DE69122693T2 - Vorrichtung zum schutz der bohrung vor korrosion oder ablagerungen, hervorgerufen durch das geförderte produkt oder in der bohrung vorhandene produkte - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Konzept zur Komplettierung eines Bohrloches, in welcher eine stählerne Ausbauverrohrung verwendet wird, die mit einer Förder- oder Injektionsverrohrung aus Verbundmaterialien verbunden ist, mit einem ringförmigen Zwischenraum.
• Die Erfindung ist insbesondere bei der Realisation geothermischer Bohrlöcher anwendbar, um die thermochemischen korrosiven und verkrustenden Effekte der geothermalen Flüssigkeit zu bekämpfen und die Langlebigkeit des Abbaus zu erhalten. Diese Probleme sind z.B. im Pariser Becken besonders gut bekannt sowie in einer Reihe von geothermischen "Doppeln" (Gesamtheit gebildet aus einem Produktionsbohrloch, welches der Entnahme des warmen Wassers aus dem Reservoir dient und einem Injektionsbohrloch, welches für die Wiedereinführung der Flüssigkeit in das Reservoir dient, nach der Extraktion der Kalorien), die seit den Siebzigerjahren realisiert wurden.
• Bei diesen Installationen umfaßt das warme Geothermal-Wasser-Fluid, dessen Temperatur zwischen 50ºC und 85ºC liegt und einen erhöhten Salzgehalt (15 bis 25 g/l) hat, eine gelöste gasförmige Phase, angereichert mit CO&sub2; und H&sub2;S, was ihr eine leichte Säure verleiht (pH von 6 bis 6,4). Diese Aggressivität führt in bestimmten gemessenen Bereichen des Reservoirs zu einer wiederholten und beschleunigten Beschädigung des Ausbaus unter dem Effekt der Korrosion und der Ablagerung, was die Rohre beeinflußt, und einer Abriegelung, welche die Fundstelle (den Bereich der Förderung des Reservoirs) beeinträchtigt.
• Der Mechanismus der Beschädigung kann wie folgt zusammengefaßt werden:
• - Korrosion der Verrohrung der Produktionsbohrlöcher und, in geringerem Maße, der Injektionsbohrlöcher;
• - Auflösung des Eisens der Verrohrung und Entstehen einer Lösung unter Bildung eines Eisensulfurs;
• - Ablagerung des Sulfurs an den Wänden des Stahles der Produktionsverrohrung ohne Schutz desselben (Fortsetzung der Kinetik der Korrosion unter Ablagerungen);
• - Antrieb in einer bestimmten Form (feste Lösungen) in dem Produktionswasser und Verschmutzung der Wärmetauscher, Ablagerung/Verkrustung der Injektorverrohrung und Ansammlung am Boden und an den Wänden der Fundstätte;
• - Anwachsen der Ladungsverlußte, Reduzierung der Zirkulationsdurchflusses des Geothermalringes und Unterbrechung des Ausbaus und der Oberflächenausrüstung.
• Die Maßnahmen zur Heilung und Prävention, die in Ermangelung einer Vermeidung eine Reduzierung der Beschädigungen erlauben, sind dreierlei:
• - Heilungsmaßnahmen; die Bohrlöcher werden durch ein Absenken einer herkömmlichen Garnitur aus Seilen und Stangen unter Rotation und Zirkulation von Schlamm von ihren Ablagerungen befreit, wie sie den Fachleuten gut bekannt ist; es wurden spezielle Produkte entwickelt, die eine Verringerung der Kosten dieser Eingriffe ermöglichen; das französische Patent 2 631 708 beschreibt eine dieser Vorrichtungen, basierend auf einem System umsponnener Röhren (bezeichnet als "coiled tubing");
• - Chemische Präventionsmaßnahmen, basierend auf der Injektion von Korrosions/ablagerungshemmmenden Mitteln am Boden des Bohrloches, jeweils mit einer auskleidungs (Korrosion) und einer Auflösungsfunktion (Ablagerung). Diese Injektion wird mittels einer Zusatzinjektionsröhre realisiert (TAL), deren Anordnung und Instandhaltung über die Zeit ebenfalls einer Beobachtung unterliegen; die französischen Patente 2 463 197 und 2 502 239 beschreiben jeweils ein Hemmungsverfahren durch die Injektion aliphatischer Amine und eine Injektionsvorrichtung am Boden des Bohrloches;
• - Alternative Lösungen für die Materialien; diese beruhen auf der Nutzung von Materialien, die entweder Resistent sind, oder, vorzugsweise, elektrochemisch inert gegenüber der Korrosion im System H&sub2;O-CO&sub2;-H&sub2;O sind. Die Wahl hochwertiger Legierungen (Cr, MO, Ni, etc....), bei erhöhten Kosten, zeigen unter anderem den Nachteil eine Fragilisation der festen Struktur in Anwesenheit von gelöstem H2S in geringer Konzentration, die bei herkömmlicherweise eingesetzten Kohlenstoffstählen inexistent ist. Die Verbundmaterialien sind passiv auf der Ebene der Korrosion; ihre Anordnung innerhalb einer Schmiede ist jedoch nicht ohne Risiko, aufgrund der mechanischen Charakteristik der eingesetzten Materialien. Aus dem gleichen Grunde besteht das Risiko der Beschädigung aufgrund von Eingriffen während der Nutzung. Die einfache Reibung eines Seiles, welches für die Absenkung von Werkzeugen für die elektrische Diagraphie verwendet wird, kann punktuell ein Loch in der Dicke der Verrohrung erzeugen.
• Dies belegt die Tatsache, daß die klassischen Lösungen zur Begegnung der Probleme der Beschädigung von Bohrlöchern aufgrund der Aggressivität der geothermalen Fluide, während ihres Einsatzes nicht zu verneinende Risiken bergen.
• Eine Vorrichtung zur Komplettierung von Bohrlöchern wird durch das Patent US 4 057 108 (Broussard) beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird der ringförmige Zwischenraum unter Druck gesetzt, um die Fluide der Lagerstätte aus der Verrohrung der Produktionskollone und den gegen Korrosion weniger widerstandsfähigen Teilen zu halten. Die Injektion von Produkten wie Korrosionsinhibitoren kann nur durch eine Aufhängungsvorrichtung verwendet werden. Das Patent US 4 615 387 (Johnson und Bednar) beschreibt eine Vorrichtung zur Komplettierung von Bohrlöchern, bei der die Zwischenpackungen ein Verzögerungsprodukt passieren lassen. Eine Vorrichtung am Boden verhindert jedoch jeden Druckausgleich der Vorrichtung.
• Die Erfindung, Gegenstand der vorliegenden Anmeldung, stellt eine andere Alternative dar, welche die Möglichkeiten der chemischen Präventionsmaßnahmen und der alternativen Materialien ohne deren Nachteile kombiniert.
• Das Verständnis der Erfindung und ihrer Vorteile wird erleichtert durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist:
• Figur 1 zeigt ein Beispiel der Komplettierung von geothermischen Produktionsbohrlöchern gemäß der Erfindung,
• Figuren 2, 3 und 4 belegen gewisse inherente Risiken der klassischen Lösungen, die durch die Lösung vermieden werde, die Gegenstand der Erfindung ist;
• Figur 5 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante der Erfindung;
• Figur 6 zeigt ein Detail der Erfindung.
• In der Figur 1 sind die Formationen vom Dach des zu nutzenden Reservoirs mit großem Durchmesser angebohrt. Eine Verrohrung mit traditioneller Abstützung 2 sind vor der Bohrung des Reservoirs angeordnet und einzementiert.
• Nach der Bohrung des Reservoirs wird eine Produktionskollone 3 aus Verbundmaterialien angeordnet. Um eine eventuelle Installation einer getauchten Pumpe zu erlauben, hat der obere Teil der Produktionskollone 3 einen großen Durchmesser, wodurch eine Pumpenkammer gebildet wird. Um eine "Lockerung" der Produktionsverrohrung zwischen zwei festen Punkten zu vermeiden, ein Nachteil der den klassischen Systemen inhärent ist, ist diese mittels einer bestimmten Vorrichtung 4 angeordnet, die gleichzeitig mit dem Absenken der Verrohrung 3 angeordnet wird. Der untere Teil der Verrohrung wird an dieser aufgehängt, die gleichzeitig als Sitz für den oberen Teil dient. Die Verschiebungen dieses letzteren werden am Kopf durch eine Manschette 5 aufgefangen. Das andere Ende des unteren Teiles gleitet frei endang seiner Achse in der Verrohrung der Aufhängung 2. Die Gesamtheit der Verrohrung 3 wird durch Zentrierungen 7 aus einem Kompositmaterial zentriert.
• Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen ringförmigen Raum 6 zwischen der zementierten Eisenverrohrung 2 und der Verrohrung aus Kompositmaterialien 3 bereitzustellen, wobei dieser ringförmige Raum 6 frei und reduziert ist.
• Auf diese Weise entspricht die Dicke des ringförmigen Raumes 6, im Falle von Eisen- und Kompositverrohrungen mit Standarddurchmessern, entsprechend den herkömmlichen Produkten der Hersteller:
• - Eisenverrohrung Durchmesser 18"5/8 e = 30 mm
• - Eisenverrohrung Durchmesser 13"3/8 e = 7,1 mm
• - Eisenverrohrung Durchmesser 10"3/4 e = 13,3 mm
• - Eisenverrohrung Durchmesser 9"5/8 e = 20,1 mm
• Man kann diese Werte mit den Werten herkömmlicher Komplettierungen vergleichen, wie sie gängigerweise im Bereich der Erdöhlförderung eingesetzt werden, bei denen für klassische Durchmesser, Verrohrungen des Durchmessers 9"5/8 und 7", die Werte der Dicke jeweils 42 und 66 mm sind.
• Die Anordnung der Verrohrung aus Verbundmaterialien 3 kann in beispielhafter Weise vorteilhafter Weise auf die folgende Art erfolgen:
• - der untere Teil der Verrohrung aus Verbundmaterialien 3 wird ohne Stöße durch Schwerkraft in das Bohrloch mittels Einrichtungen wie Hebern, hydraulisch, dynamometrischen Schlüsseln, Winden und Verfahren abgesenkt, wie sie auf klassische Weise im Bereich der Erdöhiförderung zur Anordnung von Verrohrungen eingesetzt werden.
• - es wird sodann fortgefahren mit Befestigung durch Anschrauben der Sitz-/Aufnahmevorrichtung 4, Ausgleichen der Aufhängung und Reduzierung des Durchmessers, der oberhalb der Vorrichtung 4 plaziert ist, gefolgt von dem Anschrauben des ersten Elementes des oberen Teiles mit großem Durchmesser, der Verrohrung aus Verbundmaterialien.
• - In Falle, daß die relative Brüchigkeit der Verrohrung mit großem Durchmesser zunehmen kann, kann das Absenken der letzteren durch einen Zug aus Stangen und eine Haltevorrichtung unterstützt werden, das im englischen Wordaut als "liner hanger" bezeichnet wird, die am ersten Element der Komposirverrohrung 3 aufgehängt ist, an einem Ort, der zu diesem Zweck in einem angepaßten Ausgleich vorgesehen ist. Nachdem der Sitz zur Aufnahme angeordnet wurde und nicht wie im Fall eines Packers auf dem unteren Eisenrohr zur Aufhängung als Teleskopverlängerung mit der Pumpenkammer aufgehängt wurde, schreitet man zur Montage des Bohrlochkopfes.
• Außerdem ist die Aufnahme 4 auf eine Weise aufgenommen, um die hydraulische Kontinuität im ringförmigen Raum 6 sicherzustellen.
• Der freigehaltene, ringförmige Raum 6 zwischen der Kompositverrohrung 3 und der Aufhängungsverrohrung 2 erlaubt:
• - die gleichmäßige Druckverteilung im Inneren der Produktionsverrohrung und dem Kreislauf, wodurch die Erzeugung schädlicher Einflüsse auf das Komposit vermieden werden und eine bessere Amortisation von Druckstößen und Stößen während der Produktion geboten wird;
• - die Kontrolle der Dichtigkeit, bei der Eisenverrohrung 2 und der Kompositverrohrung 3;
• - die Injektion von Verzögerungsmitteln mit geringer Last am Kopf des Bohrloches an der Oberfläche, ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Injektionsrohre; jegliches inhärentes Risiko bei der Anordnung einer derartigen Vorrichtung (Verlust der Last, Zerreißen, Verlust des Rohres, Unterbrechung der Förderung) kann damit vermieden werden;
• - die Vermeidung der inhärenten Probleme am Fußpacker (Anordnung, Verankerung, Instandhaltung über die Zeit).
• Die Injektion von Verzögerungsmitteln und leichtem Druck in den Ringraum 6 vermeidet jeden Kontakt (und damit jedes Risiko von Korrosion) zwischen dem geothermalen Fluid und der Halteverrohrung 2. Ein anderer wichtiger Vorteil ist, daß die Injektion ohne Unterbrechung der Förderung durchgeführt werden kann.
• Die in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten klassischen Lösungen des Standes der Technik, machen die Anordnung von Fußpackern notwendig, deren Nachteile den Fachleuten bekannt sind.
• Die Lösungen der Figuren 2 und 3 umfassen eine Führung der Kompositverrohrung 3 im Fußpacker 9 mittels einer "Schürze" zur Verankerung 11; die Führung ist extern in der Lösung der Figur 2 und intern in derjenigen der Figur 3.
• Die Dichtigkeit des Ringraumes in der Lösung wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt wird durch die Gelenke 10 sichergestellt. Sie kann jedoch nicht auf Zeit garantiert werden. Sie verlangt daher eine spezielle Intervention (work-over) mit allen Unsicherheiten dieser Art der Arbeit bei Kompositverrohrungen.
• Ebenso unterliegen die zu berücksichtigenden Grundlagen der Berechnung des an der Verrohrung, vor der Verankerung am Kopf des Bohrloches und der durch thermische und mechanische Dillatationen induzierten Längungen, anzulegenden Zuges, da es sich oft um umgeleitete Bohrlöcher handelt, oftmals Unsicherheiten: Kenntnis der Reibungskräfte zwischen Kompositverrohrung/Eisenverrohrung, Nominalstrecke und Realstrecke der Verrohrung.
• Die in Figur 4 gezeigte Lösung ist eine Vereinfachung der vorhergehenden Lösungen, mit den gleichen Nachteilen; zusätzlich wird die Kompositverrohrung 3 zwischen zwei festen Punkten ohne die Möglichkeit des Gleitens in der Schürze des Packers gehalten, wie in den Lösungen der Figuren 2 und 3.
• Die Erfindung, Gegenstand der vorliegenden Anmeldung, eliminiert diese Nachteile. Die Einfachheit der Konzeption erleichtert die Anordnung der Kompositverrohrung. Die Abwesenheit der festen Punkte an der Basis ermöglicht die Lösung von Spannungen, die eventuell durch lokale Reibungen während des Absenkens eingeführt werden können.
• Die Verbundmaterialien der Produktionsverrohrung 3 können Epoxy (Kunstharz), aliphatische Amine (Härter) und Glasfasern vom Typ E (Verstärkung) umfassen; doppeltes Umwickeln der Fasern und axiale Verstärkung; bei Erdölanwendungen können die gezogenen Gelenke manschettenartig gemäß der Norm API sein. Karbon und Polyamides können alternative Materialien zum Glas sein, was die Verstärkungsfasern angeht.
• Um den punktuellen Verschleiß der Verrohrung 3 im Falle der wiederholten Absenkung von Werkzeugen der Diagraphie zu vermeiden, kann man den Verbundmaterialien, die die Verrohrung bilden, Antiverschleißmittel zufügen
• Die Halterohre 2 können klassische Eisenrohre mit Kohlenstoff sein.
• Die Figur 5 zeigt eine mögliche Anwendung an einem geothermischen Bohrloch oder einem Bohrloch zur klassischen Erdöhlanwendung bei dem keine Pumpenkammer notwendig ist.
• Die Figur 6 zeigt das Detail der Sitz-Aufnahme Anordnung 4.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Haltevorrichtung 4, wird diese wie folgt realisiert und eingesetzt:
• - das Haltesystem 4 wird in Richtung des Absenkens der Verrohrung 3 zwischen einer oberen Manschette 14 und einer unteren Manschette 17 einer kurzen Röhre 18 der Verrohrung 3 gehalten, positioniert als Funktion des Randes des oberen Teiles der Halteröhre 2 und den jeweiligen Längen der oberen und unteren Teile der Verrohrung 3, unterteilt durch die Röhre 18;
• - das System 4 umfaßt darüber hinaus einen Sitz 12, abgestützt auf dem oberen Teil der Halteröhre 2 und ausgestattet mit Öffnungen 13, die eine hydraulische Kontinuität des Ringraumes 6 sicherstellen;
• - der Sitz 12 trägt die Gesamtheit der Verrohrung 3 mittels der oberen Manschette 14, abgestützt auf einem Riegel 15 und eventuell einem Scbutz 16, der aus einem polymerischen Material gemacht sein kann

Claims (12)

1.Vorrichtung zur Komplettierung eines Bohrlochs für die Förderung und/oder Injektion eines unterirdischen Fluids, in welcher eine stählerne Ausbauverrohrung (2) verwendet wird, die gemäß den üblichen Regeln des Standes der Technik angebracht und einzementiert und mit einer eingehängten Förder- oder Injektionsverrohrung oder -tour (3) für das Fluid verbunden ist, wobei gegebenenfalls Korrosionsinhibitoren mit niedrigem Durchsatz ohne Unterbrechung der Förderung in den ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Verrohrungen (2) und (3) eingespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderverrohrung oder -tour (3) lediglich frei eingehängt und von einem Aufbau (4) getragen ist, der einerseits eine Aufnahme (12), die auf der Ausbauvenohrung in Höhe des oberen Teils oder Kopfs dieser Verrohrung (2) angebracht ist, und andererseits Positioniermittel (15) für die Förderverrohrung oder -tour (3) auf der Aufnahme (12) umfaßt, welche die hydraulische Kontinuität des ringförmigen Zwischenraums (6) hinter der Förder- oder Injektionsverrohrung oder -tour (3) sicherstellt, welche mit ihren Zentriermitteln aus Verbundmaterialien besteht, was es erlaubt, außer dem Vorhandensein der Zentriermittel, den ringförmigen Zwischenraum (6) frei zu machen und ihn und die Förderverrohrung (3) unter gleichen Druck zu setzen, wobei es möglich ist, die Stahlverrohrung (2) von dem geothermischen oder einem anderen gewonnenen oder eingepreßten Fluid zu isolieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Aufbau (4) bestehende Träger der Förderverrohrung so konstruiert ist, daß er gleichzeitig mit der Verrohrung (3) niedergebracht und angebracht werden kann.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Förderverrohrung (3) tragende Auf-bau (4) zwischen der oberen Muffe (14) und der unteren Muffe (17) eines kurzen Rohres (18) der Verrohrung (3) festgehalten wird und eine Aufnahme (12) umfaßt, die mit Öffnungen (13) versehen ist, welche die hydraulische Kontinuität des ringförmigen Zwischenraums (6) sichern, und auf welcher ein Flansch (15) mit einem Schutz (16) sandwichaitig zwischen sich und der Aufnahme (12) aufliegt, wobei der Flansch (15) die obere Muffe (14) der Förderverrohrung (3) blockiert.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderverrohrung (3) ein Verbundmaterial umfaßt, in welchem beispielsweise Epoxidharz, aliphatische Amine als Härter und eine axial versteifende Verstärkung mit doppelter Filamentwicklung aus Fasern aus Glas E kombiniert sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern der Verrolirung (3) aus Kohlenstoff oder Polyaramid sein können.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial der Verrohrung (3) Verschleißschutzmittel enthält.

7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 in einem Erdölbohrloch, das einen besonderen Schutz vor Korrosion oder Ablagerungen benötigt.

8. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 in einem beliebigen Bohrloch, das Fluide, die gegenüber herkömmlichen Verrohrungen aggressiv sind, enthält oder fördert oder in welches diese eingepreßt werden.

9. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 in Bohrlöchern für die Trinkwasserversorgung.

10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 in Bohrlöchern für das Einpressen von Abwässern.

11. Verwendung der Vonichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 in thermalen Bohrlöchern.

12. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 in Förder- oder Injektionsbohrlöchern bei der Sekundärförderung.