DE3922209C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Gasdichtheit der Zementation einer Rohrtour in einer zu einem untertägigen, mit Flüssigkeit gefüllten Speicherraum führenden Bohrung, bei dem die Teufe ei­ nes durch ein in der Bohrung eingeschlossenes Druck­ gasvolumen bis unter den Rohrschuh der Rohrtour ver­ drängten Flüssigkeitsspiegels in definierten Zeit­ abständen zur Bestimmung der eingeschlossenen Gasmas­ se gemessen wird und bei dem das Druckgasvolumen durch einen in der Rohrtour gesetzten Packer begrenzt wird, an den ein zum Kavernenkopf geführter Rohr­ strang zur Einbringung des Druckgases angeschlossen ist, der in ein unter dem Packer angeordnetes Endrohr mündet.

Die Einlagerung und Speicherung von gasförmigen Me­ dien in untertägigen Hohlräumen, beispielsweise in Salzkavernen erfolgt entsprechend der Teufenlage der Hohlräume mit mehr oder weniger hohen Drücken. Die hohen Drücke sind einerseits erwünscht, um das Volu­ men des Speicherraumes möglichst weitgehend nutzen zu können. Sie sind bei der erstmaligen Gaseinlagerung in mit Sole gefüllte Salzkavernen auch erforderlich, um die Sole verdrängen zu können. Die hohen Innen­ drücke des Speichermediums stellen besondere Anforde­ rungen an die Gasdichtheit aus Gründen der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit. Besonderer Überprüfung bedarf dabei vor allem die Zementation der letzten Rohrtour, da gerade in diesem Bereich Undichtigkeiten auftreten können. Mit Verfahren der eingangs genann­ ten Art kann die Gasdichtheit der Zementation gemes­ sen werden.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist in Erdöl-Erd­ gas, Heft 10, Oktober 1983 in dem Aufsatz "Anforde­ rungen an die Dichtheit von Gaskavernenbohrungen, ih­ re Überprüfung und Reparatur-Möglichkeiten bei Lecka­ gen" von F. Crotogino und H. Gomm beschrieben. Das bekannte Verfahren wird bei Beginn der Gaserstbefül­ lung durchgeführt. Hierbei wird das Einpressen des Gases im Halsbereich der Kaverne unterbrochen, und über eine Zeitspanne von einigen Wochen werden konti­ nuierlich die Kopfdrücke und diskontinuierlich die Teufe des Solespiegels und der Temperaturverlauf in der Bohrung einschließlich dem Kavernendach gemessen. Mit Hilfe dieser Daten kann dann eine Gasmassenbilanz erstellt werden, wobei der gasgefüllte Bereich der Kaverne und der Bohrung in eine Anzahl von Elementen unterteilt wird, für die die jeweilige Gasmasse er­ mittelt und aufsummiert wird. Das bekannte Verfahren erlaubt, Gasfehlraten von weniger als 20 m³ pro Tag nachzuweisen.

Aus der US 44 74 053 ist ein Verfahren zur ständigen Überwachung der Dichtheit der verrohrten Kavernenbohrung einer Speicherkaverne zur Speicherung flüssiger Kohlenwasserstoffe bekannt. Hierbei wird der Ringraum zwischen der Kavernenbohrung und einer inneren, der Ein- und Auslagerung der gespeicherten Kohlenwasserstoffe dienenden Rohrtour mit einem inerten Druckgas gefüllt, wodurch in dem Ringraum eine Gas/Flüssigkeits-Grenzfläche zwischen dem Druckgas und der gespeicherten Flüssigkeit gebildet wird, und der Druck des eingeschlossenen Druckgasvolumens wird kontinuierlich aufrechterhalten und überwacht. Tritt in der Kavernenbohrung ein Leck auf, so verursacht der Anstieg der Gas/Flüssigkeits-Grenzfläche in dem Ringraum aufgrund der Dichteunterschiede zwischen dem Druckgas und dem gespeicherten Medium eine meßbare Druckänderung, aus der auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen werden kann. Die Größe des eingeschlossenen Druckgasvolumens und die indirekte Beobachtung der Lageänderung der Gas/Flüssigkeits-Grenzfläche über den Druck schränken die Meßgenauigkeit dieses bekannten Verfahrens erheblich ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art anzugeben, welches im Vergleich zu dem genannten Stand der Technik mit einem geringeren technischen Aufwand auskommt und eine genauere Bestimmung von Gasfehlraten ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß das Endrohr in den durch das Druckgasvolu­ men begrenzten Flüssigkeitsspiegel eintaucht und daß nach dem Einbringen des Druckgasvolumens der Rohr­ strang und das Endrohr mit Flüssigkeit gefüllt wer­ den.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Druckgas­ volumen in seiner Ausdehnung im wesentlichen auf den zu untersuchenden Bereich der Bohrung beschränkt. Sein Volumen kann daher mit Hilfe der Meßparameter: Druck, Temperatur und Teufe des Flüssigkeitsspiegels erheblich genauer bestimmt werden. Volumenänderungen des Druckgasvolumens treten deutlicher in Erscheinung und ermöglichen eine genauere Bestimmung auftretender Gasfehlraten. Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß die hohen Drücke, die zum Messen der Gasdichtheit erforderlich sind, auf den zu untersuchenden Bereich der Bohrung beschränkt bleiben. Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist daher auch für Bohrungen geeignet, bei denen der Meßdruck die Innendruckfestigkeit der vorhandenen Rohrtour überschreitet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich daher auch Kavernenbohrungen auf ihre Gasdichtheit testen, die ursprünglich für die Speicherung flüssiger Medien ausgerüstet wurden und dementsprechend mit einer schwächeren Verrohrung versehen sind.

Der erforderliche Meßdruck im Bereich des Rohrschuhs wird erfindungsgemäß vor der Einbringung des Druckga­ ses erzeugt, um die Einstellung des Flüssigkeitsspie­ gels zu vereinfachen.

In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Rohrtour oberhalb des Packers mit Flüssigkeit gefüllt und an ihrem oberen Ende verschlossen ist und daß von dem oberen Ende der Rohrtour zu dem oberen, ebenfalls verschlossenen Ende des Rohrstrangs eine Leitung geführt ist, die durch ein Ventil verschließbar ist, das nur durch einen Druck in der Rohrtour in seine Offenstellung bewegbar ist. Diese Ausführungsvariante ermöglicht einen sicheren Verschluß der Bohrung während der Durchführung der Messung und sorgt dafür, daß der zulässige Innendruck in der Rohrtour nicht überschritten werden kann. Kommt es beispielsweise bei einem Gasdurchtritt im Bereich des Packers zu einem Druckanstieg im oberen Bereich der Rohrtour, so wird das Ventil geöffnet, und das durch die aufsteigende Gasblase verdrängte Flüssigkeitsvolumen kann über die Leitung in den Rohrstrang überströmen, ohne daß es zu einem nennenswerten Anstieg der Drücke im Kavernenkopf kommt. Ein unkontrollierter Gasaus­ tritt in die Atmosphäre und die Gefahr einer Beschä­ digung der Bohrungsausrüstung wird somit vermieden.

Soll ein Gasdichtheitstest vor der endgültigen Komplettierung einer Bohrung durchgeführt werden, kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ein ziehbarer Packer vorgesehen sein, der zusammen mit dem Rohrstrang ein- und ausgebaut werden kann. Wei­ terhin kann es zweckmäßig sein, unterhalb des Packers eine Schiebemuffe anzuordnen, um nach Beendigung des Meßvorgangs das eingebrachte Gas über den Rohrstrang wieder auslagern zu können. Die Durchführung der Messungen erfolgt nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit Hilfe einer Meßsonde, die an einem Seil durch den Rohrstrang bis in das Endrohr eingefahren wird, um von dort aus die Teufe des Flüssigkeitsspiegels, den Druck und die Temperatur zu erfassen.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren an­ hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in verkürzter, schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine zu einem Untertagespeicher führende Bohrung mit den Einbauten für die Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens.

Die Zeichnung zeigt die letzte zementierte Rohrtour 1 einer Kavernenbohrung, die von der Erdoberfläche 2 durch ein Deckgebirge 3 in eine Salzformation 4 führt, wo sie in eine ausgesolte Kaverne 5 mündet. Die Rohrtour 1 ist mit einem Rohrschuh 6 im Kavernen­ hals 7 abgesetzt.

Zur Messung der Gasdichtheit wird in die mit Sole ge­ füllte Rohrtour 1 eine Meßgarnitur eingebaut, die aus einem Endrohr 8, einer Schiebemuffe 9, einem zieh­ baren Packer 10 und einem Rohrstrang 11 besteht.

Das Endrohr 8 ist aus mehreren Rohren zusammenge­ setzt, die gasdicht miteinander verbunden sind. Über die Schiebemuffe 9, die ebenfalls gasdicht ausgeführt ist, ist das Endrohr B an dem Packer 10 befestigt. Der Packer 10 wird gemeinsam mit dem Endrohr 8 und der Schiebemuffe 9 an dem Rohrstrang 11 in die Rohrtour 1 eingefahren und einige Meter oberhalb des Rohrschuhs 6 in der Rohrtour 1 positioniert und gesetzt. Das Endrohr 8 ist in seiner Länge so bemessen, daß es nach dem Setzen des Packers etwa 15 -20 m unter dem Rohrschuh 6 endet. Übertage wird auf die vorhandene Verflanschung 12, in der die Rohrtour 1 abgehängt ist, ein Doppelflansch 13 aufgebaut, der einen Anschluß 14 hat. Der Doppelflansch 13 wird mit einem Preventer (Bohrungsnotabschluß) 15 verschlossen. Auf den Preventer 15 ist ein Keilkopf 16 aufgesetzt, in dem der Rohrstrang 11 abgehängt ist. Das obere Ende des Rohrstrangs 11 ist mit einem Absperrventil 17 verschließbar und mit einem Schleusenanschluß 18 für den Anschluß einer Gashochdruckschleuse versehen. Unterhalb des Absperr­ ventils 17 ist der Rohrstrang 11 mit einem Anschluß 19 versehen, der über eine Leitung 20 mit dem Anschluß 14 in Verbindung steht. In der Leitung 20 befindet sich ein Rückschlagventil 21, welches in Richtung auf den Rohrstrang 11 öffnet. Der Durchmes­ ser der Leitung 20 und der Durchgang des Rückschlag­ ventils 21 werden entsprechend der maximal zu erwar­ tenden Überströmraten an Sole bzw. Gas ausgelegt.

Nach dem Einbau der beschriebenen Garnitur wird zur Messung der Gasdichtheit der Zementation der Rohrtour 1 wie folgt vorgegangen:

• 1. Nach dem Schließen des Preventers 15 wird die hy­ draulische Dichtheit des Packersitzes durch Druckbeaufschlagung des Ringraums 25 zwischen dem Rohrstrang 11 und der Rohrtour 1 geprüft. An­ schließend erfolgt wieder eine Druckentlastung.
• 2. Über den Rohrstrang 11 wird Sole in die Kaverne gepumpt, bis der Soledruck in Höhe des Rohrschuhs 6 etwa dem geplanten Meßdruck entspricht.
• 3. Nach dem Einfahren einer Solespiegel-Meßsonde 22 über eine Druckschleuse in den Rohrstrang 11 auf eine Teufe von ca. 10 m unterhalb des Rohrschuhs 6 wird über den Rohrstrang 11 Stick­ stoff eingepumpt. Der Stickstoff verdrängt die Sole in dem Rohrstrang 11 und dem Endrohr 8 und steigt dann in den Ringraum unterhalb des Packers 10 um, wo er ein Druckgaspolster 23 bildet, das von dem Packer 10, dem Endrohr 8, dem Kavernen­ hals 7 und dem Ende der Rohrtour 1 begrenzt wird. Dieser Vorgang wird beendet, wenn der mit der So­ lespiegel-Meßsonde 22 überwachte Solespiegel 24 sich etwa 10 m unterhalb des Rohrschuhs 6 befin­ det.
• 4. Nach der Spiegeleinstellung wird durch Abblasen der Stickstoff aus dem Endrohr 8 und dem Rohr­ strang 11 entfernt, so daß diese wieder mit Sole gefüllt sind. Die Teufe des Solespiegels 24 wird hierbei mit der Spiegel-Meßsonde 22 beobachtet.
• 5. Nach einer Beruhigungszeit von 2 bis 3 Tagen wer­ den die Teufe des Solespiegels 24 sowie der Druck und die Temperatur gemessen, die dort herrschen. In Abständen von einigen Tagen werden weitere Kontrollmessungen gleicher Art durchgeführt. Nach den Meßergebnissen läßt sich eine Gasmassenbilanz errechnen, die mit vergleichsweise hoher Genau­ igkeit Aufschluß über die Dichtheit der Zemen­ tation der Rohrtour 1 am Rohrschuh 6 gibt. Vor allem die geringe Ausdehnung und das geringe Vo­ lumen des Druckgaspolsters 23 ermöglichen dabei die Erfassung relativ kleiner Leckgasmengen mit hoher Genauigkeit.
• 6. Nach Beendigung der Messungen wird die Schiebe­ muffe 9 unterhalb des Packers 10 mit einem Wireline-Tool (am Seil einfahrbares Werkzeug) geöffnet, so daß das Gas des Druck­ gaspolsters 23 im Rohrstrang 11 aufsteigt und am Kopf abgeblasen werden kann. Anschließend kann durch Entspannung der Sole über den Rohrstrang 11 die Kaverne druckentlastet werden, um die Bautei­ le der Garnitur wieder ausbauen zu können.

Tritt während der Meßphase an dem Packer 10 eine Undichtigkeit auf, so würde das zwischen dem Rohr­ strang 11 und der Rohrtour 1 aufsteigende, unter einem hohen Druck stehende Gas zu einem unter Umständen unzulässig hohen Druckanstieg in dem Ring­ raum 25 führen, da das in dem Ringraum 25 einge­ schlossene Solevolumen eine Entspannung des Gases verhindern würde. Um dies zu vermeiden ist der Ring­ raum über die Leitung 20 und das Rückschlagventil 21 mit dem Rohrstrang 11 verbunden, so daß bei einem geringen Druckanstieg Sole aus dem Ringraum 25 über den Rohrstrang 11 in die Kaverne 5 verdrängt werden kann, ohne daß eine nennenswerte Veränderung der Druckverhältnisse damit verbunden wäre. Die Ka­ verne ist aufgrund ihres großen Volumens und der Ela­ stizität des Salzgesteins sowie der Kompressibilität der Sole in der Lage, die überströmenden Solemengen ohne nennenswerte Steigerung ihres Innendrucks aufzu­ nehmen. Auf die beschriebene Weise wird die Rohrtour zuverlässig vor hohen Innendrücken geschützt, was vor allem dann besonders wichtig ist, wenn der Meßdruck im Druckgaspolster die Innendruckfestigkeit der Rohrtour überschreitet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen der Gasdichtheit der Zemen­ tation einer Rohrtour in einer zu einem untertä­ gigen, mit Flüssigkeit gefüllten Speicherraum führenden Bohrung, bei dem die Teufe eines durch ein in der Bohrung eingeschlossenes Druckgasvolu­ men bis unter den Rohrschuh der Rohrtour ver­ drängten Flüssigkeitsspiegels in definierten Zeitabständen zur Bestimmung der eingeschlossenen Gasmasse gemessen wird und bei dem das Druckgas­ volumen durch einen in der Rohrtour gesetzten Packer begrenzt wird, an dem ein zum Kavernenkopf geführter Rohrstrang zur Einbringung des Druckga­ ses angeschlossen ist, der in ein unter dem Packer angeordnetes Endrohr mündet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Endrohr in den durch das Druckgasvolumen begrenzten Flüssigkeitsspiegel eintaucht und nach dem Einbringen des Druckgasvo­ lumens der Rohrstrang und das Endrohr mit Flüs­ sigkeit gefüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erforderliche Meßdruck im Bereich des Rohrschuhs (6) vor der Einbringung des Druck­ gases erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohrtour (1) ober­ halb des Packers (10) mit Flüssigkeit gefüllt und an ihrem oberen Ende verschlossen ist und daß von dem oberen Ende der Rohrtour (1) zu dem oberen, ebenfalls verschlossenen Ende des Rohrstrangs (11) eine Leitung (20) geführt ist, die durch ein Ventil (21) verschließbar ist, das nur durch einen Druck in der Rohrtour (1) in seine Offen­ stellung bewegbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ziehbarer Packer (10) vorgesehen ist, der zusammen mit dem Rohrstrang (11) ein- und ausbau­ bar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Packers (10) eine von Übertage zu betätigende Schiebemuffe (9) angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Teufe des Flüssigkeitsspiegels, der Druck und die Tempe­ ratur mit einer Meßsonde (22) gemessen werden, die an einem Seil durch den Rohrstrang (11) bis in das Endrohr (8) eingefahren wird.