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Dokumentenidentifikation DE69905164T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1092080
Titel VERFAHREN UND WERKZEUG ZUR SPALTENBILDUNG IN EINER UNTERIRDISCHEN FORMATION
Anmelder Shell Internationale Research Maatschappij B.V., Den Haag, NL
Erfinder COENEN, Guillaume, Josef, NL-2288 GD Rijswijk, NL;
KENTER, Jan, Cornelis, NL-2288 GD Rijswijk, NL;
ZIJSLING, Hans, Djurre, NL-2288 GD Rijswijk, NL
Vertreter JUNG HML, 80799 München
DE-Aktenzeichen 69905164
Vertragsstaaten DE, DK, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.06.1999
EP-Aktenzeichen 999382096
WO-Anmeldetag 24.06.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/04409
WO-Veröffentlichungsnummer 0000001926
WO-Veröffentlichungsdatum 13.01.2000
EP-Offenlegungsdatum 18.04.2001
EP date of grant 29.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse E21B 43/26
IPC-Nebenklasse E21B 43/267   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Werkzeug zur Spaltenbildung in einer unterirdischen Formation, welche ein Bohrloch zur Förderung von Kohlenwasserstofffluiden, wie Rohöl und/oder Naturgas, umgibt. Ein solches Verfahren und Werkzeug sind beispielsweise aus der US-A-5,224,556 bekannt.

Es ist allgemein bekannt, in einer unterirdischen Formation, die ein derartiges Bohrloch umgibt, Spalten zu bilden, indem ein Hochdruckfluid in einen Bereich des Bohrloches gepumpt wird, der von anderen Teilen des Bohrloches durch ein Paar von Isolierdichtungsstücken hydraulisch isoliert ist. Der hydraulische Druck, der auf die diese Zone umgebende Formation ausgeübt wird, wird sodann Spalten in der das Bohrloch umgebenden Formation hervorrufen. Diese Spalten können dazu dienen, das Einströmen von Öl und/oder Gas in das Bohrloch zu verstärken, in welchem Fall ein Füll- und/oder Behandlungsfluid in die Spalten eingebracht werden kann, um die Öl- und/oder Gasförderung weiter zu stimulieren. Alternativ können die Spalten dazu dienen. Bohrspäne und/oder Fluide in die Formation abzugeben.

Gelegentlich wird eine aufblasbare Büchse in dem Bohrloch aufgeblasen, um den Verlust an spaltenbildendem Fluid in die Spalten zu begrenzen. Die Verwendung einer derartigen Büchse ist aus den US-Patenten Nrn. 2,798,557, 2,848,052, 4,968,100, 4,657,306, 5,295,393 und 3,062,294 bekannt.

Das US-Patent Nr. 3,062,294 offenbart, daß die expandierbare Büchse mit Meißelelementen ausgestattet sein kann, die an Kolben montiert sind, welche in die Büchse eingebettet sind und radial in die Formation gedrückt werden, um die umgebende Formation aufzubrechen. Die Orientierung der aufgebrochenen Spalten ist im wesentlichen durch Formationsspannungen diktiert, so daß die Spalten im allgemeinen nicht parallel zum Bohrloch verlaufen.

Das US-Patent Nr. 5,511,615 offenbart ein Werkzeug zum Messen der in situ-Bohrlochspannung, wobei dieses Werkzeug drei kurze Zylinderabschnitte aufweist, die in einem vertikalen Stapel angeordnet sind. Jeder Zylinderabschnitt hat zwei Zylinderhälften, die gegen die Formation gedrückt werden, um eine Spaltenbildung zu initiieren, im allgemeinen in einer Ebene, welche die Zylinderhälften teilt. Die Zylinderabschnitte sind zueinander vertikal derart versetzt gestapelt, daß die Ebenen, welche die Zylinderhälften benachbarter Abschnitte teilen, einander unter etwa 60 Grad schneiden. Auf diese Weise kann eine genaue Bestimmung der Größe und Orientierung der Formationsspannungen erzielt werden.

Die US-Patente Nrn. 5,675,088 und 5,576,485 offenbaren andere mechanische spaltenbildende Werkzeuge zum Messen der Formationsspannungen durch temporäres Erzeugen von Spalten in einer ausgewählten Orientierung in der Formation, wobei sich die Spalten nach dem Durchführen der Messung wieder schließen können.

Das US-Patent Nr. 2,687,179 offenbart ein spaltenbildendes Werkzeug auf mechanischer Basis, das ein Paar von halbrohrförmigen Expansionselementen aufweist, die in einander entgegengesetzten Richtungen gegen die Bohrlochwand gedrückt werden, indem ein Keil zwischen die Expansionselemente getrieben wird. Das bekannte Werkzeug ist imstande, zumindest teilweise eine Kontrolle der Richtung der Spaltenbildung zu erzielen, hat aber den Nachteil, daß die durch die hämmernde Wirkung erzeugten Schläge die Bohrlochwand beschädigen und die umgebende Formation in der Nähe des Bohrloches aufbrechen können, was die Kontrolle des Spaltenbildungsprozesses reduziert. Das franzosische Patent Nr. 1602480 offenbart ein spaltenbildendes Werkzeug, bei welchem ein Paar von halbrohrförmigen Elementen durch hydraulischen Druck expandiert wird.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug und ein Verfahren zur Bildung von Spalten in einer unterirdischen Formation zu schaffen, bei welchen die erzeugten Spalten während einer ausreichenden Zeitspanne offen gehalten werden können, damit ein Füll- oder anderes Behandlungsfluid in die Spalte eingebracht werden kann, während andere Aktivitäten in dem Bohrloch weniger stark unterbrochen werden, als dies bei den bekannten spaltenbildenden Techniken der Fall wäre.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt:

- Bewegen eines spaltenbildenden Werkzeuges in das Bohrloch, wobei das Werkzeug so ausgebildet ist, daß es einen Druck gegen die Bohrlochwand ausübt, der in Umfangsrichtung variiert;

- Anordnen des spaltenbildenden Werkzeuges an einer ausgewählten Stelle und Umfangsorientierung im Bohrloch;

- Expandieren des spaltenbildenden Werkzeuges derart, daß das Werkzeug einen in Umfangsrichtung variierenden Druck gegen die Bohrlochwand während einer ausgewählten Zeitspanne ausübt, wodurch in der umgebenden Formation zumindest eine Spalte initiiert wird, welche die Bohrlochwand unter einer gewählten Orientierung schneidet; und

- Einbringen eines Füllmittels in zumindest eine Spalte während zumindest eines Teiles der Zeitspanne.

Zweckmäßig beträgt die Zeitspanne, während welcher das Werkzeug einen in Umfangsrichtung variierenden Druck gegen die Bohrlochwand ausübt, zumindest 5 Sekunden.

Ein Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß es die gleichzeitige Bildung von gut definierten Spalten in einer gut definierten Orientierung und einem entsprechenden Muster um das Bohrloch und das Einbringen eines Füllmittels in den geöffneten Spalten gestattet, während eine nur minimale Unterbrechung der anderen Bohrlochaktivitäten verursacht wird. Das Spaltungsverfahren kann beispielsweise ausgeführt werden, während das Bohren oder die Öl- und/oder Gasfördervorgänge gleichzeitig stattfinden.

Vorzugsweise ist das Werkzeug mit einer Reihe von Formationsaufbrechstiften ausgestattet, welche in die initiierte Spalte eindringen und/oder aus dieser zurückgezogen werden, wenn sich das Werkzeug in seiner expandierten Position befindet, wodurch gebrochene Formationstrümmer in jede Spalte gedrückt werden, welche Trümmer das Füllmittel bilden, welches jede Spalte zumindest teilweise offen hält, nachdem das spaltenbildende Werkzeug zurückgezogen worden ist.

Die Verwendung von Aufbrechstiften erleichtert ein leichtes Einbringen des Füllmittels unmittelbar wenn die Spalte durch das expandierte Werkzeug initiiert wird, ohne daß ein Füllmittel von der Oberfläche her eingebracht werden muß, was in einer signifikanten Zeitverringerung zum Anordnen des Füllmittels resultiert, und Unterbrechungen anderer Bohrlochaktivitäten vermeidet, die durch konventionelle Füllmittel-Einbringverfahren verursacht werden, bei denen das Füllmittel von der Oberfläche her eingebracht wird.

Wenn es erforderlich ist, Spalten in diametral gegenüberliegenden, dreieckigen oder orthogonalen Richtungen vom Bohrloch her zu initiieren, dann kann ein spaltenbildendes Werkzeug angewendet werden, welches zumindest zwei im wesentlichen längsgeschnittene und komplementäre Rohrsegmente aufweist, die koaxial zu einer zentralen Achse des Werkzeuges sind, und die, wenn das Werkzeug expandiert wird, radial von der zentralen Achse weg und gegen die Bohrlochwand mittels zumindest eines hydraulischen, mechanischen oder hitzeaktivierten Memorymetall-Betätigungsmechanismus gedrückt werden.

Es sei bemerkt, daß aus dem japanischen Patent Nr. 4141562 und aus dem Papier "static rock breaker using TiNi shape memory alloy", welches auf dem Materials Science Forum, Bände 56-58 (1990), Seiten 711-716, präsentiert ist, bekannt ist, eine Anzahl der halbzylindrischen Expansionselemente in einem Bohrloch, welches eine Felsformation durchsetzt, zu expandieren, indem eine Form-Memorylegierung erhitzt wird. Der bekannte statische Felsaufbrecher dient dazu, bekannte Sprengausrüstungen zu ersetzen, ist nur 6 cm lang und 4 cm weit, und kann zwei entgegengesetzte halbzylindrische oder drei dreieckig orientierte oder vier orthogonal orientierte Expansionselemente auf weisen. Es sei bemerkt, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein spaltenbildendes Werkzeug mit einem ähnlichen Muster von 2, 3, 4 oder mehr Expansionselementen angewendet werden kann, abhängig von der Orientierung und dem erforderlichen Muster der Spalten.

Wenn es erforderlich ist, die Bohrlochwand während und nach dem Spaltungsvorgang abzustützen, zu schützen und zu stabilisieren, dann kann das Spaltungswerkzeug innerhalb eines expandierbaren geschlitzten Rohres in einer Bohrlocheinstromzone innerhalb einer kohlenwasserstofffluidhaltigen Formation angeordnet werden, welches Rohr als Ergebnis der Expansion des spaltenbildenden Werkzeuges gegen die Formation expandiert wird, und welches Rohr durch die Formationsaufbrechstifte perforiert wird, wenn die Stifte in die Spalten eindringen.

Ein geeignetes expandierbares geschlitztes Rohr zur Verwendung bei diesem Verfahren ist ein Rohr mit versetzten Längsschlitzen, welche sich als Ergebnis des Expansionsvorganges zu einer prismatischen Form verformen. Ein solches expandierbares geschlitztes Rohr ist in der europäischen Patentschrift Nr. 0643795 offenbart.

Bei bestimmten Bohrloch-Stimuliervorgängen ist es erforderlich, ein Paar von langgestreckten, diametral gegenüberliegenden Spalten in einer erwünschten Orientierung um eine horizontale oder geneigte Bohrlocheinströmzone, die Hunderte oder Tausende Meter lang sein kann, zu initiieren.

In einem solchen Fall kann bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein spaltenbildendes Werkzeug angewendet werden, welches zwei komplementäre Rohrhälften auf weist, die je zumindest 5 m lang und radial in entgegengesetzten Richtungen relativ zur zentralen Werkzeugachse bewegbar sind, und die Aufbrechstifte erstrecken sich durch Öffnungen zwischen den Rohrhälften und sind in radialen Richtungen relativ zur zentralen Werkzeugachse expandierbar, welche Richtungen im we sentlichen orthogonal zu jenen Richtungen verlaufen, in denen die Rohrhälften bewegbar sind, und wobei das spaltenbildende Werkzeug orientiert und expandiert wird, während die Pelsaufbrechstifte betätigt werden, um gebrochene Formationsteilchen in die geöffnete Spalte einzubringen, und danach über eine Länge bewegt werden, die im wesentlichen der Länge der Rohrhälften entspricht, und orientiert und expandiert werden, während die Felsaufbrechstifte betätigt werden, um die gebrochenen Formationsteilchen in die geöffnete Spalte einzubringen, welche Schrittabfolge wiederholt wird, bis ein wesentlicher Teil der Formation um die Bohrlocheinströmzone derart gespalten ist, daß langgestreckte Spalten in der Formation über eine wesentliche Länge der Bohrlocheinströmzone erzeugt sind, welche Spalten die Bohrlochwand unter einer vorbestimmten Orientierung schneiden.

Dementsprechend eignet sich das spaltenbildende Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung als Teil eines Verfahrens zur Verstärkung der Fluidproduktion aus einem Öl- und/oder Gasförderbohrloch, wobei das Verfahren in jedem Zeitpunkt des Lebenszyklus des Bohrloches und mit minimaler oder keiner Unterbrechung der Öl- und/oder Gasfördervorgänge ausgeführt werden kann.

Alternativ wird das spaltenbildende Verfahren gemäß der Erfindung dazu verwendet. Bohrspäne in einer Formation zu entsorgen, die ein unterirdisches Bohrloch umgibt, welches gegen eine öl- und/oder gasführende Formation gebohrt wird. In diesem Fall wird es bevorzugt, daß das spaltenbildende Werkzeug einen Teil einer Bohranordnung bildet, und ein Bohrfluid, welches Bohrspäne enthält, wird von dem Bohrmeißel in die Spalten gepumpt, welche das Werkzeug umgeben, und das Werkzeug ist mit einem Sieb versehen, das es gestattet, das Bohrfluid zurück zum Bohrmeißel zu pumpen, aber verhindert, daß Bohrspäne, die eine Größe haben, welche größer als die Sieböffnungen ist, wieder in das Bohrloch eintreten.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Werkzeug zum Bilden von Spalten in einer unterirdischen Formation, welches Werkzeug aufweist:

- einen Werkzeugkörper mit einer zentralen Achse, wobei der Werkzeugkörper mit einem Orientierungsbauteil derart drehbar verbunden ist, daß der Werkzeugkörper um die zentrale Achse relativ zu dem Orientierungsbauteil drehbar ist;

- einen Orientierungsmechanismus zum Orientieren des Werkzeugkörpers in einer vorbestimmten Winkelposition relativ zur zentralen Achse;

- eine Anzahl von rohrförmigen oder halbrohrförmigen Expansionselementen, die auf dem Werkzeugkörper derart montiert sind, daß jedes Expansionselement in radialer Richtung relativ zur zentralen Achse des Werkzeugkörpers bewegbar ist;

- einen Expansionsmechanismus, mit welchem jedes Expansionselement während einer ausgewählten Zeitspanne gegen die Formation derart gepreßt wird, daß im Gebrauch das Expansionselement einen in Umfangsrichtung variierenden Druck gegen die Bohrlochwand ausübt; und

- Mittel zum Einbringen eines Füllmittels in zumindest eine Spalte während zumindest eines Teiles der Zeitspanne.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Werkzeuges weist dieses ein Paar von halbrohrförmigen Expansionselementen auf, die radial in entgegengesetzten Richtungen relativ zur zentralen Achse des Werkzeugkörpers bewegbar sind, und Füllmittel- Einbringmittel, welche durch eine Reihe von Felsaufbrechstiften gebildet sind, die radial relativ zur zentralen Achse in Richtungen bewegbar sind, die im wesentlichen orthogonal zu den entgegengesetzten Richtungen verlaufen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das Verfahren und das Werkzeug zum Spaltenbilden gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun detaillierter an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1 eine schematische dreidimensionale, teilweise gesprengte Ansicht eines spaltenbildenden Werkzeuges gemäß der Erfindung innerhalb eines Untergrundbohrloches;

Fig. 2 eine schematische Querschnitt des Werkzeuges nach Fig. 1 in zurückgezogener Position innerhalb eines Bohrloches, in welchem ein expandierbares geschlitztes Rohr angeordnet ist;

Fig. 3 das Werkzeug nach Fig. 2 in der expandierten Stellung desselben;

Fig. 4 das Werkzeug nach den Fig. 2 und 3, wobei Felsaufbrechstifte durch das geschlitzte Rohr in die geöffneten Spalten gedrückt werden, um ein Füllmittel zu erzeugen, welches die Spalten zumindest teilweise offen hält, nachdem das spaltenbildende Werkzeug zurückgezogen worden ist;

Fig. 5 ein spaltenbildendes Werkzeug mit einem keilförmigen Expansionsmechanismus, wobei der obere Teil des Werkzeuges in einem Längsschnitt und der untere Teil in einer Seitenansicht dargestellt ist;

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Werkzeug nach Fig. 5 nach der Linie A-A, gesehen in Richtung der Pfeile; und

Fig. 7 eine schematische Teilquerschnittsansicht eines spaltenbildenden Werkzeuges, welches vier Expansionssegmente aufweist.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Fig. 1 zeigt ein geneigtes, nahezu horizontales Bohrloch 1, welches eine unterirdische öl- und/oder gashaltige Formation 2 durchsetzt.

Ein spaltenbildendes Werkzeug 3 gemäß der Erfindung wird innerhalb des Bohrloches 1 angeordnet. Das Werkzeug 3 hat einen Orientierungsbauteil 4, eine Rundnase 5 und einen Werkzeugkörper 6, der mit zwei halbzylindrischen Expansionselementen 7 und 8 ausgestattet ist.

Eine Reihe von hydraulischen Kolben-Zylinderanordnungen 9, von denen zwei gezeigt sind, ist zwischen dem Werkzeugkörper 6 und den Expansionselementen 7 und 8 angeordnet. Durch Pumpen eines Hochdruckfluids in die hydraulischen Kolben-Zylinderanordnungen 9 werden die Expansionselemente 7 und 8 mit vorbestimmtem Druck gegen die Wand des Bohrloches 1 gepreßt. Vor der Expansion der Elemente 7 und 8 wird der Werkzeugkörper durch einen Drehmechanismus (nicht gezeigt) um eine zentrale Achse 10 des Werkzeuges in dem Orientierungsbauteil 4 gedreht, bis der Werkzeugkörper 6 derart orientiert ist, daß die Trennebene zwischen den Elementen 7 und 8 eine vorbestimmte Orientierung hat, wobei diese Ebene bei dem gezeigten Beispiel im wesentlichen vertikal verläuft und mit der Zeichnungsebene koinzidiert.

Durch Expandieren der Elemente 7 und 8 in der gezeigten ausgewählten Position wird ein Paar von im wesentlichen vertikal orientierten Spalten 11 und 12 in der Formation 2 oberhalb und unterhalb des Bohrloches 1 gebildet, sobald der seitliche Druck, der von den Elementen 7 und 8 gegen die Bohrlochwand ausgeübt wird, einen bestimmten Wert überschreitet.

Die Elemente 7 und 8 werden derart gegen die Bohrlochwand gedrückt, daß sie die Spalten während einer ausgedehnten Zeitspanne öffnen, die vorzugsweise zumindest 5 Sekunden beträgt. Während dieser Zeitspanne wird eine Reihe von Felsaufbrech stiften 13, von denen zwei gezeigt sind, in die geöffneten Spalten 11 und 12 gedrückt, um das gebrochene Felsmaterial und andere Formationsteilchen in die Spalten zu schieben, wobei diese Teilchen als Füllmittel wirken, welche die Spalten 11 und 12 nach dem Zurückziehen der Aufbrechstifte 13 und der Expansionselemente 7 und 8 am Ende des spaltenbildenden Vorganges zumindest teilweise offen halten.

Das spaltenbildende Werkzeug 3 ist mit einer Versorgung 14 versehen, die durch ein gewendeltes Rohr, ein Bohrrohr oder ein elektrisches Kabel gebildet ist und das Werkzeug 3 durch das Bohrloch 1 zieht oder schiebt, nachdem der vorstehend erläuterte spaltenbildende Vorgang ausgeführt worden ist, um ein Paar von vertikalen Spalten nahe dem nächsten Abschnitt des Bohrloches 1 zu erzeugen, wobei dieser Vorgang wiederholt wird, bis zumindest ein wesentlicher Teil der Bohrlocheinströmzone gespalten und ein Paar von langgestreckten Spalten 11 und 12 unterhalb und oberhalb dieser Zone erzeugt worden ist.

Bei dem gezeigten Beispiel haben die Expansionselemente 7 und 8 je eine Länge von zumindest 5 Metern, und die horizontale Bohrlocheinströmzone hat eine Länge von mehreren Kilometern, so daß der Zyklus der Bewegung des Werkzeuges 3 über eine Länge von etwa 5 Metern und des darauffolgenden Orientierens des Werkzeugkörpers 4 sowie des Expandierens und Zurückziehens der Expansionselemente 7 und 8 und der Aufbrechstifte 13 viele hundert oder tausend Male wiederholt wird. Es ist deshalb wesentlich, daß das spaltenbildende Werkzeug gemäß der Erfindung befähigt ist, die Spalten in einer gut definierten Orientierung rasch zu initiieren, und rasch den gebrochenen Fels und die Formationsteilchen in die initiierten Spalten einzubringen, so daß ein wirksamer Spaltungsvorgang vorgenommen wird.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnitt des Spaltungswerkzeuges 3 nach Fig. 1 in zurückgezogener Position in einem Bohrloch 1, in welchem ein expandierbares geschlitztes Rohr 15 gegen die Bohrlochwand 16 expandiert worden ist.

Das Rohr 15 ist derart expandiert worden, daß sich seine versetzten, ursprünglich in der Längsrichtung verlaufenden Schlitze 17 zu einer prismatischen Form geöffnet haben.

In der zurückgezogenen Position nach Fig. 2 bilden die Elemente 7 und 8 eine im wesentlichen rohrförmige Schale, welche den Werkzeugkörper 6, die Kolben-Zylinderanordnungen 9 und die zurückgezogenen Felsaufbrechstifte 13 umgibt.

Fig. 3 zeigt das Werkzeug 3 nach den Fig. 1 und 2 in der expandierten Position, in welcher die rohrförmigen halbzylindrischen Expansionselemente 7 und 8 durch die hydraulischen Kolben-Zylinderanordnungen 9 gegen die geschlitzten Rohre 15 gepreßt sind, wodurch ein weiteres Expandieren der Rohre 15 zu einer ovalen Form bewirkt wird, und die Rohre 15 zum Ausüben eines in Umfangsrichtung variierenden Druckes p auf die Bohrlochwand gebracht werden, welcher Druck im allgemeinen horizontale Orientierung hat und die Bildung von Spalten 11 und 12 auslöst, die in der umgebenden Formation 2 im wesentlichen vertikale Orientierung haben.

Fig. 4 zeigt das Werkzeug 3, wobei die Expansionselemente 7 und 8 in ihrer expandierten Position derart gehalten werden, daß sie die Spalten 11 und 12 offen halten, während die Felsaufbrechstifte 13 in die geöffneten Spalten 11 und 12 gedrückt werden, wodurch die gebrochenen Felsteilchen 18 aus der Formation 2 freigegeben und die Teilchen 18 in die Spalten 11 und 12 geschoben werden, um als Füllmittel 18 zu wirken, welches die Spalten 11 und 12 nach dem Zurückziehen der Stifte 13 und der Expansionselemente 7 und 8 und dem Zurückziehen des Werkzeuges 3 aus dem Bohrloch zumindest teilweise offen hält.

Fig. 4 zeigt auch, daß die Felsaufbrechstifte 13 auch die geschlitzten Rohre 15 durchdringen und perforieren.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Werkzeuges gemäß der Erfindung, bei welchem das Werkzeug ein Paar von halbzylindrischen Expansionselementen 20 und 21 aufweist, die gleitverschieblich auf zwei konischen Abschnitten eines Trä gerkörpers montiert sind, der zwei Teile 22 und 23 auf weist, welche axial relativ zueinander mittels einer Kolben-Zylinderanordnung 24, 25 bewegt werden kann. Ein Teil 22 des Werkzeugkörpers formt den Zylinder 25, und der andere Teil 23 des Werkzeugkörpers ist mit dem Kolben 24 verbunden. Die Expansionselemente 20 und 21 umfassen Schwalbenschwänze 25, die auch in Fig. 6 gezeigt sind, und die sich durch ein Paar von Führungskanälen 27 und 28 bewegen können, welche innerhalb der konischen Abschnitte des Trägerkörpers gebildet sind. Somit werden durch hydraulisches Beaufschlagen der Kolben 24 gegen die Zylinder 25 in Richtung des Pfeiles 29A die Expansionselemente 20 und 21 radial von der zentralen Achse 31 des Werkzeuges in diametral gegenüberliegenden Richtungen weggedrückt, die durch die Pfeile 30A angedeutet sind, wogegen durch hydraulisches Beaufschlagen des Kolbens 24 aus dem Zylinder 25 in Richtung des Pfeiles 29B die Expansionselemente 20 und 21 gegen die zentrale Achse 31 zurückgezogen werden, wie dies durch die Pfeile 30B angedeutet ist.

Der Vorgang der Orientierung des Werkzeuges nach den Fig. 5 und 6 und des Bildens von Spalten in der umgebenden Formation ist ähnlich den unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 beschriebenen Vorgängen.

Fig. 7 zeigt ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel des spaltenbildenden Werkzeuges gemäß der Erfindung, bei welchem das Werkzeug vier halbzylindrische Expansionselemente 33, 34, 35 und 36 aufweist, die auf zwei Konusabschnitten eines zweiteiligen Trägerkörpers 37 montiert sind, der, abgesehen vom Vorhandensein von vier Führungskanälen 38 auf den Konusabschnitten ähnlich dem Trägerkörper des Werkzeuges nach den Fig. 5 und 6 ausgebildet ist.

Somit wird durch Auseinanderdrücken der Konusabschnitte des zweiteiligen Trägerkörpers 37 bewirkt, daß die Schwalbenschwänze 39 der Elemente 33-36 durch die Führungskanäle 38 derart gleiten, daß die Expansionselemente 33-36 in vier zueinander orthogonalen Richtungen radial vom Trägerkörper 37 wegbewegt werden, welche Richtungen durch die Pfeile 39 illustriert sind.

Die radiale Expansion der Elemente in den orthogonalen Richtungen 39 löst die Bildung von vier zueinander orthogonalen Spalten 40 in der Formation 41 aus, welche das spaltenbildende Werkzeug umgibt. Das Werkzeug nach Fig. 7 kann orientiert und zyklisch expandiert und in der gleichen Weise bewegt werden, wie dies für das Werkzeug nach Fig. 1 beschrieben worden ist, um eine Reihe von vier langgestreckten Spalten in zueinander orthogonalen Richtungen in der Formation 41 zu erzeugen.

Das in Fig. 7 gezeigte Werkzeug ist besonders zum Erzeugen von Spalten um eine Bohranordnung verwendbar, bei welcher ein großes Volumen an Spalten 40 um das Bohrloch herum erzeugt werden kann, in welche die Schneidspäne abgegeben werden. In diesem Fall wird es bevorzugt, daß das spaltenbildende Werkzeug den Bohrstrang 42 der Bohranordnung gleitverschieblich umgibt, und das spaltenbildende Werkzeug wird schrittweise in Richtung nach unten durch das gebohrte Bohrloch bewegt, während der Bohrvorgang fortschreitet. Durch Zirkulieren eines Bohrfluids durch die Spalten 40, welches mit Bohr-Schneidspänen beladen wird, und durch Verhindern, daß die Schneidspäne wieder in das Bohrloch eintreten, indem ein Sandsieb (nicht gezeigt) angewendet wird, werden die Spalten 40 nach und nach mit den Bohrspänen gefüllt, welche sodann als Füllmittel wirken, welches die Spalten 40 nach dem Zurückziehen und Einholen des spaltenbildendenden Werkzeuges zumindest teilweise offen hält.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Bilden von Spalten in einer Untergrundformation (2), welche ein Bohrloch (1) zur Förderung von Kohlenwasserstoff fluiden umgibt, wobei das Verfahren umfaßt:

- Bewegen eines spaltenbildenden Werkzeuges (3) in das Bohrloch, wobei das Werkzeug so ausgebildet ist, daß es einen Druck gegen die Bohrlochwand ausübt, der in Umfangsrichtung variiert;

- Anordnen des spaltenbildenden Werkzeuges an einer ausgewählten Stelle und Umfangsorientierung im Bohrloch;

- Expandieren des spaltenbildenden Werkzeuges derart, daß das Werkzeug einen in Umfangsrichtung variierenden Druck gegen die Bohrlochwand während einer ausgewählten Zeitspanne ausübt, wodurch in der umgebenden Formation zumindest eine Spalte initiiert wird, welche die Bohrlochwand unter einer gewählten Orientierung schneidet; und

- Einbringen eines Füllmittels in zumindest eine Spalte während zumindest eines Teiles der Zeitspanne.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Zeitspanne, während welcher das Werkzeug einen in Umfangsrichtung variierenden Druck gegen die Bohrlochwand ausübt, zumindest 5 Sekunden beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das spaltenbildende Werkzeug mit einer Reihe von Formationsaufbrechstiften ausgestattet ist, welche in die initiierte Spalte eindringen und aus dieser zurückgezogen werden, wenn sich das Werkzeug in der expandierten Position befindet, wodurch die gebrochenen Formationsteilchen in jede Spalte gedrückt werden, wobei die Teilchen das Füllmittel bilden, welches jede Spalte zumindest teilweise offen hält, nachdem das spaltenbildende Werkzeug zurückgezogen worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das spaltenbildende Werkzeug zumindest zwei im wesentlichen in der Längsrichtung geschnittene und komplementäre Rohrsegmente auf weist, die koaxial zu einer zentralen Werkzeugachse sind und die im expandierten Zustand des Werkzeuges radial von der zentralen Achse weg und gegen die Bohrlochwand mittels eines hydraulischen, mechanischen oder wärmeaktivierten Memorymetall-Betätigungsmechanismus gedrückt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei welchem das spaltenbildende Werkzeug innerhalb eines expandierbaren geschlitzten Rohres in einer Bohrlocheinströmzone innerhalb einer kohlenwasserstofffluidhaltigen Formation angeordnet ist, wobei das Rohr als Ergebnis der Expansion des spaltenbildenden Werkzeuges gegen die Formation expandiert wird und wobei das Rohr durch die Formationsaufbrechstifte perforiert wird, wenn die Stifte in die Spalten eindringen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das spaltenbildende Werkzeug zwei komplementäre Rohrhälften aufweist, die je zumindest 5 m lang und radial in entgegengesetzten Richtungen relativ zur zentralen Werkzeugachse bewegbar sind, wobei sich die Aufbrechstifte durch Öffnungen zwischen den Rohrhälften erstrecken und in radialen Richtungen relativ zur zentralen Werkzeugachse expandierbar sind, wobei diese Richtungen im wesentlichen orthogonal zu den Richtungen verlaufen, in welchen die Rohrhälften bewegt werden, und wobei das spaltenbildende Werkzeug orientiert und expandiert wird, während die Felsaufbrechstifte betätigt werden, um die gebrochenen Formationsteilchen in die geöffnete Spalte einzubringen, und nachfolgend über eine Länge bewegt werden, die im wesentlichen der Länge der Rohrhälften entspricht, und orientiert und expandiert werden, während die Felsaufbrechstifte betätigt werden, um gebrochene Formationsteilchen in die geöffnete Spalte einzubringen, welche Schrittsequenz wiederholt wird, bis ein wesentlicher Teil der Formation um die Bohrlocheinströmzone mit Spalten derart versehen worden ist, daß langgestreckte Spalten in der Formation über eine wesentliche Länge der Bohrlocheinströmzone gebildet werden, welche Spalten die Bohrlochwand unter einer vorbestimmten Orientierung schneiden.

7. Verfahren zur Verstärkung der Fluidförderung aus einem Kohlenwasserstofffluid-Förderbohrloch, wobei das Verfahren das Einsetzen eines geschlitzten Rohres in die Einströmzone des Bohrloches und das nachfolgende Expandieren und Perforieren benachbarter Abschnitte des geschlitzten Rohres umfaßt, indem ein spaltenbildendes Werkzeug innerhalb des geschlitzten Rohres entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 6 bewegt und expandiert wird.

8. Verfahren zum Entsorgen von Bohrspänen in einer Formation, die ein Bohrloch für die Förderung von Kohlenwasserstofffluiden umgibt, wobei das Verfahren das Expandieren eines spaltenbildenden Werkzeuges innerhalb des Bohrloches gemäß dem Verfahren nach Anspruch 4 und das Einbringen der Bohrspäne als Füllmittel in die Spalten nahe dem expandierten Werkzeug umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das spaltenbildende Werkzeug Teil einer Bohranordnung ist, und ein Bohrfluid mit Bohrspänen von dem Bohrmeißel in die Spalten gepumpt wird, welche das Werkzeug umgeben, und das Werkzeug mit einem Sieb ausgestattet ist, welches das Zurückpumpen des Bohrfluids zu dem Bohrmeißel gestattet, aber den Wiedereintritt von Bohrspänen von einer Größe, die größer als die Sieböffnungen ist, in das Bohrloch verhindert.

10. Ein Werkzeug (3) zum Bilden von Spalten in einer Untergrundformation (2), welche ein Bohrloch (1) für die Förderung von Kohlenwasserstofffluiden umgibt, wobei das Werkzeug auf weist:

- einen Werkzeugkörper (6) mit einer zentralen Achse (10), wobei der Werkzeugkörper mit einem Orientierungsbauteil (4) derart drehbar verbunden ist, daß der Werkzeugkörper um die zentrale Achse relativ zum Orientierungsbauteil drehbar ist;

- einen Orientierungsmechanismus zum Orientieren des Werkzeugkörpers in einer vorbestimmten Winkelposition relativ zur zentralen Achse;

- eine Anzahl von rohrförmigen oder halbrohrförmigen Expansionselementen (7, 8), die auf dem Werkzeugkörper derart montiert sind, daß jedes Expansionselement in radialer Richtung relativ zur zentralen Achse des Werkzeugkörpers bewegbar ist; und

- einen Expansionsmechanismus (9), mit welchem jedes Expansionselement während einer ausgewählten Zeitspanne gegen die Formation derart gepreßt wird, daß im Gebrauch die Expansionselemente einen in Umfangsrichtung variierenden Druck auf die Bohrlochwand ausüben; und

- Mittel (13) zum Einbringen eines Füllmittels in zumindest eine Spalte (11, 12) während zumindest eines Teiles der Zeitspanne.

11. Werkzeug nach Anspruch 10, bei welchem das Werkzeug ein Paar von halbrohrförmigen Expansionselementen aufweist, die radial in entgegengesetzten Richtungen relativ zur zentralen Achse des Werkzeugkörpers bewegbar sind, und die Füllmittel-Einbringmittel eine Reihe von Felsaufbrechstiften aufweisen, die radial relativ zur zentralen Achse in Richtungen bewegbar sind, die im wesentlichen orthogonal zu den entgegengesetzten Richtungen verlaufen.

12. Werkzeug nach Anspruch 10, bei welchem die Füllmittel- Einbringmittelmittel ein Füllmittelschlamm-Einspritzsystem auf weisen.







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