DE69932546T2

DE69932546T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Zugriff auf unterirdische Lagerstätten von der Oberfläche

Info

Publication number: DE69932546T2
Application number: DE69932546T
Authority: DE
Inventors: Joseph H. Pineville Zupanick
Original assignee: CDX Gas LLC
Current assignee: CDX Gas LLC
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: PL193559B1; CA2441671A1; CA2447254A1; ES2297582T3; ID30391A; AU2007211916B2; EP1619352B1; AU2007211917B2; US20020148613A1; CA2441672A1; CA2441672C; ATE480694T1; US8511372B2; CA2447254C; CA2350504A1; PL348705A1; PL193561B1; EP1131535A2; ES2251254T3; US20020134546A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Ausbeutung unterirdischer Lagerstätten und insbesondere ein Verfahren und System für den Zugang zu unterirdischen Lagerstätten von der Oberfläche.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Unterirdische Kohlelagerstätten enthalten beträchtliche Mengen von mitgeführtem Methangas, und eine Einschränkung bei der Förderung und bei der Verwendung von Methangas aus Kohlelagerstätten liegt seit vielen Jahren vor. Wesentliche Hindernisse haben jedoch eine Entwicklung und Nutzung von Methangas-Vorkommen in Kohleflözen vereitelt. Das größte Problem beim Fördern von Methangas aus Kohleflözen ist, dass, obwohl Kohleflöze sich über ausgedehnte Flächen von bis zu mehreren Tausend Acres erstrecken können, die Kohleflöze ziemlich flach in der Tiefe sind, welche von einigen Zoll bis zu mehreren Metern schwankt. Somit können, obwohl die Kohleflöze häufig relativ nah an der Oberfläche liegen, zum Gewinnen von Methangas in die Kohlelagerstätten gebohrte vertikale Bohrlöcher nur einen ziemlich kleinen Radius um die Kohlelagerstätten entleeren. Ferner können Kohlelagerstätten nicht der Druckzertrümmerung und anderen häufig zur Steigerung der Methangasförderung aus Felsformationen verwendeten Verfahren unterzogen werden. Folglich ist, nachdem das mühelos aus einem vertikalen Bohrloch in einem Kohleflöz entzogene Gas gefördert ist, die weitere Förderung hinsichtlich ihres Volumens begrenzt. Zusätzlich gehen Kohleflöze häufig mit unterirdischem Wasser einher, welches aus dem Kohleflöz entzogen werden muss, um das Methan zu fördern.
Horizontale Bohrmuster wurden ausprobiert, um die Menge von Kohleflözen, welche einem Bohrloch zur Gasförderung offenstehen, zu vergrößern. Solche Horizontalbohrverfahren erfordern jedoch die Verwendung eines gekrümmten Bohrlochs, was Schwierigkeiten beim Abführen des mitgeführten Wassers aus dem Kohleflöz bereitet. Das wirkungsvollste Verfahren, um Wasser aus einem unterirdischen Bohrloch zu pumpen, eine Gestängepumpe, funktioniert in horizontalen oder gekrümmten Bohrlöchern nicht richtig.
Ein weiteres Problem bei der Oberflächenförderung von Gas aus Kohleflözen sind die durch unzureichend ausgeglichene Bohrbedingungen aufgrund der Porosität des Kohleflözes verursachten Schwierigkeiten. Sowohl bei vertikalen als auch bei horizontalen Oberflächenbohrvorgängen wird Bohrfluid verwendet, um Bohrklein aus dem Bohrloch an die Oberfläche abzuführen. Das Bohrfluid übt einen hydrostatischen Druck auf die Formation aus, welcher, wenn er den hydrostatischen Druck der Formation übersteigt, zu einem Verlust von Bohrfluid in die Formation führen kann. Dies hat eine Mitnahme von Bohrstäuben in die Formation zur Folge, welcher dazu neigt, die Poren, Risse und Bruchstellen zu verstopfen, welche benötigt werden, um das Gas zu fördern.
Infolge dieser Schwierigkeiten bei der Oberflächenförderung von Methangas aus Kohlelagerstätten wurde das Methangas, welches vor dem Abbau aus einem Kohleflöz entfernt werden muss, durch Verwendung unterirdischer Verfahren aus Kohleflözen entfernt. Während die Verwendung unterirdischer Verfahren das mühelose Entfernen von Wasser aus einem Kohleflöz gestattet und unzureichend ausgeglichene Bohrbedingungen beseitigt, können diese nur eine begrenzte Menge der durch laufende Abbauvorgänge freigelegten Kohleflöze erreichen. Wo zum Beispiel Strebbau praktiziert wird, werden Untertage-Bohrgestelle verwendet, um horizontale Löcher von einem Feld, das gerade abgebaut wird, in ein benachbartes Feld, das später abgebaut wird, zu bohren. Die Einschränkungen von Untertage-Bohrgestellen begrenzen die Reichweite solcher horizontaler Löcher und somit den Bereich, der wirkungsvoll entleert werden kann. Außerdem begrenzt die Entgasung eines nachfolgenden Felds während des laufenden Abbaus eines Felds die Entgasungszeit. Folglich müssen viele horizontale Bohrlöcher gebohrt werden, um das Gas in einer begrenzten Zeitdauer zu entfernen.
Überdies muss bei hohem Gasgehalt oder bei durch ein Kohleflöz wanderndem Gas der Abbau möglicherweise angehalten oder verzögert werden, bis ein nachfolgendes Felds hinlänglich entgast werden kann. Diese Produktionsverzögerungen kommen zu den mit dem Entgasen eines Kohleflözes verbundenen Kosten noch hinzu.
Die US 4 702 314 zeigt ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation unter Verwendung eines modifizierten 5-Punkt- oder 9-Punkt-Bohrlochmusters und eines zentralen, im wesentlichen vertikalen Bohrlochs auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren und System für den Zugang zu unterirdischen Lagerstätten von der Oberfläche, welches die mit früheren Systemen und Verfahren verbundenen Nachteile und Probleme im wesentlichen beseitigt oder verringert. Im einzelnen schafft die vorliegende Erfindung ein abgeknicktes Bohrloch mit einem Dränagemuster, das ein horizontales Hohlraum-Bohrloch schneidet. Die Dränagemuster schaffen Zugang von der Oberfläche zu einem ausgedehnten unterirdischen Bereich, während das vertikale Hohlraum-Bohrloch gestattet, mitgeführtes Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Vorkommen wirtschaftlich abzuführen und/oder zu fördern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein unterirdisches Dränagemuster für den Zugang zu einer unterirdischen Zone gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines unterirdischen Dränagemusters für den Zugang zu einem Bereich einer unterirdischen Zone gemäß Anspruch 17 geschaffen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung von Formationsgas aus einer Gas führenden Formation gemäß Anspruch 31 geschaffen.
Zu den technischen Vorteilen der vorliegenden Erfindung zählt die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems für den Zugang zu unterirdischen Lagerstätten von der Oberfläche. Insbesondere wird aus einem abgeknickten Oberflächen-Bohrloch ein horizontales Dränagemuster in eine Zielzone gebohrt, um von der Oberfläche Zugang zur Zone zu schaffen. Das Dränagemuster wird von einem vertikalen Hohlraum-Bohrloch geschnitten, aus welchem mitgeführtes Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere der Zone entzogene Fluide mittels einer Gestängepumpeneinheit wirtschaftlich entfernt und/oder gefördert werden können. Folglich können Gas, Öl und andere Fluide aus einer Formation mit niedrigem Druck oder geringer Porosität wirtschaftlich an der Oberfläche gefördert werden.
Ein anderer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Bohren in Lagerstätten mit niedrigem Druck. Insbesondere wird eine Bohrlochpumpe oder eine Gaseinpressung verwendet, um den durch zum Abführen von Bohrklein während Bohrvorgängen verwendete Bohrfluide ausgeübten hydrostatischen Druck zu lindern. Folglich können Lagerstätten bei äußerst niedrigen Drücken ohne Verluste von Bohrfluiden in die Formation und ohne Verstopfen der Formation angebohrt werden.
Noch ein anderer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten horizontalen Dränagemusters für den Zugang zu einer unterirdischen Zone. Insbesondere wird eine Gefiederstrukturmit einer Hauptdiagonalen und entgegengesetzten Seitenzweigen verwendet, um den Zugang zu einer unterirdischen Zone von einem einzigen vertikalen Bohrloch aus zu maximieren. Die Länge der Seitenzweige ist nahe dem vertikalen Bohrloch maximal und nimmt zum Ende der Hauptdiagonalen hin ab, um einen gleichmäßigen Zugang zu einem vierseitigen oder anderen Gitterbereich zu schaffen. Dies gestattet, das Dränagemuster zur Entgasung eines Gruben-Kohleflözes oder einer anderen Lagerstätte auf Strebbau-Felder und andere Strukturen unter der Oberfläche auszurichten.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Vorbereiten eines Kohleflözes oder einer anderen unterirdischen Lagerstätte für den Abbau. Insbesondere Oberflächen-Bohrlöcher werden verwendet, um ein Kohleflöz vor Abbauvorgängen zu entgasen. Dies reduziert den Aufwand an Untertage-Geräten und -Tätigkeiten und verlängert die Zeit zum Entgasen des Flözes, was Stillstände wegen hohen Gasgehalts minimiert. Außerdem können vor Abbauvorgängen Wasser und Zusatzstoffe in das entgaste Kohleflöz gepumpt werden, um Staub und andere gefährliche Zustände zu minimieren, die Wirtschaftlichkeit des Abbauprozesses zu verbessern und die Qualität des Kohleprodukts zu verbessern.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens und Systems zum Fördern von Methangas aus einem abgebauten Kohleflöz. Insbesondere können zum anfänglichen Entgasen eines Kohleflözes vor Abbauvorgängen verwendete Bohrlöcher wiederverwendet werden, um nach dem Abbauvorgang Versatzgas aus dem Flöz aufzufangen. Folglich werden mit dem Auffangen von Versatzgas verbundene Kosten minimiert, um das Auffangen von Versatzgas aus früher abgebauten Flözen zu erleichtern oder zu ermöglichen.
Noch ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Positioniereinrichtung zum automatischen Positionieren von Bohrlochpumpen und anderen Geräten in einem Hohlraum. Insbesondere ist eine drehbare Hohlraumpositioniereinrichtung so eingerichtet, dass sie für den Transport in einem Bohrloch eingezogen und innerhalb eines Bohrloch-Hohlraums ausgefahren wird, um die Geräte innerhalb des Hohlraums optimal zu positionieren. Dies gestattet, Bohrlochgeräte innerhalb des Hohlraums mühelos zu positionieren und zu befestigen.
Andere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für einen Durchschnittsfachmann aus den folgenden Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen ohne weiteres ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum umfassenderen Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile darstellen.
1 ist eine Schnittansicht, welche die Bildung eines horizontalen Dränagemusters in einer unterirdischen Zone durch ein abgeknicktes Oberflächen-Bohrloch, welches ein vertikales Hohlraum-Bohrloch schneidet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist eine Schnittansicht, welche die Bildung des horizontalen Dränagemusters in der unterirdischen Zone durch das abgeknickte Oberflächen-Bohrloch, welches das vertikale Hohlraum-Bohrloch schneidet, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist eine Schnittansicht, welche die Förderung von Fluiden aus einem horizontalen Dränagemuster in einer unterirdischen Zone durch ein vertikales Bohrloch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist eine Draufsicht, welche ein Gefieder-Dränagemuster für den Zugang zu Lagerstätten in einer unterirdischen Zone gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ist eine Draufsicht, welche ein Gefieder-Dränagemuster für den Zugang zu Lagerstätten in einer unterirdischen Zone gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 ist eine Draufsicht, welche ein vierseitiges Gefieder-Dränagemuster für den Zugang zu Lagerstätten in einer unterirdischen Zone gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtung von "Gefieder"-Dränagemustern innerhalb von Feldern eines Kohleflözes zum Entgasen und Vorbereiten des Kohleflözes für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Vorbereiten eines Kohleflözes für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9A-C sind Schnittansichten, die einen Hohlraum-Bohrloch-Positionierwerkzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht eine Kombination von Hohlraum- und abgeknicktem Bohrloch für den Zugang zu einer unterirdischen Zone von der Oberfläche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die unterirdische Zone ein Kohleflöz. Es versteht sich, dass der Zugang zu anderen unterirdischen Zonen mit niedrigem Druck, mit äußerst niedrigem Druck und mit geringer Porosität auf ähnliche Weise unter Verwendung des Zwei-Bohrlöcher-Systems der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, um Wasser, Kohlenwasserstoffe und andere Fluide in der Zone abzuführen und/oder zu fördern und um vor Abbauvorgängen Mineralien in der Zone zu behandeln.
Wie in 1 gezeigt, verläuft ein im wesentlichen vertikales Bohrloch 12 von der Oberfläche 14 zu einem Ziel-Kohleflöz 15. Das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 schneidet und durchdringt das Kohleflöz 15 und setzt sich unterhalb desselben fort. Das im wesentlichen vertikale Bohrloch wird mit einer geeigneten Bohrloch-Auskleidung 16 ausgekleidet, welche auf dem Niveau oder oberhalb des Niveaus des Kohleflözes 15 endet.
Das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 wird entweder beim oder nach dem Bohren geloggt, um die genaue vertikale Tiefe des Kohleflözes 15 zu lokalisieren. Folglich wird das Kohleflöz bei nachfolgenden Bohrvorgängen nicht verfehlt, und Verfahren zum Lokalisieren des Flözes 15 während des Bohrens brauchen nicht angewendet zu werden. Ein Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 wird in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 auf dem Niveau des Kohleflözes 15 gebildet. Wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben, bildet der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 eine Verbindungsstelle für den Schnittpunkt des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs mit dem zum Bilden eines im wesentlichen horizontalen Dränagemusters im Kohleflöz 15 verwendeten abgeknickten Bohrloch. Der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 bildet außerdem eine Auffangstelle für dem Kohleflöz 15 während Fördervorgängen entzogene Fluide.
Bei einer Ausführungsform hat der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 einen Radius von ungefähr 2,44 Metern (acht Fuß) und eine vertikale Ausdehnung, welche genauso groß wie oder größer als die vertikale Ausdehnung des Kohleflözes 15 ist. Der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 wird unter Verwendung geeigneter Nachbohrverfahren und -geräte gebildet. Ein vertikaler Teil des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12 setzt sich unter dem Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 fort, um einen Sumpf 22 für den Hohlraum 20 zu bilden.
Ein abgeknicktes Bohrloch 30 verläuft von der Oberfläche 14 zu dem Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12. Das abgeknickte Bohrloch 30 umfasst einen im wesentlichen vertikalen Teil 32, einen im wesentlichen horizontalen Teil 34 und einen gebogenen oder gekrümmten Teil 36, welcher den vertikalen Teil 32 und den horizontalen Teil 34 miteinander verbindet. Der horizontale Teil 34 liegt im wesentlichen in der horizontalen Ebene des Kohleflözes 15 und schneidet den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12.
Das abgeknickte Bohrloch 30 ist gegenüber dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 an der Oberfläche 14 um eine ausreichende Entfernung versetzt, damit der mit großem Radius gebogene Abschnitt 36 und ein beliebiger gewünschter horizontaler Abschnitt 34 gebohrt werden kann, bevor es den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 schneidet. Um dem gebogenen Teil 36 einen Radius von 30 Metern 30,5-45,7 Metern (100 bis 150 Fuß) zu geben, wird das abgeknickte Bohrloch 30 um eine Entfernung von etwa 91,4 Metern (300 Fuß) gegenüber dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 versetzt. Dieser Abstand minimiert den Winkel des gebogenen Teils 36, um die Reibung im Bohrloch 30 während Bohrvorgängen zu verringern.
Folglich wird die Reichweite des durch das abgeknickte Bohrloch 30 gebohrten Gelenkbohrstrangs maximiert.
Das abgeknickte Bohrloch 30 wird mittels des Gelenkbohrstrangs 40, welcher einen geeigneten Bohrlochmotor und Bohrer 42 enthält, gebohrt. Eine Einrichtung zum Messen während des Bohrens (MWD-Einrichtung) 44 ist im Gelenkbohrstrang 40 enthalten, um die Orientierung und Richtung des vom Motor und Bohrer 42 gebohrten Bohrlochs zu kontrollieren. Der im wesentlichen vertikale Teil 32 des abgeknickten Bohrlochs 30 wird mit einer geeigneten Auskleidung 38 ausgekleidet.
Nachdem der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 vom abgeknickten Bohrloch 30 erfolgreich durchdrungen wurde, wird das Bohren durch den Hohlraum 20 mittels des Gelenkbohrstrangs 40 und einer geeigneten Horizontalbohrvorrichtung fortgesetzt, um ein im wesentlichen horizontales Dränagemuster 50 im Kohleflöz 15 zu schaffen. Das im wesentlichen horizontale Dränagemuster 50 und andere derartige Bohrlöcher enthalten schräge, wellige oder andere Neigungen des Kohleflözes 15 oder einer anderen unterirdischen Zone. Während dieses Vorgangs können Gammastrahlen-Messeinrichtungen und herkömmliche Einrichtungen zum Messen während des Bohrens verwendet werden, um die Orientierung des Bohrers zu kontrollieren und zu steuern, um das Dränagemuster 50 innerhalb der Grenzen des Kohleflözes 15 zu halten und um eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung eines gewünschten Bereichs innerhalb der Kohleflözes 15 zu schaffen. Weitere Information bezüglich des Dränagemusters sind im folgenden in Verbindung mit 4 bis 7 ausführlicher beschrieben.
Während des Prozesses des Bohrens des Dränagemusters 50 wird Bohrfluid oder "Schlamm" den Gelenkbohrstrang 40 hinunter gepumpt und in der Nähe des Bohrers 42 aus dem Bohrstrang 40 geleitet, wo es dazu dient, die Formation zu entschlammen und Bohrklein aus der Formation zu entfernen. Das Bohrklein wird dann im Bohrfluid mitgeführt, welches durch den Ring zwischen dem Bohrstrang 40 und den Bohrloch-Wänden nach oben zirkuliert, bis es die Oberfläche 14 erreicht, wo das Bohrklein aus dem Bohrfluid entfernt wird und das Fluid dann zurückgeleitet wird. Dieser herkömmliche Bohrvorgang erzeugt eine Standardsäule aus Bohrfluid mit einer vertikalen Höhe gleich der Tiefe des Bohrlochs 30 und erzeugt einen der Bohrlochtiefe entsprechenden hydrostatischen Druck auf dem Bohrloch. Da Kohleflöze dazu neigen, porös und brüchig zu sein, sind sie möglicherweise nicht in der Lage, einem solchen hydrostatischen Druck standzuhalten, selbst wenn auch Formationswasser im Kohleflöz 15 vorhanden ist. Demgemäß kann sich, wenn zugelassen wird, dass der volle hydrostatische Druck auf das Kohleflöz 15 einwirkt, ein Verlust von Bohrfluid und mitgeführtem Bohrklein in die Formation ergeben. Ein solcher Zustand wird als ein "über-ausgeglichener" Bohrvorgang bezeichnet, bei welchem der hydrostatische Fluiddruck im Bohrloch die Druckfestigkeit der Formation übersteigt. Ein Verlust von Bohrfluiden und Bohrklein in die Formation ist nicht nur teuer hinsichtlich der verlorenen Bohrfluide, welche ersetzt werden müssen, sondern er trägt auch dazu bei, die Poren im Kohleflöz 15 zu verstopfen, welche benötigt werden, um dem Kohleflöz Gas und Wasser zu entziehen.
Um während der Bildung des Dränagemusters 50 über-ausgeglichene Bohrbedingungen zu verhindern, werden Luftkompressoren 60 bereitgestellt, um Druckluft das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 hinunter und durch das abgeknickte Bohrloch 30 zurück nach oben umzuwälzen. Die umgewälzte Luft vermischt sich mit den Bohrfluiden im Ring um den Gelenkbohrstrang 40 und erzeugt überall in der Bohrfluid-Säule Blasen. Dies bewirkt eine Linderung des hydrostatischen Drucks des Bohrfluids und eine Verringerung des Bohrlochdrucks, welche ausreicht, um die Bohrbedingungen nicht über-ausgeglichen werden zu lassen. Die Belüftung des Bohrfluids verringert den Bohrlochdruck auf ungefähr 1034-1378 kPa (150 bis 200 Pfund pro Quadratzoll (psi)).
Demgemäß können Kohleflöze und andere unterirdische Zonen mit niedrigem Druck ohne wesentliche Verluste von Bohrfluid und Verunreinigung der Zone durch das Bohrfluid angebohrt werden.
Auch Schaum, welcher mit Wasser gemischte Druckluft sein kann, kann zusammen mit dem Bohrschlamm durch den Gelenkbohrstrang 40 nach unten umgewälzt werden, um das Bohrfluid im Ring zu belüften, während das abgeknickte Bohrloch 30 gebohrt wird und, wenn gewünscht, während das Dränagemuster 50 gebohrt wird. Auch durch Bohren des Dränagemusters 50 mit einem Druckluftbohrhammer oder einem druckluftgetriebenen Bohrlochmotor wird dem Bohrfluid Druckluft oder Schaum zugeführt. In diesem Fall tritt die Druckluft oder der Schaum, welche bzw. welcher zum Antreiben des Bohrers oder Bohrlochmotors verwendet wird, in der Nähe des Bohrers 42 aus. Jedoch gestattet das größere Luftvolumen, welches das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 hinunter geleitet werden kann, eine stärkere Belüftung des Bohrfluids als allgemein durch über den Gelenkbohrstrang 40 zugeführte Luft möglich ist.
2 veranschaulicht ein Verfahren und System zum Bohren des Dränagemusters 50 in das Kohleflöz 15 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12, der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 und das abgeknickte Bohrloch 32 so positioniert und gebildet wie vorher in Verbindung mit 1 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, wird, nachdem der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 vom abgeknickten Bohrloch 30 durchdrungen wurde, eine Pumpe 52 in den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 eingebaut, um Bohrfluid und Bohrklein durch das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 an die Oberfläche 14 zu pumpen. Dies beseitigt die Reibung von Luft und Fluid, welche durch das abgeknickte Bohrloch 30 nach oben zurückströmen, und verringert den Bohrlochdruck auf annähernd Null. Demgemäß kann der Zugang zu Kohleflözen und anderen unterirdischen Zonen mit äußerst niedrigen Drücken unter 1034 kPa (150 psi) von der Oberfläche hergestellt werden. Zusätzlich wird die Gefahr, dass Luft und Methan sich im Bohrloch verbinden, beseitigt.
3 veranschaulicht die Förderung von Fluiden aus dem horizontalen Dränagemuster 50 im Kohleflöz 15 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform wird, nachdem das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 und das abgeknickte Bohrloch 30 sowie das gewünschte Dränagemuster 50 gebohrt wurden, der Gelenkbohrstrang 40 aus dem abgeknickten Bohrloch 30 entfernt und das abgeknickte Bohrloch mit einer Abdeckung verschlossen. Für die im folgenden beschriebene Mehrfach-Gefiederstruktur kann das abgeknickte Bohrloch 30 in dem im wesentlichen horizontalen Teil 34 verstopft werden.
Sonst kann das abgeknickte Bohrloch 30 unverschlossen bleiben.
Wie in 3 gezeigt, ist eine Bohrlochpumpe 80 in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 im Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 22 angeordnet. Der erweiterte Hohlraum 20 bildet einen Speicher für angesammelte Fluide, welcher intermittierendes Pumpen gestattet, ohne dass es zu ungünstigen Auswirkungen eines durch angesammelte Fluide im Bohrloch verursachten hydrostatischen Drucks kommt.
Die Bohrlochpumpe 140 ist über einen Rohrstrang 82 mit der Oberfläche 14 verbunden und kann durch Pumpstangen 84 angetrieben werden, welche sich durch das Bohrloch 12 im Rohr nach unten erstrecken. Die Pumpstangen 84 werden durch eine geeignete an der Oberfläche installierte Vorrichtung wie einen angetriebenen Schwengel 86 hin und her bewegt, um die Bohrlochpumpe 80 zu betreiben. Die Bohrlochpumpe 80 hat die Aufgabe, Wasser und mitgeführte Kohlenstäube über das Dränagemuster 50 aus dem Kohleflöz 15 zu entfernen. Nachdem das Wasser an die Oberfläche entfernt ist, kann es zur Abtrennung von Methan, welches im Wasser gelöst sein kann, und zur Entfernung von mitgeführten Stäuben behandelt werden. Nachdem genügend Wasser aus dem Kohleflöz 15 entfernt wurde, ist es möglich, reines Kohleflöz-Gas durch den Ring des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12 um den Rohrstrang 82 an die Oberfläche 14 strömen zu lassen und über ein an eine Bohrlochvorrichtung angeschlossenes Rohr abzuführen. An der Oberfläche wird das Methan behandelt, komprimiert und durch eine Rohrleitung gepumpt, um auf herkömmliche Weise als Kraftstoff verwendet zu werden. Die Bohrlochpumpe 80 kann ununterbrochen oder nach Bedarf betrieben werden, um dem Kohleflöz 15 entzogenes Wasser in den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 22 abzuführen.
4 bis 7 veranschaulichen im wesentlichen horizontale Dränagemuster 50 für den Zugang zum Kohleflöz 15 oder einer anderen unterirdischen Zone gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform enthalten die Dränagemuster Gefiedermuster, welche aus einer zentralen Diagonale mit allgemein symmetrisch und in angemessenen Abständen angeordneten Seitenzweigen, die von jeder Seite der Diagonalen ausgehen, bestehen. Das Gefiedermuster kommt dem Muster der Adern in einem Laubblatt oder dem Aufbau einer Feder insofern nahe, als es ähnliche, im wesentlichen parallele Hilfsdränage-Bohrlöcher aufweist, welche in im wesentlichen gleichen und parallelen Abständen auf entgegengesetzten Seiten einer Achse angeordnet sind. Das Gefieder-Dränagemuster mit seinem zentralen Bohrloch und seinen allgemein symmetrisch und in angemessenen Abständen angeordneten Hilfsdränage-Bohrlöchern auf jeder Seite bildet ein gleichmäßiges Muster, um einem Kohleflöz oder einer anderen unterirdischen Formation Fluide zu entziehen. Wie im folgenden ausführlicher beschrieben, bietet das Gefiedermuster eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung eines quadratischen Bereichs, eines anderen vierseitigen Bereichs oder eines Gitterbereichs und kann zum Vorbereiten des Kohleflözes 15 für Abbauvorgänge auf Strebbau-Felder ausgerichtet werden. Es versteht sich, dass andere geeignete Dränagemuster gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Das Gefiedermuster und andere geeignete, von der Oberfläche gebohrte Dränagemuster schaffen Oberflächenzugang zu unterirdischen Formationen. Das Dränagemuster kann verwendet werden, um Fluide gleichmäßig abzuführen und/oder einzuleiten oder eine unterirdische Lagerstätte in anderer Weise zu manipulieren. In Nicht-Kohle-Anwendungen kann das Dränagemuster zum Auslösen von Sprengungen an Ort und Stelle, zum "Ausblasen" mit Dampf bei schwerem Rohöl und zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus Lagerstätten mit geringer Porosität verwendet werden.
4 veranschaulicht ein Gefieder-Dränagemuster 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform schafft das Gefieder-Dränagemuster 100 den Zugang zu einem im wesentlichen quadratischen Bereich 102 einer unterirdischen Zone.
Eine Anzahl der Gefiedermuster 60 kann zusammen verwendet werden, um einen gleichmäßigen Zugang zu einem ausgedehnten unterirdischen Gebiet zu schaffen.
Wie in 4 gezeigt, definiert der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 eine erste Ecke des Bereichs 102. Das Gefiedermuster 100 enthält ein im wesentlichen horizontales Haupt-Bohrloch 104, welches diagonal durch den Bereich 102 zu einer entfernten Ecke 106 des Bereichs 102 verläuft. Vorzugsweise werden das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 und das abgeknickte Bohrloch 30 über dem Bereich 102 so positioniert, dass das diagonale Bohrloch 104 die Neigung des Kohleflözes 15 hinauf gebohrt wird. Dies erleichtert das Auffangen von Wasser, Gas aus dem Bereich 102. Das diagonale Bohrloch 104 wird mittels des Gelenkbohrstrangs 40 gebohrt und verläuft vom erweiterten Hohlraum 20 aus in einer Linie mit dem abgeknickten Bohrloch 30.
Eine Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern 110 verläuft von den entgegengesetzten Seiten des diagonalen Bohrlochs 104 zu einer Peripherie 112 des Bereichs 102. Die seitlichen Bohrlöcher 122 können auf entgegengesetzten Seiten des diagonalen Bohrlochs 104 spiegelsymmetrisch zueinander sein oder sie können längs des diagonalen Bohrlochs 104 gegeneinander versetzt sein. Jedes der seitlichen Bohrlöcher 110 enthält einen gebogenen Teil 114, welcher vom diagonalen Bohrloch 104 abgeht, und einen gestreckten Teil 116, welcher gebildet wird, nachdem der gebogene Teil 114 eine gewünschte Orientierung erreicht hat. Zur gleichmäßigen Abdeckung des quadratischen Bereichs 102 sind Paare von seitlichen Bohrlöchern 110 in im wesentlichen gleichmäßigen Abständen auf jeder Seite des diagonalen Bohrlochs 104 angeordnet und verlassen die Diagonale 64 in einem Winkel von ungefähr 45 Grad. Die seitlichen Bohrlöcher 110 werden mit zunehmendem Abstand vom Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 immer kürzer, um das Bohren der seitlichen Bohrlöcher 110 zu erleichtern.
Das Gefieder-Dränagemuster 100 mit einem einzigen diagonalen Bohrloch 104 und fünf Paaren von seitlichen Bohrlöchern 110 kann einen Kohleflöz-Bereich einer Fläche von ungefähr 60 Hektar (150 Acres) entleeren. Wo ein kleinerer Bereich zu entleeren ist oder wo das Kohleflöz eine andere Form wie beispielsweise eine lange, schmale Form hat oder wo die Oberflächentopographie oder die unterirdische Topographie es erfordert, können veränderte Gefieder-Dränagemuster verwendet werden, indem der Winkel der seitlichen Bohrlöcher 110 zum diagonalen Bohrloch 104 und die Orientierung der seitlichen Bohrlöcher 110 variiert wird.
Alternativ können seitliche Bohrlöcher 120 von nur einer Seite des diagonalen Bohrlochs 104 gebohrt werden, um ein halbes Gefiedermuster zu bilden.
Das diagonale Bohrloch 104 und die seitlichen Bohrlöcher 110 werden durch Durchbohren des Hohlraums mit erweitertem Durchmesser 20 mittels des Gelenkbohrstrangs 40 und einer geeigneten Horizontalbohrvorrichtung gebildet. Während dieses Vorgangs können Gammastrahlen-Messeinrichtungen und herkömmliche Technologien zum Messen während des Bohrens verwendet werden, um die Richtung und Orientierung des Bohrers zu kontrollieren, um das Dränagemuster 50 innerhalb der Grenzen des Kohleflözes 15 zu halten und die richtigen Abstände und Orientierungen des diagonalen Bohrlochs 104 und der seitlichen Bohrlöcher 110 aufrechtzuerhalten.
Bei einer besonderen Ausführungsform wird das diagonale Bohrloch 104 mit einer Steigung bei jedem einer Vielzahl von Seitenzweig-Abzweigpunkten 108 gebohrt. Nachdem die Diagonale 104 fertiggestellt ist, wird der Gelenkbohrstrang 40 zu jedem der aufeinanderfolgenden Abzweigpunkte 108 zurückgezogen, von welchem aus auf jeder Seite der Diagonalen 104 ein seitliches Bohrloch 110 gebohrt wird. Es versteht sich, dass das Gefieder-Dränagemuster 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in anderer Weise geeignet gebildet werden kann.
5 veranschaulicht ein Gefieder-Dränagemuster 120 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform entleert das Gefieder-Dränagemuster 120 einen im wesentlichen rechteckigen Bereich 122 des Kohleflözes 15. Das Gefieder-Dränagemuster 120 enthält ein diagonales Haupt-Bohrloch 124 und eine Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern 126, welche wie in Verbindung mit dem diagonalen Bohrloch 104 und den seitlichen Bohrlöchern 110 in 4 beschrieben gebildet werden. Bei dem im wesentlichen rechteckigen Bereich 122 jedoch haben die seitlichen Bohrlöcher 126 auf einer ersten Seite der Diagonalen 124 einen flachen Winkel, während die seitlichen Bohrlöcher 126 auf der entgegengesetzten Seite der Diagonalen 124 einen steileren Winkel haben, so dass sie zusammen eine gleichmäßige Abdeckung des Bereichs 12 schaffen.
6 veranschaulicht ein vierseitiges Gefieder-Dränagemuster 140 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das vierseitige Dränagemuster 140 umfasst vier getrennte Gefieder-Dränagemuster 100, von welchen jedes einen Quadranten eines vom Gefieder-Dränagemuster 140 abgedeckten Gebiets 142 entleert.
Jedes der Gefieder-Dränagemuster 100 enthält ein diagonales Bohrloch 104 und eine Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern 110, welche vom diagonalen Bohrloch 104 ausgehen. Bei der vierseitigen Ausführungsform wird jedes der diagonalen und seitlichen Bohrlöcher 104 und 110 von einem gemeinsamen abgeknickten Bohrloch 141 aus gebohrt. Dies gestattet engere Abstände der Oberflächenförderanlagen, eine umfassendere Abdeckung eines Dränagemusters und reduziert den Aufwand an Bohrgeräten und -vorgängen.
7 veranschaulicht die Ausrichtung von "Gefieder"-Dränagemustern 100 auf unterirdische Strukturen eines Kohleflözes zum Entgasen und Vorbereiten des Kohleflözes für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird das Kohleflöz 15 mittels eines Strebbau-Prozesses abgebaut. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um Kohleflöze für andere Arten von Abbauvorgängen zu entgasen.
Wie in 7 gezeigt, gehen Kohlefelder 150 längs von einem Streb 152 aus. Strebbau-Praktiken gemäß wird nacheinander jedes Feld 150 von einem entfernten Ende zum Streb 152 hin abgebaut, und man lässt das Hangende zu Bruch gehen und in die Öffnung hinter dem Abbauprozess stürzen. Vor dem Abbau der Felder 150 werden die Gefieder-Dränagemuster 100 von der Oberfläche in die Felder 150 gebohrt, um die Felder 150 frühzeitig vor Abbauvorgängen zu entgasen. Jedes der Gefieder-Dränagemuster 100 ist auf den Streb 152 und das Gitter der Felder 150 ausgerichtet und deckt Teile von einem oder mehreren Feldern 150 ab. Auf diese Weise kann ein Gebiet einer Grube auf Grundlage unterirdischer Strukturen und Beschränkungen von der Oberfläche entgast werden.
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Vorbereiten des Kohleflözes 15 für Abbauvorgänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform beginnt das Verfahren in Schritt 160, in welchem zu entleerende Bereiche und Dränagemuster 50 für die Bereiche identifiziert werden. Vorzugsweise werden die Bereiche auf das Gitter eines Abbauplans für das Gebiet ausgerichtet. Gefiederstrukturen 100, 120 und 140 können verwendet werden, um eine optimierte Abdeckung für das Gebiet zu schaffen. Es versteht sich, dass andere geeignete Muster verwendet werden können, um das Kohleflöz 15 zu entgasen.
Dann wird in Schritt 162 das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 von der Oberfläche 14 durch das Kohleflöz 15 gebohrt. Daraufhin wird in Schritt 164 Bohrloch-Messgeräte eingesetzt, um die Lage des Kohleflözes in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 genau zu identifizieren. In Schritt 166 wird in dem im wesentlichen vertikalen Bohrloch 12 am Ort des Kohleflözes 15 der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 22 gebildet. Wie oben besprochen, kann der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 20 durch Nachbohren und andere herkömmliche Verfahren gebildet werden.
Daraufhin wird in Schritt 168 das abgeknickte Bohrloch 30 so gebohrt, dass es den Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 22 schneidet. In Schritt 170 wird das diagonale Haupt-Bohrloch 104 für das Gefieder-Dränagemuster 100 durch das abgeknickte Bohrloch 30 in das Kohleflöz 15 gebohrt. Nach Bildung der Hauptdiagonalen 104 werden in Schritt 172 seitliche Bohrlöcher 110 für das Gefieder-Dränagemuster 100 gebohrt. Wie oben beschrieben, können im diagonalen Bohrloch 104 während dessen Bildung Seitenzweig-Abzweigpunkte gebildet werden, um das Bohren der seitlichen Bohrlöcher 110 zu erleichtern.
In Schritt 174 wird das abgeknickte Bohrloch 30 mit einer Abdeckung verschlossen. Daraufhin wird in Schritt 176 der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 22 gereinigt, um den Einbau von Bohrloch-Förderanlagen vorzubereiten. Der Hohlraum mit erweitertem Durchmesser 22 kann gereinigt werden, indem Druckluft das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 hinunter gepumpt wird, oder durch andere geeignete Verfahren. In Schritt 178 werden Förderanlagen in das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 eingebaut. Die Förderanlagen umfassen eine sich nach unten in den Hohlraum 22 erstreckende Gestängepumpe zum Entfernen von Wasser aus dem Kohleflöz 15. Das Entfernen von Wasser verringert den Druck des Kohleflözes und ermöglicht, dass Methangas diffundiert und den Ring des im wesentlichen vertikalen Bohrlochs 12 hinauf gefördert wird.
Dann wird in Schritt 180 Wasser, welches aus dem Dränagemuster 100 in den Hohlraum 22 abläuft, mit der Gestängepumpeneinheit an die Oberfläche gepumpt. Wasser kann je nach Bedarf ununterbrochen oder intermittierend gepumpt werden, um es aus dem Hohlraum 22 zu entfernen.
In Schritt 182 wird aus dem Kohleflöz 15 diffundiertes Methangas ununterbrochen an der Oberfläche 14 aufgefangen. Daraufhin wird im Entscheidungsschritt 184 ermittelt, ob die Förderung von Gas aus dem Kohleflöz 15 augeschlossen ist. Bei einer Ausführungsform kann die Förderung von Gas abgeschlossen sein, nachdem die Kosten des Auffangens des Gases den vom Bohrloch erzeugten Ertrag übersteigen. Bei einer anderen Ausführungsform kann Gas weiter aus dem Bohrloch gefördert werden, bis eine Restkonzentration von Gas im Kohleflöz 15 unter den für Abbauvorgänge erforderlichen Konzentrationen liegt. Wenn die Förderung des Gases nicht abgeschlossen ist, leitet der Nein-Zweig des Entscheidungsschritts 184 zurück zu den Schritten 180 und 182, in welchen Wasser und Gas weiter aus dem Kohleflöz 15 entfernt werden. Nach Abschluss der Förderung leitet der Ja-Zweig des Entscheidungsschritts 184 weiter zu Schritt 186, in welchem die Förderanlagen ausgebaut werden.
Daraufhin wird im Entscheidungsschritt 188 ermittelt, ob das Kohleflöz 15 weiter für Abbauvorgänge vorbereitet werden soll. Wenn das Kohleflöz 15 weiter für Abbauvorgänge vorbereitet werden soll, leitet der Ja-Zweig des Entscheidungsschritts 188 weiter zu Schritt 190, in welchem Wasser und andere Zusatzstoffe wieder in das Kohleflöz 15 eingespritzt werden können, um Wasser wieder in das Kohleflöz einzulagern, Staub zu minimieren, die Wirtschaftlichkeit des Abbaus zu verbessern und das abgebaute Produkt zu verbessern.
Schritt 190 und der Nein-Zweig des Entscheidungsschritts 188 leiten weiter zu Schritt 192, in welchem das Kohleflöz 15 abgebaut wird. Das Entfernen der Kohle aus dem Flöz bewirkt, dass das Hangende zu Bruch geht und in die Öffnung hinter dem Abbauprozess stürzt. Das eingestürzte Hangende erzeugt Versatzgas, welches in Schritt 194 durch das im wesentlichen vertikale Bohrloch 12 aufgefangen werden kann. Demgemäß sind zusätzliche Bohrvorgänge nicht erforderlich, um Versatzgas aus einem abgebauten Kohleflöz auszubeuten. Schritt 194 leitet weiter zum Ende des Prozesses, durch welchen ein Kohleflöz wirtschaftlich von der Oberfläche entgast wird. Das Verfahren schafft eine symbiotische Beziehung zur Grube, um unerwünschtes Gas vor dem Abbau zu entfernen und vor dem Abbauprozess wieder Wasser in die Kohle einzulagern.
9A-9C sind Ansichten, die den Einsatz einer Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Wie 9A zeigt, umfasst eine Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 einen Bohrloch-Teil 202 und eine Hohlraumpositioniereinrichtung 204. Der Bohrloch-Teil 202 umfasst einen Einlass 206 zum Abziehen und Ableiten von im Hohlraum 20 enthaltenem Bohrloch-Fluid an eine Oberfläche des vertikalen Bohrlochs 12.
Bei dieser Ausführungsform ist die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 mit dem Bohrloch-Teil 202 drehbar gekoppelt, um eine Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 relativ zum Bohrloch-Teil 202 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Bolzen, eine Welle oder ein anderes geeignetes Verfahren bzw. eine andere geeignete Einrichtung (nicht ausdrücklich gezeigt) verwendet werden, um die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 mit dem Bohrloch-Teil 202 drehbar zu koppeln, um eine Schwenkbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 um eine Achse 208 relativ zum Bohrloch-Teil 202 zu ermöglichen. Somit kann die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 zwischen einem Ende 210 und einem Ende 212 der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 mit dem Bohrloch-Teil 202 so gekoppelt werden, dass beide Enden 210 und 212 relativ zum Bohrloch-Teil 202 drehbar manipuliert werden können.
Die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 umfasst außerdem einen Gegengewicht-Teil 214 zum Kontrollieren einer Position der Enden 210 und 212 relativ zum Bohrloch-Teil 202 in einem allgemein nicht unterstützten Zustand. Zum Beispiel ist die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 allgemein relativ zum Bohrloch-Teil 202 um die Achse 208 freitragend angebracht. Der Gegengewicht-Teil 214 ist längs der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 zwischen Achse 208 und Ende 210 so angeordnet, dass ein Gewicht oder eine Masse des Gegengewicht-Teils 214 die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 während des Einsetzens und des Zurückziehens der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 relativ zum vertikalen Bohrloch 12 und zum Hohlraum 20 kompensiert.
Im Betrieb wird die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 in das vertikale Bohrloch 12 eingesetzt, während das Ende 210 und der Gegengewicht-Teil 214 in einem allgemein eingezogenen Zustand positioniert sind, wodurch das Ende 210 und der Gegengewicht-Teil 214 direkt beim Bohrloch-Teil 202 angeordnet werden. Während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 im vertikalen Bohrloch 12 in der allgemein durch einen Pfeil 216 angegebenen Richtung nach unten fährt, verhindert eine Länge der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 allgemein eine Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 relativ zum Bohrloch-Teil 202. Zum Beispiel kann die Masse des Gegengewicht-Teils 214 bewirken, dass der Gegengewicht-Teil 214 und das Ende 212 allgemein durch Kontakt mit einer vertikalen Wand 218 des vertikalen Bohrlochs 12 unterstützt werden, während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 im vertikalen Bohrloch 12 nach unten fährt.
Wie 9B zeigt, bewirkt, während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 im vertikalen Bohrloch 12 nach unten fährt, das Gegengewicht-Teil 214 eine Dreh- oder Schwenkbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 relativ zum Bohrloch-Teil 202, während die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 aus dem vertikalen Bohrloch 12 in den Hohlraum 20 übergeht. Zum Beispiel während die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 aus dem vertikalen Bohrloch 12 in den Hohlraum 20 übergeht, fällt die Unterstützung des Gegengewicht-Teils 214 und des Endes 212 durch die vertikale Wand 218 des vertikalen Bohrlochs 12 allgemein weg. Während die Unterstützung des Gegengewicht-Teils 214 und des Endes 212 allgemein wegfällt, bewirkt das Gegengewicht-Teil 214 automatisch eine Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 relativ zum Bohrloch-Teil 202. Zum Beispiel veranlasst das Gegengewicht-Teil 214 allgemein das Ende 210, in der allgemein durch den Pfeil 220 angegebenen Richtung relativ zum vertikalen Bohrloch 12 nach außen sich zu drehen oder auszufahren. Zusätzlich fährt das Ende 212 der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 nach außen aus oder dreht sich nach außen relativ zum vertikalen Bohrloch 12 in der allgemein durch den Pfeil 222 angegebenen Richtung.
Die Länge der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 ist so eingerichtet, dass die Unterstützung der Enden 210 und 212 der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 durch das vertikale Bohrloch 12 allgemein wegfällt, während die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 aus dem vertikalen Bohrloch 12 in den Hohlraum 20 übergeht, wodurch der Gegengewicht-Teil 214 Gelegenheit erhält, eine nach außen gerichtete Drehbewegung des Endes 212 relativ zum Bohrloch-Teil 202, welche über einen Ringteil 224 des Sumpfs 22 hinausgeht, zu veranlassen. Im Betrieb, während die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 aus dem vertikalen Bohrloch 12 in den Hohlraum 20 übergeht, veranlasst somit das Gegengewicht-Teil 214 das Ende 212, in der allgemein durch Pfeil 222 angegebenen Richtung nach außen sich zu drehen oder auszufahren, so dass fortdauerndes Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 einen Kontakt des Endes 12 mit einer horizontalen Wand 226 des Hohlraums 20 zur Folge hat.
Wie 9C zeigt, bewirkt, während das Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 fortdauert, der Kontakt des Endes 212 zur horizontalen Wand 226 des Hohlraums 20 eine weitere Drehbewegung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 relativ zum Bohrloch-Teil 202. Zum Beispiel veranlasst der Kontakt zwischen dem Ende 212 und der horizontalen Wand 226 in Verbindung mit dem Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 das Ende 210, in der allgemein durch Pfeil 228 angegebenen Richtung relativ zum vertikalen Bohrloch 12 nach außen auszufahren oder sich zu drehen, bis der Gegengewicht-Teil 214 eine horizontale Wand 230 des Hohlraums 20 berührt. Nachdem der Gegengewicht-Teil 214 und das Ende 212 der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 allgemein durch die horizontalen Wände 226 und 230 des Hohlraums 20 Unterstützung erhalten, wird fortdauerndes Abwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 im wesentlichen verhindert, wodurch der Einlass 206 an einem vordefinierten Ort im Hohlraum 20 positioniert wird.
Somit kann der Einlass 206 an verschiedenen Stellen längs des Bohrloch-Abschnitts 202 platziert werden, so dass der Einlass 206 am vordefinierten Ort im Hohlraum 20 angeordnet ist, während die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 im Hohlraum 20 den tiefsten Punkt erreicht. Deshalb kann der Einlass 206 im Hohlraum 20 genau positioniert werden, um das Einziehen von Haufwerk oder anderem im Sumpf bzw. Rattenloch 22 vorhandenem Material im wesentlichen zu verhindern und um durch Anordnen des Einlasses 20 im engen Bohrloch verursachte Beeinflussungen durch Gas zu verhindern. Zusätzlich kann der Einlass 206 im Hohlraum 20 positioniert werden, um das Abziehen von Fluid aus dem Hohlraum 20 zu maximieren.
Im Rückwärtsbetrieb führt das Aufwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 allgemein zum Lösen des Kontakts zwischen dem Gegengewicht-Teil 214 und dem Ende 212 und den horizontalen Wänden 230 beziehungsweise 226. Während die Unterstützung der Hohlraumpositioniereinrichtung 204 im Hohlraum 20 allgemein wegfällt, veranlasst die Masse der zwischen dem Ende 212 und der Achse 208 angeordneten Hohlraumpositioniereinrichtung 204 allgemein die Hohlraumpositioniereinrichtung 204, sich in Richtungen zu drehen, welche den allgemein durch die Pfeile 220 und 222 angegebenen Richtungen entgegengesetzt sind, wie in 9B veranschaulicht. Zusätzlich wirkt der Gegengewicht-Teil 214 mit der Masse der zwischen dem Ende 212 und der Achse 208 angeordneten Hohlraumpositioniereinrichtung 204 zusammen, um allgemein die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 auf das vertikale Bohrloch 12 auszurichten. Somit wird die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 automatisch auf das vertikale Bohrloch 12 ausgerichtet, während die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 aus dem Hohlraum 20 zurückgezogen wird. Zusätzliches Aufwärtsfahren der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 kann dann verwendet werden, um die Hohlraumpositioniereinrichtung 204 aus dem Hohlraum 20 und dem vertikalen Bohrloch 12 auszubauen.
Deshalb schafft die vorliegende Erfindung eine höhere Zuverlässigkeit als frühere Systeme und Verfahren, indem der Einlass 206 der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 an einem vordefinierten Ort im Hohlraum 20 sicher angeordnet wird. Zusätzlich kann die Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 wirtschaftlich aus dem Hohlraum 20 ausgebaut werden, ohne zusätzliche Entriegelungs- oder Ausrichtwerkzeuge zur Erleichterung des Zurückziehens der Bohrloch-Hohlraum-Pumpe 200 aus dem Hohlraum 20 und dem vertikalen Bohrloch 12 zu erfordern.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, sind dem Durchschnittsfachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen nahegelegt. Die vorliegende Erfindung soll solche Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, einschließen.

Claims

Unterirdisches Dränagemuster (100, 120) für den Zugang zu einem Bereich (102, 122) einer unterirdischen Zone (15), umfassen: ein erstes Bohrloch (106, 124), das von einem ersten Ende des Bereichs (102, 122) in der unterirdischen Zone (15) zu einem zweiten Ende des Bereichs (102, 122) verläuft; eine erste Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126), die von dem ersten Bohrloch (106, 124) zu der Peripherie (112) des Bereichs (102, 122) auf einer ersten Seite des ersten Bohrlochs (106, 124) und voneinander beabstandet verlaufen; und eine zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126), die von dem ersten Bohrloch (106, 124) zu der Peripherie (112) des Bereichs (102, 122) auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite des ersten Bohrlochs (106, 124) und voneinander beabstandet verlaufen, wobei die Länge der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) sich auf einer bestimmten Seite des ersten Bohrlochs (106, 124) mit zunehmendem Abstand von dem ersten Ende des Bereichs (102, 122) progressiv verkürzt.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die seitlichen Bohrlöchern (110, 126) jeweils in einem Winkel von zwischen 40 und 50 Grad von dem ersten Bohrloch (106, 124) abgehen.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die seitlichen Bohrlöcher (110, 126) jeweils in einem Winkel von etwa 45 Grad von dem ersten Bohrloch (106, 124) abgehen.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich (102, 122) ein Vierseit umfasst und die Enden ferne Ecken des Vierseits umfassen.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem der Bereich (102) ein Quadrat umfasst und die Enden entgegengesetzte Enden des Quadrats umfassen.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem das erste Bohrloch (106, 124) und die seitlichen Bohrlöcher (110, 126) eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung des Bereichs (102, 122) ergeben.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die seitlichen Bohrlöcher (110, 126) in der ersten und zweiten Vielzahl jeweils im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die erste Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) spiegelt.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem das erste Bohrloch (106, 124) innerhalb der unterirdischen Zone (15) nach oben schräg verlaufend gebildet ist.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem jedes der seitlichen Bohrlöcher (110, 124) umfasst: einen gebogenen Teil (114), der von dem ersten Bohrloch (106, 124) abgeht; und einen gestreckten Abschnitt (116), der von dem gebogenen Abschnitt zu der Peripherie (112) des Bereichs (102, 122) verläuft.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem jedes der ersten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern von dem ersten Bohrloch in einem ersten Winkel abgeht und bei welchem jedes der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern von dem ersten Bohrloch in einem zweiten Winkel abgeht, wobei der erste Winkel von dem zweiten Winkel verschieden ist.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die seitlichen Bohrlöcher (110, 126) der ersten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 12, bei welchem die seitlichen Bohrlöcher (110, 126) der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die erste und die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) jeweils drei oder mehr seitliche Bohrlöcher umfasst.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die erste und die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) jeweils vier oder mehr seitliche Bohrlöcher umfasst.
Unterirdisches Dränagemuster nach Anspruch 1, bei welchem die erste und die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) jeweils fünf oder mehr seitliche Bohrlöcher umfasst.
Verfahren zum Bilden eines unterirdischen Dränagemusters (100, 120) für den Zugang zu einem Bereich (102, 122) einer unterirdischen Zone (15), umfassend: Bilden eines ersten Bohrlochs (106, 124), das von einem ersten Ende des Bereichs (102, 122) in der unterirdischen Zone (15) zu einem zweiten Ende des Bereichs (102, 122) verläuft; Bilden eine ersten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126), die von dem ersten Bohrloch (106, 124) zu der Peripherie (112) des Bereichs (102, 123) auf einer ersten Seite des ersten Bohrlochs (106, 124) verlaufen und voneinander beabstandet sind; und Bilden eine zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126), die von dem ersten Bohrloch (106, 124) zu der Peripherie (112) des Bereichs (102, 123) auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite des ersten Bohrlochs (106, 124) verlaufen und voneinander beabstandet sind, wobei die Länge der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) auf einer bestimmten Seite des ersten Bohrlochs (106, 124) sich mit zunehmendem Abstand von dem ersten Ende des Bereichs (102, 122) progressiv verkürzt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) das Bilden jedes der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) in einem Winkel von zwischen 40 und 50 Grad von dem ersten Bohrloch (106, 124) abgehend umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) das Bilden jedes der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) in einem Winkel von etwa 45 Grad von dem ersten Bohrloch (106, 124) abgehend umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem: der Bereich (102, 122) der unterirdischen Zone (15) einen vierseitigen Bereich umfasst; und das Bilden des ersten Bohrlochs (106, 124) das Bilden des ersten Bohrlochs (106, 124) von einer ersten Ecke zu einer zweiten Ecke des vierseitigen Bereichs (110, 126) verlaufend umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem der vierseitige Bereich (110) einen quadratischen Bereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden des ersten Bohrlochs (106, 124) und der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) das Bilden des ersten Bohrlochs (106, 124) und der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) in der Weise umfasst, dass eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung des Bereichs (102, 122) geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) das Bilden jedes der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden jedes der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) das Bilden jedes der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) in der Weise, dass es eines der ersten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) auf der entgegengesetzten Seite des ersten Bohrlochs (106) spiegelt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden jedes der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) umfasst: Bilden eines gebogenen Teiles (114), der von dem ersten Bohrloch (106, 124) abgeht; und Bilden eines gestreckten Teiles (116), der von dem gebogenen Abschnitt (114) zu der Peripherie des Bereichs (102, 122) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern umfasst: das Bilden jedes der ersten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern von dem ersten Bohrloch in einem ersten Winkel abgehend; und das Bilden jedes der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern von dem ersten Bohrloch in einem zweiten Winkel abgehend, wobei der erste Winkel von dem zweiten Winkel verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Bilden der ersten und der zweiten Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) das Bilden der seitlichen Bohrlöcher (110, 126) jeder Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern im wesentlichen parallel zueinander umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die erste und die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110, 126) jeweils drei oder mehr seitliche Bohrlöcher umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die erste und die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) jeweils vier oder mehr seitliche Bohrlöcher umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die erste und die zweite Vielzahl von seitlichen Bohrlöchern (110) jeweils fünf oder mehr seitliche Bohrlöcher umfasst.
Verfahren zur Erzeugung von Formationsgas aus einer Gas führenden Formation (15), umfassend: Bilden eines Dränagemusters (100, 120) in einer Gas führenden Formation (15), welches Dränagemuster (100, 120) eine Vielzahl von Hilfsdränage-Bohrlöchern (110, 126) umfasst, die in im wesentlichen gleicher und paralleler Beabstandung auf entgegengesetzten Seiten einer Achse des Dränagemusters (100, 120) angeordnet sind; und gleichzeitiges Fördern von Wasser und Formationsgas aus der Gas führenden Formation.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem das Dränagemuster (100, 120) ferner einen zentrales Bohrloch (106, 124) umfasst, von dem die Hilfsdränage-Bohrlöcher (110, 126) abgehen.
Verfahren nach Anspruch 32, bei welchem die ersten Hilfsdränage-Bohrlöcher (110) auf beiden Seiten des zentralen Bohrlochs (106) allgemein symmetrisch angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend das gleichzeitige Fördern von Wasser und Formationsgas aus einem Bereich (102) der Gas führenden Formation, welcher Bereich (102) relativ gleiche Verhältnisse von Länge zu Breite hat.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem das Dränagemuster ein im wesentlichen horizontales Muster (100, 120) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend das Bilden eines Hohlraums (20) mit erweitertem Durchmesser, wobei das Dränagemuster von dem Hohlraum (20) mit erweitertem Durchmesser abgeht; und gleichzeitiges Fördern von Wasser und Formationsgas aus der Gas führenden Formation durch den Hohlraum (20) mit erweitertem Durchmesser.
Verfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Hohlraum (20) mit erweitertem Durchmesser einen Durchmesser von annähernd 2,44 Metern (8 Fuß) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem die Hilfsdränage-Bohrlöcher (110, 126) mit zunehmender Entfernung von einem Oberflächen-Bohrloch (106, 124) progressiv kürzer werden.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem Wasser und Formationsgas aus einem vierseitigen Bereichs (102, 122) der Gas führenden Formation gefördert werden.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem das Dränagemuster (100, 120) eine im wesentlichen gleichmäßige Abdeckung eines Bereichs (102, 122) der Gas führenden Formation bietet.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem die Gas führende Formation ein Kohlenflöz ist.