Openhole-Packer in der Ölindustrie

Openhole-Packer sind Abdichtwerkzeuge, die in der Ölindustrie in Openhole-Bohrungen (d. h. Bohrabschnitten ohne Verrohrung) eingesetzt werden. Sie dienen hauptsächlich dazu, verschiedene Formationen oder Bereiche im Bohrloch zu trennen, um fraktionierte Operationen zu ermöglichen, die Förderrate zu erhöhen oder den Flüssigkeitsfluss im Bohrloch zu steuern. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Beschreibung von Openhole-Packern:

Definition von Openhole-Packern

Ein Openhole-Packer ist eine speziell entwickelte Abdichtungsvorrichtung, die in Openhole-Bohrabschnitten (Bohrlochwände ohne Verrohrungsschutz) installiert wird und durch Ausdehnung oder auf mechanischem Wege direkten Kontakt mit der Bohrlochwand herstellt, um eine Abdichtung zu bilden und verschiedene Druck- oder Flüssigkeitsbereiche im Bohrloch zu isolieren. Sie werden häufig bei fraktionierten Ölförder-, Fracking-, Säuerungs- oder Testarbeiten eingesetzt.

Hauptfunktionen

1. Fraktionierte Isolierung: Unterteilt Openhole-Bohrabschnitte in mehrere unabhängige Bereiche, um Querströmungen von Flüssigkeiten (z. B. Öl, Wasser oder Gas) zwischen den Formationen zu verhindern.
2. Unterstützung von fraktionierten Operationen: Ermöglicht in Verbindung mit mehrstufigem Fracking oder fraktionierter Wasserinjektion eine präzise Formationsbehandlung.
3. Erhöhung der Förderrate: Optimiert die Öl- und Gasförderung durch Isolierung von Schichten mit geringer Produktion oder hohem Wassergehalt.
4. Steuerung von Flüssigkeiten im Bohrloch: Verhindert z. B. Gasdurchbrüche oder Wasserkeile und steigert die Produktionseffizienz.

Arten von Openhole-Packern

Je nach Funktionsprinzip und Anwendungsszenario lassen sich Openhole-Packer in folgende Typen unterteilen:

1. Expansionspacker:
   • Prinzip: Die Gummielemente des Packers werden durch hydraulische oder chemische Reaktionen ausgedehnt, um eine dichte Verbindung mit der Bohrlochwand herzustellen und eine Abdichtung zu bilden.
   • Eigenschaften: Anpassung an unregelmäßige Bohrlochdurchmesser (z. B. ovale oder unregelmäßige Bohrlöcher), gute Abdichtungseigenschaften.
   • Gängige Materialien: Hochfester Gummi (z. B. HNBR oder FKM) in Kombination mit einem Stahl- oder Verbundwerkstoffkörper.
   • Anwendungen: Mehrstufiges Fracking, komplexe Horizontalbohrungen (z. B. Schiefergasförderung).
2. Mechanische Packer:
   • Prinzip: Die Dichtungselemente werden durch mechanische Vorrichtungen (z. B. Kegel oder Schieber) ausgefahren, um Kontakt mit der Bohrlochwand herzustellen.
   • Eigenschaften: Einfache Struktur, wiederverwendbar, aber höhere Anforderungen an die Regelmäßigkeit des Bohrlochdurchmessers.
   • Anwendungen: Konventionelle Openhole-Bohrungen für fraktionierte Tests oder Wasserinjektionsarbeiten.
3. Chemische Expansionspacker:
   • Prinzip: Verwendung von wasserabsorbierenden, expandierenden Materialien (z. B. Polymeren), die bei Kontakt mit Wasser expandieren und eine Abdichtung bilden.
   • Eigenschaften: Geeignet für langfristige Abdichtung, einfache Installation, aber beeinflusst durch die Eigenschaften der Formationsflüssigkeit.
   • Anwendungen: Langfristige fraktionierte Isolierung oder Bohrlochabdichtung.
4. Verbundpacker:
   • Prinzip: Kombination aus Expansions- und Mechanik, die sowohl hohe Anpassungsfähigkeit als auch Zuverlässigkeit bietet.
   • Anwendungen: Tiefbohrungen, Ultratiefbohrungen oder Hochtemperatur-Hochdruck-Umgebungen (HPHT).

Gängige Materialien

• Körper: Hochfester Stahl (z. B. 4140, 4130 niedriglegierter Stahl) oder korrosionsbeständige Legierungen (z. B. Inconel), geeignet für Hochtemperatur-Hochdruck- oder korrosive Umgebungen.
• Dichtungselemente: Öl- und hochtemperaturbeständige Gummimaterialien (z. B. hydrierter Nitrilkautschuk HNBR, Fluorkautschuk FKM) oder expandierende Polymere.
• Oberflächenbeschichtung: Einige Packer haben eine verschleißfeste oder korrosionsbeständige Oberflächenbeschichtung (z. B. Wolframkarbidspritzen), um die Lebensdauer zu verlängern.

Verarbeitungstechnologie

Das Herstellungsverfahren von Openhole-Packern ähnelt dem von starren Zentralisatoren, legt aber mehr Wert auf die Dichtungsleistung und die Anpassungsfähigkeit an die Bohrlochwand:

1. Feinguss/Schmieden: Herstellung eines hochfesten Körpers, um die Druckfestigkeit zu gewährleisten.
2. Gummiverformung: Herstellung von Dichtungselementen durch Formpressen oder Extrudieren, um die Expansionsleistung und Haltbarkeit zu gewährleisten.
3. Mechanische Bearbeitung: Drehen, Fräsen, um die Genauigkeit des Körpers und der Dichtungselemente sicherzustellen und die Bohrlochdurchmesseranforderungen zu erfüllen.
4. Oberflächenbehandlung: Wärmebehandlung zur Erhöhung der Körperfestigkeit, chemische Beschichtung oder Spritzlackierung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.
5. Montage und Prüfung: Dichtungsleistungs- und Druckfestigkeitsprüfungen in Hochdruckumgebungen, die den API- oder ISO-Normen entsprechen (z. B. API 11D1).

Anwendungsszenarien

• Mehrstufiges Fracking: Bei der Erschließung von Schiefergas- oder Tight-Oil-Lagerstätten werden Openhole-Packer für fraktioniertes Fracking verwendet (z. B. in Verbindung mit Schiebehülsensystemen).
• Fraktionierte Ölförderung: Isolierung von Schichten mit hohem Wassergehalt oder geringer Produktion zur Optimierung der Öl- und Gasförderung.
• Formationstests: Isolierung von Testabschnitten, um genaue Formationsdruck- oder Flüssigkeitsdaten zu erhalten.
• Injektionsbohrungen: Trennung verschiedener Injektionsschichten zur Steuerung der Injektionsrichtung und des Injektionsdrucks.
• Komplexe Bohrlochbedingungen: Expansionspacker sind in Hochtemperatur-Hochdruck-Bohrungen, Horizontalbohrungen oder Bohrlöchern mit unregelmäßigem Durchmesser von Vorteil.