DE2126867A1

DE2126867A1 - Verfahren zum Richtbohren

Info

Publication number: DE2126867A1
Application number: DE19712126867
Authority: DE
Inventors: Johnnie Jerry Morgan City La. Ziober (V.St.A.)
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1970-06-01
Filing date: 1971-05-29
Publication date: 1971-12-16
Also published as: IS2004A7; NO133634C; BE767935A; ES391831A1; DK130752B; NL7107459A; GB1280965A; US3610346A; DK130752C; EG10703A; IS903B6; NO133634B; CA940825A

Description

VERFAHREN ZUM RICHTBOHREN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Richtbohren eines •Bohrloches einer Öffshore-Bohrung, die in einem Meeresboden, der eine obere weichere und eine darunterliegende feste Bodenformation aufweist, niedergebracht wird.

Bei der Durchführung einer Offshore-Bohrung wird das. Bohrloch in der Regel mit einer Anzahl axial ausgerichteter Futterrohrstränge ausgekleidet, die einsn vertikalen, dünnwandigen Durchlaß bilden. Anschließend wird ein mit einem Bohrmeißel und anderen zusätzlichen Einrichtungen versehener Bohrstrang durch diesen Durchlaß niedergebracht, wo er rotierend das Bohrloch selbst vorschiebt.

Es gibt eine Reihe von Gründen für die häufige Anwendung der Technik des Schräg- oder Richtbohrens. Im Falle von Offshore-Gas- oder Ölfeldern, wo man von einer feststehenden Offshore-Bohrinsel aus bohrt, muß man von der Bohrinsel aus radial eine Anzahl von Bohrungen ausführen, um das Gebiet möglichst vollständig erfassen zu können. Bei dieser Form der Aufschlußbohrung ist es förderlich, den Bohrstrang von vornherein unter einem bestimmten Winkel in den Meeresuntergrund eintreten zu lassen, so daß er gleich von der Bohrinsel aus die gewünschte Richtung einnimmt. Falls man Kenntnis von einer untertägigen Erdgas- und/oder Erdöllagerstätte hat, so ist es wünschenswert, diese Lagerstätte an möglichst vielen Stellen anzubohren. Folglich wird eine Reihe von Bohrlöchern

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in einem abwärts gerichteten Winkel von der Bohrinsel in den Bereich der Lagerstätte hinabgeführt.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für das Schräg- oder Richtbohren ergab sich bei Bohrlöchern, die durch Überdruck in der angebohrten Lagerstätte außer Kontrolle gerieten. Anstatt die Bohrung in einem solchen Falle über ihre eigene Öffnung übertage wieder unter Kontrolle zu bringen, macht man von der Möglichkeit des Schrägbohrens Gebrauch, indem man das Feld oder die Erdgaslagerstätte in einem bestimmten Winkel zum ursprünglichen Bohrloch anbohrt und damit ein Sicherheitsventil für die Druckerhöhung schafft.

Die Industrie hat verschiedene Techniken für das Schrägoder Richtbohren entwickelt. Eine der anerkannten Methoden besteht darin, durch Verwendung eines speziellen Bohrmeißels zusammen mit entsprechendem Hilfsgerät ein Bohrloch in einer vorbestimmten oder'gewünschten Richtung vorzutreiben. Die Richtung des Bohrmeißels kann, und wird auch häufig>durch Regelung des Druckes, den der Bohrstrang auf den Bohrmeißel ausübt, verändert werden. Dies geschieht durch Verstellung der Halteeinrichtungen im Bohrturm. Um das Schräg- oder Winkelbohren eines Bohrloches zu erleichtern, kann man die Bohrung auch mithilfe eines Führungsrohres oder einer ähnlichen Vorrichtung beginnen, die sich von der Oberseite der Plattform in einem bestimmten Winkel zum Meeresboden hin erstreckt. Der Bohrstrang und der Meißel v/erden dann durch das Führungsrohr hindurchgeführt und können in dem der Neigung des Führungsrohres entsprechenden Winkel in den Meeresuntergrund eintreten.

Wo jedoch der Meeresuntergrund so nachgiebig ist, daß sich ein stabiles Bohrloch nicht direkt in den Meeresboden bohren läßt, ist die Verwendung eines Führungsrohres natürlich nicht angebracht. Wenn der Boden zum Beispiel die weiche Konsistenz eines Delta-Bodens aufweist, kann man unmöglich dort eine Bohrung durchführen, denn die Wände des Bohrloches wurden sofort wieder nachfallen. Ferner würde bei einem relativ

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OFUGiNAL INSPECTED

weichen Boden das in einem bestimmten Winkel in den Boden eintretende Bohrwerkzeug dazu neigen, eine lotrechte Position einzunehmen, und zwar einmal, weil der Druck des Bohrgestänges und der Schwerstange auf ihm lastet und zum anderen, weil der Boden das Bohrgestänge nicht in der gewünschten nicht-lotrechten Richtung halten kann.

Aufgabe der Erfindung ist- daher ein Verfahren zur Durchführung einer Offshore-Bohrung in einem relativ weichen Meeresuntergrund. Weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das sich bei einer Offshore-Bohrung in einem Meeresuntergrund von der allgemeinen Konsistenz eines Delta-Bodens anwenden läßt. Eine v/eitere Aufgabe besteht darin, die Durchführung einer Schräg- oder Richtbohrung in den weichen Untergrund eines Offshore-Bohrortes zu erleichtern, und zwar durch Verwendung der für lotrechtes Bohren vorgesehenen Standardbohreinrichtungen, die man normalerweise auf Pontons und Bohranlagen zur Verfügung hat*

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Richtbohren eines Bohrloches einer Offshore-Bohrung, die in einem Meeresboden, der eine obere weichere und .eine darunterliegende feste Bodenformation aufweist, niedergebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein zylindrisches Futterrohr im wesentlichen senkrecht in den Meeresboden bis zu einer Teufe, in der das untere Ende des Futterrohres die feste Bodenformation erreicht, vorgetrieben wird;

b) in Fortsetzung des Futterrohres in der festen Bodenformation ein Bohrloch gebildet wird, das in fortschreitender Ablenkung eine Winkelabweichung gegenüber der Futterrohrachsenrichtung aufweist;

c) das Futterrohr durch dieses Bohrloch nachgetrieben wird, wobei die Futterrohrwände der Biegung des Bohrloches folgen;

d) die obigen Schritte wiederholt werden, bis das Futterrohr in der gewünschten Richtung ausgerichtet ist.

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Nachstehend wird das Verfahren anhand der Figuren 1, 2 und 3 näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teils sehematische Darstellung des vorliegenden Verfahrens zur Ausführung einer Schrägbohrung voneiner feststehenden, im Untergrund eines Gewässers eingebetteten Bohrinsel aus. Fig. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab eine Teilansicht vom unteren Ende eines teilweise in den Boden eingelassenen Bohrfutterrohres sowie des Bohrstranges, der die Ablenkbohrung vor dem Futterrohr weiter vortreibt. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang den in Fig. 2 abgebildeten Linien 3-3.

Die Erfindung besteht somit in einem Verfahren, das das Schräg- oder Richtbohren an einem Offshore-Bohrort in' einen Meeresuntergrund, dessen obere Schicht eine im wesentlichen weiche Beschaffenheit auf v/eist, erleichtern soll. Das Verfahren sieht vor, daß eingangs ein langgestrecktes Futterrohr im wesentlichen lotrecht in den Untergrund niedergebracht wird, bis es mit seinem Vorderende die weiche oder unverfestigte Schicht durchstoßen hat und in die festere Schicht eintritt. In dieser Lage wird das aufgehängte Futterrohr an seinem oberen Ende im wesentlichen vom Bohrturm getragen, während sein unteres Ende in eine feste Schicht eingebettet ist.

Im Anschluß daran wird in der festen Schicht eine Ablenkbohrung vor dem Vorderende des Futterrohres ausgeführt, in welches das letztere nachgetrieben wird. Das hat zur Folge, daß sich die Futterrohrwände verformen und dadurch der Biegung der Ablenkbohrung anpassen. Durch das Ablenken des vorgetriebenen. Bohrloches in einem gewünschten Grad zur endgültigen Ausrichtung der Bohrung wird das Futterrohr schließlich in einem von der Lotrechten abweichenden Winkel ausgerichtet und dadurch dem Bohrstrang die gewünschte

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Richtung gegeben.

Da die Figuren 1 und 2 zum Teil das gleiche wiedergeben, wurden den einander entsprechenden Elementen jeweils dieselben Bezugsziffern zugeordnet. Sowohl Fig. 1 wie Fig. 2 zeigen ein gewöhnliches Offshore-Bohrloch 10, das in einen Meeresuntergrund.vorgetrieben wird, der teilweise wie Delta-Boden beschaffen ist. Dieser Untergrund ist gekennzeichnet durch eine allgemein weiche oder unverfestigte Schicht U, die sich direkt unter der Oberfläche des Meeresbodens befindet. Diese obere Schicht des Meeresuntergrunds kann in einem Gebiet wie dem Golf von Mexiko eine Stärke bis zu 100 m und mehr erreichen.

Es versteht sich, daß der Qffshore-Untergrund an verschiedenen Orten verschiedene Bodenprofil e aufweisen kann, auch wenn diesen Bohrorten die weiche Bodenbeschaffenheit gemeinsam ist. Ein solches Profil kann beispielsweise aus einer Reihe horizontaler Schichten unterschiedlicher Beschaffenheit zusammengesetzt sein. Diese Schichten oder Lagen können in unterschiedlicher Abstufung und variierenden Anteilen Sand, Ton oder andere Bestandteile aufweisen. Zusammengenommen jedoch können diese Schichten bei einer Stärke von mehreren hundert Fuß ein stahlwandiges ΡμΐΐβΓΓοίΧΓ einer gewünschten Länge nicht halten.

Unterhalb dieser weicheren Schicht trifft man jedoch auf eine aus festerem Ton oder ähnlichem bestehende Schicht F, welche das Futterrohr allein durch Kontakt mit dessen Außenwänden hält. . _

In der vorliegenden Ausführungsform wird das Bohrloch 10 von einer feststehenden, eine Mehrzahl von Beinen 12 und 13 aufweisenden Bohrinsel aus gebohrt. Die Beine ragen nach oben hin aus dem Wasser heraus und tragen die Arbeitsbühne 14. Normalerweise steht diese Arbeitsbühne entweder fest oder beweglich in ausreichendem Abstand über der Wasseroberfläche, um das Arbeitsgerät vor übermäßigen Wind- und Wassereinflüssen zu schützen.

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Die Arbeitsbühne 14 trägt das ül-iche Gerät und Ausrüstungsraaterial zum Bohren. Dazu gehört ein Bohrturm 16 aus einem offenen Stahlgerüst, mit einem Flaschenzug 17 sowie den notwendigen Vorrichtungen zur Aufhängung des Bohrstranges 18, wenn dieser in das Bohrloch 10 niedergebracht \«ärd. Auf der Arbeitsbühne 14 befindet sich ferner die Winde 19, die mit dem Drehtisch 21 verbunden ist, der in Höhe der Arbeitsbühne beweglich montiert ist, und mit dessen Hilfe man den Bohrstrang rotieren läßt.

Die Bohrinsel 11 wird an einem vorbestimmten Offshore-Bohrort durch die Stützen 22 verankert, welche durch die jeweiligen Beine 12 und 13 ausgefahren und in den Untergrund eingerammt werden. Normalerweise werden diese Stützen so tief eingerammt, daß sie der Bohrinsel eine ." ausreichende Stabilität verleihen, um den Unbilden des Wetters standzuhalten. Gemäß der vorliegenden Praxis erhöht sich die Anzahl der zur ausreichenden Stabilisierung und Verankerung der Bohrinsel notwendigen Stützen 22, je weicher der Untergrund beschaffen ist.

Bei der vorliegenden Abbildung kann die Wassertiefe am Bohrort zwischen etwa 7,50m und über 100 m betragen. ' /" , " Die obere Schicht des Meeresuntergrundes, W, besteht, wie bereits erwähnt, aus relativ weichem, schlammigen oder ähnlich beschaffenem Material. Ein solcher Untergrund vermag nur in äußerst geringem Maße einem schweren Futterrohr oder einem anderen glattwandigen Körper allein durch Reibungskontakt mit der Oberfläche des Körpers einen Halt zu bieten. Die Erfahrung hat beispielsweise gezeigt, daß verhältnismäßig lange Rohrstränge im. Golf von Mexiko verlorengegangen sind, einfach weil sie durch ihr Gewicht in den Untergrund absanken, der den Rohrstrang nicht halten konnte.

Das Futterrohr 23, welches normalerweise die Außenwand im oberen Bereich des Bohrloches bildet, entsteht durch Zusammenschweißen von dickwandigen zylindrischen Stahlrohrstücken. Wenn das Futterrohr tiefer in den Untergrund eindringt, werden oben weitere Rohrstücke angeschweißt, wodurch

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am oberen Ende des Bohrloches ein durchgehender Durchlaß von etwa 50 - 91cm Durchmesser gebildet wird.

Normalerweise -werden nach Einbettung des äußeren Futterrohres in den Untergrund eine Reihe von Futterrohren geringerer Durchmesser konzentrisch durch das äußere Futterrohr 23 niedergebracht. Jede weitere Futterrohrsektion wird an ihrem Platz festzementiert, und man erhält so einen langen Durchlaß mit abnehmendem Durchmesser. Dieser Durchlaß dient dazu, den rotierenden, abwärts vordringenden Bohrstrang 18 zu führen sowie den Bohrschlamm nach oben zu leiten.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist die Stellung des Futterrohres 23 am oberen Ende im wesentlichen ldrecht relativ zur Wasseroberfläche. Das ist der Masse des Stahlfutterrohrs zuzuschreiben, das durch sein Eigengewicht durch das Wasser Lind die obere v/eiche Schicht W absinkt.

Das Futterrohr 23 wird nach und nach durch das Wasser abgesenkt. Am oberen, festeingespannten Ende des Futterrohres werden auf der Arbeitsbühne weitere Futterrohrstücke angeschweißt. Wenn es sich jedoch als notwendig erweisen sollte, so wird mithilfe eines Rammwerkzeugs oder eines ähnlichen Geräts, das auf der Bohrinsel oder einem benachbarten Ponton aufgestellt ist, das Futterrohr von der Wasseroberflache her niedergebracht. Wenn der Untergrund verhältnismäßig weich ist, so kann man auch mithilfe des HochdruckspülVerfahrens lotrecht ein Loch durch den Untergrund nach unten treiben und dadurch die Einbettung erleichtern.

Wie weiter in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird das Futterrohr 23 abwärts gepreßt und verbiegt sich dadurch allmählich unterhalb der Formationsgrenze., kurz nachdem es in die feste Schicht eingetreten ist. Diese Ablenkung des unteren Futterrohrendes wird beibehalten, bis das Rohr die gewünschte Teufe erreicht hat. An diesem Punkt ist das Futterrohr so ausgerichtet, daß es das Bohren in einer bestimmten Richtung ermöglicht.

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.Fig. 2 zeigt, daß das untere Ende des Futterrohres 23.aus einem zylindrischen Stück mit einer Führungskante 24 besteht und eine hinreichende Wandstärke besitzt, um den Futterrohrstrang 23 durch den vorher abgelenkten Bereich des Bohrloches 27 zu führen. Das Futterrohr 23 kann am Rand an einer.Stelle mit einem nach außen vorspringenden Rohrschuh 26 versehen sein, und zwar entgegen der Richtung, in die das Rohr gekrümmt oder abgelenkt wird. Dieses Rohrschuhsegment 26, das in Fig. 3 zu sehen ist, besteht ,im wesentlichen aus einem Randsegment der Futterrohroberfläche, das verjüngend nach außen aufgerichtat ist und auf die Seite, nach der die Richtung des Futterrohres abgelenkt wird, einen Rückwärtszug ausübt.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, wird das Futterrohr 23 in die feste Bodenschicht vorgetrieben, indem man vor Nachsetzen des Futterrohres das Bohrloch im Bereich 27 durch gerichtetes Spülen ablenkt und dann das Futterrohr durch Rammen oder andere Methoden durch den so abgelenkten Bereich des Bohrloches preßt. Wenn es sich um einen festen Untergrund F handelt, so wird die Ablenkungsbohrung mit einem am unteren Ende des Bohrstranges befestigten Ablenkdüsenmeißel 28 vorgetrieben. Eine unter Druck stehende Flüssigkeit, wie Wasser oder Bohrschlamm, wird nach unten zu aus dem Abienkdüsenmeißel gepumpt, wodurch ein runder, sich koaxial mit dem unteren Ende des Futterrohrs ausdehnender Durchlaß ausgespült wird. Der Strahl des Ablenkdüsenmeißels 28 ist seitwärts gerichtet, um den Meißel in die gewünschte Richtung zu drängen. Der Arbeitsdruck der aus dem Meißel entströmenden Flüssigkeit kann selbstverständlich dem Untergrund entsprechend variiert werden, so daß man die Ablenkungsbohrung möglichst wirksam in die gewünschte Richtung ablenken kann.

Bei einer normalen Bohrung mit einem Ablenkdüsenmeißel werden Bohrstrang und Bohrmeißel auf die Bohrlochsohle hinabgesenkt. Der Meißel ist so mit dem Gestänge verbunden, daß nur eine oder wenige Düsen offenbleiben und damit der Meißel in eine seitliche Richtung gedrängt wird. Ohne den Bohrstrang rotieren zu lassen, wird Spülflüssigkeit zum Meißel hinab-

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gepumpt und durch die eine bzw. mehrere offene Düsen in die umgebende Schicht getrieben. Die unter Druck stehenden F3.üssigkeits ströme lockern den Boden, spülen ihn aus und bilden dadurch einen seitwärts gerichteten Hohlraum. Der Meißel wird sodann weiter vorgeschoben, das Wachpumpen der Flüssigkeit unterbrochen, und das untere Ende des Bohrstrangs folgt dem Meißel, der einen abweichenden Kurs in Richtung des seitwärts gerichteten-Hohlraums einschlägt. Das abwech- . selnd erfolgende Spülen und Bohren wird hiernach fortgesetzt, bis die gewünschte Teufe erreicht ist.

Bei dem -erfindungsgemäßen Verfahren wird das Futterrohr, wie auch aus den Zeichnungen zu entnehmen ist, zunächst lotrecht über eine vorbestimmte Strecke in den Untergrund hinabgelassen. Die Strecke wird so festgelegt, daß das untere Ende des Futterrohres bis in die untere festere, mit F bezeichnete Schicht reicht. Das Futterrohr kann noch weiter in die feste Schicht vorgetrieben werden, so wie es Fig. 1 zeigt, oder man kann, gemäß Fig. 2, mit der Richtungsänderung des Futterrohres schon unmittelbar nach Eintritt in die feste Schicht beginnen.

Während der Ablenkdüsenmeißel 28 über das untere Ende des Futterrohrs 23 hinaus vorgetrieben wird, um die Ablenkungsbohrung auszuführen, wird das herausgewaschene Material, wie Ton, Sand usw., aus dem Bohrloch durch das Futterrohr nach oben gespült und weggebracht. Nachdem die Ablenkbohrung bis ans Ende der gewünschten Strecke vorgetrieben worden ist, wird der Meißel 28 zurückgeholt. Das Futterrohr 23 wird sodann durch Hämmern oder Rammen oder irgendwelche anderen abwärts wirkenden Kräfte in das Ablenkbohrloch hineingepreßt. Während das Futterrohr mit seinem unteren Ende in dem Ablenkungsbohrloch weitergeschoben wird, verformen sich zwangsweise seine Wände und krümmen sich entsprechend dem Verlauf der Ablenkungsbohrung.

Die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte, d.h. das Einlassen des Futterrohres 23 in das Ablenkungsbohrloch 27, wie " auch das Vorbohren dieses Bohrloches, wiederholen sich für ·

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kurze Streckenabschnitte, bis das untere Ende des Futterrohrs in einer vorbestimmten Teufe und Richtung ausgerichtet ist. Danach wird ein Loch gebohrt und ein Futterrohrstück geringeren Durchmessers wird eingeführt und dort verzementiert. Das letztgenannte Futterrohrstück ist dünn genug, daß es ohne Rammen in das vorgebohrte Loch eindringen kann.

Nachdem das Futterrohr 23 in dem gewünschten Abweichungswinkel verläuft und das kleinere Futterrohr sich an Ort und Stelle befindet, kann der Bohrstrang 18 mit Bohrmeißel oder Ablenkdüsenmeißel 28 an seinem unteren Ende eingesetzt werden. Die Bohrung kann nun in der üblichen Weise durch das bereits erwähnte Bohren oder gerichtete Spülen weitergeführt werden. Wie bereits gesagt wurde, hängt die Richtung, in der sich der Bohrmeißel in diesem Arbeitsstadium in den Untergrund hineinfrißt, zumindest teilweise von der Art des verwendeten Bohrmeißels wie auch dem auf ihn ausgeübten Druck ab. Es kann also jeder weitere Abweichung winkel bzw. die Richtung, in der der Bohrmeißel vielter vordringt, leicht von der Wasseroberfläche her gesteuert werden.

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Claims

T 71 028 (D 71,771) Patentansprüche

1.) Verfahren zum Richtbohren eines Bohrloches einer Offshore-Bohrung, die in einem Meeresboden, der eine obere weichere und eine darunterliegende feste Bodenformation aufweist, niedergebracht wird, dadurch gekenn z' eic hn e t , daß

d) die obigen Schritte wiederholt werden, bis das Futterrohr in der gewünschten Richtung ausgerichtet ist.'

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,· daß das Bohrloch mit einem Durchmesser

,dem

erbohrt wird, der im wesentlichen/Durchmesser des Futterrohres entspricht.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e ic h η e t , daß das Nachtreiben des Futterrohres in dem Bohrloch von oberhalb der Wasseroberfläche senkrecht erfolgt.

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4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Bohrloch niedergebracht wird, indem das Bodenmaterial verdrängt und nach oben ausgetragen wird.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Bohrloch niedergebracht wird, indem das Bodenmaterial mittels eines Hochdruckflüssigkeitsstrahls herausgewaschen wird.

6) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bohrloch durch Drehbohren und Austragen des Bodenmaterials aus dem entstehenden Bohrloch niedergebracht wird.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet , daß während des Nachtreibens des unteren Futterrohrendes in das Bohrloch das obere Futterrohrende um weitere Rohrsektionen jeweils verlängert wird.

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