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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren
allgemeiner Art, bei dem zur Förderung
von Erdöl
oder Erdgas aus einer Formation ein erstes und zweites Bohrloch
nebeneinander gebohrt werden und bei dem ein weiteres Bohrloch,
ein sogenanntes Injektionsbohrloch gebildet wird, das sich zwischen
dem ersten und zweiten Bohrloch erstreckt, wobei – während der
Förderung von
Erdöl oder
Erdgas – für eine erste
Zeitdauer T1 eine Flüssigkeit in das Injektionsbohrloch
und die Formation geleitet wird.
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Die
Erfindung basiert auf der Tatsache, dass beim Einleiten der Flüssigkeit
in ein Injektionsbohrloch bei hohen Injektionsraten Risse auftreten
können,
die sich vom Injektionsbohrloch aus über die Bereiche der Formation,
die inhärente
Schwachstellen aufweisen und/oder in Richtung der maximalen Horizontalspannung σ'H der
Formation erstrecken. Diese Risse sind unerwünscht, sofern sie bedeuten,
dass die Flüssigkeit
unkontrolliert aus dem Injektionsbohrloch direkt in entweder das
erste oder das zweite angrenzende Bohrloch fließt, was bedeuten würde, dass
die Betriebsbedingungen nicht optimal sind. Jedoch hat die Bildung
von Rissen im Allgemeinen den Vorteil, dass die eingeleitete Flüssigkeit über eine größere vertikale
Fläche
schneller in die Umgebungsformation geleitet werden kann, wodurch
möglich
wird, die Inhalte an Erdöl
oder Erdgas schneller zu verlagern.
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Mit
der Erfindung wird versucht, einen ganz besonderen Riss bereitzustellen,
der sich von einem Injektionsbohrloch aus erstreckt, um die Förderung von
Erdöl oder
Erdgas zu optimieren. Noch spezieller bezweckt die vorliegende Erfindung,
die Steuerung der Ausbreitung eines solchen Risses in der Weise zu
ermöglichen,
dass der Riss einen gesteuerten Verlauf aufweist und sich genau
wie das Injektionsbohrloch weitgehend in eine vertikale Ebene erstreckt.
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Das
wird erreicht, indem in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen
Verfahren zumindest die maximal zulässige Injektionsrate Imax während
der ersten Zeitdauer T1 ungefähr bestimmt
wird, um zu vermeiden, dass sich Risse im Injektionsbohrloch bilden,
wenn Flüssigkeit
eingeleitet wird, da die Injektionsrate I für die in das Injektionsbohrloch
eingeleitete Flüssigkeit
für die
erste Zeitdauer T1 unter der maximal zulässigen Injektionsrate
Imax gehalten wird und die Injektionsrate
I nach Ablauf der Zeitdauer T1 auf einen
Wert über
Imax angehoben wird, wenn die Relation σ'Loch,min ≤ σ'h erfüllt ist.
Der Begriff "Injektionsrate", wie er in diesem
Zusammenhang verwendet wird, soll die Menge an Flüssigkeit
bezeichnen, angegeben als Menge pro Zeiteinheit, die in das Injektionsbohrloch
eingeleitet wird.
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Das
US-Patent 5 482 116 vermittelt ein Verfahren, mit dessen Hilfe die
Richtung eines hydraulischen Risses, welcher von einem Bohrloch
induziert wurde, gesteuert werden kann. Dieses Verfahren nutzt keine
durch Förderung
und Injektion vor der Rissbildung induzierten Veränderungen
im Spannungsfeld.
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In
der vorliegenden Erfindung kann die maximal zulässige Injektionsrate Imax zur Vermeidung von Rissbildung z.B. durch
den sogenannten "Stufentest" festgelegt oder
geschätzt
werden, wobei die Injektionsrate stufenweise erhöht wird, während gleichzeitig der im Bohrloch
vorherrschende Druck überwacht wird.
Wenn sich die Kurve, die diese Relation widerspiegelt, plötzlich verändert, dann
wird diese Veränderung – aktuellen
Theorien zufolge – als
Beginn der Rissausbreitung aufgefasst, wobei die Injektionsrate I,
die eine solche Rissbildung auslöst,
nachstehend als Imax bezeichnet wird.
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Wie
in Anspruch 2 vermittelt, wird bevorzugt, dass die Bohrlöcher so
gebildet werden, dass sie sich im Wesentlichen horizontal erstrecken,
wodurch die vertikalen Spannungen der Formation weiter zur Erfindung
beitragen. Der Ausdruck "im
Wesentlichen horizontal",
wie er in diesem Zusammenhang verwendet wird, soll Bohrlöcher bezeichnen,
die sich im Winkel von etwa +/– 25° in Bezug
auf die horizontale Fläche
erstrecken. Es sei erwähnt,
dass die Erfindung auch außerhalb
dieser Reichweite angewendet werden kann.
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Ferner
wird bevorzugt, dass vor der Bildung der Bohrlöcher die Richtung der größten inhärenten effektiven
Hauptspannung σ'H der
Formation in dem Gebiet des geplanten Standortes der Bohrlöcher geschätzt wird
und sich die Bohrlöcher
innerhalb des Intervalls von etwa +/– 25° in Bezug auf diese Richtung erstrecken.
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1 zeigt
zwei Bohrlöcher,
aus denen Erdöl
oder Erdgas gefördert
wird sowie die Ausrichtung der Hauptspannungen in der Umgebungsformation;
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2 zeigt
die Spannungen in der in 1 dargestellten Formation nach
sechsmonatiger Förderung;
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3 zeigt
zwei Bohrlöcher,
aus denen Erdöl
oder Erdgas gefördert
wird, ein Injektionsbohrloch, in das Flüssigkeit geleitet wird sowie
die Ausrichtung der Hauptspannungen in der Umgebungsformation;
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4 zeigt
die Spannungen in der in 3 dargestellten Formation nach
sechsmonatiger Förderung
und dreimonatiger Wasserinjektion;
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5 erläutert die
einzelnen Spannungsnotationen am Bohrloch;
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6 zeigt
die Entwicklung der Spannungen direkt über dem in 5 dargestellten
Bohrloch im Laufe der Zeit; und
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7 illustriert
eine typische Relation zwischen dem Druck im Bohrloch und der Injektionsrate.
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In 1 bezeichnen
die Referenzzahlen 5 und 10 zwei Bohrlöcher zur
Förderung
von Erdöl
oder Erdgas aus einer Kreideformation 1. Die Bohrlöcher 5, 10 erstrecken
sich in der Formation 1 in eine gemeinsame Ebene in eine
Tiefe von circa 7000 Fuß (ca.
2133,6m) unter dem Meeresspiegel. Die dargestellte gemeinsame Ebene
verläuft
horizontal, kann jedoch jede beliebige Ausrichtung haben. Zum Beispiel
können
sich die Bohrlöcher 5, 10 in
eine Ebene mit einem Gefälle
innerhalb des Intervalls von etwa +/– 25° in Bezug auf die horizontale
Ebene erstrecken.
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Die
Bohrlöcher 5, 10 sind
auf herkömmliche Weise über nach
oben ausgerichtete Bohrlöcher
in den Gebieten 16, 20 mit einem Bohrlochkopf
verbunden, aus dem Erdöl
oder Erdgas aus der Formation 1 an ein Verteilsystem an
der Oberfläche
geliefert wird. Die Bohrlöcher 5, 10, 16, 20 werden üblicherweise durch
Bohren an der Oberfläche
gebildet.
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Die
Bohrlöcher 5, 10 können sich
in Längsrichtung über eine
Fläche
von z.B. etwa 10000 Fuß (ca.
3048m) erstrecken und verlaufen vorzugsweise parallel zueinander
z.B. bei einem Abstand von etwa 1200 Fuß (ca. 365m). Die Bohrlöcher 5, 10 können jedoch
im Anwendungsbereich dieser Erfindung in der Richtung leicht von
den Gebieten 16, 20 abweichen. Die in 1 dargestellte
Situation ist repräsentativ
für einen
authentischen Bohrverlauf, wobei die dargestellte Skala die Abstände in Fuß beschreibt.
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Die
Erfindung ist darauf gerichtet, in der Formation ein Spannungsfeld
bereitzustellen, dass gewährleistet,
dass sich ein durch Injektion erzeugter Riss bei ausreichend hohem
Druck und Geschwindigkeit entlang des Bohrlochs erstreckt, an dem
der Riss ausgelöst
wurde.
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Die
Erfindung erfordert Kenntnisse über
den Ausgangsspannungszustand der Formation, d. h. den Spannungszustand
vor dem Start jeglicher wesentlicher Förderung oder Injektion. In
vielen Fällen wird
das Spannungsfeld in der Formation anfangs so ausgerichtet sein,
dass die Hauptspannungen von zwei horizontalen Spannungskomponenten
und einer vertikalen Spannungskomponente gebildet werden. In solchen
Fällen
erfordert die Bestimmung der Anfangseffektivnormalspannung die Bestimmung von
vier Parametern: σ'v – das ist
die vertikale Effektivspannungskomponente, σ'H – das ist
die maximale horizontale Effektivspannungskomponente, σ'h – das ist
die horizontale Effektivspannungskomponente senkrecht zu σ'H sowie
die Richtung von σ'H.
Der Wert von σ'v ist
durch das Gewicht der überlagernden
Formation minus dem Druck p des Porenwassers gegeben. Der Druck
p des Porenwassers kann mithilfe der Standardausrüstung an
der Wand eines Bohrlochs gemessen werden. Das Gewicht der überlagernden Formation
kann z.B. bestimmt werden, indem sie durchbohrt, die Dichte der
Formation entlang des Bohrlochs auf Basis der am Bohrloch genommenen Messungen
bestimmt und schließlich
das Gesamtgewicht pro Gebietseinheit durch Addition gebildet wird. Wenn σ'v die
größere der
drei Hauptspannungen ist, kann die Bestimmung von σ'h z.
B. durch hydraulische Rissbildung ausgeführt werden – noch spezieller durch Messen
der Spannung, bei der sich ein hydraulisch erzeugter Riss schließt. Die
Bestimmung von σ'H kann
in Fällen
von σ'v + Ę (3σ'h – σ'H) > 3σ'h – σ'H,
wobei Ę die
Poissonzahl für
die Formation ausdrückt,
zum Beispiel ausgeführt
werden, indem in einem vertikalen Bohrloch ein Riss gebildet wird,
wo der Rissbildungsdruck eine Funktion von (σ'H – σ'h) und
von σ'h sein
wird. Wenn σ'v die
größere der
drei Hauptspannungen ist, kann die Richtung von σ'H bestimmt werden
durch Messung der Ausrichtung eines hydraulisch erzeugten Risses,
der sich, vorausgesetzt die Formation weist isotropische Stärkeeigenschaften
auf, in eine vertikale Ebene erstrecken wird, die mit σ'H identisch
ist. Vorkenntnisse über
den Wert von σ'H sind
nicht notwendig, wenn die Erfindung verwendet wird, um Bohrlöcher in
einem Muster aufzubrechen, das der Richtung von σ'H folgt, wenn
dies bevorzugt wird.
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Wenn
die Förderung
in dem Feld durchgeführt
wird, werden die Flüssigkeiten
und/oder Gase, die in die Formation fließen, den Spannungszustand der
Formation verändern.
Zur fortlaufenden Bestimmung des Spannungszustands im Speicher kann, zusätzlich zur
Kenntnis des Ausgangsspannungszustands, eine Modellberechnung des
Flusses im Speicher sowie eine Modellberechnung der resultierenden
Effektivspannungen im Speichergestein verwendet werden. Die Flusssimulation
kann mithilfe der Standardsimulationssoftware anhand der Messungen
der Förderungs-
und Injektionsraten und Drücke der
Bohrlöcher
als Eingabewerte ausgeführt
werden. Von dem berechneten Spannungsfeld kann das Druckgradientfeld
abgeleitet werden, das die Volumenkräfte bestimmt, durch die die
feste Formation entsprechend der folgenden Formel beeinflusst wird: bx = –β dp/dx; by = –β dp/dy; bz = –β dp/dz 1)wobei p der
Porendruck in der Formation ist, während β der Biotische Faktor der Formation
ist und x, y und z die Achsen in einem Kartesischen Koordinatensystem
darstellen. Die Auswirkung dieser Volumenkräfte auf das Effektivspannungsfeld
in der Formation wird sich aus der Elastizitätstheorie ergeben und kann z.B.
mit der Finite-Elemente-Methode berechnet werden.
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Die
Referenzzahl 2 in 1 zeigt
die Richtung der Hauptspannungskomponente σ'H in der Formation 1 in
der dargestellten Ebene nach einem Förderungszeitraum von sechs
Monaten. Wie ersichtlich wird, wird die Ausrichtung α der effektiven
Hauptspannung σ'H in
Bezug auf die Bohrlöcher 5, 10 von der
Förderung
in einem bestimmten Abstand zu den Förderungsbohrlöchern 5, 10 kaum
beeinträchtigt.
In dem Beispiel beträgt
der Winkel α etwa
25°. Die
Bezeichnung γ bezeichnet
ferner die Ausrichtung von σ'H in
Bezug auf die durch die Zahl 15 gekennzeichnete Linie,
die sich mittig zwischen den Bohrlöchern 5, 10 erstreckt.
Wie ersichtlich wird, entspricht der Winkel γ ungefähr dem Winkel α in dem dargestellten Beispiel.
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Es
wird ebenfalls deutlich werden, dass die Hauptspannungskomponente σ'H direkt
an den Bohrlöchern 5, 10 eine
veränderte
Ausrichtung aufweist, wobei die Hauptspannung etwa senkrecht zu
den Bohrlöchern 5, 10 ausgerichtet
ist, d. h. mit einem Winkel, der kleiner ist als der Winkel β. Mit anderen Worten,
die Kompressivspannung in der Formation wird in diesem Gebiet eine
maximale Komponente aufweisen, die ungefähr senkrecht in Richtung der Bohrlöcher 5, 10 ausgerichtet
ist. Diese Veränderung der
Richtung wird zu Beginn der Förderung
ausgelöst und
ist zurückzuführen auf
das Einfließen
der Umgebungsflüssigkeit
in die Bohrlöcher 5, 10.
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2 zeigt
die Entwicklung der Spannungen σ'h und den Porendruck
p in einem Querschnitt durch die Formation des in 1 dargestellten
Zustands nach sechsmonatiger Förderung,
wobei die Linien 5', 10' die sich in
Längsrichtung
erstreckenden vertikalen Ebenen kennzeichnen, die die Bohrlöcher 5, 10 umfassen.
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3 zeigt,
wie das Verfahren gemäß der Erfindung
ausgeführt
werden kann mit dem Ziel, verbesserte Betriebsbedingungen der in 1 dargestellten
Bohrlöcher
zu bieten, die nachstehend mit den Referenzzahlen 105, 110 bezeichnet
werden. Die dargestellten Bedingungen entsprechen dem in 1 dargestellten
vermitteltem Wissen insofern, als die Standorte der Bohrlöcher 105, 110 betroffen
sind.
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Es
wird ersichtlich werden, dass entlang einer Line, die der Linie 15 in 1 entspricht,
ein weiteres Bohrloch gebildet ist, das sich in dem Gebiet 125 von
der Formation bis zur Oberfläche,
wo es zur Einleitung einer Flüssigkeit,
vorzugsweise Meerwasser, mit einer Pumpe verbunden ist, zum Bohrlochbereich 115 erstreckt.
Dieses dritte Bohrloch 115 wird nachstehend als "Injektionsbohrloch" bezeichnet.
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Das
Injektionsbohrloch 115 ist vorzugsweise genauso lang wie
die Bohrlöcher 105, 110 und
ist typischerweise unausgebaut, was bedeutet, dass die Wand des
Bohrlochs vom dem porösen
Material der Formation 1 als solches gebildet ist. Jedoch
kann das Bohrloch 115 auch ausgebaut sein.
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Außerdem zeigt 3 – durch
das Kennlinienfeld 102 – die Spannungsrelationen in
der Formation 1 sechs Monate nach Beginn der Förderung.
Die Spannungsrelationen spiegeln wider, dass für eine Zeitdauer T1,
die den vergangenen drei Monaten entspricht, über das Injektionsbohrloch 115 und
unter speziellen Druckbedingungen, die nachstehend noch ausführlich erörtert werden,
Flüssigkeit,
vorzugsweise Meerwasser oder Formationswasser in die Formation 1 eingeleitet
wurde.
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Das
Einleiten einer Flüssigkeit
in die poröse Formation
beinhaltet im Allgemeinen – wie
bekannt ist – dass
der Erdöl-
oder Erdgasgehalt in der Formation 1 zwischen den Bohrlöchern 105, 110 sozusagen seitlich
in Richtung der Bohrlöcher 105, 110 verlagert wird,
wodurch die vorhandenen Flüssigkeiten
schneller gefördert
werden können.
Durch die Erfindung kann die eingeleitete Flüssigkeit veranlasst werden, zu
weiteren Veränderungen
im Spannungszustand entlang des Injektionsbohrlochs zu führen. Wie
in 3 dargestellt, kann das verifiziert werden durch den
zwischen der Linie, die vom Injektionsbohrloch 115 definiert
wird und der Hauptspannungsrichtung σ'H befindlichen
Winkel γ', welcher kleiner
ist als der entsprechende Winkel γ für die Bedingungen
ohne Flüssigkeitseinleitung
durch das Verfahren gemäß der Erfindung,
siehe 1. Diese Veränderung
wird in dem Gebiet entlang des gesamten Injektionsbohrlochs festgestellt.
Die Tatsache, dass die Ausrichtung von σ'H in der Umgebung
der Injektionsbohrung ungefähr
parallel zum Injektionsbohrloch 115 ausgerichtet ist, trägt – wie nachstehend
noch ausführlicher erläutert werden
wird – positiv
zum Erreichen des von der Erfindung vorgesehenen Effektes bei. Wenn,
wie es in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der Fall ist, die Bohrlöcher 105, 110 und
das Injektionsbohrloch 115 so gebildet werden sollen, dass sie
möglichst
weitgehend der Ausrichtung 102 der natürlichen effektiven Hauptspannung σ'H der
Formation folgen, ist es möglich,
zu einem sehr frühen
Zeitpunkt nach Beginn des Einleitens der Flüssigkeit vorteilhafte Bedingungen
zum Erreichen des durch die Erfindung vorgesehenen Effektes zu bieten.
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Wie
in 4, die den Spannungszustand in der Formation 1 in
dem in 3 dargestellten Zustand illustriert, deutlich
wird, wird der Wert σ'h in
dem Gebiet am Injektionsbohrloch 115 als Folge der eingeleiteten
Flüssigkeit
geringer sein als der entsprechende in 2 dargestellte
Wert.
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Wie
eingangs erwähnt,
basiert die Erfindung auf der Feststellung, dass beim Einleiten
der Flüssigkeit
in ein Injektionsbohrloch bei hohen Injektionsraten, unerwünschte Risse
auftreten können,
die sich vom Injektionsbohrloch in eins der angrenzenden Bohrlöcher ausbreiten.
Die Betrachtung von 3 wird solche sich zufällig ausbreitenden
Risse aufzeigen, wie durch die Referenzzahl 200 dargestellt.
Der dargestellte Riss erstreckt sich vertikal über die Ebene des Papiers hinaus,
der Riss kann sich jedoch – abhängig von
den in der Formation 1 vorherrschenden Bedingungen – in jede
andere Richtung erstrecken.
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Mit
der Erfindung wird beabsichtigt, von den Vorteilen zu profitieren,
die mit einem Riss, der sich von einem Injektionsbohrloch aus erstreckt,
assoziiert werden. Die Betrachtung von 3 wird zeigen, dass
es durch die Erfindung weitgehend möglich ist; einen vorteilhaften
Riss in Form eines weitgehend vertikalen Schachtes zu bilden, der
genauso verläuft wie
das Injektionsbohrloch 115.
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Um
den in Übereinstimmung
mit der Erfindung vorgesehenen Effekt zu erzielen, wird zunächst eine
Flüssigkeit
bei einer relativ geringen Injektionsrate in das Injektionsbohrloch 115 eingeleitet,
während
die Förderung
ausgeführt
wird. Dieser Zustand wird zumindest für eine Zeitdauer T1 aufrechterhalten,
durch die sich wie erwähnt
das Spannungsfeld um das Injektionsbohrloch neu ausrichtet, wodurch die
numerisch kleinste Normalspannungskomponente σ'h ungefähr senkrecht
zum Verlauf des Injektionsbohrlochs 115 ausgerichtet ist.
Mit anderen Worten, die kleinste Spannung, die die Formation unter
Druck hält,
ist auf die Ebene ausgerichtet, in der der Riss gewünscht wird.
Der Flüssigkeitsdruck
P im Injektionsbohrloch sollte während
der Zeitdauer T1 kleiner oder gleich dem
Druck Pf sein, dem Rissbildungsdruck, der
Störungen
in der Spannung der Formation verursacht, und die Injektionsrate
I sollte während
der Zeitdauer T1 kleiner oder gleich der
Injektionsrate Imax sein, die Spannungsstörungen in
der Formation zur Folge hat.
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Durch
das Einleiten der Flüssigkeit
in das Injektionsbohrloch 115 werden Veränderungen
in der lokalen Spannung in der Formation entlang der Peripherie
des Injektionsbohrlochs auftreten, wobei die Erfindung von dieser
Kerbwirkung am Bohrloch 115 Gebrauch macht.
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Vorstehend
wurde beschrieben, wie der Strom der Flüssigkeiten das Spannungsfeld
im Speicher verändert.
Das resultierende Spannungsfeld kann berechnet werden, indem die
Spannungsänderungen
zum Ausgangsspannungszustand hinzu addiert werden. Insbesondere
die Spannungen können entlang
einer Linie im Speicher evaluiert werden, Nummer 115, entlang der
ein Injektorloch gebohrt wurde.
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In
der vorstehenden Beschreibung ist die lokale Veränderung des Spannungsfeldes
um die Bohrlöcher – hervorgerufen
durch das Auftreten eines Lochs in der Formation – nicht
enthalten. Innerhalb eines Radius vom Bohrloch, der etwa dreimal
so groß ist
wie der Radius des Lochs, wird das Spannungsfeld abhängen von
dem Spannungsfeld, das entlang der Linie durch den Speicher evaluiert
wurde, die dem Bohrloch folgt, sich aber wesentlich davon unterscheiden
wird. Die Spannungen an der Oberfläche des Bohrlochs als solches
sind für
die Erfindung von besonderem Interesse, insbesondere die kleinste
effektive Kompressivspannung – oder
die größte Zugspannung,
sofern ein tatsächlicher
Spannungszustand an der Wand des Loches auftritt. Diese Spannung
wird nachstehend mit σ'Loch,min bezeichnet. Wenn σ'Loch,min eine
Zugspannung ist, gilt das als negativ, wohingegen Kompressivspannungen
stets als positiv gelten. Nachstehend erfordert die Berechnung von σ'Loch,min,
dass Deformationen in der Formation linear elastisch sind. Unter
dieser Bedingung, kann σ'Loch,min von
einem Experten entlang einer Bohrlochbahn mit einer beliebigen zufälligen Ausrichtung in
Bezug auf einen beliebigen zufälligen – jedoch
bekannten – Spannungszustand
berechnet werden.
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In
Fällen,
in denen ein horizontal unausgebauter Injektor im Wesentlichen parallel
zu σ'H verläuft (bitte
beachten, dass Förderung
und Injektion diesen Parallelismus hervorrufen können, wo er nicht bereits zum
Zeitpunkt des Bohrens des Injektors, wie in 3 gekennzeichnet,
Anwendung findet), und wo σ'V, σ'H, σ'h Hauptspannungen
sind, die entlang der Linie im Speicher berechnet wurden, wo das
Bohrloch gebohrt wurde, wobei ferner gilt, dass σ'V > σ'H > σ'h, wobei σ'Loch,min an
der Ober- und Unterseite des Lochs zu finden ist und durch folgende
Formel ausgedrückt
wird: σ'Loch,min =
3σ'h – σ'V 2)wobei σ'h und σ'V im
vorliegenden Zusammenhang ein Ausdruck der Effektivspannungen in
der Formation in dem Gebiet der Position des Injektionsbohrlochs 115 sind,
der auf der Basis der Elastizitätstheorie
unter gebührender
Berücksichtigung
der eingeleiteten Ströme
bestimmt wurde, vgl. Formel 1.
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In
diesen Fällen
wird um das horizontale Bohrloch auch σ'Loch,min an
den oberen und unteren Teilen des Bohrlochs gefunden, d.h. in zwei
Regionen, die wie in 5 dargestellt in einer horizontalen Ebene
verlaufen. Wenn das Bohrloch 115 kreisförmig ist, dann befinden sich
diese Gebiete dort, wo der vertikale Durchmesser des Kreises den
Kreis schneidet.
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Da
wie erwähnt σ'h aufgrund
des Flüssigkeitsstroms
im Laufe der Zeit abnimmt, wird auch σ'Loch,min abnehmen.
Aus der Formel 2 wird deutlich, dass σ'Loch,min,min abnimmt,
wenn σ'V zunimmt.
Die Förderung
aus den Bohrlöchern 105, 110 führt zu einer solchen
Zunahme von σ'V.
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Um
den gewünschten
Riss bereitzustellen, wird wie erwähnt die Injektionsrate erhöht, nachdem eine
bestimmte Zeitdauer T1 seit Beginn der Injektion vergangen
ist.
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Die
Bedingung, die in jedem Fall zu erfüllen ist, um einen Anstieg
in der Injektionsrate zu ermöglichen – und eine
gesteuerte Rissbildung der Formation – ist, dass die Relation σ'Loch,min < σ'h 3)an dem Teil
der Wand erfüllt
ist, der zum Lenken der Ausbreitung des Risses verwendet wird.
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Vorausgesetzt,
dass die Injektionsrate erhöht
wird, bevor diese Bedingung erfüllt
ist, d.h. vor Ablauf der erforderlichen Zeitdauer T1,
besteht, wie vorstehend beschrieben, ein größeres Risiko an unerwünschten
Rissen.
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Der
beschriebene Ablauf an Ereignissen ist in 6 dargestellt,
die zeigt, wie die Injektion der. Flüssigkeit etwa 90 Tage nach
Beginn der Förderung veranlasst
wird. An einem Punkt in der Zeit T1 nach Beginn
der Injektion ist die vorstehende Relation 3 erfüllt. In
dem Beispiel wird die Injektion bei der Injektionsrate I für weitere
90 Tage ausgeführt,
wobei σ'H zu diesem
Zeitpunkt vorteilhafterweise eine beträchtliche Änderung der Ausrichtung (γ-γ') von etwa 15° durchgemacht
hat. Anschließend
wird die Injektionsrate auf einen Wert über Imax erhöht, was
in 6 durch den ansteigenden Druck im Injektionsbohrloch dargestellt
wird. Es wird deutlich, dass sich σ'Loch,min abrupt
von Kompressivspannung zu Zugspannung verändert, wodurch die Reißfestigkeit
der Formation erreicht wird und Rissbildung erfolgt.
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Es
wird angemerkt, dass für
den Fall, dass die Injektionsrate nicht erhöht wird, es nach der Theorie
des Antragstellers ebenfalls möglich
ist, im dargestellten Fall den gewünschten Riss zu erreichen, wenn σ'Loch,min nach
einem gegebenen Zeitraum den Wert der Reißfestigkeit der Formation erreicht.
Jedoch wird das in vielen Fällen
erhebliche Verzögerungen
verursachen.
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In 7 wird
ein typisches Messergebnis aus dem sogenannten "Stufentest" zum Bestimmen der maximal zulässigen Injektionsrate
Imax bereitgestellt. Es wird angemerkt,
dass es in bestimmten Fällen
relevant sein könnte,
die maximal zulässige
Injektionsrate Imax fortlaufend zu bestimmen.
Das liegt an der Tatsache, dass sich Imax im
Laufe der Zeit verändern
kann. Somit kann es sich während
der Zeitdauer T1 als notwendig erweisen,
die Injektionsrate I zu verringern.