Vorrichtung zum Ausbau und Vervollständigen eines Bohrloches Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbau und Vervollständigen eines Bohrloches, bestehend aus einem Bohrlochgehäuse, das in ein Bohrloch eingesetzt wird, und aus einer einen Kanal bildenden Einrichtung aus Metall mit der Säurebeständigkeit von Stahl, die an dem Gehäuse derart befestigt ist, dass sie mit einer in der Gehäusewand angeordneten Öffnung zusammenfällt und die seitlich aus dem Gehäuse ausgefahren werden kann, um die Verbindung mit einer zu bearbeitenden Boden formation herzustellen.
Bis vor kurzem wurden die Bohrlochgehäuse oder Bohrrohre in Bohrlöcher durch Einzementieren einge setzt, wobei eine Zementaufschlämung durch das Ge häuse nach unten und dann um die Aussenseite des Gehäuses gepresst wurde, um den ringförmigen Raum zwischen der Aussenfläche des Gehäuses und der umge benden Wand der Bodenformation zufällen. Nach Erhär ten das Zementes wurde die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der zu bearbeitenden Zone durch Loch sprengung des Gehäuses hergestellt, und zwar beispiels weise durch Geschosskugeln oder geformte Ladungen, die auch gehärteten Zement durchdringen, und Durchgänge oder Leitungen durch diesen bilden.
Dieses Verfahren ist nicht zufriedenstellend, da die Geschossku- geln oder Ladungen dazu neigen, den Zement um die Durchlässe herum zu spalten, wodurch vertikale Verbin dungen entstehen, d. h. eine Auf- und Abbewegung um das Gehäuse von einer Lochung zur anderen erfolgt. Dies wiederum verhindert eine spätere selektive Behand lung durch jede Lochung zu der Bodenformation am Ende eines jeden Rohres oder einer jeden Lochung, da eingespritztes Behandlungsmittel nach oben oder nach unten durch den gespaltenen Zement wandern kann, ohne eine selektive Kontrolle der injizierten Stellen, d. h. die Gesteinsschicht der Bodenformation am Ende einer jeden Leitung zu gestatten.
Kürzlich wurde ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Errichtung von Verbindun gen zwischen dem Gehäuse und der Arbietszone vorge schlagen. Danach werden eine Vielzahl von Stollen oder Durchgangskanäle bildenden Einrichtungen an der Aus senseite des Gehäuses angeschweisst oder in irgendei ner anderen zweckmässigen Weise befestigt, derart, dass sie mit den in der Gehäusewand befindlichen Löchern ausgerichtet sind. Diese die Stollen oder die Kanäle bildenden Einrichtungen bestehen aus teleskopisch ver- schiebaren Rohren oder Manschetten, die eingefahren sind, wenn das Gehäuse in das Bohrloch eingesetzt wird.
Wenn mit einer Arbeitszone Kontakt hergestellt werden soll, werden diese teleskopischen Rohre ausgefahren, derart, dass sie im wesentlichen horizontal gegen die Bodenformationswand weisen, um die Verbindung mit der Nutzzone herzustellen und eine ständige Verbin dungsleitung zwischen dieser Nutzzone und dem Gehäu se zu schaffen. Die Zementaufschlämmung wird in den Raum zwischen dem Gehäuse und der Bodenwand entweder vor oder nach dem seitlichen Ausfahren der Rohre eingeführt, so dass sich der Zement um die Rohre und das Gehäuse festsetzt.
Die vorgeschlagenen telesko pischen Rohre der die Kanäle oder Stollen bildenden Einrichtungen bestehen aus Stahl oder einem ähnlichen säurebeständigen Metall und die äusseren Rohrenden, die schliesslich die Arbeitszone berühren, sind durch säurelösliche Metallverschlüsse verschlossen. Diese sind innerhalb des Rohres abgedichtet eingesetzt, so dass kurzzeitig der Durchgang durch das Rohr verhindert wird. Wenn die Verbindung zwischen der Nutzzone und dem Inneren des Gehäuses hergestellt werden soll, wird Säure in das Gehäuse und in die sich seitlich erstrecken den Teleskoprohre eingeführt, um die Verschlüsse auf zulösen.
Ausgedehnte Versuche und Tests wurden durchgeführt und haben gezeigt, dass unabhängig von der Stärke und der Natur der in die Rohre eingeführten Säure, die Verschlüsse nur dann leicht und schnell aufgelöst werden, wenn eine entsprechende Zirkulation der Säure erfolgt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Säure, die die Oberfläche eines festen säurelöslichen Materials angreift, zuerst die äusserste Schicht oder Lage des Materials löst, wonach dann die Säure daran gehindert wird, ihre tatsächliche Lösungsfähigkeit zu entfalten, und zwar wegen des oder der Auflösungs oder Reaktionsproduktes oder Produkte, die dazu neigen,
eine Schutzschicht oder ein Schutzpolster zwi schen der aufzulösenden Fläche und der Säure aufzu bauen. Aus diesem Grunde wird frische oder nicht verbrauchte Säure daran gehindert, die weiter unten liegende Schicht des säurelöslichen Materials aufzulösen. Diese Erscheinung ist besonders deutlich dort, wo die Säure verhältnismässig kleine Bereiche angreift. So wird, wenn beispielsweise eine Fläche einer Magnesiumplatte oder -scheibe mit Essigsäure angefeuchtet wird, die Säure nahezu sofort eine dünne Oberflächenschicht auflösen, worauf dann jedoch die Säure im wesentlichen inaktiv wird, da sich Magn esiumacetat bildet.
Dieses neigt dazu, sich als Barriere zwischen der anzugreifenden Fläche und der nicht verbrauchten Säure abzusetzen und dadurch eine weitere Wirkung dieser Säure auf ungelö stes Material zu hindern. Es wurde gefunden, dass aus diesem Grunde eine übermässig lange Zeit benötigt wird, um den Metallverschluss in dem Rohr aufzulösen und aus letzterem zu entfernen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die angeführten Nach teile vermieden sind. Zu diesem Zweck ist die erfin- dungsgemässe Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die den Kanal bildende Einrichtung eine Abschluss- manschette aufweist, die durch einen Verschluss aus Metall mit der Säurelöslichkeit von Zink, Aluminium, oder Magnesium abgeschlossen ist, der durch in die Manschette eindringende, das Verschlussmetall auflösen de Säure zumindest teilweise auflösbar und dadurch von seiner zugehörigen Manschette entfernbar ist,
dass eine Sicherheitskappe an dem Ende der den Kanal bildenden Einrichtung befestigt ist, das dem Gehäuse am nächsten liegt, welche Kappe innerhalb der Öffnung im Gehäuse und wenigstens annähernd bündig mit dessen Innenwand angeordnet und mit einem ventilgesteuerten Durchgang versehen ist, der Flüssigkeit aus dem Inneren des Gehäuses gegen den Verschluss durchlässt, jedoch den Flüssigkeitsstrom durch die Manschette und in das Innere des Gehäuses verhindert, und dass wenigstens ein Teil der Sicherheitskappe aus einem Metall mit der Säurelöslichkeit von Zink, Aluminium oder Magnesium besteht.
In bekannten Vorrichtungen zur Vervollständigung von Bohrlöchern, sind die die Kanäle bildenden Einrich tungen an der Aussenseite des Bohrlochgehäuses ange- schweisst oder in irgendeiner anderen Weise befestigt und mit den in der Gehäusewand befindlichen Löchern ausgerichtet. Wenn mit der Arbeitszone ein Kontakt hergestellt werden soll, werden die teleskopisch ver schiebbaren Rohre aus ihrer zurückgezogenen Stellung ausgefahren, und zwar seitlich vom Äusseren des Gehäu ses gegen die Bodenformationswand. Dies geschieht durch Errichtung eines Druckes im Gehäuse.
Da das rückwärtige Ende des Rohres einer jeden einen Stollen oder Kanal bildenden Einrichtung, d. h. das Ende, das mit dem entsprechenden Loch in der Gehäusewand ausgerichtet ist, mit dem Inneren des Gehäuses in Verbindung steht, während das Vorderende des Rohres, d. h. das Ende, das die Arbeitszone der Bodenformation berühren soll, durch den Schraubenverschluss abge schlossen ist, wird innerhalb des Rohes ein Druck aufgebaut. Dieser Druck muss ausreichend sein, um die Haltekraft der Befestigungsmittel oder dergleichen zu überwinden, um die teleskopischen Rohre weg von Gehäuse und gegen die Bodenformation zu treiben.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass aufgrund von Fehllei stung oder anderen Pannen, beispielsweise fehlerhaftem Zusammenbau der die Stollen oder Kanäle bildenden Einrichtungen, einige der Rohre manchmal vorzeitig gegen die Bodenformation herausgedrückt werden kön nen. Dies kann z. B. während des Senkens des Gehäuses in das Bohrloch auftreten. Wenn so ein Rohr vorzeitig aus dem Gehäuse heruasgedrückt wird, kann der mit dem Endschraubverschluss versehene Vorderabschnitt des Rohres durch die reibende Berührung mit der Bodenwand aufgerissen werden, wodurch dann eine freie Verbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem das Gehäuse umgebenden Raum hergestellt wird.
Dies ist natürlich höchst unerwünscht, da dadurch ein wirksamer Druckaufbau innerhalb des Gehäuses verhin dert wird, der zum Austreiben der Rohre gegen die Bodenformation zur gewünschten Zeit benötigt wird. Durch diesen geringen Druck kann ferner flüssiger Zement von ausserhalb des Gehäuses in dessen Innen raum zurücktreten.
Nach Einsetzen des Gehäuses mit seiner den Kanal bildenden Einrichtung in das Bohrloch und nach deren Ausfahren gegen die Arbeitszone hin, wird der Ver- schluss zumindest teilweise durch Säure zersetzt oder aufgelöst, damit ein im wesentlichen nicht beschränkter Fluss in beiden Richtungen möglich ist.
Der Verschluss ist zweckmässig eine Schraubkappe, die so ausgebildet ist dass nach Auflösen durch Säure der den Fluss begrenzenden Mittel eine Auflagerfläche oder ein Sitz an der Kappe freigelegt wird, um das Innere des Gehäuses mittels eines kugelförmigen Dich tungsmittels absperren zu können, das z. B. als Kugel dichtung ausgebildet sein kann. Diese Kugel schwebt dabei innerhalb der im Gehäuse enthaltenen Flüssigkeit und wird von der Flüssigkeit gegen den Sitz gedrückt.
Im Flüssigkeitsdurchlass kann ein Filter oder ein Gitter angeordnet sein, um Festsubstanzen aus dem eintretenden Öl oder Gas zu entfernen. Die die Bohrung des Verschlusskörpers begrenzende Wand weist zweck- mässig eine ringförmige Zone mit ausreichend vermin derter radialer Dicke auf, die einen diaphragmaähnli- chen Streifen bildet. Wenn der Verschluss aufgelöst werden soll. wird die Säure in das rückwärtige Ende des Verschlusses eingeführt.
Die Säure tritt in die Bohrung des Verschlusses ein und löst das Metall in der Gegend der genannten ringförmigen Zone, d. h. den Diaphragmalstreifen, schnell auf. Dann tritt die Säure nach aussen durch die so gebildete Öffnung in der Diaphragmazone und fliesst entlang der Aussenseite des Verschlusses, um auf diese Weise eine schnelle Auflö sung und Zersetzung des Verschlusses zu bewirken.
Eine chemische Isolierung zum Abdichten des Ver schlusses gegenüber der Rohrwand ist nicht erforderlich. Die Dichtung wird aber vorteilhafterweise durch einen O-Ring bewirkt, der in eine Rille des Verschlusses eingesetzt ist. Dieser O-Ring verhindert das Eindringen von Stoffen von aussen und blockiert das Austreten von Material aus dem Inneren des Rohres nach aussen. Der genannte Diaphragmastreifen ist zweckmässig vor dem O-Ring angeordnet, d. h. zwischen dem O-Ring und dem Vorderende des Verschlusses, so dass der Fluss der Säure nicht gestört wird.
Das Steuerventil des Kappen durchgangs ist vorzugsweise ein Kugelsperrventil.
Obwohl die ganze Kappe aus säurelöslichem Metall, wie Zink oder Magnesium hergestellt sein kann, besitzt die Kappe zweckmässig einen Hauptteil aus Stahl, wobei in diesen ein runder Einsatz aus säurelöslichem Metall, vorzugsweise Zink, eingesetzt ist, in welchem seinerseits der ventilgesteuerte Durchgang angeordnet ist. Das Auflösen des Einsatzes durch Säure wird dadurch erleichtert, dass der Durchgang die dem Angriff der Säure ausgesetzte Berührungsfläche vergrössert.
Nach dem der den ventilgesteuerten Durchgang aufweisende Einsatz durch die Säure zerstört ist, ist eine ausreichende Verbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses und der den Kanal bildenden Einrichtung hergestellt, da der Rest der Kappe dann einen verhältnismässig grossen Durchgang begrenzt: Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der säurelösliche Einsatz der Kappe nach innen abgeschrägte oder konische Fläche, die gegen eine ergänzend ausgebildete Fläche des säurebeständigen Teiles der Sicherheitskappe stösst oder anliegt.
Nachdem der Säurelösliche Einsatz durch die Säure aufgelöst ist, bleibt der säurebeständige Teil der Kappe bestehen und begrenzt einen Durchlass, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser des säurelöslichen Einsatzes ent spricht und eine konische peripher liegende Auflageflä che bildet. Wenn dieser erweiterte Durchlass während der Arbeit aus irgend einem Grund geschlossen werden soll, kann eine Kugeldichtung in die Flüssigkeit im Gehäuse gebracht und in dieser schwebend gehalten werden, damit sie sich selbst dichtend gegen die konische Fläche anliegt.
Der Durchmesser des Einsatzes und demzufolge derjenige des durch Auflösung gebildeten Durchlasses, muss jedoch kleiner sein als der Durchmes ser der Teleskoprohre, damit ein unerwünschtes Einzie hen oder Einfahren der Rohre in das Innere des Gehäuses verhindert wird, wenn sie in irgendeiner Weise aus ihren Haltemitteln gelöst werden.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung anhand der Zeich nung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Teil einer Seitenansicht eines Bohrloch gehäuses, an dessen Aussenwand eine einen Kanal bildende Einrichtung befestigt ist, die eine Endmanschet- te aufweist, die mit einem Metallverschluss verschlossen ist.
Um die übersicht zu wahren, sind zur Erläuterung der Erfindung unwesentliche Teile weggelassen, Fig. 2 ist eine Endansicht des Vorderendes des Schraubverschlusses, Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 zeigt, teilweise im Schnitt und teilweise im Seitenaufriss, den Schraubverschluss, wie er in eine mit einer Filterplatte ausgerüstete Manschette gemäss Fig. 1 eingeschraubt ist, Fig. 5 ist in grösserem Masstab ein Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 1,
Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5, Fig. 7 ist eine Ansicht einer Sicherheitskappe gemäss Fig. 5, in Richtung des Pfeiles B gesehen, Fig. 8 ist ein Querschnitt durch die den Kanal bildende Manschette entlang der Linie 8-8 in Fig. 4, Fig. 9 ist ein vergrösserter Aufriss des von der Manschette entfernten Gitters, Fig. 10 ist in grösserem Masstab ein Schnitt durch das Gitter gemäss Fig. 9, der die Zusammensetzung des Gitters aus einem mit einem Kunststoff beschichteten Metallkern zeigt,
Fig. 11 ist eine Variante zu Fig. 10, bei der das Gitter aus einem homogenen Körper aus Kunststoff besteht.
In der Zeichnung und insbesondere in den Fig. 1 und 5 ist eine einen Kanal bildende Einrichtung, allgemein mit 100 bezeichnet, an der Aussenfläche eines Bohrloch- 01 1.0 befestigt. Für diesen Zweck ist das Bohrlochgehäuse 10, das eine bearbeitete Öffnung 99 aufweist (Fig. 5) mit einem Ansatzstück 98 versehen, das an der Aussenwand des Gehäuses bei 97 angeschweisst ist. Die den Kanal bildende Einrichtung 100 weist ein hohles, zylindrisches rückwärtiges Befestigungsteil 96, auf, dessen Aussengewinde 95 mit einem Innengewinde 94 des Ansatzstückes 98 im Eingriff steht.
Das rückwär tige Befestigungsteil 96 endet in einem Flanschring 93, der in einen Ringraum 92 passt, der durch den durch das Ansatzstück 98 gebildeten Vorsprung 91 begrenzt ist. Ein Dichtungs-O-Ring 66, kann zwischen den Ring 93 und der Fläche des Vorsprunges 91 des Ansatzstückes 98 eingefügt werden, um die Einrichtung 100 gegenüber dem Ansatzstück 98 richtig abzudichten. Aus diesem Grund ist der Ring 93 mit einer ringförmigen Rille 89 (Fig. 5) versehen. Die übrigen Konstruktionsteile der den Kanal bildenden Einrichtung sind bekannt und deshalb nicht dargestellt.
Die den Kanal bildende Einrichtung 100 erstreckt sich seitlich vom Gehäuse 10 und umfasst eine äussere Manschette 13, die mit Innengewinde versehen ist, in das ein Schraubverschluss, allgemein mit 50 bezeichnet, eingeschraubt ist. Der Schraubverschluss 50 ist in der Zeichnung nicht ganz in das Rohr 13 eingeschraubt dargestellt.
Die Ausbildung des Schraubverschlusses ist im Ein zelnen in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Der Schraubver schluss besteht aus einem Körper 14 mit Aussengewinde 15. Letzteres erstreckt sich über etwa die Hälfte der Länge des Verschlusses.
Eine Rille 16 ist am Aussenumfang des Verschlusses angrenzend an dessen rückwärtiges Ende eingeschnitten und ein O-Ring 18 üblicher Bauart ist in diese Rille eingesetzt.
Der Körper 14 besitzt eine Bohrung 19, die sich vom rückwärtigen, offenen Verschlussende 17 gegen das Vorderende 20 erstreckt, aber kurz vor dem letzteren endet. Die Bohrung 19 darf nicht zu weit an das Vorderende heranreichen, da die Dicke des Vorderendes 20 ausreichend sein muss, um den Drücken, die auf die freie Oberfläche des Vorderendes 20 von aussen wirken, sowie Stoss-, Abnutzungs- und Reibungskräften zu widerstehen. Im Körper 14 ist eine Innenrille 21 vorgesehen, die mit der Bohrung 19 kommuniziert und einen Körperwandabschnitt 22 bildet, dessen radiale Dicke wesentlich vermindert ist.
Der Wandabschnitt 22 des Verschlusses ist auf diese Weise geschwächt und bildet einen diaphragmaähnlichen Streifen. Dieses Dia phragma 22 ist einem raschen Angriff und Zerstörung durch Säure ausgesetzt. Versuche haben gezeigt, dass die Dicke des Diaphragmas 22 für Schraubverschlüsse für Leitkanalbohrvorrichtungen in Bohrlochtiefen von etwa 4572 m (15 000 feet) zwischem etwa 0,762 mm bis 1,016 mm (0,030"-0,040") sein soll. Fig. 4 zeigt den Schraubverschluss gemäss Fig. 2 und 3, wie er in das Rohr bzw. die Manschette (Fig. 1) eingeschraubt ist.
Das Rohr 13 ist mit einem Innenge winde 25 versehen, das mit dem Aussengewinde 15 des Verschlusses im Eingriff steht. Durch die Anordnung des O-Ringes 18, der in die Rille 16 des Verschlusses eingesetzt ist, erfolgt eine wirksame Abdichtung zwi schen dem Verschluss 50 und dem Rohr 13. Auf diese Weise wird der Eintritt irgendwelcher Stoffe von aussen in das Innere des Rohres und gleichzeitig das Eindringen von Materie aus dem Inneren des Rohres nach aussen verhindert.
Das Rohr 13 weist einen ringförmigen Vorsprung 26 auf, der einen Anschlag für das rückwärtige Ende 17 des Verschlusses bildet. Während das Rohr aus säurebe ständigem Material, wie Stahl oder einer Stahllegierung, besteht, muss der Verschluss aus einem säurelöslichen Metall, beispielsweise Zink, Magnesium oder Alumi nium, oder Legierungen dieser Metalle, bestehen.
Quer durch den Strömungsdurchgang 101 ist in der Nähe des vorderen Endes des Rohres hinter dem Verschluss ein Gitter oder Filter 120 in Form einer Scheibe angeordnet. Dieses Gitter hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Strömungsdurchgang 101. Um das Gitter im Rohr 13 sicher zu halten, ist im letzteren vor dem Gitter 120 ein Inneflansch 102 vorgesehen. In das Rohr 13 ist nahe an der anderen Seite des Gitters eine Rille 104 eingeschnitten. Nachdem das Gitter 120 in das Rohr eingebracht ist, wird ein Sprengring 121 in die Rille 104 eingesetzt, wodurch ein Bewegen des Gitters 120 verhindert wird. Es können natürlich irgendwelche anderen Mittel zum Festlegen des Gitters verwendet werden.
Die Ausbildung des Gitters selbst wird im einzelnen weiter unten beschrieben.
Der Verschluss wird gewöhnlich mit irgendeiner Einschraubvorrichtung, z. B. einem Schraubenzieher, in das Rohr eingeschraubt und aus diesem Grunde ist die Vorderendfläche 20 des Verschlusses ursprünglich mit einem Schlitz versehen. Nachdem der Schraubenver- schluss in das Rohr eingeschraubt ist, wird der Schlitz durch Schleifen oder einer anderen Bearbeitung der Endoberfläche entfernt.
Aus den Fig. 5 bis 7 ist ersichtlich, dass der hohle, rückwärtige, mit Gewinde versehene Befestigungsteil 96, der in das Ansatzstück 98 eingeschraubt ist, ein Endteil mit Aussengewinde 85 aufweist. Dieses Endteil 85 ragt in die Öffnung 99 in der Gehäusewand 10. Ferner ist eine Sicherheitskappe, allgemein mit 80 bezeichnet, vorgesehen, die an einem Flanschteil 49 ein Innenge winde 79 besitzt, das in ein Aussengewinde 78 des Endteiles 85 eingreift. Die Sicherheitskappe 80 kann so nach Wunsch auf das Endteil 85 aufgeschraubt und hiervon gelöst werden. Die Fig. 5 und 6 zeigen die Kappe in Arbeitsstellung, in der sie auf das Endteil 85 aufgeschraubt ist.
Die Kappe 80 besitzt einen Hauptkör per aus Stahl oder einem ähnlichen säurebeständigen Material, und einen mittigen, allgemein mit 75 bezeich neten Einsatz, der aus einem säurelöslichen Metall, wie Zink, Magnesium oder Aluminium, hergestellt ist. Das bevorzugte Metall ist jedoch Zink, da es die zweckmäs- sigsten Eigenschaften hinsichtlich Beständigkeit gegen über verschiedenen pH-Werten aufweist, die in der Vorrichtung auftreten, bevor der Einsatz durch die Säure aufgelöst werden soll.
Durch den Einsatz 75 geht ein Durchlass 74, der mit einem Kugelsperrventil versehen ist (Fig. 5 und 6). Dieses Kugelsperrventil umfasst eine Kugel 73, die in einer Ventilkammer 72 gelagert ist, die in Wirklichkeit ein erweiterter Abschnitt des Durchganges 74 ist. Der Sitz für die Kugel wird durch eine konische Fläche 71 gebildet, während die Kugel innerhalb der Kammer 72 mittels einer sternförmigen Platte 70 zurückgehalten wird (Fig. 6). Die Platte 70 wiederum wird durch einen abgebogenen Flansch 58 des Einsatzes 75 in Lage gehalten.
Selbstverständlich können auch andere Mittel zum Festhalten der Kugel innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein.
Der säurebeständige Körper 69 der Kappe 80 besitzt eine konische Fläche 68, gegen die eine entsprechend konische Fläche 67 des säurelöslichen Einsatzes 75 anliegt. Der säurelösliche Einsatz 75 wird innerhalb des säurebeständigen Körpers 69 mittels eines nach aussen abstehenden Flansches 63 in Lage gehalten, der hinter den Vorsprung 62 des säurebständigen Kappenteiles 69 ragt.
Wie bereits oben erwähnt, wird die sternförmige Platte durch einen abgebogenen Flansch oder Halteteil 58 in Lage gehalten. In der Praxis wird der säurebestän dige Körper 69 der Kappe zuerst mit einem Durchgang hergestellt, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des säurelöslichen Einsatzes 75. Danach wird der säurelösliche Einsatz in den Durchgang ge- presst. Durch Hämmern oder dergleichen wird der Flansch 63 dann so geformt, dass er den säurelöslichen Einsatz sicher innerhalb der Kappe hält.
Die Kappe 80 wirkt durch die Anordnung des Kugelventils als ein ventilgesteuertes Mittel zur Begren zung des Durchflusses. Flüssigkeit, die unter Druck in das Gehäuse 10 eingeführt wird, geht durch den engen Durchgang 74 und durch das Kugelsperiventil in das Innere des Kanals. Umgekehrt zwingt - dank der Anordnung der Kugel 73 und ihres konischen Sitzes 71 - jeder auf die Kugel 73 ausgeübte Druck von innerhalb des Kanals, die Kugel gegen den Sitz 71, wodurch die Flüssigkeit am Eintreten in das Innere des Gehäuses gehindert wird.
In den Fig. 8 und 9 ist gezeigt, dass die Gitterscheibe 120 mit mehreren ffnungen 122 versehen ist, die eine für den Öl- und Gasdurchgang geeignete Gestalt und Grösse aufweisen, jedoch an der Aussenseite des Gitters Teilchen aus Sand und dergleichen Feststoffe zurückhal ten. Die sich axial erstreckenden Seitenwände der länglichen Öffnungen 122 in der Scheibe können parallel zueinander, und/oder nach innen divergierend verlaufen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist.
Um das Gitter chemisch inert oder inaktiv gegenüber irgendwelchen chemischen Verbindungen zu machen, die ggf. in den Flüssigkeiten des Bohrloches vorhanden sind, sind alle seine exponierten Flächen mit einem Stoff versehen, die gegenüber Bohrlochflüssigkeiten chemisch inaktiv sind und auch zweckmässigerweise eine geringe Neigung zeigen, an irgendwelchen evt. vorhandenen festen Kohlenwasserstoffen anzuhaften. Eine solche Ausbildung eines Gitters 120 ist in Fig. 10 veranschau licht.
Hier ist ein Metallkörper 124 vorgesehen, der mit einer nichtmetallischen Schicht 125 versehen ist, wobei vorzugsweise ein Überzug aus einem Kunststoff auf allen den Bohrlochflüssigkeiten ausgesetzten Oberflächen auf gebracht ist. Es kann erwünscht sein, die Umfangsfläche des Gitters, die die Seitenwände des Strömungsdurch ganges des Rohres 13 berühhrt, nicht zu überziehen oder zu bedecken, aber die Vorder- und Rückflächen und die Seiten der Schlitze sind vorzugsweise beschichtet,- da diese den Bohrlochflüssigkeiten und deren korrodieren den Wirkung ausgesetzt sind.
Ein für diesen Zweck besonders vorteilhafter Kunst stoff ist Tetrafluoräthylen, das unter dem Namen Te- flon im Handel ist. Dieses hat eine aussergewöhnlich geringe Neigung, an anderen Teilchen anzuhaften, insbesondere an Sandkörnchen, sowie festen Kohlenwas- serstoffen, die zum Gitter gelangen können. Alle Fluor kohlenstoffharze sind auch unlöslich in Säuren und sind daher chemisch inert gegenüber Bohrlochflüssigkeiten. Andere synthetische Harze können für diesen Zweck ebenfalls geeignet sein, so z. B.
Polykarbonate, Polyphe- nylenoxyd und die verschiedenen Kunststoffe, wie z. B. die unter dem Namen Nylon bekannten Verbindun gen.
Anderseits kann die Gitterscheibe auch aus einem festen oder homogenen Körper aus Kunststoff bestehen. Wie dies bei 126 in Fig. 11 gezeigt ist. Die Gestalt dieses Gitters ist im übrigen die gleiche wie die oben beschrie bene.
Das geschlitzte Gitter kann z. B. auch aus Metall hergestellt werden, das mit einem zweckmässigen Kunst stoff beschichtet wird (Fig. 10). Andere Gitterarten oder mit Öffnungen versehene Bauteile, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige des Strömungsdurchganges und die geeignet sind, in Metallteilen gehalten zu werden, können aus einem homogenen Körper aus Kunststoff hergestellt werden.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: <I>Die Sicherheitskappe 80:</I> Nachdem das Gehäuse 40 innerhalb des Bohrloches eingesetzt und eine Zementaufschlämmung oder derglei chen durch das untere offene Ende des Gehäuses gepumpt wurde, um das Gehäuse einzuschliessen und den Raum zwischen der Aussenwand desselben und der Wand der Bodenformation zu füllen, wird der Druck innerhalb des Gehäuses auf einen solchen Wert erhöht, dass die das Rohr haltenden Mittel überwunden werden und die Teleskoprohre der den Kanal bildenden Einrich tung durch die Zementaufschlämmung und gegen die Wand der Bodenformation ausgestossen und in Berüh rung mit der letzteren gebracht werden.
Die für diesen Zweck verwendete Flüssigkeit tritt. in den Durchgang 74, ein, da das Sperrventil den Durchfluss in Richtung gegen den Schraubverschluss 50 gestattet. Die Haltekraft der Haltemittel, die das Ausfahren der Teleskoprohre ge hemmt hat, wird durch den Flüssigkeitsdruck überwun den.
Wenn jedoch der Abschnitt des Leitungskanals 100, der sich hinter den Ring oder die Manschette 93 erstreckt und den Schraubverschluss 50 umfasst, vorzei tig ausgesossen wurde und durch eine fehlerhafte Anordnung oder dergleichen zerrissen oder zerbrochen wurde, wird irgendwelches Material am Eintreten in das Innere des Rohres durch das Kugelsperrventil gehindert, da die Kugel durch Druck von innerhalb des Kanals oder von aussen gegen den Sitz 71 gedrückt wird, um die Verbindung zwischen dem Leitungskanal und dem Inne ren des Gehäuses zu sperren.
Weiterhin kann innerhalb des Gehäuses auch dann, wenn die Vorderteile eines oder mehrerer Leitungskanä le aufgebrochen sind, ein ausreichender Druck aufgebaut werden, um die verbleibenden Vorrichtungen auszustos- sen. Dies ist dank der Tatsache möglich, dass ein Durchsickern durch die engen Durchgänge in den Einsätzen der aufgebrochenen Elemente leicht durch Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit ausgeglichen wer den kann. Im Gegensatz hierzu kann beiden bekannten Vorrichtungen, die keine Sicherheitskappe aufweisen, das Aufbrechen eines einzigen Leitungskanals einen verhältnismässig grossen Durchlass vom Gehäuse nach aussen schaffen, wodurch eine ernsthafte Störung der Arbeit auftritt.
Wenn das Gehäuse einmal installiert ist und die Leitungsrohre entsprechend in Berührung mit der Wand der Bodenformation gebracht sind, wird Säure in das Gehäuse eingeführt, um den säurelöslichen Einsatz 75 zu zerfressen und aufzulösen, wobei ein verhältnismässig breiter Durchgang im Körper 69 gebildet wird, und zwar entsprechend der Grösse des Einsatzes 75. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt während der Arbeit des Schachtes oder Bohrloches die Verbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem Leitungskanal bzw. den Leitungskanälen wieder gesperrt werden sollen, kann eine Kugeldichtung in das Innere des Gehäuses eingeführt werden. Diese Kugeldichtung wird dann gegen die konische Fläche 67 des säurebeständigen Teiles 69 der Kappe 80 gedrückt und blockiert so wieder die Verbindung.
Falls erwünscht, kann die Kugeldichtung einen klei neren Durchmesser aufweisen, als der durch das Auflö sen des Einsatzes 75 gebildete Durchgang. Wenn dies der Fall ist, schwimmt die Kugeldichtung in den Durch gang. Durch Anordnen eines entsprechenden Sitzes (nicht dargestellt) innerhalb der Leitungskanäle wird die Kugeldichtung dann gegen diesen Sitz gedrückt, um die Verbindung zu sperren, ohne in das Gehäuse selbst hineinzuragen, solange der Druck im Gehäuse aufrecht erhalten wird.
Es ist auch möglich, eine ölbeständige" verformbare Kugeldichtung vorzusehen, die etwas grösser ist als die durch das Auflösen des Einsatzes 75 gebildeten Durch gänge, oder kleiner als der Durchgang des Rohres 13. Wenn das Innere des Gehäuses unter Druck gesetzt wird, wird die Kugeldichtung dann unter Verformung durch den Durchgang in Durchlasskanal des Rohres gepresst, wo sie die ursprüngliche Form wieder annimmt und die Verbindung sperrt. Die Wirkung kann noch weiter erhöht werden, indem eine konische Sitzfläche an der Innenseite des Körperteiles 60 angrenzend an den Einsatz 75 angeordnet wird.
Wenn der Druck innerhalb des Gehäuses entspannt und die Kugeldichtung dem Druck der Flüssigkeit unterworfen wird, die von der Bodenformation in das Rohr fliesst, wird diese Kugel gegen den Innensitz gedrückt und sperrt auf diese Weise den Durchgang ständig. Eine solche Anordnung ist besonders dann zweckmässig, wenn die Wand an einer bestimmten Stelle gesperrt und an anderen Stellen offen bleiben soll. Die verformbare Kugeldichtung kann aus irgendeinem ölständigen Gummi oder dergleichen beste hen. Wenn der gesperrte Durchgang zu einem späteren Zeitpunkt geöffnet werden soll, kann ein entsprechendes Lösungsmittel in das Gehäuse eingeführt werden, um die verformte Kugeldichtung aufzulösen.
Die Anordnung einer Sicherheitskappe 80 hat auch noch andere Vorteile beim Betrieb der Vorrichtung zur Vervollständigung des Schachtes oder Bohrloches. Nach dem die Teleskoprohre gegen die Wand der Bodenfor mation ausgestossen wurden und der Druck innerhalb des Gehäuses entspannt ist, hindert die Gegenwart des säurebeständigen Teiles 69 der Kappe 80 tatsächlich das Eintreten in das Innere des Gehäuses solcher Leitungs- kanalbildenden Teleskoprohre, die verschoben oder aus ihren Verankerungen ausgebrochen worden sind.
Dies rührt daher, dass die Rohre einen grösseren Durchmes ser haben als der Durchgang, der durch das Auflösen des säurelöslichen Einsatzes gebildet worden war - ein Merkmal, das aus den Zeichnungen ersichtlich ist. Im allgemeinen ist die Handhabung und Inbetriebnahme der Vorrichtung durch die Anordnung der Sicherheitskappe 80 sehr erleichtert, da sie die tatsächliche Kontrolle der Vorrichtung in einer überlegenen Weise gestattet.
<I>Der säurelösliche Verschluss:</I> Nachdem sich das Rohr 13 mit dem eingeschraubten Verschluss 50 aus seiner eingefahrenen Stellung inner halb des Gehäuses 10 in die ausgefahrene oder ausgezo gene Stellung gemäss Fig. 1 bewegt und der Einsatz durch die Säure zerstört ist, tritt Säure in das Rohr 13 ein. Wenn nun der Verschluss 50 aus Magnesium oder Zink besteht, wird normalerweise Salzsäure oder Essig säure oder irgendeine andere organische oder Mineral säure verwendet werden. Die Säure tritt in die Bohrung oder den Hohlraum 19 des Verschlusses ein und greift die diesen Raum 19 begrenzende Wand an.
Dank der Rille 21, die von der dünnen Diaphragmawand 22 begrenzt ist, wird dieses Diaphragma 22 rasch durch die Säure zerstört. Die Ausbildung der Rille und ihre besondere Gestalt erleichtert den Angriff der Säure an dieser Stelle, da die Säure örtlich konzentriert wird, wodurch die Auflösung der Diaphragmazone beschleu nigt wird. Nach Zerstörung des Wandteiles 22 fliesst die Säure in und um die Kehlrinnen des Gewindes des Verschlusses 50, wie durch den Pfeil A angezeigt ist.
Da zwischen die ineinandergreifenden Gewindeoberflächen 15 und 25 keine chemische Dichtung eingesetzt ist, ist der Fluss der Säure nicht gehemmt und eine rasche Zersetzung der äusseren Fläche des Verschlusses 50 ist die Folge. Sobald das Gewinde 15 so weit aufgebraucht ist, dass es aus seiner Eingriffsstellung mit dem Gewinde 25 des Rohres 13 entfernt wird, kann der auf das Vorderende von aussen wirkende Druck diesen Ver- schluss 50 gegen das Innere des Rohres drücken, wenn dieser Druck denjenigen innerhalb des Rohres über steigt.
Durch den Vorsprung oder den Ansatz 26 wird jedoch das Verschieben des Verschlusses verhindert. Die Gegenwart des O-Ringes 18 hindert die Säure daran, das rückwärtige Ende des Verschlusses zu erreichen, so dass der Vorderabschnitt des Verschlusses verbraucht und zerstört wird, bevor die Säure um den O-Ring frisst.
Daher werden keine grossen Teile des Verschlusses gegen das Innere des Rohres 13 geschleudert, sondern es werden nur kleine Stückchen nach innen gespült, die durch die Zerstörung des Verschlusses entstehen kön nen.
The invention relates to a device for expanding and completing a borehole, comprising a borehole casing which is inserted into a borehole and a channel-forming device made of metal with the acid resistance of steel attached to the casing is attached in such a way that it coincides with an opening arranged in the housing wall and which can be extended laterally from the housing in order to establish the connection with a soil formation to be worked.
Until recently, the wellbore casings or drill pipes were inserted into boreholes by cementing in, with a cement slurry being forced down through the casing and then around the outside of the casing, around the annular space between the outside surface of the casing and the surrounding wall of the soil formation coincidences. After the cement hardened, the connection between the housing and the zone to be processed was made by blasting the housing, for example, by means of bullets or shaped charges that also penetrate hardened cement and form passages or lines through them.
This method is unsatisfactory because the bullets or charges tend to split the cement around the passages, creating vertical joints, i.e. H. there is an up and down movement around the housing from one hole to the other. This in turn prevents subsequent selective treatment through each perforation to the soil formation at the end of each pipe or perforation, as injected treatment agent can travel up or down through the cracked cement without selective control of the injected sites, i.e. H. to allow the rock layer to form the soil formation at the end of each duct.
Recently, an improved method and apparatus for establishing connections between the housing and the working zone has been proposed. Thereafter, a plurality of studs or through-channels forming devices are welded to the senseite of the housing or fastened in any other appropriate manner so that they are aligned with the holes in the housing wall. These devices which form the tunnels or the channels consist of telescopically displaceable tubes or collars which are retracted when the housing is inserted into the borehole.
If contact is to be made with a work zone, these telescopic tubes are extended so that they point substantially horizontally against the soil formation wall in order to establish the connection with the work zone and to create a permanent connec tion line between this work zone and the hous. The cement slurry is introduced into the space between the casing and the bottom wall either before or after the pipes are laterally extended so that the cement sets around the pipes and casing.
The proposed telescopic tubes of the channels or tunnels forming facilities are made of steel or a similar acid-resistant metal and the outer tube ends, which finally touch the work zone, are closed by acid-soluble metal closures. These are inserted sealed inside the pipe so that passage through the pipe is temporarily prevented. When the connection between the useful zone and the interior of the housing is to be established, acid is introduced into the housing and into the laterally extending telescopic tubes to loosen the closures.
Extensive experiments and tests have been carried out and have shown that, regardless of the strength and nature of the acid introduced into the tubes, the seals will only be easily and quickly broken if there is adequate circulation of the acid. This is due to the fact that the acid that attacks the surface of a solid acid-soluble material first dissolves the outermost layer or layer of the material, after which the acid is prevented from developing its actual dissolving power, namely because of the or the dissolution or Reaction product or products that tend to
to build up a protective layer or padding between the surface to be dissolved and the acid. For this reason, fresh or unused acid is prevented from dissolving the lower layer of the acid-soluble material. This phenomenon is particularly evident where the acid attacks relatively small areas. For example, if a surface of a magnesium plate or disk is moistened with acetic acid, the acid will dissolve a thin surface layer almost immediately, but then the acid will become essentially inactive as magnesium acetate is formed.
This tends to settle as a barrier between the surface to be attacked and the unused acid and thereby prevent further action of this acid on undissolved material. It has been found that, for this reason, it takes an inordinately long time to dissolve the metal closure in the pipe and to remove it from the latter.
It is therefore an object of the invention to provide a device in which the stated after parts are avoided. For this purpose, the device according to the invention is characterized in that the device forming the channel has a closing collar which is closed by a closure made of metal with the acid solubility of zinc, aluminum or magnesium, which is closed by penetrating into the collar, the acid that dissolves the sealing metal is at least partially dissolvable and thus removable from its associated sleeve,
that a safety cap is attached to the end of the channel-forming device which is closest to the housing, which cap is arranged within the opening in the housing and at least approximately flush with its inner wall and is provided with a valve-controlled passage, the liquid from the interior of the Permits housing against the closure, but prevents the flow of liquid through the cuff and into the interior of the housing, and that at least part of the safety cap consists of a metal with the acid solubility of zinc, aluminum or magnesium.
In known devices for completing boreholes, the devices forming the channels are welded to the outside of the borehole housing or fastened in some other way and aligned with the holes in the housing wall. If contact is to be made with the work zone, the telescopically displaceable tubes are extended from their retracted position, to the side of the exterior of the hous ses against the soil formation wall. This is done by building up pressure in the housing.
Since the rear end of the pipe of any tunnel or channel forming device, i.e. H. the end which is aligned with the corresponding hole in the housing wall communicates with the interior of the housing, while the front end of the tube, i. H. the end that is supposed to touch the working zone of the soil formation is closed by the screw cap, a pressure is built up inside the raw material. This pressure must be sufficient to overcome the holding force of the fasteners or the like to drive the telescopic tubes away from the housing and against the ground formation.
In practice it has been shown that due to incorrect performance or other mishaps, for example incorrect assembly of the devices forming the tunnels or channels, some of the pipes can sometimes be prematurely pushed out against the soil formation. This can e.g. B. occur during the lowering of the housing into the borehole. If such a tube is pushed out of the housing prematurely, the front section of the tube provided with the end screw cap can be torn open by the frictional contact with the bottom wall, whereby a free connection between the interior of the housing and the space surrounding the housing is established.
This is, of course, highly undesirable as it prevents the effective build-up of pressure within the housing which is required to drive the pipes against the soil formation at the desired time. Due to this low pressure, liquid cement can also withdraw from outside the housing into its interior.
After inserting the housing with its channel-forming device into the borehole and after it has been extended towards the work zone, the closure is at least partially decomposed or dissolved by acid so that an essentially unrestricted flow in both directions is possible.
The closure is expediently a screw cap, which is designed so that after dissolving by acid of the flow-limiting agent, a support surface or a seat on the cap is exposed in order to shut off the interior of the housing by means of a spherical seal device can, the z. B. can be designed as a ball seal. This ball floats within the liquid contained in the housing and is pressed against the seat by the liquid.
A filter or a grid can be arranged in the liquid passage in order to remove solid substances from the incoming oil or gas. The wall delimiting the bore of the closure body expediently has an annular zone with a sufficiently reduced radial thickness that forms a diaphragm-like strip. When the closure is to be released. the acid is introduced into the rear end of the closure.
The acid enters the bore of the closure and dissolves the metal in the vicinity of said annular zone, i.e. H. the diaphragm strip, quickly. The acid then passes out through the opening formed in this way in the diaphragm zone and flows along the outside of the closure in order in this way to bring about rapid dissolution and decomposition of the closure.
Chemical insulation to seal the closure against the pipe wall is not required. However, the seal is advantageously effected by an O-ring which is inserted into a groove in the closure. This O-ring prevents the penetration of substances from the outside and blocks the escape of material from the inside of the pipe to the outside. The said diaphragm strip is expediently arranged in front of the O-ring, d. H. between the O-ring and the front end of the plug so that the flow of acid is not disturbed.
The control valve of the cap passage is preferably a ball check valve.
Although the entire cap can be made of acid-soluble metal, such as zinc or magnesium, the cap expediently has a main part made of steel, in which a round insert made of acid-soluble metal, preferably zinc, is inserted, in which the valve-controlled passage is arranged. The dissolution of the insert by acid is facilitated by the fact that the passage enlarges the contact area exposed to the attack of the acid.
After the insert having the valve-controlled passage has been destroyed by the acid, a sufficient connection is established between the interior of the housing and the device forming the channel, since the rest of the cap then delimits a relatively large passage: according to a preferred embodiment of the invention the acid-soluble insert of the cap, an inwardly beveled or conical surface which abuts or rests against a complementary surface of the acid-resistant part of the safety cap.
After the acid-soluble insert has been dissolved by the acid, the acid-resistant part of the cap remains and delimits a passage, the inner diameter of which corresponds to the diameter of the acid-soluble insert and forms a conical peripheral support surface. If this enlarged passage is to be closed for any reason during work, a ball seal can be brought into the liquid in the housing and kept floating in it so that it lies against the conical surface in a self-sealing manner.
The diameter of the insert, and consequently that of the passage formed by dissolution, must, however, be smaller than the diameter of the telescopic tubes in order to prevent the tubes from being drawn in or retracted into the interior of the housing if they are loosened in any way from their holding means will.
In the following a preferred embodiment of the device according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
1 is a part of a side view of a borehole housing, on the outer wall of which a device forming a channel is attached, which device has an end collar which is closed with a metal closure.
In order to maintain clarity, parts that are not essential to the explanation of the invention have been omitted, FIG. 2 is an end view of the front end of the screw cap, FIG. 3 is a section along the line 3-3 in FIG. 2, FIG Section and partly in side elevation, the screw cap as it is screwed into a cuff according to FIG. 1 equipped with a filter plate, FIG. 5 is a larger-scale section along the line 5-5 in FIG. 1,
6 is a section along the line 6-6 in FIG. 5, FIG. 7 is a view of a safety cap according to FIG. 5, seen in the direction of arrow B, FIG. 8 is a cross-section through the sleeve forming the channel the line 8-8 in FIG. 4, FIG. 9 is an enlarged elevation of the grid removed from the cuff, FIG. 10 is, on a larger scale, a section through the grid according to FIG. 9, showing the assembly of the grid from one with one Plastic coated metal core shows
FIG. 11 is a variant of FIG. 10, in which the grid consists of a homogeneous body made of plastic.
In the drawing and in particular in FIGS. 1 and 5, a channel-forming device, generally designated 100, is attached to the outer surface of a borehole 01 1.0. For this purpose, the borehole housing 10, which has a machined opening 99 (FIG. 5), is provided with an extension piece 98 which is welded at 97 to the outer wall of the housing. The device 100 forming the channel has a hollow, cylindrical rear fastening part 96, the external thread 95 of which engages with an internal thread 94 of the extension piece 98.
The Rückwär term fastening part 96 ends in a flange ring 93 which fits into an annular space 92 which is limited by the projection 91 formed by the extension piece 98. A sealing O-ring 66 can be inserted between the ring 93 and the surface of the protrusion 91 of the extension 98 to properly seal the device 100 against the extension 98. For this reason, the ring 93 is provided with an annular groove 89 (FIG. 5). The other structural parts of the device forming the channel are known and are therefore not shown.
The device 100 forming the channel extends laterally from the housing 10 and comprises an outer sleeve 13 which is provided with an internal thread into which a screw cap, generally designated 50, is screwed. The screw cap 50 is not shown fully screwed into the tube 13 in the drawing.
The design of the screw cap is shown in detail in FIGS. 2 and 3. The screw closure consists of a body 14 with an external thread 15. The latter extends over about half the length of the closure.
A groove 16 is cut into the outer circumference of the closure adjacent to its rear end and an O-ring 18 of conventional design is inserted into this groove.
The body 14 has a bore 19 which extends from the rear, open closure end 17 towards the front end 20, but ends shortly before the latter. The bore 19 must not come too far to the front end, since the thickness of the front end 20 must be sufficient to withstand the pressures acting on the free surface of the front end 20 from the outside, as well as impact, wear and frictional forces. An internal groove 21 is provided in the body 14 which communicates with the bore 19 and forms a body wall section 22, the radial thickness of which is substantially reduced.
The wall portion 22 of the closure is weakened in this way and forms a diaphragm-like strip. This diaphragm 22 is exposed to rapid attack and destruction by acid. Experiments have shown that the thickness of the diaphragm 22 should be between about 0.762 mm to 1.016 mm (0.030 "-0.040") for screw caps for duct drilling apparatus at borehole depths of about 4572 m (15,000 feet). 4 shows the screw cap according to FIGS. 2 and 3 as it is screwed into the tube or the cuff (FIG. 1).
The tube 13 is provided with an Innenge thread 25 which is in engagement with the external thread 15 of the closure. The arrangement of the O-ring 18, which is inserted into the groove 16 of the closure, creates an effective seal between the closure 50 and the tube 13. In this way, the entry of any substances from the outside into the interior of the tube and simultaneously prevents the penetration of matter from the inside of the pipe to the outside.
The tube 13 has an annular projection 26 which forms a stop for the rear end 17 of the closure. While the tube is made of acid-resistant material such as steel or a steel alloy, the closure must be made of an acid-soluble metal, for example zinc, magnesium or aluminum, or alloys of these metals.
A grille or filter 120 in the form of a disc is arranged across the flow passage 101 near the front end of the tube behind the closure. This grid has essentially the same diameter as the flow passage 101. In order to hold the grid securely in the pipe 13, an inner flange 102 is provided in the latter in front of the grid 120. A groove 104 is cut into the tube 13 near the other side of the grille. After the grid 120 is inserted into the tube, a snap ring 121 is inserted into the groove 104, thereby preventing the grid 120 from moving. Any other means of defining the grid can of course be used.
The design of the grid itself is described in detail below.
The closure is usually tightened with some screw-in device, e.g. B. a screwdriver, screwed into the tube and for this reason the front end surface 20 of the closure is originally provided with a slot. After the screw cap is screwed into the pipe, the slot is removed by grinding or other machining of the end surface.
It can be seen from FIGS. 5 to 7 that the hollow, rearward, threaded fastening part 96 which is screwed into the extension piece 98 has an end part with an external thread 85. This end part 85 protrudes into the opening 99 in the housing wall 10. Furthermore, a safety cap, generally designated 80, is provided, which has an internal thread 79 on a flange part 49, which engages an external thread 78 of the end part 85. The safety cap 80 can thus be screwed onto and detached from the end part 85 as desired. 5 and 6 show the cap in the working position, in which it is screwed onto the end part 85.
The cap 80 has a main body made of steel or a similar acid-resistant material, and a central insert, generally designated 75, made of an acid-soluble metal such as zinc, magnesium or aluminum. The preferred metal, however, is zinc because it has the most useful properties in terms of resistance to the various pH values that occur in the device before the insert is intended to be dissolved by the acid.
A passage 74 which is provided with a ball check valve passes through the insert 75 (FIGS. 5 and 6). This ball check valve comprises a ball 73 which is mounted in a valve chamber 72 which is actually an enlarged section of the passage 74. The seat for the ball is formed by a conical surface 71, while the ball is retained within the chamber 72 by means of a star-shaped plate 70 (FIG. 6). The plate 70, in turn, is held in place by a bent flange 58 of the insert 75.
Of course, other means for holding the ball within the housing can also be provided.
The acid-resistant body 69 of the cap 80 has a conical surface 68 against which a correspondingly conical surface 67 of the acid-soluble insert 75 rests. The acid-soluble insert 75 is held in position within the acid-resistant body 69 by means of an outwardly protruding flange 63 which protrudes behind the projection 62 of the acid-resistant cap part 69.
As mentioned above, the star-shaped plate is held in place by a bent flange or holding part 58. In practice, the acid-resistant body 69 of the cap is first made with a passage, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the acid-soluble insert 75. The acid-soluble insert is then pressed into the passage. The flange 63 is then shaped by hammering or the like to hold the acid-soluble insert securely within the cap.
The cap 80 acts as a valve controlled means of restricting flow through the arrangement of the ball valve. Fluid introduced into the housing 10 under pressure passes through the narrow passage 74 and through the ball valve into the interior of the channel. Conversely, thanks to the arrangement of the ball 73 and its conical seat 71, any pressure exerted on the ball 73 from within the channel forces the ball against the seat 71, preventing the liquid from entering the interior of the housing.
8 and 9 show that the grid plate 120 is provided with several openings 122 which have a shape and size suitable for the passage of oil and gas, but retain particles of sand and similar solids on the outside of the grid. The axially extending side walls of the elongated openings 122 in the disk can run parallel to one another and / or diverge inwardly, as is shown in FIG. 10.
In order to make the grid chemically inert or inactive to any chemical compounds that may be present in the fluids of the borehole, all of its exposed surfaces are provided with a substance that is chemically inactive to borehole fluids and also expediently show a slight tendency to adhere to any solid hydrocarbons that may be present. Such a design of a grid 120 is illustrated in FIG.
Here, a metal body 124 is provided which is provided with a non-metallic layer 125, a coating of a plastic preferably being applied to all surfaces exposed to the borehole fluids. It may be desirable not to coat or cover the circumferential surface of the grid that contacts the side walls of the flow passage of the pipe 13, but the front and rear surfaces and sides of the slots are preferably coated, as these the wellbore fluids and their corrode exposed to the effect.
A particularly advantageous plastic for this purpose is tetrafluoroethylene, which is commercially available under the name of Teflon. This has an exceptionally low tendency to adhere to other particles, in particular to grains of sand, as well as solid hydrocarbons that can get to the grid. All fluorocarbon resins are also insoluble in acids and are therefore chemically inert to downhole fluids. Other synthetic resins may also be suitable for this purpose, e.g. B.
Polycarbonates, polyphenylene oxide and the various plastics such as B. the compounds known under the name nylon.
On the other hand, the grid plate can also consist of a solid or homogeneous body made of plastic. As shown at 126 in FIG. The shape of this grid is otherwise the same as that described above.
The slotted grid can e.g. B. can also be made of metal that is coated with an appropriate plastic (Fig. 10). Other types of grids or components provided with openings, the diameter of which is smaller than that of the flow passage and which are suitable for being held in metal parts, can be produced from a homogeneous body of plastic.
The operation of the device is as follows: <I> The safety cap 80: </I> After the housing 40 is inserted within the borehole and a cement slurry or the like has been pumped through the lower open end of the housing to enclose the housing and the space between To fill the outer wall of the same and the wall of the soil formation, the pressure inside the housing is increased to such a value that the means holding the pipe are overcome and the telescopic tubes of the device forming the channel are ejected through the cement slurry and against the wall of the soil formation and brought into contact with the latter.
The liquid used for this purpose occurs. into the passage 74, since the check valve allows flow in the direction towards the screw cap 50. The holding force of the holding means, which has inhibited the extension of the telescopic tubes, is overcome by the liquid pressure.
However, if the portion of the conduit 100 that extends behind the ring or collar 93 and includes the screw cap 50 has been prematurely drained and torn or broken by improper arrangement or the like, any material will be able to enter the interior of the pipe prevented by the ball check valve, since the ball is pressed by pressure from within the channel or from outside against the seat 71 in order to block the connection between the conduit channel and the interior of the housing.
Furthermore, even if the front parts of one or more conduit ducts have been broken open, sufficient pressure can be built up within the housing in order to eject the remaining devices. This is possible thanks to the fact that leakage through the narrow passages in the inserts of the broken elements can easily be compensated for by increasing the pumping speed. In contrast to this, in both known devices which do not have a safety cap, the breaking of a single conduit can create a relatively large passage from the housing to the outside, as a result of which a serious disturbance of the work occurs.
Once the housing is installed and the conduits are appropriately brought into contact with the wall of the soil formation, acid is introduced into the housing to corrode and dissolve the acid-soluble insert 75, forming a relatively wide passage in the body 69, namely according to the size of the insert 75. If at a later point in time during the work of the shaft or borehole the connection between the interior of the housing and the duct or ducts is to be blocked again, a ball seal can be inserted into the interior of the housing. This ball seal is then pressed against the conical surface 67 of the acid-resistant part 69 of the cap 80 and thus again blocks the connection.
If desired, the ball seal can have a smaller diameter than the passage formed by the dissolving of the insert 75. If this is the case, the ball seal floats in the passage. By arranging a corresponding seat (not shown) within the ducts, the ball seal is then pressed against this seat to block the connection without protruding into the housing itself, as long as the pressure in the housing is maintained.
It is also possible to provide an oil resistant "deformable ball seal" which is slightly larger than the passages formed by the dissolution of the insert 75, or smaller than the passage of the tube 13. When the interior of the housing is pressurized, the ball seal becomes then pressed under deformation through the passage into the passage channel of the tube, where it assumes its original shape again and blocks the connection. The effect can be further increased by arranging a conical seat surface on the inside of the body part 60 adjacent to the insert 75.
When the pressure inside the housing is released and the ball seal is subjected to the pressure of the liquid flowing from the soil formation into the pipe, this ball is pressed against the inner seat and in this way blocks the passage constantly. Such an arrangement is particularly useful when the wall is to be locked in one place and left open in other places. The deformable ball seal can be made of any oily rubber or the like. If the blocked passage is to be opened at a later point in time, an appropriate solvent can be introduced into the housing in order to dissolve the deformed ball seal.
The arrangement of a safety cap 80 also has other advantages in the operation of the device for completing the shaft or borehole. After the telescopic tubes have been expelled against the wall of the Bodenfor mation and the pressure within the housing is relaxed, the presence of the acid-resistant portion 69 of the cap 80 actually prevents entry into the interior of the housing of such conduit-forming telescopic tubes that are displaced or out of their Anchorages have been broken out.
This is because the tubes have a larger diameter than the passage formed by the dissolution of the acid-soluble insert - a feature that can be seen in the drawings. In general, the handling and commissioning of the device is very much facilitated by the arrangement of the safety cap 80, since it allows the actual control of the device in a superior manner.
<I> The acid-soluble closure: </I> After the tube 13 with the screwed-in closure 50 has moved from its retracted position within the housing 10 into the extended or extended position according to FIG. 1 and the insert has been destroyed by the acid , acid enters the pipe 13. Now if the closure 50 is made of magnesium or zinc, hydrochloric or acetic acid or some other organic or mineral acid will normally be used. The acid enters the bore or the cavity 19 of the closure and attacks the wall bounding this space 19.
Thanks to the groove 21, which is delimited by the thin diaphragm wall 22, this diaphragm 22 is quickly destroyed by the acid. The formation of the groove and its special shape facilitates the attack of the acid at this point, since the acid is concentrated locally, whereby the dissolution of the diaphragm zone is accelerated. After the wall part 22 has been destroyed, the acid flows into and around the groove grooves of the thread of the closure 50, as indicated by the arrow A.
Since no chemical seal is inserted between the intermeshing threaded surfaces 15 and 25, the flow of the acid is not inhibited and the outer surface of the closure 50 is rapidly decomposed. As soon as the thread 15 has been used up to such an extent that it is removed from its position of engagement with the thread 25 of the pipe 13, the pressure acting on the front end from the outside can press this closure 50 against the inside of the pipe when this pressure is inside the pipe of the pipe rises above.
However, displacement of the closure is prevented by the projection or the shoulder 26. The presence of the O-ring 18 prevents the acid from reaching the rear end of the closure so that the front portion of the closure is consumed and destroyed before the acid eats around the O-ring.
Therefore, no large parts of the closure are thrown against the inside of the tube 13, but only small pieces are flushed inwards, which can arise from the destruction of the closure NEN.