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Verfahren zur Behandlung von Bohrlöchern Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Behandlung von mit perforierten Verrohrungen ausgekleideten Bohrlöchern.
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Bei der Erschließung von Bohrlöchern, die, zur öl-,
Wasser-
oder Gasgewinnung dienen, werden Behandlungsflüssigkeiten in die Bohrlöcher eingepumpt,
und zwar erfolgt das Einpumpen durch Perforationen der Verrohrung dieser BohrlöcheT.
Als Behandlungsflüssigkeiten kommen insbesondere solche Flüssigkeiten in Frage,
die durch mechanische oder chemische Wirkung das umliegende Gestein erschließen.
Wenn solche Behandlungsflüssigkeiten eingepumpt werden, tritt häufig ein unverhältnismäßig
großer Anteil der Flüssigkeit, welche gegebenenfalls auch eine pumpfähige Aufschlämmung
sein kann, durch eines oder einige wenige der zahlreichen Perforationen der Verrohrung
hindurch.
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Der Durchtritt eines unverhältnismäßig großen Anteiles der Behandlungsflüssigkeit
durch eines oder durch einige wenige Perforationen. der Verrohrung ist gewöhnlich
darauf zurückzuführen, daß die diesem bzw. diesen Bohrlöchem benachbarten Gesteinsformationen
für die Behandlungsflüssigkeit durchlässiger sind als die Formationen in der Umgebung
der übrigen Perforationen.
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Wenn sich die Behandlungsflüssigkeit oder die pumpfähige Aufschlämmung
leicht durch eines oder durch einige wenige Perforationen der Verrohrung pumpen
lassen, so ist es häufig unmöglich, so viel Pumpleistung aufzubringen, um den hydrostatischen
Druck in dem Bohiloch noch so groß zu halten, daß die Behandlungsflüssigkeit oderAufschlämmung
auch diejenigen Perforationen der Verrohrung durchsetzt, welche von nur wenig durchlässigem
oder schlecht durchlässigem Gebirge umgeben sind.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, dieses Problem dadurch zu lösen,
daß mindestens ein Teil der Perforationen der Verrohrung, welche im Bereich gut
durchlässiger Gesteinsforinationen liegen, teilweise verschlossen wird, wenn Behandlungsflüssigkeit
eingepumpt wird, so daß die Behandlungsflüssigkeit auch in die weniger gut durchlässigen
Abschnitte der Gesteinsforinationen durch die nunmehr allein offenen, diesen Formationen
zugeordneten öffnungen gelangt. Man hat dem Vorschlag zufolge kugelförmige Dichtungskörper
aus Gummi oder aus einem harten Kern mit einer elastischen äußeren Auflage in die
Bohrlöcher eingeführt, wenn Flüssigkeit durch die Perforationen der Verrohrung gepumpt
wurde. Die kugelförmigen Dichtungskörper wurden dann in der Behandhingsflüssigkeit
mitgetragen und wurden nach denjenigen Perforationen der Verrohrung transportiert,
durch welche größere Mengen von Behandlungsflüssigkeit hindurchtrat, d. h.
nach denjenigen Perforationen, welche mit gut durchlässigen Gesteinsschichten in
Berührung standen. Wenn ein solcher kugelförmiger Dichtungskörper einmal in Berührung
mit einer Perforation der Verrohrung stand, so wurde er durch den Druck der Behandlungsflüsssigkeit
an Ort und Stelle gehalten, andererseits war er so bemessen, daß er den weiteren
Durchtritt von Flüssigkeit durch die Perforation verhinderte, selbst aber in der
Regel nicht in die Perforation hineingetrieben wurde.
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Trotzdem haben die, nach den bisher bekannten Verfahren angewandten
kugelförmigen Dichtungskörper Nachteile gehabt. Ein Nachteil war der, daß hin und
wieder doch ein Dichtungskörper in eine Perforation durch den hohen Druck innerhalb
der Verrohrung hineingetrieben wurde, so daß diese Perforation für immer verschlossen
war und die Leistung der Sonde dementsprechend vermindert war.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten kugelförmigen Dichtungskörper
ist es, daß durch den hohen Druck, welcher in die nicht verschlossenen Perforationen
gelangt, die den verschlossenen Perforationen benachbarten Gesteinsschichten aufgebrochen
werden können.
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Weiter bringt es das völlige Abschließen einer oder mehrerer Perforationen
mit sich, daß eine große Druckdifferenz zwischen der Verrohrung, dem diese Verrohrung
umgebenden Zementmantel und der Gesteinsschicht
entsteht; diese
Druckdifferenz ist in der Lage, Brüche und Zersplitterungen oder Kanalbildungen
in dem Zementmantel hervorzurufen. Da die Druckdifferenz, welcher die Verrohrung
und der Zementmantel ausgesetzt ist, häufig sehr erheblichist, ist es sehr wesentlich,
örtliche Druckdifferenzen zwichen Verrohrung und Zeinentniantel zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe, zugrunde, bei der Behandlung von
mit einer perforierten Verrohrung versehenen Bohrlöchern die Strömung durch diese
Perforationen mittels Drosselkörpern in der Weise zu regeln, daß die zunächst von
sehr starker Strömung durchflossenen Perforationen in ihrer Durchlässigkeit reduziert
werden, ohne den Durchfluß völlig zu unterbinden, so daß die schädlichen hohen Druckdifferenzen
nicht auftreten können und keine Gefahr eines Einschiebens der Drosselkörper in
die Perforationen besteht. Ausgehend von dem bekannten Verfahren zum Behandeln von
mit perforierten Verrohrungen ausgekleideten Bohrlöchern durch Einpumpen von Flüssigkeiten
in die aufzuschließenden Formationen unter Regelung des Flüssigkeitsdurchsatzes
durch die Perforationen mittels der Flüssigkeit zugesetzten Drosselkörpern besteht
die Erfindung darin, daß der Durchfluß durch die, Perforationen unter Verwendung
von sie nur teilweise verschließenden Drosselkörpern reduziert, jedoch nicht
vollständig unterbunden wird.
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Zweckmäßig wird der Durchlaß durch die Drosselkörper auf einen Wert
von 90 bis 50% des freien Durchsatzes herabgesetzt.
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Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellt dar Fig.
1 einen Längsschnitt durch ein verrohrtes Bohrloch mit der notwendigen Ausrüstung
für die Aufschließuno, benachbarter Gesteinsschichten, Fig. 2 einen der Fig.
1 ähnlichen Längsschnitt durch eine andere Anordnung, bei der die Drosselkörper
in das Bohrloch durch einen besonders zu diesem Zwecke, vorgesehenen Rohrstrang
eingeführt werden, Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen Packer, welcher über
den Perforationen der Bohrlochverrohrung einen dichten Abschluß zwischen der Bohrlochverrohrung
und dem Einfährungsstrang bildet, Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt
eines Drosselkörpers mit einer Vielzahl von diesen durchsetzenden Bohrungen, Fig.
5 einen Aufriß eines kugelförmigen Drosselkörpers mit einer Vielzahl von
Nuten oder Kanälen in seiner äußeren Oberfläche, Fig. 6 einen Aufriß eines
porösen Drosselkörpers, Fig. 7 einen Aufriß eines Drosselkörpers mit einer
Vielzahl von kleinen Warzen auf seiner Oberfläche.
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In Fig. 1 ist ein Bohrloch dargestellt; dieses ist ganz allgemein
mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet; das Bohrloch 10 geht von der Erdoberfläche
12 aus und erstreckt sich durch eine oder mehrere Erdformationen 14 in eine Erdfortnation
16, welche Erd-öl, Gas oder Gemische von Gas und Erdöl enthält. Ein
Strang von Futterrohren 18 erstreckt sich, ausgehend von der Erdoberfläche
oder von einer Stelle nahe der Erdoberfläche, bis zur Sohle 20 des Bohrloches
10. Der Ringraum zwischen den Futterrohren 18 und der Wand 22 des
Bohrloches 10 ist mit einem Zementmantel 24 gefüllt. Der Zementniantel 24
erstreckt sich, wie dargestellt, vom oberen bis zum unteren Ende des Bohrloches
10; in der Praxis kommt es allerdings vor, daß ein Zementmantel nur im Bereich
der Formation 16 vorgesehen ist, nicht aber herauf bis zur Erdoberfläche
12. Die Bohrlochsverrohrung 18 des Bohrloches ist durch einen Abschlußkörper
26 abgedeckt; an diesen Abschlußkörper 26 sind Leitungen 28 und
30 angeschlossen. Die Leitung 28 ist mit einem Ventil 32 verbunden;
die:ses Ventil 32 dient regelmäßig als Entlüftungsleitung zu Beginn der erfindungsgemäßen
Bohrlochbehandlung.
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Nehmen wir nun an, es solle das Bohrloch durch eine sogenannte Frac-Behandlung
aufgeschlossen werden, wie in Fig. 1 dargestellt; die Leitung 30 verläuft
von dem Abschlußkörper 26 der Bohrlochverrohrung bis zu einem Mischgefät
34. Eine Pumpe 36 liegt in der Leitung 30 nahe dem Mischgerät 34.
Außerdem sind Ventile 38, 40 in der Leitung 30 zwischen der Pumpe
36 und dem Abschlußkörper 26 vorgesehen. Eine Einführungsvorrichtung
für Drosselkörper (sie ist ganz allgemein mit der Bezugsziffer 42 bezeichnet) ist
über Leitungen 44, 46 angeschlossen; dadurch ist eine Kurzschlußstrecke zu der Rohrleitung
30 im Bereiche des Ventils 38 gebildet.
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Die Drosselkörper-Einführungsvorrichtung 42 umfaßt eine Einführungskammer
48, welche nächst ihrem Ende 50 an, die Leitung 30 über eine Leitung
46 und ein Ventil 52 angeschlossen ist. Das untere Ende 54 der Einführungskammer
48 ist über die Leitung 44 und das Ventil 56 an die Leitung 30 angeschlossen,
und zwar an einer Stelle zwischen den Ventilen 38,
40. Die zur Verwendung
kommenden Drosselkörper sind mit der Bezugsziffer 58 bezeichnet; sie werden
in die für sie bestimmte Einführungskammer 48 durch das Ventil 60 der Leitung
62 eingebracht; die Leitung 62 mündet in das Ende 50 der Kammer
48.
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Die Behandlungsflüssigkeit wird in einem Behälter oder Tank 64 gespeichert.
Dieser Behälter 64 ist an das Mischgerät 34 -über die Leitung 66, ein Ventil
68
und eine Pumpe 70 angeschlossen.
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Kömiges Material (man erkennt dieses Material in Fig. 1 an
den Punkten 79), etwa Sand, ist in einem Vorratsbehälter 72 enthalten;
dieser Vorratsbehälter 72 ist an das Mischgerät 34 über eine Versorgungsleitung
74 und einen Schieber 76 angeschlossen.
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Im Betrieb sind die Ventüa 38 und 40 offen, und die Pumpe
36 arbeitet; wenn auch das Ventil 68 offen ist und die Pumpe
70 arbeitet, wird Behandlu#ngsflüssigkeit 78 in das Bohrloch durch
die Leitung 30
gepumpt. Gasreste, welche innerhalb der Verrohrung
18 eingeschlossen sind, werden, wenn nötig, aus der Verrohrung
18 dadurch herausgelassen, daß das Ventil 32 der Leitung
28 geöffnet wird. Diese Leitung ist ja an den Abschlußkörper 26 angeschlossen.
(Das Ventil 32 ist natürlich zu schließen, wenn alles Gas abgelassen worden
ist.) Druck wird der Behandhingsflüssigkeit 78 innerhalb der Verrohrung
18 durch eine Pumpe 36 mitgeteilt. Die Verrohrung 18 besitzt
eine Vielzahl von Perforationen 80, welche sowohl durch die Verrohrung
18 als auch durch den Zementmantel 24 hindurchverlaufen. Der der Behandlungsflüssigkeit
innerhalb der Verrohrung 18 mitgeteilte Druck wird also auch den Gesteinsformationen
16 mitgeteilt, welche an die Perforationen 80 anliegen. Der Druck
steigt so lange an, bis die Formation aufbricht; es entstehen dabei ein oder mehrere
Brüche 82 in der Formation 16, wie aus Fig. 1 ersichtlich.
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Das Brechen der Formation 16 macht sich an der Erdoberfläche
12 normalerweise durch einen Abfall des Druckes bemerkbar oder durch Änderung der
Tonhöhe der Motorgeräusche, welche von den die
Pumpe 36 treibenden
Motoren hervorgerufen werden. Auch eine Zunahme der Strömungsmenge in der Leitun-
30 kann, wenn der Leitungsdruck 'konstant bleibt, als Anzeichen dienen.
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Wenn in der Gesteinsformation einmal ein, Bruch eingetreten ist, so
wird der Schieber 76 geöffnet, und es wird nunmehr körniges Material
79 aus dem Behälter 72 in das Mischgerät 34 eingespeist, um dort mit
der Behandlungsflüssigkeit gemischt zu werden; die Behandlungsflüssigkeit ist Wasser,
Öl, Säure, mit einem Geliermittel eingedicktes Wasser oder Gemische dieser
Stoffe, beispielsweise kann eine Emulsion von öl und wäßriger Flüssigkeit
verwendet werden.
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Wenn die Bruchbedingungen der Gesteinsformation 16 bekannt
sind und wenn die Bohrlochverrohrung 18 und die übrigen Ausrüstungsteile,
welche dem hohen Druck während der Bohrlochbehandlung ausgesetzt sind, imstande
sind, den zu erwartenden Brechdrücken entgegenzuwirken, so kann an Stelle der reinen
Behandlungsflüssigkeit schon von Anfang an ein Gemisch aus Behandlungsflüssigkeit
und körnigem Material eingepumpt werden. Wenn man, wie hier beschrieben, zunächst
die reine Behandlungsflüssigkeit einpumpt, so schließt man damit die Möglichkeit
aus, daß der Sand ausfällt; diese Gefahr würde dann bestehen, wenn die Gesteinsfolmation
nicht zu Bruch kommt und das Material nicht in die Gesteinsformation eindringen
kann.
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Im Verlaufe des Einpumpens von einem Gemisch aus Behandlungsflüssigkeit
78 und kömigem Material 79 in die Bruchstellen 82 der Gesteinsformationen
kann es sich herausstellen, daß der Druck nicht ausreicht, um das Gemisch in sämtliche
Bruchstellen 82 hineinzudrücken. Gewöhnlich ist die Ursache hierfür zu suchen,
daß eine oder einige wenige der Bruchstellen 82 bereits so weit ausgedehnt
sind, daß der größte Teil des in die Verrohrung 18 eingepumpten Gemisches
in eben diese Bruchstellen gelangt.
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Tritt dieser Zustand ein, so werden erfindungsgemäß die Ventile
56 und 52 geschlossen, und das Ventil 60 wird geöffnet, es
worden sodann ein oder mehrere Drosselkörper 58 durch das Ventil
60 und die Leitung 62 in die Einführungskammer 48 eingeführt. Das
Ventil 60 wird hierauf geschlossen, und die Ventile 52 und
56 werden geöffnet, so daß die Drosselkörper 58 in die Leitung
30 gelangen können und über diese in den Raum der Bohrlochverrohrung. (Unter
Umständen ist es zweckmäßig, das Ventil38 in der Leitung 30 teilweise zu
schließen; es wird dadurch erreicht, daß die Drosselkörper 58 sehr rasch
in die Leitung 30 »eingeschossen« werden.) Zweckmäßig haben die Drosselkörper
58 annähernd das gleiche spezifische Gewicht oder .-das annähernd gleiche
scheinbare spezifische Gewicht. -wie das Gemisch bzw. die Flüssigkeit, welche, in
die Bohrlochverrohrung 18 eingepumpt wird; durch diese Angleichung der spezifischen
Gewichte wird erreicht, daß die Drosselkörper 58 mit dem Gemisch oder mit
der Flüssigkeit strömen, ohne in dieser zu schwimmen und ohne zu rasch durch diese
hindurchzusacken.
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Wenn die Drosselelemente 58 in denjenigen Ab-
schnitt
der Bohrlochverrohrung 18 gelangen, welche, die Perforationen 80 aufweist,
so werden sie durch den nach den Perforationen führenden Fluß der Behandlungsflüssigkeit
mitgenommen und setzen sich an den Perforationen 80 fest, durch welche das
Gemisch bzw. die Behandlungsflüssigkeit hindurchtritt. Die Drosselkörper
58 schließen aber den Durchfluß durch die jeweiligen Perforationen nicht
ganz ab, sondern gestatten, daß noch eine gewisse Menge von Gemisch oder Behand1ungsflüssigkeit
durch die Drosselkörper hindurch bzw. an diesen vorbei in die Perforationen eindringt;
es sind deshalb lokalisierte Spannungen an der Verrohrung 18 vermieden, und
der Zemcntmantel 24 ist keinen Belastungen ausgesetzt, wie er es wäre, wenn durch
die Drosselkörper 58 eine völlige Verstopfung der Perforationen herbeigeführt
würde. Nachdem immer noch eine gewisse Menge von Flüssigkeit oder Gemisch an den
Drosselkörpern 58
vorbeifließen kann, werden die durch einen Drosselkörper
abgeschlossenen Bruchstellen erweitert und ausgedehnt aber nicht auf Kosten der
übrigen Bruchstellen 82 in den weniger durchlässigen Teilen der Gesteinsformation
16.
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Da jeder der Drosselkörper 58 an einer der Perforationen
80 anliegt, wird gewöhnlich ein Druckanstieg an der Erdoberfläche festgestellt,
etwa an einem Manometer 81, welches auf dem Abschlußteil 26 angebracht
ist. Der Druckanstieg kommt daher, daß der Durchsatz an Gemisch oder Behandlungsflüssigkeit,
welcher in die Gesteinsformation 16 eindringt, geringer wird, wenn man von
der Annahme ausgeht, daß die Leistung der Pumpe oder der Pumpen 36 vor und
nach dem Eintreffen der Drosselkörper auf ihren Sitzen die gleiche ist.
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Es ist häuflo, erforderlich, mehr als einmal während des Behandlungsvorganges
des Bohrloches Drosselkörper 58 in die Bohrlochverrohrung einzubringem So
ist es beispielsweise möglich, jedesmal, wenn ein Bruch eintritt, d. h. jedesmal,
wenn an der Erdoberfläch-e 12 ein Druckabfall in dem Manometer festgestellt wird,
den Strömungsmittelzufluß in die Bruchstellen 82 zu verringern, um die Bildung
oder Erweiterung von zusätzlichen Bruchstellen, welche mit anderer Perforation
80 in Berührung stehen, zu ermöglichen.
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Wenn die gewünschte Menge an Gemisch oder Behandlungsflüssigkeit in
die Bohrlochverrohrung 18
hineingepumpt worden ist und wenn die Behandlung
schließlich durch Nachspülen mit reiner Behandlungsflüssigkeit beendet ist und der
Druck innerhalb der Bohrlochverrohrung 18 verringert wird, so ist der in
den Formationen herrschende Druck normalerweise größer als der Druck innerhalb des
Bohrloches; die Drosselkörper 58 werden daher von ihren Sitzen in den Perforationen
80 abgehoben und fallen entweder nach der Sohle des Bohrloches hinunter oder
werden, wenn sie leicht genug sind, nach der Erdoberfläche 12 durch die nach oben
strömende Flüssigkeit mitgerissen.
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Die Drosselkörper 58 können die verschiedensten Formen besitzen.
Einige dieser Formen sind in den Fig. 4 bis 7 aufgezeichnet. Der in Fig.
4 dargestellte Drosselkörper 58 a hat Kugelform; er besitzt eine Vielzahl
von kleinen Bohrungen 84, welche ihn durchsetzen. Der Durchmesser der Bohrungen
84 ist groß genug, um den Durchtritt des zur Verwendung kommenden Gemisches und
insbesondere des gekörnten Materials zu gestatten. Die, Zahl der Bohrungen und deren
Anordnung ist beliebig. Es muß allein darauf geachtet werden, daß die Bohrungen
in dein Drosselkörper 58 a derart verteilt sind, daß, wie auch immer der
Drosselkörper 58 a an einer Perforation 80 anliegt, durch eine
der Bohrungen Gemisch oder Beliandlungsflüssigkeit in die Perforation
80 eindringen kann. Der Drosselkörper 58 a, und das gleiche
gilt
für die übrigen Drosselkörper, kann massiv sein; er kann aber auch einen hohlen
Kein besitzen, so daß das scheinbare spezifische Gewicht vermindert ist. Der Drosselkörper
muß aus einem Werkstoff bestehen, welcher den in dem Bohrloch auftretenden Drücken
Widerstand zu leisten vermag. Zweckmäßig ist der Werkstoff für die Drosselkörper
auch so gewählt, daß er von dem Gemisch bzw. der Behandlungsflüssigkeit nicht leicht
angegriffen wird.
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Fig. 5 zeigt einen wiederum kugelförmigen Drosselkörper
58b, welcher auf einer Perforation 80 der Bohrlochverrohrung
18 sitzt. Der Drosselkörper 58 b
enthält eine Vielzahl von Kanälen
86 an seiner Oberfläche. Die Kanäle sind so angeordnet, daß ein Fluß von
Gemisch oder Behandlungsflüssigkeit in ihnen entlang der Oberfläche des Drosselkörpers
stattfinden kann und damit auch durch die Perforation 80 hindurch ohne Rücksicht
auf die jeweilige Orientierung des Drosselkö#rpers 58b gegenüber der Perforation,
auf der er sitzt.
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Auch der in Fig. 6 gezeigte, Drosselkörper ist kugelförmig.
Er ist mit 58c bezeichnet und ist porös. Durch die Poren findet ein Fluß von Gemisch
oder Behandlungsflüssigkeit statt. Diese, Form eines Drosselkörpers ist besonders
dann, wenn die Poren sehr fein sind, zweckmäßig im Falle der Verwendung von Behandlungsflüssigkeiten,
welche kein gekörntes Material enthalten. Handelt es sich um poröse Drosselkörper
mit größeren Poren, so können diese auch bei Verwendung von Gemischen mit Gehalt
an kormgem Material zur Anwendung gebracht werden. Auch der Körper 58c kann, entweder
massiv sein oder einen hohlen Kein aufweisen, welcher insgesamt eine Gewichtsverminderung
des Drosselkörpers und damit eine scheinbare Verminderung des spezifischen Gewichtes
mit sich bringt.
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In Fig. 7 ist ein Drosselkörper 58 d gezeigt, auf de#ssen
Oberfläche ein Netz von Warzen 88 vorgesehen ist. Die Höhe der einzelnen
Warzen 88, gemessen vom Niveau der Oberfläche 90 aus, und die Verteilung
der Warzen 88 auf der Oberfläche sind so gewählt, daß stets eine gewisse
Strömung an dem Drosselkörper 58 d vorbei und durch die Perforation,
80 hindurch möglich ist. Die geometrische Bedingung für die Gewährleistung
dieser Möglichkeit ist die, daß jeder Kreis, welcher auf der Oberfläche gelegt werden
kann und einen Durchmesser entsprechend dem Durchmesser der Perforation
80 besitzt, durch mindestens eine Warze 88 gehen muß.
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Die Drosselkörper58 bestehen aus Werkstoff, wie Polyamide, Aluminium,
Magnesium, Bronze, Stahl oder festen Kunststoffen oder anderen Materialien, welche
das richtige spezifische Gewicht besitzen oder deren scheinbares spezifisches Gewicht
auf den richtigen Wert durch besondere geometrische Formung eingestellt werden kann;
außerdem müs,sen die Werkstoffe den auftretenden Drücken standhalten. Werden die
Drosselkörper 58 aus Metall hergestellt, so geht man zweckmäßig von festen
Körnern oder Parfikeln aus, welche man zusammensintert oder zusammenschmilzt, so
daß die gewünschten porösen Elemente 58c erhalten werden. Manchmal ist es zweckmäßig,
einen elastischen überzug auf der Oberfläche der Drosselkörper anzubringen. Man
erreicht dadurch einen besseren Sitz der Drosselkörper 58 in den Perforationen
80, ohne die Gefahr zu laufen, daß die Drosselkörper ganz in die Perforationen
80 eingedrückt werden und diese für immer versperren. Es muß dann allerdings
beachtet werden, daß die elastisehe Oberflächenschicht eine gewisse- Dicke nicht
-überschreitet, da sonst trotz des Vorhandenseins des starren Kerns die Gefahr eines
Haftenbleibens der Drosselkörper in den Bohrungen nicht ausgeschlossen ist.
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In den vorstehenden Besehreibungsteilen wurde davon ausgegangen, daß
ein Aufschließen von Gesteinsforinationen durch Frac-Behandlung erfolgen soll; selbstverständlich
sind die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen aber auch dann anwendbar, wenn
irgendein anderer Fluß durch Perforationen in einer Bohrlochwand gedrosselt werden
soll; beispielsweise lassen sich die erfindungsgemäß vorgeschlagenen, Maßnahmen
anwenden, wenn die Gesteinsformationen einer Säurebehandlung unterzogen worden sollen.
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Die, Größe der kugelförmigen Drosselkörper ist von Bedeutung; ihr
Durchmesser muß natürlich größer sein als der Durchmesser der Perforationen in der
Bohrlochverrohrung. Bei einem Durchmesser der Perforationen von 9,5 mm wird
man den Drosselkörpem etwa einen Durchmesser von 19 mm geben. Bei diesem
Verhältnis haben Versuche gute Ergebnisse g o ebracht. Die 19-mm-Drosselkörper sitzen
auf den Porforationen von 9,5 mm Durchmesser fest, sind aber andererseits
doch groß genug, um nicht in die Gesteinsformationen 16 hineingedrückt
zu werden.
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Bei den Drosselkörpern der in Fig. 7 dargestellten Form
58 d ist der Durchmesser von 19 mm durch zwei einander diametral
gegenüberliegende Warzen 88 genommen und ist nicht gleich dem Durchmesser,
den die glatte Oberfläche 90 besitzt. Bei den Drosselkörpem 58a der Fig.
1 haben Bohrungen mit 1,6 mm Durchmesser gute Ergebnisse erbracht.
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Das Verhältnis des Durchsatzes durch eine Perforation 80 mit
9,5 mm Durchmesser zu dem Restdurchsatz, wenn ein Drosselkörper
58 auf der Durchbrechung sitzt, wird in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren
gewählt. Einer dieser Faktoren ist der Zustand der Verrohrung 18 und des
Zementmantels 24; sodann geht der Behandlungsflüssigkeitsdurchsatz ein, welcher
von der Pumpe 36 aufrechterhalten werden kann, und der Druck, welcher erforderlich
ist, um die Gesteinsformation 16 zu Brach zu bringen. Der Durchsatz durch
eine Perforation 80, an welcher ein Drosselkörper 58 anliegt, sollte
etwa 10 bis 50 l,IG des freien Durchsatzes durch die Perforation
80 ausmachen. Steigt der Durchsatz bei angelegtem Drosselkörper 58 weit über
50% an, so ist dies in der Praxis nicht erforderlich, um Spannungen in der Bohrlochverrohrung
18 zu vermeiden und auch nicht um zu verhindern, daß bereits vorhandene Bruchstellen
82, welche mit verschlossenen Perforationen 80 in Verbindungen stehen,
eingedrückt werden. Im
übrigen sind überhöhte Durchsätze bei verschlossenen
Porforationen nicht nur nicht notwendig, sondern sogar schädlich, weil sie Behandlungsmaterial
und Pumpenkapazität in Ansprach nehmen.
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Der hier verwendete Ausdruck »Drosselkörper« schließt alle kugelförmigen
Körper mit ein, die, wenn sie an einer Perforation der Bohrlochverrohrung sich ansetzen,
den Durchsatz durch diese Perforation stark herabsetzen, aber nicht völlig unterbrechen.
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Ein durchlässiger Drosselkörper, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit besonderem Erfolg angewandt worden ist besteht aus zerkleinerter Nußschale,
welche mit Zement oder einem Klebstoff, etwa
Phonol-Formaldchyd-Harz,
gebunden ist. Ein derartiger Drosselkörper hält die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
auftretenden Drücke ohne weiteres aus. Im übrigen sind die zur Verwendung kommenden
Stoffe leicht erhältlich.
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Die durchlässigen Drosselkörper, welche normalerweise etwa einen Durchmesser
von 22rnrn haben, sind aus zerkleinerter Nußschale, vorzugsweise Walnußschale, hergestellt;
die Nußschalenteilchen sind durch einen Klebstoff miteinander verbunden, vorzugsweise
durch einen teilweise kondensierten flüssigen Phenol-Formaldehyd-Harz, dem geeignete
Katalysatoren zugesetzt sind. Ein Beispiel eines derartigen Harzes und der zugehörigen
Katalysatoren ist in der USA.-Patentschrift 2 823 753 beschrieben. Man kann
dort auch das Verhältnis der Harzmenge zum Gewicht der verwendeten Nußschalenmenge
entnehmen. Die in dieser Patentschrift beschriebenen Harze haben die erfordeTliche
Bindefestigkeit und sind auch unempfindlich gegen den Angriff der vorkommenden Behandlungsflüssigkeiten;
es können aber auch andere Klebstoffe und Bindemittel verwendet werden, um die durchlässigen
Drosselkörper herzustellen.
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Zu den brauchbaren Klebstoffen gehören plastische Klebstoffe, wie
Epoxy- und Urea-Formaldehyd-Harze, ferner Klebstoffe, welche durch Lösungsmittelverdampfung
erhärten, wie z. B. Nitro#cellulose-Klebstoffe, und schließlich Stoffe, welche durch
chemische Reaktion erhärten, z. B. Kaseinklebstoffe. Die genauen Mengen an Klebstoff
und an Nußschalen sowie die Größe der Nußschalenteilchen für die Erreichung einer
bestimmten Durchlässigkeit können leicht durch Versuche festgestellt werden.
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Die Partikelgröße der Nußschalen variiert zweckmäßig zwischen
2,38 und 0,59 mm Durchmesser. Hervorragende Ergebnisse hat man erhalten
bei einer Partikelgröße von zwischen 2, 00 und 0, 84 mm Durchmesser
und 0,84 bis 0,59 mm Durchmesser. Versuche haben ergeben, daß Drosselkörper
aus Walnußschale mit einer Partikelgröße innerhalb der oben angegebenen Grenzen
zwischen 176 und 211 kg pro qcm Druckdifferenz auszuhalten vermögen,
ohne daß sie Schaden nehmen und ohne daß an ihrer Oberfläche eine Zerspanung eintritt.
Obwohl auch Drosselkörpcr aus größeren Partikeln, z. B der Größenordnung
2,38
bis 1,68 mm Durchmesser verwendet werden können und eine sehr
gute Härte besitzen, werden sie leicht an ihrer Oberfläche beschädigt, wenn die
Behandlungsflüssigkeit feine Feststoffzusätze enthält, welche durch die offenen
Zwischenräume des Drosselkörpers hindurchtreten.