DE69928280T2 - Verfahren und vorrichtung zum zugriff auf unterirdische lagerstätten von der oberfläche - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Ausbeutung unterirdischer Lagerstätten und insbesondere ein Verfahren und System für den Zugang zu unterirdischen Lagerstätten von der Oberfäche.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Unterirdische Kohlelagerstätten enthalten beträchtliche Mengen von mitgeführtem Methangas, und eine Einschränkung bei der Förderung und bei der Verwendung von Methangas aus Kohlelagerstätten liegt seit vielen Jahren vor. Wesentliche Hindernisse haben jedoch eine Entwicklung und Nutzung von Methangas-Vorkommen in Kohleflözen vereitelt. Das größte Problem beim Fördern von Methangas aus Kohleflözen ist, dass, obwohl Kohleflöze sich über ausgedehnte Flächen von bis zu mehreren Tausend Acres (wobei 1 Acre ungefähr 0,4 Hektar entspricht) erstrecken können, die Kohleflöze ziemlich flach in der Tiefe sind, welche von einigen Zoll (wobei 1 Zoll gleich 2,54 Zentimeter ist) bis zu mehreren Metern schwankt. Somit können, obwohl die Kohleflöze häufig relativ nah an der Oberfläche liegen, zum Gewinnen von Methangas in die Kohlelagerstätten gebohrte vertikale Bohrlöcher nur einen ziemlich kleinen Radius um die Kohlelagerstätten entleeren. Ferner können Kohlelagerstätten nicht der Druckzertrümmerung und anderen häufig zur Steigerung der Methangasförderung aus Felsformationen verwendeten Verfahren unterzogen werden. Folglich ist, nachdem das mühelos aus einem vertikalen Bohrloch in einem Kohleflöz entzogene Gas gefördert ist, die weitere Förderung hinsichtlich ihres Volumens begrenzt. Zusätzlich gehen Kohleflöze häufig mit unterirdischem Wasser einher, welches aus dem Kohleflöz entzogen werden muss, um das Methan zu fördern.
- Horizontale Bohrmuster wurden ausprobiert, um die Menge von Kohleflözen, welche einem Bohrloch zur Gasförderung offenstehen, zu vergrößern. Solche Horizontalbohrverfahren erfordern jedoch die Verwendung eines gekrümmten Bohrlochs, was Schwierigkeiten beim Abführen des mitgeführten Wassers aus dem Kohleflöz bereitet. Das wirkungsvollste Verfahren, um Wasser aus einem unterirdischen Bohrloch zu pumpen, eine Gestängepumpe, funktioniert in horizontalen oder gekrümmten Bohrlöchern nicht richtig.
- Ein weiteres Problem bei der Oberflächenförderung von Gas aus Kohleflözen sind die durch unzureichend ausgeglichene Bohrbedingungen aufgrund der Porosität des Kohleflözes verursachten Schwierigkeiten. Sowohl bei vertikalen als auch bei horizontalen Oberflächenbohrvorgängen wird Bohrfluid verwendet, um Bohrklein aus dem Bohrloch an die Oberfläche abzuführen. Das Bohrfluid übt einen hydrostatischen Druck auf die Formation aus, welcher, wenn er den hydrostatischen Druck der Formation übersteigt, zu einem Verlust von Bohrfluid in die Formation führen kann. Dies hat eine Mitnahme von Bohrstäuben in die Formation zur Folge, welcher dazu neigt, die Poren, Risse und Bruchstellen zu verstopfen, welche benötigt werden, um das Gas zu fördern.
- Infolge dieser Schwierigkeiten bei der Oberflächenförderung von Methangas aus Kohlelagerstätten wurde das Methangas, welches vor dem Abbau aus einem Kohleflöz entfernt werden muss, durch Verwendung unterirdischer Verfahren aus Kohleflözen entfernt. Während die Verwendung unterirdischer Verfahren das mühelose Entfernen von Wasser aus einem Kohleflöz gestattet und unzureichend ausgeglichene Bohrbedingungen beseitigt, können diese nur eine begrenzte Menge der durch laufende Abbauvorgänge freigelegten Kohleflöze erreichen. Wo zum Beispiel Strebbau praktiziert wird, werden Untertage-Bohrgestelle verwendet, um horizontale Löcher von einem Feld, das gerade abgebaut wird, in ein benachbartes Feld, das später abgebaut wird, zu bohren. Die Einschränkungen von Untertage-Bohrgestellen begrenzen die Reichweite solcher horizontaler Löcher und somit den Bereich, der wirkungsvoll entleert werden kann. Außerdem begrenzt die Entgasung eines nachfolgenden Felds während des laufenden Abbaus eines Felds die Entgasungszeit. Folglich müssen viele horizontale Bohrlöcher gebohrt werden, um das Gas in einer begrenzten Zeitdauer zu entfernen.
- Überdies muss bei hohem Gasgehalt oder bei durch ein Kohleflöz wanderndem Gas der Abbau möglicherweise angehalten oder verzögert werden, bis ein nachfolgendes Felds hinlänglich entgast werden kann. Diese Produktionsverzögerungen kommen zu den mit dem Entgasen eines Kohleflözes verbundenen Kosten noch hinzu.
- Das US-Patent Nr. 4390067 offenbart ein Verfahren zur Behandlung schweres oder viskoses Öl enthaltender unterirdischer Lagerstätten dergestalt, dass das schwere oder zähflüssige Öl gewonnen werden kann. Der Prozess umfasst das Bohren einer Vielzahl von Bohrlöchern in der Schicht unter der Oberfläche dergestalt, dass die Bohrlöcher miteinander verkettet sind, und das Erwärmen eines Korridors aus Öl in der Nähe der Bohrlöcher, um die Viskosität des Öls zu verringern und die Gewinnung durchzuführen. Horizontale Teile der Bohrlöcher werden mit Beton verstopft, und der Korridor aus erwärmtem Öl wird durch Einspritzen von Dampf in die Bohrlöcher von einem Ende zu einem anderen und aus den Bohrlöchern heraus verschoben.
- Die europäische Patentanmeldung
EP 0819834 A1 offenbart ein Verfahren zum Aushöhlen eines Hohlraums in einer hauptsächlich aus Salz bestehenden unterirdischen Zone durch Auflösung. Das Verfahren umfasst das Bilden eines vertikalen Einspritzkanals und eines vertikalen Entnahmekanals in der unterirdischen Zone und das Verbinden der vertikalen Kanäle mit einem horizontalen Kommunikationskanal. Der horizontale Kanal umfasst einen Sackstollen, welcher von der Verbindungsstelle zwischen dem vertikalen Einspritzkanal und dem horizontalen Kanal ausgeht. Ein Salzlösemittel wird über den Einspritzkanal in den Kommunikationskanal dergestalt eingespritzt, dass das Lösemittel das Salz auflöst, wodurch der Hohlraum ausgehöhlt wird. Die entstehende Salzlauge wird durch den Entnahmekanal entfernt. - KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren und System für den Zugang zu unterirdischen Lagerstätten von der Oberfläche, welches die mit früheren Systemen und Verfahren verbundenen Nachteile und Probleme im wesentlichen beseitigt oder verringert.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren für den Zugang zu einer unterirdischen Zone von der Oberfläche das Bohren einer Vielzahl von im wesentlichen vertikalen Bohrlöchern von der Oberfläche zur unterirdischen Zone, das Bohren eines abgeknickten Bohrlochs von der Oberfläche zur unterirdischen Zone, welches abgeknickte Bohrloch gegenüber jedem der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher an der Oberfläche horizontal versetzt ist und jedes der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher an einer Verbindungsstelle nahe der unterirdischen Zone schneidet und dadurch gekennzeichnet ist, dass durch das abgeknickte Bohrloch ein im wesentlichen horizontales Dränagemuster von der Verbindungsstelle in die unterirdische Zone gebohrt wird.
- Die Dränagemuster schaffen Zugang von der Oberfläche zu einem ausgedehnten unterirdischen Bereich, während das vertikale Hohlraum-Bohrloch gestattet, mitgeführtes Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Vorkommen wirtschaftlich zu abzuführen und/oder zu fördern.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das im wesentlichen horizontale Dränagemuster ein Gefiedermuster einschließlich eines im wesentlichen horizontalen diagonalen Bohrlochs, welches vom im wesentlichen vertikalen Bohrloch, das ein erstes Ende eines vom Dränagemuster abgedeckten Bereichs definiert, zu einem entfernten Ende des Bereichs verläuft, enthalten. Eine erste Gruppe von im wesentlichen horizontalen seitlichen Bohrlöchern verläuft in räumlicher Beziehung zueinander vom diagonalen Bohrloch zur Peripherie des Bereichs auf einer ersten Seite des diagonalen Bohrlochs. Eine zweite Gruppe von im wesentlichen horizontalen seitlichen Bohrlöchern verläuft in räumlicher Beziehung zueinander vom diagonalen Bohrloch zur Peripherie des Bereichs auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite des diagonalen Bohrlochs.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet ein Verfahren zum Vorbereiten einer unterirdischen Zone für den Abbau die im wesentlichen vertikalen und abgeknickten Bohrlöcher und das Dränagemuster. Wasser wird der unterirdischen Zone durch das Dränagemuster zur Verbindungsstelle mit dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch hin entzogen. Wasser wird von der Verbindungsstelle durch das im wesentlichen vertikale Bohrloch zur Oberfläche gepumpt. Gas wird durch mindestens eines der im wesentlichen vertikalen und abgeknickten Bohrlöcher aus der unterirdischen Zone gefördert.
- Nachdem die Entgasung abgeschlossen ist, kann die unterirdische Zone weiter vorbereitet werden, indem Wasser und andere Zusatzstoffe durch das Dränagemuster in die Zone gepumpt werden. Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpenpositioniereinrichtung geschaffen, um eine Bohrlochpumpe in einem Hohlraum eines Bohrlochs genau zu positionieren.
- Zu den technischen Vorteilen der vorliegenden Erfindung zählt die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems für den Zugang zu unterirdischen Lagerstätten von der Oberfläche. Insbesondere wird aus einem abgeknickten Oberflächen-Bohrloch ein horizontales Dränagemuster in eine Zielzone gebohrt, um von der Oberfläche Zugang zur Zone zu schaffen. Das Dränagemuster wird von einem vertikalen Hohlraum-Bohrloch geschnitten, aus welchem mitgeführtes Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere der Zone entzogene Fluide mittels einer Gestängepumpeneinheit wirtschaftlich entfernt und/oder gefördert werden können. Folglich können Gas, Öl und andere Fluide aus einer Formation mit niedrigem Druck oder geringer Porosität wirtschaftlich an der Oberfläche gefördert werden.
- Ein anderer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Bohren in Lagerstätten mit niedrigem Druck. Insbesondere wird eine Bohrlochpumpe oder eine Gaseinpressung verwendet, um den durch zum Abführen von Bohrklein während Bohrvorgängen verwendete Bohrfluide ausgeübten hydrostatischen Druck zu lindern. Folglich können Lagerstätten bei äußerst niedrigen Drücken ohne Verluste von Bohrfluiden in die Formation und ohne Verstopfen der Formation angebohrt werden.
- Noch ein anderer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten horizontalen Dränagemusters für den Zugang zu einer unterirdischen Zone. Insbesondere wird eine Gefiederstrukturmit einer Hauptdiagonalen und entgegengesetzten Seitenzweigen verwendet, um den Zugang zu einer unterirdischen Zone von einem einzigen vertikalen Bohrloch aus zu maximieren. Die Länge der Seitenzweige ist nahe dem vertikalen Bohrloch maximal und nimmt zum Ende der Hauptdiagonalen hin ab, um einen gleichmäßigen Zugang zu einem vierseitigen oder anderen Gitterbereich zu schaffen. Dies gestattet, das Dränagemuster zur Entgasung eines Gruben-Kohleflözes oder einer ande ren Lagerstätte auf Strebbau-Felder und andere Strukturen unter der Oberfläche auszurichten.
- Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Vorbereiten eines Kohleflözes oder einer anderen unterirdischen Lagerstätte für den Abbau. Insbesondere Oberflächen-Bohrlöcher werden verwendet, um ein Kohleflöz vor Abbauvorgängen zu entgasen. Dies reduziert den Aufwand an Untertage-Geräten und -Tätigkeiten und verlängert die Zeit zum Entgasen des Flözes, was Stillstände wegen hohen Gasgehalts minimiert. Außerdem können vor Abbauvorgängen Wasser und Zusatzstoffe in das entgaste Kohleflöz gepumpt werden, um Staub und andere gefährliche Zustände zu minimieren, die Wirtschaftlichkeit des Abbauprozesses zu verbessern und die Qualität des Kohleprodukts zu verbessern.
- Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Fördern von Methangas aus einem abgebauten Kohleflöz. Insbesondere können zum anfänglichen Entgasen eines Kohleflözes vor Abbauvorgängen verwendete Bohrlöcher wiederverwendet werden, um nach dem Abbauvorgang Versatzgas aus dem Flöz aufzufangen. Folglich werden mit dem Auffangen von Versatzgas verbundene Kosten minimiert, um das Auffangen von Versatzgas aus früher abgebauten Flözen zu erleichtern oder zu ermöglichen.
- Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Positioniereinrichtung zum automatischen Positionieren von Bohrlochpumpen und anderen Geräten in einem Hohlraum. Insbesondere ist eine drehbare Hohlraumpositioniereinrichtung so eingerichtet, dass sie für den Transport in einem Bohrloch eingezogen und innerhalb eines Bohrloch-Hohlraums ausgefahren wird, um die Geräte innerhalb des Hohlraums optimal zu positionieren. Dies gestattet, Bohrlochgeräte innerhalb des Hohlraums mühelos zu positionieren und zu befestigen.
- Andere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für einen Durchschnittsfachmann aus den folgenden Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen ohne weiteres ersichtlich.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Zum umfassenderen Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile darstellen.
-
1 ist eine Schnittansicht, welche die Bildung eines horizontalen Dränagemusters in einer unterirdischen Zone durch ein abgeknicktes Oberflächen-Bohrloch, welches ein vertikales Hohlraum-Bohrloch schneidet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
2 ist eine Schnittansicht, welche die Bildung des horizontalen Dränagemusters in der unterirdischen Zone durch das abgeknickte Oberflächen-Bohrloch, welches das vertikale Hohlraum-Bohrloch schneidet, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
3 ist eine Schnittansicht, welche die Förderung von Fluiden aus einem horizontalen Dränagemuster in einer unterirdischen Zone durch ein vertikales Bohrloch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
4 ist eine Draufsicht, welche ein Gefieder-Dränagemuster für den Zugang zu Lagerstätten in einer unterirdischen Zone gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
5 ist eine Draufsicht, welche ein Gefieder-Dränagemuster für den Zugang zu Lagerstätten in einer unterirdischen Zone gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
6 ist eine Draufsicht, welche ein vierseitiges Gefieder-Dränagemuster für den Zugang zu Lagerstätten in einer unterirdischen Zone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
7 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtung von "Gefieder"-Dränagemustern innerhalb von Feldern eines Kohleflözes zum Entgasen und Vorbereiten des Kohleflözes für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; -
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Vorbereiten eines Kohleflözes für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 veranschaulicht eine Kombination von Hohlraum- und abgeknicktem Bohrloch für den Zugang zu einer unterirdischen Zone von der Oberfläche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die unterirdische Zone ein Kohleflöz. Es versteht sich, dass der Zugang zu anderen unterirdischen Zonen mit niedrigem Druck, mit äußerst niedrigem Druck und mit geringer Porosität auf ähnliche Weise unter Verwendung des Zwei-Bohrlöcher-Systems der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, um Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Fluide in der Zone abzuführen und/oder zu fördern und um vor Abbauvorgängen Mineralien in der Zone zu behandeln. - Wie in
1 gezeigt, verläuft ein im wesentlichen vertikales Bohrloch12 von der Oberfläche14 zu einem Ziel-Kohleflöz15 . Das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 schneidet und durchdringt das Kohleflöz15 und setzt sich unterhalb desselben fort. Das im wesentlichen vertikale Bohrloch wird mit einer geeigneten Bohrloch-Auskleidung16 ausgekleidet, welche auf dem Niveau oder oberhalb des Niveaus des Kohleflözes15 endet. - Das im wesentlichen vertikale Bohrloch
12 wird entweder beim oder nach dem Bohren geloggt, um die genaue vertikale Tiefe des Kohleflözes15 zu lokalisieren. Folglich wird das Kohleflöz bei nachfolgenden Bohrvorgängen nicht verfehlt, und Verfahren zum Lokalisieren des Flözes15 während des Bohrens brauchen nicht angewendet zu werden. Ein Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 wird in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch12 auf dem Niveau des Kohleflözes15 gebildet. Wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben, bildet der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 eine Verbindungsstelle für den Schnittpunkt des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs mit dem zum Bilden eines im wesentlichen horizontalen Dränagemusters im Kohleflöz15 verwendeten abgeknickten Bohrloch. Der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 bildet außerdem eine Auffangstelle für dem Kohleflöz15 während Fördervorgängen entzogene Fluide. - Bei einer Ausführungsform hat der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser
20 einen Radius von ungefähr 24 Metern (achtzig Fuß) und eine vertikale Ausdehnung, welche genauso groß wie oder größer als die vertikale Ausdehnung des Kohleflözes15 ist. Der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 wird unter Verwendung geeigneter Nachbohrverfahren und -geräte gebildet. Ein vertikaler Teil des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs12 setzt sich unter dem Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 fort, um einen Sumpf22 für den Hohlraum20 zu bilden. - Ein abgeknicktes Bohrloch
30 verläuft von der Oberfläche14 zu dem Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs12 . Das abgeknickte Bohrloch30 umfasst einen im wesentlichen vertikalen Teil32 , einen im wesentlichen horizontalen Teil34 und einen gebogenen oder gekrümmten Teil36 , welcher den vertikalen Teil32 und den horizontalen Teil34 miteinander verbindet. Der horizontale Teil34 liegt im wesentlichen in der horizontalen Ebene des Kohleflözes15 und schneidet den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs12 . - Das abgeknickte Bohrloch
30 ist gegenüber dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch12 an der Oberfläche14 um eine ausreichende Entfernung versetzt, damit der mit großem Radius gebogene Abschnitt36 und ein beliebiger gewünschter horizontaler Abschnitt34 gebohrt werden kann, bevor es den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 schneidet. Um dem gebogenen Teil36 einen Radius von 30 Metern (100 bis 150 Fuß) zu geben, wird das abgeknickte Bohrloch30 um eine Entfernung von etwa 91 Metern (300 Fuß) gegenüber dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch12 versetzt. Dieser Abstand minimiert den Winkel des gebogenen Teils36 , um die Reibung im Bohrloch30 während Bohrvorgängen zu verringern. - Folglich wird die Reichweite des durch das abgeknickte Bohrloch
30 gebohrten Gelenkbohrstrangs maximiert. - Das abgeknickte Bohrloch
30 wird mittels des Gelenkbohrstrangs40 , welcher einen geeigneten Bohrlochmotor und Bohrer42 enthält, gebohrt. Eine Einrichtung zum Messen während des Bohrens (MWD-Einrichtung)44 ist im Gelenkbohrstrang40 enthalten, um die Orientierung und Richtung des vom Motor und Bohrer42 gebohrten Bohrlochs zu kontrollieren. Der im wesentlichen vertikale Teil32 des abgeknickten Bohrlochs30 wird mit einer geeigneten Auskleidung38 ausgekleidet. - Nachdem der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser
20 vom abgeknickten Bohrloch30 erfolgreich durchdrungen wurde, wird das Bohren durch den Hohlraum20 mittels des Gelenkbohrstrangs40 und einer geeigneten Horizontalbohrvorrichtung fortgesetzt, um ein im wesentlichen horizontales Dränagemuster50 im Kohleflöz15 zu schaffen. Das im wesentlichen horizontale Dränagemuster50 und andere derartige Bohrlöcher enthalten schräge, wellige oder andere Neigungen des Kohleflözes15 oder einer anderen unterirdischen Zone. Während dieses Vorgangs können Gammastrahlen-Messeinrichtungen und herkömmliche Einrichtungen zum Messen während des Bohrens verwendet werden, um die Orientierung des Bohrers zu kontrollieren und zu steuern, um das Dränagemuster50 innerhalb der Grenzen des Kohleflözes15 zu halten und um eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung eines gewünschten Bereichs innerhalb der Kohleflözes15 zu schaffen. Weitere Information bezüglich des Dränagemusters sind im folgenden in Verbindung mit4 bis7 ausführlicher beschrieben. - Während des Prozesses des Bohrens des Dränagemusters
50 wird Bohrfluid oder "Schlamm" den Gelenkbohrstrang40 hinunter gepumpt und in der Nähe des Bohrers42 aus dem Bohrstrang40 geleitet, wo es dazu dient, die Formation zu entschlammen und Bohrklein aus der Formation zu entfernen. Das Bohrklein wird dann im Bohrfluid mitgeführt, welches durch den Ring zwischen dem Bohrstrang40 und den Bohrloch-Wänden nach oben zirkuliert, bis es die Oberfläche14 erreicht, wo das Bohrklein aus dem Bohrfluid entfernt wird und das Fluid dann zurückgeleitet wird. Dieser herkömmliche Bohrvorgang erzeugt eine Standardsäule aus Bohrfluid mit einer vertikalen Höhe gleich der Tiefe des Bohrlochs30 und erzeugt einen der Bohrlochtiefe entsprechenden hydrostatischen Druck auf dem Bohrloch. Da Kohleflöze dazu neigen, porös und brüchig zu sein, sind sie möglicherweise nicht in der Lage, einem solchen hydrostatischen Druck standzuhalten, selbst wenn auch Formationswasser im Kohleflöz15 vorhanden ist. Demgemäß kann sich, wenn zugelassen wird, dass der volle hydrostatische Druck auf das Kohleflöz15 einwirkt, ein Verlust von Bohrfluid und mitgeführtem Bohrklein in die Formation ergeben. Ein solcher Zustand wird als ein "über-ausgeglichener" Bohrvorgang bezeichnet, bei welchem der hydrostatische Fluiddruck im Bohrloch die Druckfestigkeit der Formation übersteigt. Ein Verlust von Bohrfluiden und Bohrklein in die Formation ist nicht nur teuer hinsichtlich der verlorenen Bohrfluide, welche ersetzt werden müssen, sondern er trägt auch dazu bei, die Poren im Kohleflöz15 zu verstopfen, welche benötigt werden, um dem Kohleflöz Gas und Wasser zu entziehen. - Um während der Bildung des Dränagemusters
50 über-ausgeglichene Bohrbedingungen zu verhindern, werden Luftkompressoren60 bereitgestellt, um Druckluft das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 hinunter und durch das abgeknickte Bohrloch30 zurück nach oben umzuwälzen. Die umgewälzte Luft vermischt sich mit den Bohrfluiden im Ring um den Gelenkbohrstrang40 und erzeugt überall in der Bohrfluid-Säule Blasen. Dies bewirkt eine Linderung des hydrostatischen Drucks des Bohrfluids und eine Verringerung des Bohrlochdrucks, welche ausreicht, um die Bohrbedingungen nicht über-ausgeglichen werden zu lassen. Die Belüftung des Bohrfluids verringert den Bohrlochdruck auf ungefähr 1,03 × 106 bis 1,38 × 106 Pascal (150 bis 200 Pfund pro Quadratzoll (psi)). - Demgemäß können Kohleflöze und andere unterirdische Zonen mit niedrigem Druck ohne wesentliche Verluste von Bohrfluid und Verunreinigung der Zone durch das Bohrfluid angebohrt werden.
- Auch Schaum, welcher mit Wasser gemischte Druckluft sein kann, kann zusammen mit dem Bohrschlamm durch den Gelenkbohrstrang
40 nach unten umgewälzt werden, um das Bohrfluid im Ring zu belüften, während das abgeknickte Bohrloch30 gebohrt wird und, wenn gewünscht, während das Dränagemuster50 gebohrt wird. Auch durch Bohren des Dränagemusters50 mit einem Druckluftbohrhammer oder einem druckluftgetriebenen Bohrlochmotor wird dem Bohrfluid Druckluft oder Schaum zugeführt. In diesem Fall tritt die Druckluft oder der Schaum, welche bzw. welcher zum Antreiben des Bohrers oder Bohrlochmotors verwendet wird, in der Nähe des Bohrers42 aus. Jedoch gestattet das größere Luftvolumen, welches das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 hinunter geleitet werden kann, eine stärkere Belüftung des Bohrfluids als allgemein durch über den Gelenkbohrstrang40 zugeführte Luft möglich ist. -
2 veranschaulicht ein Verfahren und System zum Bohren des Dränagemusters50 in das Kohleflöz15 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 , der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 und das abgeknickte Bohrloch32 so positioniert und gebildet wie vorher in Verbindung mit1 beschrieben. - Wie in
2 gezeigt, wird, nachdem der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 vom abgeknickten Bohrloch30 durchdrungen wurde, eine Pumpe52 in den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 eingebaut, um Bohrfluid und Bohrklein durch das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 an die Oberfläche14 zu pumpen. Dies beseitigt die Reibung von Luft und Fluid, welche durch das abgeknickte Bohrloch30 nach oben zurückströmen, und verringert den Bohrlochdruck auf annähernd Null. Demgemäß kann der Zugang zu Kohleflözen und anderen unterirdischen Zonen mit äußerst niedrigen Drücken unter 1,03 × 106 Pascal (150 psi) von der Oberfläche hergestellt werden. Zusätzlich wird die Gefahr, dass Luft und Methan sich im Bohrloch verbinden, beseitigt. -
3 veranschaulicht die Förderung von Fluiden aus dem horizontalen Dränagemuster50 im Kohleflöz15 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Bei dieser Ausführungsform wird, nachdem das im wesentlichen vertikale Bohrloch
12 und das abgeknickte Bohrloch30 sowie das gewünschte Dränagemuster50 gebohrt wurden, der Gelenkbohrstrang40 aus dem abgeknickten Bohrloch30 entfernt und das abgeknickte Bohrloch mit einer Abdeckung verschlossen. Für die im folgenden beschriebene Mehrfach-Gefiederstruktur kann das abgeknickte Bohrloch30 in dem im wesentlichen horizontalen Teil34 verstopft werden. - Sonst kann das abgeknickte Bohrloch
30 unverschlossen bleiben. - Wie in
3 gezeigt, ist eine Bohrlochpumpe80 in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch12 im Hohlraum mit erweitertem Durchmesser22 angeordnet. Der erweiterte Hohlraum20 bildet einen Speicher für angesammelte Fluide, welcher intermittierendes Pumpen gestattet, ohne dass es zu ungünstigen Auswirkungen eines durch angesammelte Fluide im Bohrloch verursachten hydrostatischen Drucks kommt. - Die Bohrlochpumpe
140 ist über einen Rohrstrang82 mit der Oberfläche14 verbunden und kann durch Pumpstangen84 angetrieben werden, welche sich durch das Bohrloch12 im Rohr nach unten erstrecken. Die Pumpstangen84 werden durch eine geeignete an der Oberfläche installierte Vorrichtung wie einen angetriebenen Schwengel86 hin und her bewegt, um die Bohrlochpumpe80 zu betreiben. Die Bohrlochpumpe80 hat die Aufgabe, Wasser und mitgeführte Kohlenstäube über das Dränagemuster50 aus dem Kohleflöz15 zu entfernen. Nachdem das Wasser an die Oberfläche entfernt ist, kann es zur Abtrennung von Methan, welches im Wasser gelöst sein kann, und zur Entfernung von mitgeführten Stäuben behandelt werden. Nachdem genügend Wasser aus dem Kohleflöz15 entfernt wurde, ist es möglich, reines Kohleflöz-Gas durch den Ring des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs12 um den Rohrstrang82 an die Oberfläche14 strömen zu lassen und über ein an eine Bohrlochvorrichtung angeschlossenes Rohr abzuführen. An der Oberfläche wird das Methan behandelt, komprimiert und durch eine Rohrleitung gepumpt, um auf herkömmliche Weise als Kraftstoff verwendet zu werden. Die Bohrlochpumpe80 kann ununterbrochen oder nach Bedarf betrieben werden, um dem Kohleflöz15 entzogenes Wasser in den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser22 abzuführen. -
4 bis7 veranschaulichen im wesentlichen horizontale Dränagemuster50 für den Zugang zum Kohleflöz15 oder einer anderen unterirdischen Zone gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform enthalten die Dränagemuster Gefiedermuster, welche aus einer zentralen Diagonale mit allgemein symmetrisch und in angemessenen Abständen angeordneten Seitenzweigen, die von jeder Seite der Diagonalen ausgehen, bestehen. Das Gefiedermuster kommt dem Muster der Adern in einem Laubblatt oder dem Aufbau einer Feder insofern nahe, als es ähnliche, im wesentlichen parallele Hilfsdränage-Bohrlöcher aufweist, welche in im wesentlichen gleichen und parallelen Abständen auf entgegengesetzten Seiten einer Achse angeordnet sind. Das Gefreder-Dränagemuster mit seinem zentralen Bohrloch und seinen allgemein symmetrisch und in angemessenen Abständen angeordneten Hilfsdränage-Bohrlöchern auf jeder Seite bildet ein gleichmäßiges Muster, um einem Kohleflöz oder einer anderen unterirdischen Formation Fluide zu entziehen. Wie im folgenden ausführlicher beschrieben, bietet das Gefiedermuster eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung eines quadratischen Bereichs, eines anderen vierseitigen Bereichs oder eines Gitterbereichs und kann zum Vorbereiten des Kohleflözes15 für Abbauvorgänge auf Strebbau-Felder ausgerichtet werden. Es versteht sich, dass andere geeignete Dränagemuster gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. - Das Gefiedermuster und andere geeignete, von der Oberfläche gebohrte Dränagemuster schaffen Oberflächenzugang zu unterirdischen Formationen. Das Dränagemuster kann verwendet werden, um Fluide gleichmäßig abzuführen und/oder einzuleiten oder eine unterirdische Lagerstätte in anderer Weise zu manipulieren. In Nicht-Kohle-Anwendungen kann das Dränagemuster zum Auslösen von Sprengungen an Ort und Stelle, zum "Ausblasen" mit Dampf bei schwerem Rohöl und zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus Lagerstätten mit geringer Porosität verwendet werden.
-
4 veranschaulicht ein Gefieder-Dränagemuster100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform schafft das Gefieder-Dränagemuster100 den Zugang zu einem im wesentlichen quadratischen Bereich102 einer unterirdischen Zone. Eine Anzahl der Gefiedermuster60 kann zusammen verwendet werden, um einen gleichmäßigen Zugang zu einem ausgedehnten unterirdischen Gebiet zu schaffen. - Wie in
4 gezeigt, definiert der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 eine erste Ecke des Bereichs102 . Das Gefiedermuster100 enthält ein im wesentlichen horizontales Haupt-Bohrloch104 , welches diagonal durch den Bereich102 zu einer entfernten Ecke106 des Bereichs102 verläuft. Vorzugsweise werden das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 und das abgeknickte Bohrloch30 über dem Bereich102 so positioniert, dass das diagonale Bohrloch104 die Neigung des Kohleflözes15 hinauf gebohrt wird. Dies erleichtert das Auffangen von Wasser, Gas aus dem Bereich102 . Das diagonale Bohrloch104 wird mittels des Gelenkbohrstrangs40 gebohrt und verläuft vom erweiterten Hohlraum20 aus in einer Linie mit dem abgeknickten Bohrloch30 . - Eine Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern
110 verläuft von den entgegengesetzten Seiten des diagonalen Bohrlochs104 zu einer Peripherie112 des Bereichs102 . Die seitlichen Bohrlöcher122 können auf entgegengesetzten Seiten des diagonalen Bohrlochs104 spiegelsymmetrisch zueinander sein oder sie können längs des diagonalen Bohrlochs104 gegeneinander versetzt sein. Jedes der seitlichen Bohrlöcher110 enthält einen gebogenen Teil114 , welcher vom diagonalen Bohrloch104 abgeht, und einen gestreckten Teil116 , welcher gebildet wird, nachdem der gebogene Teil114 eine gewünschte Orientierung erreicht hat. Zur gleichmäßigen Abdeckung des quadratischen Bereichs102 sind Paare von seitlichen Bohrlöchern110 in im wesentlichen gleichmäßigen Abständen auf jeder Seite des diagonalen Bohrlochs104 angeordnet und verlassen die Diagonale64 in einem Winkel von ungefähr 45 Grad. Die seitlichen Bohrlöcher110 werden mit zunehmendem Abstand vom Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 immer kürzer, um das Bohren der seitlichen Bohrlöcher110 zu erleichtern. - Das Gefieder-Dränagemuster
100 mit einem einzigen diagonalen Bohrloch104 und fünf Paaren von seitlichen Bohrlöchern110 kann einen Kohleflöz-Bereich einer Fläche von ungefähr 60 Hektar (150 Acres) entleeren. Wo ein kleinerer Bereich zu entleeren ist oder wo das Kohleflöz eine andere Form wie beispielsweise eine lange, schmale Form hat oder wo die Oberflächentopographie oder die unterirdische Topographie es erfordert, können veränderte Gefieder-Dränagemuster verwendet werden, indem der Winkel der seitlichen Bohrlöcher110 zum diagonalen Bohrloch104 und die Orientierung der seitlichen Bohrlöcher110 variiert wird. Alternativ können seitliche Bohrlöcher120 von nur einer Seite des diagonalen Bohrlochs104 gebohrt werden, um ein halbes Gefiedermuster zu bilden. - Das diagonale Bohrloch
104 und die seitlichen Bohrlöcher110 werden durch Durchbohren des Hohlraums mit erweitertem Durchmesser20 mittels des Gelenkbohrstrangs40 und einer geeigneten Horizontalbohrvorrichtung gebildet. Während dieses Vorgangs können Gammastrahlen-Messeinrichtungen und herkömmliche Technologien zum Messen während des Bohrens verwendet werden, um die Richtung und Orientierung des Bohrers zu kontrollieren, um das Dränagemuster50 innerhalb der Grenzen des Kohleflözes15 zu halten und die richtigen Abstände und Orientierungen des diagonalen Bohrlochs104 und der seitlichen Bohrlöcher110 aufrechtzuerhalten. - Bei einer besonderen Ausführungsform wird das diagonale Bohrloch
104 mit einer Steigung bei jedem einer Vielzahl von Seitenzweig-Abzweigpunkten108 gebohrt. Nachdem die Diagonale104 fertiggestellt ist, wird der Gelenkbohrstrang40 zu jedem der aufeinanderfolgenden Abzweigpunkte108 zurückgezogen, von welchem aus auf jeder Seite der Diagonalen104 ein seitliches Bohrloch110 gebohrt wird: Es versteht sich, dass das Gefieder-Dränagemuster100 gemäß der vorliegenden Erfindung in anderer Weise geeignet gebildet werden kann. -
5 veranschaulicht ein Gefieder-Dränagemuster120 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform entleert das Gefieder-Dränagemuster120 einen im wesentlichen rechteckigen Bereich122 des Kohleflözes15 . Das Gefieder-Dränagemuster120 enthält ein diagonales Haupt-Bohrloch124 und eine Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern126 , welche wie in Verbindung mit dem diagonalen Bohrloch104 und den seitlichen Bohrlöchern110 in4 beschrieben gebildet werden. Bei dem im wesentlichen rechteckigen Bereich122 jedoch haben die seitlichen Bohrlöcher126 auf einer ersten Seite der Diagonalen124 einen flachen Winkel, während die seitlichen Bohrlöcher126 auf der entgegengesetzten Seite der Diagonalen124 einen steileren Winkel haben, so dass sie zusammen eine gleichmäßige Abdeckung des Bereichs12 schaffen. -
6 veranschaulicht ein vierseitiges Gefieder-Dränagemuster140 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das vierseitige Dränagemuster140 umfasst vier getrennte Gefieder-Dränagemuster100 , von welchen jedes einen Quadranten eines vom Gefieder-Dränagemuster140 abgedeckten Gebiets142 entleert. - Jedes der Gefieder-Dränagemuster
100 enthält ein diagonales Bohrloch104 und eine Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern110 , welche vom diagonalen Bohrloch104 ausgehen. Bei der vierseitigen Ausführungsform wird jedes der diagonalen und seitlichen Bohrlöcher104 und110 von einem gemeinsamen abgeknickten Bohrloch141 aus gebohrt. Dies gestattet engere Abstände der Oberflächenförderanlagen, eine umfassendere Abdeckung eines Dränagemusters und reduziert den Aufwand an Bohrgeräten und -vorgängen. -
7 veranschaulicht die Ausrichtung von "Gefieder"-Dränagemustern100 auf unterirdische Strukturen eines Kohleflözes zum Entgasen und Vorbereiten des Kohleflözes für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird das Kohleflöz15 mittels eines Strebbau-Prozesses abgebaut. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um Kohleflöze für andere Arten von Abbauvorgängen zu entgasen. - Wie in
7 gezeigt, gehen Kohlefelder150 längs von einem Streb152 aus. Strebbau-Praktiken gemäß wird nacheinander jedes Feld150 von einem entfernten Ende zum Streb152 hin abgebaut, und man lässt das Hangende zu Bruch gehen und in die Öffnung hinter dem Abbauprozess stürzen. Vor dem Abbau der Felder150 werden die Gefieder-Dränagemuster100 von der Oberfläche in die Felder150 gebohrt, um die Felder150 frühzeitig vor Abbauvorgängen zu entgasen. Jedes der Gefieder-Dränagemuster100 ist auf den Streb152 und das Gitter der Felder150 ausgerichtet und deckt Teile von einem oder mehreren Feldern150 ab. Auf diese Weise kann ein Gebiet einer Grube auf Grundlage unterirdischer Strukturen und Beschränkungen von der Oberfläche entgast werden. -
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Vorbereiten des Kohleflözes15 für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform beginnt das Verfahren in Schritt160 , in welchem zu entleerende Bereiche und Dränagemuster50 für die Bereiche identifiziert werden. Vorzugsweise werden die Bereiche auf das Gitter eines Abbauplans für das Gebiet ausgerichtet. Gefiederstrukturen100 ,120 und140 können verwendet werden, um eine optimierte Abdeckung für das Gebiet zu schaffen. Es versteht sich, dass andere geeignete Muster verwendet werden können, um das Kohleflöz15 zu entgasen. - Dann wird in Schritt
162 das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 von der Oberfläche14 durch das Kohleflöz15 gebohrt. Daraufhin wird in Schritt164 Bohrloch-Messgeräte eingesetzt, um die Lage des Kohleflözes in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch12 genau zu identifizieren. In Schritt166 wird in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch12 am Ort des Kohleflözes15 der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser22 gebildet. Wie oben besprochen, kann der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser20 durch Nachbohren und andere herkömmliche Verfahren gebildet werden. - Daraufhin wird in Schritt
168 das abgeknickte Bohrloch30 so gebohrt, dass es den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser22 schneidet. In Schritt170 wird das diagonale Haupt-Bohrloch104 für das Gefieder-Dränagemuster100 durch das abgeknickte Bohrloch30 in das Kohleflöz15 gebohrt. Nach Bildung der Hauptdiagonalen104 werden in Schritt172 seitliche Bohrlöcher110 für das Gefieder-Dränagemuster100 gebohrt. Wie oben beschrieben, können im diagonalen Bohrloch104 während dessen Bildung Seitenzweig-Abzweigpunkte gebildet werden, um das Bohren der seitlichen Bohrlöcher110 zu erleichtern. - In Schritt
174 wird das abgeknickte Bohrloch30 mit einer Abdeckung verschlossen. Daraufhin wird in Schritt176 der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser22 gereinigt, um den Einbau von Bohrloch-Förderanlagen vorzubereiten. Der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser22 kann gereinigt werden, indem Druckluft das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 hinunter gepumpt wird, oder durch andere geeignete Verfahren. In Schritt178 werden Förderanlagen in das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 eingebaut. Die Förderanlagen umfassen eine sich nach unten in den Hohlraum22 erstreckende Gestängepumpe zum Entfernen von Wasser aus dem Kohleflöz15 . Das Entfernen von Wasser verringert den Druck des Kohleflözes und ermöglicht, dass Methangas diffundiert und den Ring des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs12 hinauf gefördert wird. - Dann wird in Schritt
180 Wasser, welches aus dem Dränagemuster100 in den Hohlraum22 abläuft, mit der Gestängepumpeneinheit an die Oberfläche gepumpt. Wasser kann je nach Bedarf ununterbrochen oder intermittierend gepumpt werden, um es aus dem Hohlraum22 zu entfernen. In Schritt182 wird aus dem Kohleflöz15 diffundiertes Methangas ununterbrochen an der Oberfläche14 aufgefangen. Daraufhin wird im Entscheidungsschritt184 ermittelt, ob die Förderung von Gas aus dem Kohleflöz15 augeschlossen ist. Bei einer Ausführungsform kann die Förderung von Gas abgeschlossen sein, nachdem die Kosten des Auffangens des Gases den vom Bohrloch erzeugten Ertrag übersteigen. Bei einer anderen Ausführungsform kann Gas weiter aus dem Bohrloch gefördert werden, bis eine Restkonzentration von Gas im Kohleflöz15 unter den für Abbauvorgänge erforderlichen Konzentrationen liegt. Wenn die Förderung des Gases nicht abgeschlossen ist, leitet der Nein-Zweig des Entscheidungsschritts184 zurück zu den Schritten180 und182 , in welchen Wasser und Gas weiter aus dem Kohleflöz15 entfernt werden. Nach Abschluss der Förderung leitet der Ja-Zweig des Entscheidungsschritts184 weiter zu Schritt186 , in welchem die Förderanlagen ausgebaut werden. - Daraufhin wird im Entscheidungsschritt
188 ermittelt, ob das Kohleflöz15 weiter für Abbauvorgänge vorbereitet werden soll. Wenn das Kohleflöz15 weiter für Abbauvorgänge vorbereitet werden soll, leitet der Ja-Zweig des Entscheidungsschritts188 weiter zu Schritt190 , in welchem Wasser und andere Zusatzstoffe wieder in das Kohleflöz15 eingespritzt werden können, um Wasser wieder in das Kohleflöz einzulagern, Staub zu minimieren, die Wirtschaftlichkeit des Abbaus zu verbessern und das abgebaute Produkt zu verbessern. - Schritt
190 und der Nein-Zweig des Entscheidungsschritts188 leiten weiter zu Schritt192 , in welchem das Kohleflöz15 abgebaut wird. Das Entfernen der Kohle aus dem Flöz bewirkt, dass das Hangende zu Bruch geht und in die Öffnung hinter dem Abbauprozess stürzt. Das eingestürzte Hangende erzeugt Versatzgas, welches in Schritt194 durch das im wesentlichen vertikale Bohrloch12 aufgefangen werden kann. Demgemäß sind zusätzliche Bohrvorgänge nicht erforderlich, um Versatzgas aus einem abgebauten Kohleflöz auszubeuten. Schritt194 leitet weiter zum Ende des Prozesses, durch welchen ein Kohleflöz wirtschaftlich von der Oberfläche entgast wird. Das Verfahren schafft eine symbiotische Beziehung zur Grube, um unerwünschtes Gas vor dem Abbau zu entfernen und vor dem Abbauprozess wieder Wasser in die Kohle einzulagern. - Eine Bohrloch-Hohlraum-Pumpe
200 umfasst einen Bohrloch-Teil202 und eine Hohlraumpositioniereinrichtung204 . Der Bohrloch-Teil202 umfasst einen Einlass206 zum Abziehen und Ableiten von im Hohlraum20 enthaltenem Bohrloch-Fluid an eine Oberfläche des vertikalen Bohrlochs12 . - Bei dieser Ausführungsform ist die Hohlraumpositioniereinrichtung
204 mit dem Bohrloch-Teil202 drehbar gekoppelt, um eine Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 relativ zum Bohrloch-Teil202 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Bolzen, eine Welle oder ein anderes geeignetes Verfahren bzw. eine andere geeignete Einrichtung (nicht ausdrücklich gezeigt) verwendet werden, um die Hohlraumpositioniereinrichtung204 mit dem Bohrloch-Teil202 drehbar zu koppeln, um eine Schwenkbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 um eine Achse208 relativ zum Bohrloch-Teil202 zu ermöglichen. Somit kann die Hohlraumpositioniereinrichtung204 zwischen einem Ende210 und einem Ende212 der Hohlraumpositioniereinrichtung204 mit dem Bohrloch-Teil202 so gekoppelt werden, dass beide Enden210 und212 relativ zum Bohrloch-Teil202 drehbar manipuliert werden können. - Die Hohlraumpositioniereinrichtung
204 umfasst außerdem einen Gegengewicht-Teil214 zum Kontrollieren einer Position der Enden210 und212 relativ zum Bohrloch-Teil202 in einem allgemein nicht unterstützten Zustand. Zum Beispiel ist die Hohlraumpositioniereinrichtung204 allgemein relativ zum Bohrloch-Teil202 um die Achse208 freitragend angebracht. Der Gegengewicht-Teil214 ist längs der Hohlraumpositioniereinrichtung204 zwischen Achse208 und Ende210 so angeordnet, dass ein Gewicht oder eine Masse des Gegengewicht-Teils214 die Hohlraumpositioniereinrichtung204 während des Einsetzens und des Zurückziehens der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 relativ zum vertikalen Bohrloch12 und zum Hohlraum20 kompensiert. - Im Betrieb wird die Hohlraumpositioniereinrichtung
204 in das vertikale Bohrloch12 eingesetzt, während das Ende210 und der Gegengewicht-Teil214 in einem allgemein eingezogenen Zustand positioniert sind, wodurch das Ende210 und der Gegengewicht-Teil214 direkt beim Bohrloch-Teil202 angeordnet werden. Während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 im vertikalen Bohrloch12 in der allgemein durch einen Pfeil216 angegebenen Richtung nach unten fährt, verhindert eine Länge der Hohlraumpositioniereinrichtung204 allgemein eine Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 relativ zum Bohrloch-Teil202 . Zum Beispiel kann die Masse des Gegengewicht-Teils214 bewirken, dass der Gegengewicht-Teil214 und das Ende212 allgemein durch Kontakt mit einer vertikalen Wand218 des vertikalen Bohrlochs12 unterstützt werden, während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 im vertikalen Bohrloch12 nach unten fährt. - Während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe
200 im vertikalen Bohrloch12 nach unten fährt, bewirkt das Gegengewicht-Teil214 eine Dreh- oder Schwenkbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 relativ zum Bohrloch-Teil202 , während die Hohlraumpositioniereinrichtung204 aus dem vertikalen Bohrloch12 in den Hohlraum20 übergeht. Zum Bei spiel während die Hohlraumpositioniereinrichtung204 aus dem vertikalen Bohrloch12 in den Hohlraum20 übergeht, fällt die Unterstützung des Gegengewicht-Teils214 und des Endes212 durch die vertikale Wand218 des vertikalen Bohrlochs12 allgemein weg. Während die Unterstützung des Gegengewicht-Teils214 und des Endes212 allgemein wegfällt, bewirkt das Gegengewicht-Teil214 automatisch eine Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 relativ zum Bohrloch-Teil202 . Zum Beispiel veranlasst das Gegengewicht-Teil214 allgemein das Ende210 , in der allgemein durch den Pfeil220 angegebenen Richtung relativ zum vertikalen Bohrloch12 nach außen sich zu drehen oder auszufahren. Zusätzlich fährt das Ende212 der Hohlraumpositioniereinrichtung204 nach außen aus oder dreht sich nach außen relativ zum vertikalen Bohrloch12 in der allgemein durch den Pfeil222 angegebenen Richtung. - Die Länge der Hohlraumpositioniereinrichtung
204 ist so eingerichtet, dass die Unterstützung der Enden210 und212 der Hohlraumpositioniereinrichtung204 durch das vertikale Bohrloch12 allgemein wegfällt, während die Hohlraumpositioniereinrichtung204 aus dem vertikalen Bohrloch12 in den Hohlraum20 übergeht, wodurch der Gegengewicht-Teil214 Gelegenheit erhält, eine nach außen gerichtete Drehbewegung des Endes212 relativ zum Bohrloch-Teil202 , welche über einen Ringteil224 des Sumpfs22 hinausgeht, zu veranlassen. Im Betrieb, während die Hohlraumpositioniereinrichtung204 aus dem vertikalen Bohrloch12 in den Hohlraum20 übergeht, veranlasst somit das Gegengewicht-Teil214 das Ende212 , in der allgemein durch Pfeil222 angegebenen Richtung nach außen sich zu drehen oder auszufahren, so dass fortdauerndes Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 einen Kontakt des Endes12 mit einer horizontalen Wand226 des Hohlraums20 zur Folge hat. - Während das Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe
200 fortdauert, bewirkt der Kontakt des Endes212 zur horizontalen Wand226 des Hohlraums20 eine weitere Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 relativ zum Bohrloch-Teil202 . Zum Beispiel veranlasst der Kontakt zwischen dem Ende212 und der horizontalen Wand226 in Verbindung mit dem Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 das Ende210 , in der allgemein durch Pfeil228 angegebenen Richtung relativ zum vertikalen Bohrloch12 nach außen auszufahren oder sich zu drehen, bis der Gegengewicht-Teil214 eine horizontale Wand230 des Hohlraums20 berührt. Nachdem der Gegengewicht-Teil214 und das Ende212 der Hohlraumpositioniereinrichtung204 allgemein durch die horizontalen Wände226 und230 des Hohlraums20 Unterstützung erhalten, wird fortdauerndes Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 im wesentlichen verhindert, wodurch der Einlass206 an einem vordefinierten Ort im Hohlraum20 positioniert wird. - Somit kann der Einlass
206 an verschiedenen Stellen längs des Bohrloch-Abschnitts202 platziert werden, so dass der Einlass206 am vordefinierten Ort im Hohlraum20 angeordnet ist, während die Hohlraumpositioniereinrichtung204 im Hohlraum20 den tiefsten Punkt erreicht. Deshalb kann der Einlass206 im Hohlraum20 genau positioniert werden, um das Einziehen von Aaufwerk oder anderem im Sumpf bzw. Rattenloch22 vorhandenem Material im wesentlichen zu verhindern und um durch Anordnen des Einlasses20 im engen Bohrloch verursachte Beeinflussungen durch Gas zu verhindern. Zusätzlich kann der Einlass206 im Hohlraum20 positioniert werden, um das Abziehen von Fluid aus dem Hohlraum20 zu maximieren. - Im Rückwärtsbetrieb führt das Aufwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe
200 allgemein zum Lösen des Kontakts zwischen dem Gegengewicht-Teil214 und dem Ende212 und den horizontalen Wänden230 beziehungsweise226 . Während die Unterstützung der Hohlraumpositioniereinrichtung204 im Hohlraum20 allgemein wegfällt, veranlasst die Masse der zwischen dem Ende212 und der Achse208 angeordneten Hohlraumpositioniereinrichtung204 allgemein die Hohlraumpositioniereinrichtung204 , sich in Richtungen zu drehen, welche den allgemein durch die Pfeile220 und222 angegebenen Richtungen entgegengesetzt sind, wie in9B veranschaulicht. Zusätzlich wirkt der Gegengewicht-Teil214 mit der Masse der zwischen dem Ende212 und der Achse208 angeordneten Hohlraumpositioniereinrichtung204 zusammen, um allgemein die Hohlraumpositioniereinrichtung204 auf das vertikale Bohrloch12 auszurichten. Somit wird die Hohlraumpositioniereinrichtung204 automatisch auf das vertikale Bohrloch12 ausgerichtet, während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 aus dem Hohlraum20 zurückgezogen wird. Zusätzliches Aufwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 kann dann verwendet werden, um die Hohlraumpositioniereinrichtung204 aus dem Hohlraum20 und dem vertikalen Bohrloch12 auszubauen. - Deshalb schafft die vorliegende Erfindung eine höhere Zuverlässigkeit als frühere Systeme und Verfahren, indem der Einlass
206 der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 an einem vordefinierten Ort im Hohlraum20 sicher angeordnet wird. Zusätzlich kann die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 wirtschaftlich aus dem Hohlraum20 ausgebaut werden, ohne zusätzliche Entriegelungs- oder Ausrichtwerkzeuge zur Erleichterung des Zurückziehens der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe200 aus dem Hohlraum20 und dem vertikalen Bohrloch12 zu erfordern. - Obwohl die vorliegende Erfindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, sind dem Durchschnittsfachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen nahegelegt. Die vorliegende Erfindung soll solche Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, einschließen.
Claims (18)
- Verfahren zum Zugang zu einer unterirdischen Zone von der Oberfläche, umfassend: Bohren einer Vielzahl von im wesentlichen vertikalen Bohrlöchern (
12 ) von der Oberfläche (14 ) zu der unterirdischen Zone; Bohren eines abgeknickten Bohrlochs (30 ) von der Oberfläche (14 ) zu der unterirdischen Zone, welches abgeknickte Bohrloch (30 ) gegenüber jedem der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) an der Oberfläche (14 ) versetzt ist und jedes der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) an einem Verbindungspunkt nahe der unterirdischen Zone schneidet; gekennzeichnet durch Bohren eines im wesentlichen horizontalen Dränagemusters (50 ,100 ,120 ), das von jedem der Verbindungspunkte in die unterirdische Zone verläuft, durch das abgeknickte Bohrloch (30 ). - Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bilden eines erweiterten Hohlraums (
20 ) in jedem der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) nahe an der unterirdischen Zone; Bohren des abgeknickten Bohrlochs (30 ) in der Weise, dass es den erweiterten Hohlraum (20 ) jedes der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) schneidet; Bohren der im wesentlichen horizontalen Dränagemuster (50 ,100 ,120 ) durch das abgeknickte Bohrloch (30 ) von jedem der erweiterten Hohlräume in die unterirdische Zone. - Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die unterirdische Zone eine Kohlenschicht (
15 ) aufweist. - Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die unterirdische Zone eine Öllagerstätte (
15 ) aufweist. - Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Fördern von Fluid aus der unterirdischen Zone durch die im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (
12 ). - Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend: Einbauen einer im wesentlichen vertikalen Gestängepumpeinheit (
80 ,200 ) in jedem der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) mit einem Pumpeneinlass (206 ) nahe an der entsprechenden Verbindungsstelle; und Betreiben der im wesentlichen vertikalen Gestängepumpeinheit (80 ,200 ) zum Fördern von Fluid aus der unterirdischen Zone. - Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die unterirdische Zone eine Niederdruckzone umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bohren der im wesentlichen horizontalen Dränagemuster (
100 ,120 ) von jeder der Verbindungsstellen in die unterirdische Zone umfasst: Bohren eines im wesentlichen horizontalen Bohrlochs (104 ,124 ) von jeder der Verbindungsstellen, die ein erstes Ende eines Bereichs (102 ,122 ) in der unterirdischen Zone definieren, zu einem entfernten Ende des Bereichs (102 ,122 ); Bohren einer ersten Gruppe von im wesentlichen horizontalen seitlichen Bohrlöchern (110 ) in räumlicher Beziehung zueinander von dem im wesentlichen horizontalen Bohrloch (104 ,124 ) zu einer Peripherie des Bereichs (102 ,122 ) auf einer ersten Seite des im wesentlichen horizontalen Bohrlochs (104 ,124 ); und Bohren einer zweiten Gruppe von im wesentlichen horizontalen seitlichen Bohrlöchern (110 ) in räumlicher Beziehung zueinander von dem im wesentlichen horizontalen Bohrloch (104 ,124 ) zu der Peripherie des Bereichs (102 ,122 ) auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite des im wesentlichen horizontalen Bohrlochs (104 ,124 ). - Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die seitlichen Bohrlöcher (
110 ) jeweils im wesentlichen in einem Winkel von etwa 45 Grad von dem im wesentlichen horizontalen Bohrloch (104 ,124 ) ausgehen. - Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Bereich (
122 ) in der unterirdischen Zone eine im wesentlichen vierseitige Form hat. - Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Bereich (
102 ) in der unterirdischen Zone eine im wesentlichen quadratische Form hat. - Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bohren der im wesentlichen horizontalen Dränagemuster von jeder der Verbindungsstellen in die unterirdische Zone umfasst: Bohren der Dränagemuster (
100 ,120 ) unter Verwendung eines Gelenkbohrstrangs (40 ), der durch das geknickte Bohrloch (30 ) und die Verbindungsstellen verläuft; Zuführen von Bohrfluid durch den Gelenkbohrstrang (40 ) nach unten und zurück nach oben durch einen Ring zwischen dem Gelenkbohrstrang (40 ) und dem geknickten Bohrloch (30 ), um das von dem Gelenkbohrstrang (40 ) beim Bohren der Dränagemuster (100 ,120 ) erzeugte Bohrklein zu entfernen; Einspritzen eines Bohrgases in die im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ); und Mischen des Bohrgases mit dem Bohrfluid an den Verbindungsstellen, um den hydrostatischen Druck auf die unterirdische Zone während des Bohrens der Dränagemuster (100 ,120 ) zu reduzieren. - Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das Bohrgas Luft umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die unterirdische Zone eine Niederdruck-Lagerstätte mit einem Druck von weniger als 1,72 × 106 Pascal (250 Pfund pro Quadratzoll (psi)) umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bohren der im wesentlichen horizontalen Dränagemuster (
100 ,120 ) von jeder der Verbindungsstellen in die unterirdische Zone umfaßt: Bohren der Dränagemuster (100 ,120 ) unter Verwendung eines Gelenkbohrstrangs (40 ), der durch das geknickte Bohrloch (30 ) und die Verbindungsstellen verläuft; Zuführen von Bohrfluid durch den Gelenkbohrstrang (40 ) nach unten, um das von dem Bohrstrang beim Bohren der Dränagemuster (100 ,120 ) erzeugte Bohrklein zu entfernen; und Pumpen von Bohrfluid mit Bohrklein zurück nach oben durch die im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ), um den hydrostatischen Druck auf die unterirdische Zone während des Bohrens der Dränagemuster (100 ,120 ) zu reduzieren. - Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem die unterirdische Zone eine Lagerstätte mit äußerst niedrigem Druck von weniger als 1,03 × 106 Pascal (150 Pfund pro Quadratzoll (psi)) umfasst.
- System für den Zugang zu einer unterirdischen Zone von der Oberfläche, umfassend: eine Vielzahl von im wesentlichen vertikalen Bohrlöchern (
12 ), die von der Oberfläche (14 ) zu der unterirdischen Zone verlaufen; ein geknicktes Bohrloch (30 ), das von der Oberfläche (14 ) zu der unterirdischen Zone verläuft, wobei das geknickte Bohrloch (30 ) von jedem der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) an der Oberfläche (14 ) horizontal versetzt ist und jedes der im wesentlichen vertikalen Bohrlöcher (12 ) an einer Verbindungsstelle nahe der unterirdischen Zone schneidet; dadurch gekennzeichnet, dass ein im wesentlichen horizontales Dränagemuster (100 ,120 ) von jeder der Verbindungsstellen in die unterirdische Zone verläuft. - System nach Anspruch 17, bei welchem die Verbindungsstelle ferner einen erweiterten Hohlraum (
20 ) aufweist, der in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch (12 ) nahe der unterirdischen Zone gebildet wird.
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