-
Filterrohr für Bohrlöcher Die Erfindung bezieht sich auf Filterrohre
für Bohrlöcher, insbesondere für Ölbohrlöcher.
-
Es ist wichtig, ein Filterrohr zu schaffen, das Löcher oder andere
Durchgänge hat, die so gestaltet sind, daß sie Sandbrücken aufbauen, die die Förderung
wirksam ohne bemerkenswerte Reduzierung der Durchlässigkeit des Filterrohres filtern.
-
Die Erfindung schafft ein Filterrohr, welches mit einer Vielzahl von
radialen Durchlässen versehen ist, von denen jeder im Mittelquerschnitt gesehen
enthält: eine Außenzone, die sich radial nach einwärts von der Außenoberfläche des
Filterrohres erstreckt und durch radial nach einwärts konvergierende Außenwände
begrenzt ist, die in der horizontalen Quermittelebene einen Winkel von mindestens
gleich etwa 55°, aber nicht größer als etwa 105° einschließen, wobei die Radialabmessung
der Außenzone mindestens von der Größenordnung von 3,2 mm ist, und eine Innenzone,
die sich radial nach einwärts von dem Scheitel der genannten Außenzone in Verbindung
mit dem Inneren des Filterrohres erstreckt und durch im wesentlichen parallele Innenwände
begrenzt ist, wobei die Radialdimension dieser Innenwände nicht mehr als etwa das
Doppelte der Strecke dazwischen ist.
-
Befriedigende Brücken werden nicht mit eingeschlossenen Winkeln unter
etwa 55 bis 60° gebildet und können nicht mit eingeschlossenen Winkeln über etwa
90 bis l05° aufrechterhalten werden, da die Brücken dazu neigen, sich nach unten
aus den Durchgängen bei eingeschlossenen Winkeln, die größer als 90 bis I05° sind,
abzutragen. So ist gefunden worden, daß Winkel von etwa 55 bis 105° absolute Grenzen
darstellen, während Winkel von etwa 60 und 90° den bevorzugten Bereich darstellen.
-
Wie festgestellt, haben die vorher angegebenen Winkel- und Abmessungsgrenzen
Bezug auf eine Mittelebene quer zum Durchgang und gelten nicht notwendigerweise
für Schnitte in Ebenen parallel zu einer solchen Mittelebene.
-
Der Erfinder hat gefunden, daß die vorhergehende Gestaltung Sandbrücken
bildet und aufrechterhält, die sehr wirksam bei der Verhinderung des Eintrittes
von Sand in das Innere des Filterrohres sind und die gleichzeitig nicht bemerkenswert
den Widerstand gegen das Hindurchströmen durch die Durchgänge erhöhen. Mit herkömmlichen
Durchgängen, die nicht nach einwärts konvergieren oder die nach einwärts divergieren,
ist es tatsächlich unmöglich, befriedigende Sandbrücken zu bilden und aufrechtzuerhalten,
mit der Folge, daß große Sandmengen mit dem Öl zusammen gefördert werden. Ferner
können sich, da der eingeschlossene Winkel der nach einwärts konvergierenden Außenzone
jedes Durchganges mindestens gleich dem doppelten des Schütt- oder Lagerwinkels
der vorkommenden Formationsteilchen ist, diese Teilchen nicht in dem Durchgang verklemmen.
Dementsprechend können die Strömungsdurchgänge leicht durch Waschen, wann immer
es notwendig ist, gesäubert werden, entweder unmittelbar nach Einbau des Filterrohres
oder nachdem es für einige Zeit im Gebrauch gewesen ist. Bei herkömmlichen Filterdurchgängen,
die nicht nach einwärts konvergieren oder die nach einwärts divergieren, können
Verklemmungen eintreten, die nicht durch Waschen zu entfernen sind. Solche Verstopfungen
treten häufig bei herkömmlichen Filterrohren schon beim Einbau des Filterrohres
in das Bohrloch auf und machen es praktisch nutzlos. Die besondere Gestaltung des
Filterdurchganges gemäß der Erfindung vermeidet diese Probleme.
-
Beispielsweise Ausführungen zeigt die Zeichnung. In dieser ist F i
g. 1 eine teilweise Aufrißansicht eines Filterrohres, das gemäß einer Ausführung
durchlocht ist, F i g. 2 eine vergrößerte Aufrißansicht einer der in F i g. 1 gezeigten
Durchlochungen, F i g. 3 ein Mittellängsschnitt durch die in F i g. 2 gezeigte DurchIochung
nach der mit Pfeilen versehenen Linie 3-3 in F i g. 2, F i g. 4 und 5 Mittelquerschnitt
nach der gebrochenen Linie 4-4 in F i g. 2, wobei F i g. 4 verschiedene Winkel-
und Dimensionsbeziehungen zeigt und F i g. 5 eine typische Sandbrücke darstellt
und beide, F i g. 4 und 5, einen vergrößerten Maßstab haben, F i g. 6 eine teilweise
Aufrißansicht einer anderen Lochausführung der Erfindung und
F i
g. 7 ein Mittelquerschnitt durch das Loch nach F i g. 6 auf der mit Pfeilen versehenen
Linie 7-7 in Fig. 6.
-
In F i g. 1 der Zeichnung ist ein Filterrohr 10 dargestellt,
das mit länglichen Löchern 12 versehen ist, die in irgendeinem gewünschten Muster
angeordnet sind. In dem dargestellten besonderen Muster sind die Löcher 12 in in
Längsrichtung auf Abstand stehenden umfangsmäßigen Reihen angeordnet, wobei die
Löcher jeder Umfangsreihe mit Bezug zu den Löchern der benachbarten Umfangsreihen
versetzt angeordnet sind. Jedoch kann irgendein anderes gewünschtes Lochmuster benutzt
werden.
-
Nach den F i g. 2 bis 5 der Zeichnung enthält jedes Loch 12 gemäß
der Erfindung eine äußere Lochzone 14, die sich von der Außenoberfläche 16 des Filterrohres
10 nach einwärts erstreckt und die kurz vor der inneren Oberfläche 18 des
Filterrohres endet. Das Loch 12 enthält weiter eine innere Lochzone 20, die mit
der äußeren Lochzone 14 in Verbindung steht und sich durch die Innenfläche
18 des Filterrohres 10
radial in das Innere des Filterrohres erstreckt.
-
Die äußere Lochzone 14 ist durch Seitenwände 22 begrenzt, die radial
nach einwärts zu der inneren Lochzone 20 konvergieren. Die letztere enthält Seitenwände
24, die sich von dem Scheitel der Außenwände 22 radial nach einwärts erstrecken
und die im wesentlichen parallel sind.
-
In der dargestellten Konstruktion ist die äußere Lochzone 14 linsenförmig,
und die innere Lochzone 20 ist ein rechtwinkliger Schlitz. Um diese Gestaltung zu
erzielen, kann das Loch 12 in einer einzigen Operation durch einen nicht gezeigten
Fräser geformt sein, der einen sich verjüngenden Schneidteil zum Fräsen der linsenförmigen
Außenzone 14 hat und einen parallelen Schneidteil zum Fräsen der Nut 26, die in
Längsrichtung die linsenförmige Außenzone 14 halbiert. Alternativ kann das Loch
12 in zwei Operationen durch zwei diesbezüglich konstruierte Fräser gebildet werden.
-
Die Fräsoperation schafft keilartige Kanten an den Enden der inneren
Lochzone 20, die, wie bei 30 gezeigt ist, mittels eines geeigneten
Handwerkzeuges, z. B. einer Feile, gebrochen werden können, die radial durch das
Loch 12 eingesetzt wird.
-
Diese spezifische Gestalt des Loches 12 hat verschiedene Vorteile.
Zuerst suchen die bogenförmigen, radial nach einwärts konvergierenden Wände 28,
die an den Enden der inneren Lochzone 20 gebildet sind, das Halten einer Sandbrücke
in der äußeren Lochzone 1.4 gegen das Abtragen nach unten zu unterstützen. Zweitens
ergibt die bogenförmige Nut 26, welche den Schlitz 20 bildet, größere radiale Abmessungen
für die Innenwände 24 des Schlitzes 20. Dementsprechend konzentriert sich die Strömung
durch die Wirkung der bogenförmig nach einwärts konvergierenden Endwände 28 auf
die Enden des Schlitzes 20, wo mehr Metall vorhanden ist, so daß der durch die Strömungskonzentration
bedingten Erosion erhöhter Widerstand geleistet wird. Ferner suchen die bogenförmig
nach einwärts konvergierenden Wände 28 die Strömung durch das Loch 12 gegen den
Längsmittelpunkt des Schlitzes 20 abzulenken, wodurch eine gleichmäßigere Strömungsverteilung
längs der ganzen Länge des Schlitzes 20 erzielt wird.
-
Zu der Betrachtung der verschiedenen kritischen Winkel- und Abmessungsverhältnisse
in dem Loch 12 muß dieses mit Bezug auf einen Querschnitt durch das Loch gemäß den
Fig. 4 und 5 betrachtet werden.
-
In F i g. 4 muß der eingeschlossene Winkel 32 zwischen den
Wänden 22 der äußeren Lochzone 14 mindestens gleich dem Doppelten des Schüttwinkels
des Sandes oder anderer Formationsteilchen sein, mit denen man es zu tun hat. In
den meisten Fällen muß der eingeschlossene Winkel 32 mindestens 60° betragen,
obwohl er bei einigen Formationsteilchen so niedrig wie 55° sein kann. Andernfalls
wird sich eine richtige Sandbrücke, die in F i g. 5 mit 34 bezeichnet ist und nachfolgend
näher im einzelnen besprochen wird, nicht bilden. Statt dessen wird der Sand in
die und!oder durch den Schlitz 20 mit der Möglichkeit hindurchgehen, daß sich die
Sandkörner in dem Schlitz verklemmen oder ihn verstopfen. So stellt annähernd 60°
eine bevorzugte untere Grenze für den eingeschlossenen Winkel 32 dar, während
etwa 55° eine absolute untere Grenze bildet.
-
Mit Bezug auf die obere Grenze für den eingeschlossenen Winkel32 stellt
etwa 90° die bevorzugte obere Grenze dar, während annähernd 105° die absolute obere
Grenze bildet. Mit irgendeinem größeren eingeschlossenen Winkel 32 ist es fast unmöglich,
eine Brücke zu bilden, und wenn sich eine bildet, ist es fast unmöglich, sie aufrechtzuerhalten,
und sie wird nach unten aus dem Loch 12 unter dem Einfluß der Strömung und der Schwerkraft
auszulaufen suchen.
-
Ein anderer Faktor besteht darin, daß, um für die Bildung einer Brücke
34 von angemessener Größe zu sorgen, die radiale Abmessung 36 der äußeren Lochzone
14 mindestens annähernd 3,2 mm sein muß.
-
Ein weiterer Faktor besteht darin, daß die Radialabmessung 38 der
Wände 24 des Schlitzes 20 nicht mehr als etwa das Doppelte der Breite 40 des Schlitzes
sein muß und vorzugsweise von der gleichen Größenordnung wie die Breite 40 des Schlitzes
ist. Dies ist deshalb der Fall, um das Verstopfen des Schlitzes 20
im Betrieb
zu verhindern.
-
Beispielsweise kann die Schlitzbreite 40 die typische Schlitzbreite
sein, die weitgehend für Filterrohre gebraucht wird, nämlich 1,5 mm. Es ist jedoch
verständlich, daß diese Breite verändert werden kann, was von der Formationsteilchengröße
oder anderen Faktoren abhängt. Die Radialabmessung 38 des Schlitzes 20 kann von
der Größenordnung von 1,6 mm sein. Die Radialabmessungen des Schlitzes 20 an seinen
Enden sind vorzugsweise etwa das Doppelte oder etwa 3,2 mm, wodurch das vorher besprochene
zusätzliche Metall an den Enden des Schlitzes 20 vorgesehen ist, um besser der Erosion
infolge Strömungskonzentrationen an den Enden des Schlitzes 20 zu widerstehen, die
sich aus den bogenförmig nach einwärts konvergierenden Endwänden 28 ergeben. Die
Gesamtlänge des Schlitzes 20, d. h. die Strecke zwischen den abgestumpften Enden
30 desselben, kann die Größenordnung von 34,9 mm haben, und die Gesamtlänge der
Nut 26, gemessen parallel zu der A chse des Filterrohres 10, kann von der Größenordnung
von 69,9 mm sein.
-
Der Erfinder hat gefunden, daß, wenn das Loch 12 in den vorher angegebenen
Winkel- und Abmessungsgrenzen ausgebildet ist, eine Sandbrücke 34, die Sand von
dem Inneren des Filterrohres 10 mit einem hohen Wirkungsgrad ausschließen kann,
während dem öl
gestattet wird, frei in das Innere des Filterrohres zu fließen,
sich leicht in der konvergierenden äußeren Lochzone 14 bilden wird und darin gegen
die Strötnung und gegen die Schwerkraft aufrechterhalten
wird, wobei
die bogenförmig nach einwärts konvergierenden Bodenwände 28 der Nut 26 die Verhinderung
des Auslaufens der Brücke nach unten aus dem Loch 12 unterstützen. Die Brücke 34
erstreckt sich nicht nach unten in die geradwandige Zone 20 des Loches 12,
wie es in F i g. 5 der Zeichnung gezeigt ist. Durch Einhalten des eingeschlossenen
Winkels 32 von weniger als 105° und vorzugsweise weniger als 90° wird die Brücke
34 radial nach auswärts von dem Schlitz 20 weg gehalten. Auf diese Weise ist keine
der Flächen des Schlitzes 20 durch Sand blockiert, so daß eine maximale Strömung
durch das Loch erzielt wird.
-
Durch Benutzung eines eingeschlossenen Winkels 32 von mindestens 55°
und vorzugsweise von mindestens etwa 60° werden die Formationsteilchen, welche die
Brücke 34 bilden, leicht in der äußeren Lochzone 14 durch das viskose
öl in Stellung gehalten, welches durch die Brücke fließt, jedoch mit keinerlei
Neigung, das Loch 12 zu sperren. Dementsprechend ist, wenn man das Filterrohr 10
in das Bohrloch einbaut, keine Möglichkeit der Verstopfung des Loches 12 durch Formationsteilchen
gegeben, wie es häufig bei den herkömmlichen Filterrohren eintritt, die nach einwärts
nichtkonvergierende oder nach einwärts divergierende Lochwände aufweisen.
-
Die vorerwähnte Verjüngung jeder Außenlochzone 14 von ihrem Längsmittelpunkt
gegen ihre Enden verhilft auch dazu, die Verstopfung während des Einbauens zu verhindern,
weil irgendwelcher Schlamm, Sand od. dgl., der in dasselbe eintritt, konstant an
dem oberen Ende herausgeschoben wird. Da ferner die die Brücke 34 bildenden Teilchen
niemals in dem Loch 12 verklemmen, wird eine hohe Durchlässigkeit aufrechterhalten.
Wenn die Brücke mit Schlamm und Feinstoffen verschmutzt ist, kann sie leicht durch
Waschen entfernt werden, um zu erreichen, daß sich eire neue saubere Brücke bildet.
Dieses Waschen kann sehr leicht und mit relativ niedrigen Differenzdrücken ausgeführt
werden, selbst bei Breiten für den Schlitz 20, die viel enger als das vorher gegebene
Beispiel ist. Tatsächlich ist es in vielen Fällen möglich, die Brücke 34 nur durch
Bewegen des Strömungsmittels in dem Filterrohr 10 zu entfernen.
-
Im allgemeinen können ähnliche Ergebnisse mit einem Loch erzielt werden,
das, im Aufriß gesehen, kreisförmig ist.
-
Ein solches Loch ist in den F i g. 6 und 7 gezeigt und allgemein mit
dem Bezugszeichen 52 bezeichnet. Im wesentlichen enthält das Loch 52 eine radial
nach einwärts konvergierende Außenlochzone 54, die sich radial von der Außenoberfläche
56 des Filterrohres 50 erstreckt, aber kurz vor der Innenoberfläche 58 desselben
endet. Eine zylindrische innere Lochzone 60 erstreckt sich radial von dem Scheitel
der äußeren Lochzone 54 nach einwärts durch die Innenoberfläche 58 des Filterrohres
50. Wie ersichtlich ist, kann das Loch 52 in einer einzigen Operation durch ein
geeignetes Kombinationsbohr- und Senkwerkzeug gebildet werden, oder es kann in zwei
getrennten Operationen durch zwei entsprechende Werkzeuge geformt werden.
-
Im Mittelquerschnitt gesehen, wie in F i g. 7, ist das Loch 52 dem
Loch 12 identisch, und die äußere Lochzone 54 kann so angesehen werden, daß sie
radial nach einwärts konvergierende Außenwände 62 hat, die den Wänden 22 entsprechen.
In ähnlicher Weise kann die innere Lochzone 60 so angesehen werden, daß sie
im wesentlichen parallele Innenwände 64 hat, die den Wänden 24 entsprechen.
-
Die verschiedenen Winkel- und Abmessungsbeziehungen, die vorher in
Verbindung mit F i g. 4 der Zeichnung beschrieben sind, sind auf den in F i g. 7
gezeigten Querschnitt gleichfalls anwendbar.
-
Es ist zu bemerken, daß die oberen und unteren Wände 68 der äußeren
Lochzone 54 die gleiche Wirkung auf eine Brücke haben, die in der Außenlochzone
54 gebildet ist, wie -sie die radial nach einwärts konvergierenden Endwände 28 des
Loches 12 haben.
-
Die besondere Ausbildung der Durchlässe verhindert die unerwünschte
Versperrung durch angesammelte Teilchen, die sich durch Reibung aneinander verklemmen
und dadurch den Strömungsmittelfluß verhindern.