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1. Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochsieb und gemäß einem
ihrer Aspekte auf ein Bohrlochsieb, um damit ein Bohrloch mit einer Rißbildung/Kiesschüttung zu
versehen, wobei das Bohrloch einen inneren Ausweichströmungsweg
aufweist, der seinerseits zwischen den ausgerichteten blinden Sektoren
zweier Rohre gebildet wird.
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2. Hintergrund
der Erfindung
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Beim
Fördern
von Kohlenwasserstoffen oder dergleichen aus gewissen unterirdischen
Formationen ist es üblich,
große
Mengen an Feststoffmaterial (Sand) zusammen mit den Formationsfluiden
zu fördern,
insbesondere dann, wenn die Formation mit einer Rißbildung
versehen worden ist, um die Strömung
hieraus zu verbessern. Diese Förderung
von Sand muß kontrolliert
erfolgen, sonst kann sie die wirtschaftliche Lebensdauer der Bohrung
stark beeinträchtigen.
Eine der am häufigsten
benutzten Techniken zum Steuern der Sandförderung ist als das "Ausbilden einer Kiesschüttung" bekannt. Bei einer
typischen Fertigstellung der Kiespackung wird ein Sieb innerhalb
des Bohrlochs neben dem fertigzustellenden Abschnitt positioniert,
und es wird eine Kiesaufschlämmung
das Bohrloch hinab und in den Bohrlochringraum um das Sieb herum
gepumpt. Da aus der Aufschlämmung
Flüssigkeit
in die Formation und oder durch das Sieb verloren geht, wird innerhalb des
Ringraums Kies abgelagert und bildet um das Sieb herum eine durchlässige Masse.
Dieser Kies (z.B. Sand) wird in der Größe so eingestellt, daß er das
Hindurchströmen
der geförderten
Fluide erlaubt, während
er das Hindurchtreten des meisten Feststoffmaterials in das Sieb
blockiert.
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Ein
Hauptproblem bei der Rißbildung/Kiesschüttung in
einem Bohrloch – insbesondere
dort, wo lange und geneigte Abschnitte fertigzustellen sind – liegt
darin, das Rißbildungsfluid
bzw. die Kiesaufschlämmung
(nachfolgend als "Kiesaufschlämmung" bezeichnet) über den
gesamten Fertigstellungsabschnitt in angemessener Weise zu verteilen.
Das heißt,
um ein angemessenes "frac-pac" ("eine Rißschüttung") eines langen Fertigstellungsabschnitts und/oder
geneigten Abschnitts sicherzustellen, ist es nötig, daß die Kiesaufschlämmung alle
Niveaus innerhalb jenes Abschnitts erreicht. Eine schlechte Verteilung
der Kiesaufschlämmung über den
Abschnitt (d.h. entlang der gesamten Länge des Siebs) führt üblicherweise
zu einer (a) nur teilweisen Rißbildung
in der Formation und (b) einer Kiesschüttung mit erheblichen Fehlstehlen
darin.
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Eine
schlechte Verteilung der Kiesschüttung wird
oft verursacht, wenn das Trägerfluid
aus der Aufschlämmung
vorzeitig in durchlässigere
Bereiche der Formation und/oder in das Sieb selbst verloren geht, wodurch
in dem Bohrlochringraum um das Sieb herum eine oder mehrere "Sandbrücken" gebildet werden,
bevor in der Formation in angemessener Weise eine Rißbildung
eingetreten ist und der gesamte Kies entsprechend angeordnet ist.
Diese Sandbrücken blockieren
wirksam eine weitere Strömung
der Kiesaufschlämmung
durch den Bohrlochringraum und verhindert dadurch eine Kieszufuhr
zu allen Niveaus innerhalb des Fertigstellungsabschnitts.
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Um
dieses Problem zu lindern, wurden Bohrlochwerkzeuge mit einem "Ausweichweg" (z.B. Bohrlochsiebe)
vorgeschlagen und sind jetzt in Gebrauch. Sie sorgen für die gute
Verteilung des Kieses über den
ganzen Fertigstellungsabschnitt, selbst dann, wenn Sandbrücken gebildet
werden, bevor der gesamte Kies an seine Stelle gebracht worden ist.
Solche Werkzeuge beinhalten normalerweise perforierte Nebenschluß- oder
Umgehungsleitungen, die sich über
die Länge
des Werkzeugs erstrecken und für
die Aufnahme der Kiesaufschlämmung
eingerichtet sind, wenn diese in den Bohrlochringraum um das Werkzeug
herum eintritt. Falls sich eine Sandbrücke bildet, bevor der Vorgang
beendet ist, kann die Kiesaufschlämmung noch durch die perforierte
Nebenschlußrohre
(d.h. die "Ausweichwege") zu den verschiedenen
Niveaus innerhalb des Ringraums, oberhalb und/oder unterhalb der
Brücke,
gebracht werden. Für
eine vollständigere
Beschreibung eines typischen Ausweichweg-Bohrlochsiebs und seine
Arbeitsweise wird auf das US-Patent 4945991 verwiesen, das durch
Inbezugnahme hier mit aufgenommen wird.
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Bei
vielen bekannten Ausweichweg-Bohrlochsieben des oben beschriebenen
Typs sind die einzelnen Nebenschlußrohre extern an der Außenseite
des Siebs befestigt; siehe US-Patente 4945991, 5082052, 5113935,
5417284 und 5419394. Obwohl sich diese Anordnung als sehr zufriedenstellend
erwiesen hat, haben extern befestigte Nebenschlußrohre doch einige Nachteile.
Beispielsweise wird durch das äußere Anbringen
der Nebenschlußrohre
an dem Sieb der wirksame Gesamtaußendurchmesser des Siebs erhöht. Dies
kann sehr wichtig sein, insbesondere wenn dann, ein Sieb in ein Bohrloch
mit einem relativ kleinen Durchmesser eingebracht werden soll, wo
sogar Bruchteile eines Inch im Außendurchmesser das Sieb unbrauchbar
oder zumindest in das Bohrloch schwer einsetzbar machen können.
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Ein
anderer Nachteil beim externen Anbringen der Nebenschlußrohre liegt
in der Tatsache, daß diese
während
des Zusammensetzens und des Installierens des Siebs einer Beschädigung ausgesetzt sind.
Wenn das Nebenschlußrohr
während
der Montage eingedrückt
oder in anderer Weise beschädigt wird,
kann es für
das Zuführen
der Kiesschüttung
in alle Niveaus des Fertigstellungsabschnitts vollständig unwirksam
werden, was seinerseits zu einer unvollständigen Rißbildung/Schüttung in
dem Abschnitt führen
kann. Es wurden verschiedene Techniken zum Schutz dieser Nebenschlußrohre vorgeschlagen,
und zwar durch ihre Anordnung innerhalb des Siebs; siehe US-Patente
5341880, 5476143 und 5515915. Jedoch kann dies die Konstruktion
solcher Siebe aufwendiger, wenn nicht komplizierter, machen. Dies
wiederum ergibt normalerweise wesentlich höhere Förderkosten.
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In
letzter Zeit wurde ein anderes Sieb mit Ausweichweg in der gleichzeitig
anhängigen
und in üblicher
Weise übertragenen
US-Patentanmeldung Nr. 09/290605, eingereicht am 13. April 1999,
beschrieben und beansprucht. Damit wird die Konstruktion eines Siebs
mit einem inneren Ausweichströmungsweg
vereinfacht. Das dort beschriebene Sieb weist zwei konzentrische
Rohre auf, d.h. ein inneres Basisrohr und ein Außenrohr. Ein Abschnitt des
Ringraums, der zwischen den zwei konzentrischen Rohren gebildet
wird, stellt den (die) Ausweichströmungsweg(e) zum Transport der
Kiesaufschlämmung
in verschiedene Niveaus innerhalb des Fertigstellungsabschnitts
dar.
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Teiler
(z.B. Rippen) erstrecken sich in Längsrichtung innerhalb des Ringraums
zwischen den Rohren, um den Abschnitt des Ausweichströmungswegs
des Ringraums von einem perforierten Förderabschnitt des Ringraums
zu trennen. Die Außenoberfläche des
Außenrohrs
ist mit einem Draht oder dergleichen umwickelt, um zu verhindern,
daß Sand
in den Förderabschnitt
des Ringraums eindringt. In Längsrichtung
des Außenrohrs
beabstandete Öffnungen
bilden Auslässe
für den
Ausweichströmungsweg,
wodurch die Kiesaufschlämmung
von dem Ausweichströmungsweg
in verschiedene Niveaus innerhalb des Fertigstellungsabschnitts
gebracht werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt noch ein anderes Bohrlochsieb zur Verfügung, das
einen inneren Ausweichströmungsweg
zur Abgabe einer Rißbildungsflüssigkeit/Kiesaufschlämmung in
verschiedene Niveaus eines Bohrlochringraums während eines Vorgangs der Rißbildung
bzw. des Ausbildens einer Kiesschüttung oder eines "frac-pac"-Vorgangs. Die Abgabe
des Kieses direkt an unterschiedliche Niveaus innerhalb des Bohrlochringraums
führt zu
einer viel besseren Verteilung des Kieses über den Fertigstellungsabschnitt,
insbesondere dann, wenn sich in dem Ringraum Sandbrücken bilden,
bevor der gesamte Kies an seiner Stelle ist. Durch Anordnen des
Ausweichströmungswegs
innerhalb des Siebs ist er während
der Handhabung und Montage des Siebs vor Beschädigung sowie fehlerhafter Handhabung geschützt und
erhöht
nicht den wirksamen Siebdurchmesser.
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Insbesondere
ist das erfindungsgemäße Bohrlochsieb
mit einem einen größeren Durchmesser
aufweisenden Außenrohr
versehen, das über
einem Basisrohr angeordnet ist, wodurch zwischen den beiden Rohren
ein Ringraum (z.B. mit einer Breite von vorzugsweise weniger als
etwa 2,5 cm (1 Inch)). Vorzugsweise sind die Rohre im wesentlichen konzentrisch
angeordnet, können
aber in einigen Fällen
etwas dezentriert positioniert sein, wodurch der Ringraum an einer
Seite etwas größer ist
als auf der anderen. Der Umfang jedes Rohrs ist mit einem perforierten
Sektor (d.h., einem Sektor mit Öffnungen), der
sich über
einen zentralen Winkel "α" erstreckt, und einem
blinden Sektor (d.h. einem Sektor ohne Öffnungen) versehen, die sich über die
Länge des
jeweiligen Rohrs erstrecken. Wenn das Bohrlochsieb zusammengesetzt
und das Basisrohr innerhalb des Außenrohrs angeordnet wird, werden
die perforierten Sektoren radial derart ausgerichtet, daß sie einen perforierten
Fördersektor
innerhalb des Ringraums zwischen den Rohren bilden, und es werden
die jeweiligen blinden Sektoren radial derart ausgerichtet, daß sie innerhalb
des Ringraums einen blinden Sektor mit einem Ausweichströmungsweg
bilden.
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Das
Basisrohr wird mit Draht umwickelt, um ein Hindurchströmen der
Fluide durch die Öffnungen in
dem Basisrohr zu ermöglichen,
während
das Hindurchströmen
von Feststoffen blockiert wird. Durch das obere Ende des Ringraums
wird ein Einlaß gebildet,
um das Einströmen
der Kiesaufschlämmung
in den Ringraum zwischen den Rohren zu ermöglichen. Die Aufschlämmung fließt in den
blinden Sektor des Ausweichströmungswegs
des Ringraums. Da sich in diesem Sektor aber keine Öffnungen
befinden, kann die Abschlämmung
nicht direkt in den Bohrlochringraum eintreten. Dementsprechend
muß die
Aufschlämmung
zuerst nach unten in den blinden Sektor und dann in Umfangsrichtung
in den perforierten Sektor des Ringraums strömen, aus dem sie dann in den
Ringraum austreten kann, um in der Formation eine Rißbildung
herbeizuführen
und/oder die Kiesschüttung
auszubilden.
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Wenn
die Aufschlämmung
in den perforierten Sektor eintritt, entweder direkt oder aus dem
blinden Sektor, beginnt das Trägerfluid
aus der Aufschlämmung
heraus in die Formation und/oder durch die Öffnungen in das Basisrohr einzutreten
und bewirkt dadurch, daß sich
der perforierte Sektor mit dem Sand aus der Aufschlämmung zu
füllen
beginnt. Wenn dies geschieht, kann sich in dem Bohrlochringraum
schon leicht eine "Sandbrücke" gebildet haben,
die in Abwesenheit eines Ausweichströmungswegs ein weiteres Strömen der
Aufschlämmung durch
den Bohrlochringraum blockieren und leicht zu einer erfolglosen
Fertigstellung führen
würde.
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Wenn
die Sandschüttung
in dem perforierten Sektor des vorliegenden Siebs beginnt, sich
in den Sektor des Ausweichströmungswegs
zurück
aufzubauen, verzögert
die hohe Viskosität
(z.B. nicht weniger als 20·10–3 Pa·s (20
Centipoise)) des Trägerfluids der
Aufschlämmung
in hoher Maße
ein weiteres Austreten in Umfangsrichtung durch die aufgebaute Sandschüttung innerhalb
des Ringraums hindurch. Das fortgesetzte Pumpen der Aufschlämmung zwingt
diese nun nach unten durch den blinden Sektor des Ausweichströmungswegs
des Ringraums in ein unterschiedliches Niveau innerhalb des Ringraums,
wo noch keine Sandschüttung
gebildet worden ist. Der Sektor des Ausweichströmungswegs wird durch das langsame
Wachsen der Sandschüttung
in Umfangsrichtung innerhalb des Ringraums und durch die relativ
hohe Fluidgeschwindigkeit in dem übrigen offenen Sektor des Ringraums
offengehalten.
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Wenn
der Fertigstellungsabschnitt der Rißbildung unterworfen und/oder
mit der Kiesschüttung versehen
sowie das Bohrloch zur Förderung
in Betrieb genommen worden ist, können die geförderten Fluide
durch die neu angeordnete Kiesschüttung und den perforierten
Fördersektor
des Siebs in das Basisrohr eintreten, um an die Oberfläche gefördert zu werden.
Dadurch, daß es
möglich
ist, das Rißbildungfluid
bzw. die Kiesschüttung
durch den blinden Ausweichströmungsweg
des vorliegenden Siebs direkt in die verschiedenen Niveaus innerhalb
des Fertigstellungsabschnitts zu bringen, ergibt sich eine bessere
Verteilung des Kieses über
den gesamten Fertigstellungsabschnitt, insbesondere dann, wenn sich
in dem Ringraum Sandbrücken
bilden, bevor der gesamte Kies an seine Stelle gebracht worden ist.
Da der Ausweichströmungsweg
im Inneren zwischen den zwei Rohren ausgebildet ist, weist das vorliegende
Sieb auch eine relativ einfache Konstruktion auf und ist vergleichsweise
kostengünstig
herzustellen. Ferner ist der Strömungsweg
während
der Handhabung und der Montage des Siebs vor einer Beschädigung und
einer Fehlbehandlung geschützt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Der
tatsächliche
Aufbau, die Funktionsweise und die offensichtlichen Vorteile der
vorliegenden Erfindung sind durch Bezugnahme auf die Zeichnungen
besser zu verstehen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
sind und in denen gleiche Bezugsnummern gleiche Teile bezeichnen.
Darin sind
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1 eine
Aufrißdarstellung,
teilweise im Schnitt und teilweise weggeschnitten, eines Bohrlochwerkzeugs
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Betriebsposition innerhalb eines Bohrlochs;
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2 eine
perspektivische Ansicht, teilweise weggeschnitten, eines Abschnitts
des Werkzeugs gemäß 1;
und
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3 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 in 2.
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BESTE ART
UND WEISE DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
besonderer Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert 1 das vorliegende
Bohrlochwerkzeug 10 in einer Betriebsposition innerhalb des
unteren Endes eines Förder- und/oder Einspritzbohrlochs 11.
Das Bohrloch 11 erstreckt sich von der Oberfläche (nicht
gezeigt) in die Formation 12 hinein oder durch sie hindurch.
Wie dargestellt, ist das Bohrloch 11 in bekannter Weise
mit einem Futterrohr 13 ausgekleidet, das Perforationen 14 aufweist.
Das Bohrloch 11 ist als ein im Wesentlichen senkrechtes gefüttertes
Bohrloch dargestellt. Es ist aber selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung
in gleicher Weise in unverrohrten und/oder unterschnittenen Fertigstellungsabschnitten
als auch in horizontalen und/oder geneigten Bohrlöchern angewandt
werden kann. Das Bohrlochwerkzeug 10 (z.B. das Sieb für die Kiesschüttung) kann
aus einem Einzelrohr oder aus mehreren Rohren (nur der Abschnitt
des oberen Rohrs ist dargestellt), die über Schraubkupplungen und/oder
undurchbohrte Flansche oder dergleichen miteinander verbunden sind,
bestehen, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
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Wie
dargestellt, besteht ein typisches Rohr 15 eines Kiesschüttungssiebs 10 aus
einem Basisrohr 17, das in einem Außenrohr oder Außenmantel 18 mit
einem größeren Durchmesser
angeordnet ist. Vorzugsweise sind die zwei Rohre konzentrisch zueinander
positioniert. In einigen Fällen
kann aber das Basisrohr bezüglich
des Außenrohrs
etwas dezentriert sein. Wenn das Basisrohr 17 für den Betrieb montiert
wird, wird es zum Fluidtransport mit dem unteren Ende eines Arbeitsstrangs 16 verbunden,
der sich seinerseits bis zur Oberfläche (nicht gezeigt) erstreckt.
Die jeweiligen Durchmesser des Basisrohrs 17 und des Außenrohrs 18 haben
eine derartige Größe, daß dazwischen
ein Ringraum 19 gebildet wird, dessen Breite vorzugsweise
gering ist. Sie beträgt
für die
meisten normalen Fertigstellungsarbeiten z.B. weniger als etwa 2,54
cm (1 Inch), vorzugsweise etwa 0,317 cm (1/8 Inch) bis etwa 0,635
cm (1/4 Inch).
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Das
Basisrohr 17 hat einen perforierten Sektor (d.h. jenen
Umfangsektor des Basisrohrs 17, der sich über den
zentralen Winkel "α" erstreckt; siehe 3)
und einen blinden Sektor (den restlichen Umfangssektor des Basisrohrs 17,
der sich über
den zentralen Winkel "β" erstreckt). Diese
beiden Sektoren erstrecken sich im wesentlichen über die wirksame Länge des
Basisrohrs 17. Nur der perforierte Sektor weist Öffnungen
(d.h. 17a) auf, während
der blinde Sektor völlig
ohne Öffnungen
ist. Obwohl der zentrale Winkel "α" in Abhängigkeit
der speziellen durchzuführenden
Fertigstellung in einem großen
Bereich variieren kann, beträgt
er vorzugsweise weniger als etwa 180° oder weniger vom gesamten Umfang
des Basisrohrs 17. Das heißt, das Basisrohr 17 ist über weniger
als etwa 180° seines
Umfangs perforiert. Jedoch kann es bei einigen Fertigstellungsarbeiten,
bei denen Rohre mit einem relativ großen Durchmesser (z.B. das Außenrohr 18 mit
einem Außendurchmesser
von 10,16 cm (4 Inch) oder mehr) eingesetzt werden, nötig sein,
daß "α" 180° überschreitet.
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Bei
den meisten Fertigstellungen beträgt "α" deutlich weniger
als 180° (z.B.
weniger als etwa 45°), und
bei einigen Fertigstellungen kann der perforierte Sektor des Basisrohrs 17 aus
einer einzigen Reihe von Öffnungen 17a bestehen,
die in Längsrichtung voneinander
beabstandet sind, wobei über
die Länge des
Basisrohrs 17 eine Öffnung über den
anderen angeordnet ist. wiederum ist der restliche blinde Sektor
des Umfangs des Basisrohrs 17 (der sich über den
Winkel "β" in 3 erstreckt) über seine
Länge geschlossen
und weist keine Perforationen oder Öffnungen auf.
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Das
Außenrohr 18 ist
dem Basisrohr 17 insofern ähnlich als es auch mit einem
perforierten Sektor (d.h. mit jenem Umfangsektor des Außenrohrs 18, der
sich über
den zentralen Winkel "α" erstreckt; siehe 3)
und einem blinden Sektor (dem restlichen Umfangssektor des Außenrohrs 18,
der sich über den
zentralen Winkel "β" erstreckt) versehen
ist. Diese beiden Sektoren erstrecken sich im wesentlichen über die
effektive Länge
des Außenrohrs 18.
Wiederrum weist nur der perforierte Sektor des Außenrohrs 18 irgendwelche Öffnungen
(d.h. 18a) und der blinde Sektor keine Öffnungen auf. Die Öffnungen 18a sind groß genug,
um die ungehinderte Strömung
von sowohl Fluiden als auch Feststoffteilchen (z.B. Sand) hindurch
zu ermöglichen.
Somit kann eine Aufschlämmung
leicht durch die Öffnungen 18a in
das Außenrohr 18 strömen.
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Wie
am besten auf 3 ersichtlich ist, sind dann,
wenn das Basisrohr 17 innerhalb des Außenrohrs 18 montiert
ist, die Öffnungen 17a in
das Basisrohr 17 in wirksamer Weise auf die Öffnungen 18a im Außenrohr 18 radial
ausgerichtet, um dadurch einen "perforierten
Fördersektor" auszubilden, durch
den während
des Fertigstellungsvorgangs Aufschlämmung austreten und in den
Bohrlochringraum eintreten kann und durch den die geförderten
Fluide in das Sieb 10 strömen können, nachdem der Bohrlochabschnitt
fertiggestellt worden ist. Dies wird nachfolgend genauer erläutert. Gleichzeitig
ist der restliche blinde Sektor des Außenrohrs 18, der sich über den Winkel "β" erstreckt, auf den blinden Sektor des
Basisrohrs 17 ausgerichtet, um einen "blinden Ausweich strömungsweg" zu erhalten, durch den die Aufschlämmung in
verschiedenen Niveaus innerhalb des Fertigstellungsabschnitts gebracht
werden kann.
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Das
untere und das obere Ende des Ringraums 19 sind richtig
offen, um es der Aufschlämmung
zu ermöglichen,
leicht in den Ringraum einzuströmen.
Vorzugsweise sind sowohl an dem Innenrohr als auch dem Außenrohr
Kappen oder Platten 22 (nur die obere Platte wird gezeigt)
oder dergleichen mit Öffnungen 23 befestigt,
die als Abstandshalter wirken, um dadurch die Rohre in ihrer beabstandeten konzentrischen
Beziehung zu halten. Die Öffnungen 23 durch
die obere Platte 22, welche sich über dem blinden Sektor befinden,
bilden einen direkten Einlaß für ein Rißbildungsfluid
bzw. eine Kiesaufschlämmung
in den blinden Sektor des Ringraums 19 (d.h. sie bilden
einen "Ausweichströmungsweg" des Siebs). Auch
die oberen Bereiche des Basisrohrs 17 und des Außenrohrs 18 können mit
Rohren 17b bzw. 18b oberhalb des oberen Endes
des perforierten Sektors des Ringraums 19 verlängert sein,
wobei der ganze Umfang beider Rohre unperforiert ist. Das heißt, der
Ringraum 19 ist an seinem oberen Ende oberhalb des perforierten
Sektors unperforiert oder blind. Dies ermöglicht es der Aufschlämmung, frei
in den Ringraum 19 zu strömen, selbst wenn sich in dem
Ringraum 35 neben der Oberseite des Siebabschnitts des
Werkzeugs 10 rasch eine Brücke bilden sollte.
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Beim
Zusammensetzen des Bohrlochwerkzeugs 10 sind sowohl das
Basisrohr 17 als auch das Außenrohr 18 perforiert,
um über
ihren jeweiligen perforierten Sektor hinweg, der sich über den
zentralen Winkel "α" erstreckt, Öffnungen
bereitzustellen, wie oben beschrieben. Wiederum hängt die
Größe des zentralen
Winkels "α" von dem speziellen
Abschnitt ab, der fertiggestellt werden soll. Wenn beispielsweise
aus einem speziellen Abschnitt eine große Förderung zu erwarten ist, wird
es nötig
sein, daß ein
größerer Sektor
der jeweiligen Rohre perforiert ist (also ein größerer Winkel "α") als dann, wenn eine geringere Förderung
vorhergesagt wird. Auch kann zum Vermindern der Erosion dieser Öffnungen
während
des Vorgangs der Rißbildung
bzw. des Erzeugens der Kiesschüttung
in den entsprechenden Öffnungen
ein gehärteter
Einsatz (nicht gezeigt) angebracht werden; siehe US-Patent 5842516,
ausgegeben am 1. Dezember 1998 und durch Inbezugnahme hier mit aufgenommen.
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Wenn
die Öffnungen 17a in
dem perforierten Sektor des Basisrohrs 17 vorgesehen sind,
wird um seine Außenoberfläche eine
kontinuierliche Länge
eines Wickeldrahts 30 herumgewickelt. Jede Windung des
Wickeldrahts 30 ist von den benachbarten Windungen etwas
beabstandet, um zwischen den jeweiligen Drahtwindungen Spalte oder
Fluiddurchgänge (nicht
gezeigt) auszubilden, wie es normalerweise bei im Handel erhältlichen,
aus Draht gewickelten Sieben, beispielsweise bei BAKERWELD Gravel Pack
Screens, Baker Sand Control, Houston, TX, verwirklicht wird. Dies
ermöglicht
es Fluiden, aus dem Ringraum 19 leicht durch die Öffnungen 17a in das
Basisrohr 17 zu strömen,
während
das Hindurchtreten von Feststoffen (z.B. Sand) wirksam blockiert wird.
Obwohl das Basisrohr 17 als ein mit Draht umwickeltes Rohr
erläutert
wurde, ist es selbstverständlich,
daß andere
bekannte Elemente, die verwendet werden, um das Hindurchströmen von
Fluiden zu ermöglichen,
während
das Hindurchtreten von Feststoffen blockiert wird, als Basisrohr
eingesetzt werden können,
z.B. geschlitzte Einsätze
mit Schlitzen in geeigneter Größe, ein
Siebmaterial ohne Draht zum Abdecken der Öffnungen 17a usw.
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Das
Außenrohr 18 wird über dem
Basisrohr 17 angeordnet, und die zwei Rohre werden durch perforierte
Platten 22 (nur die obere Platte ist dargestellt) oder
dergleichen im Abstand voneinander gehalten. Mindestens ein Einlaß 23 wird
derart ausgerichtet, daß ein
Einlaß in
den blinden Sektor oder den als "Ausweichströmungsweg" dienenden Sektor
des Ringraums 19 gebildet wird. Es ist selbstverständlich, daß dann,
wenn mehr als eine Längeneinheit
oder ein Rohr 15 des Bohrlochsiebs 10 bei einer
speziellen Fertigstellung benutzt wird, der Auslaß aus dem Ringraum
eines oberen Rohrs in Fluidverbindung mit dem Einlaß 23 an
einem benachbarten unteren Rohr steht, so daß der Ausweichströmungsweg über die gesamte
Länge des
Bohrlochsiebs 10 kontinuierlich ausgebildet ist.
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Beim
Gebrauch wird das Sieb 10 zusammengesetzt und an dem Arbeitsstrang 16 in
das Bohrloch 11 abgesenkt, bis es neben der Formation 12 angeordnet
ist, und die Packung 28 wird angebracht, wie es im Stand
der Technik üblich
ist. Eine Rißbildungs-
bzw. Kiesaufschlämmung
(Pfeile 33) wird durch den Arbeitsstrang 16 nach
unten und aus Öffnungen 32 eines Übergangselements
("Crossover") hinausgepumpt.
Die Aufschlämmung 33 strömt durch
den Einlaß 23 in
der Platte 22 direkt in den blinden, als Ausweichströmungsweg
dienenden Sektor "α" des Ringraums 19.
In einigen Fällen
kann die gesamte Strömung
der Aufschlämmung 33 durch
einen Verteiler 37 oder dergleichen in den oberen Teil
des Ringraums 19 (z.B. in den oder die Einlässe 23)
eingeführt
werden. Bei anderen Fertigstellungen kann die Aufschlämmung 33 auch
gleichzeitig (a) in den Bohrlochringraum 35 eingeleitet
werden, der das Bohrlochsieb 10 umgibt, wie es bei Fertigstellungen dieser
Art im Stand der Technik üblich
ist.
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Da
die Aufschlämmung 33 (z.B.
ein Trägerfluid
mit Feststoffteilchen, z.B. mit darin suspendiertem Sand) in den
Ringraum 19 strömt,
kann sie nicht aus dem blinden, als Ausweichströmungsweg dienenden Sektor austreten
und direkt in den Bohrlochringraum 35 gelangen, da das
Außenrohr 18 in diesem
Sektor keine Öffnungen
aufweist. Damit der blinde Sektor des Ringraums 19 als
Ausweichströmungsweg
für die
Aufschlämmung
wirksam fungiert, ist es dementsprechend nötig, die Geschwindigkeit des
Verlustes an Trägerfluid
aus der Aufschlämmung zu
verzögern,
während
sie sich in dem blinden Sektor des Ringraums 19 befindet
und wenn die Aufschlämmung
in Umfangsrichtung von dem blinden Sektor in den perforierten Sektor
des Ringraums 19 fließt.
Dies wird vorzugsweise durch Einsatz eines viskosen Trägerfluids
zur Bildung der Aufschlämmung
erreicht (d.h. eines Fluids mit einer Viskosität von nicht weniger als etwa
20·10–3 Pa·s (20
Centipoise)) bei einem Geschwindigkeitsgradienten von 100 s–1).
Natürlich kann
die Viskosität
des Trägerfluids
wesentlich höher sein
(d.h. mehrere Hundert oder sogar mehrere Tausend 10–3 Pa·s (Centipoise))
als nötig,
um die Geschwindigkeit des Fluidverlustes der Aufschlämmung zu
verzögern.
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Wenn
die Aufschlämmung
entweder direkt aus dem Übergangselement
(Crossover) 34 oder in Umfangsrichtung aus dem als Ausweichströmungsweg
dienenden Sektor des Ringraums 19 in den perforierten Sektor
des Ringraums 19 strömt,
tritt sie aus den Öffnungen 18a in
dem Außenrohr 18 aus
und in den Bohrlochringraum 35 ein, wo die Aufschlämmung in
der Formation 12 eine Rißbildung bewirkt und der Sand
darin die Formation stützt
und/oder sich in dem Bohrlochringraum 35 absetzt und um
das Werkzeug 10 herum eine Kiesschüttung bildet. Auch beginnt
dann, wenn die Aufschlämmung
in den perforierten Sektor des Ringraums 19 einströmt, das Trägerfluid
in die Formation abzuwandern oder durch die Öffnungen 17a hindurch
in das Basisrohr 17 einzudringen. Dies führt dazu,
daß sich
der perforierte Sektor des Ringraums 19 mit dem Sand aus
der Aufschlämmung
zu füllen
beginnt. Wenn dies geschieht, kann sich in dem Bohrlochringraum 35 bereits
leicht eine "Sandbrücke" gebildet haben.
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Wenn
die Sandschüttung
in dem perforierten Sektor beginnt, sich in den blinden Sektor des
Ringraums 19 zurück
aufzubauen, verzögert
die hohe Viskosität
des Trägerfluids
in der Aufschlämmung wesentlich
ein weiteres Austreten in Umfangsrichtung durch die aufgebaute Sandschüttung hindurch innerhalb
des Ringraums 19. Das kontinuierliche Einpumpen von Aufschlämmung in
den blinden Sektor des Ringraums 19 zwingt nun die Aufschlämmung nach
unten zu einer Stelle, wo sich die Sandschüttung innerhalb des perforierten
Sektors des Ringraums 19 noch nicht gebildet hat, wodurch
die Länge
des Fertigstellungsabschnitts innerhalb des Bohrlochringraums 35 wirksam
verlängert
wird.
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Der
als Ausweichströmungsweg
dienende Sektor des Ringraums 19 wird durch das langsame Wachsen
der Sandschüttung
in Umfangsrichtung innerhalb des Ringraums 19 und durch
die relativ hohe Fluidgeschwindigkeit in dem übrigen offenen Sektor des Ringraums 19 offengehalten.
Somit wird innerhalb des Ringraums 19 ein Ausweichströmungsweg gebildet
und aufrechterhalten, und zwar durch die Hydraulik, welche kontinuierlich
die Aufschlämmung beim
Abwärtsströmen innerhalb
des Ringraums 19 in hohem Maße auf die gleiche Weise umlenkt
wie es durch die perforierten Nebenschlußrohre in bekannten Ausweichweg-Sieben
dieser Art mechanisch erfolgt.
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Es
ist zu bemerken, daß sich
in einigen Fällen
das Austreten des Trägerfluids
aus der Aufschlämmung
entlang dem als Ausweichströmungsweg
dienenden blinden Sektor des Ringraums fortsetzen kann, der sich
seinerseits eventuell verschließt
oder eine Brücke
bildet, wodurch jedes weitere Hindurchströmen der Aufschlämmung blockiert wird.
Dementsprechend findet die vorliegende Erfindung beim Fertigstellen
von relativ kürzeren
Abschnitten (z.B. von etwa 45,72 m (150 Fuß) oder weniger) leicht eine
größere Anwendung
als im Fall jener, die mit Sieben fertiggestellt werden können, welche
Nebenschlußrohre
verwenden, um den Ausweichweg für
die Aufschlämmung
bereitzustellen. Jedoch kann die tatsächliche Länge, welche mit dem vorliegenden
Sieb fertiggestellt werden kann, durch (a) Erhöhen der Viskosität des in
der Aufschlämmung eingesetzten
Trägerfluids,
(b) Verkleinern der Größe und der
Durchlässigkeit
des Sands in der Aufschlämmung,
(c) Erhöhen
der Pumpgeschwindigkeit der Aufschlämmung, (d) Verringern der Breite
des Ringraums 19, usw., vergrößert werden.
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Ferner
kann auch die Konstruktion des perforierten Sektors des Basisrohrs 17 einen
Einfluß auf die
Länge des
Abschnitts haben, der mittels der vorliegenden Erfindung fertiggestellt
werden kann. Das heißt,
wenn das Austreten des Trägerfluids
durch die Öffnungen
in dem Basisrohr 17 begrenzt werden kann, läßt sich
die Länge
des Fertigstellungsabschnitts vergrößern. Beispielsweise wird die
Drahtumwicklung 30 vorzugsweise direkt auf das Basisrohr 17 aufgebracht,
wie hier erläutert
wurde, anstelle des Aufwickelns auf Abstandshalter, die normalerweise
bei bekannten Sieben dieser Art verwendet werden. Dies hindert das
Trägerfluid
innerhalb des blinden Sektors des Ringraums 19 am Austreten
zwischen den Drahtwindungen und um das Basisrohr 17 herum
und seinen Verlust in den perforierten Sektor des Ringraums hinein.
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Sogar
wenn der Draht 30 direkt auf die Oberfläche des Basisrohrs 17 gewickelt
wird, kann ein Austreten des Trägerfluids
aus der Aufschlämmung in
dem blinden Sektor des Ringraums 19 weiter verzögert werden,
und zwar durch Füllen
der Spalten (d.h. der Strömungsdurchgänge) zwischen
den Windungen des Drahts 30, die in dem blinden Sektor
liegen, mit einem Dichtungsmittel (z.B. einem Epoxid, Teer, usw.),
um hierdurch jede zufällige
Strömung von
Trägerfluid
zwischen den Windungen und um das Basisrohr herum in den perforierten
Sektor des Ringraums 19 hinein zu blockieren. Weiterhin
können die
Größe und die
Anzahl der Öffnungen 17a in
dem Basisrohr 17 oder die Schlitze in einem geschlitzten Einsatz,
wenn ein solcher Einsatz als Basisrohr benutzt wird, auf das Minimum
beschränkt
werden, das nötig
ist, um die erwartete Förderung
von Fluiden zu handhaben, wenn ein Bohrloch einmal fertiggestellt und
die Förderung
angelaufen ist.
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Wenn
der Bohrlochabschnitt fertiggestellt worden ist, werden das Übergangselement 34 und der
Arbeitsstrang 16 entfernt und durch einen Förderrohrstrang
(nicht gezeigt) ersetzt. Die Fluide aus der Formation 12 strömen durch
die Perforationen 14 in das Futterrohr 13, durch
die neu angeordnete Kiesschüttung
(nicht gezeigt), durch die Öffnungen 18a in dem
Außenrohr 18,
zwischen den Windungen des Drahts 30 hindurch, durch die Öffnungen 17a und
in das Basisrohr 17 hinein, um dann durch die Förderrohre
an die Oberfläche
gebracht zu werden. Es ist selbstverständlich, daß zu dieser Zeit der Ringraum 19 zwischen
den Rohren auch mit Sand gefüllt
sein kann. Dies ist aber kein Problem, weil die Sandschüttung innerhalb
des Ringraums 19 es dem Sieb 10 in hohem Maße ermöglicht,
in gleicher Weise zu wirken wie ein vorher geschüttetes Sieb, und zwar insofern als
der Sand in dem Ringraum 19 es den geförderten Fluiden erlaubt, leicht
hindurchzuströmen,
während er
gleichzeitig hilft, den Durchtritt irgendwelcher unerwünschter
Feststoffteilchen in das Basisrohr 17 zu blockieren.