DE69819066T2

DE69819066T2 - Verfahren zur Abdichtung von unterirdischen Lagerstätten

Info

Publication number: DE69819066T2
Application number: DE69819066T
Authority: DE
Inventors: Ronald E. Montgomery Sweatman
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: CA2231904A1; US5913364A; NO981098L; US6167967B1; DE69819066D1; CA2231904C; EP0875657A3; NO316992B1; EP0875657A2; EP0875657B1; NO981098D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode für das Abdichten einer Untergrundzone, um einen unkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten in dieselben Zonen hinein und aus denselben heraus zu reduzieren oder zu verhindern.
Während des Bohrens von Öl- oder Gasbohrlöchern mit Hilfe der Rotierbohrmethode wird Spülschlamm zunächst durch die Bohrkette und die Bohrkrone hindurch, und dann zurück an die Erdoberfläche zirkuliert, während das Bohrloch gebohrt wird. Der Spülschlamm erhält den hydrostatischen Druck auf die Untergrundzonen aufrecht, durch welche das Bohrloch gebohrt wird, und zirkuliert Schneidstücke aus dem Bohrloch heraus. Während eines solchen Bohrverfahrens werden oft Untergrunddrusen, -spalten und andere Spülschlammaustrittszonen angetroffen, durch welche der Spülschlamm hindurch zirkuliert und verloren geht, und das Bohrverfahren muß dementsprechend oft abgebrochen werden, während berichtigende Maßnahmen durchgeführt werden. Wenn eine Untergrundzone penetriert wird, welche unter Druck stehende Flüssigkeiten enthält, und wenn derselbe Druck den hydrostatischen Druck übersteigt, der von dem Spülschlamm auf die Zone ausgeübt wird, können und werden ausserdem auch oft Flüssigkeitsquerströmungen und/oder Untergrundausbrüche auftreten.
Es wurden deshalb eine Reihe von Methoden und Abdichtungszusammensetzungen für das Verhindern solcher Verluste, Querströmungen und Untergrundausbruchprobleme entwickelt und angewendet. US-A-3.082.823 bietet zum Beispiel eine Methode für das Aufbereiten von Bohrlöchern, welche einen solchen verlorenen Umlauf wiederherstellt, und bei welcher ein nicht-wässeriger Schlamm mit Bentonit und einem Gel-formenden Gummi mit einer wässerigen Flüssigkeit reagiert, um eine steife Gel-artige Masse zu formen. EP-A2-0.472.258 bietet eine Methode für das Spalten einer Untergrundformation, bei welcher zwei nebeneinander liegende Zonen mit Hilfe verschiedener Flüssigkeiten gespalten werden, wobei dieselben Flüssigkeiten an der Schnittstelle zwischen den vorgenannten Zonen reagieren, um ein Barriereprodukt zu formen, wobei dieses Produkt die Ausbreitung von Spalten von einer Zone in eine andere arretiert. Solche Methoden und Zusammensetzungen sind jedoch aufgrund einer verzögerten und unzureichenden Viskositätsentwicklung der angewendeten Abdichtungszusammensetzungen oft nicht sehr erfolgreich. Die Methoden für das Platzieren der Abdichtungszusammensetzung haben sich ausserdem für das Plugging aller schwachen und durchlässigen Teile der zu behandelnden Zonen als nicht ausreichend erwiesen, so dass die Abdichtungszusammensetzung oft an solchen Teilen vorbeiläuft und/oder aus der gesamten Zusammensetzung herausgewaschen wird. US-A-4.173.999 bietet eine Methode für das Kontrollieren des Verlustes von Spülschlamm in eine letzte Umlaufzone hinein, bei welcher ein nicht-wässeriger Schlamm eines hydratisierbaren Materials und ein oleophillischer Ton in der Nähe der vorgenannten Zone mit einer wässerigen Flüssigkeit gemischt werden, um einen weichen Plug zu formen. Dieser Plug wird dann in die Zone hinein verdrängt.
Wir haben nun eine verbesserte Methode für das Abdichten von Untergrundzonen entwickelt, welche bei dem Kontrollieren von Umlaufverlusten, Querströmungen, und Untergrundausbruchsproblem assistieren kann.
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Methode für das Abdichten einer Untergrundzone geboten, welche von einem Bohrloch penetriert wird, welches eine Bohrkette beinhaltet, um den unkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten durch durchlässige Teile derselben in die Zone hinein und aus derselben heraus zu reduzieren, wobei dieselbe Methode das Pumpen einer Abdichtungszusammensetzung, welche nach dem Vermischen und Reagieren derselben mit Bohrlochflüssigkeiten, welche Wasser, Öl, oder beides beinhalten, in eine abdichtende Masse umgewandelt wird, durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der vorgenannten Bohrkette in das vorgenannte Bohrloch und in die vorgenannten Zone hinein umfasst, wobei die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung und die vorgenannten Bohrlochflüssigkeiten zusammen in einer Beimischung in das vorgenannte Bohrloch herunter gepumpt werden, wobei die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung mit einer Fließrate innerhalb eines Bereiches von 1 : 4 und 4 : 1 relativ zu den vorgenannten Bohrlochflüssigkeiten gepumpt wird, und wobei die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung durch die vorgenannten Bohrlochflüssigkeiten hindurch fließt und leicht mit denselben vermischt wird, und wobei Teile der vorgenannten Abdichtungszusammensetzung in abdichtende Massen umgewandelt werden, wenn die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung durch die vorgenannte Zone hindurch fließt, wobei die vorgenannten abdichtenden Massen fortlaufend und abdichtend in die vorgenannten durchlässigen Teile der vorgenannten Zone umgeleitet werden, durch welche Flüssigkeiten aus der vorgenannten Zone herausfliessen, so dass sich der hydrostatische Druck innerhalb der Zone steigern kann, bis alle der vorgenannten durchlässigen Teile innerhalb der vorgenannten Zone abgedichtet sind.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, während des Bohrens desselben Bohrloches abgedichtet, um einen unkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten durch durchlässige Teile der Zone in dieselbe Zone hinein und aus derselben heraus zu beenden. Die Methode umfasst grundsätzlich die Stufen des Aufbereitens einer pumpbaren Abdichtungszusammensetzung, welche vorzugsweise besonders schnell in eine abdichtende Masse umgewandelt wird, wenn dieselbe mit Spülschlamm und anderen Flüssigkeiten innerhalb des Bohrloches gemischt wird und auf dieselben reagiert, welche Wasser, Öl oder beides umfassen, und welche vorzugsweise über eine hohe Viskosität verfügen. Die Abdichtungszusammensetzung wird durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der Bohrkette, die sich innerhalb des Bohrloches befindet, in dasselbe Bohrloch und in die Untergrundzone, die abgedichtet werden soll, eingepumpt. Die Abdichtungszusammensetzung wird mit einer Fließrate relativ zu den Bohrlochflüssigkeiten gepumpt, wobei die Abdichtungszusammensetzung durch die Bohrlochflüssigkeiten hindurch fließt. Wenn sich die Abdichtungszusammensetzung durch die Bohrlochflüssigkeiten hindurch bewegt, werden Teile derselben Abdichtungszusammensetzung ununterbrochen mit den Bohrlochflüssigkeiten gemischt und in abdichtende Massen umgewandelt, welche fortlaufend in die schwachen, durchlässigen Teile der Zone umgeleitet werden und dieselbe abdichten, durch welche Flüssigkeiten aus dem Bohrloch ausfliessen. Die fortlaufende Abdichtung der schwachen, durchlässigen Teile der Untergrundzone (wobei die durchlässigsten Teile zuerst, und die weniger durchlässigen Teile danach abgedichtet werden) ermöglicht es dem innerhalb des Bohrloches und innerhalb der abzudichtenden Zone wirkenden hydrostatischen Drucks sich zu steigern, bis alle durchlässigen Teile in der Zone abgedichtet sind. Die Fließrate der Abdichtungszusammensetzung relativ zu der Fließrate der Bohrlochflüssigkeiten sollte so sein, dass lediglich ein geringes, und vorzugsweise ein minimales Mischen über und unter dem Mischumfang auftritt, welcher für das Umwandeln der Abdichtungszusammensetzung in eine abdichtende Masse erforderlich ist.
Während des Bohrens von Bohrlöchern werden oft Untergrundzonen angetroffen, welche eine große Anzahl von natürlichen Drusen und Spalten beinhalten. Als ein Resultat geht der Umlauf von Spülschlamm oft verloren, was wiederum das Abbrechen des Bohrverfahrens und die Implementierung wiederherstellender Maßnahmen fordert, welche oft langwierig sowohl wie kostspielig sind. Solche wiederherstellenden Maßnahmen umfassen zurzeit das Platzieren von aushärtbaren Zusammensetzungen wie zum Beispiel Portland-Zementzusammensetzungen oder vernetzten steifen Gels und ähnlichem in die Zone, in welcher der Umlauf ausgefallen ist. Wie jedoch weiter oben schon erwähnt findet ein erfolgreiches Abdichten der Zone oft nicht statt, da solche Zusammensetzungen eine beachtliche Zeitspanne für das Aushärten oder Gellieren fordern. Ausser solchen Zonen, in welchen der Umlauf von Spülschlamm verloren geht, werden oft Zonen mit unter Druck stehenden Flüssigkeiten angetroffen, welche eine Querströmung von Gas, Öl oder Wasser verursachen, die Abdichtungszusammensetzungen verdünnen oder auswaschen können. Es können ausserdem Untergrundausbrüche auftreten, wobei Formationsflüssigkeiten mit niedrigen bis hohen Fließraten in das Bohrloch hinein fliessen und Spülschlamm aus demselben Bohrloch verdrängen können.
Die vorliegende Erfindung bietet eine verbesserte Methode für das Abdichten von Untergrundzonen, die von Bohrlöchern penetriert werden, um einen unkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten durch durchlässige Teile der Zonen in dieselben Zonen hinein oder aus denselben heraus zu verhindern, d. h. um den Verlust des Umlaufes von Spülschlamm, Querströmungen, und Untergrundausbruchprobleme zu verhindern. Die Methoden verwenden verbesserte Zusammensetzungen für das Abdichten von Untergrundzonen, welche nach dem Mischen und Reagieren mit Spülschlamm und anderen innerhalb des Bohrloches vorhandenen Flüssigkeiten, welche Wasser, Öl oder beides umfassen, besonders schnell in abdichtende Massen mit einer hohen Viskosität umgewandelt werden, und welche hiernach kollektiv als "Bohrlochflüssigkeiten" bezeichnet werden.
Eine Untergrundzone, welche Drusen, Spalten und andere durchlässige Teile beinhaltet, durch welche der unkontrollierte Durchfluß von Flüssigkeiten stattfindet, wird allgemein während des Bohrens angetroffen, wenn das Bohrloch mit Spülschlamm gefüllt und eine Bohrkette in dasselbe eingeführt wird. Das Bohren muss dann bis zum Abdichten der Zone abgebrochen werden, d. h. bis zum Abdichten der durchlässigen Teile der Zone, um den Verlust des Umlaufs von Spülschlamm sowohl wie Querströmungen, Ausbrüche, und andere solche Probleme zu verhindern. Gemäß der Methoden der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine pumpbare Abdichtungszusammensetzung vorbereitet, welche sich nach dem Mischen und Reagieren derselben mit Bohrlochflüssigkeiten besonders schnell in eine abdichtende Masse mit einer hohen Viskosität umwandelt. Wie schon erwähnt können diese Bohrlochflüssigkeiten aus Spülschlamm oder Formationsflüssigkeiten bestehen, welche innerhalb des Bohrloches vorhanden sind, und welche Wasser, Öl, oder beides beinhalten. Nach dem Vermischen mit denselben Bohrlochflüssigkeiten formt die Abdichtungszusammensetzung vorzugsweise besonders schnell (d. h. innerhalb weniger Sekunden oder Minuten) eine abdichtende Masse, welche vorzugsweise über eine ultrahohe Viskosität verfügt. Im allgemeinen ist die Abdichtungszusammensetzung besser, je schneller sie die abdichtende Masse formt.
Nach ihrer Vorbereitung wird die anzuwendende Abdichtungszusammensetzung mit Hilfe einer Fließrate relativ zu den Bohrlochflüssigkeiten innerhalb der Zone durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der Bohrkette hindurch und in die Zone hineingepumpt, welche abgedichtet werden soll, so dass die Abdichtungszusammensetzung als ein Resultat durch die Bohrlochflüssigkeiten hindurch fließt, und dabei ein wenig mit denselben vermischt wird, wobei Teile der Abdichtungszusammensetzung fortlaufend in viskose abdichtende Massen umgewandelt werden, wenn die Abdichtungszusammensetzung durch die abzudichtende Zone hindurch fließt. Die abdichtenden Massen werden zunächst nacheinander in die durchlässigen Teile der Zone hinein umgeleitet, durch welche Flüssigkeiten aus derselben Zone austreten. Dies bedeutet, dass die abdichtenden Massen zuerst in die durchlässigsten Teile der Zone hinein fliessen und dieselben abdichten, wonach sie dann in die am wenigsten durchlässigen Teile einfliessen, durch welche Flüssigkeiten aus der Zone austreten.
Wenn diese durchlässigen Ausflußteile der Zone abgedichtet sind, wird der auf die Zone ausgeübte hydrostatische Druck ansteigen. Wenn alle der durchlässigen Teile, durch welche Flüssigkeit aus der Zone austritt, abgedichtet sind, wird derselbe hydrostatische Druck auf einen Punkt ansteigen, auf welchem der Einfluß von Flüssigkeiten in die Zone hinein (wenn eine Querströmung oder ein Ausbruch vorhanden ist) abgebrochen und umgekehrt wird, d. h. Bohrlochflüssigkeiten werden nun dazu veranlaßt, aus den durchlässigen Teilen der Zone auszufliessen, durch welche Formationsflüssigkeiten vorher in die Zone eingeflossen sind. Dies wird wiederum das Einfliessen zusätzlicher abdichtender Massen in dieselben durchlässigen Teile und das Abdichten derselben verursachen.
Die gemäß der Methoden der vorliegenden Erfindung angewendeten Abdichtungszusammensetzungen können daher als selbstumleitend angesehen werden, und stopfen mehrere Ausfluß- und Einflußteile einer Zone während eines einzigen Bohrlochbehandlungsverfahrens. Wenn ein Bohrloch eine Querströmung oder einen Untergrundausbruch beinhaltet, verstopfen die hochviskosen abdichtenden Massen, welche mit Hilfe der Abdichtungszusammensetzung geformt wurden, alle der durchlässigen Auflußteile der betroffenen Zone, welche unter niedrigem Druck stehen, und wenn der hydrostatische Druck innerhalb der Zone ansteigt, werden auch die Querströmung oder der Ausbruch durch die durchlässigen Teile der Zone verstopft. Die Dank der Methoden der vorliegenden Erfindung daraus resultierende abgedichtete Zone kann wesentlich höhere hydrostatische Spülschlammdrucke beinhalten, und es wird innerhalb der Drusen und Spalten ein Keileffekt erzeugt, welcher die Integrität der gesamten Zone steigert. Der Teil einer Abdichtungszusammensetzung, welcher nach dem Abdichten der durchlässigen Teile einer Zone in dem behandelten Bohrloch zurückbleibt, bleibt weiter bewegbar, und kann in andere Zonen über oder unter der abgedichteten Zone umgeleitet werden. Die abdichtenden Massen können aufgrund des erhöhten hydrostatischen Drucks, welcher auf die abgedichtete Zone ausgeübt wird, von Querströmungen nicht einfach verdünnt oder herausgewaschen werden.
Wie weiter oben schon erwähnt besteht einer der wichtigsten Vorteile der Methoden der vorliegenden Erfindung in der Kontrolle, welche auf die Fließrate der Abdichtungszusammensetzung durch die Bohrlochflüssigkeiten innerhalb der abzudichtenden Zone ausgeübt werden kann. Die Abdichtungszusammensetzung wird dabei vorzugsweise mit Hilfe einer Fließrate relativ zu den darin enthaltenen Bohrlochflüssigkeiten in die abzudichtende Zone eingepumpt, d. h. innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0.079 bis ungefähr 0.795 m³ pro Minute (ungefähr 0.5 bis 5 Fässer pro Minute). Die Bohrkette, durch welche die Abdichtungszusammensetzung hindurch gepumpt wird, verfügt vorzugsweise über ein offenes Ende oder eine daran befestigte Bohrkrone, welche große Öffnung in derselben umfasst, um einen Plug oder einen reduzierenden Durchfluß der Abdichtungszusammensetzung durch die Bohrlochflüssigkeiten über eine längere Strecke hinweg zu produzieren.
Bei einer bevorzugten Methode umfasst eine Bohrlochflüssigkeit Wasser, Öl, oder beides, und wird durch den Ringraum zwischen dem Bohrloch und der darin enthaltenen Bohrkette in die Zone eingepumpt, die abgedichtet werden soll, während die Abdichtungszusammensetzung durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der Bohrkette in die Zone hinein gepumpt wird. Die Fließrate der Abdichtungszusammensetzung, welche gemäß der Fließrate der Bohrlochflüssigkeiten in die Zone eingepumpt wird, wird auf ein Verhältnis innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1 : 4 zu ungefähr 4 : 1 kontrolliert. Wie weiter oben schon erwähnt resultieren die bevorzugte sorgfältige Kontrolle der Öffnung oder Öffnungen in der Bohrkette und die weiter oben schon erwähnten Fließraten in der Fähigkeit der Abdichtungszusammensetzung, durch die abzudichtende Zone hindurch zu fliessen und nur minimal vermischt zu werden, wobei Teile der Abdichtungszusammensetzung fortlaufend in abdichtende Massen umgewandelt werden, wenn die Abdichtungszusammensetzung durch das Bohrloch und die abzudichtende Zone hindurch fließt. Die abdichtenden Massen werden nacheinander in die durchlässigen Teile der Zone hinein umgeleitet, und ermöglichen auf diese Weise einen Anstieg des hydrostatischen Drucks innerhalb der Zone, bis alle durchlässigen Teile innerhalb derselben Zone abgedichtet sind.
Bei manchen Zonenabdichtungsanwendungen, welche die Methode der vorliegenden Erfindung anwenden, wird es bevorzugt, den hydrostatischen Druck, welcher während der Einführung der Abdichtungszusammensetzung in dieselbe auf die Zone ausgeübt wird, auf einer Stufe über dem Spaltungsgradienten der Zone zu halten, d. h. über dem Druck, bei welchem innerhalb der Zone Spalten geformt werden. Das gleichzeitige Spalten und Abdichten der durchlässigen Teile der abzudichtenden Zone produziert breite und kurze Spalten, welche mit den abdichtenden Massen gefüllt werden, die mit Hilfe der Abdichtungszusammensetzung geformt werden. Das Formen und Abdichten dieser anfänglichen Spalten verursacht eine Umlagerung der Ebene der maximalen Belastung innerhalb der Zone, was wiederum weitere kurze und breite Spalten produziert, welche wieder mit den abdichtenden Massen gefüllt werden. Dieser Prozess des Formens und Abdichtens von kurzen und breiten Spalten an vielen Stellen innerhalb der abzudichtenden Zone sowohl wie in angrenzenden stärkeren Zonen erzeugt einen kombinierten Keileffekt, welcher die Zone künstlich verstärkt. In manchen Fällen kann die Integrität des Bohrloches und der schwachen Zone oder Zonen, durch welche dasselbe verläuft, ausreichend weit gesteigert werden, um die Notwendigkeit des Einführens eines Rohres bis zu dem Zeitpunkt zu eliminieren, an welchem eine wesentliche Strecke des Bohrloches gebohrt worden ist.
Je nach der Art der vorgefundenen Bohrlochflüssigkeiten kann die Abdichtungszusammensetzung entweder auf Öl oder auf Wasser basiert werden. Auf Öl basierte Zusammensetzungen reagieren innerhalb derselben Bohrlochflüssigkeiten mit Wasser, um unverzüglich abdichtende Massen mit ultrahohen Viskositäten zu formen. Auf Wasser basierte Zusammensetzungen reagieren wiederum mit ölbasierten Spülschlammen innerhalb des Bohrloches und/oder mit Öl und Wasser innerhalb des Bohrloches, um auf diese Weise unverzüglich abdichtende Massen mit ultrahoher Viskosität zu formen.
Besonders geeignete ölbasierte Abdichtungszusammensetzungen für die Anwendung gemäß der Methoden der vorliegenden Erfindung bestehen grundsätzlich aus Öl, einem hydratisierbaren Polymer, einem organophillischen Ton, und einem mit Wasser aufschwellbaren Ton. Das hydratisierbare Polymer reagiert mit Wasser innerhalb des Bohrloches, und wird unverzüglich hydratisiert, wobei ein hochviskoses Gel geformt wird. Der mit Wasser aufschwellbare Ton schwillt in der Gegenwart von Wasser unverzüglich auf und formt zusammen mit dem viskosen Gel eine hochviskose abdichtende Masse. Der organophillische Ton reagiert mit der ölführenden Flüssigkeit, um der Zusammensetzung zusätzliche Viskosität zu verleihen, so dass das Polymer und der Ton sich nicht vor ihrer Reaktion mit Wasser innerhalb des Bohrloches aus dem Öl heraustrennen.
Es kann ein beliebiges von einer Reihe von Ölen, welche nicht negativ auf andere Komponente der Zusammensetzung reagieren, aber auf den organophillischen Ton reagieren, für diese ölbasierten Abdichtungszusammensetzungen angewendet werden, um auf diese Weise eine Steigerung der Viskosität der Zusammensetzungen vor ihrem Kontakt mit Wasser zu erzeugen. Von diesen verschiedenen Ölen, welche angewendet werden können, wird Dieselöl zurzeit bevorzugt. Das Öl wird zu einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 32% bis ungefähr 62% des Massenanteils der Zusammensetzungen in dieselben eingeschlossen.
Eine Reihe von unterschiedlichen hydratisierbaren Polymern kann ausserdem innerhalb der ölbasierten Zusammensetzungen mit denjenigen angewendet werden, die während der Hydratisierung die höchste Viskosität liefern, und welche sich daher als am besten geeignet erwiesen haben. So werden zum Beispiel ein oder mehrere Guar-Gums, Guar-Derivative wie zum Beispiel Hydroxypropylguar und Cellulose-Derivative wie zum Beispiel Hydroxyethylcellulose bevorzugt. Von diesen wird Hydroxyethylcellulose am meisten bevorzugt. Das hydratisierbare Polymer wird zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 3% bis ungefähr 6% des Massenanteils der Zusammensetzung in dieselbe eingeschlossen.
Es können verschiedene organophillische Tonarten angewendet werden, wobei der bevorzugte organophillische Ton aus einem viergeteilten Alkylammoniakbentonitton besteht. Ein solcher organophillischer Ton wird zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0.3% bis ungefähr 0.6% des Massenanteils der Zusammensetzung in dieselbe eingeschlossen.
Der mit Wasser aufschwellbare Ton kann aus einem oder mehreren Tonarten, wie zum Beispiel aus Montmorillonit, Attapulgit, und Bentonit bestehen. Von diesen wird Bentonit bevorzugt. Der mit Wasser aufschwellbare Ton wird im allgemeinen zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 34% bis ungefähr 62% des Massenanteils der Abdichtungszusammensetzungen in dieselben eingeschlossen.
Die ölbasierten Zusammensetzungen können weiter andere, dem Fachmann ausreichend bekannte Zuschlagstoffe wie zum Beispiel Dispersionsmittel, Inertfüller und Zemente umfassen.
Bevorzugte wasserbasierte Zusammensetzungen, welche gemäß der Methoden der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, bestehen grundsätzlich aus Wasser, einem wässerigen Gummilatex, einem organophillischen Ton, und Natriumcarbonat. Der wässerige Gummilatex, welcher in den Zusammensetzungen vorhanden ist, wird durch das Wasser innerhalb des Bohrloches, welches Elektrolyte wie zum Beispiel Kalziumchlorid beinhaltet, destabilisiert und ausgefällt, und der organophillische Ton reagiert mit Öl innerhalb des Bohrloches, um auf diese Weise eine hochviskose gummiartige abdichtende Masse zu formen. Das in den Zusammensetzungen enthaltene Natriumcarbonat funktioniert als ein Puffer und verhindert das Destabilisieren des Gummilatexes in einem Fall, in welchem derselbe mit Kalzium und ähnlichem in dem Wasser in Kontakt gerät, welches für das Formen der Zusammensetzungen verwendet wird.
Das in den Abdichtungszusammensetzungen vorhandene Wasser, welches zusätzlich zu demjenigen Wasser vorhanden ist, das in dem wässerigen Latex vorhanden ist, ist aus dem Grund in derselben Zusammensetzung vorhanden, um die Zusammensetzungen pumpbar zu gestalten. Das Wasser kann aus einer beliebigen Quelle stammen, solange es kein Kalzium und andere Zusammensetzungen beinhaltet, welche den Gummilatex und andere Komponente innerhalb der Zusammensetzungen nachteilhaft beeinflussen würden. Frisches Wasser wird jedoch bevorzugt. Im allgemeinen ist dieses Wasser zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 6% bis ungefähr 50% des Massenanteils der Zusammensetzungen vorhanden.
Es kann eine Reihe von dem Fachmann gut bekannten Gummilatexen gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wobei eine Styren-/Butadien-Copolymerlatexemulsion den am meisten bevorzugten Latex repräsentiert. Ein solcher Styren-/Butadienlatex kann eine Menge von Wasser innerhalb eines Bereiches von ungefähr 40% bis ungefähr 70% des Massenanteils des Latexes beinhalten. Das Gewichtsverhältnis von Styren zu Butadien innerhalb des Latexes kann von ungefähr 10% : 90% bis ungefähr 90% : 10% betragen. Der hier angewendete Latex ist in den wasserbasierten Abdichtungszusammensetzungen zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 33% bis ungefähr 67% des Massenanteils der Zusammensetzungen vorhanden.
Eine effektive Menge eines latexstabilisierenden oberflächenaktiven Mittels kann in die Zusammensetzungen mit eingeschlossen werden, um den wässerigen Latex daran zu hindern, vorzeitig zu koagulieren und die Viskosität der Abdichtungszusammensetzungen zu steigern. Latexstabilisierende oberflächenaktive Mittel, welche für die Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, bestehen aus oberflächenaktiven Mitteln mit der Formel R-Ph-O(OCH₂CH₂)_mOH wobei R eine Alkylgruppe mit ungefähr 5 bis ungefähr 30 Kohlenstoffatomen, Ph ein Phenyl, und m eine Ganzzahl innerhalb des Bereiches von ungefähr 5 bis ungefähr 50 repräsentieren.
Ein bevorzugtes oberflächenaktives Mittel der oben definierten Gruppe ist ein ethoxyliertes Nonylphenyl, welches Ethylenoxid innerhalb eines Bereiches von ungefähr 20 bis ungefähr 30 Molen beinhaltet.
Ein weiteres geeignetes oberflächenaktives Mittel ist ein Natriumsalz mit der Formel R₇(OR₈)_pSO₃X wobei R₇ eine Alkylgruppe mit ungefähr 5 bis ungefähr 20 Kohlenstoffatomen, R₈ die Gruppe -CH₂CH₂-, P eine Ganzzahl innerhalb des Bereiches von ungefähr 10 bis ungefähr 40, und X ein kompatibles Kation repräsentieren. Ein besonders bevorzugtes oberflächenaktives Mittel dieser Art ist das Natriumsalz einer sulfonierten Zusammensetzung, welches mit Hilfe einer Reaktion eines C₁₂ bis C₁₅ Alkohols mit ungefähr 15 Molen von Ethylenoxid mit der folgenden Formel abgeleitet wird H(CH₂)_12-15(CH₂CH₂O)₁₅SO₃Nawelches kommerziell unter dem Namen "AVANEL S150" von PPG Mazer, Mazer Chemicals, einer Division von PPG Industries, INC. in Gurnee, Illinois, erhältlich ist.
Wenn ein latexstabilisierendes oberflächenaktives Mittel in die Abdichtungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung mit eingeschlossen wird, wird es in dieselben Zusammensetzungen normalerweise zu einer Menge von 35% des Massenanteils des darin enthaltenen wässerigen Gummilatexes mit eingeschlossen. Wenn der wässerige Latex aus einem wässerigen Styren /Butadienlatex besteht, ist das angewendete latexstabilisierende oberflächenaktive Mittel vorzugsweise zu einer Menge von bis zu ungefähr 25% in die Abdichtungszusammensetzungen mit eingeschlossen.
Der organophillische Ton besteht vorzugsweise aus einem viergeteilten Alkylammoniakbentonitton, welcher zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 13% bis ungefähr 22% des Massenanteils der Zusammensetzungen in denselben vorhanden ist, und das Natriumcarbonat ist zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 2.7% bis ungefähr 4.4% des Massenanteils der Zusammensetzungen in denselben vorhanden.
Die wasserbasierten Abdichtungszusammensetzungen können weiter Zuschlagstoffe wie zum Beispiel Dispersionsmittel, Entschäumungsmittel, Füller, Zemente und ähnliches beinhalten.
Im allgemeinen müssen die gemäß der vorliegenden Erfindung angewendeten Abdichtungszusammensetzungen unverzüglich eine abdichtende Masse mit einer ultrahohen Viskosität formen, wenn dieselben mit Bohrlochflüssigkeiten gemischt werden. Die abdichtende Masse muss dabei durch das Bohrloch hindurch verdrängt werden und in die durchlässigen Teile einer abzudichtenden Untergrundzone, wie zum Beispiel Drusen und Spalten, eintreten und dieselben abdichten können, d. h. die abdichtende Masse muss eine flexible Dichtung formen, welche in Drusen und Spalten hinein extrudiert oder eingedrückt werden kann.
Die verbesserten Methoden der vorliegenden Erfindung für das Abdichten einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird und eine Bohrkette beinhaltet, um einen unkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten durch durchlässige Teile desselben in die Zone hinein und aus derselben heraus zu verhindern, umfassen daher die folgenden Stufen:

(1) Das Vorbereiten einer pumpbaren Abdichtungszusammensetzung, welche nach dem Vermischen und dem Reagieren derselben mit Bohrlochflüssigkeiten, die Wasser, Öl, oder beides innerhalb des Bohrloches beinhalten, in eine hochviskose abdichtende Masse umgewandelt wird, und
(2) Das Pumpen der Abdichtungszusammensetzung mit Hilfe einer Fließrate relativ zu den Bohrlochflüssigkeiten durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der Bohrkette und in die Zone hinein, wobei die Abdichtungszusammensetzung durch die Bohrlochflüssigkeiten hindurch fließt und minimal mit denselbem vermischt wird, und wobei Teile der Abdichtungszusammensetzung in abdichtende Massen umgewandelt werden, wenn die Abdichtungszusammensetzung durch die Zone hindurch fließt, wobei die abdichtenden Massen nacheinander in die durchlässigen Teile der Zone hinein und aus derselben heraus umgeleitet werden und dieselbe abdichten, durch welche Flüssigkeiten aus der Zone herausfliessen, so dass der innerhalb der Zone wirkende hydrostatische Druck ansteigen kann, bis alle der durchlässigen Teile innerhalb derselben Zone abgedichtet sind.

Wie schon erwähnt können die Methoden der vorliegenden Erfindung die weitere Stufe des Pumpens von Bohrlochflüssigkeiten durch den Ringraum zwischen dem Bohrloch und der Bohrkette hindurch und in die abzudichtende Zone hinein umfassen, während die Abdichtungszusammensetzung durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der Bohrkette und in dieselbe Zone hinein gepumpt wird.
Zur weiteren Veranschaulichung der Methoden der vorliegenden Erfindung beziehen wir uns nun auf die folgenden Beispiele.
Beispiel 1
Eine ölbasierte Abdichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung, welche Dieselöl zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 43% bis ungefähr 53%, Hydroxyethylcellulose zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 4% bis ungefähr 5%, einen viergeteilten Alkylammoniakbentonitton zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0.4% bis ungefähr 0.5%, und einen mit Wasser aufschwellbaren Bentonitton innerhalb eines Bereiches von ungefähr 42% bis ungefähr 53% umfasst, wobei alle Prozentwerte einen Massenanteil der Zusammensetzung repräsentieren, wurde im Labor vorbereitet. Ein Teil der Abdichtungszusammensetzung wurde dann zu einem gleich großen Teil eines wasserbasierten Spülschlamms hinzugefügt. Innerhalb von ungefähr 10 Sekunden wurde eine feste, hochviskose Masse geformt, welche über eine verformbare Konsistenz verfügte.
Beispiel 2
Innerhalb eines Bohrloches, welches mit Hilfe eines wasserbasierten Spülschlamms gebohrt wurde, wurde eine besonders durchlässige Zone angetroffen, wobei ungefähr 9.54 m³ desselben Spülschlamms pro Stunde verloren gingen (ungefähr 60 Fässer pro Stunde). Es wurde dann eine in Beispiel 1 weiter oben beschriebene ölbasierte Abdichtungszusammensetzung vorbereitet. Gleich große Teile der Zusammensetzung wurden daraufhin durch die Bohrkette in den Ringraum hinein herunter gepumpt, d. h. jedes Teil mit Hilfe einer Rate von einem Faß pro Minute. Als die Zusammensetzung mit dem wasserbasierten Spülschlamm innerhalb des Bohrloches reagierte, wurden hochviskose widerstandsfähige Massen geformt, welche in die durchlässige Zone oder Zonen eintraten und dieselbe abdichteten, durch welche der Verlust von Flüssigkeit auftrat, wonach das Bohrverfahren fortgesetzt werden konnte.
Beispiel 3
Eine wasserbasierte Abdichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung, welche Wasser zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 30% bis ungefähr 42%, einen wässerigen Styren-/Butadienlatex zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 39% bis ungefähr 47%, einen viergeteilten Alkylammoniakbentonitton zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 16% bis ungefähr 19%, Natriumcarbonat zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 3.3% bis ungefähr 3.7%, ein Dispersionsmittel, welches aus einem Kondensationsreaktionsprodukt von Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfat zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0.4% bis ungefähr 0.47%, Welangummi zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0.1% bis ungefähr 0.2%, und ein Polydimethylsiloxan-Entschäumungsmittel zu einer Menge innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0.8% bis ungefähr 1.2% umfasste, wobei alle Prozentwerte einen Massenanteil der Zusammensetzung repräsentieren, wurde im Labor vorbereitet. Ein Teil der Abdichtungszusammensetzung wurde dann zu einem gleich großen Teil eines dieselölbasierten Spülschlamms hinzugefügt. Innerhalb von ungefähr 20 Sekunden wurde eine feste, hochviskose Masse geformt, welche über eine verformbare Konsistenz verfügte.
Beispiel 4
Innerhalb eines Bohrloches, welches mit Hilfe eines nicht-wässerigen Spülschlamms gebohrt wurde, wurde eine gespaltene Zone angetroffen, wobei ungefähr 3.18 m³ desselben Spülschlamms pro Stunde verloren gingen (ungefähr 20 Fässer pro Stunde). Es wurde dann eine in Beispiel 3 weiter oben beschriebene wasserbasierte Abdichtungszusammensetzung vorbereitet. Gleich große Teile der Zusammensetzung wurden daraufhin durch die Bohrkette in den Ringraum hinein herunter gepumpt, d. h. jedes Teil mit Hilfe einer Rate von einem Faß pro Minute. Als die Zusammensetzung mit dem nicht-wässerigen Spülschlamm innerhalb des Bohrloches reagierte, wurden hochviskose widerstandsfähige Massen geformt, welche in die gespaltene Zone oder Zonen eintraten und dieselbe abdichteten, durch welche der Verlust von Flüssigkeit auftrat, wonach das Bohrverfahren fortgesetzt werden konnte.

Claims

Eine Methode für das Abdichten einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, welches eine Bohrkette umfasst, um mit Hilfe von durchlässigen Teilen derselben den unkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten in dieselbe Zone hinein und aus derselben heraus zu reduzieren, wobei die vorgenannte Methode weiter das Pumpen einer Abdichtungszusammensetzung umfasst, welche durch das Vermischen und die Reaktion derselben mit Bohrlochflüssigkeiten, die Wasser, Öl oder beides innerhalb des vorgenannten Bohrloches beinhalten, in eine abdichtende Masse umgewandelt werden kann, durch eine oder mehrere Öffnungen an dem Ende der vorgenannten Bohrkette und in die vorgenannte Zone hinein, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung und die vorgenannten Bohrlochflüssigkeiten zusammen als eine Beimischung in das vorgenannte Bohrloch hinunter gepumpt werden, und dass die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung mit Hilfe einer Fließrate innerhalb eines Bereiches von 1 : 4 bis 4 : 1 relativ zu den vorgenannten Bohrlochflüssigkeiten innerhalb desselben gepumpt wird, wobei die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung durch die vorgenannten Bohrlochflüssigkeiten hindurch fließt und leicht mit denselben vermischt wird, und wobei Teile der vorgenannten Abdichtungszusammensetzung in abdichtende Massen umgewandelt werden, wenn die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung durch die vorgenannte Zone hindurch fließt, und wobei die vorgenannten abdichtenden Massen fortlaufend in die vorgenannten durchlässigen Teile der vorgenannten Zone umgeleitet werden und dieselben abdichten, so dass Flüssigkeiten aus derselben Zone herausfliessen können, was es dem hydrostatischen Druck innerhalb derselben Zone wiederum ermöglicht, so weit anzusteigen, bis alle der durchlässigen Teile der vorgenannten Zone abgedichtet sind.
Eine Methode nach Anspruch 1, bei welcher die Fließrate der vorgenannten Abdichtungszusammensetzung, welche in das vorgenannte Bohrloch eingepumpt wird, zwischen 0.079 und 0.795 m³ pro Minute (0.5 und 5 Fässer pro Minute) beträgt.
Eine Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die vorgenannte Bohrkette ein offenes Ende umfasst.
Eine Methode nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die vorgenannte Bohrkette eine Bohrkrone umfasst, welche an derselben befestigt ist und große Öffnungen in derselben umfasst.
Eine Methode nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, welche weiter die Stufe des Pumpens von Bohrlochflüssigkeiten durch den Ringraum zwischen dem vorgenannten Bohrloch und der vorgenannten Bohrkette und in die vorgenannte Zone hinein umfasst, während die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung durch eine oder mehrere der vorgenannten Öffnungen an dem Ende der vorgenannten Bohrkette hindurch in die vorgenannte Zone hinein gepumpt wird.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die vorgenannte Abdichtungszusammensetzung unter Druck in die vorgenannte Zone hinein gepumpt wird, wobei in derselben vorgenannten Zone Spalten geformt werden, welche mit den vorgenannten abdichtenden Massen gefüllt werden.
Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die vorgenannte Abdichtungszusammenstellung aus einem Öl, einem hydratisierbaren Polymer, einem organophillischen Ton, und einem mit Wasser aufschwellbaren Ton besteht; oder bei welcher dieselbe aus Wasser, einem wässerigen Gummilatex, einem organophillischen Ton, und Natriumcarbonat besteht.
Eine Methode nach Anspruch 7, bei welcher das vorgenannte Öl aus Dieselöl besteht, und wobei das vorgenannte hydratisierbare Polymer aus Hydroxyethylcellulose besteht, und wobei der vorgenannte organophillische Ton aus viergeteiltem Alkylammoniakbentonit besteht, und wobei der vorgenannte mit Wasser aufschwellbare Ton aus Bentonit besteht.
Eine Methode nach Anspruch 7, bei welcher der vorgenannte wässerige Gummilatex aus einem wässerigen Styren-Butadienlatex besteht, und wobei der vorgenannte organophillische Ton aus einem viergeteilten Alkylammoniakbentonit besteht, und wobei die vorgenannte Abdichtungszusammenstellung weiter einen Latexstabilisierer umfasst, welcher aus einer sulfonierten und ethoxylierten Zusammenstellung mit der Formal H(CH₂)_12-15(CH₂CH₂O)₁₅SO₃Na besteht.