DE7818599U1 - Bohrlochsieb - Google Patents
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Description
20. Juni 1978 ü 960/78
Die Erfindung betrifft Bohrlochsiebe mit einem hohlen Kernteil und einer umhüllenden Drahtumwicklung, die
offene Schlitze für den Durchfluß von Flüssigkeit oder Gas bildet. Derartige Siebe dienen insbesondere dazu, Sand, Kies
oder andere teilchenförmige Stoffe von einem Eintritt in
öl- und Gasbohrungen zurückzuhalten. Solche Siebe werden zumeist
nach einem Spiralumwickelverfahren hergestellt, bei dem ein fortlaufender Draht spiralförmig um eine innere zylindrische
Stützstruktur gewickelt wird. Jede Windung des Drahtes ist von der vorausgehenden Windung durch einen Spalt
oder Schlitz getrennt, dessen Breite die Größe der zurückgehaltenen
Teilchen bestimmt.
Bei spiralgewickelten Metallsieben der in der ÜS-PS 2 046 058 angegebenen Art besteht die innere Stützstruktur
aus einer Mehrzahl von Stäben, deren Achsen parallel zueinander und in radialer Anordnung verlaufen und die an
den inneren Oberflächen der Umhüllung befestigt sind. Der umhüllende Draht und der jeweils angrenzende Schlitz bilden beide
eine fortlaufende Spirale. Die inneren Stäbe ergeben wenig oder keine Behinderung des Einwärtsflusses, so daß eine
hohe Wirksamkeit der Schlitze erhalten bleibt. Das Spiralvickelverfahren hat sich als die wirksamste Methode zur
Feinschlitzerzeugung erwiesen.
Wenngleich Siebe der in der vorgenannten US-PS angegebenen Art recht brauchbar für Wasserbohrungen sind,
haben sie sich als häufig nicht völlig zufriedenstellend für öl- und Gasbohrungen erwiesen, insbesondere für öl- und Gasbohrungen
sehr großer Tiefe. Bei der Gewinnung von öl und Gas
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ist es zuweilen notwendig, ein Bohrlochsieb vom Boden eines Bohrlochs zu entfernen, nachdem sich eine das Sieb umgebende
Kiespackung gebildet hat. Bevor das Sieb entfernt werden kann, ist es erforderlich, die Kiespackung zu entfernen. Dies
erfolgt gewöhnlich durch Einführen eines im wesentlichen rohrförmigen Auswaschwerkzeugs("wash-over" tool) in das Bohrloch
in eine das Sieb umgebende Lage zwischen dem Sieb und der Bohrlochverrohrung. Wasser, das auf einer Seite des Auswaschwerkzeugs
eingeleitet wird, bildet eine brei- oder aufschlämmungsartige Phase mit dem Kies, die dann auf der anderen Seite
des Werkzeugs aufwärts gedrückt und entfernt wird. Wenn das Auswaschwerkzeug abwärts an einem Sieb vorbeibewegt wird,
kommt es vor, daß es einen oder mehrere der Ausrichtkörper erfaßt, die gewöhnlich beim Einbau des Siebes in das Bohrloch
auf dem Sieb angeordnet werden, um das Sieb mittig in j dem Bohrlochfutterrohr zu halten. Wenn ein Ausrichtkörper
aus Aluminium benutzt wird, z.B. ein Ausrichtkörper nach den Angaben der US-PS 3 981 359, treten kaum Schwierigkeiten auf,
da das Auswaschwerkzeug sich einfach seinen Weg durch das weiche Aluminium schneidet. Wenn jedoch verschiedene andere
Einrichtungen zur Anwendung kommen, beispielsweise Einrichtungen mit Federn aus kohlenstoffreichem Stahl, kann die
Härte von Teilen des Ausrichtkörpers gelegentlich dazu führen, daß das rotierende Auswaschwerkzeug sich mit dem Ausrichtkörper
und somit mit dem Bohrlochsieb verklemmt und verriegelt, mit dem Ergebnis, daß eine plötzliche und sehr
große Torsionskraft an das Bohrlochsieb angelegt wird. Wenn eä sich bei dem Bohrlochsieb um ein Sieb des Typs mit einem
Innenkörper in Form eines durchlochten Rohres handelt, so ist das Sieb recht widerstandsfähig gegen Torsionsbiegung
oder Verdrillung. Wenn ein derartiges Sieb durch ein Auswaschwerkzeug verdrillt wird, bewirkt die Drillung ein Brechen
der Verschraubung, die den angegriffenen Siebabschnitt
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mit dem darunter befindlichen Element verbindet. Eine derartige Situation bringt keine besonderen Schwierigkeiten
mit sich, da es verhältnismäßig einfach ist, die Teile des Rohres uid Siebes oberhalb der Bruchstelle herauszuziehen
und dann ein Fangwerkzeug ("fishing" tool) erneut an den Sieb- oder Rohrteilen unterhalb der Bruchstelle zu befestigen.
Wenn jedoch ein Sieb verwendet wird, das keinen Stützkörper in Form eines Rohres sondern einen Stützkörper vom
Typ mit Stäben aufweist, besteht geringere Beständigkeit gegen Torsionskräfte und die Stäbe sehen dann häufig wie
verdrillte Spaghetti aus, wenn sie sich verdrehen und von der umhüllenden Drahtumwicklung losbrechen, was die Wiederbefestigung
eines Fangwerkzeugs sehr schwierig macht.
Bezüglich der Herstellung von Plastik-Bohrlochsieben für Wasserbohrungen ist ein Sieb mit einem gewellten
oder gerieften Stützkörper in der US-PS 4 068 713 angegeben. Der dort erläuterte Stützkörper wird entweder in einer generell
zylindrischen Form extrudiert oder er wird vakuumgeformt und dann längs seiner freien Kanten verbunden. Eine
derartige Ausbildung ist von ungenügender Festigkeit zur Verwendung in Ölbohrungen, aber sie zeigt einen alternativen
Typ für einen Träger, der fester ist als längs verlaufende Plastikstäbe.
Hauptaufgabe der Erfindμng ist die Schaffung eines
neuartigen und verbesserten Bohrlochsiebes, das unter Aufrechterhaltung der funktioneilen Leistungsfähigkeit des herkömmlichen
geschweißten Metallsiebes (Johnson) die Festigkeit von Sieben mit einem Stützkörper aus einem durchlochten
Rohr aufweist aber weniger wiegt und weniger kostet als derartige Siebe, und trotzdem einfach herzustellen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Er-
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findung ein Bohrlochsieb mit einem hohlen Kernte!1 und
einer umhüllenden Drahtumwicklung, die offene Schlitze für den Durchfluß von Flüssigkeit oder Gas bildet, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Kernteil aus einem durchgehenden
Ring aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Bohrlochsiebes verlaufenden kanalrinnenförmigen Körpern besteht,
wobei jeder dieser kanalrinnenförmigen Körper einen verhältnismäßig breiten Steg als Boden und vergleichsweise
kurze Schenkel, die sich von dem Steg radial auswärts erstrecken, als Längsseitenwände aufweist,, die Stege Durchflußöffnungen
besitzen, und die Schenkel mit der umhüllenden Drahtumwicklung an sämtlichen oder zumindest zahlreichen Berührungsstellen
verschweißt sind.
Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den nachstehenden Erläuterungen und den Unteransprüchen hervor.
Das verbesserte Bohrlochsieb der Erfindung ähnelt herkömmlichen Bohrlochsieben etwas darin, daß der umwickelte
Draht an einer Vielzahl von Punkten mit einer Reihe von in Längsrichtung verlaufenden Körpern verschweißt ist. Im Gegensatz
zur Verwendung von in Längsrichtung verlaufenden dicken Stäben sieht die Erfindung jedoch die Verwendung von
vergleichsweise dünnen geformten kanalrinnenartigen Körpern vor, die in ringartiger Weise in der Siebrundung jeweils fortlaufend
aneinander liegen und radial nach außen divergierende Schenkelabschnitte aufweisen, die an ihren Außenenden mit
der Drahtumwicklung widerstandsverschweißt sind. Die Schweißstellen verbinden nicht nur die Drähte mit den kanalrinnenförmigen
Körpern, sondern sie verbinder auch benachbarte kanalrinnenförmige
Körper miteinander. L,it Tiefe der kanalrinnenförmigen
Körper und die Tatsache, daß sie längs ihrer aneinander liegenden Schenkel miteinander in Berührung stehen,
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ergibt ein Sieb, das eine erhebliche Widerstandsfähigkeit gegen Torsionsbelastung aufweist. Die kanalrinnenförmigen
Körper ergeben auch große Widerstandsfähigkeit gegen äußere Drücke. Das Ausmaß der Widerstandsfähigkeit gegen äußere
Drücke kann weiter durch gekrümmte Ausbildung des die Schenkel verbindenden Steges, so daß die Stegoberflächen die Gestalt
eines Zylinderabschnitts haben, erhöht werden. Eine noch größere Widerstandsfähigkeit kann durch Verformung der
Stegfläche zur Erzeugung von Rippen auf der einen Seite und Rillen auf der anderen Seite des Steges erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Bohrlochsieb mit dem Kernteil aus kanalrinnenförmigen Körpern weist ferner eine größere
Durchflußleistung für den gewöhnlich aufwärts gerichteten
Innenfluß auf, als ein Sieb gleicher Festigkeit mit einem ρ
RohrStützkörper, da die Wanddicke erheblich geringer ist.
Beispielsweise hat ein Bohrlochsieb mit einem Rohrstützkörper aus einem 4-Zoll-Innenrohr eine Wanddicke gleich der
Rohrwandstärke von etwa 6,4 mm plus der Dicke des Siebmantels, der aus der Drahtumhüllung und den darunter liegenden Längsstäben
besteht. Da die erfindungsgemäße Ausbildung mit dem Kernteil aus den kanalrinnenförmigen Körpern die Erfordernis
von Längsstäben beseitigt, wird der durch die Stabdicke benötigte Raum eingespart. Typische Abmessungen für die kanalrinnenförmigen
Körper sind beispielsweise eine Dicke von 1,5 bis 1,8 mm, eine Stegbreite von 19,0 mm und eine Schenkeltiefe
von 4,7 bis 6,4 mm. Aufgrund der Festigkeit der kanalrinnenförmigen Körper kann auch dünnerer Umwicklungsdraht
verwendet werden, als bei einem herkömmlichen Sieb mit einem Stabstützkörper. Die Verwendung von engeren Drähten verringert
nicht nur die Kosten und das Gewicht des Siebes, sondern ergibt auch eine viel größere offene Fläche für den
Durchfluß, da benachbarte Schlitze enger beieinander liegen.
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Die kanalrinnenförmigen Körper können sehr leicht und einfach, einschließlich der Erzeugung der Löcher,
in einem Press- oder Stanzvorgang mit Vorschub erzeugt werden. Zur Herstellung des Siebes können die vorgeformten
kanalrinnenförmigen Körper auf einem Dorn in einer Wickelmaschine angeordnet werden, praktisch in gleichartiger Weise
wie die Stäbe bei der Herstellung herkömmlicher Siebe aufgebracht werden. Die ringartige bzw. zylindrische Anordnung
der kanalrinnenförmigen Körper wird dann in Drehung versetzt und in Achsenrichtung vorgeschoben, wenn der Umwicklungsdraht
auf die Umfläche aufgewickelt und mit den Enden der Schenkel der kanalrinnenförmigen Körper verschweißt wird.
Das jeweils benutzte Material hängt von dem vorgesehenen Verwendungszweck des Siebes ab, grundsätzlich können jegliche
Werkstoffe verwendet werden, wie sie gemeinhin für derartige Siebe benutzt werden, z.B. rostfreier Stahl oder verschiedene
Metalllegierungen. Kunststoffe können ebenfalls benutzt werden, wenn keine großen Festigkeiten erforderlich
sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen
weiter veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht eines Stücks eines nach der Erfindung ausgebildeten Bohrlochsiebes,
Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs Linie 2-2 der Fig. 1, mit einem in gestrichelten Linien angedeuteten
Gewindeanschlußstück.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen verschiedene abgewandelte Gestaltungen für die Enden der Schenkel der kanalrinnenförmigen
Körper.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen verschiedene abgewandel-
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te Gestaltungen für die Stege der kanalrinnenförmigen Körper.
Die Fig. 9, 10 und 11 sind jeweils ähnlich einem
Teil der Fig. 2 aber zeigen verschiedene anwendbare Drahtquerschnitte und Stegquerschnitte.
Gemäß Fig. 1 umfaßt das insgesamt mit 10 bezeichnete Bohrlochsieb gemäß der Erfindung einen Ring 12 aus einzelnen
kanalrinnenförmigen Körpern 14, die von einer äußeren umhüllenden Drahtumwicklung 16, gebildet durch spiralförmiges
Aufwickeln von einem oder mehreren geformten Drähten 18, bedeckt
sind. Wenngleich die Stegteile 22 der kanalrinnenförmigen Körper 14 in den Fig. 1 und 6 flach oder eben dargestellt
sind, so daß sich eine mehreckige Innengestalt ergibt, können die Stege auch gekrümmt ausgebildet sein, wie das mit
22' in der Fig. 8 gezeigt ist. Die gekrümmten Stege 22' geben
dem Bohrlochsieb 10 eine größere Torsionssteifheit, als die flach ausgebildeten Stege 22 gemäß Fig. 6. Die Ausbildung
gemäß Fig. 7, bei der der Steg 22" eingeformte Rippen 24 aufweist, ergibt eine noch größere Festigkeit als die in den
Fig. 6 und 8 dargestellten Ausführungsformen.
Die Fig. 3-5 zeigen Teilschnitte durch ein Paar benachbarter kanalrinnenförmiger Körper 14. Gemäß Fig. 3
haben die Schenkel 28 der kanalrinnenförmigen Körper 14 platte Enden oder Stirnflächen 30. Bei der Ausführungsform der
Flg. 4 verlaufen die Enden oder Stirnflächen 30' abgewinkelt, so daß sie sich zu einer gemeinsamen spitzen Kante treffen,
während bei der. Ausführungsform der Fig. 5 die Enden oder Stirnflächen 30" so abgewinkelt sind, daß die Spitzen benachbarter
Schenkel 28 im Abstand voneinander liegen. Ob die Schenkel 28 am Oberrand mit Stirnflächen 30, 30' oder 30"
versehen werden, kann nach Wunsch und Einzelfall gewählt wer-
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den und ist in gewissem Maße abhängig von der Art der gewünschten
Schweißung. Die Ausführungsform der Fig. 4 ergibt gewöhnlich die festeste Verschweißung, da die Spitze,
wo die abgewinkelten Stirnflächen 30' zusammenlaufen, die
Schweißhitze konzentriert und somit in der Lage ist, in einem größeren Maße in den aufgeschweißten Draht 18 einzudringen,
als das bei den Ausbildungen der Fig. 3 und 5 der Fall ist.
Die Fig. 9, 10 und 11 veranschaulichen drei verschiedene
Drahtquerschnitte 18, 18" und 18", die je nach
dem beabsichtigten Verwendungszweck des Siebes und der Gestalt des teilchenförmigen Materials, in Verbindung mit
dem das Sieb verwendet werden soll, zur Anwendung kommen können. Die runde Gestalt 18" ist besonders einfach auszubilden,
andererseits handelt es sich bei den abgeschrägten Formen 18 und 18' um nicht verstopfende Gestaltungen, die
infolge ihrer scharfen unteren Endkanten besonders leicht zu schweißen sind.
Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen weiterhin Querschnittsformen der Stege 22 bzw. 22" der kanalrinnenförmigen
Körper, wie sie in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Die Fig. 11 ist ähnlich der Fig. 9, mit der Ausnahme,
daß die Rippen 24' nicht nach außen sondern nach innen vorstehen.
Die kanalrinnenförmigen Körper 14 sind vorzugsweise
mit einer Anzahl von Löchern 34 versehen, deren Gesamtfläche vorzugsweise mindestens gleich der offenen Fläche der
zwischen benachbarten Windungen des Drahtes 18 gebildeten Schlitze 36 ist.
Wenngleich das Bohrlochsieb bei Fertigung aus rost-
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freiem Stahl oder anderem festen korrosionsbeständigen Werkstoff und Verwendung für öl- oder Gasbohrungen besonders
vorteilhaft ist, kann es auch aus anderen Werkstoffen gefertigt und für andere Verwendungszwecke eingesetzt werden.
Beispielsweise ist es bei Fertigung aus Kunststoffen herkömmlichen Stab-Draht-Sieben oder Rohrstützkörpersieben
bei Verwendung in Wasserbohrungen oder auf anderen Gebieten, die geringere Anforderungen als Ölbohrungen stellen, überlegen.
Die kanalrinnenförmigen Körper können auch vorausgehend
zusammengeschweißt oder zusätzlich zu den Umhüllungsdrahtschweißungen verschweißt werden. Eine solche zusätzliche
Verschweißung gestattet die Anwendung anderer Drahtumwicklungsmethoden oder kann im Sinne zusätzlicher Festigkeit
wünschenswert sein.
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Claims (8)
1. Bohrlochsieb mit einem hohlen Kernteil und einer umhüllenden Drahtumwicklung, die offene Schlitze für
den Durchfluß von Flüssigkeit oder Gas bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernteil aus einem durchgehenden Ring
(12) aus einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Bohrlochsiebes (10) verlaufenden kanalrinnenformigen Körpern (14)
besteht, wobei jeder dieser kanalrinnenformigen Körper (14)
einen verhältnismäßig breiten Steg (22, 22', 22") als Boden und vergleichsweise kurze Schenkel (28), die sich von
dem Steg radial auswärts erstrecken, als Längsseitenwände aufweist, die Stege (22, 22', 22") Durchflußöffnungen (34)
besitzen, und die Schenkel (28) mit der umhüllenden Drahtumwicklung (16) an sämtlichen oder zumindest zahlreichen Be'
rührungssteilen (Enden 30, 30', 30") verschweißt sind.
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2. Bohrlochsieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (22') der kanalrinnenförmigen Körper
(14), geschnitten in einer Ebene normal zur Achse des
Bohrlochsiebes (10), einen zylindrischen Querschnitt haben (Fig. 8).
3. Bohrlochsieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet,
daß die Stege (22") der kanalrinnenförmigen Körper (14) in Abständen, gesehen in ihrer Längserstreckung,
Querrippen (24, 24") aufweisen (Fig. 9 und 11).
4. Bohrlochsieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (28) Außenränder
(30', 30") aufweisen, die in einem nicht lotrechten Winkel zu der Ebene der Schenkel (28) ausgebildet sind (Fig. 4 und 5)
5. Bohrlochsieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenränder (30') so ausgebildet sind,
daß die Stirnkante der jeweils aneinander liegenden Schenkel (28) benachbarter kanalrinnenförmiger Körper (14) einen
spitzen Winkel mit der äußeren Oberfläche des Schenkels (28) bildet (Fig. 4).
6. Bohrlochsieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenränder (30") so ausgebildet sind, daß die Stirnkante der jeweils aneinander liegenden Schenkel
(28) benachbarter kanalrinnenförmiger Körper (14) einen stumpfen Winkel mit der äußeren Oberfläche des Schenkels (28)
bildet (Fig. 5).
7. Bohrlochsieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ganz oder teilweise aus Metall
besteht.
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8. Bohrlochsieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ganz oder teilweise aus
Kunststoff besteht.
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