DE60209038T2

DE60209038T2 - Zugangsbohrloch mit schrägbohrlöchern und verfahren

Info

Publication number: DE60209038T2
Application number: DE60209038T
Authority: DE
Inventors: A. Joseph Pineville ZUPANICK
Original assignee: CDX Gas LLC
Current assignee: CDX Gas LLC
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: PL368681A1; US7048049B2; US20090084534A1; RU2004116349A; ZA200403036B; CN101016836A; PL200885B1; EP1440220B8; CA2464105A1; MXPA04004029A; UA77027C2; US20050161216A1; RU2315847C2; DE60209038D1; US20040154802A1; EP1440220A1; ATE317053T1; EP1440220B1; WO2003038233A1; US8376039B2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zur Gewinnung unterirdischer Rohstoffvorkommen und genauer ein Schrägschachtstollensystem und -Verfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Unterirdische Kohleablagerungen enthalten beachtliche Mengen an mitgeführtem Methangas. Es ist für viele Jahre zu einer eingeschränkten Förderung und Verwendung von Methangas aus Kohleablagerungen gekommen. Beachtliche Hindernisse haben jedoch umfangreichere Entwicklungen und Verwendung der Methangasvorkommen in Kohleflözen vereitelt. Das erste Problem bei der Förderung von Methangas aus Kohleflözen beruht darauf, dass die Kohleflöze, obwohl sich Kohleflöze über große Flächen von bis zu einigen tausend Acren erstrecken können, recht flach hinsichtlich der Tiefe sind, wobei dies zwischen einigen Zoll bis zu mehreren Metern variiert. Somit, obwohl die Kohleflöze oft relativ nahe an der Oberfläche liegen, können vertikale Schächte, die in die Kohlevorkommen für den Erhalt des Methangases gebohrt werden, lediglich einen recht kleinen Radius um das Kohlevorkommen entleeren (entwässern). Des Weiteren sind Kohlevorkommen nicht der Druckfrakturierung und anderen Verfahren zugänglich, die oft zur Steigerung der Methangasförderung aus Gesteinsformationen verwendet werden. Im Ergebnis ist die weitere Förderung, sobald das Gas, das leicht aus einer vertikalen Schachtbohrung in einem Kohleflöz abgelaufen ist, gefördert ist, hinsichtlich des Volumens beschränkt. Zusätzlich stehen Kohleflöze oft in Verbindung mit unterirdischem Wasser, das aus dem Kohleflöz ablaufen muss, um Methan zu fördern.
Horizontale Bohrstrukturen sind mit der Absicht ausprobiert worden, die Menge der Kohleflöze, die einer Bohrung für die Gasförderung ausgesetzt sind, auszudehnen. Solche horizontalen Bohrungstechniken erfordern jedoch die Verwendung einer abgerundeten Schachtbohrung, die dahingehend Schwierigkeiten aufwirft, dass das mitgeführte Wasser aus dem Kohleflöz zu entfernen ist. Das meist effiziente Verfahren zum Pumpen von Wasser aus einem unterirdischen Schacht, eine Sauggestängepumpe, funktioniert nicht gut in horizontalen oder abgerundeten Bohrungen.
Aufgrund dieser Schwierigkeiten bei der an die Oberfläche Förderung von Methangas aus Kohlevorkommen, welches vor dem Abbau aus dem Kohleflöz entfernt werden muss, sind unterirdische Verfahren entwickelt worden. Während die Verwendung unterirdischer Verfahren die leichte Entfernung von Wasser aus einem Kohleflöz gestattet und unausgewogene Bohrzustände eliminiert, können diese lediglich den Zugang zu einer eingeschränkten Menge der Kohleflöze, die durch laufende Abbauarbeiten freigelegt werden, bereitstellen. Wenn zum Beispiel der Langfrontabbau praktiziert wird, werden unterirdische Bohrgestänge verwendet, um horizontale Löcher von einem Feld, das gerade abgebaut wird, in ein benachbartes Feld, das später abgebaut wird, gebohrt. Die Beschränkungen der unterirdischen Bohrgestänge limitiert die Reichweite solcher horizontalen Löcher und limitiert somit die Fläche, die auf effektive Weise entwässert bzw. entleert werden kann. Des Weiteren beschränkt die Entgasung eines nächsten Feldes während des Abbaus eines laufenden Feldes die Zeit für die Entgasung. Folglich müssen viele horizontale Bohrungen vorgenommen werden, um das Gas in einem limitierten Zeitabschnitt zu entfernen. Des Weiteren muss unter Zuständen, bei denen ein hoher Gasgehalt vorliegt oder es zu Migration von Gas durch einen Kohleflöz kommt, der Abbau unterbrochen oder verschoben werden, bis ein nächstes Fels auf ausreichende Weise entgast werden kann. Diese Förderungsverzögerungen tragen zu den Aufwendungen bei, die mit der Entgasung eines Kohleflöz verbunden sind.
"Petrole Et Techniques, Association Francaise Des Techniciens Du Petrole" Nr. 418 offenbart ein Verfahren zur Bohrung mehrerer Schächte von einer Hauptschachtbohrung unter Verwendung eines Ablenkkeils und eines Packers, um Kohlenwasserstoffe zu fördern.
Die US-Patentanmeldung mit der Nr. 2001/015574 offenbart einen abgeknickten Schacht mit einer Entwässerungsstruktur, die einen horizontalen Hohlschacht schneidet.
Das US-Patent mit der Nr. 6 280 000 offenbart das Bohren einer vertikalen Schachtbohrung mit einem vergrößerten Hohlraum und das Bohren einer versetzten Schachtbohrung durch den Hohlraum, um im Wesentlichen horizontale Entwässerungsschachtbohrungen zu bohren.
Die UK-Patentanmeldung mit der Nr. 2 347 157 A offenbart das Einspritzen von Dampf in eine Anzahl lateraler Abschnitte einer Bitumen-haltigen Formation, um die Förderung von Bitumen zu erleichtern.
Die internationale Patentanmeldung mit der Nr. 9960248A offenbart eine verzweigte Schachbohrung für die Ortungsausstattung, um die Untertageförderung zu erleichtern und für die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen.
"Oil and Gas Journal", Pennwell Veröffentlichung, Band 96, Nr. 11, offenbart ein System zur Verbindung einer ersten Schachtbohrung mit einer zweiten Schachtbohrung mit Zugang zu einem Reservoir, um die Verbindung der zwei Schächte durch überirdische Rohrleitungen zu vermeiden.
Das US-Patent mit der Nr. 3 934 649 offenbart ein Verfahren zur Bildung multilateraler Schächte in einem Schwerölgürtel.
"Petroleum Engineer International" Hart Publications, Band 73. Nr. 6, offenbart ein Verfahren zur Vorbereitung eines Kohleflözes für den Abbau durch Bohren eines Bohrlochs in ein Kohleflöz und Frakturierung des Kohleflözes, um das Entfernen von Methangas zu erleichtern.
"World Oil", Gulf Publishing Co., Band 217, Nr. 6, offenbart ein System, das multiple Querabzweigungen von einer vertikalen Schachtbohrung beinhaltet und welches die Mischherstellung aus primären und sekundären Formationen gestattet.
Das US-Patent mit der Nr. 5 447 415 offenbart das Bohren eines horizontalen Entwässerungslochs und das Einbringen einer Pump mit zwei Saugeinlasslöchern, um ein Ausfluss zu erzeugen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schrägschachtstollensystem und Verfahren für den Zugang zu einer unterirdischen Formation von der Oberfläche bereit, die die Nachteile und Probleme, die mit vorherigen Systemen und Verfahren verbunden sind, beachtlich eliminiert oder reduziert.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen insbesondere ein Schrägschachtstollensystem und -Verfahren für die effiziente Förderung und Entfernung von mitgeführtem Methangas und Wasser aus einem Kohleflöz bereit, ohne dass eine unnötige Verwendung von abgerundeten oder abgeknickten Schachtbohrungen oder die Verwendung eines großen Oberflächenbereichs, in dem Bohrvorgänge vorzunehmen sind, notwendig sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein System für den Zugang von der Oberfläche zu einer unterirdischen Formation eine Stollenschachtbohrung, die sich von der Oberfläche erstreckt, zwei oder mehrere Schrägschachtbohrungen, die sich von der Stollenschachtbohrung zur unterirdischen Formation erstrecken und eine im Wesentlichen horizontale Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur, die sich von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen in die unterirdische Formation erstreckt, wobei das System durch ein Rattenloch, das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen verbunden ist und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur erstreckt, gekennzeichnet ist, wobei das Rattenloch so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation durch die im Wesentlichen horizontale Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur abgeleitet werden und im Rattenloch aufgefangen werden, um die Entfernung der Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation zu erleichtern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für den Zugang von der Oberfläche zu einer unterirdischen Formation die Schaffung einer Stollenschachtbohrung von der Oberfläche , die Schaffung von zwei oder mehreren Schrägschachtbohrungen aus der Stollenschachtbohrung zur unterirdischen Formation und die Schaffung einer im Wesentlichen horizontalen Drainage- und Entwässerungsstruktur ausgehend von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen in die unterirdische Formation, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Rattenloch geschaffen wird, das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen in Verbindung steht und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Drainage- bzw. Entwässerungsstruktur erstreckt, wobei das Rattenloch so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation durch die im Wesentlichen horizontale Drainage- bzw. Entwässerungsstruktur abgeleitet werden und im Rattenloch aufgefangen werden, um die Entfernung der Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation zu erleichtern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für die Ausrichtung von Schachtbohrungen die Schaffung einer Stollenschachtbohrung von der Oberfläche und das Einführen eines Führungsrohrbündels in die Stollenschachtbohrung. Das Führungsrohrbündel beinhaltet mehrere Führungsrohre. Die Führungsrohre sind in Längsrichtung aneinander anliegend ausgestaltet und beinhalten eine erste Öffnung an einem ersten Ende und eine zweite Öffnung an einem zweiten Ende. Die Führungsrohrbündel können umeinander gewickelt sein. Ein Verfahren beinhaltet auch die Schaffung mehrerer Schrägschachtbohrungen von der Stollenschachtbohrung durch das Führungsrohrbündel in eine unterirdische Formation.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere technische Vorteile bereitstellen. Diese technischen Vorteile können die Schaffung einer Stollenschachtbohrung, mehrerer Schrägschachtbohrungen und von Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen beinhalten, um eine Optimierung hinsichtlich der Fläche einer unterirdischen Formation, aus der Gas- und Flüssigkeitsvorkommen abzuführen sind, zu erreichen. Dies ermöglicht eine effizientere Bohrung und Förderung und reduziert die Kosten und Probleme, die mit anderen Systemen und Verfahren verbunden sind, erheblich. Ein anderer technischer Vorteil beruht auf der Bereitstellung eines Verfahrens zur Ausrichtung von Schachtbohrungen, das ein Führungsrohrbündel verwendet, das in eine Stollenschachtbohrung eingeführt wird. Das Führungsrohrbündel gestattet die einfache Ausrichtung der Schrägschachtbohrungen im Verhältnis zueinander und optimiert die Förderung von Rohstoffvorkommen aus unterirdischen Formationen, indem der Abstand zwischen den Schrägschachtbohrungen optimiert wird.
Andere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht anhand der folgenden Figuren, Beschreibungen und der Ansprüche deutlich werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorzüge wird auf die nachfolgende Beschreibung anhand der begleitenden Figuren verwiesen, wobei gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind. Die Figuren stellen Folgendes dar.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Schrägschachtsystem für die Förderung von Rohstoffvorkommen aus einer unterirdischen Formation;
2A veranschaulicht ein Vertikalschachtsystem für die Förderung von Rohstoffvorkommen aus einer unterirdischen Formation;
2B veranschaulicht detaillierter einen Abschnitt eines beispielhaften Schrägschachtsystems;
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Förderung von Wasser und Gas aus einer unterirdischen Formation;
Die 4A–4C veranschaulichen einen Aufbau eines beispielhaften Führungsrohrbündels;
5 zeigt eine beispielhafte Stollenschachtbohrung mit einem installierten Führungsrohrbündel;
6 veranschaulicht die Verwendung eines beispielhaften Führungsrohrbündels in einer Stollenschachtbohrung;
7 veranschaulicht ein Beispielsystem von Schrägschachtbohrungen;
8 stellt ein Beispielsystem einer Stollenschachtbohrung und einer Schrägschachtbohrung dar;
9 zeigt ein Beispielsystem einer Schrägschachtbohrung und einer abgeknickten Schachtbohrung;
10 veranschaulicht die Förderung von Wasser und Gas in einem beispielhaften Schrägschachtsystem;
11 veranschaulicht eine beispielhafte Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur für die Verwendung mit einem Schrägschachtsystem; und
12 zeigt eine beispielhafte Ausrichtung von Entwässerungs- bzw.
Drainagestrukturen zur Verwendung mit einem Schrägschachtsystem.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Schrägschachtsystem für den Zugang zu einer unterirdischen Formation von der Oberfläche. In der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform ist die unterirdische Formation ein Kohleflöz. Es wird deutlich werden, dass andere unterirdische Formationen und unterirdische Gebiete mit Unterdruck, ultraniedrigem Druck und geringer Porosität ähnlich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schrägschachtsystems erreicht werden können, um Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Fluide bzw. Flüssigkeiten in dem Gebiet abzuführen und/oder zu fördern, um Mineralien in dem Gebiet vor dem Abbau zu behandeln oder um Fluide, Gase oder andere Substanzen in das Gebiet zu injizieren oder einzubringen.
Im Folgenden wird Bezug auf 1 genommen; ein Schrägschachtsystem 10 beinhaltet eine Stollenschachtbohrung 15, Schrägschächte 20, abgeknickte Schachtbohrungen 24, Hohlräume 26 und Rattenlöcher 27. Die Stollenschachtbohrung 15 erstreckt sich von der Oberfläche 11 in Richtung der unterirdischen Formation 22. Schrägschächte 20 erstrecken sich vom Ende der Stollenschachtbohrung 15 zur unterirdischen Formation 22, nichtsdestotrotz können sich Schrägschächte 20 alternativ ausgehend von jedem anderen geeigneten Abschnitt der Stollenschachtbohrung 15 erstrecken. Dort, wo mehrere unterirdischen Formationen 22 bei unterschiedlichen Tiefen wie in dem veranschaulichten Beispiel vorhanden sind, erstrecken sich Schrägschächte 20 durch die unterirdischen Formationen 22, die der Oberfläche am nächsten sind und durch die tiefste unterirdische Formation 22. Abgeknickte Schachtbohrungen 24 können sich von jedem Schrägschacht 20 in jede unterirdische Formation 22 erstrecken. Der Hohlraum 26 und das Rattenloch 27 sind am Ende jedes Schrägschachtes 20 vorgesehen.
In den 1 und, 5–8 ist die Stollenschachtbohrung 15 als im Wesentlichen vertikal dargestellt; es sollte jedoch deutlich werden, dass die Stollenschachtbohrung 15 in beliebig geeignetem Winkel bezogen auf die Oberfläche 11 ausgebildet sein kann, um beispielsweise auf die Geometrien der Oberfläche 11 und Höhen und/oder auf die geometrische Ausgestaltung oder Lage eines unterirdischen Rohstoffvorkommens angepasst zu sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schrägschacht 20 so ausgebildet, dass er weg von der Stollenschachtbohrung 15 in einem mit Alpha bezeichneten Winkel abgewinkelt ist, der in der dargestellten Ausführungsform etwa 20 Grad beträgt. Es wird deutlich werden, dass der Schrägschacht 20 in anderen Winkeln ausgebildet sein kann, um sich an Oberflächen-Topologien und andere Faktoren anzupassen, die ähnlich denen sind, die sich auf die Stollenschachtbohrung 15 auswirken. Die Schrägschächte 20 sind voneinander im Winkel Beta beabstandet, der in der dargestellten Ausführungsform etwa 60 Grad beträgt. Es wird klar sein, dass die Schrägschächte 20 in anderen Winkeln in ähnlicher Abhängigkeit von der topologischen und geographischen Beschaffenheit der Fläche und Stelle des anvisierten Kohleflöz 22 zueinander beabstandet sein können.
Der Schrägschacht 20 kann ebenso einen Hohlraum 26 und/oder ein Rattenloch 27 beinhalten, die am Ende jedes Schrägschachts 20 angeordnet sind. Die Schrägschächte 20 können entweder einen Hohlraum 26 oder ein Rattenloch 27, beides oder keines der beiden aufweisen.
Die 2A und 2B veranschaulichen durch Vergleich den Vorteil der Bildung von Schrägschächten 20 in einem Winkel. Im Folgenden wird auf 2A Bezug genommen; eine vertikale Schachtbohrung 30 ist mit einer abgeknickten Schachtbohrung 32 dargestellt, die sich ein einen Kohleflöz 22 erstreckt. Wie in der Illustration gezeigt, müssen Fluide bzw. Flüssigkeiten, die aus dem Kohleflöz 22 in die abgeknickte Schachtbohrung 32 abgeführt werden, entlang der abgeknickten Schachtbohrung 32 nach oben in Richtung der senkrechten Schachtbohrung 30 eine Distanz von etwa W Fuß zurücklegen, bevor sie in der senkrechten Schachtbohrung 30 aufgefangen werden. Diese Distanz von W Fuß ist als hydrostatische Höhe bekannt und muss überwunden werden, bevor die Flüssigkeiten von der senkrechten Schachtbohrung 30 aufgefangen werden können. Im Folgenden wird nun auf 2B Bezug genommen; ein Schrägstollenschacht 34 mit einer abgeknickten Schachtbohrung 36, die sich in ein Kohleflöz 22 erstreckt, ist dargestellt. Der Schrägstollenschacht 34 ist in einem Winkel Alpha zur Vertikalen abgewinkelt dargestellt. Wie gezeigt müssen die Fluide beziehungsweise Flüssigkeiten, die aus dem Kohleflöz 22 aufgefangen werden, entlang der abgeknickten Schachtbohrung 36 bis zum Schrägstollenschacht 34 einen Abstand von W' Fuß zurücklegen. Somit wird die hydrostatische Höhe des Schrägstollenschachtsystems im Vergleich zu einem im Wesentlichen vertikalen System verringert. Des Weiteren weist die abgeknickte Schachtbohrung 36, die von einem Tangential- oder Ansatzpunkt 38 gebohrt wird, durch Schaffung eines Schrägstollenschachts 24 in einem Winkel Alpha einen größeren Krümmungsradius als eine abgeknickte Schachtbohrung 32, die zu einer vertikalen Schachtbohrung 30 gehört, aufweisen. Dadurch wird eine längere abgeknickte Schachtbohrung 36 als die abgeknickte Schachtbohrung 32 ermöglicht (da die Reibung eines Bohrgestänges gegen den Radiusabschnitt verringert ist), wodurch das tiefere Eindringen in den Kohleflöz 22 und eine stärkere Entwässerung bzw. Drainage der unterirdischen Formation erreicht werden.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Schaffung eines Schrägstollenschachts. Die Schritte der 3 werden weiter in den nachfolgenden 4–11 veranschaulicht. Das Verfahren beginnt mit Schritt 100, mit dem die Stollenschachtbohrung geschaffen wird. In Schritt 105 wird ein Frischwasserfutterrohr oder ein anderes geeignetes Futterrohr mit einem angebrachten Führungsrohrbündel in die in Schritt 100 geschaffene Stollenschachtbohrung eingebracht. In Schritt 110 wird das Frischwasserfutterrohr an Ort und Stelle innerhalb der Stollenschachtbohrung aus Schritt 100 einzementiert.
In Schritt 115 wird ein Bohrgestänge durch die Stollenschachtbohrung und eine der Führungsrohre des Führungsrohrbündels eingeführt. In Schritt 120 wird das Bohrgestänge dazu verwendet, etwa 50 Fuß über das Futterrohr hinaus zu bohren. In Schritt 125 wird das Bohren gemäß dem gewünschten Winkel des Schrägschachts ausgerichtet, und in Schritt 130 wird eine Schrägschachtbohrung abwärts in und durch die anvisierte unterirdische Formation gebohrt.
Im Entscheidungsschritt 135 wird eine Entscheidung gefällt, ob zusätzliche Schrägschächte erforderlich sind. Falls zusätzliche Schrägschächte erforderlich sind, springt das Verfahren zu Schritt 115 zurück und wird bis zu Schritt 135 fortgeführt. Diverse Mittel, die dem Fachmann bekannt sein sollten, können zur Anwendung kommen, um das Bohrgestänge in ein anderes Führungsrohr bei nachfolgenden Durchläufen der Schritte 115–135 einzubringen.
Falls keine zusätzlichen Schrägschächte erforderlich sind, wird das Verfahren mit Schritt 140 fortgesetzt. In Schritt 140 wird das Schrägschachtfutterrohr installiert. Als nächstes wird in Schritt 145 eine Kurve mit kleinem Radius in den anvisierten Kohleflöz gebohrt. Als nächstes wird in Schritt 150 eine im Wesentlichen horizontale Schachtbohrung in und entlang des Kohleflözes gebohrt. Es wird deutlich werden, dass die im Wesentlichen horizontale Schachbohrung von einer horizontalen Ausrichtung abweichen kann, um Änderungen in der Ausrichtung des Kohleflözes Rechnung zu tragen. Nachfolgend wird in Schritt 155 eine Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur in den Kohleflöz durch den im Wesentlichen horizontalen Schacht gebohrt. Im Entscheidungsschritt 157 wird eine Entscheidung gefällt, ob zusätzliche unterirdische Formationen zu entwässern sind, zum Beispiel wenn mehrere unterirdische Formationen auf unterschiedlichen Tiefen unterhalb der Oberfläche vorhanden sind. Falls zusätzliche unterirdische Formationen zu entwässern sind, wiederholt werden die Schritte 145 bis 155 des Verfahrens für jede zusätzliche unterirdische Formation wiederholt. Falls keine zusätzlichen unterirdischen Formationen zu entwässern sind, wird das Verfahren mit Schritt 160 fortgesetzt.
In Schritt 160 wird eine Förderausrüstung in den Schrägschacht installiert, und in Schritt 165 endet das Verfahren mit der Förderung von Wasser und Gas aus der unterirdischen Formation.
Obwohl die Schritte in einer bestimmten Abfolge beschrieben wurden, wird deutlich werden, dass diese in irgendeiner anderen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden können. Des Weiteren können ein oder mehrere Schritte entfallen oder zusätzliche Schritte bei Bedarf durchgeführt werden.
Die 4A, 4B und 4C veranschaulichen die Bildung eines Futterrohrs mit einem zugehörigen Führungsrohrbündel, wie in Schritt 105 der 3 beschrieben ist. Im Folgenden wird auf 4A Bezug genommen; drei Führungsrohre 40 sind in Seitenansicht und Endansicht gezeigt. Die Führungsrohre 40 sind so angeordnet, dass diese parallel zueinander verlaufen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Führungsrohre 40 9 5/8''-Verbindungsfutterrohre. Es wird deutlich werden, dass andere geeignete Materialien zur Anwendung kommen können.
4B zeigt, dass eine Verdrillung in die Führungsrohre 40 eingearbeitet ist. Die Führungsrohre 40 sind um den Winkel Gamma zueinander verdrillt, während deren Queranordnung auf Gamma Grad beibehalten wird. Die Führungsrohre 40 werden dann verschweißt oder auf andere Weise an Ort und Stelle stabilisiert. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt Gamma 10 Grad.
4C zeigt die Führungsrohre 40, in die eine Verdrillung eingearbeitet ist, die mit einer Futterrohrmuffe 42 in Verbindung stehen und damit verbunden sind. Die Führungsrohre 40 und die Futterrohrmuffe 42 bilden zusammen das Führungsrohrbündel 43, das mit einem Frischwasser- oder einem anderen Futterrohr, das auf die Länge der Stollenschachtbohrung 15 der 1 abgepasst ist oder auf andere Weise geeignet ausgestaltet ist, befestigt ist.
5 veranschaulicht eine Stollenschachtbohrung 15, in der ein Führungsrohrbündel 43 und ein Futterrohr 44 installiert ist. Die Stollenschachtbohrung 15 wird von der Oberfläche 11 bis zu einer anvisierten Tiefe von etwa 190 Fuß geschaffen. Die Stollenschachtbohrung 15 weist wie veranschaulicht einen Durchmesser von etwa 24 Zoll auf. Die Schaffung der Stollenschachtbohrung 15 entspricht Schritt 100 aus 3. Das Führungsrohrbündel 43 (das aus den Verbindungsfutterrohren 40 und der Futterrohrmuffe 42 besteht) ist am Futterohr 44 befestigt dargestellt. Das Futterrohr 44 kann ein beliebiges Frischwasserfutterrohr oder ein anderes Futterrohr sein, das für die Untertage-Verwendungen geeignet ist. Das Einführen des Futterrohrs 44 und des Führungsrohrbündels 43 in die Stollenschachtbohrung 15 entspricht dem Schritt 105 aus 3.
Entsprechend Schritt 110 aus 3 wird eine Zementverankerung 46 eingegossen oder auf andere Weise um das Futterrohr im Innern der Stollenschachtbohrung 15 eingebracht. Die Zementummantelung kann irgendeine Mischung oder anderweitige Substanz sein, die sich eignet, das Futterrohr 44 an der gewünschten Stelle bezüglich der Stollenschachtbohrung 15 zu halten.
6 veranschaulicht die Stollenschachtbohrung 15 und das Futterrohr 44 mit dem Führungsrohr 43 in seiner Betriebsweise, bei der gerade die Bohrung der Schrägschächte 20 beginnt. Ein Bohrgestänge 50 ist so positioniert, dass es in eines der Führungsrohre 40 des Führungsrohrbündels 43 eindringt. Um das Bohrgestänge 50 in Relation zum Futterrohr 44 in zentrierter Stellung zu fixieren, kann ein Stabilisator 52 zur Anwendung kommen. Der Stabilisator 52 kann ein Ring-und-Rippen-Typ-Stabilisator oder irgendein anderer Stabilisator sein, der sich dazu eignet, das Bohrgestänge 50 an relativ zentrierter Position zu halten. Um den Stabilisator 52 an einer gewünschten Tiefe in der Schachtbohrung 15 zu halten, kann ein Begrenzungsring 53 zur Anwendung kommen. Der Begrenzungsring 53 kann aus Gummi oder Metall oder irgendeinem für die fremde Untertageumgebung geeignetem Material aufgebaut sein. Das Bohrgestänge 50 kann statistisch in eines der mehreren Führungsrohre 40 des Führungsrohrbündels 43 eingeführt werden, oder das Bohrgestänge 50 kann in eines der ausgewählten Verbindungsfutterrohre 40 hinein ausgerichtet werden. Dies entspricht Schritt 115 aus 3.
7 illustriert ein Beispielssystem aus Schrägschächten 20. Entsprechend Schritt 120 aus 3 wird eine tangentiale Schachtbohrung 60 etwa 50 Fuß über das Ende der Stollenschachtbohrung 15 hinaus gebohrt (wenn auch irgendeine andere geeignete Distanz gebohrt werden kann). Die tangentiale Schachtbohrung 60 wird weg vom Futterrohr 44 gebohrt, um die magnetische Störung zu minimieren und die Fähigkeit der Bohrmannschaft, den Bohrmeißel in die gewünschte Richtung auszurichten, zu verbessern. Entsprechend Schritt 125 aus 3 wird eine gerundete Schachtbohrung 62 gebohrt, um den Bohrmeißel in Vorbereitung des Bohrens der Schrägstollenschachtbohrung 64 auszurichten. In einer besonderen Ausführungsform ist die gerundete Schachtbohrung 62 um etwa 12 Grad pro hundert Fuß gekrümmt (wenn auch jede andere geeignete Krümmung zur Anwendung kommen kann).
Entsprechend Schritt 130 aus 3 wird eine Schrägstollenschachtbohrung 64 vom Ende der gerundeten Schachtbohrung 62 in und durch die unterirdische Formation 22 gebohrt. Alternativ kann der Schrägschacht 20 direkt vom Führungsrohr 40 aus, ohne dass eine tangentiale Schachtbohrung 60 oder eine gerundete Schachtbohrung 62 beinhaltet ist, gebohrt werden. Eine abgeknickte Schachtbohrung 65 ist an ihrer voraussichtlichen Stelle gezeigt, diese wird aber später als das Rattenloch 66 gebohrt, welches eine Fortsetzung des Schrägschachtes 64 ist. Das Rattenloch 66 kann ebenso ein Hohlraum mit vergrößertem Durchmesser sein oder eine andere geeignete Struktur aufweisen. Nach dem Bohren der Schrägstollenschachtbohrung 64 und des Rattenlochs 66 werden dann zusätzlich erwünschte Schrägschächte gebohrt, bevor die Installation der Futterrohre in den Schrägschächten fortgesetzt wird.
8 ist eine Illustration des Futterrohrs eines Schrägschachts 64. Zur besseren Darstellung ist lediglich ein Schrägschacht 64 dargestellt. Entsprechend Schritt 140 der 3 wird ein Ablenkkeil-Futterrohr 70 in der Schrägstollenschachtbohrung 64 installiert. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Ablenkfutterrohr 70 einen Ablenkkeil 72, der dazu verwendet wird, ein Bohrgestänge auf mechanische Weise in eine gewünschte Richtung auszurichten. Es wird deutlich werden, dass andere geeignete Futterrohre verwendet werden können und die Verwendung eines Ablenkkeils 72 nicht notwendig ist, wenn andere geeignete Verfahren zur Ausrichtung eines Bohrmeißels durch den Schrägschacht 64 in die unterirdische Formation 22 zur Anwendung kommen.
Das Futterohr 70 wird durch das Führungsrohrbündel 43 in die Stollenschachtbohrung 15 und in die Schrägstollenschachtbohrung 64 eingeführt. Das Ablenkkeil-Futterrohr 70 ist so ausgerichtet, dass der Ablenkkeil 72 so angeordnet ist, dass ein folgender Bohrmeißel so ausgerichtet ist, dass er in die unterirdische Formation 22 an der gewünschten Tiefe bohrt.
9 veranschaulicht das Ablenkkeil-Futterohr 70 und die Schrägstollenschachtbohrung 64. Wie anhand der 8 diskutiert wurde, ist das Ablenkkeil-Futterrohr 70 derart innerhalb der Schrägstollenschachtbohrung 64 angeordnet, dass ein Bohrgestänge 50 so ausgerichtet sein wird, dass es durch die Schrägstollenschachtbohrung 64 an einem gewünschten Tangential- oder Ansatzpunkt 38 hindurch tritt. Dies entspricht Schritt 145 aus 3. Das Bohrgestänge 50 wird verwendet, um durch die Schrägstollenschachtbohrung 64 am Tangential- oder Ansatzpunkt 38 zu bohren, um eine abgeknickte Schachtbohrung 36 zu bilden. In einer besonderen Ausführungsform weist die abgeknickte Schachtbohrung 36 einen Radius von etwa 71 Fuß und eine Krümmung von etwa 80 Grad pro 100 Fuß auf. In derselben Ausführungsform ist der Schrägstollenschacht 64 etwa um 10 Grad von der Vertikalen weg abgewinkelt. In dieser Ausführungsform beträgt die hydrostatische Höhe, die im Zusammenhang mit der Förderung erzeugt wird, annähernd 30 Fuß. Es sollte jedoch deutlich werden, dass jeder andere geeignete Radius, Krümmung und Neigungswinkel verwendet werden kann. 10 veranschaulicht ein Schrägstollenschacht 64 und eine abgeknickte Schachtbohrung 36, nachdem das Bohrgestänge 50 verwendet wurde, um die abgeknickte Schachtbohrung 36 zu erzeugen. In einer besonderen Ausführungsform kann dann ein horizontaler Schacht und eine Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur in der unterirdischen Formation 22 ausgebildet werden, wie es durch den Schritt 150 und Schritt 155 aus 3 repräsentiert wird.
Im Folgenden wird auf 10 Bezug genommen; das Ablenkkeil-Futterrohr 70 wird am Boden des Rattenlochs 66 abgesetzt, um die Förderung von Öl und Gas vorzubereiten. Ein Abdichtring 74 kann um das Ablenkkeil-Futterohr 70 verwendet werden, um zu verhindern, dass das Gas, das aus der abgeknickten Schachtbohrung 36 austritt, an der Außenseite des Ablenkkeil-Futterrohrs 70 entweicht. Gasöffnungen 76 ermöglichen es dem entweichenden Gas in das Ablenkkeilfutterrohr 70 einzudringen und dadurch aufzusteigen um an der Oberfläche aufgefangen zu werden.
Ein Pumpgestänge 78 und eine Tauchpumpe 80 werden dazu verwendet, Wasser und andere Flüssigkeiten, die aus der unterirdischen Formation durch die abgeknickte Schachtbohrung 36 aufgefangen werden, zu entfernen. Wie in 10 gezeigt, strömen die Flüssigkeiten unter Wirkung der Schwerkraft und des Druckes in der unterirdischen Formation 22 durch die abgeknickte Schachtbohrung 36 und die Schrägstollenschachtbohrung 64 hinunter in das Rattenloch 66. Von dort strömen die Flüssigkeiten in die Öffnung des Ablenkkeils 72 des Ablenkkeil-Futterrohrs 70, wo sie in Berührung mit dem installierten Pumpgestänge 78 und der Tauchpumpe 80 kommen. Die Tauchpumpe 80 kann diversen Tauchpumpen entsprechen, die sich für die Untertage-Verwendung zur Beseitigung von Flüssigkeiten und zu deren Pumpen durch das Pumpgestänge 78 an die Oberfläche eignen. Die Installation des Pumpgestänges 78 und der Tauchpumpe 80 entspricht Schritt 160 aus 3. Die Förderung von Flüssigkeit und Gas entspricht Schritt 165 aus 3.
11 veranschaulicht eine beispielhafte Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur 90, die von den abgeknickten Schachtbohrungen 36 ausgehend gebohrt werden kann. Im Zentrum der Entwässerungsstruktur 90 befindet sich die Stollenschachtbohrung 15. Mit der Stollenschachtbohrung 15 sind Schrägschächte 20 verbunden. Am Ende des Schrägschachts 20, wie zuvor beschrieben, sind im Wesentlichen horizontale Schachtbohrungen 92 vorhanden, die annähernd eine "Krähenfuß"-Struktur aus jedem der Schrägschächte 20 bilden. Wie durchweg durch diese Anmeldung verwendet, bedeutet "jedes" alle einer besonderen Teilmenge. In einer besonderen Ausführungsform beträgt die horizontale Reichweite jeder im Wesentlichen horizontalen Schachtbohrung 92 im Wesentlichen 1500 Fuß. Des Weiteren beträgt der seitliche Abstand zwischen den parallelen im Wesentlichen horizontalen Schachtbohrungen 92 etwa 800 Fuß. In dieser besonderen Ausführungsform würde sich eine Entwässerungs- bzw. Drainagefläche von etwa 290 Acren ergeben. In einer alternativen Ausführungsform, bei der die horizontale Reichweite der im Wesentlichen horizontalen Schachtbohrung 92 etwa 2440 Fuß beträgt, würde sich die Entwässerungs- bzw. Drainagefläche auf etwa 640 Acre ausdehnen. Es kann jedoch irgendeine andere geeignete Ausgestaltung verwendet werden. Des Weiteren kann jede andere geeignete Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur zur Anwendung kommen.
12 veranschaulicht mehrere Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen 90 im Verhältnis zueinander, um die Entwässerungs- bzw. Drainagefläche einer unterirdischen Formation, die durch die Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen 90 abgedeckt wird, zu entwässern. Jede Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur 90 bildet eine nahezu hexagonale Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur. Demzufolge können die Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen 90 so zueinander ausgerichtet sein, dass sie wie dargestellt eine nahezu wabenförmige Ausrichtung aufweisen.
Wenn auch die vorliegende Erfindung anhand einiger Ausführungsformen beschrieben wurde, können dem Fachmann diverse Abwandlungen und Modifikationen vorgeschlagen werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Abwandlungen und Modifikationen im Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst.

Claims

Verfahren für den Zugang von der Oberfläche zu einer unterirdischen Formation, beinhaltend die Schaffung einer Stollenschachtbohrung (15) von der Oberfläche (11), die Schaffung von zwei oder mehreren Schrägschachtbohrungen aus der Stollenschachtbohrung (15) zur unterirdischen Formation (22) und die Schaffung einer im Wesentlichen horizontalen Entwässerungsstruktur (24) ausgehend von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen (20) in die unterirdische Formation (22), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Rattenloch (27) geschaffen wird, das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen (20) verbunden ist und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Entwässerungsstruktur (24) erstreckt, wobei das Rattenloch (27) so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22) durch die im Wesentlichen horizontale Entwässerungsstruktur (24) abgeleitet werden und im Rattenloch (27) aufgefangen werden, um die Entfernung der Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22) zu erleichtern.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (20) radial mit Abstand, in etwa gleichmäßig um die Stollenschachtbohrung (15) verteilt, angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei drei Schrägschachtbohrungen (20) geschaffen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die drei Schrägschachtbohrungen (20) radial mit Abstand, in etwa um 20 Grad versetzt, um die Stollenschachtbohrung (15) angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die horizontale Entwässerungsstruktur seitliche Schachtbohrungen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die seitlichen Schachtbohrungen so ausgelegt sind, dass eine Fläche der unterirdischen Formation (22) von wenigstens 640 Acres entwässert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Entnahme von Rohstoffen aus der unterirdischen Formation (22) durch die horizontale Entwässerungsstruktur (24) an die Oberfläche (11).
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Schaffung eines ausgedehnten Hohlraums (26) in jedem der Schrägschachtbohrungen (20) in der Nähe der unterirdischen Formation (20).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine oder mehrere Schrägschachtbohrungen (20) unter Verwendung eines Führungsrohrbündels (43) gebildet werden, welches umfasst: ein oder mehrere Führungsrohre (40); wobei die zwei oder mehr Führungsrohre (40) eine erste Öffnung an einem ersten Ende und eine zweite Öffnung an einem zweiten Ende aufweisen; wobei die Führungsrohre (40) in Längsrichtung aneinander anliegend ausgestaltet sind; wobei die Längsachse der ersten Öffnungen zur Längsachse der zweiten Öffnungen versetzt ist; und wobei die Führungsrohre (40) umeinander gewickelt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Auffangen der einen oder mehreren Flüssigkeiten in dem Rattenloch, das mit der einen oder mehreren Schrägschachtbohrung verbunden ist; und Pumpen der einen oder mehreren Flüssigkeiten unter Verwendung einer Tauchpumpe im Rattenloch an die Oberfläche.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Ableitung der Flüssigkeit durch die Entwässerungsstruktur (24) zu den zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (20) und das Auffangen der Flüssigkeit in den zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (20) und Pumpen der Flüssigkeit an die Oberfläche (11).
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Anordnung einer Tauchpumpe im Rattenloch, wobei die Tauchpumpe so betrieben werden kann, dass die eine oder mehrere Flüssigkeiten, die aus der unterirdischen Formation in dem Rattenloch aufgefangen wurden, entfernt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die unterirdische Zone (22) ein Kohlenflöz aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Schrägschachtbohrungen (20) sich vom Endpunkt der Stollenschachtbohrung (15) erstrecken.
System für den Zugang von der Oberfläche (11) zu einer unterirdischen Formation (22), beinhaltend eine Stollenschachtbohrung (15), die sich von der Oberfläche (11) erstreckt, zwei oder mehrere Schrägschachtbohrungen, die sich von der Stollenschachtbohrung (15) zur unterirdischen Formation (22) erstrecken und eine im Wesentlichen horizontale Entwässerungsstruktur (24), die sich von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen (20) in die unterirdische Formation (22) erstreckt, wobei das System gekennzeichnet ist, durch ein Rattenloch (27), das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen verbunden ist und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Entwässerungsstruktur (24) erstreckt, wobei das Rattenloch (27) so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22) durch die im Wesentlichen horizontale Entwässerungsstruktur (24) abgeleitet werden und im Rattenloch (27) aufgefangen werden, um die Entfernung der Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22) zu erleichtern.
System gemäß Anspruch 15, wobei die zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (20) radial mit Abstand, in etwa gleichmäßig um die Stollenschachtbohrung (15) verteilt, angeordnet sind.
System gemäß Anspruch 15, ferner umfassend drei Schrägschachtbohrungen (20).
System gemäß Anspruch 17, wobei die drei Schrägschachtbohrungen (20) radial mit Abstand, in etwa um 120 Grad versetzt, um die Stollenschachtbohrung (15) angeordnet sind.
System gemäß Anspruch 15, wobei die horizontale Entwässerungsstruktur seitliche Schachtbohrungen umfasst.
System gemäß Anspruch 19, wobei die seitlichen Schachtbohrungen so ausgelegt sind, dass eine Fläche der unterirdischen Formation (22) von wenigstens 640 Acres entwässert wird.
System gemäß Anspruch 15, ferner umfassend die Schaffung eines ausgedehnten Hohlraums in jedem der Schrägschachtbohrungen (20) in der Nähe der unterirdischen Formation (20).
System gemäß Anspruch 15, ferner umfassend eine Tauchpumpe, die im Rattenloch angeordnet ist, wobei die Tauchpumpe so betrieben werden kann, dass die eine oder mehrere Flüssigkeiten, die aus der unterirdischen Formation in dem Rattenloch aufgefangen wurden, entfernt werden.