PEETERS, Roland (Dr.-Alex-Schönberg-Str. 32, Laatzen, 30880, DE)
MCNELIS, Liam (Gallusstrasse 72, Bonn, 53227, DE)
VEEHMAYER, Malte (Aggerstr. 43, Siegburg, 53721, DE)
PREISS, Frank (Heidbrooksring 37, Meinersen, 38536, DE)
NÖLKE, Rolf-Dieter (Spangenbergstr. 5, Celle, 29223, DE)
PEETERS, Roland (Dr.-Alex-Schönberg-Str. 32, Laatzen, 30880, DE)
MCNELIS, Liam (Gallusstrasse 72, Bonn, 53227, DE)
VEEHMAYER, Malte (Aggerstr. 43, Siegburg, 53721, DE)
PREISS, Frank (Heidbrooksring 37, Meinersen, 38536, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs (1 , 2) vor der Aufnahme der Förderung, wobei nach Einbringung des Bohrlochs (1 , 2) die Bohrlochwand (3) mit einem Förderrohr (4) und/oder Futterrohr abdichtend verankert wird und die Bohrlochwand (3) an gewünschten Stellen mit Perforationseinheiten
(5) perforiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrohr (3) und/oder Futterrohr auf seiner Außenfläche mit einem aufquellbaren Dichtungsmantel
(6) versehen wird, wobei der Dichtungsmantel (6) nach Aktivierung aufquillt und den Ringspalt zwischen dem Förderrohr (4) und/oder Futterrohr und der
Bohrlochwand (3) abdichtend verankert und zugleich das Förderrohr (4) und/oder Futterrohr im Bohrloch (1 , 2) zentriert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung und Aufquellung des Dichtungsmantels (6) nach der Perforation durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktivierung des Dichtungsmantels (6) zum Aufquellen, der Perforationsdruck und/oder die Bohrlochtemperatur und/oder die Flüssigkeit, die in der Förderzone erzeugt wird, verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Dichtungsmantel (6) ein viskoses Material und/oder ein Gummi oder Thermoplast verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsmantel (6) deaktivierbar ausgebildet wird und nach Deaktivierung für Flüssigkeiten oder Gase durchlässig ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass chemische und/oder thermische Aktivierungsstimulatoren zur Deaktivierung verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als chemische Aktivierungsstimulatoren aggressive Medien, zum Beispiel Säuren, verwendet werden, die den Dichtungsmantel (6) oder Teile des Dichtungsmantels (6) auflösen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Deaktivierung ein Heizmodul (7) als Aktivierungsstimulator verwendet wird, welches zur Aktivierung an die gewünschte Stelle im
Förderrohr (4) und/oder Futterrohr gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Horizonte unterschiedliche Dichtungsmäntel (6) verwendet werden, so dass bei Verwendung unterschiedlicher Aktivierungsstimulatoren eine selektive öffnung der Dichtungsmäntel (6) erzielt wird und diese öffnungen an das Förderrohr (4) zur Förderung anschließbar sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Förderrohrs (4) und/oder Futterrohrs zumindest eine Perforationseinheit (5) eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrohr (4) und/oder Futterrohr mit der Perforationseinheit (5) modulartig ausgebildet wird, wobei jedes Modul (11 ) aus einem Abschnitt (4a) des Förderrohrs (4) und/oder Futterrohrs und einer Perforationseinheit (5) besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass alle notwendigen Komponenten wie Ladungen, Zündkabelabschnitte und Drahtstücke, im Modul (11 ) vorinstalliert werden, wobei an einem Ende jedes Moduls (11 ) die Anschlüsse (12a) des elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert werden und am anderen Ende die Anschlüsse (12b) mit einer Feder (8) vorgespannt werden, so dass nach Verbindung zweier Module (11 ) ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen (11 ) gewährleistet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zu koppelnden Anschlüsse (12a, 12b) des ersten Moduls (11 ) mit den Anschlüssen des angrenzenden zweiten Moduls so angekoppelt werden, dass die Anschlüsse (12a, 12b) in ihrer Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse (12b) zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen des angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse (12a, 12b) beim Einsatz immer berühren.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslösung des oder der Perforationseinheiten (5) ein gasdruckaktivierter Zündmechanismus verwendet wird, der am unteren Ende der Perforationseinheit (5) installiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt bei
Einzelhorizontkomplettierungen der gasdruckaktivierte Zündmechanismus einen Aufschlagzünder aktiviert.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei Mehrhorizontkomplettierungen ein gesonderter elektrischer Detonator für jede Perforationszone verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonatoren über Drähte verbunden werden, wobei der Zündmechanismus ein Induktionsgerät, das durch den Gasdruck betrieben wird, enthält und der induzierte Strom dann die Detonatoren zündet.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zündmechanismus ein drahtbetriebener Feuerungskopf (Wireline Firing Head) verwendet wird, der an der Oberseite des Förderrohrstrangs installiert wird, bevor die Installation im unteren Bereich des Bohrloches erfolgt, und zur Zündung ein Modul am Kabel in das Bohrloch eingefahren wird und sich oben am Zündmechanismus einklinkt und durch den elektrischen Anschluss des Bohrloch kopfes an die Perforationseinheit die elektrischen Signale, die zur Zündung der
Detonatoren erforderlich sind, aufgeschaltet werden und nach der Detonation der Zündmechanismus vom Förderrohrstrang getrennt und mit Hilfe des Kabels aus dem Bohrloch gefahren wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Perforationseinheit (5) sich nach der Detonation selbst auflösen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ladungsgehäuse (9) der Hohlladungen (10) reaktive Materialien wie Zink, Aluminium oder Magnesium verwendet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass für die
Ladungsgehäuse (9) nicht reaktive Hülsenmaterialien verwendet werden, die einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen wie Glas oder Porzellan.
22. Förderrohr und/oder Futterrohr zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrohr (4) und/oder Futterrohr auf seiner Außenfläche einen aufquellbaren
Dichtungsmantel (6) aufweist.
23. Förderrohr und/oder Futterrohr nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Dichtungsmantels (6) ein viskoses Material und/oder ein Gummi oder Thermoplast ist.
24. Förderrohr und/oder Futterrohr nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsmantel (6) deaktivierbar ist und nach
Deaktivierung für Flüssigkeiten durchlässig ist.
25. Förderrohr und/oder Futterrohr nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrohr (4) und/oder Futterrohr modulartig ausgebildet ist und in jedem Modul zumindest eine Perforationseinheit (5) eingesetzt ist.
26. Förderrohr und/oder Futterrohr nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende jedes Moduls die Anschlüsse des elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert sind und am anderen Ende die Anschlüsse mit einer Feder (8) vorgespannt sind, so dass nach Verbindung zweier Module ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen gewährleistet ist.
27. Förderrohr und/oder Futterrohr nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zu koppelnden Anschlüsse des ersten Moduls mit den Anschlüssen des angrenzenden zweiten Moduls so angekoppelt sind, dass die Anschlüsse (12a, 12b) in ihrer Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse (12b) zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen (12a) des angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse (12a, 12b) beim Einsatz immer berühren.
28. Förderrohr und/oder Futterrohr nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationseinheiten (5) Ladungsgehäuse (9) der Hohlladungen (10) beinhalten, die sich nach der Detonation selbst auflösen.
29. Förderrohr und/oder Futterrohr nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsgehäuse (9) der Hohlladungen (10) aus reaktiven Materialien, wie Zink, Aluminium oder Magnesium, oder aus nicht reaktiven Materialienbestehen bestehen, die nach Detonation der Hohlladungen einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen, wie Glas oder Porzellan. |
Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs vor der
Aufnahme der Förderung, wobei nach Einbringung des Bohrlochs die Bohrlochwand mit einem Förderrohr und/oder Futterrohr abdichtend verankert wird und die Bohrlochwand an gewünschten Stellen mit Perforationseinheiten perforiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs vor der Aufnahme der Förderung (Through Tubing Rotary Drill Bohrungen) bereitzustellen, ohne des Einsatzes von zementierten Förderrohren und/oder Futterrohren.
Folgende Bedingungen sollte das Verfahren erfüllen:
• Zuverlässige/robuste Verbindung der Formation mit dem Bohrloch
• Fernansteuerung zur Aktivierung der Perforationskanonen
• Die Bohrlöcher müssen in kürzester Zeit fertig gestellt werden und produktionsbereit sein
• Vorzugsweise nur eine Einfahrt in die Bohrung • System muss über dem Führungsrohrstrang anwendbar sein, mit dem die
Bohrung komplettiert wird
• Nach der Installation Möglichkeit des Zugangs zum Bohrloch um Wartungsarbeiten durchführen zu können
• Anwendung des Systems muss über Seitenöffnung im Futterrohr möglich sein
• Ermöglicht die Komplettierung mehrerer Horizonte
• Ermöglicht die selektive Produktion verschiedener Horizonte
• Anwendbar für kurze und lange Abschnitte bis zu einigen Hundert Metern
• Einsatz muss in Erdöl- und Erdgasbohrungen möglich sein (unter trockenen und feuchten Bedingungen)
• Gewährleistung der Kompatibilität mit Surface Controlled Subsurface Safety Valves oder anderen empfindlichen Bohrlochausrüstungen
Es wird eine gleichzeitige Installation des Förderrohr und/oder Futterrohr und der Perforationseinheit angestrebt. Das System oder Verfahren muss die Abdichtung verschiedener Zonen und die selektive Aktivierung jeder Zone an jeder gewünschten Position und jedem gewünschten Zeitpunkt ermöglichen.
Aufgrund der Temperatureinschränkungen bei Sprengperforationssystemen sind vor der Sprengung keine langen Untertagezeiten möglich. Die Fließkanäle im Reservoir müssen daher unmittelbar nach Installation des Systems erstellt werden, auch wenn Mehrhorizontkomplettierungen mit verschiedenen Produktionszeiten erforderlich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Förderrohr und/oder Futterrohr auf seiner Außenfläche mit einem aufquellbaren Dichtungsmantel versehen wird, wobei der Dichtungsmantel nach Aktivierung aufquillt und den Ringspalt zwischen dem Förderrohr und/oder Futterrohr und der Bohrlochwand abdichtend verankert und zugleich das Förderrohr und/oder Futterrohr im Bohrloch zentriert. Hierdurch ist ein Verfahren zur Komplettierung eines Bohrlochs vor der Aufnahme der Förderung bereitgestellt, ohne das zementierte Förderrohre und/oder Futterrohre verwendet werden müssen.
In Weiterbildung wird die Aktivierung und Aufquellung des Dichtungsmantels nach der Perforation durchgeführt. Hierdurch wird das Förderrohr und/oder das Futterrohr im Bohrloch abdichtend verankert und gleichzeitig zentriert.
In erfinderischer Ausgestaltung werden zur Aktivierung des Dichtungsmantels zum Aufquellen der Perforationsdruck und/oder die Bohrlochtemperatur und/oder
die Flüssigkeit, die in der Förderzone erzeugt wird, verwendet. Dies sind Kenngrößen die sich während und/oder nach der Perforation ändern.
In einer Ausführungsform wird als Material für den Dichtungsmantel ein viskoses Material und/oder ein Gummi oder Thermoplast verwendet.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Dichtungsmantel deaktivierbar ausgebildet und ist nach Deaktivierung für Flüssigkeiten oder Gase durchlässig. Durch die Deaktivierung lassen sich vormals abgedichtete Bereiche wieder öffnen.
Bevorzugt werden chemische und/oder thermische Aktivierungsstimulatoren zur Deaktivierung verwendet.
In einer Ausführungsform werden als chemische Aktivierungsstimulatoren aggressive Medien, zum Beispiel Säuren, verwendet, die den Dichtungsmantel oder Teile des Dichtungsmantels auflösen.
In einer erfinderischen Ausgestaltung wird zur thermischen Deaktivierung ein Heizmodul als Aktivierungsstimulator verwendet, welches zur Aktivierung an die gewünschte Stelle im Förderrohr und/oder Futterrohr gebracht wird.
In einer Ausgestaltung werden für unterschiedliche Horizonte unterschiedliche Dichtungsmäntel verwendet, so dass bei Verwendung unterschiedlicher Aktivierungsstimulatoren eine selektive öffnung der Dichtungsmäntel erzielt wird und diese öffnungen an das Förderrohr zur Förderung anschließbar sind.
In bevorzugter Ausgestaltung wird im Inneren des Förderrohrs und/oder Futterrohrs zumindest eine Perforationseinheit eingesetzt.
In bevorzugter Ausgestaltung wird das Förderrohr und/oder Futterrohr mit der Perforationseinheit modulartig ausgebildet, wobei jedes Modul aus einem
Abschnitt des Förderrohrs und/oder Futterrohrs und einer Perforationseinheit besteht. Diese Module lassen sich außerhalb des Bohrlochs miteinander verbinden z.B. über eine Verschraubung.
Bevorzugt werden alle notwendigen Komponenten wie Ladungen, Zündkabelabschnitte und Drahtstücke, im Modul vorinstalliert, wobei an einem
Ende jedes Moduls die Anschlüsse des elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert werden und am anderen Ende die Anschlüsse mit einer Feder vorgespannt werden, so dass nach Verbindung zweier Module ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen gewährleistet ist.
In erfinderischer Weiterbildung werden die zu koppelnden Anschlüsse des ersten Moduls mit den Anschlüssen des angrenzenden zweiten Moduls so angekoppelt, dass die Anschlüsse in ihrer Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen des angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse beim Einsatz immer berühren.
In einer Anwendungsform wird zur Auslösung des oder der Perforationseinheiten ein gasdruckaktivierter Zündmechanismus verwendet, der am unteren Ende des Perforationssystems installiert wird.
In einer Ausführungsvariante aktiviert, bevorzugt bei Einzelhorizontkomplettierungen, der gasdruckaktivierte Zündmechanismus einen Aufschlagzünder.
In einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei Mehrhorizont- komplettierungen, wird ein gesonderter elektrischer Detonator für jede
Perforationszone verwendet.
Hierbei werden in einer Weiterbildung der Erfindung die Detonatoren über Drähte verbunden, wobei der Zündmechanismus ein Induktionsgerät, das durch den Gasdruck betrieben wird, enthält und der induzierte Strom dann die Detonatoren zündet.
In einer anderen Ausführungsform wird als Zündmechanismus ein drahtbetriebener Feuerungskopf (Wireline Firing Head) verwendet, der an der Oberseite des Förderrohrstrangs installiert wird, bevor die Installation im unteren Bereich des Bohrloches erfolgt. Zur Zündung wird ein Modul am Kabel in das Bohrloch eingefahren, welches sich oben am Zündmechanismus einklinkt und durch den elektrischen Anschluss des Bohrloch kopfes an die Perforationseinheit die elektrischen Signale, die zur Zündung der Detonatoren erforderlich sind, aufschaltet. Nach der Detonation wird der Zündmechanismus vom Förderrohrstrang getrennt und mit Hilfe des Kabels aus dem Bohrloch gefahren.
In einer Ausführungsform lösen sich die Elemente der Perforationseinheit nach der Detonation selbst auf. Hierdurch wird die Förderung nicht durch Reste der
Perforationseinheit behindert.
Damit sich die Elemente der Perforationseinheit nach der Detonation selbst auflösen können werden für die Ladungsgehäuse der Hohlladungen bevorzugt reaktive Materialien wie Zink, Aluminium oder Magnesium verwendet.
Es können auch für die Ladungsgehäuse nicht reaktive Hülsenmaterialien der
Ladungen verwendet werden, die einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen wie Glas oder Porzellan.
Ein erfindungsgemäßes Förderrohr und/oder Futterrohr zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrohr und/oder Futterrohr auf seiner Außenfläche einen aufquellbaren Dichtungsmantel aufweist.
In einer Ausführungsform ist das Material des Dichtungsmantels ein viskoses Material und/oder ein Gummi oder Thermoplast.
Bevorzugt ist der Dichtungsmantel deaktivierbar und nach Deaktivierung für Flüssigkeiten durchlässig.
In einer Ausführungsform ist das Förderrohr und/oder Futterrohr modulartig ausgebildet und ist in jedem Modul zumindest eine Perforationseinheit eingesetzt.
In einer Ausgestaltung sind an einem Ende jedes Moduls die Anschlüsse des elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert und am anderen Ende die Kontakte mit einer Feder vorgespannt, so dass nach Verbindung zweier Module ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen gewährleistet ist.
In bevorzugter Weiterbildung sind die zu koppelnden Anschlüsse des ersten Moduls mit den Anschlüssen des angrenzenden zweiten Moduls so angekoppelt, dass die Anschlüsse in ihrer Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen des angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse beim Einsatz immer berühren.
In einer erfinderischen Ausgestaltung beinhalten die Perforationseinheiten
Ladungsgehäuse der Hohlladungen, die sich nach der Detonation selbst auflösen.
Bevorzugt bestehen die Ladungsgehäuse der Hohlladungen aus reaktiven Materialien, wie Zink, Aluminium oder Magnesium, oder aus nicht reaktiven Materialienbestehen, die nach Detonation der Hohlladungen einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen, wie Glas oder Porzellan.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail beschrieben.
Eine gleichzeitig Perforation aller Förderhorizonte lässt sich problemlos erreichen, wenn man konventionelle Perforationssysteme zusammen mit der Förderrohrtechnik einsetzt. Um verschiedene Horizonte voneinander zu trennen, und einzelne Perforationskanäle abzudichten, wird eine Abdichtvorrichtung auf der Außenseite des Förderrohres vorgeschlagen. Als Abdichtvorrichtung kann ein Schieber verwendet werden. Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Dichtungsmantel eingesetzt, der außen am Führungsrohr installiert wird, und der unter bestimmten Bedingungen aktiviert wird. Das Dichtungsmaterial des Dichtungsmantels erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Länge der sidetrack-Komplettierung, d.h. eines Seitenstranges. Es ist möglich, dass die Perforationshorizonte, die für eine sofortige Produktion bestimmt sind, nicht mit dem Dichtungsmaterial ausgerüstet werden, wenn dies durch die Geologie oder Produktionsbedingungen erforderlich ist.
Der Perforationsdruck, die Bohrlochtemperatur oder die Flüssigkeit, die von der
Förderzone erzeugt werden, können zur Aktivierung des Dichtungsmantels verwendet werden, wodurch das Material des Dichtungsmantels aufquillt und den Ringspalt zwischen dem Führungsrohr und dem offenen Loch schließt. Der Dichtungsmantel kann aus einem viskosen Material gefertigt werden, zum Beispiel aus einer Art Gummi oder Thermoplast, der unmittelbar nach der
Perforation freigelegt wird. Die Aktivierung und Aufquellung des Dichtungsmantels muss nach der Perforation erfolgen.
Nach Aktivierung des Dichtungsmantels werden die verschiedenen Zonen isoliert, und alle gewünschten Perforationskanäle im Reservoir werden geschlossen und somit vom Förderrohr getrennt. Die Kanäle werden an der
Stelle, wo kein Dichtungsmantel aufgebracht wurde, direkt an das Förderrohr angebunden, und sind somit für die Förderung bereit. Sobald das
Dichtungsmaterial des Dichtungsmantels aufgequollen ist, verschließt es nicht nur den Ringspalt, sondern zentriert auch das Förderrohr im offenen Bohrloch.
Um bestimmte, gewünschte Horizonte zu verbinden, können verschiedene Arten der Deaktivierung des Dichtungsmaterials zum Einsatz kommen. Es können insbesondere chemische und thermische Aktivierungsstimulatoren zum Einsatz kommen. Durch Einsatz aggressiver Medien, zum Beispiel von Säuren, können Teile des Dichtungsmaterials aufgelöst werden. Für unterschiedliche Horizonte müssen unterschiedliche Dichtungsmaterialien zum Einsatz kommen, d.h. bei Verwendung unterschiedlicher Säuren ist eine selektive öffnung der Perforationskanäle erzielbar. Für die Auflösung des Dichtungsmaterials durch
Wärmezufuhr, kann ein Heizmodul zum Einsatz kommen, das unter Verwendung eines Wireline Traktors an die entsprechende Stelle gebracht wird. In Abhängigkeit von der Position des Heizmoduls, lassen sich selektiv Horizonte öffnen und an das Förderrohr zur Förderung anschließen.
Die Kohlenwasserstoffförderung selbst erfolgt direkt über das Förderrohr. Das
Förderrohr fungiert auch als Transportmechanismus für das Perforationssystem. Ein Förderrohr aus Stahl mit einem Dichtungsmantel aus Dichtungsmaterial transportiert die Perforationseinheit im Bohrloch abwärts und dient zur Komplettierung des side track, d.h. des Seitenstranges. Um einen freien Fließweg zu erhalten und den Zugang zum Bohrloch zwecks Wartungsarbeiten zu gewähren, kommt im Inneren des Förderrohres eine selbstauflösende Perforationseinheit zum Einsatz.
Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht in dem Einsatz von reaktiven Materialien für die Ladungsgehäuse zwecks Erzeugung einer sich selbst zerlegenden Ladung (z.B. Zink oder Magnesium). Die Ladungen werden an
Stellen angebracht, die für die Förderung im Förderrohr vorgesehen sind. In jedem einzelnen Horizont, werden die Ladungen über Sprengschnüre verbunden. Zwischen verschiedenen Abschnitten des Förderrohrs kommt ein
Booster-Booster ballistischer Transfer für die ballistische und elektrische Verbindung zum Einsatz. Verschiedene Perforationszonen werden über Drähte angeschlossen. Jede Perforationszone hat einen eigenen Detonator zur Zündung der Detonation.
Um eine schnelle Montage dieser Installation an der Bohrlochstelle zu gewährleisten, werden alle Ladungen, Zündkabelabschnitte und Drahtstücke im Förderrohr vorinstalliert, bevor sie an die Bohrlochstelle transportiert werden. Das Förderrohr hat an den Enden flache Gewindeverbindungen (z.B. Extreme Line Joints). Die Draht- und Boosterverbinder werden im Inneren des Förderrohres mittig befestigt. Die eine Seite des Anschlusses wird immer fest installiert, während die andere Seite mit einer Feder vorgespannt wird. Damit wird ein zuverlässiger, elektrischer und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Rohrstücken gewährleistet.
Für die Auslösung der Perforationseinheit können verschiedene Vorrichtungen zum Einsatz kommen. Für den Einsatz bei einmaliger Einfahrt wird ein gasdruckaktivierter Zündmechanismus vorgeschlagen, der am unteren Ende der
Perforationseinheit installiert werden kann. Dieser Zündmechanismus kann einen Aufschlagzünder für Einzelhorizontkomplettierungen oder für mehrere
Horizonte aktivieren, in denen die einzelnen Perforationsbereiche über eine Sprengschnur verbunden sind. Bei dieser Anwendung kommt nur ein einzelner
Detonator zum Einsatz.
Alternativ kann ein gasinitiierter, induktiv-elektrischer Zündmechanismus zum Einsatz kommen. Solch ein Gerät würde durch Bewegung eines Kolbens in einer Spule einen elektrischen Strom induzieren, der verwendet wird, um die verschiedenen elektrischen Detonatoren im Inneren des Förderrohres zu initiieren. Eine weitere Möglichkeit zur Zündung bestünde in der Verwendung eines Wireline Firing Heads am oberen Ende der Installation, die an alle Detonatoren angeschlossen wird. In diesem Falle muss ein Kabel im Bohrloch
nach unten verlegt und an den Zündmechanismus angeschlossen werden. Der Sprengimpuls wird dann über Kabel bohrlochabwärts gesendet.
Eine solche Zündvorrichtung würde den Einsatz von elektrischen und elektronischen Detonatoren oder von EFI / EBW ermöglichen, die den zusätzlichen Vorteil haben, dass sie HF-sicher sind. Dadurch lässt sich ein sicherer Betrieb des Systems erreichen. Sogar der Funkverkehr muss während der Verwendung nicht unterbrochen werden. Das eingeklinkte Kabel wird verwendet, um den Sprengkopf nach der Sprengung auszufahren. Dadurch werden, wie bereits erwähnt, ein freier Fließweg und ein direkter Zugang für die spätere Instandhaltungsarbeit ermöglicht.
Das System enthält im Einzelnen die folgenden Komponenten:
Hohlladungen
Für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. System ist eine standardmäßige Hohlladung so zu modifizieren, dass sie sich selbst zerlegt. Es wird vorgeschlagen, reaktive Materialien für die Ladungsgehäuse zu verwenden. Als reaktive Materialien könnten einerseits Metalle wie Zink, Aluminium oder Magnesium verwendet werden. Bei Zinkladungen kann es zu Problemen mit bestimmten Bohrlochspülungen kommen. Daher ist eine genaue Analyse der Bohrlochbedingungen erforderlich, bevor dieses Material zum Einsatz kommen kann. Der Vorteil von Zink besteht in seiner leichten Löslichkeit in Säure, wodurch die überreste der Ladungen problemlos aufgelöst werden können. Des Weiteren liegen die überreste der Zinkladungen normalerweise als feiner Staub vor, der eine sehr große Oberfläche aufweist, wodurch eine Auflösung der überreste noch verstärkt wird.
Aluminium und Magnesium sind sehr reaktive Materialien, die bereits während des Detonationsvorgangs der Hohlladungen reagieren. Des Weiteren reagiert
Magnesium mit Wasser, was sich wiederum förderlich auf die Auflösung der überreste auswirkt.
Eine Alternative zur Lösung des Problems einer selbstzerlegenden Hohlladung bestünde in dem Einsatz von reaktiven Materialien, wie Treibmitteln oder Sprengstoffen in Kombination mit reaktiven Bindemitteln zur Herstellung des
Gehäuses der Hohlladung. Eine ähnliche Lösung ist aus militärischen Anwendungen von hülsenloser Munition her bekannt.
Eine weitere Lösung wäre die Verwendung von nicht reaktiven Hülsenmaterialien, die einen feinen, sandähnlichen Staub erzeugen. Glas oder Porzellan sind Materialien, die für Hohlladungsgehäuse verwendet werden können und die lediglich feine Partikel hinterlassen. Diese könnten dann mit den ersten geförderten Mengen aus dem Bohrloch ausgewaschen und in einem Sandabscheider von den Kohlenwasserstoffen getrennt werden. Dadurch werden, wie bereits erwähnt, ein freier Fließweg und ein direkter Zugang für die spätere Instandhaltung ermöglicht.
Förderrohr und Verbinder
Es kommt ein standardmäßiges Förderrohr mit flachen Gewindeverbindungen (z.B. Extreme Line Joints) an den Enden zum Einsatz. Dadurch können die Förderrohre ohne Muffen verschraubt werden, wodurch man eine flache Oberfläche nach Fertigstellung des Rohres erhält. Es kommen standardmäßige
Materialien und Größen von Förderrohren zum Einsatz. Der gewünschte Durchmesserbereich beträgt 2-7/8", 3-3/8", 4", 4 1 / 2 ", 5" mit einer Standardlänge von 3 - 9 m. Kleinere und größere Durchmesser können jedoch auch verwendet werden (min. 1 -9/16" / max. T).
Initiierunqsvorhchtunq, ballistische übertragung und elektrischer Kontakt
Für das System können verschiedene Initiierungsvorrichtungen zum Einsatz kommen. Es werden drei verschiedene Systeme vorgeschlagen.
Vorzugsweise kommt ein gasaktivierter Zündmechanismus zum Einsatz, der am Ende des Perforationssystems installiert wird. Dadurch ist eine Installation in einem Arbeitsgang mit ferngesteuerter Zündung der Perforationseinheiten möglich.
Bei Einzelhorizontkomplettierungen aktiviert dieser gasaktivierte Zündmechanismus einen Aufschlagzünder. (Mechanischer, gasaktivierter Zündmechanismus).
Bei Mehrhorizontkomplettierungen wird ein gesonderter elektrischer Detonator für jede Perforationszone vorgeschlagen. Die Detonatoren werden über Drähte verbunden. Der Zündmechanismus enthält ein Induktionsgerät, das durch den Gasdruck betrieben wird. Der induzierte Strom zündet dann die elektrischen Detonatoren. (Elektrischer, induktiver, gasaktivierter Zündmechanismus).
Die dritte Möglichkeit für die Initiierung besteht in dem Einsatz eines Wireline
Firing Head. Dieser Firing Head wird an der Oberseite des Förderrohrstrangs installiert, bevor die Installation im unteren Bereich des Bohrloches erfolgt. An der Oberseite befindet sich ein Schnappmechanismus. Zur Zündung wird ein Modul am Kabel in das Bohrloch eingefahren und klinkt sich oben am Zündmechanismus ein. Durch den elektrischen Anschluss des Bohrlochkopfes an die Perforationseinheit können die elektrischen Signale, die zur Zündung der Detonatoren erforderlich sind, aufgeschaltet werden. Nach der Detonation wird der Zündmechanismus vom Förderrohrstrang getrennt und wird mit Hilfe des Kabels aus dem Bohrloch gefahren.
Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass eine zusätzliche Einfahrt ins
Bohrloch erforderlich ist. Andererseits besteht ein Vorteil darin, dass es möglich ist, elektronische Detonatoren oder EBW-/EFI-Initiatoren zu verwenden. Diese
Detonatoren sind HF-sicher, daher ist es nicht erforderlich, den Funkverkehr während des Einsatzes einzustellen. Somit erhält das System eine zusätzliche Sicherheit, insbesondere unter Offshore-Bedingungen.
Jedes Förderrohr wird mit den Ladungen, dem Zündkabel, den Detonatoren, Drähten, ballistischen und elektrischen übertragungsvorrichtungen ausgerüstet, bevor der Transport zum Bohrlochstandort erfolgt. Am Ende jedes Förderrohrs wird eine Verbindereinheit installiert, wie sie in der EP 1 828 709 A1 beschrieben ist. Die eine Seite wird befestigt und die andere über eine Feder gespannt. Dadurch wird eine sichere übertragung der Detonation und/oder der elektrischen Signale zwischen den verschiedenen Abschnitten gewährleistet. Während der
Installation des Systems vor Ort am Bohrloch, werden die Gewindeteile der Förderrohrabschnitte zusammengeschraubt. Dabei sind keine Beeinträchtigungen der elektrischen und ballistischen Anschlüsse zu befürchten. Dieses Verfahren ermöglicht eine einfache, sichere, zuverlässige und schnelle Montage der Förderrohrabschnitte.
Dichtungsmantel
Der Dichtungsmantel ist ein zentraler Bestandteil des Systems. Dabei kann ein Material verwendet werden, das sich entweder in Verbindung mit bestimmten Flüssigkeiten ausdehnt, wenn der Perforationsdruck anliegt oder wenn eine Wärmeeinwirkung vorliegt. Der Dichtungsmantel wird an der Außenseite des
Förderrohres aus Stahl installiert. Das Aufbringen des Materials auf die Außenfläche des Stahlrohres kann durch Kleben, Vulkanisieren, thermisches Schrumpfen, Strangziehen oder andere robuste Befestigungsmethoden erfolgen. Der Ausdehnungskoeffizient ist sorgfältig auszuwählen, abhängig vom minimalen und maximalen Durchmesser des offenen Loches.
Um eine selektive öffnung der Perforationskanäle für die Förderung zu ermöglichen, muss es möglich sein, das Dichtungsmaterial an bestimmten
Stellen und zu bestimmten Zeitpunkten mit speziellen Methoden zu deaktivieren und zu öffnen.
Das Dichtungsmaterial könnte durch Wärmeeinwirkung weggeschmolzen werden. Dazu kann ein Heizungsmodul zum Einsatz kommen, das an einem Kabel in das Bohrloch eingefahren wird. Dabei kann ein Bohrlochtraktor für horizontale Bohrlöcher zum Einsatz kommen. Mit diesem Modul wird die erforderliche Wärmeenergie für die Auflösung des Dichtungsmantels erzeugt.
Eine andere Möglichkeit der selektiven öffnung des Dichtungsmantels besteht im Einsatz von aggressiven Chemikalien, z. B. Säuren, die den Dichtungsmantel auflösen. Zum Entfernen bestimmter Bereiche durch ätzen ist entweder der
Einsatz unterschiedlicher Arten von Dichtungsmaterialien erforderlich, die nur mit bestimmten Chemikalien reagieren, oder eine Trennung der einzelnen Bereiche mit Packern notwendig.
öffnungsmodul
In Abhängigkeit von der Art des Dichtungsmaterials, muss ein Heizungsmodul verwendet werden, um im Bohrloch genügend Wärme erzeugen zu können, mit Hilfe derer die abgedichteten Kanäle wieder geöffnet werden können. Diese Vorrichtung ist nur dann erforderlich, wenn keine chemische Methode zur öffnung der Bereiche zum Einsatz kommt.
Absperrung verschiedener Horizonte innerhalb des Förderrohres
Standardmäßige Absperrvorrichtungen, wie Verschlussstopfen oder Packer lassen sich im Förderrohrstrang mit standardmäßigen Methoden installieren, beispielsweise mit Kabeln in Kombination mit einem Traktor für horizontale Bohrlöcher. Zusätzlich können Absperrvorrichtungen an der Oberfläche während der Installation des Förderrohrs installiert werden. Bei dieser Anwendungsart muss sichergestellt werden, dass die Absperrvorrichtungen in der Lage sind, den
während der Perforation entstehenden Detonationsdruck aushalten. Des Weiteren ist der Zugang zu den tiefer gelegenen Abschnitten der Installation aufgrund von Absperrvorrichtungen im Inneren des Führungsrohres beschränkt.
Die vorgeschlagene Lösung für das Problem der Komplettierung von Through Tubing Rotary Drill Bohrungen für Bohrlöcher, ohne des Einsatzes von zementierten Führungsrohren, stellt eine überaus variable und moderne Komplettierung dar.
Im Einzelnen bietet die Lösung eine zuverlässige und robuste Methode zum Anschluss der Förderhorizonte an das Bohrloch durch den Einsatz von standardmäßigen Perforationssystemen, die in der Industrie gut bekannt sind.
Durch den Einsatz eines gasaktivierten Zündmechanismus in mechanischer oder induktiv-elektrischer Funktionsweise ist eine Fernaktivierung des Perforationssystems möglich. Da das Perforationssystem im Inneren des Führungsrohres installiert wird und standardmäßige Gewinde verwendet werden, die am Bohrlochstandort verschraubt werden, ohne dass dabei eine
Beeinträchtigung der elektrischen oder ballistischen Kontakte zu befürchten ist, lässt sich die erforderlich Montagezeit minimieren, und das Bohrloch kann in kürzestmöglicher Zeit fertiggestellt und in Betrieb genommen werden.
Das System kann in einem Arbeitsgang im Bohrloch installiert werden. Das Perforationssystem wird innerhalb des Förderrohrstrangs installiert, mit dem das
Bohrloch komplettiert wird. Durch den Einsatz eines sich selbst zerlegenden
Perforationssystems, werden ein freier Fließweg und ein problemloser Zugang zur Wartung des Bohrloches erzielt. Der Durchmesser des Systems wird so ausgelegt, dass das System über ein Seitenfenster im Futterrohr eingeführt werden kann. Dabei werden die vorgegebenen Mindestabmessungen für
öffnungsbereiche eingehalten.
Durch den Einsatz einer öffnungsvorrichtung, ist eine selektive öffnung der Perforationskanäle bei Mehrhorizontkomplettierungen mit einer selektiven
Förderung in verschiedenen Horizonten möglich. Die entsprechenden Intervalle werden nur durch die standardmäßige Förderrohrtechnik begrenzt. Das System kann in öl- und Gasbohrlöchern mit feuchten oder trockenen Bedingungen eingesetzt werden.
Aufgrund der superflachen Außenfläche der Komplettierungsstrecke, die mit einer Dichtungsmantel beschichtet wird, ist das Führungsrohr mit Untertage installierten Sicherheitsventilen [Subsurface Safety Valves (SCSSV)] oder mit anderen empfindlichen Bohrlochausrüstungen, die sich in der Anlage befinden, kompatibel.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.
Figur 1 zeigt ein Bohrloch 1 als Hauptbohrloch und ein abzweigender Nebenstrang als Bohrloch 2. In den nachfolgenden Figuren wird eine Komplettierung des Bohrlochs 2 vor der Aufnahme der Förderung beschrieben. Das Bohrloch 2 ist in verschiedene Zonen 13a, 13b, 13c unterteilt und jede Zone erfordert eine andere Komplettierung bzw. zu einem anderen Zeitpunkt.
Figur 2 zeigt eine fertige Komplettierung für die Zonen 13a und 13b, die aus miteinander verbundenen Modulen 11 a, 11 b und 11 c bestehen. Jedes der genannten Module 11 a, 11 b, 11c besteht aus einem Förderrohr 4a, 4b, 4c, welche auf Ihrer Außenseite jeweils mit einem Dichtungsmantel 6 versehen sind. Die Förderrohre 4a, 4c mit ihren Dichtungsmänteln 6 sind perforiert, so dass über die Perforationskanäle 14 gefördert werden kann.
Figur 3 zeigt ein Förderrohr 4, welches auf seiner Außenfläche mit einem Dichtungsmantel 6 versehen ist. Zur Deaktivierung des Dichtungsmantels 6, d. h. zur Auflösung des Dichtungsmantels 6 an bestimmten Stellen, können verschiedene Methoden angewendet werden. Für die Auflösung des
Dichtungsmantels 6 durch Wärmezufuhr, kann ein Heizmodul 7 zum Einsatz kommen, das unter Verwendung eines Well-Tractor mit Wireline Unit an die
entsprechende Stelle gebracht wird. Das Heizmodul 7 erhitzt den Dichtungsmantel 6 an den gewünschten Stellen, wodurch das Material des Dichtungsmantels an diesen Stellen schmilzt und dadurch öffnungskanäle schafft. Hierdurch werden Perforationskanäle 14 zur Förderung angeschlossen.
Figur 4 zeigt ein Förderrohr 4, welches auf seiner Außenfläche mit einem
Dichtungsmantel 6 versehen ist. Zur Deaktivierung des Dichtungsmantels 6, d. h. zur Auflösung des Dichtungsmantels 6 an bestimmten Stellen, werden hier chemische Aktivierungsstimulatoren eingesetzt. Dies sind hier aggressive Säuren 17, die Teile des Dichtungsmantels 6 auflösen.
Figur 5 zeigt ein Modul 11a, bestehend unter anderem aus einem Förderrohr 4 mit einem Dichtungsmantel 6, der aktiviert d.h. geschlossen ist und als Abdichtung wirkt. Die Perforationskanäle 14 sind so von der Förderung abgeschottet. Die Hohlladungen haben sich nach der Detonation aufgelöst und es sind keine überreste vorhanden.
Figur 6 zeigt zwei miteinander über eine Verschraubung 18 verbundene Module
11 a, 11 b mit jeweils einer Perforationseinheit 5. Jede Perforationseinheit 5 besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse, in welches Hohlladungen 10 eingesetzt sind. Diese Hohlladungen 10 bestehen jeweils aus einem Ladungsgehäuse 9 mit einer eingesetzten Ladung. Außerdem weist jede Perforationseinheit 5 eine Zündschnur zur Initiierung der Hohlladungen 10 und einen elektrisch leitfähigen Draht 19 auf. Zur Kopplung zwischen diesen sind diese Anschlüsse 12 zwischen den Modulen 11 a, 11 b miteinander verbunden.
Jedes Modul 11a, 11 b enthält alle notwendigen Komponenten wie Ladungen, Zündkabelabschnitte und Drähte 19, die im Modul 11 vorinstalliert sind, wobei an einem Ende jedes Moduls 11 die Anschlüsse 12a des elektrischen und ballistischen Kontakts fest installiert werden und am anderen Ende die Anschlüsse 12b mit einer Feder 8 vorgespannt werden, so dass nach
Verbindung zweier Module 11 ein zuverlässiger elektrischer und ballistischer Kontakt zwischen den einzelnen Modulen 11 gewährleistet ist.
Die zu koppelnden Anschlüsse des ersten Moduls 11 sind mit den Anschlüssen des angrenzenden zweiten Moduls so angekoppelt, dass die Anschlüsse 12a, 12b in ihrer Axialrichtung gegenüberliegen und so beim Einsatz den elektrischen und ballistischen Kontakt übertragen, wobei die Anschlüsse 12b zumindest eines Moduls in Richtung zu den Anschlüssen des angrenzenden anderen Moduls kraftbeaufschlagt sind, so dass sich die Stirnseiten der benachbarten Anschlüsse 12a, 12b beim Einsatz immer berühren.
Figur 7 zeigt einen Auszug aus der Komplettierung eines Bohrlochs. Zu erkennen sind die einzelnen Module 11 a, 11 b in den zwei Zonen 13b und 13 a. Jedes Modul besteht aus einem Förderrohr 4 mit einem Dichtungsmantel 6 (siehe vorherige Figuren). Am unteren Ende ist ein gasdruckaktivierter Zündkopf 15 angeordnet, der die Zündung der Hohlladungen 10 initiiert. Das Zündsignal wird an die einzelnen Perforationseinheiten in den Modulen geleitet und zündet dort die Hohlladungen. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein Detonator zur Initiierung der angrenzenden Zündschnur in der Zone 13b bezeichnet, der wiederum die Hohlladungen in den Perforationseinheiten der Module in dieser Zone initiiert, d.h. zur Explosion bringt. Es kann so beliebig gesteuert werden, in welchen Zonen die Förderung durch Schaffung der Perforationskanäle aufgenommen werden soll.