Forschung zum Schadensmechanismus und zum reservoirschützenden Bohrspülsystem des Jura‑Reservoirs im Zhenbei‑Ölfeld

Warum der Schutz verborgener Ölgesteine wichtig ist

Tief unter Nordchina lagern mächtige Gesteinsschichten aus dem Jura große Ölvorkommen. Diese Ressourcen zu erschließen ist wichtig für die Energieversorgung, doch das Bohren selbst kann die Gesteine schädigen und das Öl in den Poren einschließen. Die vorliegende Studie aus dem Zhenbei‑Ölfeld im Ordos‑Becken untersucht, warum diese Reservoirs so empfindlich sind, und beschreibt ein neues Bohrspülsystem, das sie schützt, ihre feinen Durchgänge offenhält und die Ölproduktion in realen Bohrungen steigert.

Die Herausforderung enger unterirdischer „Autobahnen”

Die Gesteine in diesen Jura‑Reservoirs gleichen natürlichen Stein‑Schwämmen. Sie enthalten kleine Hohlräume (Poren) und enge Verbindungswege, durch die das Öl fließt. Messungen an Hunderten von Proben zeigen, dass diese Gesteine typischerweise nur mäßiges Porenvolumen und eine mittlere Durchlässigkeit aufweisen. Diese Kombination macht sie wertvoll, aber verletzlich: Es gibt genug verknüpften Porenraum zur Ölgewinnung, doch sind die Verbindungswege so eng, dass zusätzliche Partikel oder eingetragenes Wasser aus der Bohrspülung sie leicht verstopfen und den Fluss unterbrechen können.

Tondust und Wasser: eine versteckte Schadensquelle

Untersuchungen im Mikroskop und mittels Röntgentests zeigten, dass das Reservoir hauptsächlich aus Quarz‑ und Feldspatkörnern besteht, die von Tonmineralen wie Kaolinit zusammengehalten werden. Kaolinit ist mechanisch schwach und zerbricht leicht in winzige Plättchen, wenn schnell strömende Flüssigkeit vorbeigeführt wird. Sensitivitätstests ergaben, dass das Gestein besonders empfindlich gegenüber Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und gegenüber Süßwasser ist. Wenn Bohrspülungen durch das Gestein schießen, können sie Tonpartikel abtragen und diese in den engen Engstellen eintragen, wo sie sich festsetzen und den Weg blockieren. Süßwasser kann zusätzlich die Tone quellen lassen. Zusammengenommen verwandeln diese Effekte offene Mikrokanäle in verstopfte Engpässe und reduzieren die Durchlässigkeit für Öl stark.

Entwicklung einer schützenden Bohrrezeptur

Um diesen Schäden vorzubeugen, entwickelte das Team ein Bohrspülsystem, das eher wie ein temporärer Verband als wie ein dauerhafter Pfropf wirkt. Sie testeten mehrere Zusatzstoffe und einigten sich auf ein öl‑lösliches temporäres Verschlussmittel namens G325 sowie einen „selbst‑abbaubaren“ Wirkstoff zur Begrenzung des Fluidverlusts. Die Partikelgrößen dieser Materialien wurden gezielt an die durchschnittlichen Porenöffnungen der Jura‑Gesteine angepasst, sodass sie an der Rockwand eine dichte, dünne Schicht bilden, statt tief einzudringen. Laborversuche zeigten, dass diese Kombination den Einschlag von Fluiden in Gesteinsproben deutlich verringerte und mehr als 70 % potenzieller Leckwege abdichtete, während die Verschlussschicht später im Öl wieder aufgebrochen werden kann. Wenn mit diesem Fluid behandelte Kerne anschließend mit Öl durchspült wurden, kehrte ihre Durchlässigkeit auf etwa 98 % des ursprünglichen Werts zurück, was darauf hinweist, dass die internen Wege des Gesteins weitgehend erhalten blieben.

Vom Labor an echte Bohrstellen

Der endgültige Praxistest fand im Feld statt. Das neue Bohrspülsystem wurde in Jura‑Reservoirs des 11. Förderfelds von Zhenbei eingesetzt und mit früheren Bohrungen verglichen, die konventionelle Spülungen verwendeten. Nach der Umstellung stieg die durchschnittliche Testförderung aus der Jura‑Schicht in diesem Gebiet von rund 12 auf fast 19 Kubikmeter Öl pro Tag — ein Zuwachs von mehr als 50 %. In Horizontalbohrungen, die dieselbe Gesteinsschicht in vergleichbaren Lagen anbohrten, lagen die mit dem schützenden Fluid gebohrten Brunnen um etwa 50–80 % über den Nachbarbohrungen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass das Vermeiden mikroskopischer Schäden beim Bohren deutlich sichtbare Effekte an der Oberfläche haben kann.

Die Poren langfristig offen halten

Einfach gesagt zeigt diese Arbeit, dass Ölgesteine weniger geschädigt werden, wenn man sie von Anfang an behutsam behandelt. Indem die Forscher erkannten, dass leicht zerbrechlicher Ton und enge Poren die Jura‑Reservoirs empfindlich gegenüber schneller Strömung und Süßwasser machen, konnten sie ein Bohrspülsystem entwickeln, das das Gestein kurzzeitig abdichtet, die Invasion begrenzt und sich dann im Öl auflöst. Dadurch bleiben die feinen Kanäle im Gestein offen, sodass mehr Öl frei zum Brunnenmund fließen kann. Für Energieproduzenten bedeutet das bessere Ausbeute aus bestehenden Feldern; für die Allgemeinheit bedeutet es eine effizientere Nutzung unterirdischer Ressourcen und weniger verlustreiche Bohrungen.

Zitation: Wang, J., He, W., Zhang, M. et al. Research on the damage mechanism and reservoir protection drilling fluid system of Jurassic reservoir in Zhenbei oilfield. Sci Rep 16, 6887 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35924-5

Schlüsselwörter: Jura‑Ölreservoir, Bohrspülung, Reservoorschädigung, Migration von Tonfeinstpartikeln, Ordos‑Becken