Untersuchungen zur Trägerschädigung durch Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten (PDF)

Für die Produktivität einer Erdöl- oder Erdgaslagerstätte ist die Permeabilität des Trägergesteines von grosser Bedeutung. Während der Bohrarbeiten und der anschliessenden Behandlung kann die ursprüngliche Trägerpermeabilität durch die eingesetzten Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten (Frac-Fluide, Gravel-Trägerflüssigkeiten usw.) im bohrlochnahen bzw. -ferneren Bereich herabgesetzt werden. Diese Abnahme der Lagerstättenpermeabilität wird als "Trägerschädigung" bezeichnet.
Um das Bohrloch zu stabilisieren und unkontrollierte Zuflüsse aus der Formation zu verhindern, wird die Dichte der Spülung so eingestellt, dass der hydrostatische Druck der Spülungssäule über der Formation liegt. Durch den sich ergebenden, positiven Differenzdruck können Feststoffe und/oder Filtrat der eingesetzten Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten in die Porenräume des Trägergesteins eindringen; dadurch kann es zu physikalischen und/oder chemischen Reaktionen mit den Poreninhaltsstoffen und/oder dem Trägergestein kommen.
Bei einer hydraulischen Frac-Behandlung wird eine Flüssigkeit mit so hohem Druck in das Bohrloch eingepresst, dass es im Träger zur Bildung von Rissen kommt. Die Durchlässigkeit der Lagerstätte wird durch künstlich erzeugte, hochpermeable Fliesskanäle verbessert. Dies gilt solange die Stützmittel durch den Überlagerungsdruck des Gebirges nicht zerstört und vollständig in den Spaltflächen eingebettet sind.
Durch das Mitreissen von Sand bei der Förderung von Erdöl bzw. Erdgas sowie beim Betrieb von Porenspeichern können unter- und/oder übertägige Anlagen beschädigt werden. Das mechanische Zurückhalten des Sandes im Bohrloch erfolgt durch Sandfilter (Gravel-Pack); das Einbringen von Gravel-Material erfolgt mit Hilfe von Gravel-Trägerflüssigkeiten, denen Polymere zugemischt sind. Durch den Sandfilter kann die Formation verfestigt werden, wobei es zu einer Bindung des Sandes aus der Lagerstätte kommt.
Unter Bohrloch-Säuerung versteht man die chemische Beseitigung des Bohrlochwandbelages (Filterkuchen) und die Erweiterung der Fliesswege in der Formation. Dabei kann u. a. verdünnte Salzsäure eingesetzt werden, um Kalkablagerungen zu lösen; beim Fracen kann die Säure die Fliesswege zusätzlich erweitern.
Der durch Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten geschädigte Bereich der Formation kann wenige Zentimeter bis zu mehreren Metern betragen. Somit reicht die Perforationstiefe in der Regel nicht aus, diese Zone zu überwinden. Um kostspielige Bohrlochbehandlungen zur Erhöhung der Durchlässigkeit des Trägers zu vermeiden, müssen bereits in der Bohr- und Behandlungsphase trägerschonende Flüssigkeiten eingesetzt werden. Daher ist eine Anpassung dieser Fluide an die entsprechenden Lagerstättenverhältnisse anzustreben. Da jedoch nach /1/ die API-Filtratwerte der Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten nicht auf ihre Filtrationseigenschaften unter Bohrlochbedingungen schliessen lassen, werden in dieser Arbeit die Bohrspülungen und Behandlungsflüssigkeiten unter simulierten Bohrlochbedingungen im Hinblick auf ihren Einfluss auf permeable Gesteinsproben untersucht.