DE2849023C2

DE2849023C2 - Verfahren zum Aufbringen von Kugeldichtungen auf Perforationen in Auskleidungen von Tiefbohrlöchern

Info

Publication number: DE2849023C2
Application number: DE2849023A
Authority: DE
Inventors: Steven Ray Erbstoesser; Christopher Michael Houston Tex. Shaughnessy
Original assignee: Exxon Production Research Co
Current assignee: ExxonMobil Upstream Research Co
Priority date: 1977-11-14
Filing date: 1978-11-11
Publication date: 1983-01-13
Also published as: NL175842C; NO783810L; MX150771A; NO152985C; GB2007744B; CA1089760A; DE2849023A1; MY8500111A; US4195690A; NL175842B; NL7811098A; GB2007744A; NO152985B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Kugeldichtungen auf Perforationen in Auskleidungen von Tiefbohrlöchern, bei dem die Kugeldichtungen in Verbindung mit einer Flüssigkeit, deren Dichte sich von derjenigen der Kugeldichtungen unterscheidet, zu den abzudichtenden Perforationen hin in das Bohrloch eingeschwommen werden.

Ein solches Verfahren ist bereits aus der US-PS 34 37 147 bekannt. Bei der Durchführung des Verfahrens ergeben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten.

4·» die es oftmals unmöglich machen, einen Aufsetzwirkungsgrad von 100% zu erzielen. Für den Fall, daß die Dichte der Kugeldichtungen größer ist als diejenige der Flüssigkeit, sinken die Kugeldichtungen häufig durch das Bohrloch an Jen Perforationen vorbei ab und

so sammeln sich am Fuß des Bohrlochs. Für den Fall, daß die Dichte der Kugeldichtungen kleiner ist als diejenige der Flüssigkeit, darf die Einführgeschwindigkeit der Flüssigkeit einen vorbestimmten Wert nicht unterschreiten, da sonst die Kugeldichtungen aufschwimmen.

Läßt also aus irgendeinem Grund, etwa bei einer geringen Permeabilität der Formation, nachdem einige Perforationen abgedichtet sind, die Einführgeschwindigkeit der Flüssigkeit nach, so ist ein sicheres Aufsetzen der Kugeldichtungen auf die Perforationen nicht mehr gewährleistet.

Die DE-AS 11 39 453 beschreibt ein Verfahren, bei welchem Drosselkörper zum Einsatz kommen, die annähernd das gleiche spezifische Gewicht wie die Flüssigkeit besitzen, die in das Bohrloch eingepumpt wird. Auch hier bereitet das Aufsetzen der Dichtungskörper auf die Perforationen Schwierigkeiten, da sich die Körper in Bereichen geringer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ansammeln. Nachdem sie einmal

über den Bereich der Perforationen hinausgetreten sind, ist eine Rückfilhr mg zu diesen und dementsprechend ein hoher Aufsetzwirkungsgrad nicht möglich.

Auch die US-PS 37 15 055, die eine Vorrichtung zum Injizieren von Dichtungskörpern betrifft, beschreibt Kugeldichtungen, deren Dichte etwa gleich der Behandlungsflüssigkeit ist Hierbei treten also ebenfalls die vorgenannten Nachteile auf.

Schließlich beschreibt auch die US-PS 31 74 546 im Rahmen eines Verfahrens zur Abdchtung von Bohrlochauskleidungen in bestimmten Formationsbereichen die Verwendung von Kugeldichtungen, deren Dichte im wesentlichen gleich derjenigen der Flüssigkeit ist. Auch bei diesem Verfahren läßt sich ein gezieltes Aufsetzen der Dichtungskörper auf die Perforationen nicht erreichen, so daß ein angestrebter hoher Aufsetzwirkungsgrad nicht erlangt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der aufgezeigten Nachteile das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es die Hinführt ing der Kugeldichtungen zu den Perforationen und deren Verschließen unter Ablenkung der Flüssigkeit gewährleistet Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale. Hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen ist es gelungen, die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, dabei werden die Kugeldichtungen zu den Perforationen in der Bohrlochauskleidung innerhalb eines Trägerflüssigkeitssystems geführt, das eine Führungsflüssigkeit mit einer Dichte, die größer ist als diejenige der Kugeldichtungen, und eine Folgeflüssigkeit mit einer Dichte, die nicht größer ist als die Dichte der Kugeldichtungen, umfaßt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Einbringen der Kugeldichtungen in die Bohrlochauskleidung eine schwere Flüssigkeit, die eine Dichte besitzt, welche größer ist als diejenige der Kugeln, und eine leichte Flüssigkeit, die eine Dichte besitzt, welche kleiner ist als diejenige der Kugeln. Die leichte Flüssigkeit wird im Anschluß an die schwere Flüssigkeit in die Bohrlochauskleidung injiziert. Die Kugeldichtungen werden zu einer beliebigen Zeit nach dem Beginn der Injektion der schweren Flüsigkeit eingeführt (einschließlich während der Injektion der leichten Flüssigkeit), vor der Einführung zusätzlicher schwerer Flüssigkeiten. Nachdem die Kugeldichtungen, die leichte Flüssigkeit und d^;p schwere Flüssigkeit in die Bohrlochauskleidung injiziert worden sind, werden die Flüssigkeiten durch die nicht von den Kugeldichtungen verschlossenen Perforationen verdrängt. Da die Kugeldichtungen in der leichten Flüssigkeit absinken und auf der schweren Flüssigkeit schwimmen, werden die Kugeln durch die Bohrlochauskleidung abwärts zu den Perforationen geführt. Die Behandlungsflüssigkeit kann jede beliebige Dichte besitzen, wobei jedoch, wenn die Behandlungsflüssigkeit spezifisch schwerer ist als die Kugeldichtungen, vorzugsweise zumindest ein Teil der Behändiungsflüssigkeit in die Bohrlochauskleidung oberhalb der leichteren Flüssigkeit eingeführt wird, wodurch die leichte Flüssigkeit, die Kugeldichtungen und die schwere Flüssigkeit durch die Bohrlochauskleidung nach unten verdrängt werden. Durch dieses Verfahren wird die behändiungsflüssigkeit durch die Perforationen gepreßt, d'e nicht durch die Kugeldichtuneen verschlossen sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine erste Flüssigkeit, die die Kugeldichtungen enthäl·, welche eine Dichte besitzen, die geringer irt als diejenige der ersten Flüssigkeit, durch die Bohrlochs auskleidung nach unten injiziert Die abwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit der ersten Flüssigkeit ist hinreichend, um eine nach unten gerichtete Kraft auf die Kugeldichtungen zu übertragen, die größer ist als der aufwärts gerichtete Auftrieb auf die Kugeldichtungen. Es wird eine hinreichende Menge der ersten Flüssigkeit injiziert so daß im wesentlichen alle Kugeldichtungen durch die erste Flüssigkeit zu den Perforationen hingeführt und auf diesen abgesetzt werden. Nach der Einführung der ersten Flüssigkeit wird eine zweite Flüssigkeit deren Dichte geringer ist als diejenige der Kugeldichtungen, in die Bohrlochauskleidung injiziert Nachdem die Kugeln die Perforationen erreichen, setzen sie sich auf die Flüssigkeit aufnehmenden Perforationen auf, verschließen diese Perforationen und bewirken, daß die zweite Flüssigkeit und die verbleibende erste Flüssigkeit durch die offe..^n Perforationen strömen. Vorzugsweise ist die schwere et ;te Flüssigkeit die Formationsbehandlungsflüssigkeit

Durch die Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Abwärtsführung der Kugeldichtungen in der Bohrloc-.auskleidung erreicht wobei ein hoher Aufsetzwirkungsgrad der Kugeldichtungen auf den Perforationen der Bohrlochauskleidung sichergestellt wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders dann, wenn die Injektion der Behandlungsflüssigkeit in die Formation sehr langsam erfolgt wie beispielsweise bei einer Säurebehandlung, während die Kugeldichtungen eine Dichte besitzen, die geringer ist als diejenige der Behandlungs flüssigkeit

Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Dabei zeigt im einzelnen:

F i g. I einen Vertikalschnitt durch eine Bohrung, in welcher eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung kommt.

Fig.2 einen Vertikalschnitt durch eine Bohrung, in welcher eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt ist und Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einp Bohrung zur Erläuterung der Stellung der Kugeldichtungen bei Vervollständigung der Behandlung, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wurde.

In F i g. 1 ist eine Bohrung 10 gezeigt, die sich von der Erdoberfläche 11 du'ch eine Abraumschicht 12 bis zu einer unterirdischen Formation 13 erstreckt, die Erde¹. Gas oder ein Gemisch hitrvon führt. Ein Rohrstrang 14 er tre^Kt sich von der Erdoberfläche 12 bis zum Fuß der Bohrung 10. Der Zwischenraum zwischen der Bohrlcchauskleidung 14 und der Wandung der Bohrung ist mit Beton 15 ausgefüllt. Der Beton erstreckt sich, wie dargestellt, von dem Fuß der Bohrung 10 bis zur Erdoberfläche 11. Die Bohrlochajskleidung 14 ist oben durch einen üblichen Bohrlochkopf 16 verschlossen, der mit einer Hörderleitung in Verbindung steht. Die Bohrlochauskleidung und die Betonumhüllung sind mit einer Anzahl von Perforationen 17 versehen, die eine Verbindung zu der Formation 13 herstellen. Die Bohrung k^irn mit ehern Dichtungsstück 18 versenen sein, die die Förderleitung gegenüber der Formation 13 von der übrigen Bohrung trennt, unter Verwendung eines Förderrohres 20. das sich von dem Bohrlochkoof

16 durch das Dichtungsstück 18 erstreckt. Der Rohrstrang ist an eine (nicht dargestellte) Leitung angeschlossen zur Zuführung und zum Abzug von Flüssigkeiten zu und von der Bohrung.

Wenn eine Bohrung nicht die angestrebte Förderleistung erbringt, ist es üblich, die Bohrung zu behandeln, um die Fördercharakteristika der Bohrung zu verbessern. Dies kann erzielt werden durch eine Säurebehandlung, ein hydraulisches Aufbrechen oder andere Verfahren, bei welchen ein Behandlungsmaterial durch die Bohrlochauskleidung abwärts und in die Förderformation durch die Perforation .-n 17 in der Bohrlochauskleidung eingepreßt wird. Wie oben erwähnt, ist es manchmal erstrebenswert, selektiv diejenigen Perforationen zu verschließen, durch welche die Flüssigkeit während eines Behandlungsbetriebes fließt, so daß die Behandlungsflüssigkeit durch andere Perforationen in der Bohrlochauskleidune abgelenkt wird.

Vor der Erläuterung jeglicher spezifischer Ausführungsformen der Erfindung sollen zunächst die folgenden Definitionen gegeben werden, um die entsprechend verwendete Terminologie zu klären für die Beschreibung der Dichtecharakteristika von Kugeldichtungen und Flüssigkeiten. Die Begriffe »leichte Flüssigkeit« oder »Flüssigkeit mit niedriger Dichte« beziehen sich auf Flüssigkeiten, deren Dichte geringer ist als die Dichte der Kugeldichtungen. Flüssigkeiten mit neutraler Dichte bedeuten Flüssigkeiten, mit einer Dichte, die im wesentlichen gleich der Dichte der Kugeldichtungen ist. Im Gegensatz hierzu beziehen sich schwere Flüssigkeiten oder solche mit hoher Dichte auf Flüssigkeiten, deren Dichte größer ist als diejenige der Kugeldichtungen. In einer ähnlichen Weise bedeuten leichte Kugeldichtungen oder Kugeldichtungen mit geringer Dichte solche, deren Dichte geringer ist als die Dichte der Bohrlochflüssigkeit. Andererseits bedeuten schwere Kugeldichtungen oder solche mit einer hohen Dichte Kugeldichtungen, die eine Dichte besitzen, die größer ist als die Dichte der Bohrlochbehandlungsflüssigkeit.

Zur Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung soll angenommen werden, daß es sich um eine ölförderbohrung handelt, die durch ein Säurebehandlungsverfahren behandelt werden soll, um die Permeabilität der Formation 13 im Bereich der Bohrung zu erhöhen. Hierzu ist jedoch anzuführen, daß die nachfolgende Beschreibung eines derartigen Säureverfahrens lediglich beispielhaft ist. und daß die Erfindung ohne weiteres auch im Hinblick auf andere Behandlungsverfahren eingesetzt werden kann, wie z. B. beim hydraulischen A"fbrechen der Formation oder bei Losungsmittelbehandlungen durch oberflächenaktive Mittel.

Das Säurebehandlungsverfahren der Formation 13 wird durchgeführt, indem man zunächst durch die Förderleitung 20 eine schwere Flüssigkeit 23 einpumpt um den unteren Teil der Bohrung zumindest bis auf ein Niveau im Bereich der unteren Perforationen, die durch die Kugeldichtungen verschlossen werden sollen, anzufüllen. Nachdem die entsprechende Menge der schweren Flüssigkeit 23 in das Bohrloch eingeführt worden ist, wird eine zweite schwere Flüssigkeit 21, die die Kugeldichtungen 25 enthält, in die Bohrlochauskleidung durch die Förderleitung 20 eingepumpt Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung würde die zweite schwere Flüssigkeit 21 die Behändlungsflüssigkeit sein. Nachdem eine entsprechende Menge der schweren Flüssigkeit 21 injiziert worden ist wird eine leichte dritte Fiüssigkeit 24 in die Bohrlochauskleidung durch die Förderlciiung 20 eingeführt Kugeldichtungen 25 befin.l·:) sieh auch innerhalb dieser leichten Flüssigkeit 24. Da die Kugeldichiungen schwerer sind als dir leichte Flüssigkeit 24 und leichter als die schweren Flüssigkeiten 23 und 21, sinken die Kugeln zur unteren Begrenzung der leichten Flüssigkeit 24 ab und schwimmen oben auf der dichten Flüssigkeit 21.

Die leichte Flüssigkeit 24 und die schwere Flüssigkeit 21 können sich während des Herabfließens durch das Bohrloch vermischen und bilden einen Bereich, der eine mittlere Dichte im Hinblick auf die Dichten der leichten und schweren Flüssigkeiten besitzt Die Kugeldichtungen neigen nun dazu, in dem Bereich der Mischung zu wandern, wo die Flüssigkeitsdichte der Kugeldichte entspricht.

Eine hinreichende Menge der leichten Flüssigkeit 24 sollte in die Bohrung eingepumpt werden, so daß die Kugeldichtungen unterhalb oder innerhalb der leichten Flüssigkeit 24 mit der leichten Flüssigkeit 24 abgeführt werden, während die leichte Flüssigkeit durch die Bohrlochauskleidung abwärts zu den Perforationen gedrängt wird. Wenn die leichte Flüssigkeit 24 die Behandlungsflüssigkeit ist. führt eine fortgesetzte Injektion der leichten Flüssigkeit 24 die Kugeldichtungen durch die Bohrlochauskleidung abwärts, und viele der Kegeln setzen sich auf die Perforationen in Anwesenheit der leichten Flüssigkeit. Wenn es sich bei der Behandlung der Flüssigkeit um eine schwere Flüssigkeit handelt, zieht man vor, daß nach Einführung einer hinreichenden Menge an leichter Flüssigkeit 24 in die Bohrlochauskleidung eine Verdrängungsflüssigkeit, die in F i g. 1 durch das Bezugszeichen 26 angegeben ist, in die Bohrlochauskleidung injiziert wird, um die vorangehend injizierten Flüssigkeiten und die Kugeldichtungen zu den Perforationen 17 zu drängen.

Die schwere Flüssigkeit 21 wird in die Bohrung vor der leichten Flüssigkeit eingeführt und kann dementsprechend auch als Führungsflüssigkeit bezeichnet werden. In einer ähnlichen Weise kann man die leichte Flüssigkeit 24 auch als Folgeflüssigkeit bezeichnen. In diese beiden Klassen von Flüssigkeiten (d. h., schwere Flüssigkeiten und leichte Flüssigkeiten) fallen jegliche Flüssigkeiten mit den erforderlichen Dichtecharakteristika.

Geeignete schwere Flüssigkeiten 23 umfassen wäßrige Flüssigkeiten, wie Kalziumchlorid- und Natriumchloridlösungen sowie nicht wäßrige Flüssigkeiten, wie Ortho-Nitrotoluol, Kohlenstoffdisulfid, Dimethylphthalat. Nitrobenzol und Isoquinolin. Der Zwec¹· der Einführung der schweren Flüssigkeit 23 in die Bohrung liegt darin, sicherzustellen, daß die Flüssigkeit in der Bohrung unterhalb der Perforationen, die abgedichtet werden sollen, eine größere Dichte besitzt als diejenige der Kugeldichtungen. Die Kugeldichtungen schwimmen somit auf der schweren Flüssigkeit und sinken nicht zu dem Teil der Bohrung unterhalb der untersten Perforation, die Flüssigkeit aufnimmt ab, d.h. in das Rattenloch.

Die schweren Behandlungsflüssigkeiten 21 umfassen jegliche Behandlungsflüssigkeiten, die die erforderlichen Dichtecharakteristika besitzen. Geeignete Flüssigkeiten können beispielsweise umfassen Säurelösungen, wie Chlorwasserstoffsäure, Fluorwasserstoffsäure, Ameisensäure, mit Salz beiadene Säureiösungcn, wie auch entsprechende schwere Flüssigkeiten zum hydraulischen Aufbrechen und oberflächenaktive Lösungen, um die Formationen zu stimulieren.

Die leichte Flüssigkeit 24, die in die Bohrlochauskleidung eingeführt wird, kann jegliche Flüssigkeit sein, die die erforderlichen Dichteeigenschaften besitzt. Geeignete leichte Flüssigkeiten umfassen Rohöl, Dieselöl, aromatische Lösungsmittel, leichte Kohlenwasserstoffkondensate, Salzlösungen mit geringem Salzgehalt und Frischwasser. Die leichte Flüssigkeit 24 kann mischbar oder urv lischbar mit den schweren Flüssigkeiten 23 und 21 sein. Vorzugsweise ist die leichte Flüssigkeit jedoch mischbar mit der Verdrängungsflüssigkeit 26 und unmischbar mit der schweren Flüssigkeit 21.

Das minimale Volumen an leichter Flüssigkeit 24, das in die Bohrlochauskleidung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingeführt wird, ist veränderlich entsprechend der Mischbarkeit der leichten Flüssigkeit 24 mit der schweren Flüssigkeit 21 und der Verdrängungsflüssigkeit 26, dem Abstand, über welchen die leichte Flüssigkeit die Kugeldichtungen transportiert, die Anzäh! d?r Ku^ldicMiinfrorv Hie» Hureh Hie Bohrlochauskleidung herabgesetzt werden müssen und dem Dichteunterschied zwischen der leichten Flüssigkeit und den Kugeldichtungen. Wenn die Förderleitung

20 sich bis unterhalb eines Dichtungsstückes 18 (wie dies in F i g. 1 gezeigt ist) erstreckt, sollte eine hinreichende Menge an leichter Flüssigkeit 24 in das Förderrohr 20 injiziert werden, um den ringförmigen Raum 27 zwischen dem Rohrteil unterhalb des Dichtungsstückes und der Bohrlochauskleidung 14 mit leichter Flüssigkeit 24 anzufüllen. Es ist erstrebenswert eine hinreichende Menge an leichter Flüssigkeit zu injizieren, um den ringfö Tilgen Raum 27 zu füllen und damit zu verhindern, daß Kugeldichtungen an der Zwischenschicht zwischen der leichten Flüssigkeit 24 und den schwereren Flüssigkeiten 23 oder 24 in einem Niveau zwischen dem Fuß des Rohres 20 und der Unterkante des Dichtungsstückes 18 eingefangen werden.

Vorzugsweise handelt es sich bei beiden Flüssigkeiten

21 und 24 um Formationsbehandlungsflüssigkeiten, und die Kugeldichtungen haben eine Dichte, die größer ist als die Formationsflüssigkeiten. Nachdem eine hinreichende Menge an leichter Flüssigkeit 24 in die Formation injiziert worden ist, kann man die Flüssigkeitsinjektion unterbrechen, um ein Absinken des Druckes in der Bohrung zu erlauben. Die Kugeldichtungen, die sich von den Perforationen lösen, sinken bis zur unteren Begrenzung der leichten Flüssigkeit ab, und es besteht somit eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß sie während der Förderung von Flüssigkeiten aus der Formation mit aus dem Bohrloch herausgeführt werden, im besonderen, wenn es sich bei den geförderten Flüssigkeiten um solche mit niedriger Dichte handelt Die Kugeln, die auf den Boden der Bohrung absinken, können wiederverwendet werden, um Perforationen in der Bohrlochauskleidung zu verschließen, indem man in die Bohrlochauskleidung zusätzliche schwere Flüssigkeit injiziert Die schwere Flüssigkeit bewirkt, daß die Kugeldichtungen nach oben schwimmen, in Richtung auf die Perforationen, wie sie sich wieder aufsetzen können, um erneut den Flüssigkeitsstrom abzulenken.

Die in eier Praxis bei der Erfindung eingesetzten Kugeldichtungen sollten eine Dichte besitzen, die zwischen derjenigen der leichten Flüssigkeit 24 und den schweren Flüssigkeiten 23 und 21 liegt Die für die Durchführung der Erfindung geeigneten Kugeldichtungen sollten einen äußeren Oberzug besitzen, der hinreichend nachgiebig ist, um sich den Perforationen anzupassen, sowie einen festen Kern, der ein Einpressen in die Perforation hinein oder durch diese hindurch verhindert. Die Kugeldichtungen besitzen in etwa eine sphärische Form, wobei jedoch auch andere geometrische Ausbildung möglich sind. Der Dichteunterschied zwischen der leichten Flüssigkeit 24 und den Kugeldichtungen ist vorzugsweise hinreichend, um ein Absinken der Kugeldichtungen bis zur unteren Begrenzung der leichten Flüssigkeit zu ermöglichen, während die leichte Flüssigkeit durch die Bohrlochauskleidung nach unten geführt wird. Bei einem typischen Säurebehandlungs verfahren ist der Dichteunterschied zwischen der leichten Flüssigkeit 24 und den Kugeldichtungen vorzugsweise etwa 0,03 g/cm³ oder mehr, bezogen auf den Zustand am Fuß des Bohrloches. In ähnlicher Weise ist der Dichteuriterschied zwischen der schweren Flüssigkeit 21 und den Kugeldichtungen vorzugsweise etwa 0,03 g/cm³ oder mehr, unter Bedingungen am Fuß des Bohrloches. Wenn beispielsweise die Dichte der Kugeldichtungen 1,00 g/cm³ beträgt, sollte die schwere Findigkeit 21 eine Dichte von mindestens 1.03 g/cm³ und die leichte Flüssigkeit 24 eine Dichte von weniger als 0,97 g/cm³, bezogen auf die Bedingungen am Fuß des Bohrloches, besitzen. Um diese gesteuerte Dichtesituation gemäß der Erfindung zu erreichen, können die Kugeldichtungen einen speziellen Aufbau besitzen, um die erforderliche Dichte abzugeben. Andererseits kann zunächst eine entsprechende Kugeldichtung vorzugsweise mit einer Dichte zwischen 0,95 und 1,10 g/cm³ ausgewählt werden, worauf man geeignete Flüssigkeiten 21, 23, 24 und 26 mit den entsprechenden Dichten unter Bedingungen am Fuß des Bohrloches später auswählt.

Während der Behandlung verbleiben die bei der Erfindung eingesetzten Kugeldichtungen nicht unterhalb der untersten Perforation, durch welche Behand- lungsflüssigkeit fließt infolge des Auftriebes der Kugeldichtungen. Zumindest ein Teil der schweren Flüssigkeit 23, die zunächst in die Bohrlochauskleidung eingeführt worden ist, sinkt bis an eine Steile unterhalb der untersten Perforation, durch welche die Behand lungsflüssigkeit fließt ab. Das Einbringen der schweren Flüssigkeit 23 in das Rattenloch wird erleichtert, indem man eine dichte Flüssigkeit wählt, die unmischbar mit der Bohrlochflüssigkeit, die sich in dem Rattenloch befindet ist Nachdem die schwere Flüssigkeit 23 in die Bohrlochauskleidung unterhalb des Dichtungsstückes 18 eingeführt ist wird der Pumpvorgang vorzugsweise eingehalten, um den unvermischten Austausch von leichteren Flüssigkeiten in dem Rattenloch zu fördern. Die schwere Flüssigkeit 23 unterhalb der untersten Perforationen, die Behandlungsflüssigkeit aufnehmen, bleibt stehen. Dementsprechend wirken keine nach unten gerichtete Kräfte auf die Kugeldichtungen, die den auf die Kugeldichtung wirkenden Auftriebskräften entgegenwirken, um sie unter den untersten Perforatio nen zu halten, die die injizierte Flüssigkeit aufnehmen. Die bei der Erfindung in die Bohrlochauskleidung injizierten Kugeldichtungen verschließen die Perforationen, durch weiche die dichten Flüssigkeiten fließen, mit einem 100%igen Wirkungsgrad. Jede einzelne Kugel setzt sich auf eine Perforation und verschließt diese, vorausgesetzt, es ist eine Perforation vorhanden, durch welche die dichte Flüssigkeit strömt und daß der Strom hinreichend ist um die Kugeln innerhalb des perforierten Bereiches zu halten.

Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann wiederholt werden, um ein mehrstufiges Behandlungsverfahren der Formation durchzuführen. Beispielsweise kann das Verfahren wiederholt werden, indem

man eine Behandlungsflüssigkeit als Verdrängungsflüssigkeit 26 einsetzt. Der Behandlungsflüssigkeit würden leichte Flüssigkeiten und die Kugeldichten folgen, wie dies oben beschrieben worden ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Behandlung von unterirdischen Formationen, die von einer Bohrung durchdrungen weiden, führt man Kugeldichtungen, eine Behandlungsflüssigkeit mit einer Dichte, die größer ist als die Dichte der Kugeldichtungen, sowie eine Flüssigkeit mit einer neutralen Dichte, deren Dichte im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige der Kugeldichtungen, ein. Die Flüssigkeit mit der neutralen Dichte wird im Anschluß an die schwere Flüssigkeit eingeführt, und die Zuführung der Kugeldichtungen erfolgt jederzeit nach dem Ableiten der ichweren Flüssigkeit (einschließlich während der Injektion der Flüssigkeit mit neutraler Dichte) und vor der Einführung von zusätzlicher schwerer Flüssigkeit. Die Kugeidichiungen werden durch die Buiii iüCi'iäüskleidung herab zu den Perforationen durch die Flüssigkeit mit neutraler Dichte geführt. Es ist in der Praxis dieser Ausführungsform wichtig, Flüssigkeiten und Kugeln auszuwählen, die im wesentlichen die gleiche Dichte während des gesamten Temperatur- und Druckbereiches im Laufe des Transportes der Kugeldichtungen zu den Perforationen besitzen. Wenn die Kugeldichtungen leichter werden als die Flüssigkeit mit der »neutralen« Dichte, hängt der Transport der Kugldichtungen zu den Perforationen von der Ξ^ο-mungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und dem Dichteunterschied ab.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Fig.2 und 3 beschrieben werden. Die Fig.2 zeigt eine in der gleichen Weise eingebrachte Bohrung, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, wobei außerdem gezeigt ist, daß eine schwere Flüssigkeit 30, die die Kugeldichtungen 23 enthält, in die Bohrlochauskleidung 14 und durch die Perforationen 17 gedrängt wird. V· > zugsweise handelt es sich bei der ersten Flüssigkeit 30 um eine Formationsbehandlungsflüssigkeit. Die leichte zweite Flüssigkeit 31 wird in aie Bohrlochauskleidung injiziert und bewirkt ein Herabströmen durch die Leitung 20, um die schwere Flüssigkeit 30 in die Formation durch die Perforationen zu verdrängen, die für den Flüssigkeitsstrom offen verbleiben.

Die schwere Flüssigkeit 30 wird in die Bohrlochauskleidung injiziert und führt die Kugeldichtungen abwärts zu den Perforationen, wo sich die Kugeln auf die von Flüssigkeit durchströmten Perforationen aufsetzen. Es sollte eine hinreichende Menge an erster Flüssigkeit injiziert werden, um sicherzustellen, daß sich alle Kugeldichtungen auf die Perforationen aufgesetzt haben, und die Formationsbehandlung ist beendet, bevor die Kugeidichtungen in Kontakt mit der leichten, zweiten Flüssigkeit kommen. Dies liegt daran, daß es der Strom der schweren Flüssigkeit ist, der die Kugeldichtungen mit einem lOO°/oigen Aufsetzwirkungsgrad auf die Perforationen aufsetzt Die schwere Flüssigkeit, die die Kugeldichtungen transportiert, sollte mit einer Geschwindigkeit in die Bohrlochauskleidung injiziert werden, die ausreicht, um den Auftrieb der Kugeidichtungen zu überwinden. Sollte die schwere Flüssigkeit mit einer niedrigen Geschwindigkeit durch die Bohrlochauskleidung abgeführt werden, wie dies ^s beispielsweise bei Säurebehandlungsvorgär.gen eintreten kann, kann man der schweren Flüssigkeit ein Mittel zur Erhöhung der Viskosität beigeben, um die auf die Kugeidichtungen zu übertragende Kraft zu erhöhen, während die scnwere Flüssigkeit 30 durch die Bohrung abströmt.

Nachdem eine hinreichende Menge an schwerer Flüssigkeit 30 in das Bohrloch injiziert worden ist, wird die leichte Flüssigkeit 31 in die Bohrlochauskleidung injiziert. Die leichte Flüssigkeit verdrängt die schwere Flüssigkeit 30 in die Formation hinein durch die Perforationen, die nicht verschlossen worden waren.

Nachdem die leichte Flüssigkeit 31 zumindest bis zu den Perforationen und vorzugsweise bis in die Formation verdrängt worden ist, wird die Injektion beendet, und man läßt den Druck innerhalb der Bohrlochauskleidung absinken. Wenn man den Druck am Fuß des Bohrlochs bis auf und vorzugsweise bis unter den Formationsdruck absinken läßt, lösen sich -'ie Kugeldichtungen von den Perforationen und sinken bis zur unteren Begrenzung der leichten Flüssigkeit 31 ab.

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in Fig.3 befinden sich die Kugeln in dem Rattenloch, nachdem sich die Kugeln von den Perforationen gelöst und zur unteren Begrenzung der leichten Flüssigkeit 31 abgesunken sind. Die Bohrung kann nun zur Förderung gebracht werden, wobei die Wahrscheinlichkeit groß ist, daß die Kugeln in dem Rattenloch verbleiben, wenn sie sich im Bereich oder unterhalb der untersten Perforation, durch welche Flüssigkeit gefördert wird, befinden. Die Kugeln verbleiben mit großer Wahrscheinlichkeit in dem Rattenloch, wenn die Kugeldichtungen schwerer sind als die geförderte Flüssigkeit aus der Formation.

Die Kugeln in dem Rattenloch, entsprechend der Darstellung in F i g. 3, können wieder zur Ablenkung der Flüssigkeit eingesetzt werden, wenn man wiederum eine dichte Flüssigkeit in die Bohrung bis zum Rattenloch einführt. So können beispielsweise die Kugeldichtungen eingesetzt werden, um die Perforationen schrittweise vom Fuß der Bohrung nach oben zu verschließen, indem man eine schwere Flüssigkeit in die Bohrung einführt und hierdurch einen Flüssigkeitsstrom durch die Perforationen bewirkt. Die schwere Flüssigkeit verdrängt die leichte Flüssigkeit am Fuß des Bohrlochs und bewirkt, daß die im Bereich des Rattenlochs befindlichen Kugeldichtungen aufschwimmen. Wenn die Kugeidichtungen einer Strömung durch die Perforationen ausgesetzt werden, werden sie von der dichten Flüssigkeit auf die Perforationen geführt Zu einer bestimmten Zeit, normalerweise bei Beendigung der Behandlung, kann eine leichte Flüssigkeit in die Bohrlochauskleidung eingeführt werden, um die Kugeln dem Rattenloch wieder zuzuführen, nachdem sie sich von den Perforationen in der oben beschriebenen Weise gelöst haben.

Es zeigt sich, daß die Erfindung eine Anzahl von Vorteilen gegenüber den gegenwärtig eingesetzten Verfahren bringt, um die Kugeldichtungen auf die Perforationen innerhalb der Auskleidung eines Bohrloches zu führen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Kugeldichtungen und Injektionsflüssigkeiten mit gesteuerter Dichte eingesetzt werden, um die Ablenkung des Flüssigkeitsstromes während cL.e: Formationsbehandlung durchzuführen, ohne daß eine kostenaufwendige Ausrüstung erforderlich ist, wobei die Kugeldichtungen in einer Weise zu den Perforationen geführt werden, die unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Bohrlochauskleidung ist

Beispiel 1
Das folgende Beispiel erläutert den spezieller

Vorgang zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diesem hypothetischen Beispiel wird eine Bohrung in eine Kalkformation eingebracht und mit einer wäßrigen Säurelösung behandelt, um die Ölproduktion zu fördern. Eine Bohrung von 933 m wird, wie grundsätzlich in Fig. I gezeigt, mit einer Bohrlochauskleidung von 152 mm Durchmesser in eine öl führende Formation eingebracht. Ein Dichtungsstück wird in die Auskleidung auf ein 60 mm Förderrohr aufgeschoben und in einer Tiefe von 914 m angeordnet. Ein perforierter Bereich befindet sich im Bereich von 922 — 928 m und enthält 50 Löcher.

Die Bohrung soll mit einer 28%igen Salzsäure mit einer ungefähren Dichte von 1,14 g/cm³ behandelt werden. Die maximal mögliche Strömungsgeschwindigkeit der Säurelösung durch die Förderleitung für die Säurebehandlung dieser Formation wird auf 79,5 1 pro Minute festgelegt. Injektionsgeschwindigkeiten oberhalb von 79,51 pro Minute können die Formation aufreißen.

Kugeldichtungen mit einem Durchmesser von 22,2 mm und einer Dichte von 1,10 g/cm³ werden verwendet, um die Perforationen für den Flüssigkeitsstrom zu verschließen, die dem Flüssigkeitsstrom den geringsten Widerstand entgegensetzen. Die Steiggeschwindigkeit der Kugeldichtungen in der 28%igen HCl-Lösung wird auf etwa 9,14 m/Min, bestimmt. Um mittels der 28%igen HCl-Lösung die Kugeln durch die Förderleitung nach unten zu führen, muß die Strömungsgeschwindigkeit mindestens 1367 l/Min, sein. Dementsprechend kann bei der für die Behandlung erforderlichen Zuführungsgeschwindigkeit die 28%ige HCl-Lösung die leichten Kugeldichtungen nicht durch die Förderleitung zu den Perforationen führen, ohne daß eine Verdrängungstechnik eingesetzt wird, wie sie die Erfindung zur Verfügung stellt.

In der Praxis kann dementsprechend die Erfindung durch die folgenden Schritte verwirklicht werden:

1. Es wird eine 1,2 g/cm³ wäßrige Salzlösung mit einem Gehalt einer NaCl-CaCb-Mischung eingeführt,

2. es werden 4770 1 28%iger HCl-Lösung (1,14 g/cm³) in die Förderleitung eingeführt,

3. es werden 9541 2°/oiger Kaliumchlorid (KCl)-Losung mit einer Dichte von 1,02 g/cm³, die 25 Kugeldichtungen (1,10 g/cm³) enthält, eingeführt,

4. es werden 47701 28%iger HCl-Lösung in die Bohrlochauskleidung eingeführt und

5. es wird Rohöl in die Bohrlochauskleidung eingepumpt, um die HCI-KCI-NaCl-CaCl₂-Lösungen und die Kugeldichtungen durch die. Dohrkschauskleidung abwärts zu den Perforationen zu verdrängen.

Im Laufe der Durchführung der oben aufgezeigten Verfahrensschritte sinken die Kugeldichtungen in der KCI-Salzlösung ab, schwimmen jedoch auf der 28%igen HCl-Lösung. In dieser Weise sammeln sich die Kugeln an der Zwischenschicht oder dem Obergangsbereich, der die 28%ige HCl-Lösung (Schritt 2) und die KCI-SiilrJösung (Schritt 3) irenni, worauf sie zum Boden des Bohrloches mii dieser Zwischenschicht geführt werden, unabhängig von der gesamten Flüssigkeitsströmungsgsschwindigkeit Die Kugeln setzen sich auf 25 Perforationen auf, durch welche die Flüssigkeiten hindurehströmen. Die verbleibenden 25 Perforationen bleiben für den Flüssigkeitsstrom offer, und werden »mit den 4770 I 28%iger HCl-Lösung behandelt, die während des Schrittes 4 injiziert wurden. Die Behandlung wird beendet unter Verwendung einer hinreichenden Menge von Rcbnl, um alle Säurs in die Formation zu verdrängen, wobei die Bohrung mit lichtem Rohöl angefüllt bleibt. Nach der Beendigung des obigen Verfahrens und bei einem Nachlassen des Differential· drucks durch die Perforationen sinken die Kugeldichtungen in das Rattenloch ab. Wenn sich die Kugeldichtungen an dieser Stelle befinden, ist die Wahrscheinlichkeit, daß sie mit den Formationsflüssigkeiten nach oben geführt werden, gering.

Beispiel 2

Die nachfolgenden Untersuchungen in der Praxis neigen ein weiteres spezifisches Vorgehen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der beschriebene Test dieses Beispieles wurde an einer Bohrung durchgeführt, die bis auf eine Tiefe von 4757 m

in cingcöraCiit war. ucr untere ! eü der bc.rung war mü einer Auskleidung mit einem Durchmesser von 179 mm im Bereich tiner Öl führenden Formation versehen. Ein Dichtungsstück war innerhalb der Bohrlochauskleidung um ein Förderrohr von 89 mm Durchmesser in einer Tiefe von 4578 m angeordnet. Die Bohrung enthielt 568 Perforationen, die über fünf Zonen verteilt waren, wie dies in Tabelle 1 zusammengestellt ist.

Tabelle 1

Zone

Tiefe (m)

Perforationen

1	4621-4631	128
2	4 644-4647	80
3	4659-4662	96
4	4 671-4684	168
5	4696-4699	96

Es wurde ein Ablenkungsverfahren gemäß der Erfindung eingesetzt unter Verwendung von Kugeldichtungen und Flüssigkeiten mit gesteuerten Dichten. Die Dichten wurden so ausgewählt, daß die Kugeldichtungen eine geringere Dichte besaßen als ein "*"eil der Behandlungsflüssigkeit und eine größere Dichte besaßen als die nachfolgend injizierten Flüssigkeiten während des Wasserbehandlungsbetriebes. Durch dieses Verfahren wurde ein 100°/oiger Aufsetzwirkungsgrad während der Behandlung erzielt, und die Kugeldichtungen sanken im Anschluß an die Injektion der Wasserflutungsflüssigkeiten in das Rattenloch ab.

Zusammenfassend wurde das erfindungsgemäße Verfahren mit den nachfolgenden Schritten in die Praxis umgesetzt:
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1) 15 9001 Wasser wurden in das Bohrloch mit einer Geschwindigkeit von etwa 1590 l/Min, eingepumpt, um die Pumpausrüstung zu prüfen und die Injektionsfähigkeit der Formation zu ermitteln.
2) 19 0801 Salzlösung mit einer Dichte von 1,18 g/cm³, die 120 leichte Kugeldichtungen enthielten (1,11 bis 1,13 g/cm³), wurden e:nge^f_;hrt, um 120 Perforationen in den oberen hochpermeablen Zonen zu verschließen, vor der Injektion der Säurebehand-Iungsflüssigkeit

3} 50 880! Salzsäure (KCIt bestehend aus Stufen von 15%rger HCi und* 28^f;iiger HCI, wurden injiziert und enu.'.e :.n 2öO KugeWichtunger^ die mit einer

Einführungsgeschwindigkeit von jeweils 1 bis 2 Kugeln auf etwa 1501 beigegeben wurden. Drei der 28%igen HCl-Stufen wurden mit radioaktivem Sand versehen, der eine Radioaktivität von 5 Millicurie besaß.

4) 28 6201 Frischwasser wurden zur Verdrängung der Behandlungsflüssigkeiten und des radioaktiven Sandes in die Formation eingeführt

5) Die Injektion wurde abgeschlossen, und man ließ den Druck absinken, wodurch sich die Kugeln von den Perforationen lösten und in das Rattenloch absanken.

Verschiedene Druckanstiege wurden an der Oberfläche während der Injektion der Säurelösungen beobachtet Diese Druckanstiege wurden den Aufsetzvorgängen der Kugain auf die Perforationen zugerechnet Bald nach jedem Druckanstieg wurde eine entsprechende Druckabnahme festgestellt, was darauf zurückgeführt wurde, daß ein Bereich nunmehr infolge der Behandlung die injizierte Flüssigkeit auf rühm.
Ein Radioaktivitäts-Meßgerät wurde in die Bohrlochauskleidung eingeführt nach der Durchführung des Behandlungsverfahrens, um die Radioaktivität in dem Gehäuse zu lokalisieren und dementsprechend auch die Verweilstellen des radioaktiven Sandes zu ermitteln. Es wurde Radioaktivität in der Nachbarschaft einer jeden

ίο der fünf Zonen aufgefunden, was anzeigt, daß die Flüssigkeit in alle der Zonen eingedrungen war.

Nach der Wiederaufnahme des Wasserflutungstriebes zeigten die auf der Oberfläche überwachten Injektionsgeschwindigkeiten und der Injektonsdruck, daß sich die Kugeldichtungen von den Perforationen gelöst hatten und zu dem Rattenloch abgesunken waren, wie es allgemein in F i g. 3 gezeigt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen von Kugeldichtungen auf Perforationen in Auskleidungen von Tiefbohrlöchern, bei dem die Kugeldichtungen in Verbindung mit einer Flüssigkeit, deren Dichte sich von derjenigen der Kugeldichtungen unterscheidet, zu den abzudichtenden Perforationen hin in das Bohrloch eingeschwommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bohrloch anfangs eine erste, eine größere Dichte als die Kugeldichtungen aufweisende Flüssigkeit und hinter dieser eine Flüssigkeit mit höchstens der gleichen Dichte wie die Kugeldichtungen eingebracht werden, wobei zumindest einige der Kugeldichtungen im Grenzbereich der beiden Flüssigkeiten zu den abzudichtenden Perforationen hingeschwommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d?ß man die restlichen Kugeldichtungen in der ersten FJüssigkeit zu den Perforationen hinführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die restlichen Kugeldichtungen in der zweiten Flüssigkeit zu den Perforationen hinführt.

4. Verfahren nach Anspruch I. in Verbindung mit der Behandlung unterirdischer Formationen, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite Flüssigkeit durch eine Formationsbehandlungsflüssigkeit verdrängt

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dad die Verdrängungsflüssigkeit eine Dichte bes'tzt, die g» ößer i . als die Dichte der Kugeldichtungen.

6. Verfahren nach Anspruch \. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit und die Verdrängungsflüssigkeit Formationsbehandlungsflüssigkeiten sind.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit eine Säurelösung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit eine Dichte besitzt, die größer ist als die Dichte der Kugeldichtungen.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit die gleiche ist wie die Verdrängungsflüssigkeit.

10. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit die gleiche ist wie die zweite Flüssigkeit.

11. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit mit der Verdrängungsflüssigkeit mischbar ist.

12. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsflüssigkeit eine Behandlungsflüssigkeit ist.

13. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit im wesentlichen die gleiche Dichte besitzt wie diejenige der Kugeldichtungen.

14. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit eine geringere Dichte besitzt als die Dichte der Kugeldichtungen.

15. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit eine Salzlösung ist.

16. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit Dieselöl ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit eine Dichte besitzt, die mindestens 0,03 g/cm³ größer ist als diejenige der Kugeldichtungen und die zweite Flüssigkeit eine Dichte besitzt, die mindestens 0.03 g/cm³ geringer ist als diejenige der Kugeidich Hingen.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß di■· Kugeldichtungen gleichzeitig mit der ersten Flüssigkeit eingeführt werden.

19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeldichtungen und die zweite Flüssigkeit gleichzeitig eingeführt werden.

20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Flüssigkeit nicht miteinander mischbar sind und der Obergangsbereich durch eine Zwischenfläche gebildet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kugeldichtungen in einer Flüssigkeit mit einer geringeren Dichte als derjenigen der Kugeldichtungen suspendiert und bis unterhalb der abzudichtenden Perforationen in das Bohrloch einführt, worauf man die Flüssigkeit mit der größeren Di:hte als derjenigen der Kugeldichtungen mit einer solchen Stromgeschwindigkeit injiziert daß die Kugeldichtungen aufsteigen und auf die Perforationen aufgesetzt werden.