DE60209038T2 - Zugangsbohrloch mit schrägbohrlöchern und verfahren - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zur Gewinnung unterirdischer Rohstoffvorkommen und genauer ein Schrägschachtstollensystem und -Verfahren.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Unterirdische Kohleablagerungen enthalten beachtliche Mengen an mitgeführtem Methangas. Es ist für viele Jahre zu einer eingeschränkten Förderung und Verwendung von Methangas aus Kohleablagerungen gekommen. Beachtliche Hindernisse haben jedoch umfangreichere Entwicklungen und Verwendung der Methangasvorkommen in Kohleflözen vereitelt. Das erste Problem bei der Förderung von Methangas aus Kohleflözen beruht darauf, dass die Kohleflöze, obwohl sich Kohleflöze über große Flächen von bis zu einigen tausend Acren erstrecken können, recht flach hinsichtlich der Tiefe sind, wobei dies zwischen einigen Zoll bis zu mehreren Metern variiert. Somit, obwohl die Kohleflöze oft relativ nahe an der Oberfläche liegen, können vertikale Schächte, die in die Kohlevorkommen für den Erhalt des Methangases gebohrt werden, lediglich einen recht kleinen Radius um das Kohlevorkommen entleeren (entwässern). Des Weiteren sind Kohlevorkommen nicht der Druckfrakturierung und anderen Verfahren zugänglich, die oft zur Steigerung der Methangasförderung aus Gesteinsformationen verwendet werden. Im Ergebnis ist die weitere Förderung, sobald das Gas, das leicht aus einer vertikalen Schachtbohrung in einem Kohleflöz abgelaufen ist, gefördert ist, hinsichtlich des Volumens beschränkt. Zusätzlich stehen Kohleflöze oft in Verbindung mit unterirdischem Wasser, das aus dem Kohleflöz ablaufen muss, um Methan zu fördern.
- Horizontale Bohrstrukturen sind mit der Absicht ausprobiert worden, die Menge der Kohleflöze, die einer Bohrung für die Gasförderung ausgesetzt sind, auszudehnen. Solche horizontalen Bohrungstechniken erfordern jedoch die Verwendung einer abgerundeten Schachtbohrung, die dahingehend Schwierigkeiten aufwirft, dass das mitgeführte Wasser aus dem Kohleflöz zu entfernen ist. Das meist effiziente Verfahren zum Pumpen von Wasser aus einem unterirdischen Schacht, eine Sauggestängepumpe, funktioniert nicht gut in horizontalen oder abgerundeten Bohrungen.
- Aufgrund dieser Schwierigkeiten bei der an die Oberfläche Förderung von Methangas aus Kohlevorkommen, welches vor dem Abbau aus dem Kohleflöz entfernt werden muss, sind unterirdische Verfahren entwickelt worden. Während die Verwendung unterirdischer Verfahren die leichte Entfernung von Wasser aus einem Kohleflöz gestattet und unausgewogene Bohrzustände eliminiert, können diese lediglich den Zugang zu einer eingeschränkten Menge der Kohleflöze, die durch laufende Abbauarbeiten freigelegt werden, bereitstellen. Wenn zum Beispiel der Langfrontabbau praktiziert wird, werden unterirdische Bohrgestänge verwendet, um horizontale Löcher von einem Feld, das gerade abgebaut wird, in ein benachbartes Feld, das später abgebaut wird, gebohrt. Die Beschränkungen der unterirdischen Bohrgestänge limitiert die Reichweite solcher horizontalen Löcher und limitiert somit die Fläche, die auf effektive Weise entwässert bzw. entleert werden kann. Des Weiteren beschränkt die Entgasung eines nächsten Feldes während des Abbaus eines laufenden Feldes die Zeit für die Entgasung. Folglich müssen viele horizontale Bohrungen vorgenommen werden, um das Gas in einem limitierten Zeitabschnitt zu entfernen. Des Weiteren muss unter Zuständen, bei denen ein hoher Gasgehalt vorliegt oder es zu Migration von Gas durch einen Kohleflöz kommt, der Abbau unterbrochen oder verschoben werden, bis ein nächstes Fels auf ausreichende Weise entgast werden kann. Diese Förderungsverzögerungen tragen zu den Aufwendungen bei, die mit der Entgasung eines Kohleflöz verbunden sind.
- "Petrole Et Techniques, Association Francaise Des Techniciens Du Petrole" Nr. 418 offenbart ein Verfahren zur Bohrung mehrerer Schächte von einer Hauptschachtbohrung unter Verwendung eines Ablenkkeils und eines Packers, um Kohlenwasserstoffe zu fördern.
- Die US-Patentanmeldung mit der Nr. 2001/015574 offenbart einen abgeknickten Schacht mit einer Entwässerungsstruktur, die einen horizontalen Hohlschacht schneidet.
- Das US-Patent mit der Nr. 6 280 000 offenbart das Bohren einer vertikalen Schachtbohrung mit einem vergrößerten Hohlraum und das Bohren einer versetzten Schachtbohrung durch den Hohlraum, um im Wesentlichen horizontale Entwässerungsschachtbohrungen zu bohren.
- Die UK-Patentanmeldung mit der Nr. 2 347 157 A offenbart das Einspritzen von Dampf in eine Anzahl lateraler Abschnitte einer Bitumen-haltigen Formation, um die Förderung von Bitumen zu erleichtern.
- Die internationale Patentanmeldung mit der Nr. 9960248A offenbart eine verzweigte Schachbohrung für die Ortungsausstattung, um die Untertageförderung zu erleichtern und für die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen.
- "Oil and Gas Journal", Pennwell Veröffentlichung, Band 96, Nr. 11, offenbart ein System zur Verbindung einer ersten Schachtbohrung mit einer zweiten Schachtbohrung mit Zugang zu einem Reservoir, um die Verbindung der zwei Schächte durch überirdische Rohrleitungen zu vermeiden.
- Das US-Patent mit der Nr. 3 934 649 offenbart ein Verfahren zur Bildung multilateraler Schächte in einem Schwerölgürtel.
- "Petroleum Engineer International" Hart Publications, Band 73. Nr. 6, offenbart ein Verfahren zur Vorbereitung eines Kohleflözes für den Abbau durch Bohren eines Bohrlochs in ein Kohleflöz und Frakturierung des Kohleflözes, um das Entfernen von Methangas zu erleichtern.
- "World Oil", Gulf Publishing Co., Band 217, Nr. 6, offenbart ein System, das multiple Querabzweigungen von einer vertikalen Schachtbohrung beinhaltet und welches die Mischherstellung aus primären und sekundären Formationen gestattet.
- Das US-Patent mit der Nr. 5 447 415 offenbart das Bohren eines horizontalen Entwässerungslochs und das Einbringen einer Pump mit zwei Saugeinlasslöchern, um ein Ausfluss zu erzeugen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Schrägschachtstollensystem und Verfahren für den Zugang zu einer unterirdischen Formation von der Oberfläche bereit, die die Nachteile und Probleme, die mit vorherigen Systemen und Verfahren verbunden sind, beachtlich eliminiert oder reduziert.
- Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen insbesondere ein Schrägschachtstollensystem und -Verfahren für die effiziente Förderung und Entfernung von mitgeführtem Methangas und Wasser aus einem Kohleflöz bereit, ohne dass eine unnötige Verwendung von abgerundeten oder abgeknickten Schachtbohrungen oder die Verwendung eines großen Oberflächenbereichs, in dem Bohrvorgänge vorzunehmen sind, notwendig sind.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein System für den Zugang von der Oberfläche zu einer unterirdischen Formation eine Stollenschachtbohrung, die sich von der Oberfläche erstreckt, zwei oder mehrere Schrägschachtbohrungen, die sich von der Stollenschachtbohrung zur unterirdischen Formation erstrecken und eine im Wesentlichen horizontale Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur, die sich von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen in die unterirdische Formation erstreckt, wobei das System durch ein Rattenloch, das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen verbunden ist und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur erstreckt, gekennzeichnet ist, wobei das Rattenloch so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation durch die im Wesentlichen horizontale Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur abgeleitet werden und im Rattenloch aufgefangen werden, um die Entfernung der Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation zu erleichtern.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für den Zugang von der Oberfläche zu einer unterirdischen Formation die Schaffung einer Stollenschachtbohrung von der Oberfläche , die Schaffung von zwei oder mehreren Schrägschachtbohrungen aus der Stollenschachtbohrung zur unterirdischen Formation und die Schaffung einer im Wesentlichen horizontalen Drainage- und Entwässerungsstruktur ausgehend von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen in die unterirdische Formation, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Rattenloch geschaffen wird, das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen in Verbindung steht und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Drainage- bzw. Entwässerungsstruktur erstreckt, wobei das Rattenloch so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation durch die im Wesentlichen horizontale Drainage- bzw. Entwässerungsstruktur abgeleitet werden und im Rattenloch aufgefangen werden, um die Entfernung der Fluide bzw. Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation zu erleichtern.
- Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für die Ausrichtung von Schachtbohrungen die Schaffung einer Stollenschachtbohrung von der Oberfläche und das Einführen eines Führungsrohrbündels in die Stollenschachtbohrung. Das Führungsrohrbündel beinhaltet mehrere Führungsrohre. Die Führungsrohre sind in Längsrichtung aneinander anliegend ausgestaltet und beinhalten eine erste Öffnung an einem ersten Ende und eine zweite Öffnung an einem zweiten Ende. Die Führungsrohrbündel können umeinander gewickelt sein. Ein Verfahren beinhaltet auch die Schaffung mehrerer Schrägschachtbohrungen von der Stollenschachtbohrung durch das Führungsrohrbündel in eine unterirdische Formation.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere technische Vorteile bereitstellen. Diese technischen Vorteile können die Schaffung einer Stollenschachtbohrung, mehrerer Schrägschachtbohrungen und von Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen beinhalten, um eine Optimierung hinsichtlich der Fläche einer unterirdischen Formation, aus der Gas- und Flüssigkeitsvorkommen abzuführen sind, zu erreichen. Dies ermöglicht eine effizientere Bohrung und Förderung und reduziert die Kosten und Probleme, die mit anderen Systemen und Verfahren verbunden sind, erheblich. Ein anderer technischer Vorteil beruht auf der Bereitstellung eines Verfahrens zur Ausrichtung von Schachtbohrungen, das ein Führungsrohrbündel verwendet, das in eine Stollenschachtbohrung eingeführt wird. Das Führungsrohrbündel gestattet die einfache Ausrichtung der Schrägschachtbohrungen im Verhältnis zueinander und optimiert die Förderung von Rohstoffvorkommen aus unterirdischen Formationen, indem der Abstand zwischen den Schrägschachtbohrungen optimiert wird.
- Andere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht anhand der folgenden Figuren, Beschreibungen und der Ansprüche deutlich werden.
- Kurzbeschreibung der Figuren
- Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorzüge wird auf die nachfolgende Beschreibung anhand der begleitenden Figuren verwiesen, wobei gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind. Die Figuren stellen Folgendes dar.
-
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Schrägschachtsystem für die Förderung von Rohstoffvorkommen aus einer unterirdischen Formation; -
2A veranschaulicht ein Vertikalschachtsystem für die Förderung von Rohstoffvorkommen aus einer unterirdischen Formation; -
2B veranschaulicht detaillierter einen Abschnitt eines beispielhaften Schrägschachtsystems; -
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Förderung von Wasser und Gas aus einer unterirdischen Formation; - Die
4A –4C veranschaulichen einen Aufbau eines beispielhaften Führungsrohrbündels; -
5 zeigt eine beispielhafte Stollenschachtbohrung mit einem installierten Führungsrohrbündel; -
6 veranschaulicht die Verwendung eines beispielhaften Führungsrohrbündels in einer Stollenschachtbohrung; -
7 veranschaulicht ein Beispielsystem von Schrägschachtbohrungen; -
8 stellt ein Beispielsystem einer Stollenschachtbohrung und einer Schrägschachtbohrung dar; -
9 zeigt ein Beispielsystem einer Schrägschachtbohrung und einer abgeknickten Schachtbohrung; -
10 veranschaulicht die Förderung von Wasser und Gas in einem beispielhaften Schrägschachtsystem; -
11 veranschaulicht eine beispielhafte Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur für die Verwendung mit einem Schrägschachtsystem; und -
12 zeigt eine beispielhafte Ausrichtung von Entwässerungs- bzw. - Drainagestrukturen zur Verwendung mit einem Schrägschachtsystem.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Schrägschachtsystem für den Zugang zu einer unterirdischen Formation von der Oberfläche. In der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform ist die unterirdische Formation ein Kohleflöz. Es wird deutlich werden, dass andere unterirdische Formationen und unterirdische Gebiete mit Unterdruck, ultraniedrigem Druck und geringer Porosität ähnlich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schrägschachtsystems erreicht werden können, um Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Fluide bzw. Flüssigkeiten in dem Gebiet abzuführen und/oder zu fördern, um Mineralien in dem Gebiet vor dem Abbau zu behandeln oder um Fluide, Gase oder andere Substanzen in das Gebiet zu injizieren oder einzubringen. - Im Folgenden wird Bezug auf
1 genommen; ein Schrägschachtsystem10 beinhaltet eine Stollenschachtbohrung15 , Schrägschächte20 , abgeknickte Schachtbohrungen24 , Hohlräume26 und Rattenlöcher27 . Die Stollenschachtbohrung15 erstreckt sich von der Oberfläche11 in Richtung der unterirdischen Formation22 . Schrägschächte20 erstrecken sich vom Ende der Stollenschachtbohrung15 zur unterirdischen Formation22 , nichtsdestotrotz können sich Schrägschächte20 alternativ ausgehend von jedem anderen geeigneten Abschnitt der Stollenschachtbohrung15 erstrecken. Dort, wo mehrere unterirdischen Formationen22 bei unterschiedlichen Tiefen wie in dem veranschaulichten Beispiel vorhanden sind, erstrecken sich Schrägschächte20 durch die unterirdischen Formationen22 , die der Oberfläche am nächsten sind und durch die tiefste unterirdische Formation22 . Abgeknickte Schachtbohrungen24 können sich von jedem Schrägschacht20 in jede unterirdische Formation22 erstrecken. Der Hohlraum26 und das Rattenloch27 sind am Ende jedes Schrägschachtes20 vorgesehen. - In den
1 und,5 –8 ist die Stollenschachtbohrung15 als im Wesentlichen vertikal dargestellt; es sollte jedoch deutlich werden, dass die Stollenschachtbohrung15 in beliebig geeignetem Winkel bezogen auf die Oberfläche11 ausgebildet sein kann, um beispielsweise auf die Geometrien der Oberfläche11 und Höhen und/oder auf die geometrische Ausgestaltung oder Lage eines unterirdischen Rohstoffvorkommens angepasst zu sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schrägschacht20 so ausgebildet, dass er weg von der Stollenschachtbohrung15 in einem mit Alpha bezeichneten Winkel abgewinkelt ist, der in der dargestellten Ausführungsform etwa 20 Grad beträgt. Es wird deutlich werden, dass der Schrägschacht20 in anderen Winkeln ausgebildet sein kann, um sich an Oberflächen-Topologien und andere Faktoren anzupassen, die ähnlich denen sind, die sich auf die Stollenschachtbohrung15 auswirken. Die Schrägschächte20 sind voneinander im Winkel Beta beabstandet, der in der dargestellten Ausführungsform etwa 60 Grad beträgt. Es wird klar sein, dass die Schrägschächte20 in anderen Winkeln in ähnlicher Abhängigkeit von der topologischen und geographischen Beschaffenheit der Fläche und Stelle des anvisierten Kohleflöz22 zueinander beabstandet sein können. - Der Schrägschacht
20 kann ebenso einen Hohlraum26 und/oder ein Rattenloch27 beinhalten, die am Ende jedes Schrägschachts20 angeordnet sind. Die Schrägschächte20 können entweder einen Hohlraum26 oder ein Rattenloch27 , beides oder keines der beiden aufweisen. - Die
2A und2B veranschaulichen durch Vergleich den Vorteil der Bildung von Schrägschächten20 in einem Winkel. Im Folgenden wird auf2A Bezug genommen; eine vertikale Schachtbohrung30 ist mit einer abgeknickten Schachtbohrung32 dargestellt, die sich ein einen Kohleflöz22 erstreckt. Wie in der Illustration gezeigt, müssen Fluide bzw. Flüssigkeiten, die aus dem Kohleflöz22 in die abgeknickte Schachtbohrung32 abgeführt werden, entlang der abgeknickten Schachtbohrung32 nach oben in Richtung der senkrechten Schachtbohrung30 eine Distanz von etwa W Fuß zurücklegen, bevor sie in der senkrechten Schachtbohrung30 aufgefangen werden. Diese Distanz von W Fuß ist als hydrostatische Höhe bekannt und muss überwunden werden, bevor die Flüssigkeiten von der senkrechten Schachtbohrung30 aufgefangen werden können. Im Folgenden wird nun auf2B Bezug genommen; ein Schrägstollenschacht34 mit einer abgeknickten Schachtbohrung36 , die sich in ein Kohleflöz22 erstreckt, ist dargestellt. Der Schrägstollenschacht34 ist in einem Winkel Alpha zur Vertikalen abgewinkelt dargestellt. Wie gezeigt müssen die Fluide beziehungsweise Flüssigkeiten, die aus dem Kohleflöz22 aufgefangen werden, entlang der abgeknickten Schachtbohrung36 bis zum Schrägstollenschacht34 einen Abstand von W' Fuß zurücklegen. Somit wird die hydrostatische Höhe des Schrägstollenschachtsystems im Vergleich zu einem im Wesentlichen vertikalen System verringert. Des Weiteren weist die abgeknickte Schachtbohrung36 , die von einem Tangential- oder Ansatzpunkt38 gebohrt wird, durch Schaffung eines Schrägstollenschachts24 in einem Winkel Alpha einen größeren Krümmungsradius als eine abgeknickte Schachtbohrung32 , die zu einer vertikalen Schachtbohrung30 gehört, aufweisen. Dadurch wird eine längere abgeknickte Schachtbohrung36 als die abgeknickte Schachtbohrung32 ermöglicht (da die Reibung eines Bohrgestänges gegen den Radiusabschnitt verringert ist), wodurch das tiefere Eindringen in den Kohleflöz22 und eine stärkere Entwässerung bzw. Drainage der unterirdischen Formation erreicht werden. -
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Schaffung eines Schrägstollenschachts. Die Schritte der3 werden weiter in den nachfolgenden4 –11 veranschaulicht. Das Verfahren beginnt mit Schritt100 , mit dem die Stollenschachtbohrung geschaffen wird. In Schritt105 wird ein Frischwasserfutterrohr oder ein anderes geeignetes Futterrohr mit einem angebrachten Führungsrohrbündel in die in Schritt100 geschaffene Stollenschachtbohrung eingebracht. In Schritt110 wird das Frischwasserfutterrohr an Ort und Stelle innerhalb der Stollenschachtbohrung aus Schritt100 einzementiert. - In Schritt
115 wird ein Bohrgestänge durch die Stollenschachtbohrung und eine der Führungsrohre des Führungsrohrbündels eingeführt. In Schritt120 wird das Bohrgestänge dazu verwendet, etwa 50 Fuß über das Futterrohr hinaus zu bohren. In Schritt125 wird das Bohren gemäß dem gewünschten Winkel des Schrägschachts ausgerichtet, und in Schritt130 wird eine Schrägschachtbohrung abwärts in und durch die anvisierte unterirdische Formation gebohrt. - Im Entscheidungsschritt
135 wird eine Entscheidung gefällt, ob zusätzliche Schrägschächte erforderlich sind. Falls zusätzliche Schrägschächte erforderlich sind, springt das Verfahren zu Schritt115 zurück und wird bis zu Schritt135 fortgeführt. Diverse Mittel, die dem Fachmann bekannt sein sollten, können zur Anwendung kommen, um das Bohrgestänge in ein anderes Führungsrohr bei nachfolgenden Durchläufen der Schritte115 –135 einzubringen. - Falls keine zusätzlichen Schrägschächte erforderlich sind, wird das Verfahren mit Schritt
140 fortgesetzt. In Schritt140 wird das Schrägschachtfutterrohr installiert. Als nächstes wird in Schritt145 eine Kurve mit kleinem Radius in den anvisierten Kohleflöz gebohrt. Als nächstes wird in Schritt150 eine im Wesentlichen horizontale Schachtbohrung in und entlang des Kohleflözes gebohrt. Es wird deutlich werden, dass die im Wesentlichen horizontale Schachbohrung von einer horizontalen Ausrichtung abweichen kann, um Änderungen in der Ausrichtung des Kohleflözes Rechnung zu tragen. Nachfolgend wird in Schritt155 eine Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur in den Kohleflöz durch den im Wesentlichen horizontalen Schacht gebohrt. Im Entscheidungsschritt157 wird eine Entscheidung gefällt, ob zusätzliche unterirdische Formationen zu entwässern sind, zum Beispiel wenn mehrere unterirdische Formationen auf unterschiedlichen Tiefen unterhalb der Oberfläche vorhanden sind. Falls zusätzliche unterirdische Formationen zu entwässern sind, wiederholt werden die Schritte145 bis155 des Verfahrens für jede zusätzliche unterirdische Formation wiederholt. Falls keine zusätzlichen unterirdischen Formationen zu entwässern sind, wird das Verfahren mit Schritt160 fortgesetzt. - In Schritt
160 wird eine Förderausrüstung in den Schrägschacht installiert, und in Schritt165 endet das Verfahren mit der Förderung von Wasser und Gas aus der unterirdischen Formation. - Obwohl die Schritte in einer bestimmten Abfolge beschrieben wurden, wird deutlich werden, dass diese in irgendeiner anderen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden können. Des Weiteren können ein oder mehrere Schritte entfallen oder zusätzliche Schritte bei Bedarf durchgeführt werden.
- Die
4A ,4B und4C veranschaulichen die Bildung eines Futterrohrs mit einem zugehörigen Führungsrohrbündel, wie in Schritt105 der3 beschrieben ist. Im Folgenden wird auf4A Bezug genommen; drei Führungsrohre40 sind in Seitenansicht und Endansicht gezeigt. Die Führungsrohre40 sind so angeordnet, dass diese parallel zueinander verlaufen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Führungsrohre40 9 5/8''-Verbindungsfutterrohre. Es wird deutlich werden, dass andere geeignete Materialien zur Anwendung kommen können. -
4B zeigt, dass eine Verdrillung in die Führungsrohre40 eingearbeitet ist. Die Führungsrohre40 sind um den Winkel Gamma zueinander verdrillt, während deren Queranordnung auf Gamma Grad beibehalten wird. Die Führungsrohre40 werden dann verschweißt oder auf andere Weise an Ort und Stelle stabilisiert. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt Gamma10 Grad. -
4C zeigt die Führungsrohre40 , in die eine Verdrillung eingearbeitet ist, die mit einer Futterrohrmuffe42 in Verbindung stehen und damit verbunden sind. Die Führungsrohre40 und die Futterrohrmuffe42 bilden zusammen das Führungsrohrbündel43 , das mit einem Frischwasser- oder einem anderen Futterrohr, das auf die Länge der Stollenschachtbohrung15 der1 abgepasst ist oder auf andere Weise geeignet ausgestaltet ist, befestigt ist. -
5 veranschaulicht eine Stollenschachtbohrung15 , in der ein Führungsrohrbündel43 und ein Futterrohr44 installiert ist. Die Stollenschachtbohrung15 wird von der Oberfläche11 bis zu einer anvisierten Tiefe von etwa 190 Fuß geschaffen. Die Stollenschachtbohrung15 weist wie veranschaulicht einen Durchmesser von etwa 24 Zoll auf. Die Schaffung der Stollenschachtbohrung15 entspricht Schritt100 aus3 . Das Führungsrohrbündel43 (das aus den Verbindungsfutterrohren40 und der Futterrohrmuffe42 besteht) ist am Futterohr44 befestigt dargestellt. Das Futterrohr44 kann ein beliebiges Frischwasserfutterrohr oder ein anderes Futterrohr sein, das für die Untertage-Verwendungen geeignet ist. Das Einführen des Futterrohrs44 und des Führungsrohrbündels43 in die Stollenschachtbohrung15 entspricht dem Schritt105 aus3 . - Entsprechend Schritt
110 aus3 wird eine Zementverankerung46 eingegossen oder auf andere Weise um das Futterrohr im Innern der Stollenschachtbohrung15 eingebracht. Die Zementummantelung kann irgendeine Mischung oder anderweitige Substanz sein, die sich eignet, das Futterrohr44 an der gewünschten Stelle bezüglich der Stollenschachtbohrung15 zu halten. -
6 veranschaulicht die Stollenschachtbohrung15 und das Futterrohr44 mit dem Führungsrohr43 in seiner Betriebsweise, bei der gerade die Bohrung der Schrägschächte20 beginnt. Ein Bohrgestänge50 ist so positioniert, dass es in eines der Führungsrohre40 des Führungsrohrbündels43 eindringt. Um das Bohrgestänge50 in Relation zum Futterrohr44 in zentrierter Stellung zu fixieren, kann ein Stabilisator52 zur Anwendung kommen. Der Stabilisator52 kann ein Ring-und-Rippen-Typ-Stabilisator oder irgendein anderer Stabilisator sein, der sich dazu eignet, das Bohrgestänge50 an relativ zentrierter Position zu halten. Um den Stabilisator52 an einer gewünschten Tiefe in der Schachtbohrung15 zu halten, kann ein Begrenzungsring53 zur Anwendung kommen. Der Begrenzungsring53 kann aus Gummi oder Metall oder irgendeinem für die fremde Untertageumgebung geeignetem Material aufgebaut sein. Das Bohrgestänge50 kann statistisch in eines der mehreren Führungsrohre40 des Führungsrohrbündels43 eingeführt werden, oder das Bohrgestänge50 kann in eines der ausgewählten Verbindungsfutterrohre40 hinein ausgerichtet werden. Dies entspricht Schritt115 aus3 . -
7 illustriert ein Beispielssystem aus Schrägschächten20 . Entsprechend Schritt120 aus3 wird eine tangentiale Schachtbohrung60 etwa 50 Fuß über das Ende der Stollenschachtbohrung15 hinaus gebohrt (wenn auch irgendeine andere geeignete Distanz gebohrt werden kann). Die tangentiale Schachtbohrung60 wird weg vom Futterrohr44 gebohrt, um die magnetische Störung zu minimieren und die Fähigkeit der Bohrmannschaft, den Bohrmeißel in die gewünschte Richtung auszurichten, zu verbessern. Entsprechend Schritt125 aus3 wird eine gerundete Schachtbohrung62 gebohrt, um den Bohrmeißel in Vorbereitung des Bohrens der Schrägstollenschachtbohrung64 auszurichten. In einer besonderen Ausführungsform ist die gerundete Schachtbohrung62 um etwa 12 Grad pro hundert Fuß gekrümmt (wenn auch jede andere geeignete Krümmung zur Anwendung kommen kann). - Entsprechend Schritt
130 aus3 wird eine Schrägstollenschachtbohrung64 vom Ende der gerundeten Schachtbohrung62 in und durch die unterirdische Formation22 gebohrt. Alternativ kann der Schrägschacht20 direkt vom Führungsrohr40 aus, ohne dass eine tangentiale Schachtbohrung60 oder eine gerundete Schachtbohrung62 beinhaltet ist, gebohrt werden. Eine abgeknickte Schachtbohrung65 ist an ihrer voraussichtlichen Stelle gezeigt, diese wird aber später als das Rattenloch66 gebohrt, welches eine Fortsetzung des Schrägschachtes64 ist. Das Rattenloch66 kann ebenso ein Hohlraum mit vergrößertem Durchmesser sein oder eine andere geeignete Struktur aufweisen. Nach dem Bohren der Schrägstollenschachtbohrung64 und des Rattenlochs66 werden dann zusätzlich erwünschte Schrägschächte gebohrt, bevor die Installation der Futterrohre in den Schrägschächten fortgesetzt wird. -
8 ist eine Illustration des Futterrohrs eines Schrägschachts64 . Zur besseren Darstellung ist lediglich ein Schrägschacht64 dargestellt. Entsprechend Schritt140 der3 wird ein Ablenkkeil-Futterrohr70 in der Schrägstollenschachtbohrung64 installiert. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Ablenkfutterrohr70 einen Ablenkkeil72 , der dazu verwendet wird, ein Bohrgestänge auf mechanische Weise in eine gewünschte Richtung auszurichten. Es wird deutlich werden, dass andere geeignete Futterrohre verwendet werden können und die Verwendung eines Ablenkkeils72 nicht notwendig ist, wenn andere geeignete Verfahren zur Ausrichtung eines Bohrmeißels durch den Schrägschacht64 in die unterirdische Formation22 zur Anwendung kommen. - Das Futterohr
70 wird durch das Führungsrohrbündel43 in die Stollenschachtbohrung15 und in die Schrägstollenschachtbohrung64 eingeführt. Das Ablenkkeil-Futterrohr70 ist so ausgerichtet, dass der Ablenkkeil72 so angeordnet ist, dass ein folgender Bohrmeißel so ausgerichtet ist, dass er in die unterirdische Formation22 an der gewünschten Tiefe bohrt. -
9 veranschaulicht das Ablenkkeil-Futterohr70 und die Schrägstollenschachtbohrung64 . Wie anhand der8 diskutiert wurde, ist das Ablenkkeil-Futterrohr70 derart innerhalb der Schrägstollenschachtbohrung64 angeordnet, dass ein Bohrgestänge50 so ausgerichtet sein wird, dass es durch die Schrägstollenschachtbohrung64 an einem gewünschten Tangential- oder Ansatzpunkt38 hindurch tritt. Dies entspricht Schritt145 aus3 . Das Bohrgestänge50 wird verwendet, um durch die Schrägstollenschachtbohrung64 am Tangential- oder Ansatzpunkt38 zu bohren, um eine abgeknickte Schachtbohrung36 zu bilden. In einer besonderen Ausführungsform weist die abgeknickte Schachtbohrung36 einen Radius von etwa 71 Fuß und eine Krümmung von etwa 80 Grad pro 100 Fuß auf. In derselben Ausführungsform ist der Schrägstollenschacht64 etwa um 10 Grad von der Vertikalen weg abgewinkelt. In dieser Ausführungsform beträgt die hydrostatische Höhe, die im Zusammenhang mit der Förderung erzeugt wird, annähernd 30 Fuß. Es sollte jedoch deutlich werden, dass jeder andere geeignete Radius, Krümmung und Neigungswinkel verwendet werden kann.10 veranschaulicht ein Schrägstollenschacht64 und eine abgeknickte Schachtbohrung36 , nachdem das Bohrgestänge50 verwendet wurde, um die abgeknickte Schachtbohrung36 zu erzeugen. In einer besonderen Ausführungsform kann dann ein horizontaler Schacht und eine Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur in der unterirdischen Formation22 ausgebildet werden, wie es durch den Schritt150 und Schritt155 aus3 repräsentiert wird. - Im Folgenden wird auf
10 Bezug genommen; das Ablenkkeil-Futterrohr70 wird am Boden des Rattenlochs66 abgesetzt, um die Förderung von Öl und Gas vorzubereiten. Ein Abdichtring74 kann um das Ablenkkeil-Futterohr70 verwendet werden, um zu verhindern, dass das Gas, das aus der abgeknickten Schachtbohrung36 austritt, an der Außenseite des Ablenkkeil-Futterrohrs70 entweicht. Gasöffnungen76 ermöglichen es dem entweichenden Gas in das Ablenkkeilfutterrohr70 einzudringen und dadurch aufzusteigen um an der Oberfläche aufgefangen zu werden. - Ein Pumpgestänge
78 und eine Tauchpumpe80 werden dazu verwendet, Wasser und andere Flüssigkeiten, die aus der unterirdischen Formation durch die abgeknickte Schachtbohrung36 aufgefangen werden, zu entfernen. Wie in10 gezeigt, strömen die Flüssigkeiten unter Wirkung der Schwerkraft und des Druckes in der unterirdischen Formation22 durch die abgeknickte Schachtbohrung36 und die Schrägstollenschachtbohrung64 hinunter in das Rattenloch66 . Von dort strömen die Flüssigkeiten in die Öffnung des Ablenkkeils72 des Ablenkkeil-Futterrohrs70 , wo sie in Berührung mit dem installierten Pumpgestänge78 und der Tauchpumpe80 kommen. Die Tauchpumpe80 kann diversen Tauchpumpen entsprechen, die sich für die Untertage-Verwendung zur Beseitigung von Flüssigkeiten und zu deren Pumpen durch das Pumpgestänge78 an die Oberfläche eignen. Die Installation des Pumpgestänges78 und der Tauchpumpe80 entspricht Schritt160 aus3 . Die Förderung von Flüssigkeit und Gas entspricht Schritt165 aus3 . -
11 veranschaulicht eine beispielhafte Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur90 , die von den abgeknickten Schachtbohrungen36 ausgehend gebohrt werden kann. Im Zentrum der Entwässerungsstruktur90 befindet sich die Stollenschachtbohrung15 . Mit der Stollenschachtbohrung15 sind Schrägschächte20 verbunden. Am Ende des Schrägschachts20 , wie zuvor beschrieben, sind im Wesentlichen horizontale Schachtbohrungen92 vorhanden, die annähernd eine "Krähenfuß"-Struktur aus jedem der Schrägschächte20 bilden. Wie durchweg durch diese Anmeldung verwendet, bedeutet "jedes" alle einer besonderen Teilmenge. In einer besonderen Ausführungsform beträgt die horizontale Reichweite jeder im Wesentlichen horizontalen Schachtbohrung92 im Wesentlichen 1500 Fuß. Des Weiteren beträgt der seitliche Abstand zwischen den parallelen im Wesentlichen horizontalen Schachtbohrungen92 etwa 800 Fuß. In dieser besonderen Ausführungsform würde sich eine Entwässerungs- bzw. Drainagefläche von etwa 290 Acren ergeben. In einer alternativen Ausführungsform, bei der die horizontale Reichweite der im Wesentlichen horizontalen Schachtbohrung92 etwa 2440 Fuß beträgt, würde sich die Entwässerungs- bzw. Drainagefläche auf etwa 640 Acre ausdehnen. Es kann jedoch irgendeine andere geeignete Ausgestaltung verwendet werden. Des Weiteren kann jede andere geeignete Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur zur Anwendung kommen. -
12 veranschaulicht mehrere Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen90 im Verhältnis zueinander, um die Entwässerungs- bzw. Drainagefläche einer unterirdischen Formation, die durch die Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen90 abgedeckt wird, zu entwässern. Jede Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur90 bildet eine nahezu hexagonale Entwässerungs- bzw. Drainagestruktur. Demzufolge können die Entwässerungs- bzw. Drainagestrukturen90 so zueinander ausgerichtet sein, dass sie wie dargestellt eine nahezu wabenförmige Ausrichtung aufweisen. - Wenn auch die vorliegende Erfindung anhand einiger Ausführungsformen beschrieben wurde, können dem Fachmann diverse Abwandlungen und Modifikationen vorgeschlagen werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Abwandlungen und Modifikationen im Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst.
Claims (22)
- Verfahren für den Zugang von der Oberfläche zu einer unterirdischen Formation, beinhaltend die Schaffung einer Stollenschachtbohrung (
15 ) von der Oberfläche (11 ), die Schaffung von zwei oder mehreren Schrägschachtbohrungen aus der Stollenschachtbohrung (15 ) zur unterirdischen Formation (22 ) und die Schaffung einer im Wesentlichen horizontalen Entwässerungsstruktur (24 ) ausgehend von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen (20 ) in die unterirdische Formation (22 ), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Rattenloch (27 ) geschaffen wird, das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen (20 ) verbunden ist und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Entwässerungsstruktur (24 ) erstreckt, wobei das Rattenloch (27 ) so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22 ) durch die im Wesentlichen horizontale Entwässerungsstruktur (24 ) abgeleitet werden und im Rattenloch (27 ) aufgefangen werden, um die Entfernung der Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22 ) zu erleichtern. - Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (
20 ) radial mit Abstand, in etwa gleichmäßig um die Stollenschachtbohrung (15 ) verteilt, angeordnet sind. - Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei drei Schrägschachtbohrungen (
20 ) geschaffen werden. - Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die drei Schrägschachtbohrungen (
20 ) radial mit Abstand, in etwa um 20 Grad versetzt, um die Stollenschachtbohrung (15 ) angeordnet sind. - Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die horizontale Entwässerungsstruktur seitliche Schachtbohrungen umfasst.
- Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die seitlichen Schachtbohrungen so ausgelegt sind, dass eine Fläche der unterirdischen Formation (
22 ) von wenigstens 640 Acres entwässert wird. - Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Entnahme von Rohstoffen aus der unterirdischen Formation (
22 ) durch die horizontale Entwässerungsstruktur (24 ) an die Oberfläche (11 ). - Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Schaffung eines ausgedehnten Hohlraums (
26 ) in jedem der Schrägschachtbohrungen (20 ) in der Nähe der unterirdischen Formation (20 ). - Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine oder mehrere Schrägschachtbohrungen (
20 ) unter Verwendung eines Führungsrohrbündels (43 ) gebildet werden, welches umfasst: ein oder mehrere Führungsrohre (40 ); wobei die zwei oder mehr Führungsrohre (40 ) eine erste Öffnung an einem ersten Ende und eine zweite Öffnung an einem zweiten Ende aufweisen; wobei die Führungsrohre (40 ) in Längsrichtung aneinander anliegend ausgestaltet sind; wobei die Längsachse der ersten Öffnungen zur Längsachse der zweiten Öffnungen versetzt ist; und wobei die Führungsrohre (40 ) umeinander gewickelt sind. - Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Auffangen der einen oder mehreren Flüssigkeiten in dem Rattenloch, das mit der einen oder mehreren Schrägschachtbohrung verbunden ist; und Pumpen der einen oder mehreren Flüssigkeiten unter Verwendung einer Tauchpumpe im Rattenloch an die Oberfläche.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Ableitung der Flüssigkeit durch die Entwässerungsstruktur (
24 ) zu den zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (20 ) und das Auffangen der Flüssigkeit in den zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (20 ) und Pumpen der Flüssigkeit an die Oberfläche (11 ). - Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Anordnung einer Tauchpumpe im Rattenloch, wobei die Tauchpumpe so betrieben werden kann, dass die eine oder mehrere Flüssigkeiten, die aus der unterirdischen Formation in dem Rattenloch aufgefangen wurden, entfernt werden.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die unterirdische Zone (
22 ) ein Kohlenflöz aufweist. - Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Schrägschachtbohrungen (
20 ) sich vom Endpunkt der Stollenschachtbohrung (15 ) erstrecken. - System für den Zugang von der Oberfläche (
11 ) zu einer unterirdischen Formation (22 ), beinhaltend eine Stollenschachtbohrung (15 ), die sich von der Oberfläche (11 ) erstreckt, zwei oder mehrere Schrägschachtbohrungen, die sich von der Stollenschachtbohrung (15 ) zur unterirdischen Formation (22 ) erstrecken und eine im Wesentlichen horizontale Entwässerungsstruktur (24 ), die sich von wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen (20 ) in die unterirdische Formation (22 ) erstreckt, wobei das System gekennzeichnet ist, durch ein Rattenloch (27 ), das mit wenigstens einer der Schrägschachtbohrungen verbunden ist und das sich unter der im Wesentlichen horizontalen Entwässerungsstruktur (24 ) erstreckt, wobei das Rattenloch (27 ) so geschaffen ist, dass eine oder mehrere Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22 ) durch die im Wesentlichen horizontale Entwässerungsstruktur (24 ) abgeleitet werden und im Rattenloch (27 ) aufgefangen werden, um die Entfernung der Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation (22 ) zu erleichtern. - System gemäß Anspruch 15, wobei die zwei oder mehr Schrägschachtbohrungen (
20 ) radial mit Abstand, in etwa gleichmäßig um die Stollenschachtbohrung (15 ) verteilt, angeordnet sind. - System gemäß Anspruch 15, ferner umfassend drei Schrägschachtbohrungen (
20 ). - System gemäß Anspruch 17, wobei die drei Schrägschachtbohrungen (
20 ) radial mit Abstand, in etwa um 120 Grad versetzt, um die Stollenschachtbohrung (15 ) angeordnet sind. - System gemäß Anspruch 15, wobei die horizontale Entwässerungsstruktur seitliche Schachtbohrungen umfasst.
- System gemäß Anspruch 19, wobei die seitlichen Schachtbohrungen so ausgelegt sind, dass eine Fläche der unterirdischen Formation (
22 ) von wenigstens 640 Acres entwässert wird. - System gemäß Anspruch 15, ferner umfassend die Schaffung eines ausgedehnten Hohlraums in jedem der Schrägschachtbohrungen (
20 ) in der Nähe der unterirdischen Formation (20 ). - System gemäß Anspruch 15, ferner umfassend eine Tauchpumpe, die im Rattenloch angeordnet ist, wobei die Tauchpumpe so betrieben werden kann, dass die eine oder mehrere Flüssigkeiten, die aus der unterirdischen Formation in dem Rattenloch aufgefangen wurden, entfernt werden.
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