DE69937976T2

DE69937976T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Zugriff auf unterirdische Lagerstätten von der Oberfläche

Info

Publication number: DE69937976T2
Application number: DE69937976T
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Zupanick
Original assignee: CDX Gas LLC
Current assignee: CDX Gas LLC
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: ZA200103917B; AU2007211916B2; AU2003200203B2; AU2007211918A1; CA2483023A1; DE69928280D1; CN101158267B; US6668918B2; RU2505657C2; PL348705A1; US20080060800A1; PL193555B1; EP1619352B1; AU2006222767A1; EP1131535A2; EP1975369A2; ES2251254T3; RU2259480C2; CA2441672A1; US20020148613A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Gewinnung unterirdischer Vorkommen sowie insbesondere ein Verfahren und ein System, um von der Oberfläche auf unterirdische Vorkommen zuzugreifen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Unterirdische Kohlevorkommen enthalten wesentliche Mengen an eingeschlossenem Methangas, wobei seit vielen Jahren eine begrenzte Produktion bei der Verwendung von Methangas aus Kohlevorkommen stattgefunden hat. Wesentliche Erschwernisse haben jedoch die extensivere Entwicklung und Verwendung von Methangasvorkommen in Kohlenflözen erschwert. Das wesentliche Problem hinsichtlich der Produktion von Methangas aus Kohlenflözen besteht darin, dass, obwohl sich Kohlenflöze über große Areale von bis zu einigen Tausend Morgen erstrecken können, die Kohlenflöze eine relativ geringe Tiefe haben, die von wenigen Zoll bis zu einigen Metern variiert. Obwohl sich die Kohlenflöze oft relativ nahe an der Oberfläche befinden, kann mit Hilfe von vertikalen Schächten, die in die Kohlevorkommen gebohrt werden, um Methangas zu erhalten, daher nur ein relativ geringer Radius um die Kohlevorkommen herum dräniert werden. Außerdem sind Kohlevorkommen nicht reparabel bezüglich Druckbrechen und anderer Verfahren, die oft zur Erhöhung der Methangasproduktion aus Gesteinsformationen verwendet werden. Wenn als eine Folge das Gas einfach durch Dränieren aus einem vertikalen Bohrloch in einem Kohlenflöz erzeugt wird, dann ist eine weitere Produktion hinsichtlich des Volumens begrenzt. Außerdem gibt es in Kohlenflözen oft unterirdisches Wasser, das aus dem Kohlenflöz dräniert werden muss, um das Methan zu erzeugen.
Es wurden horizontale Bohrmuster ausprobiert, um das Ausmaß an Kohlenflözen zu erweitern, die einem Bohrloch zwecks Gasextraktion zugänglich sind. Solche horizontalen Bohrtechniken erfordern jedoch die Verwendung eines gekrümmten Bohrlochs, was beim Entfernen des eingeschlossenen Wassers aus dem Kohlenflöz Schwierigkeiten bereitet. Das effizienteste Verfahren zum Pumpen von Wasser aus einem unterirdischen Schacht, eine Gestängepumpe, arbeitet bei horizontalen oder gekrümmten Bohrungen nicht sehr gut.
Ein weiteres Problem bei der Oberflächenproduktion von Gas aus Kohlenflözen ist die Schwierigkeit, die bei symmetrischen Bohrzuständen auftritt, bewirkt durch die Porosität des Kohlenflözes. Sowohl bei vertikalen wie auch bei horizontalen Oberflächenbohrvorgängen wird Bohrfluid verwendet, um Bohrklein aus dem Bohrloch hin zur Oberfläche zu entfernen. Durch das Bohrfluid wird ein hydrostatischer Druck auf die Formation bewirkt, was dann, wenn er den hydrostatischen Druck der Formation überschreitet, zu einem Verlust an Bohrfluid in die Formation führen kann. Dies führt zu einem Eindringen von Bohrresten in die Formation, was dazu führt, dass Poren, Risse und Bruchstellen verschlossen werden, die benötigt werden, um das Gas zu erzeugen.
Als ein Ergebnis dieser Schwierigkeiten bei der Oberflächenproduktion von Methangas aus Kohlevorkommen wurde das Methangas, das vor dem Abbau aus einem Kohlenflöz entfernt werden muss, durch die Verwendung von unterirdischen Verfahren aus Kohlenflözen entfernt. Obwohl die Verwendung von unterirdischen Verfahren ermöglicht, dass Wasser auf einfache Weise aus einem Kohlenflöz entfernt werden kann und bei symmetrischen Bohrvorgängen beseitigt wird, kann mit deren Hilfe nur auf ein begrenztes Ausmaß der Kohlenflöze zugegriffen werden, die für derzeitige Abbauvorgänge zugänglich sind. Wo Streb-Abbau praktiziert wird, werden beispielsweise Untergrund-Bohrgestelle verwendet, um horizontale Löcher von einem Feld, das gerade abgebaut wird, in ein benachbartes Feld zu bohren, das später abgebaut wird. Die Beschränkungen von Untergrund-Gestellen beschränken die Reichweite solcher horizontalen Löcher und somit das Areal, das effektiv dräniert werden kann. Durch die Entgasung eines nächsten Feldes während des Abbaus eines aktuellen Feldes wird außerdem die Zeit für die Entgasung beschränkt. Als eine Folge müssen viele horizontale Bohrungen gebohrt werden, um das Gas in einer beschränkten Zeitperiode zu entfernen. Außerdem kann es bei Zuständen mit hohem Gasgehalt oder bei Migration von Gas durch ein Kohlenflöz erforderlich sein, dass der Abbau angehalten oder verzögert werden muss, bis ein nächstes Feld auf adäquate Weise entgast werden kann. Diese Produktionsverzögerungen tragen zu den Kosten bei, die mit der Entgasung eines Kohlenflözes in Beziehung stehen.
Die EP 0 819 834 beschreibt einen Ausscheidungsprozess zum Evakuieren eines Salz enthaltenden, unterirdischen Hohlraums durch Zirkulation von Lösungsmittel in einem geschlossenen Tunnel und das Rückgewinnen des resultierenden Salzwassers.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die vorliegende Erfindung wird ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Verfügung gestellt, um von der Oberfläche auf unterirdische Vorkommen zuzugreifen, wodurch im Wesentlichen die Nachteile und Probleme vermieden oder reduzieren werden, die mit vorherigen Systemen und Verfahren in Beziehung stehen. Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung ein gegliederter Schacht mit einem Dränagemuster zur Verfügung gestellt, der sich mit einem horizontalen Höhlungsschacht kreuzt. Durch die Dränagemuster wird ein Zugriff auf ein großes unterirdisches Areal von der Oberfläche ermöglicht, während es der vertikale Höhlungsschacht ermöglicht, dass eingeschlossenes Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Vorkommen effektiv entfernt und/oder erzeugt werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren, um von der Oberfläche auf einen unterirdischen Bereich zuzugreifen, das Bohren eines im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs von der Oberfläche bis zu dem unterirdischen Bereich. Ein gegliedertes Bohrloch wird von der Oberfläche bis zu dem unterirdischen Bereich gebohrt. Das gegliederte Bohrloch ist an der Oberfläche horizontal versetzt von dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch und überkreuzt das im Wesentlichen vertikale Bohrloch an einer Kontaktstelle, die sich in der Nähe des unterirdischen Bereichs befindet. Ein im Wesentlichen horizontales Dränagemuster wird durch das gegliederte Bohrloch hindurch von der Verbindungsstelle in den unterirdischen Bereich gebohrt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das im Wesentlichen horizontale Dränagemuster ein verästeltes Muster mit einem im Wesentlichen horizontalen, diagonalen Bohrloch enthalten, das sich von dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch erstreckt, so dass ein erstes Ende von einem Areal, das durch das Dränagemuster überdeckt ist, bis zu einem entfernten Ende des Areals definiert ist. Eine erste Gruppe von im Wesentlichen horizontalen lateralen Bohrlöchern erstreckt sich in beabstandeter Relation zueinander von dem diagonalen Bohrloch bis zur Peripherie des Areals auf einer ersten Seite des diagonalen Bohrlochs. Eine zweite Gruppe von im Wesentlichen horizontalen lateralen Bohrlöchern erstreckt sich in beabstandeter Relation zueinander von dem diagonalen Bohrloch zur Peripherie des Areals auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite des diagonalen Bohrlochs.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei einem Verfahren zum Vorbereiten eines unterirdischen Bereichs zwecks Abbau die im Wesentlichen vertikalen und gegliederten Bohrlöcher und das Dränagemuster verwendet. Wasser wird aus dem unterirdischen Bereich durch das Dränagemuster zu der Kontaktstelle des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs dräniert. Wasser wird von der Kontaktstelle durch das im Wesentlichen vertikale Bohrloch zur Oberfläche gepumpt. Gas wird aus dem unterirdischen Bereich durch zumindest eines der im Wesentlichen vertikalen und gegliederten Bohrlöcher erzeugt. Nachdem die Entgasung beendet ist, kann der unterirdische Bereich weiter vorbereitet werden, indem Wasser und andere Zusatzstoffe durch das Dränagemuster in den Bereich gepumpt werden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpenpositionierungseinrichtung vorgesehen, um eine Untertage-Pumpe in einer Höhlung eines Bohrlochs genau zu positionieren.
Technische Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhalten das Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens und eines verbesserten Systems, um von der Oberfläche auf unterirdische Vorkommen zuzugreifen. Insbesondere wird ein horizontales Bohrmuster von einem gegliederten Oberflächenschacht in einen Zielbereich gebohrt, um von der Oberfläche auf den Bereich zuzugreifen. Das Bohrmuster kreuzt sich mit einem vertikalen Höhlungsschacht, aus dem eingeschlossenes Wasser, Kohlenwasserstoffe oder andere Fluide, die aus dem Bereich dräniert sind, mittels einer Gestängepumpeneinheit effektiv entfernt und/oder erzeugt werden kann. Als ein Ergebnis können auf effektive Weise aus einer Formation mit geringem Druck und geringer Porosität Gas, Öl und andere Fluide an der Oberfläche erzeugt werden.
Weitere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhalten das Vorsehen eines verbesserten Verfahrens und eines verbesserten Systems, um in Niederdruckreservoire zu bohren. Insbesondere werden eine Untertage-Pumpe oder ein Gaslift verwendet, um den hydrostatischen Druck zu senken, der durch Bohrfluid bewirkt wird, das verwendet wird, um während der Bohrvorgänge Bohrklein zu entfernen. Als eine Folge können bei ultrageringem Druck und ohne Verlust an Bohrfluid Reservoire in die Formation gebohrt und die Formation abgedichtet werden.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Vorsehen eines verbesserten horizontalen Dränagemusters, um auf einen unterirdischen Bereich zuzugreifen. Insbesondere wird eine verästelte Struktur mit einer Hauptdiagonale und gegenüberliegenden Lateralen verwendet, um den Zugriff von einem einzigen vertikalen Bohrloch auf einen unterirdischen Bereich zu maximieren. Die Länge der Lateralen ist in der Nähe des vertikalen Bohrlochs maximal und nimmt in Richtung auf das Ende der Hauptdiagonale ab, um einen gleichmäßigen Zugriff auf ein vierseitiges oder anderes gitterförmiges Areal zu ermöglichen. Dies erlaubt es, dass das Dränagemuster mit Strebbau-Feldern und anderen unterirdischen Strukturen ausgerichtet ist, um ein Minen-Kohlenflöz oder andere Vorkommen zu entgasen.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens und eines verbesserten Systems zum Vorbereiten eines Kohlenflözes oder anderer unterirdischer Vorkommen zwecks Abbau. Insbesondere werden Oberflächenschächte verwendet, um ein Kohlenflöz vor dem Abbau zu entgasen. Dadurch werden das Untergrund-Equipment sowie Aktivitäten vermindert und die Zeit erhöht, die zum Entgasen des Flözes zur Verfügung steht, wodurch Ausfälle infolge eines hohen Gasgehalts minimiert werden. Außerdem können Wasser und Zusätze vor den Abbauarbeiten in das entgaste Kohlenflöz gepumpt werden, um Staub und andere gefährliche Zustände zu minimieren, um so die Effizienz des Abbauprozesses zu verbessern und um die Qualität des Kohlenprodukts zu verbessern.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens und eines verbesserten Systems zum Erzeugen von Methangas aus einem abgebauten Kohlenflöz. Insbesondere können Bohrlöcher, die verwendet werden, um anfangs vor den Abbauarbeiten ein Kohlenflöz zu entgasen, erneut verwendet werden, um Gase aus alten Abbaubereichen nach den Abbauarbeiten aus dem Flöz zu sammeln. Als eine Folge werden die Kosten minimiert, die mit dem Sammeln von Gas aus alten Abbaubereichen in Beziehung stehen, um das Sammeln von Gas aus zuvor abgebauten Flözen zu erleichtern oder durchführbar zu machen.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Bereitstellen einer Positionierungseinrichtung zum automatischen Positionieren von Untertage-Pumpen und anderem Equipment in einer Höhlung. Eine drehbare Höhlungspositionierungseinrichtung ist insbesondere konfiguriert, um für den Transport in ein Bohrloch zurückgezogen zu werden und um in eine Untertage-Höhlung vorgeschoben zu werden, um das Equipment in der Höhlung optimal zu positionieren. Dies ermöglicht es, das Untertage-Equipment auf einfache Weise in der Höhlung zu positionieren und zu befestigen.
Dem Fachmann werden weitere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung durch die nachfolgenden Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Figuren Bezug genommen, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei:
1 eine Querschnittsdarstellung ist, die eine Formation von einem horizontalen Dränagemuster in einem unterirdischen Bereich durch einen gegliederten Oberflächenschacht zeigt, der sich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem vertikalen Höhlungsschacht kreuzt;
2 eine Querschnittsdarstellung ist, die eine Formation des horizontalen Dränagemusters in dem unterirdischen Bereich durch den gegliederten Oberflächenschacht zeigt, der sich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit dem vertikalen Höhlungsschacht kreuzt;
3 eine Querschnittsdarstellung ist, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die die Produktion von Fluiden aus einem horizontalen Dränagemusters in einem unterirdischen Bereich durch ein vertikales Bohrloch zeigt;
4 eine Draufsicht ist, die ein verästeltes Dränagemuster zeigt, um gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf Vorkommen in einem unterirdischen Bereich zuzugreifen;
5 eine Draufsicht ist, die ein verästeltes Dränagemuster zeigt, um gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf Vorkommen in einem unterirdischen Bereich zuzugreifen;
6 eine Draufsicht ist, die ein vierseitiges, verästeltes Dränagemuster zeigt, um gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf Vorkommen in einem unterirdischen Bereich zuzugreifen;
7 eine Draufsicht ist, die die Ausrichtung von verästelten Dränagemustern mit Feldern eines Kohlenflözes zeigt, um das Kohlenflöz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für Abbauarbeiten zu entgasen und vorzubereiten;
8 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Vorbereiten eines Kohlenflözes für Abbauarbeiten zeigt;
9A–C Querschnittsansichten sind, die ein Höhlungsschacht-Positionierungswerkzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Kombination aus einer Höhlung und einem gegliederten Schacht, um gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von der Oberfläche auf einen unterirdischen Bereich zuzugreifen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der unterirdische Bereich ein Kohlen flöz. Es soll verstanden werden, dass auf andere unterirdische Bereiche mit geringem Druck, ultrageringem Druck und geringer Porosität ähnlich zugegriffen werden kann, und zwar unter Verwendung des dualen Schachtsystems der vorliegenden Erfindung, um Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Fluide in dem Bereich zu entfernen und/oder zu erzeugen und um vor Abbauarbeiten Mineralien in dem Bereich zu behandeln.
Unter Bezugnahme auf 1 verläuft ein im Wesentlichen vertikales Bohrloch 12 von der Oberfläche 14 zu einem Ziel-Kohlenflöz 15. Das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 trifft auf das Kohlenflöz 15, durchbohrt diesen und ist darunter fortgesetzt. Das im Wesentlichen vertikale Bohrloch ist mit einer geeigneten Schachtauskleidung 16 ausgekleidet, die an oder über der Ebene des Kohlenflözes 15 endet.
Das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 wird entweder während oder nach dem Bohren aufgezeichnet, um die genaue vertikale Tiefe des Kohlenflözes 15 zu lokalisieren. Als eine Folge wird das Kohlenflöz bei nachfolgenden Bohrvorgängen und -techniken nicht verfehlt, die verwendet werden, um das Flöz 15 zu lokalisieren, bei denen kein Bohren verwendet wird. Eine Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser ist in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 in der Ebene des Kohlenflözes 15 ausgebildet. Wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben, wird durch die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser eine Kontaktstelle geschaffen, an der sich das im Wesentlichen vertikale Bohrloch mit dem gegliederten Bohrloch kreuzt, das verwendet wird, um in dem Kohlenflöz 15 ein im Wesentlichen horizontales Dränagemuster zu bilden. Durch die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser wird ferner ein Sammelpunkt für Fluide zur Verfügung gestellt, die während der Produktionsvorgänge aus dem Kohlenflöz 15 austreten.
In einem Ausführungsbeispiel hat die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser einen Radius von etwa acht Fuß (2,4 m) und eine vertikale Abmessung, die gleich der vertikalen Abmessung des Kohlenflözes 15 ist oder diese überschreitet. Die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser wird unter Verwendung geeigneter Räumtechniken und Räumeinrichtungen gebildet. Ein vertikaler Abschnitt des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12 wird unter der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser fortgesetzt, um einen Sumpf 22 für die Höhlung 20 zu bilden.
Ein gegliedertes Bohrloch 30 verläuft von der Oberfläche 14 zu der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12. Das gegliederte Bohrloch 30 beinhaltet einen im Wesentlichen vertikalen Abschnitt 32, einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt 34 und einen gebogenen oder gekrümmten Abschnitt 36, durch den der vertikale und der horizontale Abschnitt 32 und 34 miteinander verbunden sind. Der horizontale Abschnitt 34 liegt im Wesentlichen in der horizontalen Ebene des Kohlenflözes 15 und kreuzt die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12.
Das gegliederte Bohrloch 30 ist mit einem geeigneten Abstand von dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 an der Oberfläche 14 versetzt, um zu ermöglichen, dass der mit großem Radius gekrümmte Abschnitt 36 und ein gewünschter horizontaler Abschnitt 34 gebohrt werden können, bevor er sich mit der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser kreuzt. Um den gekrümmten Abschnitt 36 mit einem Radius von 100–150 Fuß (30,5–45,7 m) zur Verfügung zu stellen, ist das gegliederte Bohrloch 30 mit einer Distanz von etwa 300 Fuß (91,4 m) von dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 versetzt. Durch diesen Abstand wird der Winkel des gekrümmten Abschnitts 36 minimiert, um Friktion in der Bohrung 30 während der Bohrvorgänge zu minimieren. Als eine Folge ist die Reichweite des gegliederten Bohrstrangs, der sich durch das gegliederte Bohrloch 30 bohrt, maximiert.
Das gegliederte Bohrloch 30 wird unter Verwendung eines gegliederten Bohrstrangs 40 gebohrt, der einen geeigneten Untertage-Motor und eine Bohrspitze 42 aufweist. Eine Einrichtung 44 zum Messen während des Bohrens (MWD) 44 ist in dem gegliederten Bohrstrang 40 vorgesehen, um die Ausrichtung und Richtung des Bohrlochs zu steuern, das durch den Motor und die Bohrspitze 42 gebohrt wird. Der im Wesentlichen vertikale Abschnitt 32 des gegliederten Bohrlochs 30 wird mit einer geeigneten Auskleidung 38 ausgekleidet.
Nachdem sich die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser erfolgreich mit dem gegliederte Bohrloch 30 gekreuzt hat, wird das Bohren durch die Höhlung 20 unter Verwendung des gegliederten Bohrstrangs 40 und einer geeigneten horizontalen Bohrvorrichtung fortgesetzt, um ein im Wesentlichen horizontales Dränagemuster 50 in dem Kohlenflöz 15 vorzusehen. Das im Wesentlichen horizontale Dränagemuster 50 und andere solcher Bohrlöcher beinhalten geneigte, wellenförmige oder andere Neigungen des Kohlenflözes 15 oder anderer unterirdischer Bereiche. Während dieses Vorgangs können Werkzeuge mit Gammastrahlen-Aufzeichnung und herkömmliche Einrichtungen zum Messen während des Bohrens verwendet werden, um die Ausrichtung der Bohrspitze zu steuern und zu lenken, um das Dränagemuster 20 innerhalb der Begrenzungen des Kohlenflözes 15 zu halten und um eine im Wesentlichen gleichmäßige Abdeckung eines gewünschten Areals innerhalb des Kohlenflözes 15 zu bewirken. Weitere Informationen hinsichtlich des Dränagemusters sind nachfolgend in größerem Detail unter Bezugnahme auf 4–7 beschrieben.
Während des Prozesses des Bohrens des Dränagemusters 50 wird Bohrfluid oder "Schlamm" entlang des gegliederten Bohrstrangs 40 nach unten gepumpt und aus dem Bohrstrang 40 in die Nähe der Bohrspitze 42 zirkuliert, wo es verwendet wird, um die Formation zu spülen und um Bohrklein der Formation zu entfernen. Das Bohrklein wird dann in dem Bohrfluid mitgerissen, das durch den Ringraum zwischen dem Bohrstrang 40 und den Wänden des Bohrlochs nach oben zirkuliert, bis es die Oberfläche 14 erreicht, wo das Bohrklein aus dem Bohrfluid entfernt und das Fluid dann rezirkuliert wird. Dieser herkömmliche Bohrvorgang erzeugt eine Standardsäule aus Bohrfluid mit einer vertikalen Höhe, die gleich der Tiefe des Bohrlochs 30 ist, und erzeugt einen hydrostatischen Druck auf das Bohrloch, der der Tiefe des Bohrlochs entspricht. Da Kohlenflöze dazu neigen, porös und brüchig zu sein, kann es sein, dass sie nicht in der Lage sind, einem solchen hydrostatischen Druck zu widerstehen, selbst dann nicht, wenn im Kohlenflöz 15 Formationswasser enthalten ist. Wenn folglich der volle hydrostatische Druck auf das Kohlenflöz 15 wirken kann, dann kann ein Verlust an Bohrfluid und an darin enthaltenem Bohrklein in die Formation die Folge sein. Ein solcher Zustand wird als ein "über-symmetrischer" Bohrvorgang bezeichnet, bei dem der hydrostatische Fluiddruck in dem Bohrloch die Fähigkeit der Formation überschreitet, dem Druck zu widerstehen. Ein Verlust an Bohrfluid und Bohrklein in die Formation ist nicht nur teuer hinsichtlich des verlorenen Bohrfluids, der ausgeglichen werden muss, sondern führt auch zum Verstopfen der Poren in dem Kohlenflöz 15, die erforderlich sind, um Gas und Wasser aus dem Kohlenflöz zu dränieren.
Um über-symmetrische Bohrzustände während der Ausbildung des Dränagemusters 50 zu verhindern, sind Luftkompressoren 60 vorgesehen, um komprimierte Luft nach unten in das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 und zurück durch das gegliederte Bohrloch 30 zu zirkulieren. Die zirkulierte Luft vermischt sich mit dem Bohrfluid in dem Ring um den gegliederten Bohrstrang 40 und erzeugt in der Säule des Bohrfluids Blasen. Dies hat den Effekt, dass der hydrostatische Druck des Bohrfluids absinkt und der Untertage-Druck ausreichend reduziert wird, so dass Bohrzustände nicht über-symmetrisch werden. Durch eine Belüftung des Bohrfluids wird den Untertage-Druck auf etwa 150–200 Pfund pro Quadratzoll (psi) (1,03–1,38 MPa) reduziert. Folglich können Niederdruck-Kohlenflöze und andere unterirdische Bereiche ohne einen wesentlichen Verlust an Bohrfluid und ohne Kontaminierung des Bereichs durch das Bohrfluid gebohrt werden.
Schaum, der komprimierte Luft gemischt mit Wasser sein kann, kann ebenfalls nach unten durch den gegliederten Bohrstrang 40 zusammen mit dem Bohrschlamm zirkuliert werden, um das Bohrfluid in dem Ringraum zu belüften, wenn das gegliederte Bohrloch 30 gebohrt wird, und, falls gewünscht, wenn das Dränagemuster 50 gebohrt wird. Durch das Bohren des Dränagemusters 50 unter Verwendung einer Lufthammer-Bohrspitze oder eines luftgetriebenen Untertage-Motors wird ebenfalls komprimierte Luft oder Schaum in das Bohrfluid geliefert. In diesem Fall tritt die komprimierte Luft oder der Schaum, die verwendet wird, um die Bohrspitze oder den Untertage-Motor anzutreiben, in der Nähe der Bohrspitze 42 aus. Jedoch ermöglicht das größere Volumen an Luft, das durch das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 nach unten zirkuliert werden kann, eine größere Belüftung des Bohrfluids, als dies allgemein mit Luft möglich ist, die durch den gegliederten Bohrstrang 40 zugeführt wird.
2 zeigt ein Verfahren und ein System zum Bohren des Dränagemusters 50 in das Kohlenflöz 15 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12, die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser und das gegliederte Bohrloch 32 angeordnet und ausgebildet, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nach dem Kreuzen der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser mit dem gegliederten Bohrloch 30 eine Pumpe 52 in der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser installiert, um Bohrfluid und Bohrklein durch das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 zur Oberfläche 14 zu pumpen. Dadurch wird die Friktion von Luft und Fluid beseitigt, die durch das gegliederte Bohrloch 30 zurückgeführt werden, und der Untertage-Druck auf annähernd Null reduziert. Folglich kann von der Oberfläche auf Kohlenflöze und andere unterirdische Bereiche zugegriffen werden, die einen ultrageringen Druck von unter 150 psi (1,03 MPa) haben. Außerdem ist die Gefahr des Kombinierens von Luft und Methan in dem Schacht beseitigt.
3 zeigt die Produktion von Fluiden aus dem horizontalen Dränagemuster 50 in dem Kohlenflöz 15 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird der gegliederte Bohrstrang 40 aus dem gegliederten Bohrloch 30 entfernt und das gegliederte Bohrloch überdeckt, nachdem das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 und das gegliederte Bohrloch 30 sowie das gewünschte Dränagemuster 50 gebohrt sind. Für die mehrfach verästelte Struktur, die nachfolgend beschrieben wird, kann das gegliederte Bohrloch 30 in dem im Wesentlichen horizontalen Abschnitt 34 versiegelt werden. Anderenfalls kann das gegliederte Bohrloch 30 unversiegelt bleiben.
Unter Bezugnahme auf 3 befindet sich eine Untertage-Pumpe 80 in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 in der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser. Die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser stellt ein Reservoir zur Aufnahme von Fluiden zur Verfügung, was ein intermittierendes Pumpen ohne nachteilige Auswirkungen eines hydrostatischen Kopfes ermöglicht, bewirkt durch die akkumulierten Fluide in dem Bohrloch.
Die Untertage-Pumpe 80 ist mit der Oberfläche 14 über einen Rohrstrang 82 verbunden und kann über ein Gestänge 84 angetrieben werden, das sich durch das Bohrloch 12 in dem Rohrstrang nach unten erstrecken. Das Gestänge 84 ist durch eine geeignete Vorrichtung, die an der Oberfläche montiert ist, wie zum Beispiel ein angetriebener Hubbalken 86, hin- und herbewegbar, um die Untertage-Pumpe 80 zu betätigen. Die Untertage-Pumpe 80 wird verwendet, um Wasser und darin enthaltene Kohlepartikel aus dem Kohlenflöz 15 über das Dränagemuster 50 zu entfernen. Wenn das Wasser zur Oberfläche entfernt ist, kann es zwecks Trennung von Methan, das in dem Wasser gelöst sein kann, und zwecks Entfernung von enthaltenen Partikeln behandelt werden. Nachdem ausreichend Wasser aus dem Kohlenflöz 15 entfernt wurde, kann reines Kohlenflözgas durch den Ringraum des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12 um den Rohrstrang 82 zur Oberfläche 14 strömen und über Rohrleitungen entfernt werden, die an einer Schachtkopf-Vorrichtung angebracht sind. An der Oberfläche wird das Methan behandelt, komprimiert und zwecks Verwendung als Kraftstoff in herkömmlicher Weise durch eine Pipeline gepumpt. Die Untertage-Pumpe 80 kann kontinuierlich betrieben werden oder nach Bedarf, um Wasser zu entfernen, das aus dem Kohlenflöz 15 in die Höhlung mit erweitertem Durchmesser dräniert ist.
4–7 zeigen im Wesentlichen horizontale Dränagemuster 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, um auf das Kohlenflöz 15 oder auf einen anderen unterirdischen Bereich zuzugreifen. In diesem Ausführungsbeispiel beinhalten die Dränagemuster verästelte Muster, die eine zentrale Diagonale mit allgemein symmetrisch angeordneten und gleichmäßig beabstandeten Lateralen aufweisen, die sich von jeder Seite der Diagonalen erstrecken. Das verästelte Muster ähnelt dem Muster von Adern in einem Blatt oder der Ausgestaltung einer Feder dahingehend, dass sie ähnliche, im Wesentlichen parallele, zusätzliche Dränagebohrungen hat, mit im Wesentlichen gleichen und parallelen Abständen an gegenüberliegenden Seiten einer Achse. Das verästelte Dränagemuster mit seiner zentralen Bohrung und allgemein symmetrisch angeordneten und etwa gleichmäßig beabstandeten, zusätzlichen Dränagebohrungen an jeder Seite bewirkt ein gleichmäßiges Muster zum Dränieren von Fluiden aus einem Kohlenflöz oder einer anderen unterirdischen Formation. Wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben wird, bewirkt das verästelte Muster eine im Wesentlichen gleichförmige Abdeckung von einem quadratischen, auf sonstige Weise vierseitigen oder gitterförmigen Areal und kann mit Abbau-Streben ausgerichtet sein, um das Kohlenflöz 15 für Abbauarbeiten vorzubereiten. Es soll verstanden werden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung andere geeignete Dränagemuster verwendet werden können.
Die verästelten und die anderen geeigneten Dränagemuster, die von der Oberfläche gebohrt sind, bewirken einen Oberflächenzugriff auf unterirdische Formationen. Das Dränagemuster kann verwendet werden, um gleichmäßig Fluide zu entfernen und/oder einzuleiten oder um unterirdische Vorkommen auf andere Weise zu bearbeiten. Bei Nichtkohle-Anwendungen kann das Dränagemuster verwendet werden, um in-situ Verbrennungen, "huff-puff"-Flözvorgänge für schweres Rohöl und das Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Reservoiren mit geringer Porosität einzuleiten.
4 zeigt ein verästeltes Dränagemuster 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel bewirkt das verästelte Dränagemuster 100 Zugriff auf ein im Wesentlichen quadratisches Areal 102 eines unterirdischen Bereichs. Eine Anzahl der verästelten Muster 60 kann zusammen verwendet werden, um einen gleichmäßigen Zugriff auf einen großen unterirdischen Bereich zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 4 definiert die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser eine erste Ecke des Areals 102. Das verästelte Muster 100 enthält ein im Wesentlichen horizontales Hauptbohrloch 104, das sich diagonal über das Areal 102 zu einer entfernt gelegenen Ecke 106 des Areals 102 erstreckt. Vorzugsweise sind die im Wesentlichen vertikalen und gegliederten Bohrlöcher 12 und 30 so über dem Areal 102 positioniert, dass die diagonale Bohrung 104 mit einer Neigung des Kohlenflözes 15 gebohrt wird. Dies erleichtert das Sammeln von Wasser und Gas aus dem Areal 102. Die diagonale Bohrung 104 ist unter Verwendung des gegliederten Bohrstrangs 40 gebohrt und erstreckt sich von der erweiterten Höhlung 20 in Ausrichtung mit dem gegliederten Bohrloch 30.
Eine Vielzahl von lateralen Bohrlöchern 110 erstreckt sich von den gegenüberliegenden Seiten der diagonalen Bohrung 104 zu einer Peripherie 112 des Areals 102. Die lateralen Bohrungen 122 können an gegenüberliegenden Seiten der diagonalen Bohrung 104 spiegelsymmetrisch zueinander sein oder können entlang der diagonalen Bohrung 104 voneinander versetzt sein. Jede der lateralen Bohrungen 110 hat einen gekrümmten Abschnitt 114, der aus der diagonalen Bohrung 104 herauskommt, und einen länglichen Abschnitt 116, der gebildet ist, nachdem der gekrümmte Abschnitt 114 eine gewünschte Ausrichtung erreicht hat. Für eine gleichmäßige Abdeckung des quadratischen Areals 102 sind Paare von lateralen Bohrungen 110 an jeder Seite der diagonalen Bohrung 104 im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet und erstrecken sich von der Diagonalen 64 mit einem Winkel von etwa 45 Grad. Die lateralen Bohrungen 110 haben eine verkürzte Länge basierend auf dem zunehmenden Abstand von der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser, um das Bohren der lateralen Bohrungen 110 zu erleichtern.
Das verästelte Dränagemuster 100, das eine einzige diagonale Bohrung 104 und fünf Paare von lateralen Bohrungen 110 verwendet, kann ein Kohlenflöz-Areal von etwa 150 Morgen Größe (60,7 Hektar) dränieren. Wenn ein kleineres Areal dräniert werden muss, oder wenn das Kohlenflöz eine andere Größe hat, wie zum Beispiel eine lange schmale Form, oder aufgrund der Oberfläche oder der unterirdischen Topografie, dann können andere verästelte Dränagemuster verwendet werden, indem der Winkel der lateralen Bohrungen 110 zur diagonalen Bohrung 104 und die Ausrichtung der lateralen Bohrungen 110 verändert wird. Alternativ können laterale Bohrungen 120 nur von einer Seite der diagonalen Bohrung 104 gebohrt werden, um ein halbes verästeltes Muster zu bilden.
Die diagonale Bohrung 104 und die lateralen Bohrungen 110 werden durch Bohren durch die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser unter Verwendung eines gegliederten Bohrstrangs 40 und einer geeigneten Horizontalbohrvorrichtung gebildet. Während dieses Vorgangs können Gammastrahlen-Aufzeichnungswerkzeuge und herkömmliche Messtechniken während des Bohrens verwendet werden, um die Richtung und Ausrichtung der Bohrspitze zu steuern, um so das Dränagemuster innerhalb der Begrenzungen des Kohlenflözes 15 zu halten und um einen korrekten Abstand und eine korrekte Ausrichtung der diagonalen und lateralen Bohrungen 104 und 110 beizubehalten.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die diagonale Bohrung 104 mit einer Neigung an jedem einer Vielzahl von seitlichen Start-Punkten 108 gebohrt. Wenn die Diagonale 104 fertig gestellt ist, dann wird der gegliederte Bohrstrang 40 zu jedem aufeinander folgenden lateralen Punkt 108 zurück bewegt, von welchem eine laterale Bohrung 110 an jeder Seite der Diagonalen 104 gebohrt wird. Es soll verstanden werden, dass das verästelte Dränagemuster 100 gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf andere geeignete Weise gebildet werden kann.
5 zeigt ein verästeltes Dränagemuster 120 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel dräniert das verästelte Dränagemuster 120 ein im Wesentlichen rechteckiges Areal 122 des Kohlenflözes 15. Das verästelte Dränagemuster 120 beinhaltet eine diagonale Hauptbohrung 124 und eine Vielzahl von lateralen Bohrungen 126, die, wie in Verbindung mit den diagonalen und lateralen Bohrungen 104 und 110 aus 4 beschrieben, gebildet werden. Für das im Wesentlichen rechteckige Areal 122 haben jedoch die lateralen Bohrungen 126 an einer ersten Seite der Diagonalen 124 einen flacheren Winkel, während die lateralen Bohrungen 126 an der gegenüberliegenden Seite der Diagonalen 124 einen steileren Winkel haben, um zusammen eine gleichmäßige Abdeckung des Areals 12 zu bewirken.
6 zeigt ein vierseitiges, verästeltes Dränagemuster 140 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vierseitige Dränagemuster 140 hat vier diskrete verästelte Dränagemuster 100, die jeweils einen Quadranten von einer Region 142 dränieren, die durch das verästelte Dränagemuster 140 abgedeckt ist.
Jedes der verästelten Dränagemuster 100 hat ein diagonales Bohrloch 104 und eine Vielzahl von lateralen Bohrlöchern 110, die sich von dem diagonalen Bohrloch 104 erstrecken. In dem vierseitigen Ausführungsbeispiel wird jede der diagonalen und lateralen Bohrungen 104 und 110 von einem gemeinsamen gegliederten Bohrloch 141 gebohrt. Dies ermöglicht einen engeren Abstand des Oberflächenproduktions-Equipment, breitere Abdeckung eines Dränagemusters und reduziert das Bohr-Equipment und Bohrvorgänge.
7 zeigt die Ausrichtung von verästelten Dränagemustern 100 mit unterirdischen Strukturen eines Kohlenflözes zwecks Entgasung und Vorbereitung des Kohlenflözes für Abbauarbeiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Kohlenflöz 15 unter Verwendung eines Strebbau- Prozesses abgebaut. Es soll verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um Kohlenflöze für andere Typen von Abbauarbeiten zu entgasen.
Unter Bezugnahme auf 7 verlaufen Kohlefelder 150 in Längsrichtung von einem Strebbau 152. Entsprechend der Abbau-Praxis bei Strebbau wird jedes Feld 150 nacheinander von einem entfernten Ende in Richtung des Strebbaus 152 abgebaut, und es wird zugelassen, dass das Dach der Mine in die Öffnung hinter den Abbauarbeiten einstürzt und zusammenbricht. Vor dem Abbau der Felder 150 werden verästelte Dränagemuster 100 von der Oberfläche in die Felder 150 gebohrt, um die Felder 150 für die Abbauarbeiten gut zu entgasen. Jedes der verästelten Dränagemuster 100 ist mit dem Strebbau 152 und dem Raster der Felder 150 ausgerichtet und überdeckt Abschnitte von ein oder mehreren Feldern 150. Auf diese Weise kann eine Region einer Mine von der Oberfläche basierend auf unterirdischen Strukturen und Beschränkungen entgast werden.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Vorbereiten des Kohlenflözes 15 für Abbauarbeiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel beginnt das Verfahren bei Schritt 160, bei dem zu dränierende Areale und Dränagemuster 50 für die Areale identifiziert werden. Vorzugsweise sind die Areale mit dem Raster eines Abbauplans für die Region ausgerichtet. Verästelte Strukturen 100, 120 und 140 können verwendet werden, um eine optimierte Abdeckung für die Region zu erreichen. Es soll verstanden werden, dass andere geeignete Muster verwendet werden können, um das Kohlenflöz 15 zu entgasen.
Dann wird in Schritt 162 das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 von der Oberfläche 14 durch das Kohlenflöz 15 gebohrt. Danach wird in Schritt 164 die Untertage-Aufzeichnungseinrichtung verwendet, um die Position des Kohlenflözes in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 exakt zu identifizieren. In Schritt 166 wird die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 an der Position des Kohlenflözes 15 ausgebildet. Wie vorstehend erläutert, kann die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser durch Räumen oder andere herkömmliche Techniken gebildet werden.
Anschließend wird in Schritt 168 das gegliederte Bohrloch 30 gebohrt, um sich mit der Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser zu kreuzen. In Schritt 170 wird die diagonal Hauptbohrung 104 für das verästelte Dränagemuster 100 durch das gegliederte Bohrloch 30 in das Kohlenflöz 15 gebohrt. Nach Ausbildung der diagonalen Hauptbohrung 104 werden in Schritt 172 laterale Bohrungen 110 für das verästelte Dränagemuster 100 gebohrt. Wie vorstehend beschrieben, können während der Ausbildung der diagonalen Bohrung 104 seitliche Start-Punkte darin gebildet werden, um das Bohren der lateralen Bohrungen 110 zu erleichtern.
In Schritt 174 wird das gegliederte Bohrloch 30 versiegelt. Anschließend wird in Schritt 176 die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser in Vorbereitung für die Installation des Produktions-Equipment gereinigt. Die Höhlung 20 mit erweitertem Durchmesser kann durch Pumpen von komprimierter Luft nach unten in das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 oder durch andere geeignete Techniken gereinigt werden. In Schritt 178 wird das Produktions-Equipment in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 installiert. Das Produktions-Equipment beinhaltet eine Gestängepumpe, die sich nach unten in die Höhlung 20 erstreckt, um Wasser aus dem Kohlenflöz 15 zu entfernen. Durch das Entfernen von Wasser sinkt der Druck des Kohlenflözes und ermöglicht es, dass Methangas diffundiert und durch den Ringraum des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12 nach oben gefördert wird.
Dann wird in Schritt 180 Wasser, das aus dem Dränagemuster 100 in die Höhlung 20 dräniert wird, mit der Gestängepumpeneinheit an die Oberfläche gepumpt. Das Wasser kann kontinuierlich oder intermittierend gepumpt werden, je nachdem wie dies erforderlich ist, um es aus der Höhlung 20 zu entfernen. In Schritt 182 wird Methangas, das aus dem Kohlenflöz 15 diffundiert, kontinuierlich an der Oberfläche 14 gesammelt. Dann wird im Entscheidungsschritt 184 bestimmt, ob die Produktion von Gas aus dem Kohlenflöz 15 beendet ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die Produktion von Gas beendet sein, nachdem die Kosten des Sammelns des Gases die durch den Schacht erzeugten Einnahmen übersteigen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann Gas aus dem Schacht weiter erzeugt werden, bis ein verbliebener Gaspegel in dem Kohlenflöz 15 unter dem für die Abbauarbeiten erforderlichen Pegel liegt. Wenn die Produktion von Gas nicht beendet ist, führt die Nein-Abzweigung des Entscheidungsschritts 184 zurück zu Schritt 180 und 182, in denen Wasser und Gas weiter aus dem Kohlenflöz 15 entfernt werden. Bei Beendigung der Produktion führt die Ja-Abzweigung des Entscheidungsschritts 184 zu Schritt 186, in dem das Produktions-Equipment entfernt wird.
Anschließend wird im Entscheidungsschritt 188 bestimmt, ob das Kohlenflöz 15 für Abbauarbeiten weiter vorbereitet werden muss. Wenn das Kohlenflöz 15 für Abbauarbeiten weiter vorbereitet werden muss, dann führt die Ja-Abzweigung des Entscheidungsschritts 188 zu Schritt 190, in dem Wasser und andere Additive zurück in das Kohlenflöz 15 eingeleitet werden, um das Kohlenflöz zu rehydrieren, um Staub zu minimieren, um die Effizienz des Abbaus zu verbessern und um das abgebaute Produkt zu verbessern.
Schritt 190 und die Nein-Abzweigung des Entscheidungsschritts 188 führen zu Schritt 192, in dem das Kohlenflöz 15 abgebaut wird. Das Entfernen der Kohle aus dem Flöz bewirkt, dass das abgebaute Dach zusammenstürzt und in die Öffnung hinter dem Abbau-Prozess bricht. Durch das zusammengebrochene Dach wird im abgebauten Bereich Gas erzeugt (Gob-Gas), das in Schritt 194 durch das im Wesentlichen vertikale Bohrloch 12 gesammelt werden kann. Folglich sind keine weiteren Bohrvorgänge erforderlich, um Gob-Gas aus dem abgebauten Kohlenflöz zu gewinnen. Schritt 194 führt zum Ende des Prozesses, durch den ein Kohlenflöz von der Oberfläche effizient entgast ist. Das Verfahren stellt eine symbiotische Beziehung mit der Mine zur Verfügung, um unerwünschtes Gas vor dem Abbau zu entfernen und um das Flöz vor dem Abbau-Prozess zu rehydrieren.
9A bis 9C sind Darstellungen, die die Verwendung einer Bohrhöhlungspumpe 200 gemäß einem Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen. Unter Bezugnahme auf 9A weist die Bohrhöhlungspumpe 200 eine Bohrlochabschnitt 202 und eine Höhlungspositionierungseinrichtung 204 auf. Der Bohrlochabschnitt 202 hat einen Einlass 206 zum Ansaugen und Transportieren von Bohrfluid, das in der Höhlung 20 enthalten ist, zu einer Oberfläche des vertikalen Bohrlochs 12.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 drehbar mit dem Bohrlochabschnitt 202 gekoppelt, um eine Drehbewegung der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202 zu bewirken. Beispielsweise kann ein Stift, eine Welle oder ein anderes geeignetes Verfahren oder Einrichtung (nicht explizit gezeigt) verwendet werden, um die Höhlungspositionseinrichtung 204 drehbar mit dem Bohrlochabschnitt 202 zu koppeln, um eine Schwenkbewegung der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 um eine Achse 208 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202 zu bewirken. Somit kann die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 mit dem Bohrlochabschnitt 202 zwischen einem Ende 210 und einem Ende 212 der Höhlungspositionierungseinrichtung gekoppelt werden, so dass beide Enden 210 und 212 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202 drehbar betätigt werden können.
Die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 weist außerdem einen Gegengewichtsabschnitt 214 auf, um die Position der Enden 210 und 212 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202 in einem allgemein nicht abgestützten Zustand zu steuern. Beispielsweise ist die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 allgemein um eine Achse 208 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202 freitragend. Der Gegengewichtsabschnitt 214 ist entlang der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 zwischen der Achse 208 und dem Ende 210 angeordnet, so dass ein Gewicht oder eine Masse des Gegengewichtsabschnitts 214 einen Gegengewicht für die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 während der Verwendung und des Zurückziehens der Schachthöhlungspumpe 200 relativ zum vertikalen Bohrloch 12 und zur Höhlung 20 bewirkt.
Bei Betrieb wird die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 in dem vertikalen Bohrloch 12 verwendet, wobei ein Ende 210 und der Gegengewichtsabschnitt 214 in einem allgemein zurückgezogenen Zustand positioniert sind, wobei das Ende 210 und der Gegengewichtsabschnitt 214 benachbart dem Bohrlochabschnitt 202 angeordnet sind. Wenn die Schachthöhlungspumpe 200 in dem vertikalen Bohrloch 12 in die Richtung nach unten bewegt wird, die allgemein durch Pfeil 216 angegeben ist, dann verhindert eine Länge der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 allgemein eine Drehbewegung der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202. Beispielsweise kann die Masse des Gegengewichtsabschnitts 214 bewirken, dass der Gegengewichtsabschnitt 214 und das Ende 212 allgemein durch Kontakt mit einer vertikalen Wand 218 des vertikalen Bohrlochs 12 abstützend gehalten werden, wenn sich die Schachthöhlungspumpe 200 in dem vertikalen Bohrloch 12 nach unten bewegt.
Wenn sich die Schachthöhlungspumpe 200 unter Bezugnahme auf 9B in dem vertikalen Bohrloch 12 nach unten bewegt, dann bewirkt der Gegengewichtsabschnitt 214 eine Dreh- oder Schwenkbewegung der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202, wenn die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 von dem vertikalen Bohrloch 12 in die Höhlung 20 eintritt. Wenn beispielsweise die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 von dem vertikalen Bohrloch 12 in die Höhlung 20 übergeht, dann werden der Gegengewichtsabschnitt 214 und das Ende 212 nicht mehr durch die vertikale Wand 218 des vertikalen Bohrlochs 12 abgestützt. Wenn der Gegengewichtsabschnitt 214 und das Ende 212 nicht mehr abstützend gehalten sind, dann bewirkt der Gegengewichtsabschnitt 214 automatisch eine Drehbewegung der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202. Beispielsweise bewirkt der Gegengewichtsabschnitt 214 allgemein, dass sich das Ende 210 dreht oder sich relativ zum vertikalen Bohrloch 12 in der Richtung nach außen erstreckt, die allgemein durch Pfeil 220 angegeben ist. Außerdem erstreckt oder dreht sich das Ende 212 der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 relativ zu dem vertikalen Bohrloch 12 in der Richtung nach außen, die allgemein durch Pfeil 222 angegeben ist.
Die Länge der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 ist so konfiguriert, dass die Enden 210 und 212 der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 allgemein nicht mehr durch das vertikale Bohrloch 12 abgestützt werden, wenn die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 von dem vertikalen Bohrloch 12 in die Höhlung 20 übergeht, wodurch ermöglicht wird, dass der Gegengewichtsabschnitt 214 eine Drehbewegung des Endes 212 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202 nach außen und über den Ringraumabschnitt 224 des Sumpfes 22 hinaus bewirkt. Wenn daher bei Betrieb die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 von dem vertikalen Bohrloch 12 in die Höhlung 20 übergeht, dann bewirkt der Gegengewichtsabschnitt 214, dass sich das Ende 212 nach außen dreht oder sich nach außen in die Richtung erstreckt, die allgemein durch Pfeil 220 angegeben ist, so dass eine fortgesetzte, nach unten gerichtete Bewegung der Schachthöhlungspumpe 200 zu einem Kontakt des Ende 212 mit der horizontalen Wand 226 der Höhlung 20 führt.
Wenn sich unter Bezugnahme auf 9C die nach unten gerichtete Bewegung der Schachthöhlungspumpe 200 fortsetzt, dann bewirkt der Kontakt des Endes 212 mit der horizontalen Wand 226 der Höhlung 20 eine weitere Drehbewegung der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 relativ zu dem Bohrlochabschnitt 202. Beispielsweise bewirkt ein Kontakt zwischen dem Ende 212 und der horizontalen Wand 226, kombiniert mit der nach unten gerichteten Bewegung der Schachthöhlungspumpe 200, dass sich das Ende 210 relativ zu dem vertikalen Bohrloch 12 in der Richtung nach außen erstreckt oder dreht, die allgemein durch Pfeil 228 angegeben ist, bis der Gegengewichtsabschnitt 214 mit der horizontalen Wand 230 der Höhlung 20 in Kontakt kommt. Wenn der Gegengewichtsabschnitt 214 und das Ende 212 der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 allgemein durch die horizontalen Wände 226 und 230 der Höhlung 20 abstützend gehalten werden, wird eine fortgesetzte Bewegung der Schachthöhlungspumpe 20 nach unten im Wesentlichen verhindert, wodurch der Einlass 206 an einer definierten Position in der Höhlung 20 positioniert wird.
Somit kann der Einlass 206 an verschiedenen Positionen entlang des Bohrlochabschnitts 202 angeordnet werden, so dass sich der Einlass 206 an der definierten Position in der Höhlung 20 befindet, wenn die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 in die Höhlung 20 aufsetzt. Folglich kann der Einlass 206 genau in der Höhlung 20 positioniert werden, um das Absaugen von Schmutz oder anderem Material im Wesentlichen zu verhindern, das sich in dem Sumpf 22 befindet, und um ein Zusammenwirken mit Gas zu verhindern, was durch eine Verlagerung des Einlasses 20 in das schmalen Bohrloch bewirkt wird. Außerdem kann der Einlass 206 in der Höhlung 20 positioniert werden, um das Absaugen von Fluid aus der Höhlung 20 zu maximieren.
Bei umgekehrtem Betrieb führt eine nach oben gerichtete Bewegung der Schachthöhlungspumpe 200 allgemein zu einer Freigabe des Kontakts zwischen dem Gegengewichtsabschnitt 214 und dem Ende 212 von den horizontalen Wänden 230 bzw. 226. Wenn die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 allgemein nicht mehr in der Höhlung 20 abstützend gehalten wird, dann bewirkt die Masse der Höhlungspositionierungseinrichtung 204, die zwischen dem Ende 212 und der Achse 208 angeordnet ist, dass sich die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 in Richtungen entgegengesetzt zu den Richtungen dreht, die allgemein durch Pfeile 220 und 222 angegeben sind, wie in 9B dargestellt. Außerdem wirkt der Gegengewichtsabschnitt 214 mit der Masse der Höhlungspositionierungseinrichtung 204 zusammen, die sich zwischen dem Ende 212 und der Achse 208 befindet, um die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 im Wesentlichen mit dem vertikalen Bohrloch 12 auszurichten. Somit kommt die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 automatisch in Ausrichtung mit dem vertikalen Bohrloch 12, und außerdem wird die Schachthöhlungspumpe 200 aus der Höhlung 20 zurückgezogen. Eine weitere nach oben gerichtete Verlagerung der Schachthöhlungspumpe 200 kann dann verwendet werden, um die Höhlungspositionierungseinrichtung 204 aus der Höhlung 20 und aus dem vertikalen Bohrloch 12 zu entfernen.
Daher bewirkt die vorliegende Erfindung eine größere Zuverlässigkeit als System und Verfahren gemäß Stand der Technik, um den Einlass 206 der Schachthöhlungspumpe 200 an einer definierten Position in der Höhlung 20 zu positionieren. Ferner kann die Schachthöhlungspumpe 200 wirksam aus der Höhlung 20 entfernt werden, ohne dass weitere Entriegelungs- oder Ausrichtungswerkzeuge erforderlich sind, um das Herausziehen der Schachthöhlungspumpe 200 aus der Höhlung 20 und aus dem vertikalen Bohrloch 12 zu erleichtern.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einige Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können durch den Fachmann verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgeschlagen werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auch diese Veränderungen und Modifikationen einschließt, sofern sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren, um von der Oberfläche auf einen unterirdischen Bereich zuzugreifen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bohren eines im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs (12) von der Oberfläche (14) bis zu dem unterirdischen Bereich (15); Bohren eines gegliederten Bohrlochs (30) von der Oberfläche bis zu dem unterirdischen Bereich, das sich mit dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch an einer Kontaktstelle überkreuzt, die sich in der Nähe des unterirdischen Bereichs befindet; und Bohren eines Bohrlochmusters (50) durch das gegliederte Bohrloch hindurch in den unterirdischen Bereich hinein.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Ausformen einer erweiterten Höhlung in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch in der Nähe des unterirdischen Bereichs; und Bohren des gegliederten Bohrlochs, so dass es sich mit der erweiterten Höhlung des im Wesentlichen vertikalen Bohrlochs überkreuzt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bohren eines Bohrlochmusters durch das gegliederte Bohrloch hindurch in den unterirdischen Bereich hinein das Bohren einer Vielzahl von Bohrlöchern durch die Kontaktstelle hindurch in den unterirdischen Bereich hinein umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der unterirdische Bereich ein Kohlenflöz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der unterirdische Bereich ein Ölreservoir umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst, Flüssigkeit von dem unterirdischen Bereich durch das im Wesentlichen vertikale Bohrloch zu fordern.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Einbauen einer Bohrstangen-Pumpeneinheit in das im Wesentlichen vertikale Bohrloch mit einem Pumpeneinlass, der sich in der Nähe der Kontaktstelle befindet; und Betreiben der Bohrstangen-Pumpeneinheit, so dass Flüssigkeit aus dem unterirdischen Bereich gefördert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bohren des Bohrlochmusters folgende Schritte umfasst: Bohren eines Hauptbohrlochs von der Kontaktstelle aus, so dass ein erstes Ende eines Areals in dem unterirdischen Bereich bis zu einem entfernt gelegenen Ende des Areals definiert ist; und Bohren einer ersten Gruppe von im Wesentlichen horizontalen lateralen Bohrlöchern in einem Abstand zueinander von dem Hauptbohrloch bis zu der Peripherie des Areals auf einer ersten Seite des Hauptbohrlochs; und Bohren einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen horizontalen lateralen Bohrlöchern in einem Abstand zueinander von dem Hauptbohrloch bis zu der Peripherie des Areals auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite des Hauptbohrlochs.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei sich jede der ersten und zweiten Gruppe von lateralen Bohrlöchern jeweils im Wesentlichen in einem Winkel von etwa 45 Grad vom Hauptbohrloch erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Areal in dem unterirdischen Areal eine im Wesentlichen vierseitige Form aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Areal in dem unterirdischen Areal eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bohren des Bohrlochmusters folgende Schritte umfasst: Bohren des Bohrlochmusters unter Verwendung eines Bohrstrangs, der sich durch das gegliederte Bohrloch und die Kontaktstelle hindurch erstreckt; Zuführen von Bohrflüssigkeit hinunter durch den Bohrstrang und zurück hinauf durch einen Ringraum zwischen dem Bohrstrang und dem gegliederten Bohrloch, so dass das Bohrklein entfernt wird, das durch den Bohrstrang beim Bohren des Bohrlochmusters erzeugt wird; Einspritzen eines Bohrgases in das im Wesentlichen gerade Bohrloch; und Mischen des Bohrgases mit der Bohrflüssigkeit an der Kontaktstelle, so dass der hydrostatische Druck auf den unterirdischen Bereich während des Bohrens des Bohrlochmusters verringert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Bohrgas Luft umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der unterirdische Bereich ein Niederdruckreservoir mit einem Druck unter 250 Pfund pro Quadrat-Inch (psi) (1,7 MPa) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bohren des Bohrlochmusters folgende Schritte umfasst: Bohren des Bohrlochmusters unter Verwendung eines Bohrstrangs, der sich durch das gegliederte Bohrloch und die Kontaktstelle hindurch erstreckt; Zuführen von Bohrflüssigkeit hinunter durch den gegliederten Bohrstrang, so dass das Bohrklein entfernt wird, das durch den Bohrstrang beim Bohren des Bohrlochmusters erzeugt wird; und Zurückpumpen der Bohrflüssigkeit mit dem Bohrklein hinauf durch das im Wesentlichen vertikale Bohrloch, so dass der hydrostatische Druck auf den unterirdischen Bereich während des Bohrens des Bohrlochmusters verringert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der unterirdische Bereich ein Ultra-Niederdruckreservoir mit einem Druck unter 150 Pfund pro Quadrat-Inch (psi) (1,03 MPa) umfasst.
System, um von der Oberfläche auf einen unterirdischen Bereich zuzugreifen, wobei das System das Folgende umfasst: ein im Wesentlichen vertikales Bohrloch (12), das sich von der Oberfläche (14) bis zu dem unterirdischen Bereich (15) erstreckt; ein gegliedertes Bohrloch (30), das sich von der Oberfläche bis zu dem unterirdischen Bereich erstreckt und das sich mit dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch an einer Kontaktstelle überkreuzt, die sich in der Nähe des unterirdischen Bereichs befindet; und ein Bohrlochmuster (50), das durch das gegliederte Bohrloch hindurch gebohrt ist und sich in den unterirdischen Bereich hinein erstreckt.
System gemäß Anspruch 17, wobei die Kontaktstelle weiter eine erweiterte Höhlung umfasst, die in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch in der Nähe des unterirdischen Bereichs ausgeformt ist.
System gemäß Anspruch 17, wobei das Bohrlochmuster eine Vielzahl von Bohrlöchern umfasst, die sich von der Kontaktstelle aus erstrecken.
System gemäß Anspruch 17, wobei der unterirdische Bereich ein Kohlenflöz umfasst.
System gemäß Anspruch 17, wobei der unterirdische Bereich ein Ölreservoir umfasst.
System gemäß Ansprach 17, wobei das System weiter eine Bohrstangen-Pumpeneinheit umfasst, die sich in dem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch befindet und betreibbar ist, so dass aus dem unterirdischen Bereich zu der Kontaktstelle abgeflossene Flüssigkeit zur Oberfläche gepumpt wird.
System gemäß Anspruch 17, wobei das Bohrlochmuster das Folgende umfasst: ein im Wesentlichen horizontales Hauptbohrloch, das sich von der Kontaktstelle aus erstreckt, so dass ein erstes Ende eines Areals in dem unterirdischen Bereich bis zu einem entfernt gelegenen Ende des Areals definiert ist; und eine erste Gruppe von im Wesentlichen horizontalen lateralen Bohrlöchern in einem Abstand zueinander, die sich von dem Hauptbohrloch bis zu der Peripherie des Areals auf einer ersten Seite des Hauptbohrlochs erstrecken; und eine zweite Gruppe von im Wesentlichen horizontalen lateralen Bohrlöchern in einem Abstand zueinander, die sich von dem Hauptbohrloch bis zu der Peripherie des Areals auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite des Hauptbohrlochs erstrecken.
System gemäß Anspruch 23, wobei sich die erste und zweite Gruppe von lateralen Bohrlöchern jeweils im Wesentlichen in einem Winkel von etwa 45 Grad vom Hauptbohrloch erstreckt.
System gemäß Ansprach 23, wobei das Areal in dem unterirdischen Bereich eine im Wesentlichen vierseitige Form aufweist.
System gemäß Anspruch 23, wobei das Areal in dem unterirdischen Bereich eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist.
System gemäß Anspruch 17, wobei der unterirdische Bereich ein Niederdruckreservoir mit einem Druck unter 250 Pfund pro Quadrat-Inch (psi) (1,7 MPa) umfasst.
System gemäß Anspruch 17, wobei der unterirdische Bereich ein Ultra-Niederdruckreservoir mit einem Druck unter 150 Pfund pro Quadrat-Inch (psi) (1,03 MPa) umfasst.