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DE69305852T2 - Verfahren zur komplettierung eines verrohrungfreien bohrlochabschnittes - Google Patents

Verfahren zur komplettierung eines verrohrungfreien bohrlochabschnittes

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Publication number
DE69305852T2
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DE
Germany
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slotted
liner
mandrel
slotted liner
casing
Prior art date
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DE69305852T
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Wilhelmus Lohbeck
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02—Subsoil filtering
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    • E21B43/103—Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
    • E21B43/108—Expandable screens or perforated liners
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Komplettierung eines verrohrungsfreien Bohrlochabschnittes in einer Untergrundformation. Ein Beispiel für ein derartiges Bohrloch ist ein in eine kohlenwasserstoffhaltige Formation gebohrtes Bohrloch zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus der Formation.
  • Um ein Zusammenfallen der Wand des Bohrloches zu verhindern, wird das Bohrloch mittels einer in dem Bohrloch angeordneten Verrohrung verrohrt, wobei die Verrohrung in dem Bohrloch durch eine Zementschicht zwischen der Außenwand der Verrohrung und der Innenwand des Bohrloches fixiert wird.
  • Um ein im wesentlichen ungehindertes Einströmen von Fluiden aus der kohlenwasserstoffhaltigen Formation in das Bohrloch zu ermöglichen, wird das Bohrloch in dem Abschnitt, in dem es durch die kohlenwasserstoffhaltige Formation verläuft, nicht verrohrt. Wenn die kohlenwasserstoffhaltige Formation so schwach ist, daß sie zusazamenfallen würde, wird der verrohrungsfreie Bohrlochabschnitt mit einer Schlitze aufweisenden Auskleidung komplettiert, um ein Einströmen von Fluiden in das Bohrloch zu ermöglichen.
  • Ein bekanntes Verfahren zur Komplettierung eines verrohrungsfreien Bohrlochabschnittes in einer Untergrundformation umfaßt die Schritte des Plazierens einer geschlitzten Auskleidung in dem Bohrloch an der Stelle der kohlenwasserstoffhaltigen Formation und des Fixierens der Auskleidung. Das Fixieren der Auskleidung geschieht üblicherweise durch Befestigung des oberen Endes der Auskleidung an dem unteren Ende der in dem Bohrloch angeordneten Verrohrung.
  • Da der Innendurchmesser des verrohrten Abschnittes geringer als der Durchmesser des Bohrloches ist und die geschlitzte Auskleidung durch den verrohrten Abschnitt des Bohrloches heruntergelassen werden muß, ist der Durchmesser der geschlitzten Auskleidung kleiner als der Durchmesser des Bohrloches, und somit entsteht ein ringförmiger Raum zwischen der Auskleidung und der Wand des Bohrloches. Im Laufe der Zeit fällt die Formation zusammen und setzt sich an der Außenwand der Auskleidung ab, so daß sich der ringförmige Raum mit Materialpartikeln füllt. Wenn Kohlenwasserstoffe gewonnen werden, strömt das Fluid durch die Formation, durch den gefüllten ringförmigen Raum und durch die Schlitze in der Auskleidung in das verrohrte Bohrloch hinein. Der Umfang, durch den Fluide in das verrohrte Bohrloch hineinströmen, wird somit von dem Umfang des Bohrloches auf den Umfang der Außenwand der Auskleidung verringert.
  • Das US-Patent Nr. 3 191 680 beschreibt ein Verfahren zur Komplettierung eines verrohrungsfreien Abschnittes eines Bohrloches in einer Untergrundformation, wobei das Verfahren die Schritte (a) des Plazierens einer gewellten Auskleidung in einer vorbestimmten Position in dem Bohrloch; (b) des Fixierens der gewellten Auskleidung; und (c) des Bewegens eines Aufweitungsdorns durch die gewellte Auskleidung umfaßt, wobei der Dorn in derjenigen Richtung konisch zuläuft, in der der Dorn durch die Auskleidung bewegt wird.
  • Der Außendurchmesser des bekannten Aufweitungsdorns entspricht dem Durchmesser der aufgeweiteten Auskleidung. Bei dem bekannten Verfahren entspricht daher der maximale Durchmesser der aufgeweiteten geschlitzten Auskleidung, der erzielt wird, ihrem ursprünglichen Durchmesser.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Komplettierung eines verrohrungsfreien Bohrlochabschnittes bereitzustellen, bei dem der Umfang des Bohrloches optimal genutzt wird, um den Widerstand gegenüber der Fluidströmung soweit wie möglich zu reduzieren, und bei dem eine geschlitzte Auskleidung auf einen Durchmesser aufgeweitet wird, der größer als ihr ursprünglicher Durchmesser ist.
  • Zu diesem Zweck umfaßt das Verfahren zur Komplettierung eines verrohrungsfreien Bohrlochabschnittes in einer Untergrundformation nach vorliegender Erfindung die Schritte
  • (a) des Plazierens einer Auskleidung in einer vorbestimmten Position in dem Bohrloch;
  • (b) des Fixierens der Auskleidung; und
  • (c) des Bewegens eines Aufweitungsdorns durch die Auskleidung, wobei der Dorn in derjenigen Richtung konisch zuläuft, in der der Dorn durch die Auskleidung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung eine überlappende Längsschlitze aufweisende geschlitzte Auskleidung ist, daß der Dorn einen größten Durchmesser besitzt, der größer als der Innendurchmesser der geschlitzten Auskleidung ist, und daß die Schlitze aufgeweitet werden.
  • Es versteht sich, daß in Schritt (c) der Durchmesser der geschlitzten Auskleidung vergrößert wird. Das Vergrößern des Durchmessers kann dadurch erfolgen, daß ein Aufweitungsdorn nach unten durch die geschlitzte Auskleidung geschoben wird, wobei der Aufweitungsdorn nach unten konisch zuläuft, oder der Durchmesser der geschlitzten Auskleidung auf geeignetere Weise dadurch vergrößert wird, daß ein nach oben konisch zulaufender Aufweitungsdorn nach oben durch die geschlitzte Auskleidung gezogen wird.
  • Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß eine mit dem Aufweitungsdorn aufgeweitete geschlitzte Auskleidung einen permanenten endgültigen Durchmesser erhält, der größer als der größte Durchmesser des Aufweitungsdorns ist. Die Differenz zwischen dem permanenten endgültigen Durchmesser und dem größten Durchmesser des Aufweitungsdorns wird als permanente Überschußaufweitung bezeichnet. Diese permanente Überschußaufweitung wurde bei einem Konuswinkel von mehr als etwa 13º festgestellt. Geeigneterweise liegt der Konuswinkel in dem Bereich von 30 bis 90º.
  • Es wird Bezug auf das US-Patent Nr. 1 135 809 genommen, das die Komplettierung eines verrohrungsfreien Bohrlochabachnittes mit einer überlappende Schlitze aufweisenden geschlitzten Auskleidung beschreibt. Diese Publikation beschreibt jedoch nicht die Aufweitung der geschlitzten Auskleidung.
  • Da die geschlitzte Auskleidung als Filter wirkt, wird eine geschlitzte Auskleidung manchmal als Sieb bezeichnet.
  • Die Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben; dabei zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines verrohrten Bohrloches mit einem verrohrungsfreien Abschnitt, der komplettiert werden soll;
  • Fig. 2 eine Teildarstellung von Fig. 1, wobei der Teil der geschlitzten Auskleidung aufgeweitet worden ist;
  • Fig. 3 eine Darstellung des Details III von Fig. 1 in einem gegenüber dem Maßstab von Fig. 1 vergrößerten Maßstab;
  • Fig. 4 eine Darstellung des Details IV von Fig. 2 in einem gegenüber dem Maßstab von Fig. 2 vergrößerten Maßstab;
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts der geschlitzten Auskleidung zwecks Darstellung der entsprechenden Abmessungen; und
  • Fig. 6 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Aufweitungsdorns.
  • Es wird nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen, die den unteren Teil eines in eine Untergrundformation 2 gebohrten Bohrloches 1 zeigt. Das Bohrloch 1 weist einen verrohrten Abschnitt 5, wobei das Bohrloch 1 mit einer Verrohrung 6 ausgekleidet ist, die mittels einer Zementschicht 7 an der Wand des Bohrloches 1 befestigt ist, sowie einen verrohrungsfreien Abschnitt 10 auf.
  • In dem verrohrungsfreien Abschnitt 10 eines Bohrloches 1 ist eine überlappende Längsschlitze 12 aufweisende geschlitzte Auskleidung 11 auf eine vorbestimmte Position heruntergelassen worden, in diesem Fall bis zu dem Ende der Verrohrung 6. Es sei darauf hingewiesen, daß aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Schlitze mit einer Bezugsziffer gekennzeichnet worden sind.
  • Das obere Ende der geschlitzten Auskleidung 11 ist mittels eines mit geeigneten Dichtungen versehenen (nicht dargestellten) Verbindungsmittels an dem unteren Ende der Verrohrung 6 fixiert worden.
  • Nach erfolgter Fixierung des oberen Endes der geschlitzten Auskleidung 11 wird die geschlitzte Auskleidung 11 unter Verwendung eines Aufweitungsdorns 15 aufgeweitet. Die geschlitzte Auskleidung 11 ist, während sie auf dem Aufweitungsdorn 15 aufliegt, an dem unteren Ende des Gestänges 16 heruntergelassen worden. Um die geschlitzte Auskleidung 11 aufzuweiten, wird der Aufweitungsdorn 15 durch Ziehen an dem Gestänge 16 nach oben durch die geschlitzte Auskleidung 11 bewegt. Der Aufweitungsdorn 15 läuft in derjenigen Richtung konisch zu, in der der Dorn 15 durch die geschlitzte Auskleidung 11 bewegt wird; in diesem Fall ist der Aufweitungsdorn 15 ein nach oben konisch zulaufender Aufweitungsdorn. Der Aufweitungsdorn 15 besitzt einen größten Durchmesser, der größer als der Innendurchmesser der geschlitzten Auskleidung 11 ist.
  • Fig. 2 zeigt die geschlitzte Auskleidung 11 in teilweise aufgeweiteter Form, wobei der untere Teil der geschlitzten Auskleidung aufgeweitet worden ist. Den gleichen Merkmalen, wie in Fig. 1 dargestellt, sind auch die gleichen Bezugsziffern zugeordnet worden. Die verformten Schlitze tragen die Bezugsziffer 12'.
  • Fig. 3 zeigt die Anordnung der unverformten Schlitze 12 in der geschlitzten Auskleidung, wobei "1" für die Länge des Schlitzes, "a" für die Länge der Überlappung und "b" für die Breite des Schlitzes steht. Fig. 4 zeigt die verformten Schlitze 12'.
  • Ein Vergleich von Fig. 3 mit Fig. 4 zeigt, daß sich die Wandteile 30 der geschlitzten Auskleidung, in denen keine Überlappung der Schlitze erfolgt, in Umfangsrichtung verformt haben. Und in den direkt angrenzenden Abschnitten, in denen tatsächlich eine Überlappung der Schlitze erfolgt, haben sich die Wandteile 33 zwischen direkt angrenzenden Schlitzen gedreht, und die Wandteile 33 haben sich außerdem aus der zylindrischen Oberfläche der unverformten Auskleidung herausgebogen (das Herausbiegen aus der Oberfläche ist in Fig. 4 nicht dargestellt). Die Kombination aus Drehung und Biegung bestimmt die Aufweitung, und die Umfangsverformung bewirkt eine dauerhafte Aufweitung der geschlitzten Auskleidung.
  • Überraschenderweise wurde bei einem mehr als 13º großen Konuswinkel festgestellt, daß der permanente endgültige Durchmesser der geschlitzten Auskleidung größer als der Durchmesser des Aufweitungsdorns ist.
  • Es wird nunmehr auf Fig. 5 Bezug genommen, in der "d&sub1;" für den ursprünglichen Außendurchmesser der geschlitzten Auskleidung (vor der Aufweitung), "dc" für den größten Durchmesser des Aufweitungsdorns, "γ" für den Konuswinkel und "df" für den permanenten endgültigen Außendurchmesser der aufgeweiteten geschlitzten Auskleidung steht.
  • Mit dieser Konfiguration sind mehrere Tests durchgeführt worden, und die Ergebnisse sind in der Tabelle aufgelistet, wobei "t" für die Wanddicke der geschlitzten Auskleidung und "n" für die Anzahl von Schlitzen in Umfangsrichtung steht.
  • Die Ergebnisse zeigen eindeutig die permanente Überschußaufweitung bei einem Konuswinkel von mehr als 13º; bei einem großen Konuswinkel von mehr als 30º ist die permanente Überschußaufweitung sehr ausgeprägt. Tabelle. Zusammenfassung der Testergebnisse
  • ¹ Rohr aus Stahl J55 mit einer Mindestdehnspannung von 380 MPa (55.000 psi) und einer Mindestzugfestigkeit von 520 MPa (75.000 psi).
  • ² Rohr aus Bandrohrstahl mit einer Mindestdehnspannung von 480 MPa (70.000 psi) und einer Mindestzugfestigkeit von 550 MPa (80.000 psi).
  • ³ Rohr aus Stahl AISI 316L mit einer Mindestdehnspannung von 190 MPa (28.000 psi) und einer Mindestzugfestigkeit von 490 MPa (71.000 psi).
  • Es wird nunmehr auf Fig. 6 Bezug genommen, die einen alternativen Aufweitungsdorn 40 zeigt, der aus einem zylindrischen Gehäuse 41 mit axialen Fingern 42, die sich nach außen ausbiegen können, und einem Konus 44 besteht, der mit axialem Spiel in dem zylindrischen Gehäuse 41 angeordnet ist, um die Finger 42 nach außen auszubiegen. Mit dem Konus 44 ist ein Gestänge 46 verbunden, um den Aufweitungsdorn 40 durch die geschlitzte Auskleidung (nicht dargestellt) bewegen zu können.
  • Die geschlitzte Auskleidung wird zunächst in das Bohrloch heruntergelassen, und dann wird das obere Ende der geschlitzten Auskleidung fixiert. Danach wird der Aufweitungsdorn 40 bis unter das untere Ende der geschlitzten Auskleidung durch die geschlitzte Auskleidung heruntergelassen. Der Aufweitungsdorn 40 wird dann zusammengedrückt, so daß sich die axialen Finger 42 nach außen bis zu einem Durchmesser weiten, der geringfügig größer als der Innendurchmesser der geschlitzten Auskleidung ist, woraufhin der Aufweitungsdorn 40 nach oben gezogen wird und die axialen Finger 42 sich noch stärker weiten, bis das zylindrische Gehäuse 41 in Kontakt mit der Oberseite des Konus 44 steht. Und der aufgeweitete Aufweitungsdorn weitet die geschlitzte Auskleidung auf, während er nach oben durch die geschlitzte Auskleidung gezogen wird.
  • Alternativ kann die geschlitzte Auskleidung an dem Ende des Gestänges 46 in das Bohrloch heruntergelassen werden, wobei das untere Ende der geschlitzten Auskleidung auf dem geringfügig aufgeweiteten Aufweitungsdorn 40 aufliegt. Nach dem Einsetzen der geschlitzten Auskleidung wird der Aufweitungsdorn nach oben gezogen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System aus zwei oder mehr geschlitzten Auskleidungen, die ineinander angeordnet werden, in der vorbestimmten Position in dem Bohrloch plaziert. Geeigneterweise wird ein Paar geschlitzter Auskleidungen verwendet. Jede geschlitzte Auskleidung ist mit überlappenden Schlitzen versehen, und die geschlitzten Auskleidungen werden ineinander angeordnet, wobei die relative Position der Auskleidungen so gewählt werden kann, daß nach erfolgter Aufweitung die Schlitze in radialer Richtung entweder in Reihe oder nicht in Reihe liegen. Wenn nach erfolgter Aufweitung die Schlitze in radialer Richtung nicht in Reihe liegen, müssen das System durchströmende Fluide einem Zickzackweg folgen; diese Ausführungsform eignet sich zur Verhinderung des Eindringens von Sand in das Bohrloch.
  • Eine andere Möglichkeit, das Eindringen von Sand in das Bohrloch zu verhindern, besteht darin, die Außenfläche der geschlitzten Auskleidung mit einer Umhüllung zu versehen. Geeigneterweise handelt es sich bei der Umhüllung um eine Membran eines feinmaschigen Siebes oder eines Siebes aus Sintermaterial oder aus Sintermetall. Die Umhüllung kann auch an der Außenfläche der äußersten geschlitzten Auskleidung des geschlitzte Auskleidungen umfassenden Systems angebracht werden.
  • Vorstehend wurde beschrieben, daß die geschlitzte Auskleidung heruntergelassen wird, während sie auf dem Aufweitungsdorn aufliegt; alternativ wird die Auskleidung zuerst heruntergelassen, dann fixiert und anschließend der Aufweitungsdorn in zusammengezogener Form durch die geschlitzte Auskleidung heruntergelassen. Danach wird der Dorn aufgeweitet und nach oben gezogen, um die geschlitzte Auskleidung aufzuweiten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem vertikalen Bohrloch oder in einem abgewichenen Bohrloch oder in einem Bohrloch mit einem horizontalen Endabschnitt angewendet werden.
  • Ein Bohrloch kann gebohrt werden, um die Gewinnung von Fluiden aus einer Untergrundformation durch das Bohrloch zu ermöglichen, oder das Bohrloch kann benutzt werden, um Fluide in die Untergrundformation einzuleiten. Das Verfahren nach vorliegender Erfindung kann ebenfalls zur Komplettierung eines Abschnittes eines solchen Briefbohrloches angewendet werden.
  • Die Geometrien der geschlitzten Auskleidung und des Aufweitungsdorns können so gewählt werden, daß der endgültige Durchmesser der unbehinderten (frei) aufgeweiteten geschlitzten Auskleidung, df in Fig. 5, größer als der Durchmesser des Bohrloches ist. In diesem Fall wird die aufgeweitete geschlitzte Auskleidung gegen die Wand des Bohrloches gedrückt und dadurch die Stabilität des Bohrloches weiter erhöht.
  • Der unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebene Aufweitungsdorn besitzt eine konische Form, wenn die Schnittlinie der Außenfläche und einer durch die Längsachse des Aufweitungsdorns verlaufenden Ebene gekrümmt ist, wobei der halbe Konuswinkel durch die Tangente der Innenwand der geschlitzten Auskleidung und die gekrümmte Schnittlinie definiert wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Komplettierung eines verrohrungsfreien Bohrlochabschnittes in einer Untergrundformation, wobei das Verfahren die Schritte
(a) des Plazierens einer Auskleidung in einer vorbestimmten Position in dem Bohrloch;
(b) des Fixierens der Auskleidung; und
(c) des Bewegens eines Aufweitungsdorns durch die Auskleidung umfaßt, wobei der Dorn in derjenigen Richtung konisch zuläuft, in der der Dorn durch die Auskleidung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung eine überlappende Längsschlitze aufweisende geschlitzte Auskleidung ist, daß der Dorn einen größten Durchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser der geschlitzten Auskleidung ist, und daß die Schlitze aufgeweitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (a) das Plazieren eines Systems aus zwei oder mehr geschlitzten Auskleidungen, die ineinander angeordnet werden, in einer vorbestimmten Position in dem Bohrloch umfaßt, und bei dem jede geschlitzte Auskleidung mit überlappenden Längsschlitzen ausgestattet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Außenfläche der geschlitzten Auskleidung mit einer Umhüllung versehen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Außenfläche der äußersten geschlitzten Auskleidung mit einer Umhüllung versehen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei dem der Schritt (c) das Bewegen eines Aufweitungsdorns durch die geschlitzte Auskleidung umfaßt, wobei der Dorn aus einem zylindrischen Gehäuse mit sich nach außen ausbiegenden Fingern und einem Konus besteht, der mit axialem Spiel in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, um die Finger nach außen auszubiegen.
DE69305852T 1992-06-09 1993-06-08 Verfahren zur komplettierung eines verrohrungfreien bohrlochabschnittes Expired - Lifetime DE69305852T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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EP92201669 1992-06-09
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DE69305852T Expired - Lifetime DE69305852T2 (de) 1992-06-09 1993-06-08 Verfahren zur komplettierung eines verrohrungfreien bohrlochabschnittes

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