DE4206331A1 - Kugelabdichtungen und verwendung derselben zur bohrlochbehandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kugeldichtungen sowie deren Ver­ wendung zur Bohrlochbehandlung. Zum einen handelt es sich bei der Erfindung um ein Bohrlochbehandlungsverfahren, bei welchem die entsprechenden Flüssigkeiten in die For­ mation abgeleitet werden. Andererseits bezieht sich die Erfindung auf Kugeldichtungen, die dazu eingesetzt wer­ den können, Bohrlochperforationen abzudichten.

Es ist übliche Praxis, bei dem Einbringen von Öl- und Gas­ bohrungen einen Rohrstrang, der auch als Auskleidung be­ kannt ist, in das Bohrloch einzubringen, wobei Beton um die Außenseite der Auskleidung aufgetragen wird, um die verschiedenen Formationen, die von dem Bohrloch durchdrun­ gen werden, zu isolieren. Um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kohlenwasserstoff führenden Formationen und dem Inneren der Auskleidung herzustellen, werden die Aus­ kleidung und die Betonumhüllung perforiert.

Zu verschiedenen Zeiten während der Lebensdauer des Bohr­ loches kann es erstrebenswert sein, das Produktionsausmaß der Kohlenwasserstoffe zu erhöhen, indem entsprechende Be­ handlungsflüssigkeiten, wie Säuren, Lösungsmittel oder ober­ flächenaktive Mittel eingesetzt werden. Wenn nur ein kurzer, einzelner Abzugsbereich in dem Bohrloch perforiert worden ist, strömt die Behandlungsflüssigkeit dort in den Abzugsbereich hinein, wo dies erforderlich ist. Wenn die Länge der per­ forierten Abzugszone oder die Anzahl der perforierten Be­ reiche ansteigt, wird die räumliche Anordnung der Flüssig­ keitsbehandlung in den Bereichen der Abzugszonen, dort, wo dies erforderlich ist, schwieriger. So werden beispielsweise die Zwischenschichten mit der höchsten Permeabilität mit größter Wahrscheinlichkeit den größten Teil einer vorbestimm­ ten Behandlungsflüssigkeit aufnehmen, während die Zwischen­ schichten, die am geringsten durchlässig sind, tatsächlich unbehandelt verbleiben. Dementsprechend sind Techniken ent­ wickelt worden, um das Behandlungsfluid von dem Weg des ge­ ringsten Widerstandes abzuleiten, so daß auch die Zonen ge­ ringer Permeabilität ebenfalls behandelt werden.

Eine Technik, mittels welcher die Ableitung erreicht ist, um­ faßt den Einsatz von Einrichtungen, wie Dichtungsstücken, inner­ halb des Bohrloches. Obwohl diese Einrichtungen wirkungsvoll sind, führen sie zu hohen Kosten aufgrund des Erfordernisses der Verwendung entsprechender Zusatzeinrichtungen, die man während der Rohrabdichtung benötigt. Außerdem nimmt die mecha­ nische Verläßlichkeit ab, je weiter die Tiefe des Bohrloches fortschreitet.

Dementsprechend sind beträchtliche Anstrengungen der Ent­ wicklung alternativer Ableitungsmethoden gewidmet worden. Eine vielfach eingesetzte Ableitungstechnik verwendet kleine gummiüberzogene Kugeln, die als Kugeldichtungen bekannt sind, um Gehäuseperforationen abzudichten.

Diese Kugeldichtungen werden in ein Bohrloch zusammen mit dem Formationsbehandlungsfluid eingepumpt. Die Kugeln werden durch das Bohrloch hinabgeführt und setzen sich auf die Perforationen durch den Fluidstrom, der sich durch die Perforationen in die Formation hineinbewegt. Die Kugeln setzen sich auf die Per­ forationen auf und werden dort festgehalten durch das Druck­ differential über die Perforationen.

Die Hauptvorteile des Einsatzes der Kugeldichtungen liegen darin, daß sie ein einfaches Ableitungsmittel darstellen, eine positive Abdichtung gewährleisten, keine Beeinflussung der Formation dar­ stellen und ein geringes Risiko besteht, daß das Bohrloch be­ schädigt wird.

Die Kugeldichtungen werden an der Oberfläche injiziert und durch das Behandlungsfluid transportiert. Neben einem Kugelinjektor ist keine spezielle oder zusätzliche Behandlungsausrüstung erfor­ derlich. Die Kugeldichtungen sind so ausgelegt, daß sie eine äußere Abdeckung besitzen, welche eine Dichtung für die ausge­ bildete Perforation bildet, während sie einen festen, stabilen Kern besitzen, der einem Eindringen oder einem Durchdringen der Perforation zu widerstehen vermag. Dementsprechend dringen die Kugeldichtungen nicht in die Formation ein und können dement­ sprechend die Strömungscharakteristika der Bohrung nicht dauerhaft schädigen.

Verschiedene Anforderungen müssen wiederholt eingesetzte Kugeldichtungen erfüllen, wie sie heute normalerweise ein­ gesetzt werden. Zunächst müssen die Kugeldichtungen chemisch inert sein in einer Umgebung, der sie ausgesetzt sind. Zum zweiten müssen sie wirkungsvoll abdichten und trotzdem nicht in die Perforationen extrudieren. Drittens müssen die Kugel­ dichtungen die Perforationen freigeben, wenn das Druckdiffer­ ential über die Perforation freigesetzt wird.

Um diese Erfordernisse zu erfüllen, sind verschiedene Materia­ lien für Kugeldichtungen vorgeschlagen worden, wie Gummi, Nylon, Kunststoff, Aluminium, gummiüberzogenes Aluminium, gummiüber­ zogenes Phenol, gummiüberzogenes Nylon und sogar permeable Wal­ nußschalenkugeln aus verfestigtem Kunststoff. Eine Schwierig­ keit bei allen Dichtungen, die aus derartigen Materialien her­ gestellt sind, besteht darin, daß die gegenwärtig verfügbaren Kugeln oft keinen hinreichenden Widerstand gegen den chemischen Angriff durch die Behandlungsfluide aufweisen. Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, daß die Materialien mit einer Tem­ peraturfestigkeit, die für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist, eine hohe Dichte besitzen, verglichen mit herkömmlichen Behandlungsflüssigkeiten. Im Fall von gummiüberzogenen Kugeln kann die Perforation tatsächlich das Gummi in dem Bereich der Druckdichtung durchschneiden. Nachdem die Kugeldichtung ihre strukturelle Integrität verliert, ist das gelöste Gummistück frei, um sich dauerhaft in die Perforation hineinzusetzen, so daß die Strömungskapazität der Perforation verringert wird und das Bohrloch damit einen dauerhaften Schaden erleidet. Eine exzessive Hitze, wie sie gegenwärtig in Tiefbohrungen vorliegt, kann ebenfalls dazu führen, daß derartige Kugeldichtungen ihre strukturelle Integrität verlieren. Tiefere Bohrungen verlangen Stimulierungstätigkeiten, die unter Bedingungen durchzuführen sind, die die übrigen Temperatur- und Druckgrenzen gegenwärtig verfügbarer Kugeldichtungen geringer Dichte überschreiten. Verfügbare Kugeldichtungen niedriger Dichte sind nicht ge­ eignet für Temperaturen über 177°C (350°F) oder Drucken über 562,5 kg/cm² (8000 psi).

Es besteht daher ein Bedürfnis für Kugeldichtungen geringer Dichte mit einer guten Funktion in heißen, aggressiven Um­ gebungen, insbesondere in der Anwesenheit saurer Fluide.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, der­ artige Kugeldichtungen zur Verfügung zu stellen und diese für eine Formationsbehandlung einzusetzen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen an­ gegebenen Merkmale.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung lassen sich die Ein­ schränkungen herkömmlicher Kugeldichtungen überwinden, indem man Kugeldichtungen mit einem Polyätherätherketon Polymeren (PEEK) vorsieht. Derartige Kugeldichtungen widerstehen einer chemi­ schen Zersetzung durch die Behandlungsfluide, während sie wirkungsvoll Perforationen in der Auskleidung abzudichten ver­ mögen und sich einer Extrusion durch die Perforation wider­ setzen. Derartige Kugeldichtungen besitzen keinen äußeren Über­ zug,der eingeschnitten werden kann, oder sich von dem Kern löst. Wenn sie bei hohen Temperaturen und einem entsprechenden Druck­ differential eingesetzt werden, deformieren die Kugeldichtungen, die aus PEEK hergestellt sind, sich so, daß sie eine gute Dichtung für die Perforationen herstellen. Die Kugeldichtungen können andererseits in üblichen Verfahren eingesetzt werden, um Fluide abzuleiten bei der Behandlung unterirdischer Forma­ tionen, wobei die Kugeln hinsichtlich ihrer Größe so ausge­ bildet sind, daß sie die Perforationen abzudichten vermögen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Verfügung gestellt, um die Fluide zur Behandlung unterirdischer Formationen abzuleiten. Das Ver­ fahren umfaßt bevorzugt den Einsatz der oben beschriebenen Kugeldichtungen, wobei es jedoch auch mit anderen Typen von Kugeldichtungen ausgeführt werden kann, mit der Maßgabe, daß die Dichte der Kugeldichtungen geringer ist als diejenige der Behandlungsflüssigkeit, jedoch größer als diejenige eines ausgewählten Nachfolgefluids. Das Verfahren wird ausgeführt, indem man eine Mehrzahl von Kugeldichtungen durch das Bohr­ loch abwärts führt, bis die Kugeldichtungen sich auf die Per­ forationen innerhalb des Bohrloches aufsetzen und diese ab­ dichten. Die Behandlungsflüssigkeit wird dann durch die nicht abgedichteten Bereiche abgelenkt und stellt wirksame Maß­ nahmen zur Injektion der Behandlungsfluide durch die ange­ strebten Bohrlochperforationen zur Verfügung. PEEK ist be­ sonders geeignet für die Verwendung als Kugeldichtungen bei Hochtemperaturanwendungen, da seine relativ geringe Dichte einen Auftrieb zur Verfügung stellt, verglichen mit anderen Materialien, die bei hohen Temperaturen stabil sind. Durch die anschließende Einleitung eines Nachfolgefluids mit einer Dichte, die geringer ist als diejenige der ausgewählten Kugeldichtungen in die Auskleidung und die anschließende Freisetzung des Differentialdruckes, lösen sich die Kugeldichtungen ab und sammeln sich am Boden der Auskleidung, wo sie die Produktion aus dem Bohrloch nicht stören.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merk­ male ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzug­ ter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Bohrloch zur Erläuterung der Durchführung der Erfindung und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Kugeldichtung.

Eine Ausgestaltung der Erfindung soll anhand der Fig. 1 er­ läutert werden. Das Bohrloch 10 gemäß Fig. 1 ist mit einer Aus­ kleidung 12 versehen, die sich über mindestens einen Teil seiner Länge erstreckt, wobei um die Außenseite der Auskleidung 12 Beton aufgebracht ist, um die durchdrungenen Formationen oder Inter­ valle zu isolieren. Vorzugsweise läuft die Auskleidung über die gesamte Länge des Bohrloches. Die Betonumhüllung 13 er­ streckt sich von dem Boden des Bohrloches nach oben in einem Ring zwischen der Außenseite der Auskleidung und der Innenseite der Wandung des Bohrloches, zumindest bis zu einem Punkt ober­ halb der Förderzwischenschicht 15. Um die Kohlenwasserstoffe aus der Förderzwischenschicht 15 zu produzieren, ist es erforder­ lich, eine Fluidverbindung zwischen der Förderzwischenschicht 15 und dem Inneren der Auskleidung 12 herzustellen. Dies wird durch Perforationen 14 erreicht, die durch die Auskleidung 12 und die Betonumhüllung 13 hindurchgebracht werden durch Ver­ fahren und Maßnahmen, wie sie den Sachverständigen auf diesem Gebiet bekannt sind. Die Perforationen bilden einen Strömungs­ weg für Fluide von der Formation in die Auskleidung hinein und umgekehrt.

Die Kohlenwasserstoffe, die aus der Förderzwischenschicht 15 durch die Perforationen 14 in das Innere der Auskleidung 12 strömen, können durch ein Förderrohr 16 zur Oberfläche trans­ portiert werden. Ein Dichtungsstück 17 kann in der Nähe des unteren Endes des Förderrohres 16 angebracht werden, und zwar oberhalb der höchsten Perforation, um eine Druckdichtung auszu­ bilden zwischen dem Förderrohr 16 und der Auskleidung 12. Es werden nicht immer Förderrohre eingesetzt, wobei in einem sol­ chen Fall das gesamte innere Volumen der Auskleidung dazu dient, die Kohlenwasserstoffe zur Erdoberfläche zu führen.

Wenn eine Ableitung während einer Bohrlochbehandlung erforder­ lich ist, werden Kugeldichtungen 20 eingesetzt, um einige der Perforationen abzudichten. Diese Kugeldichtungen besitzen vor­ zugsweise inetwa sphärische Form, wobei jedoch auch andere geometrische Ausgestaltungen eingesetzt werden können.

Die Verwendung von Kugeldichtungen 20 zum Abdichten einiger der Perforationen 14 wird erreicht, indem man die Kugeldich­ tungen 20 in die Auskleidung während einer vorbestimmten Zeit­ dauer im Laufe der Behandlung einführt.

Wenn die Kugeldichtungen 20 in das Fluid oberhalb der per­ forierten Teile der Auskleidung eingeführt werden, werden sie durch das Förderrohr 16 oder die Auskleidung mit Hilfe des Fluidstromes nach unten geführt. Nachdem das Fluid an einen perforierten Abschnitt innerhalb der Auskleidung ankommt, strömt es nach außen durch die Perforationen 14 in die zu behandelnde Zwischenschicht 15 hinein. Die Strömung des Behandlungsfluids durch die Perforationen 14 trägt die Kugeldichtungen 20 in Richtung auf die Perforationen 14 und bewirkt, daß sie sich auf die Perforationen 14 aufsetzen. Nachdem sie sich auf die Perforationen aufgesetzt haben, werden die Kugeldichtungen 20 auf diesen Perforationen durch das Fluiddruckdifferential ge­ halten, das zwischen der Innenseite der Auskleidung und der fördernden Zwischenschicht 15 auf der Außenseite des Gehäuses besteht. Die Kugeldichtungen besitzen vorzugsweise eine solche Größe, daß sie die Perforationen abdichten, nachdem sie sich hierauf aufgesetzt haben. Die aufgesetzten Kugeldichtungen die­ nen einem wirkungsvollen Verschluß der Perforationen 14, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Druckdifferential umgekehrt wird und die Kugeldichtungen freigesetzt werden.

Die Kugeldichtungen 20 neigen dazu, zunächst die Perforationen abzudichten, durch welche das Behandlungsfluid am schnellsten fließt. Das bevorzugte Verschließen der Perforationen mit dem höchsten Strömungsdurchsatz neigt dazu, die Behandlung der Förderzwischenschicht über den gesamten perforierten Abschnitt gleichmäßig zu gestalten.

Für eine maximale Wirksamkeit bei dem Aufsetzen der Kugel­ dichtungen auf die Perforationen sollten diese vorzugsweise eine Dichte besitzen, die geringer ist als die Dichte der Be­ handlungsflüssigkeit in dem Bohrloch bei den Temperatur- und Druckbedingungen, die unten im perforierten Bereich anzutreffen sind. Wenn eine Kugeldichtung nicht hinreichend fest ist, um diesem Druck zu widerstehen, kollabiert sie, wodurch die Dichte der Kugeldichtungen ansteigt bis auf eine Dichte, die leicht diejenige der Fluiddichte überschreiten kann. Unter solchen Be­ dingungen nimmt die Leistungsfähigkeit ab. Bestimmte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung sind besonders geeignet für den Ein­ satz in tiefen Bohrungen, in welchen der Bodendruck während der Behandlungen im allgemeinen im Bereich von 351 bis 1758 kg/cm² (5000 bis 25 000 psi) und normalerweise im Bereich von 562 bis 1406 kg/cm² (8000 bis 20 000 psi) liegt. Bohrungen mit einem Bodendruck im Bereich von 703 bis 1406 kg/cm² (10 000 bis 20 000 psi) sind einer Behandlung nach bestimmten Ausführungsformen der Erfindung besonders zugänglich. Da die Fluide, die für die Bohr­ lochbehandlungen eingesetzt werden, im allgemeinen Dichten von etwa 0,7 g pro g/cm³ bis 1,5 g/cm³ oder mehr besitzen, normaler­ weise liegt der Bereich zwischen 0,9 und 1,4 g/cm³ und für saure Fluide vorzugsweise im Bereich von 1,1 bis 1,4 g/cm³, liegt ein Vorteil des Einsatzes einer PEEK-Kugeldichtung darin, daß die Dichte leicht variiert werden kann über einen großen Teil dieses Bereiches. Eine solche Kugeldichtung, die in der Lage ist, dem typischen Bohrlochbodenbehandlungsdruck zu widerstehen, je­ doch eine Dichte beizubehalten, vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 1,4 g/cm³, ist in Fig. 2 wiedergegeben. Diese sphä­ rische Kugeldichtung 20 besitzt einen sphärischen Kern 101, der aus PEEK besteht. Luft oder ein anderes Gas kann in die Dichtungen während des Herstellungsverfahrens injiziert werden, um die Dichte zu reduzieren, wenn dies angestrebt wird, wobei auch hohle Glasmikrokugeln eingesetzt werden können. Glasfasern können zugegeben werden, um die spezifische Dichte zu erhöhen. Graphit und/oder Kohlenstoff-Fasern können zur Reduzierung der Dichte beigegeben werden. Mischungen aus Graphit und Glas werden vorzugsweise eingesetzt für eine "Feinabstimmung" der Dichte der Kugeln innerhalb des Bereiches von 1,1 bis 1,4 g/cm³. Durch die Einstellung der Dichte der Dichtungen in der Weise, daß sie weniger dicht sind als das Behandlungsfluid, jedoch dichter als ein ausgewähltes Nachfolgefluid, kann man be­ wirken, daß die Dichtungen zum Boden der Auskleidung absinken, indem man das Gehäuse mit dem Nachfolgefluid auffüllt vor dem Freisetzen des Differentialdruckes, wodurch die Dichtungen von den Perforationen freigesetzt werden. Die Dichtungen können her­ gestellt werden durch übliche Injektionsformtechniken oder Spritzformverfahren. Die tatsächlichen Formbedingungen ändern sich mit unterschiedlichen PEEK-Zusammensetzungen und können durch Sachverständige auf diesem Gebiet bestimmt werden.

Untersuchungen sind an den PEEK-Kugeldichtungen durchgeführt worden und haben gezeigt, daß sie mechanisch stabil sind, wenn sie einem hydrostatischen Druck von 1758 kg/cm² (25 000 psi) ausgesetzt werden. Die Kugeldichtungen (2,22 cm, 7/8 Zoll) sind erfolgreich getestet worden bei 352 kg/cm² (5000 psi) Differentialdruck über simulierte Perforationen (0,81 cm, 0,32 Zoll) bei Temperaturen in der Größenordnung von 211°C (430°F). Hochtemperaturwiderstand ist ein wichtiger Vorteil, den die PEEK-Kugeldichtungen gemäß der Erfindung bieten. Kugel­ dichtungen niedriger Dichte herkömmlicher Art sind im allgemei­ nen nicht für einen Einsatz oberhalb von 148,9°C (300°F) geeignet. Die erfindungsgemäßen Kugeldichtungen führen zu guten Erfolgen über einen Temperaturbereich von 172 bis 321°C (350 bis 610°F), insbesondere im Bereich von 204 bis 315°C (400 bis 600°F). Im Bereich von 260 bis 315°C (500 bis 600°F) stellt die Erfindung wesentlich bessere Ergebnisse zur Ver­ fügung als andere polymere Materialien.

Die Erfindung soll nachfolgend an Beispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1

Gelüftete Kugeldichtungen wurden in einen Becher (4 cz.) mit 50%iger HCL eingegeben. Drei Kugeldichtungen wurden in jedem Behälter plaziert und dann mit einer Dichtung abgedeckt. Die Becher wurden in einen Autoklaven eingegeben und auf 204°C (400°F) erhitzt, wobei der Druck bei 563 kg/cm² (800 psi) während einer achtstündigen Testperiode gehalten wurde.

Beobachtungen vor dem Test

0,9SG (PEEK-Kern) - Sie waren fest, besaßen eine sphärische Form und schwammen in dem Säuresystem.

0,9SG (phenolischer Kern) - Sie waren fest, besaßen eine sphä­ rische Form und schwammen in dem Säuresystem.

Beobachtungen nach dem Test

0,9SG (PEEK-Kern) - Ein durchschnittliches Vor- und Nachgewicht wurde ermittelt mit einem 0,55 g Gewichtszuwachs. Die Kugel­ dichtungen verblieben in einer schwimmenden Position nach dem Test wie zuvor. Zwei der Kugeldichtungen waren auf einer Seite ausgehöhlt, und das äußere zeigte Anzeichen von Verschlechterung.

0,9SG (phenolischer Kern) - Ein durchschnittliches Vor- und Nachgewicht für die Kugeldichtungen führte zu einem durch­ schnittlichen Gewichtsgewinn von 2,50 g. Das gesamte Er­ scheinungsbild war ähnlich dem der nicht getesteten Dichtungen mit wenig Verschlechterungsbeobachtung der äußeren Erscheinung. Sie schwammen in dem Säuresystem vor dem Test, aber als sie nach dem Test entfernt wurden, befanden sich drei Kugeldich­ tungen in Dreieckform am Boden des Bechers (4 oz). Sie waren sehr eng zusammenverkeilt, wodurch sich eine Abweichung von der Kugelform ergab.

Zusätzliche Informationen sind wie folgt:

Die 0,9SG PEEK-Kugel - 0,9 spezifische Dichte
Durchschnittliches Gewicht vor dem Test: jeweils 5,03 g
Durchschnittliches Gewicht nach dem Test: jeweils 8,5 g
Durchschnittlicher Gewichtsanstieg pro Kugel: 3,55 g (oder 70,6%)

Die 0,9SG Kugel mit phenolischem Kern - 0,9 spezifische Dichte
Durchschnittliches Gewicht vor dem Test: jeweils 5,18 g
Durchschnittliches Gewicht nach dem Test: jeweils 7,60 g
Durchschnittlicher Gewichtsanstieg pro Kugel: 2,50 g (48,3%)

Beispiel II

Die Untersuchung einer glasgefüllten PEEK-Kugeldichtung sollte bestimmen, ob sie ihre Form unter hohen Temperatur- und Druck­ bedingungen aufrechterhalten würde. Diese Kugeldichtungen be­ saßen eine hellbraune Farbe mit einem festen Kern.

Jede dieser vier Kugeldichtungen wurde in einen Becher (4 oz.) eingebracht, die 100 ml 28%iger HCl enthielten. Die Becher wurden in einen Autoklaven mit hoher Temperatur und hohem Druck gebracht, in welchem Mineralöl als Wärmeübergangsmedium eingesetzt wurde. Der Autoklav wurde auf 204°C (400°F) er­ hitzt, wobei der Druck bei 704 kg/cm² (10 000 psi) lag. Die Temperatur und der Druck wurden für vier Stunden aufrechter­ halten. Der Autoklav wurde dann abgekühlt und die Becher wurden herausgenommen. Die Kugeldichtungen wurden herausge­ nommen und gut gespült.

Zu Beginn wurde das Gewicht für jede Kugeldichtung vor dem Test ermittelt. Nach dem Entfernen der Kugeldichtungen aus der Testumgebung wurden sie erneut gewogen. Es ergab sich ein ge­ ringer Gewichtsanstieg für die untersuchten Kugeldichtungen.

Alle Kugeldichtungen behielten ihre Form. Sie schienen ihre ursprüngliche Härte wie vor dem Testzustand zu haben. Mit Ausnahme einer Entfärbung war keine äußerlich sichtbare Ände­ rung zu beobachten. Der Gewichtsanstieg für die glasgefüllten Kugeln ist wesentlich geringer als für die belüfteten Kugeln.

Beispiel ö.III Kugeldichtungen für aggressive Umgebung (HEBS)

Keine am Markt verfügbaren Kugeldichtungen bestanden die Säure­ stimulationstestbedingungen (hohe Temperatur/Druck), die für die Testbohrung erwartet wurden. Es wurden einige neue Materi­ alien verwendet, um Kugeldichtungen zu schaffen, die erfolgreich die erwarteten Bedingungen bestanden, über 176,7°C (350°F) und 704 kg/cm² (10 000 psi). Die Kugeldichtungen, die von diesen Untersuchungen ausgewählt wurden, konnten erfolgreich das Säure­ fluid ableiten und führten zu einem Anstieg von den erwarteten 20 Millionen Kubikfuß pro Tag (20 MCFG/D) auf geschätzte 35 Millionen Kubikfuß pro Tag (35 MCFG/D). Dies stellt einen möglichen Anstieg des Gewinns von 8000 $ pro Jahr in einem wettbewerbsfähigen Reservoir dar (ein Produktionsanstieg von 20 MCF/D auf 35 MCF/D).

Die Technologie basiert auf einem temperaturfesten thermo­ plastischen Kunststoff mit der Bezeichnung Polyätherätherketon (PEEK). PEEK wird auch unten in der Bohrlochverrohrung als Dichtungsstückmaterial eingesetzt. Die physikalischen und mecha­ nischen Eigenschaften des Materials (eine minimale hydraulische Druckfestigkeit von 20 k psi und eine Einsatztemperatur von über 316°C) machen es ideal für eine Verwendung in einer aggressiven Umgebung. Die verfügbaren Kugeldichtungen sind be­ grenzt auf 148,9°C (300°F) und eine hydraulische Druckfestig­ keit von 563 kg/cm² (8000 psi).

Um den Anforderungen an eine Säurefraktion für eine Zielforma­ tion bei 738 m (24 000 Fuß) und einer möglichen Säurefraktur für eine sogar noch tiefere Formation zu erfüllen, mußte das er­ forderliche Kugeldichtungsmaterial 221°C (430°F) und einem hydrostatischen effektiven Stimulierungsdruck von 1056 kg/cm² (15 000 psi) widerstehen. Der Test setzte die Kugeln 15%iger HCl bei 204°C (400° F) unter einen hydrostatischen Druck von 703 kg/cm² (10 000 psi) aus. Nur eines der HEBS überstand diesen Eingangstest. Das verwendete HEBS enthielt Kohlenstoff-Fasern und war belüftet, um die Dichte zu reduzieren. Zusätzlich wurde das HEBS untersucht bei einem Differentialdruck von 352 kg/cm² (5000 psi) gegen eine Perforation bei 204°C (400°F) vier Stunden lang und zeigte keine Undichtigkeiten. Das HEBS wurde auch unter einem hydrostatischen Druck von 1760 kg/cm² (25 000 psig) bei 204°C (400°F) untersucht, ohne Änderung der Form oder der Leistungsfähigkeit.

Nach dem Pumpen einer erfolgreichen Säurefrakturbehandlung von 378 540 Litern (100 000 Gallons) und Beobachtung einem sehr wirkungsvollen Ansprechen auf den Druck von der Kugel­ wirkung wurde die Testbohrung untersucht bei 24,5 MGFG/D bei einem Strömungsrohrdruck (FTP) von 317 kg/cm² (4500 psig). Bei dem im Feld üblichen Druck von 211 kg/cm² (3000 psig FTP) war die Testbohrung in der Lage, etwa 35 MCFG/D zu produzieren. Die vorher eingesetzten Säurestimulierungen zeigten keine Kugelwirkung an zwei versetzten Bohrungen im gleichen Reservoir.

Beispiel IV

Arlon 1000 ist ein nachgiebiges, semikrystallines Polyäther­ ätherketon Polymer, das verfügbar ist von Greene, Tween En­ genieered Plastics, Hatfield, Pennsylvania, V.St. A. Das Material besitzt einen kristallinen Schmelzpunkt von 344°C (633°F), eine Glasübergangstemperatur von 150°C (302°F), eine Dichte von 1230 g/cm² und ist ein geeignetes Matrix­ material für die Kugeldichtungen gemäß der Erfindung.

Claims (15)

1. Verfahren zur Behandlung einer unterirdischen Formation, die ein ausgekleidetes Bohrloch umgibt, wobei die Auskleidung ein Intervall umfaßt mit einer Mehrzahl von Perforationen, dadurch gekennzeichnet, daß man:

• a) durch die Auskleidung eine Behandlungsflüssigkeit, die eine Mehrzahl von Kugeldichtungen enthält, hinab­ führt, wobei die Kugeldichtungen eine Größe besitzen, die die Perforationen abzudichten vermögen und aus einem Polyätherätherketon Polymeren bestehen und
• b) die Strömung der Behandlungsflüssigkeit aufrechter­ hält, bis zumindest ein Teil der Perforationen durch die Kugeldichtungen abgedichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Kugeldichtungen jeweils eine Dichte besitzen, die geringer ist als die Dichte der Behandlungsflüssigkeit.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kugeldichtungen kurze Glas­ fasern enthalten.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine Mineralsäure umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kugeldichtungen darüber hinaus Graphit enthalten.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kugeldichtungen eine Temperaturfestigkeit von mindestens 316°C und eine Kollabier­ festigkeit von mindestens 1758 kg/cm² besitzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Umgebung des perforierten Bereiches des Bohrloches eine aggressive Um­ gebung darstellt mit einer Temperatur im Bereich von 177 bis 316°C und einem Druck im Bereich von 350 bis 1758 kg/cm², dadurch gekennzeichnet, daß man:

• a) eine Mehrzahl in einem flüssigen Medium suspen­ dierter Kugeldichtungen durch die Auskleidung zu dem perforierten Abschnitt strömen läßt, wo­ bei die Kugeldichtungen eine Dichte besitzen, die geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit und eine Größe aufweisen, mittels welcher die Perfo­ rationen abdichtbar sind und die Kugeldichtungen aus einem Polyätherätherketon Polymeren bestehen, und
• b) die Strömung der Flüssigkeit fortsetzt, bis die Kugeldichtungen zumindest einen Teil der Per­ forationen abdichten.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kugeldichtungen eine Dichte im Bereich von 0,9 g/cm³ und 1,4 g/cm³ besitzen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur im Bereich von 204°C bis 315°C liegt.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man:

• a) eine Mehrzahl von in einem flüssigen Medium sus­ pendierter Kugeldichtungen durch die Auskleidung bis zu dem perforierten Abschnitt abströmen läßt, wobei die Kugeldichtungen eine Dichte besitzen, die geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit und eine Größe aufweisen, die größer als der Durch­ messer der Perforationen ist,
• b) die Strömung des flüssigen Mediums fortsetzt, bis die Kugeldichtungen zumindest einen Teil der Per­ forationen abdichten,
• c) die Formation behandelt,
• d) durch das Gehäuse bis zu dem perforierten Abschnitt eine Nachfolgeflüssigkeit einführt, deren Dichte geringer ist als die Dichte einer Mehrzahl der Kugel­ dichtungen, und
• e) die Kugeldichtungen von den Perforationen löst.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeldichtungen aus Polyätherätherketon bestehen und eine Dichte im Bereich von 0,9 bis 1,4 g/cm³ besitzen, und nach dem Schritt (e) zum Boden des Bohrloches abgesenkt werden.

12. Kugeldichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Matrix aus einem Polyätherätherketon Polymeren besitzen.

13. Kugeldichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Kugeldichtungen im Bereich von etwa 0,70 g/cm³ bis etwa 1,5 g/cm³ liegt.

14. Kugeldichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Kugeldichtung im Bereich zwischen etwa 0,9 g/cm³ und etwa 1,4 g/cm³ liegt.

15. Kugeldichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Menge an Glasfasern und Graphit enthält.