Zusammenfassende Beschreibung der Dissertation

Iouri Kasianov

Umweltschonende, wasserbasische Spülungssysteme für die Erkundung und den Aufschluß von Lagerstätten

Für die Produktivität einer Erdöl- oder Erdgaslagerstätte spielt die Permeabilität des Trägers eine sehr große Rolle. Die initiale Trägerpermeabilität kann während der Bohrarbeiten durch die eingesetzten Bohrspülungen im bohrlochnahen oder auch im bohrlochferneren Bereich herabgesetzt werden. Diese Abnahme der Permeabilität bezeichnet man als Trägerschädigung. Zur Stabilisierung der Bohrung und zur Vermeidung von unkontrollierten Zuflüssen aus der Formation wird die Dichte der Spülung so eingestellt, daß der hydrostatische Druck der Spülungssäule über dem Formationsdruck liegt. Durch den dabei entstehenden positiven Differenzdruck können Feststoffe und/oder Filtrat der verwendeten Bohrspülungen in die Porenräume des Trägergesteins eindringen. Das kann zu physikalischen und chemischen Reaktionen der eingedrungenen Stoffen mit den Poreninhaltsstoffen und dem Trägergestein führen.
Der durch Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten geschädigte Bereich der Formation kann wenige Zentimeter bis zu mehreren Metern betragen. Somit reicht die Perforationstiefe in der Regel nicht aus, um diese Zone zu überwinden. Um teure Nachbehandlungen zur Erhöhung der Durchlässigkeit des Trägers zu vermeiden, müssen lagerstättenschonende Bohrspülungen (Drill-In Fluids) eingesetzt werden. Neben konventionellen Anforderungen, wie hohe Austragsfähigkeit, optimale Filtrationseigenschaften, Formationsdruckkontrolle, Elektrolytbeständigkeit, Kühlung und Schmierung der Bohrwerkzeuge und umweltrelevante Vorgaben, stellt man an Drill-In Fluids die Forderung, permeabilitätsreduzierende Vorgänge (Formation Damage) einzuschränken oder vollkommen auszuschließen. Aus diesen Gründen müssen die Drill-In Fluids in der Lage sein, sehr schnell einen festen, niedrigpermeablen und gut abdichtenden Filterkuchen aufzubauen, der nach Abschluß der Bohrtätigkeit möglichst vollständig entfernt werden kann. Als Ergebnis sollen unter Rückflußbedingungen Permeabilitäten erreicht werden, die den initialen Permeabilitäten nahekommen.
Um die Wirkung derartiger Spülungssysteme beurteilen zu können, ist es notwendig, die Wechselwirkungen der entsprechender Bohrspülsuspensionen mit dem Trägergestein zu untersuchen. Da jedoch die API – Filtratwerte der Bohrspülungen nicht auf ihre Filtrationseigenschaften unter Bohrlochbedingungen schließen lassen, werden im Rahmen meiner Promotion die Bohrspülungen unter simulierten Bohrlochbedingungen im Hinblick auf ihren Einfluß auf permeable Gesteinsproben untersucht.

 
Das Ziel der durchzuführenden Untersuchungen sind bessere Erkenntnisse:

  • zum Mechanismus des Filterkuchenaufbaus,
  • zur Beschaffenheit des gebildeten Filterkuchens,
  • zur Rückflußeffizienz im Trägergestein sowie
  • zum Einfluß der Temperatur und verschiedener Elektrolyte auf die Spülungssysteme.
    • Um die Höhe und die Eindringtiefe der Schädigung zu ermitteln, sollen die Parameter Initiale- und Rückflußpermeabilität und die daraus resultierende Return Permeability herangezogen werden.
    Für diese Zwecke wurde am Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau eine Versuchszelle konstruiert und gebaut, welche es ermöglicht, Durchströmungsversuche für die Bestimmung der Permeabilitäten vor und nach der Spülungsaufschlagung unter bohrlochähnlichen Bedingungen durchzuführen.

     
    Während des Versuchsablaufes werden folgende Parameter kontinuierlich gemessen und in einem Computer gespeichert:

  • Öldruck beim Durch- oder Rückströmen,
  • Spülungsdruck,
  • Volumen des durchgeströmten Öles,
  • Masse des durchgeströmten Öles bzw. des Filtrates,
  • Raumtemperatur,
  • Temperatur des strömenden Mediums,
  • Versuchszeit.
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    Die Messungen erfolgen im Abstand von jeweils ein bzw. zehn Sekunden.
    Für die qualitative Beurteilung der Schädigung werden die Rasterelektronenmikroskopie (REM) und für die chemische Analyse Mikrosondenuntersuchungen eingesetzt.

     
    Als Einflußgrößen der Trägerschädigung sollen folgenden Faktoren besonders aufmerksam betrachtet werden:

  • Differenzdruck,
  • Kontaminationsdauer,
  • petrophysikalische sowie petrochemische Eigenschaften des Trägergesteins und
  • Zusammensetzung, Rheologie und die Belastbarkeit der Bohrspülungen.
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