DE60117565T2

DE60117565T2 - Bohrlochabdichtung

Info

Publication number: DE60117565T2
Application number: DE60117565T
Authority: DE
Inventors: Rune Freyer
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: US20090084559A1; AU8026701A; DE60117565D1; US20040020662A1; CA2421500A1; US20100288514A1; US7472757B2; DE60131578D1; EP1672166A1; DE60131578T2; US7832491B2; OA12385A; AU2001280267B2; EP1315883B1; EP1672166B1; BR0113730B1; CA2421500C; EP1315883B2; EP1315883A1; NO312478B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Art, welches in der Einleitung von Anspruch 1 beschrieben ist, für das Abdichten eines ringförmigen Raums zwischen einer Bohrlochwand in einem Förderbohrloch für Kohlenwasserstoffe und einem Fördergestänge, und einem umlaufenden ringförmigen Packer der Art, welcher in den Ansprüchen 2–10 beschrieben ist, und welcher ein ausdehnbares Element umfasst, welches hauptsächlich aus einem Gummimaterial besteht, und auf den ausdehnbaren Packer für die Anwendung mit dem genannten Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Das Komplettieren von Ölbohrlöchern mit Sandsiebrohren in offenen Löchern ist ein einfaches und verläßliches Verfahren für das Komplettieren eines Reservoirabschnitts. Ein Ölbohrloch penetriert normalerweise Formationen mit unterschiedlichen Fördereigenschaften, welche trotz der Tatsache, dass die Sandsiebrohre auf der Innenseite geschlossen sind, manchmal einen unterwünschten Beipass von Bohrlochflüssigkeit auf der Außenseite derselben, und ein Einfliessen in den Abschnitt verursachen. Es kann daher wünschenswert sein, Abschnitte zu kontrollieren oder zu verschliessen, welche nicht die gewünschte Bohrlochflüssigkeit produzieren. Dies fordert das Abdichten des externen Ringraums.
Eine solche Dichtung wird heutzutage durch Anwenden von aufblasbaren Packern für offene Löcher (externe Verrohrungspacker) hergestellt, welche durch das Injizieren einer Flüssigkeit unter Druck gesetzt werden, wobei dieselbe mit Hilfe eines Ventilsystems eingeschlossen wird. Sobald der Packer unter Druck gesetzt wird, kann derselbe aufgrund von Folgebewegungen in der Formation nicht weiter verwendet werden. Er ist weiter empfindlich gegenüber von Änderungen in Temperatur und Druck, und es treten oft wesentliche Probleme während des Erzeugens einer vollständigen Dichtung auf. Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, dass die Installation des Packers kostspielig ist, da komplizierte Geräte fordernde Verfahren notwendig sind.
US-Anmeldung 4,137,970 bietet einen bekannten Packer mit einem Element, welcher mittels eines chemischen Anschwellverfahrens in einer Ausdehnung des Elements resultiert, wenn ein Kontakt mit Wasser hergestellt wird, welches in dem Bohrloch an dem Moment vorhanden ist, in welchem der Packer in das Bohrloch eingeführt wird. Das Packerelement wird im Bergbau angewendet, wo Wasser aus einer wasserhaltigen Schicht über einer tonhaltigen Schicht abgelassen werden soll. Die Abdichtung besteht aus einem sich ausdehnenden Packerelement. Während eines solchen Anschwellverfahrens wird sich das Packerelement anfänglich sehr schnell ausdehnen, bevor es sich langsamer ausdehnt. Dies ist in einem Ölbohrloch unpraktisch, da der Packer sich ausdehnen wird, bevor derselbe in seiner endgültigen Betriebsposition innerhalb des Bohrlochs positioniert werden kann. Dies bedeutet, dass der Packer sich innerhalb des Bohrlochs in einer falschen Position befinden kann, wenn derselbe für eine Anwendung angewendet werden soll, welche derjenigen der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, und dies kann dazu führen, dass das Komplettierungsgestänge nicht auf seine geplante endgültige Position eingeführt werden kann. Das Anwenden eines Mediums, welches in Wasser anschwellt, wird ein Ausdehnen des Wassers nach Kontakt mit allen regelmäßig angewendeten Komplettierungs- oder Bohrflüssigkeiten verursachen.
Aus US-Anmeldung 4,633,950 sind Polymerpartikel bekannt, welche in einem speziellen, wasserbasierten Fluid suspendiert sind, und welche während des Umlaufpumpens in eine tote Umlaufzone injiziert werden. Das Patent bezieht sich nicht auf ein Packerelement, sondern auf eine Dispersion, welche in ein poröses/gespaltenes Gestein einlaufen soll. Die Eigenschaften einer solche Dispersion bedeuten, dass dieselbe nicht in Position gehalten werden kann, um einen festen Plug in dem ringförmigen Raum des Bohrlochs zu formen. Außerdem werden sich die Partikel bei einem Kontakt mit Kohlenwasserstoff aufgrund des großen Oberflächenbereichs der kleinen Partikel rapide ausdehnen. Selbst geringe Verunreinigungen durch verbleibendes Öl in dem System werden daher in einer unerwünschten frühzeitigen Ausdehnung resultieren. Außerdem werden sich die Partikel in einem solchen System gar nicht ausdehnen, wenn dieselben keinen Kontakt mit Kohlenwasserstoff haben, bevor das Bohrloch zu fliessen beginnt. Dies kann dazu führen, dass das Polymer zusammen mit den produzierten Flüssigkeiten gefördert wird.
Die meisten Gummis weisen eine größere Absorptionsfähigkeit auf und schwellen schneller in einem aromatischen und/oder naphtenischen Kohlenwasserstoff als in einem aliphatischen Kohlenwasserstoff. Die meisten Gummis weisen auch in einer wasserbasierten Flüssigkeit eine wesentlich geringere Schwellung auf als in ölbasierten Flüssigkeiten.
Im allgemeinen weist die in Bohrschlammen angewendete Ölbasis einen größeren Anteil von aliphatischen Bestandteilen auf (80–100%) als die produzierten Kohlenwasserstoffe, welche normalerweise 35–80% aliphatische Bestandteile aufweisen. Dies bedeutet, dass die meisten Gummis sich in geförderten Kohlenwasserstoffen weitaus mehr und schneller ausdehnen werden als in Bohrschlammen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Komplettieren von Reservoirabschnitten mit Hilfe einer kompletten ringförmigen Dichtung zu ermöglichen, während die Erfindung gleichzeitig Variationen der Betriebsparameter und der geologischen Bedingungen erlaubt, ohne die Funktionalität der Erfindung zu ändern. Der Packer wird sich in Bohrschlamm oder Komplettierungsflüssigkeit weniger ausdehnen, wenn derselbe Packer in das Bohrloch eingeführt wird, als derselbe sich unter Aussetzung zu Kohlenwasserstoffen ausdehnen würde, welche aus der Formation gefördert werden.
Dies wird mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Abdichten eines ringförmigen Raums zwischen einer Bohrlochwand in einem produzierenden Bohrloch für Kohlenwasserstoff und einem Fördergestänge mit einem umlaufenden ringförmigen Packer erzielt, welcher ein ausdehnbares Element umfasst, welches hauptsächlich aus einem Gummimaterial besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass für das genannte Element ein Gummi verwendet wird, welches sich nach Absorbieren von Kohlenwasserstoffen ausdehnt, und dass der ringförmige Packer hauptsächlich durch Aussetzen des sich ausdehnenden Elements zu Kohlenwasserstoffen eingeführt wird, welche in das Produkt des Bohrlochs eingeschlossen sind.
Die Erfindung bietet weiter einen sich ausdehnenden ringförmigen Packer für die Anwendung mit dem Verfahren für das Abdichten des ringförmigen Raums, umfassend ein sich ausdehnendes Element, welches hauptsächlich aus einem Gummimaterial besteht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das sich ausdehnende Element so entworfen ist, dass sich dasselbe hauptsächlich nach Absorbieren von Kohlenwasserstoffen ausdehnt, die von der Untergrundformation produziert werden.
Weitere Eigenschaften der Erfindung werden in den Ansprüchen 3–10 beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Längsdurchschnitt durch einen Bereich eines fördernden Bohrlochs und illustriert die vorliegende Erfindung;
2 zeigt einen Längsdurchschnitt durch ein Fördergestänge mit einem ringförmigen Packer gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt einen Abschnitt entlang der Linie III-III in 2.
Die Erfindung wird hiernach nun eingehender beschrieben. Der permanente ringförmige Packer 2 für die Anwendung in Kohlenwasserstoff produzierenden Bohrlöchern, vorzugsweise Öl produzierenden Bohrlöchern, wird auf der Außenseite eines Rohrs 4 positioniert, und der genannte Packer dehnt sich aus, indem der Kern 12 nach Aussetzung zu und nach Absorbieren von Kohlenwasserstoff anschwellt. Der Packer dichtet daher den ringförmigen Raum 5 gegen die Bohrlochwand 6 ab. Das fördernde Bohrloch kann aus einem offenen Bohrloch oder aus einem Bohrloch mit einer Verrohrung bestehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Fördergestänge 4 in ein offenes Loch eingeführt wird, oder dass das Fördergestänge 4 in eine Verrohrung (nicht dargestellt) eingeführt wird. Der ringförmige Raum 5 besteht daher jeweils aus der externen Oberfläche des Fördergestänges 4 und der Bohrlochwand, oder der externen Oberfläche des Fördergestänges 4 und der internen Oberfläche der Verrohrung.
Ein Ölstrom 1 fließt an einem Packerelement 2 vorbei, bevor das Packerelement sich in Richtung der Bohrlochwand 6 hin ausdehnt. Ein Sandsiebrohr 3 wird an einem Fördergestänge 4 befestigt. Ein Packerelement 2' dehnt sich aus und dichtet die Bohrlochwand 6 ab, so dass eine Bohrlochflüssigkeit 7 innerhalb des ringförmigen Raums 5 nicht an dem Packerelement vorbei fliessen kann.
Ein externer, schützender Mantel 10, welcher mit einer Verstärkung 11 ausgestattet ist, umgibt einen Kern 12, welcher wiederum elastisches Polymer umfasst, wobei die genannte Beschichtung wie eine durchlässige Membran funktioniert. Der externe Mantel 10 umfasst ein Gummi mit einem höheren Widerstand und einer niedrigeren Diffusionsrate gegenüber von Kohlenwasserstoff als der Kern 12. Das Packerelement, welches aus einem Mantel 10, einer Verstärkung 11, und einem Kern 12 bestehen kann, ist auf der Außenseite eines Rohrs 4 positioniert.
Der Packer 2 besteht aus einem Kern 12, welcher ein elastisches Polymer wie zum Beispiel EPDM-Gummi, Styrenbutadien, Naturgummi, Ethylenpropylenmonomergummi, Ethylenpropylendienmonomergummi, Ethylenvinylacetatgummi, hydrogenisiertes Acrylonitrilbutadiengummi, Acrylonitrilbutadiengummi, Isoprengummi, Chloroprengummi, oder Polynorbornen umfasst, wobei der genannte Kern nach Kontakt mit und nach Absorption von Kohlenwasserstoff anschwellt, so dass sich der Packer ausdehnt. Das Gummi des Kerns kann weiter andere Materiale umfassen, welche darin aufgelöst oder mechanisch mit demselben vermischt werden, wie zum Beispiel Fasern aus Zellulose, welche wie in US-Anmeldung 4,240,800 beschrieben verarbeitet werden. Weitere Optionen können Gummi in mechanischen Mischungen mit Polyvinylchlorid, Methylmethacrylat, Acrylonitril, Ethylacetate, oder andere Polymer beinhalten, welche sich nach Kontakt mit Öl ausdehnen.
Ein externer verstärkter Mantel 10 schützt den Kern gegen eine direkte Aussetzung zu Bohrschlamm und Kohlenwasserstoff. Zur gleichen Zeit erlaubt der Mantel 10 eine Migration von Kohlenwasserstoff in den Kern 12 sowohl wie ein Schwellen (und daher ein Ausdehnen) des Packers. Der externe verstärkte Mantel 10 umfasst Gummi, zum Beispiel Acrylonitril, hydrogenisiertes Nitril, Chloropren, Ethylenvinylacetatgummi, Silicon, Ethylenpropylendienmonomer, Butyl, chlorosulphoniertes Polyethylen, Polyurethan, ACM, BIMS, oder andere Gummitypen mit einer geringeren Ausdehnung oder einer langsameren Diffusion als diejenige des Kerns und einer Verstärkung 11, vorzugsweise einer Faserverstärkung, d.h. Kevlar, wobei die genannte Verstärkung den externen Mantel 10 verstärkt. Eine notwendige Eigenschaft des Gummis in dem Mantel 10 besteht daraus, dass es in Bohrschlamm anschwellt, und zwar langsamer als der Kern 12. Mit einem „höheren Widerstand gegenüber von Kohlenwasserstoff" ist hier gemeint, dass das Gummi nur zu einem geringen Grad anschwellt, wenn dasselbe Kohlenwasserstoffen ausgesetzt wird.
Mehrere elastische Polymer verfügen über eine beachtliche Absorption von Kohlenwasserstoff ohne eine Absorption von Wasser, und die Polymer der vorliegenden Erfindung sind hauptsächlich hydrophobisch. Durch Eintauchen in ein kohlenwasserstoffhaltiges Medium ziehen Kohlenwasserstoffe in und durch den externen Mantel 10 und weiter in den Kern 12 ein, welcher nach Absorption derselben anschwellt.
Die vorliegende Erfindung bietet mehrere Vorteile im Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik. Der Packer stellt sich ununterbrochen auf Variationen in der Bewegung der Formation oder Auswaschungen des Bohrlochs ein, was bedeutet, dass ein besseres Verschliessen/Abdichten zwischen den Reservoirabschnitten erzielt werden kann, und unerwünschte Bohrlochflüssigkeiten nicht an dem Packerelement vorbei und in den ringförmigen Raum hinein fliessen können. Es ist nicht notwendig, Bohrlochverfahren für das Einführen des Packers durchzuführen, was wiederum in Kosteneinsparungen im Vergleich mit aktuellen Verfahren für die Installation resultiert. Der Packer beinhaltet keine beweglichen Teile und ist daher ein einfaches und verläßliches Gerät. Der Packer dehnt sich schneller und mehr in einem gleichtemperaturigen geförderten Kohlenwasserstoff aus als in einem wasserbasierten oder ölbasierten Bohrschlamm oder einer Komplettierungsflüssigkeit, und wird sich daher weniger ausdehnen, wenn der Packer in Bohrschlamm eingetaucht wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kern 12 von einem externen Mantel aus Gummi, d.h. einem Nitril umgeben, welches nicht verstärkt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kern 12 von einem äußeren Gewebe umgeben, welches die Verstärkung repräsentieren kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kern 12 von einem externen Mantel aus Gummi umgeben, d.h. einem Nitril, wobei der genannte Mantel selber keine Kohlenwasserstoffe penetrieren lässt, obwohl ein kleiner Teil 11 des Kerns 12 den Kohlenwasserstoffen durch Öffnungen in der Außenbeschichtung direkt ausgesetzt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kern 12 nicht von einem externen Mantel umgeben, sondern ist den Kohlenwasserstoffen direkt ausgesetzt. Gemäß dieses Aspektes weist der Kern 12 eine Zusammensetzung auf, welche ein elastisches Polymer mit ausreichenden Eigenschaften für das Erfüllen der gewünschten Funktionen des Packers umfasst.

Claims

Ein Verfahren für das Abdichten eines ringförmigen Raums (5) zwischen einer Bohrlochwand (6) in einem Kohlenwasserstoff fördernden Bohrloch und einem Fördergestänge (4), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ringförmiger Packer (2) auf der Außenseite des Fördergestänges (4) angewendet wird, wobei der Packer (2) ein erstes Elastomer (12) umfasst, welches für das Anschwellen adaptiert ist, wenn es Kohlenwasserstoffen ausgesetzt wird, und wobei der Packer (2) ein extern zu dem ersten Elastomer (12) positioniertes zweites Elastomer (10) mit der Eigenschaft umfasst, Kohlenwasserstoff durch dasselbe hindurch diffusieren zu lassen und eine geringere Diffusionsrate als das erste Elastomer (12) aufweist, wenn dasselbe Kohlenwasserstoff ausgesetzt wird, und durch das Einführen des Fördergestänges (4) in das Bohrloch; und das Erlauben des Eintretens von Kohlenwasserstoff in das Bohrloch.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomer (10) für das Anschwellen adaptiert ist, wenn dasselbe Kohlenwasserstoff ausgesetzt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkung (11) zwischen dem ersten Elastomer (12) und dem zweiten Elastomer (10) an dem Packer positioniert ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (11) einen Filter umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomer (10) wenigstens eins von Acrylonitril, Nitril, hydrogenisiertem Nitril, Chloropren, Ethylenvinylacetat, Silicon, Ethylenpropylendienmonomer, Butyl, chlorosulphoniertem Polyethylen, Polyurethan, ACM, und BIMS umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elastomer (12) wenigstens eins von EPDM, Styrenbutadiengummi, Naturgummi, Ethylenpropylenmonomergummi, Ethylenvinylacetatgummi, hydrogenisiertem Acrylonitrilbutadiengummi, Acrylonitrilbutadiengummi, Isoprengummi, Chloroprengummi, und Polynorbornen umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elastomer (12) wenigstens eine der verarbeiteten Fasern von Zellulose, der verarbeiteten Fasern von Gummi, oder der verarbeiteten und mechanisch mit dem Polymer gemischten Fasern umfasst, welche nach Kontakt mit Öl ausdehnbar sind, wobei die Polymer wenigstens eins von Polyvinylchlorid, Methylmethacrylat, Acrylonitril, und Ethylacetat umfassen.
Ein Packer (2) für das Abdichten eines ringförmigen Raums (5) zwischen einer Bohrlochwand (6) in einem Kohlenwasserstoff fördernden Bohrloch und einem Fördergestänge (4), umfassend ein erstes Elastomer (12), welches für das Anschwellen adaptiert ist, wenn dasselbe Kohlenwasserstoff ausgesetzt wird, wobei das erste Elastomer (12) allgemein in der Form eines ringförmigen Zylinders geformt ist, welcher auf die externe Oberfläche des Fördergestänges (4) aufgetragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Elastomer (10) im Wesentlichen auf die gesamte externe Oberfläche des ersten Elastomers (12) aufgetragen wird, und dass das zweite Elastomer (10) die Eigenschaft aufweist, Kohlenwasserstoff durch dasselbe hindurch diffusieren zu lassen und eine geringere Diffusionsrate als das erste Elastomer (12) aufweist, wenn dasselbe Kohlenwasserstoff ausgesetzt wird.
Ein Packer (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomer (12) aufschwellbar ist.
Ein Packer (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Packer (2) weiter eine Verstärkung (11) umfasst, welche zwischen dem ersten Elastomer (12) und dem zweiten Elastomer (10) positioniert ist.
Ein Packer (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (11) Fasern umfasst.
Ein Packer (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elastomer (10) wenigstens eins von Acrylonitril, Nitril, hydrogenisiertem Nitril, Chloropropen, Ethylenvinylacetat, Silicon, Ethylenpropylendienmonomer, Butyl, chlorosulphoniertem Polyethylen, Polyurethan, ACM, und BIMS umfasst.
Ein Packer (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elastomer (12) wenigstens eins von EPDM, Styrenbutadiengummi, Naturgummi, Ethylenpropylenmonomergummi, Ethylenvinylacetatgummi, hydrogenisiertem Acrylnitrilbutadiengummi, Acrylonitrilbutadiengummi, Isoprengummi, Chloroprengummi, und Polynorbornen umfasst.
Ein Packer (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elastomer (12) wenigstens eins von den verarbeiteten Fasern von Zellulose, den verarbeiteten Fasern von Gummi, oder verarbeiteten und mechanisch mit dem Polymer vermischten Fasern umfasst, welche nach Kontakt mit Öl ausdehnbar sind, wobei die Polymer wenigstens eins von Polyvinylchlorid, Methylmethacrylat, Acrylonitril, und Ethylacetat umfassen.