Analyse von mechanischen Hilfsmitteln zur Begrenzung des Stützmittel-Rückstroms
Das Hydrofracturing wird zur Erhöhung der Effizienz in der Erdöl- und Erdgasförderung eingesetzt. Dazu wird zunächst ein Bohrloch in den Fels getrieben, in das anschließend eine Flüssigkeit gepumpt und unter hohen Druck gesetzt wird. Dadurch entsteht ein Riss oder Bruch, der vom Bohrloch aus nicht selten mehrere hundert Meter weit in das umliegende Felsgestein hinein verläuft. Um zu vermeiden, dass sich diese Öffnung wieder schließt, wenn der Pumpvorgang beendet wird, enthält die Flüssigkeit ein so genanntes Stützmittel (üblicherweise eine bestimmte Sorte Sand), das sich im Inneren des Risses ansammelt und ihn auf diese Weise durchlässig hält. So entsteht ein Weg, auf dem das Öl oder Gas zur Erdoberfläche strömen kann. Zu Problemen kommt es allerdings, wenn sich das Stützmittel während des Förderbetriebs verlagert. Dieser Vorgang wird als Rückstrom bezeichnet. Dadurch sinkt die Produktivität, weil die Durchlässigkeit des Risses reduziert wird und das eingesetzte Gerät beschädigt werden kann. In der aktuellen Forschungsarbeit werden verschiedene Aspekte des Hydrofracturing-Prozesses behandelt. Dazu wurde die Stabilität des Stützmittels relativ zur Stützmittelgröße und zu den Rissbreiten untersucht. So wurden harzbeschichtete Stützmittel auf ihre Fähigkeit getestet, den Rückstromeffekt zu verringern. Die dabei erzielten Ergebnisse ließen erkennen, dass sich unbeschichtete Stützmittel bei einem Verhältnis der Rissbreite zum Stützmitteldurchmesser von 5 bis 1 stabil verhalten. Ein weiterer Mechanismus zur Reduzierung des Stützmittel-Rückstroms wurde ebenfalls untersucht. Dazu wurde ein speziell angepasstes Werkzeug mit Perforationsventil eingesetzt. Dieses Ventil enthält eine Serie von Perforationen, die mit Hilfe einer Hülse geschlossen werden können. Die Hülse kann eine bestimmte Maschenweite aufweisen, die so bemessen ist, dass der Stützmittel-Rückstrom begrenzt wird. Diese Lösung könnte auch in horizontalen Bohrlöchern angewandt werden, bedarf aber noch der weiteren Erprobung. Untersucht wurden außerdem Modellierungsverfahren zum Prognostizieren des Rückstroms. Dabei wurde die Spezialsoftware "Well Whiz" eingesetzt, die den Druckabfall entlang des Risses nachbildet, indem sie die Widerstandskräfte simuliert und so eine Abschätzung des Rückstrombetrags liefert. Es wurden ein Bohrlochmodell und zwei Stützmittelgrößen analysiert. Diese Laborergebnisse wurden in die Praxis umgesetzt, indem ein beschichtetes Stützmittel der Größe 12/18 mit einer Konzentration von 2 lb/ft2 zum Fracturing eines vorhandenen Offshore-Bohrlochs mit niedriger Produktionsrate verwendet wurde. Nach dem Fracturing wurde die Stützmittel-Konzentration zu 1,8 lb/ft2 ermittelt, was auf einen geringen Stützmittelverlust während des Prozesses schließen ließ. Die Produktion des Bohrlochs wurde über eine Filtereinheit überwacht, wobei kein Stützmittel-Rückstrom festgestellt wurde. Zugleich wurde eine Erhöhung der Produktivität um den Faktor 3,5 erreicht. Die Ergebnisse sind sehr inspirierend für die Steigerung der Öl- und Gasförderung durch effizientere Fracturing-Verfahren.
