DE3545550A1 - Bohrlochkomplettierung - Google Patents

Description

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D 77.40Ö-TCRL-2-1-F

Bohrlochkomplettierung

Beschreibung

Die Förderung von Bitumen aus Teersand oder von schwerem Rohöl aus sandigen Lagerstätten geht mit einer Anzahl Probleme einher, die sich infolge der viskosen Beschaffenheit des Kohlenwasserstoffs selbst ergeben. Dies gilt insbesondere bei niedrigen Temperaturen, durch die der Viskositätsgrad weiter reduziert wird.

Zum Beispiel im Fall von Teersanden ist es zur Freisetzung des in der Lagerstätte eingeschlossenen Bitumens normalerweise notwendig, die Lagerstätte thermisch zu stimulieren. Anschließend wird, wenn das fließfähige Bitumen freigesetzt ist, eine wäßrige Emulsion bzw. ein solches Gemisch gebildet. Letzteres wird dann unter Druck zum Bohrlochkopf getrieben, wo das Bitumen demulgiert und schließlich aufgearbeitet werden kann.

Die hier beschriebene Vorrichtung" mit betreffenden Verfahren sind bei der Förderung eines Kohlenwasserstofffluids wie eines Bitumengemischs aus Teersanden anwendbar. Ferner sind sie für die Förderung viskoser Rohöle und selbst von Gas aus einer Lagerstätte einsetzbar, deren Zusammensetzung durch eine nichtkonsolidierte Sandmasse und andere Feststoff-

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teilchen wie etwa Ton charakterisiert ist. Ob nun das Produkt flüssig oder gasförmig ist, wird es in jedem Fall beim Verlassen der nichtkonsolidierten Lagerstätte Sandteilchen unterschiedlicher Größe mitführen. Wenn diese Teilchen in die Bohrlochkomplettierung oder die Förderausrüstung gelangen, besteht die Gefahr, daß sie sich ansammeln und verdichten. Wenn nichts dagegen unternommen wird, verstopfen sie schließlich Durchlässe und Anschlüsse in nachgeschalteten Verarbeitungsanlagen.

Zur Vereinfachung der folgenden Erläuterung wird der zu fördernde Kohlenwasserstoff Bitumen genannt. Das durch Erwärmen eines bitumenhaltigen Substrats bzw. einer solchen Lagerstätte mit einem Stimulationsmedium wie Wasserdampf gebildete Produkt ist primär ein heißes wäßriges Gemisch. Das Produkt könnte zwar als Emulsion angesehen werden, in Abhängigkeit von einer Anzahl Faktoren wird es nachstehend jedoch als wäßriges Bitumengemisch bezeichnet.

Eine bewährte Möglichkeit der thermischen Stimulation einer Lagerstätte besteht in der Injektion eines Heizmediums in Flüssig- oder Gasform. Dieses Medium wird mit erhöhter Temperatur und unter Druck sowie entweder mit oder ohne chemische Modifiziermittel durch eine Injektionsbohrung in die Lagerstätte eingepreßt. Das damit kontaktierte Bitumen wird dadurch in einen weniger viskosen Zustand gebracht und aus den Sandteilchen freige-

setzt, so daß es zusammen mit Dampfkondensat und den chemischen Zusätzen das vorstehend erwähnte wäßrige Gemisch bildet.

Je nach der Konsistenz der Lagerstätte kann der thermische Stimulationsvorgang in einer Einzelbohrung durchgeführt werden. Er kann jedoch auch durch mehrere Bohrungen verlaufen, die in einem erwünschten Muster von Injektionsund Förderbohrungen vorgesehen sind.

Bei Verwendung einer Einzelbohrung wird die Druckinjektion eines Heizmediums wie etwa Wasserdampf ausreichend lang unterhalten, so daß die Bohrung und ihre unmittelbare Umgebung vorerwärmt werden. Die weitere Erwärmung führt dann zur Abtrennung des Bitumens aus den Sand- und Tonteilchen und zur Überführung des Bitumens in das wäßrige Gemisch.

Wenn anschließend die Druckdampfinjektion fortgesetzt wird, wird Bitumen infolge des erhöhten Lagerstättendrucks gefördert, der das fließfähige Gemisch zu der niedrigeren Druck führenden Bohrung und deren Bohrlochkopf treibt. Das in der nachfolgenden Erläuterung eingesetzte thermische Stimulationsmittel kann eine heiße Flüssigkeit oder ein heißer Dampf wie z. B. Wasser oder Wasserdampf sein. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird nur auf Wasserdampf Bezug genommen.

Im Fall eines Mehrbohrlochmusters bewegt sich das freigesetzte Bitumengemisch zu einer oder mehreren Förderbohrungen, aus denen es infolge des Gegendrucks der Lagerstätte abgezogen werden kann.
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In einer ergiebigen Lagerstätte, deren bitumenhaltige Schicht eine relativ geringe Tiefe aufweist, ist die Verwendung einer oder mehrerer horizontaler Bohrungen eine kostengünstige Lösung. Ähnlich wie bei der thermischen Stimulation einer vertikalen Bohrung führt auch bei diesem Bohrungstyp der Bitumenstrom Sandteilchen aus dem nichtkonsolid ierten Substrat mit.

Wenn eine oder mehrere horizontale Bohrungen über längere Zeit aktiv fördern, werden erhebliche Mengen Sand- und Tonteilchen zusammen mit dem Kohlenwasserstoffprodukt gefördert. Beide Materialien werden normalerweise, wie erwähnt, zum Bohrlochkopf mitgenommen. Anschließend daran wird jeder weitere Prozeß der Trennung des Bitumens von Wasser und anderen Stoffen als Funktion der Menge der vorhandenen Feststoffe immer kostenintensiver.

Ein bekanntes Standardverfahren zur Ausschaltung bzw. Minimierung des Vorhandenseins unerwünschter Feststoffmengen in einem Bitumen-Flüssigkeits-Gemisch ist der Einsatz von an geeigneten Stellen vorgesehenen Kiespacklagen. Diese können zwar als Filterelement nützlich sein, sie

unterliegen jedoch chemischer und/oder mechanischer Degradation und Verschlechterung. Solche Packlagen verstopfen außerdem leicht, wenn sie längerem Kontakt mit einem heißen Stimulationsmedium ausgesetzt sind, was z. B. bei der Wasserdampf-Stimulation der Fall ist.

Das Problem von zu viel Sand im geförderten Bitumengemisch wird im Fall von horizontalen Förderbohrungen noch verstärkt. Allein die Eigenart einer Kiespacklage erschwert bereits deren Einbringen in solcher Weise, daß das eingesetzte Bohrlochfutter vollständig davon umschlossen ist. Der Einsatz von Kies, der zur Bildung einer relativ kompakten und doch verfestigten Masse vorbehandelt wurde, ist ebenfalls ohne Erfolg versucht worden.

In der US-PS 4 434 054 ist ein Filter angegeben, der aus einem heißen Bitumengemisch Feststoffteilchen abtrennen kann. Dabei wird das Gemisch durch ein Bett aus metallischen Fasern geleitet, so daß Feststoffteilchen innerhalb eines ausgewählten Größenbereichs aus dem Fluidstrom abgetrennt werden. Bei diesem Filter ist das Filterbett jedoch in einem dickwandigen Durchgang bzw. einer solchen Kammer enthalten.

Um das Vorhandensein von Sandteilchen in geförderten wäßrigen Bitumengemischen zu begrenzen, weist das normale Hörizontalbohrungsfutter, das das Gemisch aus der umge-

benden Lagerstätte aufnimmt, eine Serie von verengten Zutrittsöffnungen auf. Im Idealfall haben diese eine solche Größe, daß sie fließfähiges Bitumesigemisch ohne weiteres durchlassen, wobei sie jedoch den Eintritt eines großen Teils der Feststoffkomponente, insbesondere in Form von Sandteilchen, blockieren.

Für den praktischen Einsatz bestehen diese Öffnungen im Bohrlochfutter aus einer Serie von dünnen langen Schlitzen mit einer lichten Weite in der Größenordnung von ca. 0,8 mm. Im Betrieb hat sich jedoch gezeigt, daß derart enge Öffnungen im Lauf der Zeit immer enger werden. Infolge von Überbrückungseffekten oder der Ansammlung und dem Verhärten der Sand- und Tonteilchen über ihre Querschnittsfläche werden sie schließlich vollständig verschlossen.

Wenn dagegen die Zutrittsöffnungen des Bohrlochfutters zu groß gemacht werden, lassen sie große Mengen von Feststoffteilchen durch. Infolgedessen können diese unerwünschte feste Ansammlungen in den verschiedenen Bohrlochkanälen bilden. Im Lauf der Zeit verhärten diese Schichten oder Ansammlungen und führen zur vollständigen Blockierung von so vielen Durchlässen und Öffnungen, daß das Bohrloch und sein Futter unwirksam oder sogar betriebsunfähig werden.

Um diese Gefahr in vertikalen und horizontalen Bohrlöchern für die Förderung von Bitumen sowie von Rohöl und Gas aus nichtkonsolidierten sandigen Formationen zu überwinden, schlägt die Erfindung eine Bohrlochkomplettierung mit Filtersystem vor. Dabei wird eine Vorrichtung angegeben, um die Tendenz von Feststoffen zur Blockierung von Zugangsöffnungen und Durchlässen innerhalb eines Bohrlochfutters und seiner zugehörigen Strömungskanäle zu beseitigen. Die Filtervorrichtung kann einfach und schnell ausgebaut und für den erneuten Einsatz gereinigt oder regeneriert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Komplettierung eines Bohrlochs in einem ergiebigen Substrat, das hauptsächlich aus nichtkonsolidierten Sanden besteht, in denen viskose Kohlenwasserstoffe festgehalten werden. Dabei soll eine Vorrichtung zum Einsatz in einem horizontalen Bohrloch angegeben werden, mit der die thermische Stimulation eines sandigen Substrats ermöglicht und die anschließende Gewinnung eines wäßrigen Kohlenwasserstoffgemische aus der Lagerstätte verbessert wird. Ferner soll die Vorrichtung zur Förderung viskoser Kohlenwasserstoffe aus einer sandigen Lagerstätte die Kontrolle und Minimierung des Feststoff Stroms ermöglichen, der normalerweise infolge einer thermischen Stimulation in die Förderbohrung eintreten

würde. Ferner soll ein Sandkontrollsystem für eine in einer sandigen Umgebung befindliche horizontale Kohlenwasserstoff-Förderbohrung angegeben werden, das unabhängig von langem Kontakt mit dem heißen Stimulationsmedium einen hohen Grad an funktioneller Integrität unterhält und zu Regenerierungszwecken ausbaubar ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine Bohrlochkomplettierung vorgesehen mit einem langgestreckten , Öffnungen aufweisenden Futter, das in ein in eine kohlenwasserstoffhaltige Schicht abgeteuftes Bohrloch eingesetzt ist. Das Futter kann vertikal oder horizontal angeordnet sein, um in optimaler Weise einen Bitumengemischstrom aufzunehmen, der durch Behandlung der ergiebigen Schicht mit einem heißen Stimulationsmedium gebildet wird.

Ein Leitungsrohr für Stimulationsmittel, das Heißwasser oder Druckdampf führt, ist im Futter positioniert und bildet einen Zwischenkanal. Das Leitungsrohr ist im Futter herausnehmbar aufgenommen und stützt wenigstens teilweise ein Filterbett darin ab, das einen feststoffhaltigen Kohlenwasserstoffgemisch-Strom erhält und aufbereitet.

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Das Filterbett erstreckt sich nach außen, und sein Außenurafang liegt an der Futterwandung an. Es besteht aus ungeordneten metallischen Fasern wie Stahlwolle, die verdichtet und auf einer erwünschten Dichte gehalten sind, so daß eine Unzahl Durchlässe gebildet ist, durch die Stimulationsmittel und wenigstens ein Teil des Feststoffteilchen führenden Gemischs strömt.

Durch die Erfindung werden also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Kohlenwasserstoffgemischoder -emulsionsStroms aus einer Förderbohrung in einem sandigen Substrat durch fortlaufendes Ausfiltern von Feststoffteilchen angegeben.

Ferner wird durch die Erfindung eine Vorrichtung angegeben, um in einfacher Weise ein thermisches Stimulationsmittel wie Wasserdampf od. dgl. durch eine Injektionsbohrung in eine wenigstens teilweise aus nichtkonsolidiertem Sand bestehende kohlenwasserstoffhaltige Lagerstätte zu injizieren, so daß ein im wesentlichen feststofffreies Produkt gefördert wird.

Das Bohrlochfutter weist eine Mehrzahl Wandöffnungen auf, durch die ein wäßriges Bitumengemisch sowie andere Feststoffe aus der ergiebigen Lagerstätte ohne weiteres passieren können. Die Feststoffe gelangen jedoch nicht in die

verschiedenen Bohrlochdurchlässe, sondern werden in der angegebenen Filtervorrichtung zurückgehalten.

Ein herausnehmbares Filterbett der Filtervorrichtung ist mehrstufig ausgebildet, so daß die Vielzahl Durchlässe im Filterbett bevorzugt nur fließfähige Fluide sowie kleinere Sandteilchen zum Bohrlochkopf durchlassen. Ferner leitet das Filterbett ein heißes Stimulationsmittel wie Wasserdampf oder Heißwasser vom Inneren der Filtervorrichtung zu dem umgebenden Substrat, ohne thermisch beschädigt zu werden.

Ferner wird durch die Erfindung eine Bohrlochkomplettierung, insbesondere eine Bohrlochfutteranordnung angegeben, mit deren Hilfe ein thermisches Stimulationsmittel wie Wasserdampf durch ein Bohrlochfutter in ein Teersandsubstrat injizierbar ist. Das Bohrlochfutter umfaßt eine äußere biegbare Wandung, die einen begrenzten offenen Bereich aufweist, der durch eine Serie von einzelnen Wand-Öffnungen definiert ist. Letztere sind derart ausgebildet, daß sie heißes wäßriges Bitumengemisch sowie einige Feststoff partikel ohne weiteres durchlassen. Die Feststoffe treten jedoch nicht in den Fluidstromungskanal des Futters ein, sondern werden in dem Filterbett eingefangen und zurückgehalten.

Das Filterbett ist mit solcher Dichte und derart ausgebildet, daß seine unzähligen Durchlässe den Durchtritt des heißen, unter Druck stehenden Stimulationsmediums nach außen in das Substrat erlauben. Es leitet ferner während einer Förderphase den Bitumenemulsionsstrom in Gegenrichtung.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Horizontalbohrung der hier betroffenen Art;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt 2-2 nach Fig.

1;

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Erfindung, die bei einer vertikalen oder konventionellen Bohrung angewandt

wird; und

Fig. 4 einen Querschnitt 4-4 nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungs einer Bohrlochverrohrung 10, die in einem Bohrloch 11 angeordnet ist. Das Bohrloch 11 ist im wesentlichen horizontal ausgebildet und verläuft

durch eine ergiebige Schicht 12, die einen viskosen Kohlenwasserstoff wie Bitumen od. dgl. hält.

Das Bohrlochoberende steht mit der Erdoberfläche 13 in Verbindung und kann zuerst vertikal oder unter einem Winkel zur Erdoberfläche 13 niedergebracht werden.

In der üblichen Weise ist das Bohrloch 11 wenigstens über einen Teil seiner Länge mit einer Serie von Verrohrungen 14 versehen. Diese sind miteinander verbunden und verlaufen abwärts zu der ergiebigen oder teersandhaltigen Schicht 12. Das obere oder Förderende der Verrohrung weist einen Bohrlochkopf 16 auf, der noch im einzelnen erläutert wird.

Die Bohrlochkomplettierung besteht hauptsächlich aus einer Futterrohranordnung 17, die durch die Verrohrungen 14 eingesetzt und an einem Futterrohrgehänge 15 gehalten ist. Die Futterrohranordnung 17 ist in das Bohrloch 11 eingeschoben, so daß sie vor Beginn des Förderbetriebs ihre richtige Lage einnimmt.

Die gezeigte Futterrohranordnung 17 besteht gemäß einer Ausführungsform aus einem langen rohrförmigen äußeren Rohr bzw. einer Hülse 18 ausreichender Wandstärke, um den bei der thermischen Stimulation von Teersanden normalerweise angetroffenen untertägigen Bedingungen standhalten zu

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können. Das Rohr 18 ist entweder angrenzend an die Wandungen des Bohrlochs 11 angeordnet oder kontaktiert dieses Bohrloch nach Beginn eines Fördervorgangs.

Das äußere Rohr 18 besteht normalerweise aus einem langen Stahlrohr, wobei ein Segment von dessen Wandungen mit einer Reihe von Zugangsöffnungen, etwa Schlitzen oder Löchern 19, versehen ist. Diese Öffnungen sind entlang demjenigen Wandabschnitt ausgebildet, der in der ergiebigen Schicht 12 liegt, und im Fall von schlitzförmigen Öffnungen können diese entweder in Längsrichtung der Verrohrung oder um deren Umfang verlaufen.

Die Futterrohranordnung 17 ist mit einem Sandfilter versehen, der primär aus einer langen perforierten Leitung 21, die von einem Filterbett 28 umgeben ist, besteht. Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Leitung 21 eine ununterbrochene Rohrlänge, die in Längsrichtung durch das Futterrohr 18 verläuft und in ihrer Wandung mit einer Serie von Öffnungen 22 versehen ist. Die Leitung 21 braucht nicht kontinuierlich zu sein, sie kann auch aus einzelnen Längen bestehen, die zu einer Einheit verbunden sind, die eine durchbrochene Fläche bildet.

Diese innere Leitung 21 hat zwei Funktionen. Erstens dient sie dazu, vom Bohrlochkopf 16 an der Erdoberfläche 13 ein unter Druck stehendes thermisches Stimulationsmedium

abwärts in die Futterrohranordnung 17 zu leiten. Zweitens dient die Leitung im erwärmten Zustand dazu, die Temperatur des geförderten Fluidgemischs aufrechtzuerhalten, so daß es aus dem Bohrloch abgezogen werden kann. 5

Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Leitung 21 über ihre Länge durch mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Rippen oder seitliche Streben 23 abgestützt. Letztere sind in dem durch das Futterrohr 18 und die Leitung 21 definierten Ringraum angeordnet. Die Streben haben die Aufgabe, die voneinander beabstandeten Filterelemente nicht nur während des Betriebs, sondern auch beim Einführen in bzw. Ausbringen aus dem Futterrohr zu haltern.

Die seitlichen Streben 23 sind so geformt, daß die mittige Leitung 21 ohne weiteres nach Bedarf in das Futterrohr 18 einschiebbar bzw. aus diesem herausziehbar ist. Die Streben umfassen einen Hauptteil bzw. geteilten Bund 24, der die mittige Leitung umgreift und daran befestigt ist.

Um eine Arbeitsbeziehung zwischen den entsprechenden Stützstreben 23 und der Innenwandung des Futterrohrs 19 zu ermöglichen, weist der Bund 24 ein radiales Organ bzw. eine Mehrzahl in Radialrichtung beabstandete Arme 26 auf.

An jeden Arm ist an dessen fernem Ende ein rollenartiger Ansatz 27 mit nach oben umgebogenen Rändern angeformt, um das Verschieben durch das Futterrohr 19 zu erleichtern.

Der durch die fernen Armenden bestimmte Durchmesser der Strebe 23 ist derart, daß normalerweise zwei rollenartige Ansätze 27 mit der unteren Wandung des Futterrohrs in Stützkontakt liegen, wodurch die Leitung 21 relativ zum Futterrohr 19 im wesentlichen konzentrisch gehalten wird.

Der Abstand in Längsrichtung zwischen benachbarten Streben 23 reicht aus, um die Krümmung der Leitung 21 zu minimieren, wenn diese sich im Ruhezustand befindet, und trotzdem ein einfaches Verschieben durch das Futterrohr und Einpassen in dieses zu ermöglichen. Wenn die Leitung 21 im Betrieb in das Futterrohr 19 eingebracht oder daraus entfernt wird, gleiten die jeweiligen Streben 23 an der Innenwand des Futterrohrs entlang, wodurch jedes Verbiegen des Futterrohrs minimiert und gleichzeitig das Verschieben der Filtereinheit vereinfacht wird.

Zwischen jeweils benachbarten Streben 23 ist ein Filtersegment ausgebildet, das wiederum mit einem Filterbett versehen ist. Letzteres besteht, wie erwähnt, aus einem Filtermedium bzw. -material, das aus ungeordneten und verdichteten metallischen Fasern besteht, die von einer Unzahl Durchlässe durchsetzt sind. Das Filterbett 28 kann gemäß einer Ausführungsform aus einer Schicht des erwünschten metallischen Filtermediums bestehen, das zwischen den benachbarten Streben 23 auf die Leitung 23 gewickelt ist, so daß eine innere Filterstufe gebildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Filters besteht ein zylindrisches Bett bzw. ein versteifter Kern aus einer vorgeformten und verdichteten Masse der ungeordneten metallischen Fasern. Bei dieser Anordnung kann der Filterkern aufgrund seines festen Zustands auf die Außenseite der Leitung 21 geschoben und entlang der Leitung verschoben werden, wobei die einzelnen Segmente durch jeweils eine seitliche Strebe 23 voneinander getrennt sind.

Die für den Einsatz in einer bestimmten Umgebung als erforderlich erachtete Dichte eines Filterbetts 28 wird nach Kenntnis der Konsistenz des sandigen Substrats bestimmt. Selbstverständlich ist für jeden Bohrungsstandort die Zusammensetzung der Lagerstätte sowohl hinsichtlich des Volumens der verschiedenen Elemente wie auch der Größe der in der Lagerstätte hauptsächlich vorhandenen Sandkörner unterschiedlich. Um also die höchstmögliche Sandfilterwirkung zu erzielen, wird der metallische Filterkern 28 mit einer erwünschten Dichte hergestellt. Auf diese Weise arbeiten die entsprechenden inneren und äußeren Filterstufen am besten und wirksamsten zusammen.

Die äußere Stufe 32 des Filterkerns 28 hat zwei Funktionen: Einmal wird dadurch eine bestimmte Dicke des Sandfiltermaterials festgelegt, und zum anderen bildet sie

eine haltbare Fläche, an der entlang der Filter beim Einpressen in ein Futterrohr 18 bzw. beim Entfernen daraus gleiten kann. Die äußere Filterstufe 32 besteht bevorzugt aus einer siebähnlichen Struktur mit ausreichend großer Maschenweite, so daß die erforderliche Filter- und Teilrückhaltewirkung erzielt wird. Allerdings muß diese Stufe ausreichend beständig sein, um dem zu erwartenden Abrieb standzuhalten.

In jedem Fall wird die äußere Filterstufe 32 normalerweise einem Futterrohr 18 benachbart und bevorzugt in Reibungskontakt damit angeordnet, bevor in dem Bohrloch eine Stimulations- und anschließende Fördertätigkeit beginnt.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Bohrlochs, in das der angegebene Sandfilter eingebaut werden kann, zeigt Fig. 3 ein vertikales Bohrloch 40, das in eine ergiebige Lagerstätte 41 abgeteuft ist. Wie bereits gesagt, kann die Lagerstätte nur eine relativ geringe Länge aufweisen. Wie die meisten Bohrlöcher dieser Art weist das Bohrloch 40 somit eine Serie von langen Verrohrungen 42 auf, die durch die Deckschicht 43 in die ergiebige Schicht 41 geführt sind.

Der untere Teil der Verrohrung 42 ist ein langes Futterrohr 44, das wenigstens einen Teil der Deckschicht 43 durchsetzt und in die ergiebige Schicht 41 verläuft.

Normalerweise wird zuerst das Bohrloch 46 sowohl durch die Deckschicht 43 wie auch die ergiebige Schicht 41 abgeteuft und hat einen ausreichend großen Durchmesser für die Aufnahme des unteren Futterrohrs 44. Letzteres kann eine
übliche Bohrloch-Verrohrung sein, die an einem Gehänge 47
gehalten und wenigstens teilweise in ihrer Lage einzementiert ist.

Das Futterrohr 44 kann ursprünglich mit einer Serie von

Wandöffnungen versehen sein, durch die nach der Stimulierung die Kohlenwasserstoffemulsion fließt. Alternativ kann das Futterrohr aber auch entlang dem Abschnitt, der in der ergiebigen Schicht 41 liegt, perforiert werden, nachdem es in seine Lage verbracht worden ist.

Die Bohrlochkomplettierung umfaßt einen Bohrlochkopf 48 am Oberende, der Absperrorgane 49 und 51 aufweist, um die
Injektion des heißen Stimulationsfluids sowie die Förderung der fließfähigen Kohlenwasserstoffemulsion zu regeln.

Die lösbare Filtereinheit 50 besteht aus einem langen
Leitungsrohr 52 ähnlich dem Leitungsrohr des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Da aber im vorliegenden Fall das Bohrloch 40 im wesentlichen vertikal verläuft, braucht das Leitungsrohr 52 nicht biegsam zu sein oder einem Biege-

Vorgang unterworfen zu werden, wie dies in einem horizontal verlaufenden Bohrloch erforderlich ist.

Das Leitungsrohr 52 weist eine Serie von Perforationen 57 über seine in der ergiebigen Schicht 41 befindliche Länge auf. Diese Öffnungen sind ausreichend groß, so daß ein Stimulationsfluid wie etwa Wasserdampf oder heiße Flüssigkeit nach außen austreten und anschließend das fließfähige Kohlenwasserstoffgemisch durch diese Öffnungen eindringen kann.

Die Außenseite des Leitungsrohrs 52 ist mit einer Serie von einander benachbart angeordneten Filterkernen 54 versehen, die jeweils übereinander angeordnet sind. Jeder Filterkern 54 ist vom nächsten durch ein metallisches Trennorgan 56 getrennt. Um ein Abwärtsströmen des Bitumengemischs sicherzustellen, so daß dieses nicht die Gesamtlänge der miteinander ausgerichteten Filterkerne 54 durchsetzen muß, sind die Trennorgane 56 jeweils konisch geformt. Dadurch leiten sie die strömende Kohlenwasserstof femulsion durch die Leitungsrohröffnungen 57 und ermöglichen eine Fallströmung der Emulsion in einen Sumpf 58 am Unterende des Leitungsrohrs 52.

Das Leitungsrohr 52 kann eine Ausflußleitung (nicht gezeigt) aufweisen, die ihrerseits mit der Saugseite einer Pumpe verbunden ist, so daß die Kohlenwasserstoffemulsion

so, wie sie sich ansammelt, aus dem Sumpf 58 abgezogen werden kann. Das Leitungsrohr 52 passierendes heißes Stimulationsmedium hält die angesammelte Emulsion im Sumpf 58 im erwärmten fließfähigen Zustand. 5

Jeder Filterkern bzw. jedes Filtersegment 54 ist bevorzugt in Zylinderform vorgeformt und weist profilierte Ober- und Unterseiten auf. Diese passen mit den entsprechenden Flächen des jeweils benachbarten Kerns zusammen, und dazwisehen werden die erwähnten konischen Trennorgane 54 aufgenommen.

Jedes Kernsegment 54 besteht aus ungeordneten vorgeformten Metallfasern, die ausreichend verdichtet sind, um die gewundenen Durchlässe der inneren Filterstufe durch den Filterkern zu bilden. Diese Durchlässe können Sandteilchen innerhalb eines bestimmten Größenbereichs ausfiltern.

Der Außenumfang des Kernsegments 54 weist eine äußere FiI-terstufe in Form eines siebartigen Organs 61 mit Durchtrittsöffnungen auf. An diesen werden Sandteilchen ausgefiltert, die üblicherweise größer als die Sandteilchen sind, die in der inneren Filterstufe ausgefiltert werden.

Wenn, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, die Filtereinheit 59 lösbar im Bohrlochfutter 44 angebracht ist, sind Verrohrung und Leitungsrohr 52 im wesentlichen konzentrisch an-

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geordnet. Eindringende Kohlenwasserstoffemulsion wird somit aus allen Richtungen gleichmäßig filtriert, während sie zu der niedrigeren Druck führenden Leitung 52 gepreßt wird.
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Funktionell kann das im wesentlichen horizontale Bohrloch 10 nach den Fig. 1 und 2 in der Hauptsache kontinuierlich betrieben werden, wenn es in Verbindung mit weiteren Förderbohrungen verwendet wird. Bei Einzelverwendung arbeitet es jedoch in einem Gegentaktzyklus, wobei es abwechselnd Stimulations- und Förderschritten unterworfen wird.

Wie bereits erwähnt, wird das Bohrlochfutter 17 zuerst in seine Lage in einem vorgeformten Bohrloch 11 innerhalb der ergiebigen Lagerstätte 12 gebracht. Das Futter 17 wird durch Setzen der Oberflächenverrohrung 14 im Bohrloch angeordnet. Dann wird das biegbare Futter 17 durch die Oberflächenverrohrung und in das Bohrloch 11 gepreßt, bis es zum fernen Ende desselben verläuft.

Der Ersteinbau wird üblicherweise dadurch vereinfacht, daß das Vorderende des Futters 17 mit einem geeigneten Verschluß verschlossen wird, um ein Verstopfen des Futters durch Lagerstättensegmente, die während der Einführung aufgenommen werden, zu vermeiden. Um den Ersteinbau weiter zu erleichtern, kann die Filtereinheit 28 bereits im Fut-

ti 2-2 -

ter 17 angeordnet sein, wenn dieses in das Bohrloch eingebracht wird.

Da die Filtereinheit 28 durch Verschieben aus dem Futter 17 entnehmbar ist, kann sie auch nach dem Setzen und Festlegen des Futters 17 in seiner Lage in dieses eingebracht werden.

Wie bei jedem Gegentaktbetrieb in einem thermisch stimulierten Bohrloch wird heißes Stimulationsmedium beiden Bohrlochkopf-Absperrorganen 36 und 37 zugeführt, so daß sowohl das Futter 18 als auch das mittige Leitungsrohr 21 der Komplettierung einen heißen Druckdampfstrom erhalten. Während dieser Vorheizperiode dringt eingeleiteter Druckdampf allmählich in die das Bohrloch umgebende Formation ein, wodurch der sonst viskose Kohlenwasserstoff fluidisiert und in eine fließfähige Emulsion umgewandelt wird.

Nach Ablauf einer ausreichend langen Zeit wird der Vorheizschritt unterbrochen, und Dampf wird nur noch über das Ventil 37 durch das Leitungsrohr 21 eingeleitet. Der Dampfstrom über das Ventil 36 in den Ringraum wird abgestellt. Diesem sekundären Aufheizschritt folgt ein vollständiges Abschalten der Dampfinjektion, um den Druck im Futter 17 zu senken. Ein minimaler Niederdruck-Dampfstrom durch das Leitungsrohr 21 dient jedoch dazu, die verminderte Viskosität des fließfähigen Kohlenwasserstoffge-

mischs bzw. dieser Emulsion zu unterhalten, so daß diese zum Bohrlochkopf 16 abgezogen werden kann.

Die erwärmte fließfähige Emulsion wandert von der unmittelbaren Umgebung des horizontalen Bohrlochs in die Futteröffnungen 19 und kontaktiert die äußere Stufe 32 des Filterbetts 28.

In dieser äußeren Filterstufe 32 werden größere Sandteilchen aufgehalten und sammeln sich um die Filteröffnungen an. Der Bitumen- oder Kohlenwasserstoffstrom strömt jedoch weiter durch den Filter und tritt in die innere Filterstufe 31 ein. In dieser werden die kleineren Sandteilchen aufgehalten und abgetrennt, so daß ein im wesentlichen partikelfreies Kohlenwasserstoffgemisch in die mittige Leitung der Futterrohranordnung eintritt.

Da diese mittige Leitung immer noch durch einen geringen Dampfzustrom bei vermindertem Druck erwärmt ist, behält die Kohlenwasserstoffemulsion ihren fluiden Zustand und kann somit zum Bohrlochkopf 16 abgepumpt werden.

Wenn der Filter so stark mit Sandteilchen beladen ist, daß sein Wirkungsgrad nachläßt, wird die gesamte Filtereinheit 28 aus dem Futter 17 entnommen und regeneriert. Dabei wird der Bohrlochkopf 16 entfernt, so daß die Filtereinheit in solcher Weise herausgezogen werden kann, daß jede Beschä-

digung der mit Sand dichtgepackten Filtersegmente vermieden wird.

Wenn die Filtereinheit herausgezogen wird, kontaktieren die jeweiligen Schuhe oder Streben 23 die Futterrohrwandung, wodurch die Beschädigung oder der Abrieb der Filteroberfläche reduziert wird unter gleichzeitiger Entfernung des Filters aus dem Bohrlochfutter.

Ein mit Sand verstopfter Filter kann so regeneriert werden, daß die Filterkerne 31 in ihrem Einbauzustand auf der Leitung 21 verbleiben. Alternativ können die einzelnen Filtersegmente sowie die Zwischenstreben 23 von der Leitung 21 demontiert und einzeln aufbereitet werden, um die angesammelten Teilchen zu entfernen.

Nach der Reinigung des Filters von Sand werden die nunmehr regenerierten Filterkerne 31 zusammen mit den beabstandeten Streben 23 wieder in ihre Lage auf der mittigen Leitung 21 gebracht. Der Filter kann nunmehr wieder in das Bohrlochfutter 17 eingesetzt und der Fördervorgang fortgesetzt werden.

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Claims (9)

T-O11 85 DE D 77,400-TCRL-2-1-F Bohrlochkomplettierung Patentansprüche

1. Bohrlochkomplettierung für ein in eine untertägige Lagerstätte, die teilweise aus nichtkonsolidierten Sandteilchen besteht, die ein freisetzbares viskoses Kohlenwasserstoffmaterial enthalten, abgeteuftes Bohrloch, wobei das Kohlenwasserstoffmaterial aus der Lagerstätte aufgrund thermischer Stimulation durch den Kontakt mit einem heißen Medium lösbar ist, die Bohrlochkomplettierung ein im Bohr- « loch angeordnetes Putter aufweist und *

im Bohrloch eine Filtereinheit herausnehmbar angeordnet ist, die einen Sandteilchen unterschiedlicher Größe mitführenden fluidisierten Strom des viskosen Kohlenwasserstoffmaterials aus der Formation aufnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit aufweist:

eine langgestreckte, mit Öffnungen (22) versehene Leitung (21), die gemeinsam mit dem Bohrloch (11) verläuft und am einen Ende mit einem unter Druck stehenden Vorrat des heißen Stimulationsmediums in Verbindung steht,

ein zylindrisches Filterbett (28), das von der langgestreckten Leitung (21) diese umgebend nach unten verläuft und eine innere sowie eine äußere Filterstufe (31 und 32) definiert,

wobei die innere Filterstufe (31) eine Masse von unge-•ordneten metallischen Fasern umfaßt, die verdichtet sind unter Bildung von gewundenen Durchgängen solcher Größe, daß der fluidisierte Kohlenwasserstoffstrom passieren kann, während der Durchgang der in einem vorbestimmten Größenbereich liegenden Sandteilchen blockiert wird, einen die innere Filterstufe (31) umschließenden metallischen Mantel (32) mit darin ausgebildeten Öffnungen, die den Durchtritt des Kohlenwasserstoffstroms erlauben und gleichzeitig den Durchtritt von Sandteilchen blockieren, die größer sind als die an der inneren Filterstufe (31) zurückgehaltenen Sandteilchen, und

mehrere seitliche Streben (23), die von der langgestreckten, Öffnungen aufweisenden Leitung (21) ausgehen und in Längsrichtung derselben voneinander beabstandet sind, so daß sie das zylindrische Filterbett (28) in einzelne Segmente unterteilen.

2. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel (32) ein metallisches Siebtuch ist.

3. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der metallische Mantel (32) ein perforierter Metallzylinder ist.
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4. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die innere Filterstufe (31) aus ungeordneten Stahlfasern gebildet ist.
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5. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen aufweisende Leitung eine kontinuierliche

biegsame Leitung (21) ist, die die Kontur des Bohrlochs (11) annehmen kann, wenn die Piltereinheit (28) in das « Bohrloch eingeschoben wird.

6. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede seitliche Strebe (23) aufweist:

einen von der langgestreckten Leitung (21) ausgehenden Hauptteil (24),

sowie wenigstens ein radiales Element (26), das von dem Hauptteil (24) nach außen zu einer Stelle an der Wandung der Bohrlochkomplettierung (17) verläuft.

7. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der metallische Mantel (32) außerhalb der seitlichen Streben (23) angeordnet ist. 5

8. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrlochfutter (17) horizontal im Bohrloch (11) positioniert ist und die seitlichen Streben (23) die lange Leitung (21) relativ zum Bohrlochfutter abstützen.

9. Bohrlochkomplettierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (21) im wesentlichen konzentrisch zum Bohrlochfutter (17) abgestützt ist.