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Vorrichtung zur Herstellung eines Strömungsmitteldurchlasses in der
Wandung eines in einem Bohrloch eingebauten Futterrohres Die vorliegende Erfindung
betrifft Vorrichtungen zum Herstellen von Strömungsmittelkanälen' zwischen der von
einer Bohrung durchteuften ölführenden Schicht und dem Inneren der Verrohrung, die
in die Bohrung eingebracht und einzementiert worden ist.
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Nachdem bei einer Bohrung die ölführende Schicht durchteuft worden
ist, wird die Bohrung gewöhnlich bis zum Bereich dieser Schicht mit Futterrohren
verrohrt. Danach wird Zement in die Bohrung zwischen Verrohrung und Bohrlochwand
eingebracht, um die Bohrung oberhalb und unterhalb der Schicht gegen Wasser und
andere Fremdstoffe abzudichten. Damit wird der produzierende Horizont isoliert,
so daß nur das Öl das Innere der Verrohrung erreicht. Dabei ist es jedoch
erforderlich, Leitungsgänge vorzusehen, welche sich zwischen dem Inneren der Verrohrung
und dem Stoß der ölführenden Schicht erstrecken. Derartige Leitungsgänge erstrecken
sich notwendigerweise durch das Futterrohr und durch die Zementierung hindurch,
welche die Verrohrung umgibt.
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Es sind ausziehbare Glieder bekannt, die auf dem Futterrohr vor dem
Einfahren in das Bohrloch angeordnet werden und die später durch inneren
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draulischen Druck dazu gebracht werden können, daß sie aus dem Futterrohr
um eine Strecke hervorstehen, die genügend groß ist, um die Bohrlochwandung zu erreichen.
Nach dem Ausstrecken der auszichbaren Glieder wird der Zement eingeführt und zum
Abbinden gebracht. Es ist allerdings auch möglich, die Glieder auszufahren, nachdem
der Zement eingeführt worden ist, solange dieser noch weich und verforinbar ist.
Derartige Vorrichtungen werden in der Industrie allgemein als Perineatoren bezeichnet
und werden auch nachfolgend in gleicher Weise benannt.
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Weiter sind Perineatoren bekannt, die einen mit einer mittigen Bohrung
versehenen Körper aufweisen, der in einer Öffnung der Futterrohre eingeschraubt
werden kann und wobei ein zerstörbarer Verschluß das durch einen axialen Druck beaufschlagbare
und ausfahrbare Glied abschließt.
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Die bekannten Perrneatoren weisen verschiedene Nachteile auf, die
ihre Verwendungsfähigkeit einschränkt. Sie sind z. B verhältnismäßig kostspielig
in der Herstellung, da sie aus mehreren Einzelteilen bestehen, die in der Herstellung
besondere Sorgfalt erfordern und unter Verwendung von Packungen aneinandergepaßt
werden. Besonders benötigen auszichbare Teile eine Feinbearbeitung, damit die Teile
so aneinanderpassen, daß die richtige Bewegung ermöglicht und gleichzeitig eine
Leckage an den Verbindungsstellen vermieden wird.
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Ausziehbare Penneatoren springen um eine merkliche Strecke über die
Außenfläche des Futterrohres hervor. Da ein ausziehbarer Permeator wenigstens zwei
und oftmals drei ausziehbare Glieder aufweist, addiert sich die radiale Dicke dieser
Glieder, von denen eines im anderen sitzt. Infolgedessen ist der Gesamtdurchmesser
des fertig zusammengebauten Perineators derart, daß es oftmals erforderlich ist,
bei Futterrohren mit kleinem Durchmesser den Permeator außen anzuordnen. Dieser
Sachverhalt zwingt wieder dazu, daß das Bohrloch erheblich weiter als der äußere
Durchmesser des Futterrohres gemacht werden muß, um einen Futterrohrabschnitt mit
darauf angeordneten Permeatoren aufzunehmen. Bohrlöcher mit größerem Durchmesser
sind teuer in der Herstellung und erfordern mehr Zement, so daß es an sich vorteilhafter
wäre, den Durchmesser des Bohrloches auf einen Kleinstwert zu beschränken.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Permeatoren liegt darin, daß das
Ausdehnungsverhältnis vergleichsweise beschränkt ist. Falls eine ausziehbare Einheit
aus zwei Gliedern besteht, ist das Verhältnis des ausgezogenen Permeators zur ursprünglichen
Länge der gleichen Einheit im eingezogenen Zustand etwas geringer als 2:
1. Dieses Ausdehnungsverhältnis kann dadurch verbessert werden, daß drei
Glieder verwendet werden, von denen sich zwei gegenüber einem feststehenden Körper
bewegen; selbst dann jedoch ist das größtmögliche Ausdehnungsverhältnis geringer
als 3: 1. Offensichtlich sollte das Ausdehnungsverhältnis möglichst groß
sein, da die Permeatoren auf diese Weise von der Wandung des Futterrohres
um
die größtmögliche Strecke vorspringen können.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine, Vorrichtung zur Herstellung eines
Strömungsmitteldurchlasses in der Wandung eines in einem Bohrloch eingebauten Futterrohres,
wobei ein mit einer mittigen Bohrung versehener Körper in einer die Wandung des
Futterrohres durchsetzenden öffnung angeordnet ist., in dem ein unter hydraulischem
Druck ausfahrbares Glied durch einen zerstörbaren Verschluß verschlossen ist. Ausgehend
von dieser Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen
Permeator zu schaffen, der sich durch ein größeres Ausdehnungsverhältnis als die
bisher bekannten Vorrichtungen auszeichnet. Dabei soll der Permeator kleiner sein
und bei einer gegebenen Leitungsgröße weniger als die bisher bekannten Vorrichtungen
an der Außenwand des Futterrohres vorstehen. Der Gegenstand der Erfindung soll sich
außerdem durch einfachen Bau, geringe Zahl der Einzelteile und verhältnismäßig geringeHerstellungskosten
auszeichnen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch
gekennzeichnet, daß das ausfahrbare Glied balgartig ausgebildet ist. Vorzugsweise
weist das den Durchlaß bildende Glied einen kreisförinigen Querschnitt und eine
Mehrzahl von eng benachbarten Ringfalten auf, die durch axialen Druck gegen den
Verschluß geglättet werden können. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
der Verschluß in bekannter Weise aus einem säurelöslichen Material besteht, während
das Material des den Durchlaß bildenden Gliedes verhältnismäßig unlöslich ist. Das
den Durchlaß bildende Glied ist vorzugsweise aus einem dehnbaren Metall hergestellt,
das im wesentlichen keine Neigung zeigt, sich nach einer einmaligen Auslängung wieder
zu verkürzen. Es zeigt Fig. 1 die Teildarstellung eines senkrechten Schnittes
durch das untere Ende eines Bohrloches mit eingesetztem Futterrohr, das mit Leitungskanal
bildenden Gliedem nach der Erfindung versehen ist, Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung
eines waagerechten Schnittes durch das Futterrohr und den angrenzenden Bohrlochabschnitt
mit einem nicht ausgestreckten Permeator nach der Erfindung vor dem Einbringen des
Zements, F i g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Darstellung des Perineators,
der bis zur Berührung der Bohrlochwandung gestreckt worden ist, wobei der Zement
den Zwischenraum zwischen Verrohrung und Bohrlochwandung ausfüllt, und F i
g. 4 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des Perineators
zur Erläuterung von baulichen Einzelheiten.
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In der F i g. 1 ist ein Bohrloch 10 dargestellt, das
von der Erdoberfläche aus niedergebracht worden ist, um die ölführenden Horizonte
12 zu durchteufen. In der Bohrung ist das Futterrohr 14 angeordnet, das gewöhnlich
aus Stahl ist. Das Futterrohr hat einen kleineren Durchmesser als das Bohrloch,
so daß gewöhnlich ein Ringraum von etwa 21/2 cm Weite zwischen der Außenseite des
Futterrohres und der Bohrlochwandung vorhanden ist. Dieser Ringraum wird im Bereich
der ölführenden Schichten mit Zement 15 oder anderem geeignetem Material
gefüllt, das an der Wandung des Bohrloches und am Futterrohr anhaftet, um dazwischen
eine feste Abdichtung herzustellen. Der Zement kann im Bereich dieser Erfindung
durch irgendein geeignetes Verfahren eingebracht werden. Nach einem bekannten Verfahren
wird der Zement innerhalb des Futterrohres 14 abwärts und aus dem offenen Ende herausgepumpt,
so daß er in dem Ringraum um das Futterrohr herum hochsteigt. Auf den Zement wird
gewöhnlich ein Stopfen 17
gesetzt, der von dem unteren Ende des Futterrohres
am Boden des Bohrloches aufgenommen wird und den Zement von der Säure oder einer
anderen chemischen Lösung trennt, die in noch zu beschreibender Weise verwendet
wird.
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Ein vor der Schicht 12 liegender Abschnitt des Futterrohres 14 ist
mit einer Mehrzahl von Leitungskanal bildenden Vorrichtungen 16 versehen.
Diese Vorrichtungen oder Permeatoren sind in den Fig. 2 und 3 in größerem
Maßstab dargestellt. Jeder Permeator 16 weist einen Körper 20 auf, der aus
einem Schaft 21 und einem einteilig damit ausgebildeten Kopf 22 besteht. Der Schaft
21 ist vorzugsweise außen mit einem Schraubengewinde versehen, so daß er in eine
mit Gewinde, versehene öffnung eingeschraubt werden kann, die durch die Wand des
Futterrohres 14 hindurchführt. Der Kopf 22 wird mit der Außenfläche des Futterrohres
in Berührung gebracht. Eine Dichtung 23 kann vorgesehen werden, um einen
flüssigkeitsdichten Eingriff zwischen der Unterseite des Kopfes 22 und der Außenfläche
des Futterrohres zu gewährleisten. Der Kopf 22 kann mit Ausnehmungen 22a oder anderen
Formabschnitten versehen sein, die das Aufsetzen eines Schraubenschlüs4els ermöglichen.
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Jeder Körper20 weist eine vollständig durch den Körper hindurchgehende,
axiale Bohrung 24 auf, in der ein Leitungskanal bildendes Glied25 angeordnet ist.
Dieses Glied ist rohrartig und gewöhnlich im Querschnitt auf seiner ganzen Länge
kreisförinig. Der in Fig. 2 dargestellte Längsschnitt zeigt, daß das Glied eine
Mehrzahl von ringförmigen Falten oder Sicken aufweist ' die vorzugsweise
eng beieinanderliegen. Obwohl es im einzelnen in der Zeichnung nicht dargestellt
ist, werden diese Falten vorzugsweise miteinander in Berührung gebracht, um die
anfängliche Länge des Gliedes 25 auf einem Kleinstwert zu halten. Nach einer
baulichen Ausführung gleicht das Leitungskanal bildende Glied 25
einem Wellrohr
oder einem metallischen Balg.
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Am äußeren Ende des rohrförmigen Gliedes 25 ist eine Scheibe26
befestigt, die eine zentrale Öffnung aufweist, welche von einer Wand 27 verschlossen
wird. Die Scheibe 26 stellt ein geeignetes Mitteel dar, um die Wand
27 am äußeren Ende des Gliedes 25 so anzuordnen, daß das äußere Ende
dieses Gliedes 25
verschlossen wird. Die Wand 27 ist aus noch zu erläutemden
Gründen auf der Scheibe 26 abgedichtet befestigt.
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Auf dem inneren Ende ist das rohrförinige Glied 25 in gleicher
Weise mit einer Scheibe 28 versehen, welche das innere Ende des Gliedes mit
dem Körper 20 verbindet. Vorzugsweise wird gewöhnlich die mittlere öffnung der Scheibe
28 mit einer Wand 30
verschlossen, die abgedichtet an die Scheibe angepaßt
wird, um Leckstellen auszuschließen und dem Strömungsmitteldruck Widerstand zu leisten.
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Der Körper 20 der Perineatoren besteht vorzugsweise aus Stahl, der
sich durch Festigkeit, Einfachheit der Bearbeitung und die Fähigkeit auszeichnet,
gegenüber der Einwirkung von chemischen Stoffen
verhältnismäßig
unempfindlich zu sein, die in einer Bohrung benutzt werden. Die Scheiben26 und
28
werden gleichfalls vorzugsweise aus Stahl hergestellt. Das Glied
25 kann aus einer eisenhaltigen Legierung bestehen, kann jedoch auch aus
anderen Metallen, wie Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen hergestellt sein.
Im allgemeinen ist jedes dehnbare Metall verwendbar, das mechanisch bearbeitet werden
kann, um die Falten oder Sicken darin auszubilden, und das dann durch die Einwirkung
eines inneren Strömungsmitteldruckes gestreckt werden kann. Das Metall sollte jedoch
ebenfalls verhältnismäßig unempfindlich gegenüber den chemischen Stoffen sein, die
in der Bohrung verwendet werden.
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Die Wandteile 27 und 30 sind zerstörbar und werden durch
die Einwirkung geeigneter chemischer Stoffe, gewöhnlich durch Säuren, entfernt.
Infolgedessen werden diese beiden Teile aus einem Metall hergestellt, das die erforderliche
mechanische Festigkeit aufweist, jedoch in Säure oder einer anderen Lösung verhältnismäßig
einfach lösbar ist. Wahlweise kann die innere Wand 30 auch zerbrechlich sein
und durch den hydraulischen Druck innerhalb der Verrohrung 14 zerstört werden.
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Im folgenden wird die Verwendung der Perineatoren im einzelnen erklärt.
Es kann davon ausgegangen werden, daß die Lage der ölführenden Schicht 12 mit Bezug
auf das Bohrloch durch irgendein geeignetes Bohrloch-Untersuchungsverfahren festgestellt
worden ist, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Die Permeatoren
16 werden darauf auf dem Futterrohr so angeordnet, daß sie nach Einfahren
des Futterrohres in die Bohrung in der gleichen Teufe wie die ölführende Schicht
liegen. Die genaue Zahl und Lage der Penneatoren wird daher gewöhnlich durch die
Umstände bestimmt, die für das je-
weilige Bohrloch maßgebend sind. Nachdem
die Permeatoren auf dem Futterrohr angebracht worden sind, wird das Futterrohr 14
zusammen mit den Permeatoren in das Bohrloch 10 eingefahren, bis es eine
vorher bestimmte Lage erreicht hat, in der im allgemeinen das Futterrohr auf dem
Boden des Bohrloches (s. F i g. 1) ruht oder eine kurze Strecke über dem
Boden liegt.
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Der Zement wird in der Verrohrung 14 abwärts gepumpt und fließt am
offenen Bodenende aus, so daß er in dem ringförmigen Raum um das Futterrohr herum
hochsteigt und die Schicht 15 bildet. Dem Zement folgt nach einer geeigneten
Zeitspanne eine Säurelösung, welche das Futterrohr 14 in dem Bereich füllt, in welchem
die Permeatoren 16 angebracht sind. Zur Trennung der Säure von dem davorliegenden
Zement wird der Stopfen 17 benutzt, der sich nach der Abwärtsbewegung in
dem Futterrohr gegebenenfalls am Boden oder in dessen Nähe festsetzt. Das Einführen
der Säure hat den Zweck, die inneren Wände 30 aufzulösen und damit das Innere
jedes rohrförmigen, Leitungskanal bildenden Gliedes 25 zu öffnen und mit
dem Inneren des Futterrohres 14 in Verbindung zu bringen.
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Bei entsprechender Ausführung der Wände 30
können diese auch
durch einen geeigneten hydraulischen Druck aufgebrochen werden, oder es kann eine
Kombination von Chemikalien und Druck zur Entfernung der Wände 30 verwendet
werden.
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Nach einer Zeitspanne, die ausreicht, daß sich die Wände
30 auflösen, wird Druck auf die in dem Futterrohr befindliche Flüssigkeit
ausgeübt, um die Kanal bildenden Glieder aus dem zusammengefalteten Zustand nach
F i g. 2 in den gestreckten Zustand nach F i g. 3 zu überführen. Nach
Entfernung der Wand 30 am inneren Ende eines Permeators wird das Innere des
Perineators mit dem Strömungsmittel gefüllt, das aus dem Inneren des Futterrohres
14 her eintritt. Bei Einwirkung von Druck auf das im Futterrohr befindliche Strömungsmittel
wird dieser Druck auf das Strömungsmittel in dem Permeator übertragen und übt einen
axialen Druck gegen das äußere Ende der Wand 27 aus. Dieser axiale Druck
streckt das rohrfönnige Glied 25 in axialer Richtung durch Ausdehnung der
darin vorhandenen Falten oder Sicken. Der Druck, bei welchem die Streckung des rohrförmigen
Gliedes 25 vor sich geht, kann in engen Grenzen gesteuert werden; er hängt
von der Wandstärke des rohrförmigen Gliedes und den physikalischen Eigenschaften
des Materials ab, aus denen es hergestellt ist. Im allgemeinen werden die Permeatoren
so gebaut, daß sie sich nur unter einem verhältnismäßig hohen inneren Druck ausdehnen,
etwa bei 70 Atmosphären oder mehr zusätzlich zu dem äußeren oder statischen
Druck. Es sind jedoch auch Ausführungen möglich, bei denen die Streckung bei einem
höheren oder niedrigeren Druck stattfindet.
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Die für die Entfernung der inneren Wände 30 benötigte Zeit
braucht nur wenige Minuten zu betragen, nach denen nur eine kurze Zeitspanne erforderlich
ist, um die Permeatoren zu strecken, bis sie mit der Wandung des Bohrloches (s.
F i g. 3) in Berührung kommen. Falls der außerhalb des Futterrohres vorhandene
Raum mit Zement gefüllt ist, findet der Vorgang des Streckens der Permeatoren statt,
bevor der Zement härtet und während er noch in einem verformbaren Zustand ist, so
daß die Perineatoren durch die Zementschicht hindurchgedrückt werden und die Wandung
des Bohrloches erreichen können.
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Nach Ausdehnung der Permeatoren kann der Flüssigkeitsdruck in dem
Futterrohr aufrechterhalten werden, um zu gewährleisten, daß die Perineatoren in
Berührung mit der Wand des Bohrloches bleiben. Vorzugsweise wird für die Perineatoren
jedoch ein Material verwendet, das nicht elastisch ist und deshalb keine Neigung
zeigt, sich zusammenzuziehen oder das Ende des Perineators von der Bohrlochwandung
abzubewegen, nachdem der Permeator einmal bis zur Berührung mit der Bohrlochwandung
ausgedehnt worden ist.
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Nach Abbinden des Zementes werden die äußeren Wandteile
27 der Einwirkung eines geeigneten chemischen Stoffes, z. B. einer Säure
ausgesetzt, die die Wandteile auflöst. Dieser Stoff kann entweder der gleiche wie
zur Entfernung der Wände 30 oder ein anderer sein. Nachdem diese Wände aufgelöst
worden sind, bilden die ausgedehnten Permeatoren (s. F i g. 3) zwischen der
ölführenden Schicht und dem Inneren des Futterrohres 14 freie Leitungskanäle, durch
die hindurch Strömungsmittel in die ölführende Schicht eingepumpt werden und durch
die hindurch auch öl und Gas aus der Schicht in umgekehrter Richtung in das
Futterrohr einfließen kann.
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In einer Abänderung des Verfahrens können die Permeatoren auch durch
hydraulischen Druck gedehnt werden, bevor der Zement eingeführt wird. Die Reihenfolge
dieser verschiedenen Arbeitsschritte kann den jeweiligen örtlichen Bedingungen angepaßt
werden und bildet keine Beschränkung der Erfindung.
Bei der vorstehend
beschriebenen Ausführungsform des Permeators sitzt die Scheibe26 in einer ringförinigen
Ausnehmung im Kopf 22 und wird nicht besonders gefaßt oder gehalten außer durch
das rohrförmige Glied 25 oder durch Reibung. In F i g. 4 wird eine
abgeänderte Ausführung gezeigt, bei welcher der Körper eine Lippe 22b aufweist,
die über den Rand der Scheibe 26 gedrückt worden ist, um die Scheibe auf
ihrem Platz zu halten. Dadurch wird gewährleistet, daß die Permeatoren sich nicht
zufällig auf Grund von Druckänderungen ausdehnen. Die Lippe wird abgeschert, sobald
der hydraulische Druck, der den Permeator zu dehnen sucht, einen vorgegebenen Wert
übersteigt, oder die Scheibe 26
kann sich ausreichend verbiegen, so daß sie
unter der Lippe hervorschlüpfen kann. Die umfängliche Länge der Lippe
22b bestimmt ihre Scherfestigkeit. Entsprechend dieser Gesamtlänge und der
davon abhängenden Scherfestigkeit kann der Druck bestimmt werden, bei welchem der
Perineator sich ausstreckt. Gegebenenfalls kann auch ein diametral angeordneter
Scherstift oder eine andere ähnliche Anordnung verwendet werden.
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Die vorstehende Darstellung zeigt, daß der verbesserte Penneator einfach
im Bau und in der Arbeitsweise ist. Irgendwelche beweglichen Teile, zwischen denen
flüssigkeitsundurchlässige Dichtungen vorgesehen und aufrechterhalten werden müssen,
sind nicht vorhanden. Da in jedem Körper nur ein einziges Glied angeordnet ist,
kann die Größe der Körper so verringert werden, daß sie näher bei den Außendurchmessern
der ausdehnbaren rohrförmigen Glieder liegt und daher wesentlich kleiner gemacht
werden kann, als bisher möglich gewesen ist. Weiter kann dadurch, daß die Falten
des rohrförmigen Gliedes in Berührung miteinander liegen, das Glied auf wenigstens
das dreifache seiner ursprünglichen Länge gedehnt werden. Es konnte sogar gezeigt
werden, daß Dehnungsverhältnisse in der Größe von 5: 1 mit der vorliegenden
Erfindung erzielbar sind.