrere hermetische Hohlräume aufweisen. Hermetisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Hohlraum durch eine Außenschicht umhüllt ist, die weitestgehend undurchlässig für Flüssigkeiten ist. Der Hohlraum ist dabei mit einem Gas gefüllt. Die Gase können beliebig gewählt werden, solange die Dichte (DHK) des Hohlkörpers (HK) kleiner als die Dichte (DFS) des detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoffs (FS) ist. Bevorzugt ist der Hohlraum des Hohlkörpers (HK) mit einem Gas gefüllt. Als Gase kommen Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff, Sauerstoff oder Luft in Frage. Bevorzugt ist der Hohlraum des Hohlkörpers (HK) mit Luft gefüllt.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem die Dichte (DHK) der Hohlkörper (HK) im Bereich von 0,2 bis 0,9 g/cm3 liegt.
Die Form des Hohlkörpers (HK) ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unkritisch. Es können somit Hohlkörper (HK) beliebiger geometrischer Form eingesetzt werden, die die vorstehend genannten Voraussetzungen erfüllen.
Aus praktischen Gründen werden jedoch bevorzugt kugelförmige oder zylinderförmige Hohlkörper (HK) eingesetzt, die einen oder mehrere Hohlräume aufweisen. Als Hohlkörper (HK), die mehrere Hohlräume aufweisen, können beispielsweise aufgeschäumte Kunststoffe, wie expandiertes Polystyrol, oder poröse keramische Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt werden Hohlkörper (HK) eingesetzt, die nur einen Hohlraum aufweisen, wobei auch hier kugelförmige oder zylinderförmige Hohlkörper (H K) bevorzugt sind.
Als kugelförmige Hohlkörper (HK) können beispielsweise Hohlkugeln eingesetzt werden, die eine Außenhülle aus einem Kunststoffmaterial oder einem keramischen Material oder aus Glas aufweisen. Die kugelförmigen Hohlkörper (HK) haben bevorzugt eine Dichte im Bereich von 0,2 bis 0,9 g/cm3. Der Durchmesser der kugelförmigen Hohlkörper (HK) liegt im Allgemeinen im Bereich von 1 μηη bis 5 mm, bevorzugt im Bereich von 1 μηη bis 1000 μηη und insbesondere im Bereich von 1 μηη bis 300 μηη. Es können auch kugelförmige Hohlkörper (HK) mit größeren oder kleineren Durchmessern eingesetzt werden.
Als kugelförmige Hohlkörper (HK) besonders bevorzugt sind Cenospharen (Cenospheres) mit einer Dichte im Bereich von 0,2 bis 0,9 g/cm3, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,8 g/cm3 und Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 300 μηη, bevorzugt im Bereich von 50 bis 200 μηη.
Cenospharen werden aus der Flugasche bei der Verbrennung von Kohle oder Steinkohle gewonnen. Cenospharen sind Hohlkugeln, die eine Hülle aufweisen, die Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid enthält. Die Abtrennung der Cenospharen aus der Flugasche der Kohle- oder Steinkohleverbrennung erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden, beispielsweise mittels hydrodynamischer Methoden oder Gravitationsmethoden. Die Cenospharen entstehen bei der Kohleverbrennung in Folge von thermochemischer Umwandlung mineralischer Kohlekomponenten und der Kristallisation dieser Komponenten während des Abkühlungsprozesses.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem als Hohlkörper (HK) Cenosphären eingesetzt werden, die eine Hülle aufweisen, die Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid enthält.
Als zylinderförmige Hohlkörper (HK) werden bevorzugt Rohre oder Schläuche mit einem hermetischen Hohlraum eingesetzt, die eine Dichte im Bereich von 0,2 bis 0,9 g/cm3 aufweisen. Die Rohre oder Schläuche sind dabei bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, beispielsweise aus Polyethylen. Der Hohlraum der zylinderförmigen Hohlkörper (HK) ist dabei bevorzugt mit einem Gas gefüllt, wobei Luft besonders bevorzugt ist.
Die zylinderförmigen Hohlkörper (HK) können dabei eine Teilbeschichtung (20) aufweisen, die beispielsweise die Hälfte der Bogenlänge der Rohrkreislinie des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK) umfasst. Die Teilbeschichtung (20) ist bevorzugt eine Metallbeschichtung. Die Teilbeschichtung (20) kann auf der Innenseite des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK) (Teilbeschichtung (21 )) oder auf der Außenseite des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK) (Teilbeschichtung (22)) angebracht sein. Die Teilbeschichtung (20) des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK) erleichtert die nachfolgend beschriebene Ausrichtung des zylinderförmigen Hohlkörpers (H K) im quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12).
Der Durchmesser der zylinderförmigen Hohlkörper (HK) ist kleiner als der Durchmesser des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12). Bevorzugt beträgt der Durchmesser des zylinderförmigen Hohlkörpers (HK) maximal 50 %, bevorzugt maximal 40 %, besonders bevorzugt maximal 30% und insbesondere bevorzugt maximal 20 % des Durchmessers des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12). Die Länge der zylinderförmigen Hohlkörper (HK) hängt von der Länge des quasihorizontalen Abschnitts der Bohrung (12) ab, die gesprengt werden soll. Die Länge kann daher beispielsweise 10 bis 2000 Meter betragen. Es ist auch möglich mehrere zylinderförmige Hohlkörper (HK) kürzerer Länge einzusetzen. In diesem Fall liegt die Länge der zylinderförmigen Hohlkörper (HK) im Bereich von 10 bis 20 Meter. Die zylinderförmigen Hohlkörper (HK) sind in der Bohrung (1 ) nicht befestigt, sondern schwimmen im Sprengstoff (FS).
In Verfahrensschritt (b) können die Hohlkörper (HK) und der detonationsfähige fließfähige Sprengstoff (FS) zusammen oder nacheinander in die abgelenkte Bohrung eingebracht werden. Das heißt, es können zunächst die Hohlkörper (HK) und anschließend der Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung eingebracht werden. Darüber hinaus kann zunächst der Sprengstoff (FS) und danach die Hohlkörper (HK) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht werden. Es ist auch möglich, die Hohlkörper (HK) zusammen mit dem Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung einzubringen.
Für den Fall, dass zunächst die Hohlkörper (HK) und anschließend der Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung eingebracht werden, werden im Allgemeinen zylinderförmige Hohlkörper (H K), bevorzugt Schläuche oder Rohre aus einem Kunststoffmaterial, besonders bevorzugt aus Polyethylen, in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht. Nachfolgend wird der Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht.
Für den Fall, dass kugelförmige Hohlkörper (HK) eingesetzt werden, werden diese bevorzugt zusammen mit dem Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Verfahrensschritt b) eine detonationsfähige fließfähige Mischung (DM) eingesetzt, die Hohlkörper (HK), bevorzugt kugelförmige Hohlkörper (HK), und den detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) enthält. Die Mischung (DM) enthält als kugelförmige Hohlkörper (HK) bevorzugt die vorstehend beschriebenen Cenosphären, wobei die dort genannten Ausführungen und Bevorzugungen entsprechend gelten. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem in Verfahrensschritt b) eine detonationsfähige fließfähige Mischung (DM) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht wird, die Hohlkörper (HK) und den Sprengstoff (FS) enthält.
Die kugelförmige Hohlkörper (HK) sind dann im Sprengstoff (FS) verteilt, bevorzugt dispergiert. Die Verteilung oder Dispergierung der kugelförmige Hohlkörper (HK) erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden, beispielsweise durch Mischaggregate, wie Rührkessel mit Propellerrührer oder Dispergierrührwerken.
Als detonationsfähige fließfähige Sprengstoffe (FS) können Aufschlämmungen, Emulsionen oder echte Lösungen eingesetzt werden. Detonationsfähige fließfähige Sprengstoffe (FS) sind dem Fachmann bekannt. Diese Sprengstoffe sind beispielsweise in DE 3700129, RU 241678, RU 98101776 und RU 951 13990 beschrieben.
Als detonationsfähige fließfähige Sprengstoffe (FS) können beispielsweise Mischungen aus einer Brennstoffkomponente, wie einer Kohlenwasserstoffkomponente, beispielsweise Kerosin oder Erdöl, und einem Oxidationsmittel, beispielsweise Ammoniumnitrat oder Distickstofftetroxid (N204) eingesetzt werden. Diese Mischungen können auch in Form wässriger Emulsionen eingesetzt werden. Der detonationsfähige fließfähige Sprengstoff (FS) kann darüber hinaus übliche Sprengstoffadditive wie Explosionssensibilatoren oder Explosionsmoderatoren enthalten. Als detonationsfähiger fließfähiger Sprengstoff (FS) ist eine Mischung aus Kerosin und flüssigem Distickstofftetroxid (N204) besonders bevorzugt. Als detonationsfähiger fließfähiger Sprengstoff (FS) ebenfalls bevorzugt ist eine wässrige Suspension von Trotylpartikeln (TNT; l UPAC-Bezeichnung 2-Methyl-1 ,3,5-trinitrotoluol), die Ammoniumnitrat gelöst in Wasser enthält. Die wässrige Suspension wird üblicherweise durch die Zugabe von Polyacrylamid oder Salzen der carboxylierten Cellulose geliert. Der Wassergehalt der wässrigen Suspension kann bis zu 20 Gew.-% betragen. Solche Suspensionen sind unter dem Handelsnamen„Aquatol®" erhältlich.
„Fließfähig" bedeutet hierbei, dass der Sprengstoff (FS) beziehungsweise die Mischung (DM) durch Pumpen in die abgelenkte Bohrung (1 ), bevorzugt in den quasihorizontalen Abschnitt der Bohrung (12), eingebracht werden kann.
Die Dichte (DFS) des detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoffs (FS) ist größer als die Dichte (DHK) der Hohlkörper (HK). Die Hohlkörper (HK) haben daher in dem Sprengstoff (FS) einen positiven Auftrieb. Durch den Dichteunterschied und den positiven Auftrieb schwimmen die Hohlkörper (HK) in dem Sprengstoff (FS) auf. Die Geschwindigkeit des Aufschwimmens (Auftriebsgeschwindigkeit) der Hohlkörper (HK) hängt im Wesentlichen von drei Parametern ab. Diese sind der Dichteunterschied zwischen den Hohlkörpern (HK) und dem Sprengstoff (FS), die Viskosität des Sprengstoffs (FS) und die Adhäsion des Sprengstoffs (FS) zu den Hohlkörpern (HK).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem die Hohlkörper (HK) in dem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) einen positiven Auftrieb haben.
Ein größerer Dichteunterschied führt zu einer Erhöhung der Auftriebsgeschwindigkeit. Eine Erhöhung der Viskosität des Sprengstoffs (FS) führt zu einer Verlangsamung der Auftriebsgeschwindigkeit. Eine Erhöhung der Adhäsion führt ebenfalls zu einer Verlangsamung der Auftriebsgeschwindigkeit.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, dass das Aufschwimmen der Hohlkörper (HK) in dem Sprengstoff (FS) mit einer gewissen Zeitverzögerung erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Ausführungsform, in dem eine Mischung (DM) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht wird, die Hohlkörper (HK) im Sprengstoff (FS) gleichmäßig verteilt vorliegen. Dies erleichtert das Einbringen der Mischung (DM) in die abgelenkte Bohrung (1 ). Nach einer Ruhephase schwimmen die Hohlkörper (HK) in der Mischung (DM) auf.
Unter „Ruhephase" versteht man erfindungsgemäß die Zeitspanne zwischen der Beendigung des Einbringens der Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS), bevorzugt in Form der Mischung (DM) und der Initiierung der Detonation. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem nach Beendigung des Verfahrensschrittes b) und vor Verfahrensschritt c) eine Ruhephase im Bereich von 1 Stunde bis 3 Tage eingelegt wird.
Die drei vorstehend beschriebenen Parameter lassen sich durch Laborversuche bestimmen. Als Dichten für den Sprengstoff (FS) sind beispielsweise Dichten im Bereich von 0,95 g/cm3 bis 2 g/cm3 geeignet. Bevorzugt liegen die Dichten des Sprengstoffs (FS) im Bereich von 1 g/cm3 bis 1 ,5 g/cm3. Die Dichte des Sprengstoffs (FS) lässt sich durch die Zugabe von Additiven, wie beispielsweise Glyzerin, bevorzugt Rohglyzerin, oder Salzen, wie Natriumchlorid oder Kalziumchlorid, erhöhen.
Die Viskosität des flüssigen Sprengstoffs (FS) liegt beispielsweise im Bereich von 50 bis 1000 cP bevorzugt im Bereich von 200 bis 600 cP. Zur Erhöhung der Viskosität des Sprengstoffs (FS) werden diesem verdickend wirkende Additive zugesetzt. Geeignete verdickend wirkende Additive sind beispielsweise synthetische Polymere wie Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, teilweise hydrolysiertes Polyacrylamid oder natürliche Polymere wie Guar, Glucane, Xanthan, Scleroglucan, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose oder
Hydroxymethylcellulose. Die Viskositäten werden erfindungsgemäß durch die folgende Methode bestimmt. Die Viskositäten wurden gemessen auf einem RheoStress 301 , Platte/Kegelanordnung bei Schergeschwindigkeiten von 0,5 bis 1 s_1.
Die Adhäsion des Sprengstoffs (FS) zu den Hohlkörpern (HK) lässt sich beispielsweise durch die Einstellung der Oberflächenspannung regulieren. Eine Herabsetzung der Oberflächenspannung führt zu einer Verringerung der Adhäsion. Zur Herabsetzung der Oberflächenspannung können beispielsweise Tenside dem Sprengstoff (FS) zugegeben werden. Geeignete Tenside sind anionische, kationische oder nichtionische Tenside. Als anionische Tenside sind beispielsweise Carboxylate oder Sulfonate mit langen Alkylresten geeignet. Als kationische Tenside sind beispielsweise quaternäre Ammoniumverbindungen mit langkettigen Alkylresten geeignet. Als nichtionische Tenside sind beispielsweise Ethoxylate von Fettalkoholen geeignet.
Die Hohlkörper (HK) und der Sprengstoff (FS) werden vorzugsweise in den quasihorizontalen Abschnitt der Bohrung (12) eingebracht. Bevorzugt wird die Mischung (DM) in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) eingebracht. Besonders bevorzugt wird der Hauptteil der eingesetzten Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS), bevorzugt in Form der Mischung (DM), in dem quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12), eingebracht. Unter„Hauptteil" wird dabei verstanden, dass mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% und insbesondere bevorzugt mindestens 99 Gew.-% der eingesetzten Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS), bevorzugt in Form der Mischung (DM) in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) eingebracht werden, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS) beziehungsweise der eingesetzten Mischung (DM).
In einer weiteren insbesondere bevorzugten Ausführungsform werden die Hohlkörper (HK) und der Sprengstoff (FS) ausschließlich in den quasi-horizontalen Abschnitt (12) eingebracht, bevorzugt in Form der Mischung (DM).
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem der Hauptteil der in Verfahrensschritt b) eingesetzten Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS) in den quasi-horizontalen Teil der Bohrung (12) eingebracht wird.
Dies kann beispielsweise durch Einpumpen mittels eines sogenannten Coiled tubings (30) erfolgen. Hierzu wird ein flexibles Rohr in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingeführt. Durch das Coiled tubing (30) wird, vorzugsweise die Mischung (DM), in den quasi- horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) eingebracht. Die bevorzugt eingesetzte Mischung (DM) weist dabei eine Dichte (DDM) auf, die größer ist als die Dichte (DBF) der Bohrlochflüssigkeit (BF). Unter Bohrlochflüssigkeit wird erfindungsgemäß die Flüssigkeit verstanden, die im Bohrloch vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhanden ist. Hierbei kann es sich um Formationswasser, Erdöl oder Mischungen/Emulsionen aus Formationswasser und Erdöl handeln. Nach dem Einbringen der Mischung (DM) wird eine Ruhephase eingelegt. Diese Ruhephase kann eine Stunde bis drei Tage betragen. Durch die Ruhephase schwimmen die Hohlkörper (HK) im quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) auf.
Der Zustand nach dem Aufschwimmen der Hohlkörper (HK) ist in Figur 4 schematisch dargestellt. Durch das Aufschwimmen der Hohlkörper (HK) bildet sich im oberen Querschnittsbereich des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) ein Bereich, der eine geringere Dichte aufweist. Bezogen auf den Querschnitt befindet sich im unteren Bereich der quasi-horizontalen Bohrung (12) hauptsächlich der Sprengstoff (FS). Im oberen Bereich bezogen auf den Querschnitt befinden sich hauptsächlich die Hohlkörper (HK). Durch diesen Dichteunterschied wird eine Lenkung der Detonation möglich. Die Detonationsenergie breitet sich vorwiegend in Richtung der Hohlkörper (HK) aus, wodurch eine vertikale Zerklüftung des Umgebungsgesteins des quasihorizontalen Abschnitts der Bohrung (12) erreicht wird. Der Zustand nach der Detonation ist in Figur 6 schematisch dargestellt.
Es ist auch möglich, die Mischung (DM) mit einem fließfähigen Besatz (7) zu versehen. Der Besatz dient dabei der Dämmung des Sprengstoffs (FS) im quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12). Hierzu wird vor dem Einbringen des Sprengstoffs (FS) und der Hohlkörper (HK), bevorzugt in Form der Mischung (DM), über ein coiled tubing (30) als Besatz (7) zunächst eine, vorzugsweise wässrige Lösung in das Bohrloch eingebracht.
„Fließfähig" bedeutet, dass der Besatz (7) durch Pumpen in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht werden kann.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem in Verfahrensschritt b) vor dem Einbringen der Hohlkörper (HK) und des Sprengstoff (FS) ein Besatz (7) in die abgelenkte Bohrung eingebracht wird.
Die als Besatz (7) eingesetzte wässrige Lösung weist vorzugsweise ebenfalls eine höhere Dichte und Viskosität als die Bohrlochflüssigkeit auf. Hierdurch wird eine effektive Verdrängung der Bohrlochflüssigkeit erreicht. Die Dichte des Besatzes kann wie vorstehend zur Einstellung der Dichte des Sprengstoffs (FS) beschrieben, eingestellt werden. Es kann auch vorteilhaft sein, die Viskosität des Besatzes (7) durch die Zugabe von Verdickern einzustellen. Als Verdicker können hierzu die vorstehend zum Sprengstoff (FS) aufgeführten Verdicker eingesetzt werden, wobei die Ausführungen und Bevorzugungen entsprechend gelten.
Die Länge des Besatzes (7) in der abgelenkten Bohrung liegt im Allgemeinen im Bereich von 5 bis 50 Meter. Bevorzugt ist auch ein Teil des nicht verrohrten oder nur provisorisch mit Kunststoffrohren stabilisierten quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) mit dem Besatz (7) verfüllt. Hierdurch lassen sich Beschädigungen des mit einem Futterrohr (8) verrohrten, das heißt dauerhaft stabilisierten Abschnitt der Bohrung (1 ) verhindern.
Nach dem Einbringen des Besatzes (7) werden über das Coiled tubing (30) der Sprengstoff (FS) und die Hohlkörper (HK) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht, vorzugsweise in Form der Mischung (DM). Die Dichte (DDM) der Mischung (DM) und die Viskosität sind dabei bevorzugt höher als die Dichte des Besatzes (7). Hierdurch wird eine effektive Verdrängung des Besatzes (7) erreicht, der seinerseits die Bohrlochflüssigkeit verdrängt.
In der Mischung (DM) können 5 bis 50 Vol.-% der Hohlkörper (HK) enthalten sein, bezogen auf das Gesamtvolumen der in Verfahrensschritt b) eingesetzten Mischung (DM).
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren bei dem in der Mischung (DM) 5 bis 50 Vol.-% Hohlkörper (HK) enthalten sind, bezogen auf das Gesamtvolumen der in Verfahrensschritt b) eingesetzten Mischung (DM).
Vorzugsweise wird nur der quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) mit Hohlkörpern (HK) und Sprengstoff (FS) verfüllt. Besonders bevorzugt wird nur derjenige Teil des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) verfüllt, der nicht dauerhaft stabilisiert ist.
Der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung (12) kann vollständig mit Hohlkörpern (HK) und Sprengstoff (FS) verfüllt werden. Es ist auch möglich, nur Teile des quasihorizontalen Abschnitts der Bohrung (12) zu verfüllen. Darüber hinaus ist es möglich, seriell Teile des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) zu verfüllen, beispielsweise durch Einbringen des Besatzes (7), gefolgt von Einbringen der Mischung (DM), gefolgt von erneutem Einbringen eines Besatzes (7) und anschließendem Einbringen der Mischung (DM). Diese Schritte können beliebig oft wiederholt werden. Durch das Einbringen von Besatz (7) und das Einbringen der Mischung (DM) kann der gewünschte Ort, an dem das Fracen im quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) stattfinden soll, präzise eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) eine Mischung (DM) eingesetzt, die Sprengstoff (FS), Hohlkörper (HK) und Hohlkörper (HKn) enthält. Die Hohlkörper (HKn) weisen dabei eine Dichte (DHKn) auf, die der Dichte (DFS) des Sprengstoffs (FS) entspricht. Somit haben die Hohlkörper (HKn) im Sprengstoff (FS) einen neutralen Auftrieb und schwimmen nicht auf. Die Hohlkörper mit neutralem Auftrieb (HKn) sind somit in der Mischung (DM) gleichmäßig verteilt und schwimmen auch nach der Ruhephase nicht auf.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, bei dem in Verfahrensschritt b) eine Mischung (DM) eingesetzt wird, die zusätzlich Hohlkörper (HKn) mit einer Dichte (DHKn) enthält, wobei (DHK) der Dichte (DFS) des Sprengstoffs (FS) entspricht.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem in Verfahrensschritt b) eine Mischung (DM) eingesetzt wird, die zusätzlich Hohlkörper (HKn) enthält, die in dem Sprengstoff (FS) einen neutralen Auftrieb aufweisen.
Durch den Anteil der Hohlkörper (HKn) kann die Intensität der Detonation gesteuert werden. Bei dieser Ausführungsform werden Hohlkörper mit positivem Auftrieb (HK) und Hohlkörper mit neutralem Auftrieb (HKn) in dem Sprengstoff (FS) dispergiert und gemeinsam in Schritt b) in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) eingebracht.
Verfahrensschritt c)
In Verfahrensschritt c) wird die Detonation initiiert. Unter Detonation wird erfindungsgemäß die schlagartige Umsetzung der im Sprengstoff (FS) enthaltenen potentiellen Energie unter Entstehung einer Stoßwelle verstanden, wobei in der Stoßwelle Geschwindigkeiten zwischen 1000 und 10000 m/s, Temperaturen im Bereich von 2500 bis 6000°C und Drücke im Bereich von 10000 bis 300000 bar erreicht werden.
Der Sprengstoff (FS) enthält wie vorstehend ausgeführt, bevorzugt ein Oxidationsmittel, wie Ammoniumnitrat oder Distickstofftetroxid (N20) und einen flüssigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdöl, Gaskondensat oder Kerosin. Der Sprengstoff (FS) kann darüber hinaus in Form einer wässrigen Emulsion eingesetzt werden. Die Herstellung des flüssigen Sprengstoffs (FS) erfolgt obertage durch Mischen der Komponenten unter Zugabe der Hohlkörper (HK). Die vorzugsweise eingesetzte Mischung (DM) wird erst bei einem lokalen Temperaturanstieg auf Temperaturen im Bereich von 600 bis 1200°C detonationsfähig. Somit ist der Umgang obertage, bei Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften und der Vorschriften der Arbeitssicherheit gefahrlos.
Die Initiierung der Detonation in Verfahrensschritt c) erfolgt üblicherweise durch einen Zünder (24). Als Zünder können chemische oder elektrische Zünder (24) eingesetzt werden. Entsprechende Zünder sind bekannt und beispielsweise in der EP 1 046 879 beschrieben. Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, bei dem in Verfahrensschritt c) die Detonation durch einen chemischen oder elektrischen Zünder (24) initiiert wird. Als Zünder (24) werden bevorzugt autonome Zünder eingesetzt. Die autonomen Zünder (24) weisen dabei vorzugsweise einen Zeitzünder auf, der die Detonation in Verfahrensschritt c) nach einem Zeitraum von 1 bis 3 Tagen initiiert. Der Zünder (24) kann in Verfahrensschritt c) zusammen mit den Hohlkörpern (HK) und dem Sprengstoff (FS), vorzugsweise in Form der Mischung (DM), in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht werden. Es ist auch möglich, zunächst die Hohlkörper (HK) und den Sprengstoff (FS) in den abgelenkten Teil der Bohrung einzubringen und in einem nachgelagerten Schritt den Zünder (24) in der abgelenkten Bohrung (1 ), bevorzugt im quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12), zu platzieren. Für den Fall, dass als Zünder (24) ein Zeitzünder eingesetzt wird, wird dieser mit Hilfe des Coiled Tubing in die abgelenkte Bohrung eingebracht. Der Zeitzünder (24) wird am Ende des Coiled Tubing mechanisch befestigt und in die Bohrung eingeführt. Es besteht keine Notwendigkeit, den Zünder (24) in den quasi horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) einzuführen. Der Zünder wird in dem fließfähigen Sprengstoff (FS) platziert. Es ist auch möglich, den Zünder (24) mit einem Seil in die Borhung einzubringen. Unter der Wirkung der Schwerkraft erreicht der Zünder dann den Bereich der Bohrung, die mit dem fließfähigen Sprengstoff (FS) gefüllt ist.
Als chemischer Zünder wird bevorzugt eine Kombination von wässriger Säure, bevorzugt wässriger Salzsäure, und Magnesiumgranulat eingesetzt. Hierzu kann beispielsweise Magnesiumgranulat in Form einer wässrigen Suspension in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht werden und nachfolgend mit wässriger Säure in der abgelenkten Bohrung (1 ) vermischt werden. Hierdurch bildet sich in der Bohrung (1 ) ein Zündgemisch, welches Magnesiumgranulat und wässrige Säure enthält.
Als wässrige Säure kann beispielsweise eine wässrige Salzsäurelösung eingesetzt werden mit einem Salzsäuregehalt im Bereich von 1 bis 38 Vol.-%, bevorzugt im Bereich von 10 bis 25 Vol.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 20 Vol.-%. Bei der Reaktion von Salzsäure mit Magnesium entsteht Wasserstoff und Wärme gemäß der nachfolgenden Reaktionsgleichung
2HCI + Mg => MgCI2 + H2 + Wärme Bei der chemischen Reaktion eines Kilogramms Magnesium mit Salzsäure werden ca. 5000 kcal Wärme generiert und die Temperatur des Zündgemischs erreicht 600 bis 800 °C. Durch diese Temperatur wird die Detonation des fließfähigen Sprengstoffs (FS) initiiert. Für den Fall, dass der quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung (12) seriell befüllt wird, das heißt, dass mehrere, durch den Besatz (7) voneinander getrennte, Abschnitte des Bohrlochs mit der Mischung (DM) verfüllt sind, werden mehrere Zünder (24) im quasihorizontalen Teil der Bohrung (12) platziert.
Da die Dichte der Mischung (DM) durch die Hohlkörper (HK) im oberen Teil des Querschnitts der quasi-horizontalen Bohrung (12) wesentlich verringert ist, richtet sich die Detonationsenergie vorwiegend vertikal aus. Durch die Detonation wird eine Zerklüftungszone (6) mit zahlreichen Klüften (9) im Umgebungsgestein der quasihorizontalen Bohrung (12) gebildet. Eine schematische Darstellung des Zustandes nach der Detonation ist in Figur 6 gezeigt. Die Länge der Zerklüftungszone (6) entspricht dabei der Länge des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12), die mit der Mischung (DM) verfüllt wurde. Im Querschnitt weist die Zerklüftungszone (6) eine Ellipsenform auf. Die Zerklüftungszone (6) liegt oberhalb des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12), die zerstört wurde. Hierdurch werden insbesondere dichte nicht produktive Zwischenschichten (23) zerstört, die die produktiven Schichten (2a) der Lagerstätte (2) voneinander getrennt haben. Hierdurch wird die hydrodynamische Kommunikation von benachbarten produktiven Schichten (2a) deutlich verbessert.
Durch die Richtung/Lenkung der Detonation werden hauptsächlich Gesteinsformationen und nicht produktive Zwischenschichten (23) zerstört, die oberhalb des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) liegen. Das Gestein unterhalb des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur minimal zerstört. Hierdurch werden die Gesteinsschichten, die die produktiven Schichten (2a) der Lagerstätte (2) von dem darunter liegenden Formationswasser trennen, nicht beschädigt. Dadurch wird eine Verwässerung der Zerklüftungszone (6) aus den Formationsasser führenden Schichten effektiv verhindert. Nach der Sprengung in Verfahrensschritt c) kann in dem quasihorizontalen Abschnitt der Bohrung (12), aus dem die Zerklüftungszone (6) entstanden ist, zur Stabilisierung ein perforiertes Rohr eingeführt werden.
Nach Verfahrensschritt c) kann die Förderung von Rohstoffen aus der unterirdischen Formation nach konventionellen Verfahren weitergeführt werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.
Die Figuren zeigen im Einzelnen: Figur 1 vertikaler Schnitt der abgelenkten Bohrung (1 )
Figur 2 vertikaler Schnitt der abgelenkten Bohrung (1 ) vor der Detonation Figur 3 Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) nach
Einbringen der Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS)
Figur 4 Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) nach der
Ruhephase, das heißt nach Aufschwimmen der Hohlkörper (HK)
Figur 5 Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) nach der
Ruhephase, wobei eine Mischung (DM) eingebracht wurde, die Sprengstoff (FS), Hohlkörper (HK) und Hohlkörper (HKn) mit neutralem Auftrieb enthält
Figur 6 Querschnitt der Zerklüftungszone (6) nach der Sprengung
Figur 7a Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) in die als
Hohlkörper (HK) ein hermetischer schlauchförmiger Hohlkörper (HK) und Sprengstoff (FS) eingebracht wurde
Figur 7b Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12) in die als
Hohlkörper (HK) ein hermetisches Kunststoffrohr mit einer Teilbeschichtung (20) und Sprengstoff (FS) eingebracht wurde
Figur 8a Querschnitt eines hermetischen Rohrabschnitts (10) mit Teilbeschichtung
(21 ) innenliegend
Figur 8b Querschnitt eines hermetischen Rohrabschnitts (10) mit Teilbeschichtung
(22) außenliegend
Figur 9 Entwicklungsschema einer Erzlagerstätte
Figuren l Oa, 10b, 10c Phasen des Einbringens des Besatzes (7) und der Mischung
(DM) in den quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung (12)
Figur 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die abgelenkte Bohrung 1 mit dem quasivertikalen Abschnitt der Bohrung 1 1 und dem quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung 12, der sich im unteren Bereich der Lagerstätte 2 befindet.
Figur 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die abgelenkte Bohrung 1 . Der quasivertikale Abschnitt der Bohrung 1 1 und Teile des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 sind mit einem Futterrohr 8 stabilisiert. Der quasi-horizontale Abschnitt der Bohrung 12 ist mit dem Sprengstoff (FS) 3 verfüllt, der Hohlkörper (H K) enthält. Den Sprengstoff (FS) 3 wurde der Zünder 24 eingebracht. Die Sprengstoff (FS) 3 ist mit einem Besatz 7 verdämmt. Ein Teil des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 ist ebenfalls mit dem Besatz 7 verfüllt. Hierdurch wird bei der Detonation der mit dem Futterrohr 8 stabilisierte Teil der abgelenkten Bohrung 1 geschützt.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12, der mit dem Sprengstoff (FS) 3, der kugelförmige Hohlkörper 4 enthält, verfüllt ist. Figur 3 zeigt den Zustand direkt nach dem Verfüllen des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 in der Lagerstätte 2. Die Hohlkörper (HK) 4 sind im Sprengstoff (FS) 3 gleichmäßig verteilt.
Figur 4 zeigt den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung 12 nach der Ruhephase. Aufgrund des positiven Auftriebs der Hohlkörper (HK) 4 sind diese im Sprengstoff (FS) 3 aufgeschwommen und befinden sich hauptsächlich im oberen Bereich des Querschnitts des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12. Hierdurch entsteht im oberen Bereich der quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 ein Bereich mit geringerer Dichte. Figur 5 zeigt einen Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12, bei dem neben den kugelförmigen Hohlkörpern (HK) 4 mit positivem Auftrieb auch kugelförmige Hohlkörper (HK) 5 mit neutralem Auftrieb eingesetzt wurden.
Figur 6 zeigt den Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 nach der Detonation. Der gestrichelte Kreis mit dem Bezugszeichen 13 beschreibt dabei die Stelle, an der sich vor der Sprengung der Querschnitt des quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 befunden hat. Figur 6 stellt die Zerklüftungszone 6 dar, die durch die Detonation entstanden ist. Die Zerklüftungszone 6 weist einen ellipsenförmigen Querschnitt mit vertikaler Ausdehnung auf. Die durch die Detonation entstandene Zerklüftungszone 6 befindet sich hauptsächlich oberhalb des ehemaligen quasi-horizontalen Abschnitts der Bohrung 12 (in Figur 6 durch Bezugszeichen 13 veranschaulicht). Durch die Detonation und die Ausbildung der Zerklüftungszone 6 wurden die nicht produktiven Zwischenschichten 23 in vertikaler Richtung effektiv zerstört, wodurch die hydrodynamische Kommunikation zwischen den produktiven Schichten 2a deutlich verbessert wird. Am Rand der Zerklüftungszone 6 befinden sich darüber hinaus Risse und Klüfte 9, die die hydrodynamische Kommunikation weiter verbessern.
Figur 7a zeigt eine Ausführungsform, bei der in der quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung 12 ein schlauchförmiger Hohlkörper (H K) 10 und Sprengstoff (FS) 3 eingebracht wurde. Figur 7b zeigt eine Ausführungsform, bei der als Hohlkörper (HK) ein Kunststoffrohr 10 mit einer Teilbeschichtung 20 in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung 12 eingebracht wurde. Das Kunststoffrohr 10 ist in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung 12 nicht befestigt sondern schwimmt im Sprengstoff (FS) 3 auf. Die Auftriebsrichtung ist durch die schwarzen Pfeile symbolisiert.
Figuren 8a und 8b zeigen besondere Ausführungsformen des rohrförmigen Hohlkörpers (HK) 10 mit innenliegender beziehungsweise außenliegender Teilbeschichtung aus Metall (Stahl oder Metalllegierungen).
Figur 9 zeigt ein Entwicklungschema einer Erzlagerstätte 25 zur Metallgewinnung. In die Erzlagerstätte 25 sind eine Injektionsbohrung 26 und zwei Produktionsbohrungen 27 abgeteuft. Die quasi-horizontalen Abschnitte der Injektionsbohrung 26 sowie der Produktionsbohrungen 27 wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefract. Hierbei sind die zerklüfteten Zonen 61 und 62 in der Erzlagerstätte 25 entstanden. Durch die Injektionsbohrung 26 wird eine Laugeflutlösung 28 eingepresst. Die Laugeflutlösung 28 bewegt sich aus der zerklüfteten Zone 61 in Richtung der zerklüfteten Zonen 62 (in Figur 9 durch die nicht ausgefüllten Pfeile symbolisiert). Beim Durchqueren der Erzlagerstätte 25 reichert sich die Laugeflutlösung 28 mit dem zu gewinnenden Metall in Form löslicher Salze an. Hierdurch entsteht die produktive Lösung 29, die mit dem zu gewinnenden Metall angereichert ist. Die produktive Lösung
29 wird durch den in der Injektionsbohrung 26 aufgebautem Druck in Richtung der zerklüfteten Zonen 62 gepresst (in Figur 9 durch die schwarzen Pfeile symbolisiert). Aus den zerklüfteten Zonen 62 wird die produktive Lösung über die Produktionsbohrung 27 gefördert.
Figuren 10a, 10b und 10c zeigen die Phasen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte a) und b). In Figur 10a wurde das Coiled tubing
30 in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung 12 eingeführt. Durch das Coiled tubing 30 wird zunächst der Besatz 7 in den quasi-horizontalen Abschnitt der Bohrung
12 injiziert, wodurch die Bohrlochflüssigkeit 71 verdrängt wird. Figur 10b zeigt das Einbringen des flüssigen Sprengstoffs (FS) 3 und der Hohlkörper (HK) in den quasihorizontalen Abschnitt der Bohrung 12. Das Einbringen des Sprengstoffs (FS) 3 und der Hohlkörper (HK) erfolgt dabei in Form der detonationsfähigen Mischung (DM) ebenfalls über das Coiled tubing 30. Hierdurch wird der Besatz 7 verdrängt, der seinerseits die Bohrlochflüssigkeit 71 verdrängt. Figur 10c zeigt den Zustand nach dem Einbringen des Zünders 24 in den Sprengstoff (FS) 3, der die Hohlkörper (HK) enthält nach Entfernung des Coiled tubing 30. Figur 10c zeigt somit den Zustand unmittelbar vor der Initiierung der Detonation gemäß Verfahrensschritt c).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Fracen einer unterirdischen Formation, umfassend mindestens die Schritte a) Niederbringen einer abgelenkten Bohrung (1 ), die einen quasi-vertikalen Abschnitt (1 1 ) und einen quasi-horizontalen Abschnitt (12) umfasst, in die unterirdische Formation, b) Einbringen von Hohlkörpern (HK) und einem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) in die abgelenkte Bohrung (1 ) und c) Initiierung der Detonation in der abgelenkten Bohrung (1 ), wobei die Hohlkörper (HK) eine Dichte (DHK) und der detonationsfähige fließfähige Sprengstoff (FS) eine Dichte (DFS) aufweisen und (DHK) kleiner als (DFS) ist und nach Beendigung des Verfahrensschritts b) und vor Verfahrensschritt c) eine Ruhephase eingelegt wird, wodurch die Hohlkörper (HK) in dem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) aufschwimmen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die Hohlkörper (HK) in dem detonationsfähigen fließfähigen Sprengstoff (FS) einen positiven Auftrieb haben.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Hauptteil der in Verfahrensschritt b) eingesetzten Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS) in den quasihorizontalen Teil der Bohrung (12) eingebracht wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dichte (DHK) der Hohlkörper (HK) im Bereich von 0,2 bis 0,9 g/cm3 liegt.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dichte (DFS) des Sprengstoffs im Bereich von 0,95 bis 2 g/cm3 liegt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Hohlkörper (HK) kugelförmige Hohlkörper eingesetzt werden, die einen Durchmesser im Bereich von 1 μηη bis 5 mm aufweisen.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Hohlkörper (HK) Cenosphären eingesetzt werden, die eine Hülle aufweisen, die Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid enthält.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sprengstoff (FS) eine Brennstoffkomponente und ein Oxidationsmittel enthält.
5 9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in Verfahrensschritt b) eine detonationsfähige fließfähige Mischung (DM) in die abgelenkte Bohrung (1 ) eingebracht wird, die Hohlkörper (HK) und den Sprengstoff (FS) enthält.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in Verfahrensschritt b) vor 10 dem Einbringen der Hohlkörper (HK) und des Sprengstoffs (FS) ein fließfähiger
Besatz (7) in die abgelenkte Bohrung eingebracht wird.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei in der Mischung (DM) 5 bis 50 Vol.- % Hohlkörper (HK) enthalten sind, bezogen auf das Gesamtvolumen der in
15 Verfahrensschritt b) eingesetzten Mischung (DM).
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei die Ruhephase im Bereich von 1 Stunde bis 3 Tage liegt.
20 13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in Verfahrensschritt b) eine Mischung (DM) eingesetzt wird, die zusätzlich Hohlkörper (HKn) enthält, die in dem Sprengstoff (FS) einen neutralen Auftrieb aufweisen.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Hohlkörper (HK) 25 zylinderförmige Hohlkörper mit einer metallischen Teilbeschichtung eingesetzt werden.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei in Verfahrensschritt c) die Detonation durch einen chemischen oder elektrischen Zünder (24) initiiert wird.
30
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034217A (zh) * 2021-11-26 2022-02-11 重庆大学 一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法
CN117888862B (zh) * 2024-03-18 2024-05-17 贵州大学 原位大面积钻空建炉煤炭气化及煤油和/或煤层气同采方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US487008A (en) 1892-11-29 Coi n-controlled vending-machine
US2023831A (en) * 1935-05-21 1935-12-10 Alfred E Ellis Torpedo and method for shooting oil wells
US3771600A (en) * 1971-07-02 1973-11-13 Sun Oil Co Method of explosively fracturing from drain holes using reflective fractures
DE3700129A1 (de) 1985-09-23 1988-07-14 Joseph Louis Trocino Fluessige sprengstoffmischung und verfahren zu deren herstellung
RU95113990A (ru) 1995-08-16 1997-07-10 Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "КВАЗАР-ВВ" Удлиненный кумулятивный заряд "квазар-заряд" и жидкое взрывчатое вещество "квазар-вв"
EP0952300A1 (de) 1998-03-27 1999-10-27 Cooper Cameron Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von mehreren Unterwasserbohrlöchern
EP1046879A2 (de) 1999-04-23 2000-10-25 Roboth Vertriebsgesellschaft mbH Verfahren zum Sprengen von Gesteinsmassen
EP1129272A1 (de) 1998-11-03 2001-09-05 Halliburton Energy Services Verfahren und vorrichtung zur abstandsbedienung einer rohrausgangshülse
RU2333363C1 (ru) 2007-04-04 2008-09-10 Александр Абрамович Эннс Способ управления газовыделением при разработке свиты высокогазоносных угольных пластов
RU2333191C2 (ru) 2004-03-10 2008-09-10 Виктор Петрович Доманов Состав взрывчатого вещества
RU2339818C1 (ru) 2007-05-14 2008-11-27 Геннадий Дмитриевич Задавин Способ дегазации свиты сближенных угольных пластов при столбовой системе разработки
RU2416782C1 (ru) 2009-12-07 2011-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) Способ заряжания эмульсионных взрывчатых составов
RU2451150C1 (ru) 2010-11-13 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Способ строительства многозабойной скважины

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3690106A (en) * 1970-02-24 1972-09-12 Dow Chemical Co Method of treating permeable formations
RU2094741C1 (ru) 1995-08-16 1997-10-27 Товарищество с ограниченной ответственностью - Научно-производственный центр "Квазар-ВВ" Удлиненный кумулятивный заряд
RU2143661C1 (ru) 1998-01-30 1999-12-27 Открытое акционерное общество по производству взрывчатых материалов и пиротехники "Нитро-Взрыв" Способ приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных взрывчатых веществ

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US487008A (en) 1892-11-29 Coi n-controlled vending-machine
US2023831A (en) * 1935-05-21 1935-12-10 Alfred E Ellis Torpedo and method for shooting oil wells
US3771600A (en) * 1971-07-02 1973-11-13 Sun Oil Co Method of explosively fracturing from drain holes using reflective fractures
DE3700129A1 (de) 1985-09-23 1988-07-14 Joseph Louis Trocino Fluessige sprengstoffmischung und verfahren zu deren herstellung
RU95113990A (ru) 1995-08-16 1997-07-10 Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "КВАЗАР-ВВ" Удлиненный кумулятивный заряд "квазар-заряд" и жидкое взрывчатое вещество "квазар-вв"
RU98101776A (ru) 1998-01-30 1999-11-10 Открытое акционерное общество по производству взрывчатых материалов и пиротехники "Нитро-Взрыв" Способ приготовления водосодержащих гелеобразных промышленных взрывчатых веществ
EP0952300A1 (de) 1998-03-27 1999-10-27 Cooper Cameron Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von mehreren Unterwasserbohrlöchern
EP1129272A1 (de) 1998-11-03 2001-09-05 Halliburton Energy Services Verfahren und vorrichtung zur abstandsbedienung einer rohrausgangshülse
EP1046879A2 (de) 1999-04-23 2000-10-25 Roboth Vertriebsgesellschaft mbH Verfahren zum Sprengen von Gesteinsmassen
RU2333191C2 (ru) 2004-03-10 2008-09-10 Виктор Петрович Доманов Состав взрывчатого вещества
RU2333363C1 (ru) 2007-04-04 2008-09-10 Александр Абрамович Эннс Способ управления газовыделением при разработке свиты высокогазоносных угольных пластов
RU2339818C1 (ru) 2007-05-14 2008-11-27 Геннадий Дмитриевич Задавин Способ дегазации свиты сближенных угольных пластов при столбовой системе разработки
RU2416782C1 (ru) 2009-12-07 2011-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли (Минпромторг России) Способ заряжания эмульсионных взрывчатых составов
RU2451150C1 (ru) 2010-11-13 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Способ строительства многозабойной скважины

Also Published As

Publication number Publication date
CA2882933A1 (en) 2014-04-03
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