Einsatz des Trackmaster Casing Exit-Systems im Feld

DGMK/ÖGEW-Frühjahrstagung 2013, Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung Celle, 18./19. April 2013

DGMK-Tagungsbericht 2013-1, ISBN 978-3-941721-31-9

Einsatz des Trackmaster Casing Exit-Systems im Feld Emlichheim T. Schlotthauer*, K. Prehn**, C. Schubert** *Schlumberger Drilling Tools and Remedial, Celle, **Wintershall Holding GmbH, Kassel

Abstract

Aus dem Erdölfeld Emlichheim wird seit 1944 erfolgreich Erdöl produziert. Nach der primären Förderung konnte die Produktionsrate durch Druckerhaltung und Dampfinjektion konstant gehalten werden. (Plateauförderung ca. 140.000 t seit über 60 Jahren)

Im Zuge der weiteren Feldesentwicklung wurden seit 2010 29 Neubohrungen abgeteuft und 33 Ablenkungen geplant von denen 11 bereits fertig gestellt werden konnten.

Die Ablenkungen führen die Förderbetriebe Westemsland der Wintershall mit ihrer eigenen Workover-Anlage durch. Es handelt sich um eine 2-Stangen-Anlage vom Typ Salzgitter ZA310 (Baujahr 1982) mit Drehtisch und einer Hakenregellast von 45t. Das Spülungssystem wird ebenfalls von Wintershall bereitgestellt und betrieben.

Im Feld Emlichheim wird der Ablenkkeil im Deckgebirge i.d.R. nahe des Trägers entsprechend der Zielsetzung positioniert.

In den Jahren 2010 bis 2012 hat Smith/Schlumberger im Feld Emlichheim elf Whipstock-Einsätze erfolgreich durchgeführt.

Trotz des limitierten Drehmoments des Drehtisches konnten sämtliche Fenster erfolgreich gefräst werden. Da Rahmenbedingungen und Parameter vergleichbar sind, können die einzelnen Ergebnisse der Operationen ausgewertet und verglichen werden. Ferner wird der Einfluss der Wiederverwendung einzelner Frässtrangkomponenten dargestellt.

Die gesammelten Erfahrungen sowie die durchgeführten Optimierungen und potentielle Verbesserungen (Lessons Learned, Best Practice) für künftige Operationen werden in dem Vortrag vorgestellt.

1) Einleitung

Das Feld Emlichheim liegt im westlichen Niedersachsen an der Deutsch Niederländischen Grenze und wird von einem Konsortium aus Exxon Mobil Production Germany GmbH und der Wintershall Holding GmbH (Operator) betrieben. Im Jahr 1943 wurde Öl im Valangin Sandstein nachgewiesen und seit dem Jahr 1944 wird aus der Lagerstätte produziert. Im Jahre 1981 wurde zusätzlich der über dem Valangin liegende Hauterive angeschlossen. Seit über 60 Jahren kann durch neue Bohrungen, durch Wasserfluten und tertiäre Maßnahmen (seit 1981 wird Dampf injiziert) die Jahresproduktion bei ca. 140.000 t Erdöl gehalten werden. Bei den derzeitigen Rahmenbedingungen kann in Emlichheim noch mindestens 20 weitere Jahre wirtschaftlich Erdöl produziert werden.

Im Rahmen der fortlaufenden Feldesentwicklung werden zahlreiche Bohrungen abgelenkt. Dazu wird das alte Bohrloch teilverfüllt, in der 6 5/8“ bzw. 7“ Rohrtour auf dem Zementretainer ein Whipstock gesetzt und ein Fenster gefräst. Für diese Aufgabe wurde seit 2010 für bereits elf Bohrungen das Trackmaster System der Fa. Schlumberger/Smith benutzt. Mindestens 22 weitere Ablenkungen stehen noch aus.

Aufgrund der Vielzahl der durchgeführten und noch anstehenden Ablenkungen sollte untersucht werden, wie schnell mit dem System in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern gefräst und gebohrt werden kann. Dabei sollte der Fortschritt in Abhängigkeit von Meißelbelastung, Umdrehungsgeschwindigkeit und Drehmoment dargestellt werden. Weiterhin sollte überprüft

111

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DGMK-Tagungsbericht 2013-1

werden, ob die Wiederverwendung der beiden Kaliberfräser Einfluss auf die Dauer und den Erfolg einer Operation hat. Ziel der Untersuchung war es Zusammenhänge zu verstehen und mögliches Verbesserungspotential zu identifizieren.

2) Ablenkungen im Feld Emlichheim a) Herangehensweise

In den letzten Jahren wurde intensiv daran gearbeitet, das Feld Emlichheim mit dem Ziel neue Reserven zu erschließen weiter entwickelt. Allein seit 2010 wurden 29 Neubohrungen abgeteuft. Des Weiteren sollen 33 bestehende Bohrungen abgelenkt werden, wovon 11 Ablenkungen bereits erfolgreich durchgeführt werden konnten (Stand Februar 2013).

Es gibt verschiedene Gründe eine bestehende Bohrung abzulenken:

- Anschluss von nicht ausreichend erschlossenen Lagerstättenbereichen - Produktion aus einem anderen Horizont (z.B. Hauterive zu Valangin) - Wiederinproduktionsnahme einer technisch defekten Bohrung

Je nach Aufgabenstellung und den geologischen Randbedingungen unterscheidet man in Emlichheim 2 Varianten:

1. Kann das neue Bohrloch direkt neben dem alten Bohrloch platziert werden, wird nur der Keil gerichtet gesetzt und das Bohrloch ohne weitere Richtbohreinheit abgeteuft.

2. Soll ein spezieller Bereich der Lagerstätte angeschlossen werden und ist dafür ein Bohrpfad mit höherer Aufbaurate erforderlich, wird sowohl der Whipstock gerichtet gesetzt als auch mit einer Richtbohrgarnitur gebohrt.

Bevor Bohrungen abgelenkt werden, muss gewährleistet sein, dass die Rohrtouren und der dahinter liegende Zement integer sind. Daher wird vor der Ablenkung eine USIT Messung (Ultra Sonic Imager Tool) durchgeführt. Erst wenn diese den technisch einwandfreien Zustand bestätigt, kann mit den Arbeiten begonnen werden. Um einen festen Sitz des Whipstocks zu gewährleisten, setzt man diesen in einen Bereich einer qualitativ hochwertigen Rohrtour. Ein Mitdrehen oder Lösen des Ankers ist damit ausgeschlossen.

b) Untersuchte Bohrungen

In der Zeit von Juni 2010 bis September 2012 hat die Wintershall in ihrem Feld Emlichheim 9 Casing Exits mit dem Trackmaster System aus 7“ oder 6 5/8“ Casing erfolgreich durchgeführt. Aufgrund der Anzahl der Ablenkungen mit annährend gleichen Rohrtourgrößen und geologischen Verhältnissen, sollen die Resultate etwas genauer untersucht und verglichen werden.

Bei den Ablenkarbeiten auf der Bohrung EM 10 wurden zwei Rohrtouren gleichzeitig durchfräst und die Ergebnisse daher nicht in den numerischen Vergleich einbezogen.

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Abbildung 2: Schematische Darstellung der Fräsgarnitur und des Whipstocks

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4) Die Ausführung

Erfolgreiche Ablenkungsarbeiten sind im hohen Maße von der sorgfältigen Planung und Auswahl des Startpunktes (Kick Off Point – KOP) abhängig. Im Fokus stehen vor allem die Integrität der Rohrtour im Setzbereich, die Ergebnisse der Zementuntersuchung und die Lage der Rohrverbinder und Centralizer. Bei den Arbeiten im Feld Emlichheim wird immer eine Bohrlochmessung durchgeführt.

In Emlichheim kamen ausschließlich mechanische Ankersysteme zum Einsatz, die auf einem Widerlager (Zement-oder Bridge Plug) mit Absetzlast aktiviert werden.

Vor dem Einbau der Ablenkkeilgarnitur wird die Maßhaltigkeit und Befahrbarkeit der Rohrtour mit einer Scraper-Driftgarnitur sichergestellt. Anschließend wird die Gerätschaft auf der Lokation auf Vollständigkeit und eventuelle (Transport-) Schäden überprüft. Das Aufmaß der Garnitur und Gerätschaft wird mit dem werkseitigem Aufmaß korreliert und sichergestellt, dass die Gerätschaft im einwandfreien Zustand ist und den Anforderungen zum Einbau und Durchführung der Arbeiten entspricht.

Anschließend erfolgt die Aufnahme der vormontierten Ablenkkeilgarnitur (Whipstock & Ankersystem) und die Garnitur wird im Mauseloch abgefangen und gesichert. Danach muss die Fräsgarnitur mit schwerem Bohrgestänge aufgenommen und mittels Scherbolzen mit dem Ablenkkeil verschraubt und die Verbindung überprüft werden.

Wenn keine Orientierung des Whipstocksystems nötig ist, kann die BHA vervollständigt und die Garnitur mit moderater Geschwindigkeit eingebaut werden.

Im Falle einer orientierten Setzung kommt ein Gyro zum Einsatz. Hierzu wird ein UBHO-Sub (Universal Bottom Hole Orienting-Sub) in die Fräsganitur über den Frässtrang aufgenommen und mit dem Ablenkkeil zur Bestimmung der High-Side entsprechend eingerichtet.

Anschließend erfolgt die Einfahrt der Ablenkkeilgarnitur bis kurz vor Setzteufe und die Last wird ermittelt.

Bei gerichteter Setzung erfolgt der Aufbau und Einfahrt mit dem Gyro. Der Whipstock wird vor dem Erreichen der Setzteufe orientiert und die korrekte Ausrichtung durch wiederholte Messungen bestätigt. Darauf folgen der Ausbau und das Ablegen des Gyro.

Im Anschluss wird die Kelly aufgenommen und mit dem Frässtrang verbunden. Die Zirkulation wird hergestellt, wobei keine Strangrotation erreicht werden soll. Anschließend wird die Ablenkkeilgarnitur vorsichtig hängen gelassen und die Sohle (Zementbrücke) abgetastet. Sobald die Sohle bestätigt und die Orientierung weiterhin gesichert ist, kann der Absetzvorgang beginnen.

Nun wird die BHA stufenweise mit der benötigen Abscherlast des Ankersystems belastet bis der Schervorgang ausgelöst wird. Es folgt das Anheben der Garnitur bis die gewünschte Setzposition erreicht ist. Auf der Setzposition wird die Garnitur erneut hängen gelassen und der Anker mit der Absetzlast beaufschlagt. Dadurch setzen sich die Keile an der Rohrtourwand fest.

Nachdem der Anker gesetzt ist, wird die Garnitur weiter in Abschnitten mit Absetzlast beaufschlagt bis der Scherbolzen zwischen Fräser und Ablenkkeil abschert. Die Fräsgarnitur wird angehoben, die Last ermittelt und anschließend die Garnitur wieder langsam hängen gelassen und der Ablenkkeilkopf vorsichtig angefahren.

Das Fenster wird entsprechend der vorgeplanten Parameter gefräst und anschließend so tief in die Formation gebohrt, bis sichergestellt ist, dass der String Mill der Fräsgarnitur die gesamte Fensterlänge durchfahren und geräumt hat. Sobald die „Endteufe“ erreicht ist, wird der Fensterbereich mehrmals, in verschiedenen Modi (drehend, nichtdrehend, spülend, trocken) durchfahren bis weder Drehmoment- noch Lastspitzen festgestellt werden können.

Nach dem Säubern durch Zirkulation mit einer hochviskosen Pille erfolgen der Ausbau und das Ablegen der Garnitur.

Der Verschleiß des Equipments wird ermittelt, um die Maßhaltigkeit des Fräsfensters zu gewährleisten (Bewertung bzw. Dull Grading des Fräsers)

115



Beim Einbau einer Richtgarnitur für das weitere Abteufen der Ablenkung, bleibt der Servicetechniker bis zum Durchfahren des Fensters, um die Bohrmannschaft ggf. zu beraten und die Operation des Fräsens mit der Bestätigung der Maßhaltigkeit offiziell abzuschließen.

5) Die Ablenkungen im Vergleich

Insgesamt wurden 8 Ablenkungen miteinander verglichen. Dabei soll die Performance der einzelnen Operationen in Abhängigkeit von den Fräsparametern dargestellt werden.

Die für die Auswertung herangezogenen Daten sind auf Basis der Zeit aufgenommen worden. Daraus folgt, dass die Vergleichbarkeit der Daten bezogen auf eine Strecke nur durch Umrechnung erhalten. Die Intervalle wurden entsprechend linear interpoliert, woraus sich Tendenzen ableiten lassen. In Zukunft sollen die Parameter alle 20 cm aufgenommen werden.

Aus Abbildung 3 ist zu erkennen, dass in 6 von 8 Fällen das Fräsen des Fensters innerhalb von 6 Stunden erfolgte.

Abbildung 3: Strecken – Zeit Diagramm der untersuchten Bohrungen

Das Ende des Whipstocks liegt bei 3,20 m, anschließend wird nur noch die Formation mit dem Kopf-Fräser penetriert. Der String-Mill (3. Fräser) fräst in diesem Falle noch den Stahl, erweitert das Fenster in der Länge und stellt die Maßhaltigkeit sicher.

Das eigentliche Fenster-Fräsen ist im Mittel nach 3h45min abgeschlossen. Der schnellste Einsatz war nach 2h 30Min an der gleichen Stelle auf dem Keil.

Der überwiegende Teil der Ablenkungen war, wie eingangs beschrieben, im Durchschnitt nach 6 Stunden fertig gestellt.

Fräsgeschwindigkeit (ROP):

Bei genauerer Betrachtung der ROP (Abbildung 4), stellt sich heraus, dass sie am Anfang schnell auf 0,5m/h ansteigt und bis zum Ende des Ablenkkeils anhält. Erst wenn der Fräskopf komplett in der Formation ist, werden durchschnittliche Penetrationen von über 1m/h erreicht.

Im optimalen Fall kann eine Penetrationsrate von 1m/h schon auf den ersten Zentimetern erreicht und diese bis Ende des Ratholes gehalten werden.

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Ergebnisse der Ablenkung EM 91, Dauer 4,5h:

Es ist zu erkennen, dass der Fräser gleich von Anfang an arbeitet (Abbildung 8). Die Performances sind recht stetig über die Full-Gauge-Sektion der Rampe bis zum Erreichen des Kernschnittes des Fräsers auf der Rohrtour. In diesem Bereich arbeitet der Fräser mit recht guter ROP, bis der Kernschnitt des Fräsers weitestgehend vorüber ist. Die ROP fällt etwas, aber pendelt sich nach dem Verlassen der Rampe wieder bei ≥ 1,5m/h ein.

Abbildung 8: Die Fräsparameter der Ablenkung EM 91

Ergebnisse der Ablenkung EM 65, Dauer 5h:

Im Vergleich zu dem Einsatz auf der Bohrung EM 91, ist hier Anfangs keine Penetration zu erkennen (Abbildung 9). Dieses ändert sich nach gut einer Stunde. Der Fräser arbeitet dann mit ca. 0,5m/h. Zu erkennen ist auch hier, dass nachdem wir die Gauge-Sektion verlassen, mit mehr WOB eine ROP von deutlich über 1,0m/h erreicht wird. Obwohl keine Performance in der Anfangszeit erfolgte, ist die Rampe nach gut 3 Stunden und 15 Minuten abgefräst und der Fräser komplett in der Formation.

Der Rohrtour Exit wurde nach 5 Stunden komplett mit Rathole erstellt.

Abbildung 9: Die Fräsparameter der Ablenkung EM 65

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4,85

5,40

5,70

6,00

EM 91

ROP in m/h

WOM in t.

RPM *10/min

Whip-Profil

Strecke (m)

0

1

2

3

4

5

6

7

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

2,75

3,00

3,25

3,50

3,75

4,00

4,25

4,50

4,75

5,00

EM 65

Strecke in m

ROP in m/h

WOM in t.

RPM *20/min

Strecke (m)

Ram

pe

Ende

des

Ke

ils

119



Fazit:

Eine Wiederverwendung von den Fräsern und die dadurch resultierende Längendifferenzen haben keinen maßgeblichen Einfluss auf die Performance, bzw. ist bei den bisher durchgeführten und analysierten Operationen nicht festzustellen.

7) Zusammenfassung

Der Trackmaster hat in der Vergangenheit im Feld Emlichheim seinen Wert als One-Trip-System sichergestellt. Die anstehenden Formationen weisen weder eine hohe Abrassivität noch Festigkeit auf, weshalb das Standard-System eingesetzt werden konnte.

Bei der Auswertung hat sich herausgestellt, dass die Erfassung der Daten nach Zeit für einen analytischen Vergleich nicht sehr gut geeignet sind. Für die Darstellung des Ergebnisses ist diese Art der Erfassung jedoch völlig ausreichend.

In der Zukunft sollten die Parameter alle 20 cm erfasst werden, um eine Vergleichbarkeit und Auswertbarkeit gewährleisten zu können.

Die mit dem Trackmaster System abgeteuften Bohrungen liefen bisher sehr erfolgreich. Trotz der Limitationen bezüglich des Drehmoments, konnten die Fenster erfolgreich gefräst werden.

Durch die bisher abgeteuften Ablenkungen konnte man folgende Erfahrungen sammeln:

- Das Ablenken von Bohrungen stellt eine sehr wirtschaftliche und risikoarme Form der Feldesentwicklung dar

- Eine USIT Messung vor dem Abteufen gibt Auskunft über den Zustand der Bohrung und minimiert die Versagenswahrscheinlichkeit des Ankers

- Das Nachrüsten eines stärkeren Hydraulikaggregatantriebes für den Drehtisch ist sinnvoll, um die Workover Anlage zu schonen und höhere Drehzahlen erreichen zu können

- Für eine bessere Auswertbarkeit sollten bei zukünftigen Ablenkungen häufiger Messwerte genommen werden

- Wenn nach dem Fräsen eine Richtbohrgarnitur zum Einsatz kommt, sollte die Bohrung vorher gereinigt werden um unproduktive Zeiten des gemieteten Equipments zu vermeiden

- Während der Durchfahrt einer Richtbohrgarnitur durch das Fensters sollte ein Servicetechniker zugegen sein

120

Documents

Einsatz des Trackmaster Casing Exit-Systems im Feld