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Diese
Erfindung betrifft Verfahren und ein Gerät zur Komplettierung und Kiespackung
von Bohrungen in unkonsolidierten unterirdischen Zonen und, insbesondere,
Verfahren und ein Gerät
zur Komplettierung solcher Bohrungen, wodurch eine Wanderung von
Feinkies und Sand mit den Fluiden, die daraus gefördert werden,
verhindert wird.
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Öl- und Gasbohrungen
werden häufig
in unkonsolidierten Formationen komplettiert, die loses und ungeeignetes
Feinkies und Sand enthalten, die mit den in den Bohrungen enthaltenen
Fluiden wandern. Das Vorliegen von Formationsfeinkies und Sand in
den geförderten
Fluiden ist nachteilig und unerwünscht,
da die Partikel das Pump- und andere Fördergerätschaften abreiben und die
die Fluidförderfähigkeit
der Produktionszonen in den Bohrungen verringern.
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Zu
diesem Zweck wurden unkonsolidierte unterirdische Zonen beeinflusst,
indem Brüche
in den Zonen geschaffen wurden und aus Teilchen bestehendes Füllmaterial
in den Brüche
eingebracht wurde, wodurch sie in geöffneter Stellung gehalten wurden.
Zusätzlich
wurde das Füllmaterial
innerhalb der Brüche
zu einer harten, durchlässigen
Masse konsolidiert, wodurch die Wanderung des Formationsfeinkies
und Sand durch die Brüche
mit dem geförderten Fluid
reduziert wird. Weiterhin wurden allgemein Kiespackungen, die Sandsiebe
und dergleichen enthalten, in den Bohrlöchern installiert, welche unkonsolidierte
Zonen durchdringen. Die Kiespackungen dienen als Filter und helfen
sicherzustellen, dass Feinkies und Sand nicht mit den geförderten
Fluiden in die Bohrung eindringen.
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Bei
einer typischen Kiespackung-Komplettierung, wird ein Sieb in das
Bohrloch gebracht und innerhalb der unkonsolidierten unterirdischen
Zone angeordnet, die komplettiert werden soll. Das Sieb wird typischerweise
mit einem Werkzeug verbunden, das einen Förderpacker und einen Übergang
enthält,
und das Werkzeug wird wiederum mit einem Arbeits- oder Förderstrang
verbunden. Ein aus Partikeln bestehendes Material, das normalerweise
größensortierter Sand
ist, auf das im Stand der Technik oft als Kies bezuggenommen wird,
wird in einem Schlamm in dem Arbeits- oder Förderstrang nach unten gepumpt
und durch den Übergang,
wodurch es in den Ringraum zwischen dem Sieb und dem Bohrloch fließt. Die Flüssigkeit,
die den Schlamm bildet, leckt in die unterirdische Zone und/oder
durch das Sieb, der so dimensioniert ist, dass es verhindert wird,
dass Sand in dem Schlamm dort durchfließt. Im Ergebnis wird der Sand
in dem Ringraum um das Sieb herum abgelegt, wodurch es eine Kiespackung
bildet. Die Größe des Sandes
in der Kiespackung wird so ausgewählt, dass es Formationsfeinkies
und Sand daran hindert mit den geförderten Fluiden in das Bohrloch
zu fließen.
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Ein
Problem, das oft mit der Bildung von Kiespackungen einhergeht, insbesondere
mit Kiespackungen in langen und/oder veränderten unkonsolidierten Förderintervallen,
ist die Bildung von Sandbrücken
in dem Ringraum. Das heißt,
nicht-einheitliches Ansammeln von Sand in dem Ringraum zwischen
dem Sieb und dem Bohrloch tritt häufig als Ergebnis des Verlustes
der Trägerflüssigkeit
von dem Sandschlamm in die Teile der unterirdischen Zone mit hoher
Durchlässigkeit,
was wiederum die Bildung von Sandbrücken in dem Ringraum bewirkt
bevor der gesamte Sand eingebracht wurde. Die Sandbrücken blockieren
den weiteren Fluss des Schlamms durch den Ringraum, was in dem Ringraum
Hohlräume
hinterlässt.
Wenn das Bohrloch zur Förderung
eingesetzt wird, wird der Fluss der geförderten Fluide durch die Hohlräume in den
Kiespackungen konzentriert, was bald bewirkt, dass das Sieb erodiert
und die Wanderung des Feinkieses und Sand mit den geförderten
Fluiden erfolgt.
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Unvollständiges Packen
des Intervalls kann verursacht werden durch die Flüssigkeit
in dem Kiesschlamm, die in durchlässigere Schicht am oberen Ende
des Formationsabschnitts und/oder durch die Öffnungen in den oberen Teil
des Siebs fließt,
bevor ausreichend Kies zum Grund des gesamten komplettierten Abschnitts
transportiert wurde.
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Bei
Versuchen die Bildung von Sandbrücken in
Kiespackung-Komplettierungen zu vermeiden, wurden besondere Siebe
entwickelt und verwendet, die interne Nebenrohre haben. Während solche
Siebe einen unterschiedlichen Grad an Erfolg hatten Sandbrücken zu
vermeiden, sind sie zusammen mit der Kiespackung-Prozedur sehr kostenintensiv.
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US
Patent Nr. 4 945 991, auf welches wegen weiterer Einzelheiten Bezug
genommen wird, offenbart Verfahren zur Kiespackung in einem Abschnitt eines
Bohrlochs, bei dem perforierte Nebenrohre oder -Leitungen auf der äußeren Oberfläche des Siebs
vorgesehen sind, die mit dem Kiesschlamm in Verbindung stehen, wenn
es in den Ringraum in dem Bohrloch neben dem Sieb eintritt. Dieses
Verfahren verhindert nicht die Bildung solcher Brücken, bei
denen die Flüssigkeit
aus dem Schlamm in den oberen Teil des Kiespackung-Siebs verloren
wird.
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US
Patent Nr. 5 934 376 auf welches wegen weiterer Einzelheiten Bezug
genommen wird, offenbart ein Verfahren, das grundsätzlich die
Schritte umfasst: Anordnen eines geschlitzten Liners oder eine perforierten
Verkleidung mit einem darin angeordneten Sieb in der zu komplettierenden
Zone, isolieren der perforierten Verkleidung und des Bohrlochs in
der Zone und einführen
von aus Partikeln bestehendem Material in den Ringraum zwischen
dem Sandsieb und der perforierten Verkleidung und dem Bohrloch, wodurch
darin Packungen aus aus Partikeln bestehendem Material gebildet
werden. Das System erlaubt es dem Fluid und Sand jede Brücke zu umgehen,
die gebildet werden könnte,
indem mehrere Strömungswege über die
perforierte Verkleidung/Sieb Ringraum und/oder Bohrloch/Sieb Ringraum
geschaffen werden. Siehe auch Lafontaine, et al.: „New Concentric
Annular Packing System Limits Bridging in Horizontal Gravel Packs,", Paper 56778, präsentiert
auf der 1999 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, die
in Houston, Texas am 3.–6.Oktober
gehalten wurde, die hier durch Referenz umfasst werden soll.
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Das
US Patent Nr. 5 165 476, auf das wegen weiterer Einzelheiten Bezug
genommen wird, offenbart ein Verfahren und ein Gerät zur Kiespackung
in einem Abschnitt eines Bohrlochs, bei dem ein durchlässiges Sieb,
das Mittel zum begrenzen des Fluidflusses von dem Sieb-Bohrloch-Ringraum
in die oberen Teile des Siebs neben dem Bohrloch-Abschnitt angeordnet sind. Die Fluss-begrenzenden
Mittel können
von einem Material gebildet sein, das während des Umpumpens von Kiesschlamm
im wesentlichen fest bleibt, aber vorzugsweise entfernt werden kann, zum
Beispiel durch Schmelzen oder Auflösen, nachdem der Kies eingebracht
wurde. Dieses Verfahren schafft jedoch keine mehrfachen Strömungswege oder
verhindert das Problem von frühem
Flüssigkeitsverlust
aus dem Kiesschlamm an das obere Ende des Formationsabschnitts.
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US 5 901 789 beschreibt
einen deformierbares Bohrloch-Sieb zum Verhindern des Wanderns von
Feststoffpartikeln in eine Kohlenwasserstoff-fördernde Bohrung.
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US 4 018 282 beschreibt
einen perforierten Liner, der an longitudinal beabstandeten Abschnitten mit
einem entfernbaren Dichtmittel abgedichtet ist.
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US 4 239 084 beschreibt
einen Bohrloch-Liner enthaltend ein langgestrecktes, rohrförmiges Glied,
das ein Kabel-umwickeltes Sieb sein kann, das Perforationen aufweist
und eine anorganische Matrix, die im wesentlichen die besagten Schlitze
füllt.
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US 5 409 061 beschreibt
ein Verfahren und ein Gerät
zur Kiespackung in einem Bohrloch.
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Es
besteht daher das Bedürfnis
nach verbesserten Verfahren und einem Gerät zur Komplettierung von Bohrungen
in unkonsolidierten unterirdischen Zonen, wodurch die Wanderung
von Formationsfeinkies und Sand mit den geförderten Fluiden ökonomisch
und dauerhaft verhindert werden können, während eine effiziente Förderung
von Kohlenwasserstoffen aus der unkonsolidierten Produktionszone
ermöglicht
wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft verbesserte Verfahren und ein Gerät zur Komplettierung
von Bohrungen und optional zum gleichzeitigen Bruch-Beeinflussen
der Bohrungen in unkonsolidierten unterirdischen Zonen, die die
oben beschriebenen Bedürfnisse
erfüllen
und die Nachteile des Standes der Technik überwinden.
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Die
verbesserten Verfahren umfassen die Schritte: Anordnen eines perforierten
Blechs, das ein darin vorgesehenes inneres Sandsieb hat, wodurch ein
Ringraum zwischen dem Sandsieb und dem perforierten Blech und Einführen von
aus Partikeln bestehenden Materials in den Ringraum zwischen dem Sandsieb
und dem perforierten Blech und in die Zone über das perforierte Blech.
Der Fluidstrom von dem Blech-Sieb Ringraum nach außen durch
die oberen Teile des perforierten Blechs wird während des Einführen des
Kieses begrenzt, wodurch ein frühzeitiger Flüssigkeitsverlust
an das obere Ende des Formationsabschnitts vermieden wird.
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Um
die Effektivität
des Systems zu verbessern, indem das Potential des Siebausgangs
verringert wird oder die Bildung von Sandbrücken innerhalb des Blech-Sieb
Ringraums wird die Anzahl der Löcher
oder Perforationen in dem Blech während der Kiespackung auf eine
optimierte Zahl verringert. Die Anzahl der Löcher in dem Blech wird jedoch
vorzugsweise während
der Förderphase
vergrößert, damit der
Förderstrom
ohne Begrenzung erfolgen kann.
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Die
durchlässige
aus aus Partikeln bestehendem Material gebildete Packung verhindert
die Wanderung von Formationsfeinkies und Sand mit Fluiden, die aus
der unkonsolidierten Zone in das Bohrloch gefördert werden.
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Die
unkonsolidierte Formation kann gebrochen werden bevor oder während des
Einführers
des aus Partikeln bestehenden Materials in die unkonsolidierte Produktionszone
und das aus Partikeln bestehende Material kann in den Brüchen angeordnet
werden, sowie in den Ringräumen
zwischen dem Sandsieb und dem geschlitzten Liner und zwischen dem geschlitzten
Liner und dem Bohrloch.
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Ein
Verfahren zur Herstellung der Perforationen auf einem Blech ist
umfasst, bei dem eine Anzahl von Perforationen auf dem Blech ausgewählt wird, damit
sie auf dem Sieb oder der Filtermediumplatte eingerichtet werden.
Das Sieb/Filterplatte kann mit dem Blech entweder verschraubt oder
verschweißt werden,
so dass es die Perforationen abdeckt. Das Sieb/der Filter wird dann
beschichtet oder bedeckt mit einer Schicht aus lösbarem, schmelzbarem oder zerbrechlichem
Material, wodurch die Strömung
vollständig
blockiert wird. Nach dem Einsetzen des Kieses in dem Bohrloch wird
das Material von dem Sieb/Filter entfernt, was das Öffnen der
Perforationen für
weitere Strömungswege
während
der Herstellung der Bohrung erlaubt.
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Materialien,
die für
die Anwendung der verbesserten Verfahren geeignet sind, umfassen
Magnesiumoxid/Magnesiumchlorid/Calziumcarbonat-Mischungen, Öl-lösliche Harze,
Wachse, lösliche
Polymere etc. In einem Beispiel eine Pastenförmige Mischung aus Magnesiumoxid/Magnesiumchlorid/Calziumcarbonat
wird auf das Sieb/die Filterplatte aufgetragen und aushärten gelassen
bevor das perforierte Blechsystem in der Bohrung eingerichtet wird.
Nach dem Einsetzen des Kieses wird eine Spülung mit schwacher HCl in dem
Bohrloch angewendet und die Kiespackung einweichen gelassen. Das
beschichtete Material auf dem Sieb/der Filterplatte wird dadurch entfernt.
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Andere
geeignete Materialien verwenden andere Mechanismen, wie Temperatur, Öllöslichkeit, interne
Zerbrecher oder Strömungsscherenbelastung
zu ihrer Entfernung von den Platten. Andere Verfahren, wie bei der
Verwendung von keramischen Scheiben zum Abdecken der Perforationen
und das verwenden von explosiven Ladungen oder Schallwellen, damit
die Scheiben zerspringen oder zerbrechen sind ebenfalls anwendbar.
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Während des
Umwälzens
des Kiesschlamms ist die Strömung
von Flüssigkeit
aus dem Schlamm durch die oberen Teile des perforierten Blechs begrenzt,
so dass es wenig, falls überhaupt, verfrühten Flüssigkeitsverlust
durch die oberen Teile des perforierten Blechs gibt, wodurch die
Möglichkeit der
Bildung von Sandbrücken
in dem Ringraum verringert wird. Nachdem der Kies um das Sieb herum abgelagert
wurde wird die Fluidströmung
durch im wesentlichen die gesamte Länge des perforierten Blechs
wiederhergestellt.
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Die
durchlässige
Packung, die aus aus Partikeln bestehendem Material gebildet ist,
verhindert die Wanderung von Formationsfeinkies und -sand mit erzeugten
Fluiden in das Bohrloch aus der unkonsolidierten Zone.
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Die
unkonsolidierte Formation kann vor oder während des Einführens von
aus Partikeln bestehendem Material in die unkonsolidierte Zone gebrochen werden
und das aus Partikeln bestehende Material kann in den Brüchen ebenso
abgelagert werden, wie in den Ringräumen zwischen dem Sandsieb
und dem geschlitzten Liner und zwischen dem geschlitzten Liner und
dem Bohrloch.
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Das
Gerät dieser
Erfindung umfasst ein perforiertes Blech, das ein darin angeordnetes
internes Sandsieb aufweist, wodurch ein Ringraum zwischen dem Sandsieb
und dem perforierten Blech gebildet wird, ein Übergang, der mit einem Förderstrang
verbindbar ist, der an dem perforierten Blech und dem Sandsieb befestigt
ist und ein Förderpacker,
der an dem Übergang
befestigt ist. Das perforierte Blech hat Mittel zum Begrenzen der
Fluidströmung
zwischen Verrohrung/Blech und dem Blech/Sieb-Ringraum, einschließlich des
Verringerns oder Vergrößerns der Anzahl
oder der Größe der Löcher oder
Perforationen in dem Blech während
der Kiespackung und während
der Förderphase.
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Die
verbesserten Verfahren und Gerät
der Erfindung vermeiden die Bildung von Sandbrücken in dem Ringraum zwischen
dem geschlitzten Liner und der Bohrung, wodurch ein sehr effektives
Sandsieb erzeugt wird, das die Wanderung von Feinkies und Sand mit
den geförderten
Fluiden verhindert.
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Es
ist daher ein allgemeiner Gegenstand der vorliegenden Erfindung
die verbesserten Verfahren zu schaffen, zur Komplettierung von Bohrungen
in unkonsolidierten unterirdischen Zonen.
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Andere
und weitere Gegenstände,
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden gleichermaßen offensichtlich
für den
Fachmann, wenn er die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
liest, die nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
folgt.
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1 ist
ein seitlicher Querschnitt eines Bohrlochs, das eine unterirdische,
unkonsolidierte Förderzone
durchdringt, die eine Verrohrung darin hat und einen geschlitzten
Liner mit einem internen Sandsieb, einen Förderpacker und ein Übergang,
der mit einem darin angeordneten Förderstrang verbunden ist.
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2 ist
ein seitlicher Querschnitt durch das Bohrloch aus 1,
nachdem das aus Partikeln bestehende Material darin gepackt wurde.
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3 ist
ein seitlicher Querschnitt durch das Bohrloch aus 1,
nachdem die Bohrung zur Förderung
eingesetzt wurde.
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4 ist
ein seitlicher Querschnitt eines horizontalen open-hole Bohrlochs,
das eine unterirdische, unkonsolidierte Förderzone durchdringt, die einen
geschlitzten Liner mit einem internen Sandsieb aufweist, einen Förderpacker
und ein Übergang,
der mit dem darin angeordneten Förderstrang
verbunden ist.
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5 ist
ein seitlicher Querschnitt durch das horizontale open-hole Bohrloch
aus 4 nachdem das aus Partikeln bestehende Material
darin gepackt wurde.
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6 ist
eine angeschnittene Ansicht, teilweise im Schnitt, die eine Proben-Perforation
in einem Blech zeigt, das mit einem Sieb oder Filterplatte installiert
ist und einem löslichen
oder entfernbaren Material, das auf dem Sieb/Filter nach der vorliegenden
Erfindung beschichtet ist.
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7 ist
eine angeschnittene Ansicht von außerhalb des Blechs, das eine
Proben-Perforation an
dem Blech veranschaulicht, bei dem das blockierende Material eingerichtet
ist und eine andere Perforation für die Strömung offen ist.
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8 ist ähnlich wie 6,
aber sie zeigt, wenn das blockierende Material in den Perforationen in
dem Blech direkt eingerichtet ist, ohne die Verwendung eines Siebs/Filterplatte.
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Die
vorliegende Erfindung schafft verbesserte Verfahren und ein Gerät zur Komplettierung
und optional simultanen beeinflussen von Brüchen einer unterirdischen Zone,
die von einem Bohrloch durchdrungen wird. Diese Verfahren können durchgeführt werden
entweder in vertikalen, geneigten oder horizontalen Bohrlöchern, die
open-hole und/oder unterschnitten sind, oder die eine Verrohrung
darin zementiert haben. Wenn das Verfahren an einem verrohrten Bohrloch
durchgeführt
werden soll, wird die Verrohrung perforiert um eine Verbindung mit
der Zone herzustellen. Da die vorliegende Erfindung bei horizontalen
und geneigten Bohrlöchern
durchführbar
ist, werden die Begriffe „oberer" und „unterer", „oben" und „unten", wie sie hier verwendet
werden, als relative Begriffe verstanden und sind sollen auf die
jeweiligen Lagen innerhalb eines speziellen Bohrlochs angewendet
werden, während
der Begriff „Niveau" so gemeint ist,
dass er sich auf die jeweiligen beabstandeten Positionen entlang
des Bohrlochs bezieht. Die Begriffe „perforiertes Blech" und „geschlitzter
Liner" werden auswechselbar
für die
gesamte Erfindung verwendet.
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In
den Zeichnungen und insbesondere in den 1-3 ist
ein vertikales Bohrloch 10 dargestellt, das eine darin
zementierte Verrohrung 14 illustriert, die sich in eine
unkonsolidierte unterirdische Zone 12 erstreckt. Die Verrohrung 14 ist
innerhalb des Bohrlochs 10 mit einer Zementmantel 16 gebunden.
Einige beabstandete Perforationen 18 werden in dem Bohrloch 10 hergestellt,
indem ein herkömmliches
Perforationsgerät verwendet
wird, das sich durch die Verrohrung 14 und die Zementmantel 16 in die
unkonsolidierte Förderzone 12 erstreckt.
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Entsprechend
den erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein perforiertes Blech, das einen geschlitzten Liner 20 enthält, der
ein darin eingerichtetes, internes Sandsieb 21 aufweist,
wodurch ein Ringraum 22 zwischen dem Sandsieb 21 und
dem perforierten Blech gebildet wird, in dem Bohrloch 10 angeordnet.
Das perforierte Blech 20 und das Sandsieb 21 haben
solche Längen,
dass sie im wesentlichen die Länge
des Förderabschnitts
in dem Bohrloch 10 überspannen.
Das perforierte Blech hat einen Durchmesser, bei dem, wenn er innerhalb
des Bohrlochs 10 angeordnet ist, ein Ringraum 23 zwischen
ihm und der Verrohrung 14 gebildet wird. Die Schlitze oder
Perforationen 24 in dem perforierten Blech können kreisförmig, wie
in den Zeichnungen dargestellt, sein oder sie können rechteckig sein oder eine
andere Form haben. Allgemein haben die Schlitze, wenn sie kreisförmig sind,
wenigstens einen Durchmesser von 1/4'' oder
wenn rechteckige Schlitze verwendet werden, sind sie wenigstens
3/16'' breit und 1/2'' lang.
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Der
Begriff „Sieb" wird hier generisch
verwendet und ist so gemeint, dass er alle und jede Art von durchlässigen Strukturen
umfasst und abdeckt, die allgemein in der Industrie bei Kiespackungsvorgängen verwendet
werden, die eine Fluidströmung dort
hindurch zulassen, während
sie eine Strömung von
Partikeln abblocken (d.h. kommerziell verfügbare Siebe, geschlitzte oder
perforierte Liner oder Rohre, mit Sieben versehene Rohre, vorgepackte
Siebe, ausdehnbare Siebe und/oder Liner oder deren Kombinationen).
Das Sieb 21 kann eines mit durchgehender Länge sein,
oder es kann aus Abschnitten bestehen (z.B. 30-Fuß Abschnitte),
die miteinander verbunden sind.
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Wie
in 1–3 gezeigt
werden das perforierte Blech 20 und das Sandsieb 21 mit
einem Übergang 25 verbunden,
der wiederum mit einem Förderstrang 28 verbunden
wird. Ein Förderpacker 26 ist
an dem Übergang 25 befestigt.
Der Übergang 25 und
der Förderpacker 26 sind
gewöhnliche
Kiespackung-bildende Werkzeuge und dem Fachmann aus dem Stand der
Technik wohl bekannt. Der Übergang 25 ist
eine Unter-Anordnung,
die es den Fluiden ermöglicht,
einem ersten Strömungsweg
zu folgen, wodurch aus Partikeln bestehendes Material, das in einem
Schlamm suspensiert ist, in den Ringräumen zwischen dem Sandsieb 21 und
dem perforierten Blech 20 und zwischen dem perforierten
Blech 20 und dem Bohrloch 10 gepackt werden kann.
Wie anhand der Pfeile in 2 dargestellt, fließt die aus Partikeln
bestehende Material-Suspension von innerhalb des Förderstrangs 28 zum
Ringraum 22 zwischen dem Sandsieb 21 und dem perforierten
Blech 20 über
zwei oder mehr Anschlüsse 29 in
dem Übergang 25.
Gleichzeitig darf Fluid von innerhalb des Sandsiebs 21 nach
oben durch den Übergang 25 auf die
andere Seite des Packers 26 außerhalb des Förderstrangs 28 durch
einen oder mehrere Anschlüsse 31 in
dem Übergang 25 fließen. Durch
Bewegung des Rohrs oder andere Vorgehensweise kann der Fluss durch
den Übergang 25 gezielt
in einen zweiten Strömungsweg
(siehe 3) geändert
werden, wodurch Fluid von innerhalb des Sandsiebs 20 direkt
in den Förderstrang 28 fließt und die
Anschlüsse 31 geschlossen
werden. Der Förderpacker 26 wird
durch Rohrbewegung eingesetzt oder durch eine andere Vorgehensweise,
wodurch der Ringraum 23 abgedichtet wird.
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Nachdem
das perforierte Blech 20 und das Sandsieb 21 in
dem Bohrloch 10 angeordnet sind, wird der Ringraum 23 zwischen
dem perforierten Blech 20 und der Verrohrung 14 isoliert,
indem der Packer 26 in der Verrohrung 14 wie in 1 gezeigt eingesetzt
wird. Anschließend
wird, wie in 2 dargestellt, ein Schlamm aus
aus Partikeln bestehendem Material 27 in den Ringraum 22 zwischen
dem Sandsieb 21 und dem perforierten Blech 20 über die Anschlüsse 29 in
dem Übergang 25 eingeführt und
in den Ringraum 23 zwischen dem perforierten Blech 20 und
der Verrohrung 14 (oder der Wandung des Bohrlochs) durch
die Schlitze 24 in dem perforierten Blech 20.
Der Schlamm kann also direkt in den Ringraum 23 zwischen
dem perforierten Blech 20 und der Verrohrung 14 (oder
der Wandung des Bohrlochs) fließen,
nachdem er aus den Anschlüssen 31 des Übergangs
austritt.
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Das
aus Partikeln bestehende Material fließt in die Perforationen 18 und
füllt das
Innere der Verrohrung 14 unterhalb des Packers 26 mit
Ausnahme des Inneren des Sandsiebs 21. Wie in 2 dargestellt,
wird ein Trägerflüssigkeitsschlamm
aus dem aus Partikeln bestehendem Material 27 von der Oberfläche durch
den Förderstrang 28 und
durch den Übergang 25 in
den Ringraum 22 zwischen dem Sandsieb 21 und dem
perforierten Blech 20 gepumpt. Aus dem Ringraum 22 fließt der Schlamm
durch die Schlitze 24 und durch das offene Ende des perforierten
Blechs 20 in den Ringraum 23 und in die Perforationen 18.
Die Trägerflüssigkeit
in dem Schlamm leckt durch die Perforationen 18 in die unkonsolidierte
Zone 12 und durch das Sieb 21 von wo aus es durch
den Übergang 25 und
durch die Anschlüsse 31in die
Verrohrung 14 oberhalb des Packers 26 fließt.
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Nachdem
das aus Partikeln bestehende Material in das Bohrloch 10 gepackt
wurde, wird die Bohrung zur Förderung
eingesetzt, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Packung
aus Filtern, die aus aus Partikeln bestehendem Material 27 gebildet
sind, verhindert die Wanderung von Formationsfeinkies und Sand mit
den Fluiden, die gefördert
werden, in das Bohrloch aus der unkonsolidierten unterirdischen Zone 12.
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In
den 4 und 5 ist nun ein horizontales open-hole
Bohrloch 30 dargestellt. Das Bohrloch 30 erstreckt
sich in eine unkonsolidierte unterirdische Zone 32 von
einem verrohrten und zementierten Bohrloch 33, das bis
zur Oberfläche
reicht. Wie oben in Verbindung mit dem Bohrloch 10 beschrieben,
ist ein perforiertes Blech 34 in dem Bohrloch 30 angeordnet,
das ein darin angeordnetes internes Sandsieb 35 aufweist,
wodurch dazwischen ein Ringraum 41 gebildet wird. Das perforierte
Blech 34 und das Sandsieb 35 sind mit einem Übergang 42 verbunden, der
wiederum mit einem Förderstrang 40 verbunden ist.
Ein Förderpacker 36 ist
mit dem Übergang 42 verbunden,
der innerhalb der Verrohrung 37 in dem Bohrloch 33 eingesetzt
wird.
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Bei
der Durchführung
der erfindungsgemäßen Verfahren
zur Komplettierung der unkonsolidierten unterirdischen Zone 32,
die von einem open-hole Bohrloch 30 durchdrungen wird,
wird das perforierte Blech 34 mit dem Sandsieb 35,
wie in 4 dargestellt, darin in dem Bohrloch angeordnet.
Der Ringraum 39 zwischen dem perforierten Blech 34 und dem
Bohrloch 30 wird durch Einsetzen des Packers 36 isoliert.
Anschließend
wird ein Schlamm mit aus Partikeln bestehendem Material in den Ringraum 41 zwischen
dem Sandsieb 35 und dem perforierten Blech 34 eingeführt und
durch die Schlitze 38 in den Ringraum 39 zwischen
dem perforierten Blech 34 und dem Bohrloch 30.
Der Schlamm kann auch direkt in den Ringraum 23 zwischen
dem perforierten Blech 20 und der Wandung 30 des
Bohrlochs fließen
nachdem er aus den Übergangsanschlüssen 31 austritt.
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Die
aus aus Partikeln bestehendem Material 40 gebildete Packung
filtert und verhindert die Wanderung von Formationsfeinkies und
Sand mit Fluiden, die in dem Bohrloch 30 aus der unterirdischen Zone 32 gefördert werden.
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Erfindungsgemäß umfasst
das perforierte Blech 20 ein Mittel zum Begrenzen der Fluidbewegung
zwischen den Verrohrung/Blech und Blech/Sieb Ringräumen durch
verringern oder erhöhen
der Anzahl oder Größe der Löcher oder
Perforationen in dem Blech während
des Einsetzens des Kieses und während
der Förderphase.
Die Größe der Perforationen
und die Anzahl der Perforationen in dem Blech werden die Fluidbewegung
zwischen den Verrohrung/Blech und Blech/Sieb Ringräumen beeinflussen.
Die Verrohrung/Blech und Blech/Sieb Ringräume wirken als ein Ringraum,
wenn es eine unbegrenzte Anzahl an relativ großen Perforationen in dem Blech
gibt. Eine relativ geringe Druckdifferenz wird sich ausbilden, wenn
die Zahl der Perforationen und/oder der Durchmesser der Perforationen
reduziert wird. Durch fortgesetztes Reduzieren der Anzahl der Perforationen
und/oder des Durchmessers der Perforationen können wir in gewissem Maße die Bewegung
des Fluids zwischen den Ringräumen steuern.
Der Schlamm fließt
weiter nach unten in den parallelen Ringräumen bis eine Sandbrücke oder
andere Bohrlochbedingungen einen anormalen Druckverlust in einem
der Ringräume
bewirkt. Wenn der Druck über
denjenigen steigt, der erforderlich ist um den Fluss durch die Perforationen
zu zwingen und der Reibungsdruck in dem Ringraum für den Fluss
offen bleibt, wird der Schlamm sich selbst in den Ringraum teilen,
der für
die Strömung
offen ist. Zur Veranschaulichung wird durch begrenzen der Fluidströmung durch
die oberen Teile des perforierten Blechs während eine im wesentlichen
unbegrenzte Strömung
durch dessen untere Teile zugelassen wird, keine wesentliche Flüssigkeitsmenge
des Kiesschlamms frühzeitig
durch die oberen Teile des perforierten Blechs verloren. Dies bewirkt,
dass der Schlamm sich weiter zum Grund des Bohrlochs bewegt bevor
der Kies von der Flüssigkeit
in dem Schlamm getrennt wird. Die getrennte Flüssigkeit fließt durch
die unteren durchlässigen
Teile des perforierten Blechs und/oder durch die Perforationen 18, wodurch
der Kies am Boden der Bohrung abgelagert wird. Wenn der Ringraum
des Bohrlochs und des perforierten Blechs und der Ringraum des perforierten
Blechs und des Sandsiebs sich vom Grund auf mit Kies füllt, wird
die Flüssigkeit
in dem Schlamm weiterhin vom Kies getrennt und durch die verfügbaren Perforationen 18 in
die Verrohrung und/oder nach unten durch den Kies fließen, der bereits
in den Ringräumen
abgelagert ist, und durch die unteren durchlässigen Teile des perforierten
Blechs 20 wodurch die Kiesablagerung vervollständigt wird.
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Die
Mittel zum Begrenzen der Fluidbewegung zwischen der Verrohrung/Blech
und B1ech/Sieb Ringräume 20 können von
jedem Material gebildet sein, das auf einer ausgewählten Anzahl an
Blechperforationen vorgesehen ist, das die Fluidströmung durch
die ansonsten durchlässige
Wandung des perforierten Blechs ganz oder teilweise blockiert. In
den Ausführungsbeispielen
der 6 und 7 ist eine ausgewählte Anzahl
an Perforationen 52 (nur eine dargestellt, die mit 52' bezeichnet
ist) in dem perforierten Blech 50 mit einem Sieb oder einer Filtermediumplatte 54 eingerichtet.
Das Sieb/die Filterplatte 54 ist auf das Blech 50 aufgeschraubt
oder angeschweißt,
so dass es die gewünschte
Anzahl an Perforationen 52 abdeckt. Das Sieb/der Filter 54 wird dann
mit einer Schicht aus lösbarem,
schmelzbaren oder zerfallendem Material 56 beschichtet
oder abgedeckt, wodurch die Strömung
vollständig
blockiert wird. Andere Materialien, wie Keramische Platten, die
nachher mit Explosivladungen oder Schallwellen zerstört werden
können,
können
ebenso verwendet werden. Nach dem Einsetzen des Kieses in dem Bohrloch
wird das blockierende Material 56 vollständig aus
dem Siebs/Filter 54 entfernt, was die Perforationen für weitere
Strömungswege öffnet. 8 zeigt ein
alternatives Verfahren, bei dem Blockiermaterial 64 in
den Schlitzen 62 des perforierten Blechs 60 direkt
ohne die Verwendung eines Siebs/einer Filterplatte eingesetzt wird.
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Als
Beispiel für
Materialien, die verwendet werden können, kann eine Pastenform
aus einer Magnesiumoxid/Magnesiumchlorid/Kalziumcarbonatmischung
auf das Sieb/die Filterplatte gebracht werden und aushärten bevor
das System mit dem perforierten Blech in der Bohrung eingesetzt
wird. Nachdem der Kies eingebracht wurde, wird eine Spülung mit schwacher
Salzsäure
in dem Bohrloch angewendet und die Kiespackung eingeweicht gelassen,
wobei das beschichtete Material auf dem Sieb/den Filterplatten entfernt
wird. Eine besondere Rezeptur, die entwickelt wurde, enthält eine
Mischung 40 Gewichtsanteilen kalziniertes Magnesiumoxid
(MgO), 67 Anteile MgCl2·H2O
(Magnesiumchlorid Hexahydrat), 25 Teile Kalziumcarbonat (CaCO3) und 30 Teile Trinkwasser (keine Sole).
Es wurde gefunden, dass dieses Material einen Tag Zeit bei Umgebungstemperatur
zum Aushärten
benötigt.
Nach der Verwendung löst
es sich schnell in der zugefügten
Salzsäure.
Zum Beispiel haben 1-Zoll-„Stopfen" des Materials sich
innerhalb von 10 Minuten bei 72°F
vollständig
aufgelöst.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
und das Gerät
sind besonders geeignet und vorteilhaft bei der Bildung von Kiespackungen
in horizontalen Bohrlöchern
mit langen Abschnitten ohne die Bildung von Sandbrücken. Da
aufwändige
und teure Sandsiebe einschließlich
Ausweichungen und dergleichen nicht erforderlich sind, und der Packsand
keine Konsolidierung mit einer aushärtbaren Harzkomposition erfordert,
sind die erfindungsgemäßen Verfahren
sehr viel wirtschaftlicher gegenüber
den Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Die
Schaffung einer oder mehrerer Brüche
in der unkonsolidierten unterirdischen Zone, die komplettiert werden
soll um die Förderung
von Kohlenwasserstoffen daraus zu beeinflussen, ist dem Fachmann
aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Die Vorgehensweise bei dem
hydraulischen Bruch umfasst im allgemeinen das Pumpen einer viskosen Flüssigkeit,
die eine Suspension von Partikelmaterial enthält, in eine Formation oder
Zone mit einer Rate und einem Druck, durch welche darin Brüche geschaffen
werden. Das fortgesetzte Pumpen von Bruchfluid weitet die Brüche in der
Zone und trägt
das aus Partikeln bestehende Material in die Brüche. Die Brüche werden so durch das Vorhandensein
des aus Partikeln bestehenden Materials daran gehindert sich zu
schließen.
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Die
unterirdische Zone, die komplettiert werden soll, kann vor oder
während
des Einführens
des aus Partikeln bestehenden Materials in die Zone gebrochen werden,
d.h. während
des Pumpens der Trägerflüssigkeit,
die aus Partikeln bestehendes Material enthält durch das perforierte Blech
in die Zone. Nach der Schaffung einer oder mehrerer Brüche kann
das aus Partikeln bestehende Material in die Brüche gepumpt werden sowie in
die Perforationen der Verrohrung (für verrohrte Bohrungen) und
in die Ringräume
zwischen dem Sandsieb und dem perforierten Blech und zwischen dem
perforierten Blech und der Bohrung.