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Vorrichtung zum Herstellen eines Durchlasses durch die Auskleidung eines Bohrloches
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Durchlasses durch die Auskleidung eines Bohrloches, mit einer an einer Wandöffnung des Futterrohres montierten Buchse, in deren Längskanal ein im wesentlichen rohrförmiges, an seinem äusseren Ende mit einem chemisch zerstörbaren Verschluss abgeschlossenes Organ untergebracht ist, das durch den Schub eines unter Druck stehenden Strömungsmittels aus einer eingefahrenen in eine ausgefahrene Stellung bewegbar ist, in welcher sein äusserer Rand gegen die Bohrlochwandung anliegt.
Nach dem Bohren eines Bohrloches durch die ölhaltigen Schichten wird gewöhnlich ein aus Stahl bestehendes Futterrohr bis in den Bereich der ölhaltigen Schichten in das Bohrloch gesenkt. Dann wird oberhalb und unterhalb der ölführenden Schichten Zement in den Zwischenraum zwischen dem Futterrohr und der Bohrlochwandung eingebracht, um das Eindringen von Wasser verhindernde Pfropfen zu bilden, so dass die Förderzone isoliert ist und nur das gewünschte Öl durch Durchlässe in das Innere des Futterrohres eintreten kann, zu deren Herstellung die erwähnten Vorrichtungen dienen.
Bekanntgewordene Vorrichtungen der erwähnten Art (USA-Patentschrift Nr. 2, 775, 304, deutsche Patentschrift Nr. 942923) bestehen aus an dem Futterrohr aufsetzbaren Buchsen, in welchen Kolben oder Rohre teleskopisch verschiebbar sind. Die dichte Verschiebbarkeit bedingt eine saubere Bearbeitung der Gleitflächen. Überdies müssen Länge und Durchmesser dieser Flächen in einem nicht zu kleinen Verhältnis stehen, wenn ein Ecken vermieden werden soll, so dass eine grössere Baulänge in Kauf genommen werden muss. Solche Vorrichtungen sind daher schwer, verhältnismässig voluminös, teuer und trotzdem störanfällig, denn nur saubere Gleitflächen ermöglichen das Ausfahren der Kolben oder Rohre.
Wegen ihrer axialen Baulänge stehen derartige Vorrichtungen, insbesondere bei Anordnung mehrerer verschiebbarer Bauteile, von dem Futterrohr verhältnismässig weit vor und bedingen demnach Bohrlöcher grossen Durchmessers, deren Niederbringen kostspielig ist.
Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, die insbesondere in Axialrichtung wenig Platz beansprucht, über die Aussenfläche des Futterrohres nur wenig vorsteht, verlässlich im Betrieb ist, aus nur wenigen Teilen besteht, bei kleinerem Durchmesser weit ausfahrbar und billig ist. Dieses Ziel lässt sich mit einer Vorrichtung des eingangs umrissenen Aufbaues erreichen, bei welcher erfindungsgemäss das ausfahrbare Organ als an sich bekanntes Balgenrohr ausgebildet ist, dessen inneres Ende an der Buchse befestigt ist und das aus einem von diesem chemischen Mittel unangreifbaren Material besteht.
Das Balgenrohr kann vorzugsweise aus einem dauernd verformbaren Material bestehen und nach dem Ausfahren dauernd verformt sein. Nach einem Merkmal der Erfindung ist das Balgenrohr auf wenigstens das Dreifache seiner ursprünglichen Länge verformbar, eine Eigenschaft, die sich durch eine richtige Wahl der Anzahl der Balgfalten und deren Tiefe herbeiführen lässt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigen Fig. l einen Vertikalschnitt durch das untere Ende eines Bohrloches und eines eingesetzten Futterrohres, das mit erfindungsgemässen Vorrichtungen versehen ist, Fig. 2 in grösserem Massstab einen Horizontalschnitt durch das Futterrohr und das Bohrloch sowie eine erfindungsgemässe Vorrichtung vor dem Ausfahren und dem Einbringen des Zements, Fig. 3 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 2 die bis zur Berührung mit der Bohrlochwandung ausgefah-
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rene Vorrichtung sowie den eingebrachten Zement und Fig. 4 in grösserem Massstab eine abgeänderte
Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung im Längsschnitt.
In Fig. l ist ein von der Erdoberfläche aus niedergebrachtes Bohrloch 10 dargestellt, das ölfüh- rende Schichten 12 durchsetzt. Im Inneren des Bohrloches ist ein Futterrohr 14 angeordnet, das meistens aus Stahl besteht, wobei zwischen der Bohrlochwandung und der Rohraussenfläche ein Ringspalt von z. B. 2,5 cm Breite vorgesehen ist. Im Bereich der ölhaltigen Schichten ist dieser Ringraum mit Ze- ment 15 oder einem andern Dichtungsmaterial gefüllt, der bzw. das durch das Futterrohr und aus dessen offenem Ende in den Ringspalt eingepresst werden kann. Dabei kann auch ein Stöpsel 17 ein- gebracht werden, der am Boden des Bohrloches in dem Futterrohr verbleibt und den Zement von der nachstehend beschriebenen Säure- oder sonstigen chemischen Lösung trennt.
Eine den Schichten 12 gegenüberliegende Futterrohrlänge 14 ist mit mehreren Vorrichtun- gen 16 zum Herstellen von Durchlässen versehen. Jede dieser Vorrichtungen weist eine Buchse 20 mit einem Kopf 22 und einem vorzugsweise mit Aussengewinde versehenen Rohransatz 21 zum
Einschrauben in eineGewindebohrung des Futterrohres auf. Der Kopf kann an seiner Unterseite mit einer
Ringnut 23 zur Aufnahme eines Dichtungsringes und zum Ansetzen eines Schlüssels, z. B. mit Grund- löchern 22a od. dgl., versehen sein.
In der Axialbrohrung 24 der Buchse 20 ist ein ausfahrbares Organ in Form eines Balgenrohres 25 untergebracht.
Am äusseren Ende des Balgenrohres, bei dem benachbarte Falten zur Ermöglichung einer grossen Längsverformung einander berühren können, ist eine Ringscheibe 26 mit einer zentralen Öffnung auf- gesetzt, die mit einem Stöpsel 27 verschlossen ist. Scheibe 26 und Stöpsel sind miteinander fest verbunden und verschliessen das äussere Ende des Balgenrohres, dessen inneres Ende an eine Ringscheibe 28 angesetzt ist. Die zentrale Öffnung der Scheibe 28 ist vorzugsweise mit einem streng sitzenden Stöpsel 30 verschlossen, so dass eine dichte und dem Druck eines Strömungsmittels standhaltende Verbindung geschaffen ist.
Die Muffe und die Ringscheiben 26,28 können vorzugsweise aus Stahl hergestellt sein, weil dieses Material eine ausreichende Fertigkeit besitzt, leicht spangebend bearbeitet werden kann und von den in einem Bohrloch verwendeten chemischen Mitteln nicht oder nur wenig angegriffen wird. Als Materialien für das Balgenrohr kommen Eisenlegierungen, aber auch andere Stoffe und Metalle, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und deren Legierungen, in Betracht. Wesentlich ist, dass dieses Metall gegenüber den in dem Bohrloch verwendeten chemischen Mitteln relativ indifferent ist. Die Stöpsel 27 und 30 sind jedoch zerstörbar und daher aus einem Metall hergestellt, das zwar die notwendige mechanische Festigkeit besitzt, aber in einer Säure oder sonstigen Lösung relativ leicht löslich ist.
Der innere Stöpsel 30 kann auch zerbrechlich ausgebildet sein, d. h. wenigstens einen Teil aufweisen, der unter dem Einfluss eines in dem Futterrohr 14 herrschenden hydraulischen Druckes zerbrechbar ist.
Die beschriebene Vorrichtung wird in folgender Weise verwendet :
Nachdem die Anordnung der ölhaltigen Schichten 12 in dem Bohrloch festgestellt worden ist, werden die Vorrichtungen 16 an dem Futterrohr an solchen Stellen angebracht, dass sie bei eingebrachtem Rohr in die Niveaus der ölhaltigen Schichten zu liegen kommen. Die Anordnung der Vorrichtungen ist daher von den in dem jeweiligen Bohrloch vorliegenden Bedingungen bestimmt.
Nach dem Absenken des Futterrohres bis zur Sohle des Bohrloches wird ein Zementgemisch eingepumpt, das in demRingspaltzwischenRohrwandung und Bohrlochwandung hochsteigt und die Schicht 15 bildet, und der. Deckel 17 eingebracht. Nach dem Verstreichen einer gewissen Zeitspanne wird das Futterrohr bis zu einem Niveau, das über der höchstliegenden Vorrichtung 16 liegt, mit einer Lösung oder einer Säure, welche die inneren Stöpsel 30 auflöst, gefüllt. Zum Trennen der Säure von dem ihr vorhergegangenen Zement dient der Stöpsel 17, der auf der Bohrlochsohle oder auf einem im Rohr verbliebenen Zementpfropfen aufliegt. Sind die Stöpsel 30 zum Zerbrechen ausgebildet, so muss in dem Futterrohr ein für diesen Zweck ausreichender Druck erzeugt werden.
Chemische und mechanische Zerstörung können gegebenenfalls kombiniert werden.
Nach dem Verstreichen einer Zeitspanne, die erfahrungsgemäss zur Auflösung der Stöpsel ausreicht, wird auf die in dem Rohr befindliche Lösung oder Säure ein Druck ausgeübt, der zuzüglich des hydrostatischen Druckes über das nunmehr mit dem Futterrohr kommunizierende Innere der Balgenrohre auch auf die Innenseite der äusseren Stöpsel 27 wirkt. Unter der Einwirkung der auf diese Weise erzeugten Axialkraft werden die Balgenrohre 25 gedehnt und ausgefahren, wobei sie die Zementschicht durchdringen und sich mit ihren äusseren Enden auf die Bohrlochwandung aufsetzen. Das Ausfahren muss also
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geschehen, solange die Schicht 15 noch weich genug ist.
Der Druck, bei dem ein Balgenrohr ausge- fahren wird, kann genau eingestellt werden, weil er von dessen Wandstärke und Material abhängt und aus der Erfahrung die Gegenwirkung der Zementschicht 14 bekannt ist. Die Balgenrohre werden ge- wöhnlich so ausgebildet, dass sie sich nur ausdehnen, wenn der Innendruck relativ hoch ist, beispiels- weise um 70 kp/cm2 über dem Aussendruck liegt, können aber auch für grössere oder kleinere Drücke bemessen werden.
Die zur Entfernung der inneren Stöpsel 30 erforderliche Zeit beträgt unter Umständen nur weni- ge Minuten. Danach genügt eine kurze Zeit zum Ausfahren der Balgenrohre bis zum Anlegen an die
Wandung des Bohrloches (Fig. 3).
Nach dem Ausfahren der Balgenrohre kann der Druck in dem Futterrohr gegebenenfalls aufrecht er- halten werden, um zu gewährleisten, dass die Rohrenden mit der Bohrlochwandung in Berührung blei- ben. Zweckmässig sind die Balgenrohre jedoch aus einem praktisch unelastischen Metall und zur dauern- den Verformung während des Ausfahrens bemessen, so dass ein Abheben des Rohrendes von der Bohrloch- wandung nicht zu befürchten ist.
Nach dem Abbinden des Zements werden die äusseren Stöpsel 27 der Wirkung eines geeigneten, z. B. des zur Zerstörung der inneren Stöpsel angewandten chemischen Mittels, beispielsweise einer Säure, ausgesetzt, so dass sie aufgelöst werden und Durchlässe zwischen dem Inneren des Futterrohres und den ölführenden Schichten 12 entstehen (Fig. 3). Durch diese Durchlässe können Strömungsmittel in die ölhaltigen Schichten hineingepumpt werden bzw. Öl und Gas in das Futterrohr übertreten.
Die Balgenrohre müssen nicht nach, sondern können auch vor dem Einbringen des Zements durch hydraulischen Druck ausgefahren werden. Die Reihenfolge dieser verschiedenen Verfahrensschritte kann vielmehr den örtlichen Bedingungen angepasst werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung sitzt die äussere Ringscheibe 26 in einer ringförmigen Ausnehmung des Buchsenkopfes 22, ist aber nur von dem Balgenrohr 25 oder durch Reibung gehalten.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, in welcher an dem Buchsenkopf ein Anschlag, z. B. ein einspringender und um den Rand der Scheibe 26 umgebördelter Flansch 22b, ausgebildet ist und diese festhält.
Diese Einrichtung gewährleistet, dass die Balgenrohre nicht infolge von Druckveränderungen unbeabsichtigt ausgefahren werden. Erst wenn der hydraulische Druck, der das Balgenrohr auszufahren trachtet, einen bestimmten Wert erreicht, wird der Flansch 22b abgeschert oder die Scheibe 26 so weit durchgebogen, dass sie an dem Flansch 22b vorbeigleiten kann. Die zum Abscheren notwendige Kraft wird von der Anzahl und Scherfestigkeit der einzelnen Anschlagbestandteile, bei einem Flansch von dessen Umfanglänge und Dicke an seiner Ansatzstelle bestimmt. Für den angestrebten Zweck müssen brauchbare Anschläge keineswegs als umlaufende Flanschen, sondern können auch als längs des Umfanges ausgeteilte, z.
B. diametral angeordnete Abscherstife oder -lappen ausgebildet sein, können aber jedenfalls für einen bestimmten Druck bemessen werden, bei dessen Überschreiten sie brechen und das Ausfahren des Balgenrohres zulassen. Weil im Inneren der Buchse nur ein einziger ausfahrbarer Bestandteil, nämlich ein Balgenrohr, angeordnet ist, braucht der Durchmesser der Buchsenbohrung, die im übrigen keiner Bearbeitung bedarf, den Aussendurchmesser des Balgenrohres nur wenig zu übertreffen.
Da auch der Rohransatz dünnwandig sein kann, lassen sich erfindungsgemässe Vorrichtungen viel kleiner bauenalsdiebekannten. Sie besitzen nur wenige Flächen, die einer keineswegs sorgfältigen Bearbeitung bedürfen, da keine Teile vorgesehen sind, die dicht aneinander gleiten müssen. Eine Längsdehnung des Balgenrohres führt zu einer Erweiterung des lichten Rohrquerschnittes. Die Falten des Rohres können daher ohne Beschränkung des Durchlassquerschnittes verhältnismässig tief sein, so dass eine beträchtliche Verlängerung solcher Balgenrohre möglich ist.
Versuche haben gezeigt, dass ohne jede Schwierigkeit Balgenrohre verwendet werden können, deren Länge in ausgefahrenem Zustand sich zu der Länge im Ausgangszustand wie 5 : 1 verhält.
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