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1 International Geothermal Center Hochschule Bochum Lehrveranstaltung Bohrtechnik Kap. 14 Neue Technologien Prof. Rolf Bracke Dipl.-Ing. Volker Wittig.

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1 1 International Geothermal Center Hochschule Bochum Lehrveranstaltung Bohrtechnik Kap. 14 Neue Technologien Prof. Rolf Bracke Dipl.-Ing. Volker Wittig WS 2012 / 13

2 Übersicht 2 1. Aufgaben einer Bohrabteilung 2. Überblick über den Bohrprozess 3. Bohrwerkzeuge 4. Bohrstrang / Hakenlast 5. Antrieb (Kelly / Topdrive) 6. Verrohrungskonzept 7. Kontrolle des Bohrlochverlaufs / Richtbohren 8. Spülungssystem, -typen und Verlustbekämpfung 9. Preventer und Kickbekämpfung 10.Technische Messungen 11. Zementation 12.Auswahl des Bohrturmes/Anforderungen an Bohrplatz 13.Aufbau eines Zeit-Teufendiagrams 14.Neue Technologien

3 Neue Technologien Coil Tubing: - Auf der Spule kontinuierlich gerollter Bohrstrang  keine Probleme mit Verbindern - Bohrstrang wird plastisch verformt  Materialermüdung - Bohrstrang rotiert nicht  Bohren mit Bohrlochmotor - Injector drückt den Bohrstrang in das Bohrloch  Snubbing - Kein Bohrturm nötig  sehr kleiner Footprint - 1“-4“ Coil Tubing üblich 3

4 Coiled Tubing CT continuous string of tubing on a reel Ø > 2 m tubing Ø ¾ - 4“ (19 – 100 mm) wall size appr. 2 – 6 mm (¼“) > 9.000 m length manufactured σ appr. 380 – 840 N/mm² Tubing doesn´t rotate

5 History + Development 1944 project „PLUTO“ (pipeline under the ocean) gasoline from the UK to EU with continous pipelines (>10 m) >1960: CA oil company had a 1st complete CT unit, to wash out sand in pipes / casing / wells (80- 100 m length) After that increasing standard in oil and gas industry

6 Schematic funktion + main components of CT

7 Pow er Pack Control Cabin BOP Injector Head Coiled Tubing Reel Guide Arch

8 Basic drilling / BHA components of a CT rig hydraulic DTH hammer possible

9 „DOE“ Micro hole technology with CT Hole Ø in comparison: standard slimhole microhole < ~ 3”

10 75 – 80 % of CT work today reclamation of „life wells“ Intervention Well repair Service work  only little Grass Root Drilling

11 Coil Tubing Anwendungen Remedial Cementing Drilling/ Milling Logging Perforating Stimulation Sand Control Fishing Fluid Displacement Wellbore Cleanout Running Packers Setting/Retrieving Bridge Plugs 11

12 CT reduziert Bohrkosten + Platzbedarf + Einwirkungen auf die Umwelt 1 ha 1/3 ha No connections – faster (2-3x) – non stop circulation safer (no personal directly over the hole) – straight drilling Work on „life wells“ – less personal – lower cost

13 Coiled Tubing drill rigs worldwide (total 1.881) January 2011 (source: ICOTA) 300 131 180 100

14 jointed pipe + CT drilling cost / foot for drilling + completion in the lower 48 + AL) CT: appr. 1/3 (15- 40 %) cheaper 2-3 x faster

15 drilling unconventional gas in E. Colorado + W. Kansas, USA since 2005 First Highly Efficient Hybrid CT Rig Built and Operating in the USA

16 Max. depth down to 1000 Meter Gas Tech- nology Inst. (GTI) CO + KS, USA savings appr. 25-35 % per well 900 m Niobrara Gas well drilled in 19 hrs. (incl. MIRU, drilling, logging, setting casing, RDMO)

17 ROP range appr. 1 – 2,5 m/min

18 CT + DTH water hammer drilling in hard rock (geothermal) last decade : CT + DTH water hammer drilling in Norway and Iceland up to 1.600 m depth 2 3/8“ coil up to 5“ hole W-100 hammer Griffith 3 3/4 ” motor drilling in hard gneiss > 200 MPa 26 l/sec @ 62 °C water

19 submersible (deep water) intervention or seafloor CT drilling unit (SSCTDU) (soure : ICOTA, Shell Oil)

20 Lochausbau bis 5000 m Tiefe 20 m 300 m 1000 m 5000 m 1,5“ Loch Ø mit 1“ Ø CT Mögliches Ziel:

21 LWD + Geologie Daten + Transfer Bohrparameter Lage + Geologie Steuern + Vortrieb Traktor fehlt hier Hydr. Antrieb Richtung 3“ Borehole

22 CT (deep) drilling  challenges - avoid buckling + helical lock up  HTT concept to move coil („earth worm“) - avoid peak forces underneath the injector head -DTH fluid hammer vibrations help (horizontal) move of coil (Baker et. al.) -energy to bit : pressure + flow is transformed in BHA to crush rock, very low axial force needed -„Monobore“ concept -Complete drilling system source: university of Hannover)

23 expandable openhole liner system (jointed pipe) (courtesy of Weatherford)

24 Problems with steel coiled tubing plastic deformation - corrosion - wear

25 Problems with steel Coiled Tubing

26 more flexibel  larger Ø possible  < 50 % lighter weight in air  excellent spoolability  “earth worm” principle possible  fatigue resistant: >18.000 cycles without failure  Chemically resistant  low inner surface roughness: less pressure drop, improved flow CT drilling innovation - new coil materials composites / eng. plastics

27 CT Drilling System at GZB, Bochum versatile CT rig with DTH fluid hammer on (flexible) coil

28 Neue Technologien Hybrid Drilling Rig - Kombiniert konventionelles Bohren mit Coil Tubing 28 Top Drive Injector Injector & Gooseneck

29 Neue Technologien Urbanisation/ Verstädterung - Mehr stadtnahe Bohrungen  Geothermieprojekte - Bohrturmtransport vereinfacht durch Bausteinprinzip  ISO - Geringe Lärm-/Sichtbelästigung  kleiner Footprint - Hohe Mobilität  schnelles Auf- und Abbauen - Higher Degree of Automation  Pipe Handling Systems 29 „Good looking Rigs“ -Acceptance of the public-

30 Neue Technologien 30 Rotary Steerable Systems(RSS): - Erlaubt den Bohrstrang beim Richtbohren zu drehen  Kein Bohrmotor für das Richtbohren nötig - Üblich für extrem verlängerte oder horizontale Bohrlöcher  Reibungskoeffizient geringer bei Rotation - Variable Build Up Rates möglich  verbessertes Richtbohren

31 Neue Technologien Casing Drilling: - Konventioneller Bohrstrang wird gegen die Rohrtour getauscht  Bohrloch wird gleichzeitig erbohrt und eingehüllt - Eliminierung von Problemzonen  Plaster Effect - Verringerter Surface Casing Diameter  Geringere Bohrkosten 31

32 BHA for a Liner drilling System 32 Liner is being pulled down as a drill string with bit is doing the penetration. At TD the inner BHA is retrieved to surface (  more like a „dual rod drilling“ system )

33 Retractable Bit Method Wireline retrievable BHA 33 Exterior Casing Components casing transmits mechanical and hydraulic energy to the bit. BHA retrieved with wireline

34 Drillable Bit Drillable Bit or Drill Shoe 34 drillable bit may be lost (expendable) or retrieved. Bit for next section is run through the old shoe (+ bit).

35 Neue Technologien : Casing Drilling Casing Drilling Bits 35

36 Neue Technologien Ten reasons to use Casing Drilling Reduces or eliminates drill pipe or wireline trip times Gets casing to design depth through problem formations Reduces potential requirement of contingency casing Reduces the initial surface casing size, because it can go deeper Drills straighter holes reducing torque, drag and cleaning problems due to spiraling Reduces open hole exposure time and associated drilling problems Reduces borehole exposure to formation and completion damage Reduces or eliminates well control issues of DP tripping Simplifies well architecture Optimizes reservoir production 36

37 Neue Technologien Expandable Casing/ Liner (SET) - Verringerung des Bohrlochdiameters  Reduzierung der Bohrkosten - Verbesserung der Bohrlochstabilität - Optimal für Bohrungen mit Trouble Zones  mehrere Intermediate Casing - Kein Underreaming nötig - Benutzung von anschwellenden Elastomeren  Verzicht auf Zement 37 “With a smaller hole size, drilling time is significantly faster in addition using less pipe (steel tonnage), mud, and producing fewer cuttings.”

38 Neue Technologien 38 Expandable Liner

39 Neue Technologien 39 Expandable Liner 1. Bohren 2. Liner am Bohrstrang in das Bohrloch fahren 3. Strang zementieren 4. Liner expandieren 5. Linerhanger expandieren 6. Shoe aufbohren

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