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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Entfernen
von Bohrschnittstücken
aus einem gekrümmten
Bohrloch während
eines Bohrverfahrens.
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Rotierbohrverfahren,
welche Bohrgeräte
mit einer Bohrkrone und einer Schwerstange verwenden, werden seit
langer Zeit für
das Bohren von Bohrlöchern
in Untergrundformationen angewendet. Bohrflüssigkeiten oder -schlamme werden
gewöhnlich
während
eines solchen Bohrens in dem Bohrloch zirkuliert, und dienen einer
Reihe von Funktionen einschließlich
dem Kühlen
und Schmieren der Bohrgeräte,
dem Ausbalancieren des angetroffenen Untergrundformationsdrucks,
und dem Entfernen von Bohrschnittstücken der Formation aus dem
Bohrloch. Während
des Entfernens der Bohrschnittstücke
suspendieren Bohrschlamme die Schnittstücke und tragen dieselben an
die Erdoberfläche,
um sie aus dem Bohrloch zu entfernen.
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Das
Bohren von gekrümmten
und horizontalen Bohrlöchern
hat sich innerhalb der Öl-
und Gasindustrie mit der Zeit immer mehr verbreitet. Während des
Bohrens solcher Bohrlöcher
verursacht Schwerkraft ein Ablagern von Schnittstücken, und
besonders von feinen oder kleineren Schnittstücken, welche sich entlang der
unteren Seite oder des Bodens des Bohrlochs ablagern. Solche Ablagerungen
werden gewöhnlich „Schnittstückbetten" genannt. Der hierin
angewendete Ausdruck „gekrümmt" mit Bezug auf Bohrlöcher soll
so verstanden werden, dass derselbe beliebige Bohrlöcher einschließt, welche
unter einem Krümmungswinkel,
d.h. nicht vertikal gebohrt werden, und in welchen Schnittstücke dazu
neigen, während
des Bohrverfahrens Betten zu formen. „Gekrümmte" Bohrlöcher sollten als solche verstanden werden,
welche ohne Einschränkung „angewinkelte", „hoch angewinkelte", „ovale", „exzentrische", „direktionale", und „horizontale" Bohrlöcher einschließen, da diese
Ausdrücke
in der Öl-
und Gasindustrie gewöhnlich
angewendet werden. Die Ausdrücke „Loch", „Bohrloch", und „gebohrtes
Loch" sind synonym, wenn
dies nicht anders angedeutet ist.
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Das
Reinigen eines gekrümmten
Bohrlochs (d.h. das Entfernen von Bohrschnittstücken aus demselben), besonders
wenn dies unter einem großen Winkel
gebohrt wird, kann schwierig sein. Eine begrenzte Pumprate, die
Exzentrizität
der Schwerstange, rapide Ablagerungsraten, hohe Tieflochtemperaturen,
und oval geformte Bohrlöcher
können
alle zu einer unzureichenden Bohrlochreinigung beitragen. Eine unzureichende
Bohrlochreinigung kann wiederum zu einem Aufbau von Schnittstückbetten
in dem Bohrloch führen,
da der oft angewendete Bohrschlamm diese Schnittstücke manchmal
nicht aus solchen Schnittstückbetten
entfernen kann, wenn derselbe durch das Bohrloch hindurch zirkuliert.
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Ein
Aufbau von Schnittstückbetten
kann zu unerwünschter
Reibung, und möglicherweise
zu einem Festsetzen der Schwerstange führen, und ist besonders während des
Bohrens auf erweitertem Abstand und in Bohrlöchern ein Problem, in welchen Bohrschlamme
des invertierten Emulsionstyps verwendet werden.
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Bohrlochbehandlungen
oder das Zirkulieren von Flüssigkeiten,
die speziell für
das Entfernen dieser Schnittstückbetten
formuliert wurden, sind periodisch erforderlich, um einen Aufbau
zu einem solchen Grad zu verhindern, dass die Schnittstücke oder
Kornfraktionen die Bohrgeräte
stören
oder das Bohrverfahren auf sonstige Weise hindern. Zwei oft angewendete
Flüssigkeitstypen,
welche mit begrenztem Erfolg angewendet werden können, sind hoch viskose Flüssigkeiten
mit einer größeren Viskosität als die
der für
das Bohrverfahren angewendeten Bohrschlamme, und wenig viskose Flüssigkeiten
mit einer geringeren Viskosität
als die der für
das Bohrverfahren angewendeten Bohrschlamme. Gewöhnlich muss das Bohrverfahren
angehalten werden, während
solche Behandlungsflüssigkeiten
durch das Bohrloch geschwemmt werden, um Kornfraktionen zu entfernen.
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Alternativ
oder zusätzlich
wurden spezielle viskosifizierende Bohrschlammadditive vorgeschlagen,
um die Fähigkeit
des Bohrschlamms, Schnittstücke
zu transportieren zu fördern,
aber solche Additive verzögern
im besten Fall lediglich den Aufbau von Schnittstückbetten,
und können
sich als problematisch erweisen, wenn sie die Dichte des Bohrschlamms ändern.
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Ein
mechanisches Verfahren für
das Entfernen von Schnittstückbetten
kann auch angewendet werden, wobei die Schwerstange innerhalb des Bohrlochs
zurück
gezogen wird, und die Bohrkrone durch den horizontalen oder gekrümmten Abschnitt des
Bohrlochs zieht. Dieses Ziehen der Bohrkrone wirbelt die Schnittstücke innerhalb
des Schnittstückbetts
auf, um es dem Bohrschlamm zu ermöglichen, die Schnittstücke besser
durch das Bohrloch nach oben zu transportieren. Ein solches Ziehen
der Bohrkrone kann jedoch die Schneidefläche derselben beschädigen, und
ein Ziehen der Bohrkrone während des
Rotierens räumt
das Bohrloch weiter. Auch sind solche „Wischverfahren" besonders zeitraubend, was
die Bohrkosten für
das Bohrloch steigert und die letztendliche Komplettierung desselben
verzögert.
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Ein
alternatives mechanisches Verfahren für das Entfernen von Schnittstückbetten
wurden vorgeschlagen, welches das Bohren mit Spulenrohranordnungen
und das Injizieren von Flüssigkeit
in das Bohrloch durch diese Anordnungen mit einer Fließrate verwendet,
welche die für
das Bohren angewendete Fließrate übersteigt;
dies wird in US-Anmeldung 5,984,011 vom 16. November 1999 an John
G Misselbrook und Graham B Wilde beschrieben. Dieses Verfahren fordert
jedoch spezielle Geräte
und setzt weiter voraus, dass das Bohren während der Behandlung angehalten
wird, was in Verzögerungen und
gesteigerten Bohrkosten resultiert.
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US 3,766,997 beschreibt
ein System für
das Kontrollieren der Konzentration von ausgebohrten Feststoffen
in einem gewichteten Bohrschlamm.
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Wir
haben nun ein verbessertes Verfahren und ein Material für das Entfernen
von Ablagerungen von Kornfraktionen und kleineren Schnittstücken oder
Schnittstückbetten
von der Unterseite eines gekrümmten
Bohrlochs erfunden, wobei dieses Verfahren durchgeführt werden
kann, ohne das Bohrverfahren zu stoppen.
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Gemäß eines
Aspekts bietet die Erfindung ein Verfahren für das Entfernen von Schnittstücken, welche
sich in einem gekrümmten
Bohrloch abgelagert haben, während
eines Bohrverfahrens für
das Bohren des genannten Bohrlochs in einer Untergrundformation,
wobei das Verfahren das Injizieren einer Flüssigkeit in das Bohrloch umfasst,
und die genannte Flüssigkeit
ein gewichtetes Material umfasst, welches gemahlen und gesiebt wurde;
das Zirkulieren der genannten Flüssigkeit
durch das Bohrloch, so dass die genannten Schnittstücke an die
Oberfläche des
Bohrlochs geschwemmt werden; und das Entfernen des genannten gewichteten
Materials aus der genannten Flüssigkeit,
wobei das genannte gewichtete Material nach dem Sieben aus solchen
Partikeln besteht, dass 95% (+/–5%)
durch ein Sieb der Größe 30 (0,600
mm) passen, und 95% (+/–5%)
der Partikel von einem Sieb der Größe 100 (0,150 mm) zurück gehalten
werden, so dass das genannte gewichtete Material ausreichend groß ist, um
ausgesiebt werden zu können,
und ausreichend klein ist, in der Flüssigkeit suspendiert werden
zu können,
und für
die Pumpenausrüstung
für das
Pumpen der genannten Flüssigkeit
während
des genannten Bohrverfahrens harmlos ist.
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Die
Erfindung umfasst weiter ein Reinigungsmaterial für ein gekrümmtes Bohrloch,
welches Bariumsulfat umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass
das Reinigungsmaterial auf einen Bereich von ungefähr –95% (+/–5%) der
Siebgröße 30 (0,600 mm)
bis ungefähr
+95% (+/–5%)
der Siebgröße 100 (0,150
mm) gemahlen und gesiebt wurde, so dass das genannte gewichtete
Material ausreichend groß ist,
um Schnittstückbetten
aufbrechen zu können
und aus dem Bohrschlamm ausgesiebt werden zu können, aber ausreichend klein
ist, um in Bohrschlamm suspendiert werden zu können, und für die Bohrgeräte harmlos
ist.
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Das
Material und das Verfahren der Erfindung sind besonders geeignet
für das
Entfernen von kleinen Schnittstücken
aus einem Bohrloch, welche dazu neigen, sich abzulagern und Schnittstückbetten zu
formen. Das gewichtete (oder "Reinigungs-") Material ist vorzugsweise
Bariumsulfat, und es wurde auf eine bestimmte Mahlgröße gemahlen
und gesiebt, welche ausreichend klein ist, um in dem Bohrschlamm
suspendiert werden zu können,
und für
die Flüssigkeitspumpausrüstung allgemein
harmlos ist, aber ausreichend groß ist, um aus dem Bohrschlamm
ausgesiebt werden zu können,
vorzugsweise mittels des Hauptschieferschüttlers für das Bohrverfahren.
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Bei
dem Verfahren der Erfindung wird das Reinigungsmaterial der Erfindung
entweder direkt oder in einer Trägerflüssigkeit
zu dem Bohrschlamm hinzugefügt,
welche mit dem genannten Bohrschlamm kompatibel ist. Das Reinigungsmaterial wird
in dem Bohrloch zirkuliert, wo es Schnittstücke löst, suspendiert, oder an die
Oberfläche
des Bohrlochs schiebt, besonders Kornfraktionen und kleinere Schnittstücke, welche
sich auf der Unterseite des Bohrlochs oder in Schnittstückbetten
abgelagert haben. Das Reinigungsmaterial wird dann aus dem Bohrschlamm
entfernt, vorzugsweise durch Sieben oder Aussieben, so dass der
Bohrschlamm ohne eine wesentliche Änderung der Dichte desselben
in das Bohrloch zurück
befördert
werden kann.
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Das
Verfahren und die Zusammensetzung dieser Erfindung fördern das
Bereinigen von Kornfraktionen und kleinen Bohrschnittstücken oder Schnittstückbetten
für das
Entfernen derselben aus gekrümmten
Bohrlöchern,
und besonders von dem Boden oder der Unterseite solcher Bohrlöcher. Die Erfindung
ermöglicht
weiter ein wirkungsvolleres Reinigen des Bohrlochs während des
Bohrens, als es mit herkömmlichen
Spezialbehandlungen möglich ist,
und ermöglicht
das Durchführen
einer solchen Reinigung, ohne das Bohrverfahren zu stoppen.
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Die
Zusammensetzung der Erfindung umfasst ein gewichtetes Material für die Anwendung
als ein Reinigungsmaterial, wie zum Beispiel – und vorzugsweise – Bariumsulfat,
welches auf einen Größenbereich
gemahlen und gesiebt wurde, welcher ausreichend klein ist, um in
Bohrschlamm suspendiert werden zu können, und für die Pumpenausrüstung für den Bohrschlamm
allgemein harmlos ist, aber groß genug
ist, um vorzugsweise durch den Hauptschieferschüttler für das Bohrverfahren ausgesiebt
werden zu können.
Die Particle Size Distribution (Partikelgrößenverteilung – PSD) des
gewichteten Materials für
die Anwendung als ein Reinigungsmaterial, oder für das Schwemmen von Bohrschnittstücken aus
einem gekrümmten
oder einem horizontalen Bohrloch heraus beträgt ungefähr 95% (+/–5%), wobei diese durch ein Sieb
der Größe 30 (0,600
mm) hindurch gesiebt werden können,
bis ungefähr
95% (+/–5%)
Zurückhaltung,
wenn diese durch ein Sieb der Größe 100 (0,150
mm) hindurch gesiebt werden. Andere Materiale können zusätzlich zu oder anstelle von
Bariumsulfat als Reinigungsmaterial der vorliegenden Erfindung angewendet
werden, solange diese Materiale auf eine bestimmte Größe gemahlen und
gesiebt werden können,
und diese Größe unter Bohrlochbohrbedingungen
aufrecht erhalten können, besonders
bei schnellen Rotiergeschwindigkeiten. Auch sollte das Reinigungsmaterial
für diese
Erfindung vorzugsweise inert sein, oder sollte sich vorzugsweise
innerhalb des Bohrschlamms nicht wesentlich auflösen oder die rheologischen
Eigenschaften des Bohrschlamms anderweitig ändern oder die Untergrundformation
durch Kontakt mit derselben innerhalb des Bohrlochs beschädigen. Es
ist kritisch, dass die Particle Size Distribution (PSD) des Reinigungsmaterials
aufrecht erhalten wird um sicherzustellen, dass das Reinigungsmaterial
mit dem Bohrschlamm durch das Bohrloch gepumpt werden kann, vorzugsweise
mit einer gesteigerten Dichte von ungefähr einem bis eineinhalb Pfund
pro Gallone, und dann ausgesiebt werden kann um sicherzustellen, dass
der zurück
geführte
Bohrschlamm wenigstens im Wesentlichen oder effektiv auf seine ursprüngliche Dichte
zurück
gebracht werden kann.
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Die
Erfindung ist geeignet für
die Anwendung in Bohrlöchern,
für welche
entweder Wasser, Öl,
oder Bohrschlamme auf synthetischer Basis angewendet werden. Die
Zusammensetzung der Erfindung sollte ein Material umfassen, welches
mit den genannten Bohrschlammen kompatibel ist.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung
der Erfindung direkt zu dem für
das Bohrverfahren oder die Zusammensetzung der Erfindung ausgewählten Bohrschlamm
hinzugefügt
werden, oder sie kann zu einer anderen Flüssigkeit mit ausreichend hoher
Viskosität,
Dichte, und Volumen für
das Suspendieren oder Tragen der Zusammensetzung in das Bohrloch
hinein hinzugefügt
werden. Wenn eine solche Trägerflüssigkeit
angewendet wird, sollte dieselbe mit dem Bohrschlamm kompatibel
sein und die Eigenschaften des Bohrschlamms nicht ändern.
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The
Menge der erfindungsgemäßen Zusammensetzung,
welche direkt oder indirekt zu dem Bohrschlamm hinzugefügt wird,
sollte eine Menge sein, welche mehr wiegt als das existierende Bohrschlammsystem
für ein
ausreichend großes
Volumen, um einen bestimmten Abschnitt des Bohrlochs abzudecken,
während
sie dem Bohrschlamm erlaubt, weiter ähnliche rheologische Eigenschaften
aufzuweisen als vor dem Hinzufügen
der Zusammensetzung. Wenn zum Beispiel Bariumsulfat als die Zusammensetzung
angewendet wird, wird eine bevorzugte Menge ungefähr 1½ bis 4
Pfund pro Gallone Flüssigkeit
betragen, vorzugsweise ungefähr
300 bis ungefähr
400 ringförmige
Fuß des
Bohrlochs.
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Nach
dem Hinzufügen
der Zusammensetzung der Erfindung zu dem Bohrschlamm wird der Schlamm
innerhalb des Bohrlochs zirkuliert und kann dasselbe „Reinigen", die Kornfraktionen
lösen,
aufnehmen, suspendieren, verschieben, oder anderweitig entfernen,
kleine Schnittstücke
und/oder Schnittstückbetten
aus dem Bohrloch entfernen, und dieselben an die Bohrlochoberfläche zu befördern. Die
Zusammensetzung der Erfindung und die Schnittstücke werden dann aus dem Bohrschlamm
entfernt, so dass eine wesentliche Änderung der Dichte des Bohrschlamms
verhindert werden kann. Die Zusammensetzung der Erfindung wird vorzugsweise
durch Sieben oder Aussieben aus dem Bohrschlamm entfernt, was vorzugsweise
mittels des Hauptschieferschüttlers
des Bohrverfahrens erzielt wird. Der Bohrschlamm wird dann in den
Umlaufkreis zurück
in das Bohrloch geführt,
und die Zusammensetzung der Erfindung kann wieder angewendet werden,
um Schnittstückbetten
gemäß des Verfahrens
der Erfindung zu entfernen.
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Ein
solches „Reinigen" des Bohrlochs kann wenn
erwünscht
oder erforderlich sofort wiederholt werden. Wenn die während der
ersten Reinigung entfernten Bohrschnittstücke zum Beispiel ausreichend auffallend
sind und den Verdacht erwecken, dass ein Aufbau von Schnittstücken in
wenigstens einem Abschnitt des Bohrlochs vorhanden ist, kann eine
sofort darauffolgende wiederholte Reinigung wünschenswert sein. Alternativ
oder zusätzlich
können
während des
Bohrens des Bohrlochs periodisch wiederholte Reinigungen durchgeführt werden.
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Vorzugsweise
wird die Zusammensetzung der Erfindung für eine solche „Reinigungsbehandlung" zu dem Bohrloch
hinzugefügt,
wenn sich in dem Bohrloch Bohrschnittstücke oder Kornfraktionen oder Schnittstückbetten
angesammelt haben, welche mit Hilfe des Zirkulierens von Bohrschlamm
innerhalb des Bohrlochs während
des Bohrverfahrens nicht leicht entfernt werden können. Eine
solche Ablagerung tritt in gekrümmten
Bohrlöchern
unweigerlich auf, und das Verfahren der Erfindung ist für sehr gekrümmte oder
horizontale Bohrlöcher,
wo Kornfraktionen dazu neigen, sich während des Bohrens des Bohrlochs
an der Unterseite des Bohrlochs abzulagern, besonders geeignet.
Solche Kornfraktionen können
typisch einen Größenbereich
von 2 bis ungefähr
35 Mikron aufweisen.
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Wenn
ein besonders gekrümmtes
Bohrloch gebohrt wird, wie zum Beispiel ein Bohrloch mit einem Winkel
von mehr als ungefähr
40 Grad im Verhältnis
zur Vertikalen, wird das Verfahren der Erfindung vorzugsweise ungefähr alle
100 bis ungefähr alle
200 Fuß während des
Bohrens angewendet. In gekrümmten
Bohrlöchern,
welche Winkel von weniger als ungefähr 40 Grad aufweisen, können Reinigungen
mit der Zusammensetzung der Erfindung oder Anwendungen des Verfahrens
der Erfindung möglicherweise
nur ungefähr
alle 300 bis ungefähr alle
400 gebohrte Fuß erforderlich
sein. Die Pumprate und die rheologischen Eigenschaften des Bohrschlamms
können
auch eingestellt werden, um die Transportcharakteristiken der Flüssigkeit
zu maximieren, und die Leistung der Zusammensetzung und des Verfahrens
der Erfindung zu verbessern. Das Verfahren der Erfindung kann angewendet
werden, ohne das Bohrverfahren zu stoppen.
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Die
hierin aufgeführten
Siebgrößen sind US-Standardgrößen.