DE19544752A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verankern eines Bohrloch-Gitters auf einem perforierten Mandrell aus rostfreiem Stahl - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verankern eines Bohrloch-Gitters auf einem Mandrell, insbesondere einer tubusförmigen Patrone aus rostfreiem Stahl, etwa einem Hohlloch-Dorn, um das Gitter gegen Längsbewegungen relativ zum Mandrell ohne Verschweißen des Gitters gegenüber dem Mandrell zu halten.

Wegen der stark korrodierenden Eigenschaften einiger der Flüssigkeiten, die in Öl- und Gas-Bohrlöchern heute erzeugt werden, ist es notwendig, Bohrloch-Gitter (Well Screens) aus korrosionsbeständigem Material wie etwa rostfreiem Stahl herzustellen. Dabei ist es weniger wichtig, daß das Gitter selbst aus korrosionsbeständigem Material besteht, sondern es ist wichtig, daß der Mandrell, der das Gitter trägt, und auf den die Belastungen beim Bewegen des Rohres in und aus dem Bohrloch einwirken, aus einem sehr gut korrosionsbeständigem Material besteht. Deshalb ist es wünschenswert, daß die Mandrells aus einem rostfreien Stahl mit hohem Chromanteil bestehen. Die Schwierigkeit besteht darin, daß dieses Material wegen des hohen Chromanteils bei Einwirkung der Hitze, die für das Verschweißen des Gitters mit dem Mandrell notwendig ist, sich ungünstig auswirkt. Insbesondere macht die Schweißhitze den rostfreien Stahl mit hohem Chromanteil an der Schweißstelle hart und spröde, so daß die Streckgrenze stark herabgesetzt wird, und eine extrem schwache Verbindung im Rohrstrang geschaffen wird.

Um dieses Problem zu überwinden, wurden die Gitter bereits auf die Außenseite des Mandrells aus rostfreiem Stahl mittels Bolzen festgeklemmt. Diese Anordnung hat sich als nicht zufriedenstellend erwiesen, da die Klammern einer Bewegung der Gitter relativ zum Mandrell nur einen begrenzten Widerstand entgegensetzen. Klammern sind auch speziell nicht befriedigend bei Gittern die in horizontalen Bereichen eines Bohrloches angeordnet sind, wo die Gitter entlang der Unterseite des Loches gezogen werden, wenn das Gitter an seine Position innerhalb des Bohrloches gebracht wird.

Deshalb ist es eine Aufgabe und ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Anwendungsverfahren zu schaffen, um ein Bohrloch-Gitter an einem Mandrell aus rostfreiem Stahl anzuordnen, welches kein Verschweißen benötigt.

Es ist weiterhin Aufgabe und Merkmal dieser Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, bei dem das Gitter am Mandrell so sicher angeordnet wird, daß sich die Hülse nicht in Längsrichtung am Mandrell bewegt, wenn das Gitter in ein horizontales Loch eingeschoben wird und das Gitter dabei über die untere Fläche des Loches gezogen wird.

Es ist eine weitere Aufgabe und ein Merkmal der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein Bohrloch-Gitter an einem perforierten Mandrell aus rostfreiem Stahl angeordnet werden kann, wobei Epoxydharz- Haftmittel verwendet wird, um das Gitter auf der Außenseite des perforierten Mandrells aus rostfreiem Stahl zu verankern.

Es ist ein weiteres Merkmal und eine Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem ein Bohrloch-Gitter auf einem perforierten Mandrell befestigt wird, wodurch das Gitter gegen Längsbewegungen relativ zum Mandrell gehalten wird und darüber hinaus ein äußeres zweites Gitter trägt, welches das erste Gitter umgibt und einen Ringraum für eine Kies- bzw. Sandfüllung zwischen den beiden Gittern bietet.

Diese und andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Beschreibung der folgenden Zeichnungen und Ansprüche:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Mandrell aus rostfreiem Stahl mit zwei beabstandeten, konzentrischen Gittern, die auf dem Mandrell befestigt sind und

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.

Sowohl das Gitter 10, welches am Außenumfang des Mandrells 12 aus rostfreiem Stahl anliegt, als auch das Gitter 14, sind zapfengestützte Bohrloch-Gitter. Das Gitter 10 ist ein stabgestütztes Bohrloch-Gitter, welches am Ort das Außenumfanges des perforierten Tragrohres oder Mandrells, welcher aus rostfreiem Stahl mit hohem Chromanteil hergestellt ist, geformt wird, indem der Draht 16 um das Basisrohr 12 und in Längsrichtung fortschreitend gewickelt wird und mehrere Stäbe 18, insbesondere in Längsrichtung des Tragrohres 12 verlaufend, im Abstand um die Außenfläche des Mandrells angeordnet sind. Der Draht wird abschnittweise an jedem einzelnen Stab verschweißt, nachdem er um das Rohr gewickelt wurde. Das Verfahren und die Vorrichtung zum Bilden einer Bohrloch-Gitters direkt auf der Außenseite eines Mandrells ist in US-PS-4314129 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Bohrloch-Gitters" beschrieben, welches auf den Namen des Inhabers der vorliegenden Erfindung lautet. US-PS-4314129 wird hiermit im Ganzen zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Das Gitter 14 ist ebenfalls aus Draht 20 gebildet, der um die beabstandeten Stäbe 22, in Längsrichtung fortschreitend, gewickelt ist.

Beide Enden der Gitter 10, 14 sind in Position auf der Außenseite des Mandrells in der gleichen Art verankert, so daß nur ein Ende in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben ist.

In Fig. 1 ist ein napfförmiges Teil 22 mit einer Basis 22a und Wänden 22b auf dem Mandrell 12 angeordnet, wobei die Basis 22a am Mandrell 12 anliegt und die Wände 22b vom Mandrell beabstandet einen Ringarm 24 zwischen der Wand 22b des napfformigen Teils und dem Mandrell 12 bilden. Die Wand 22b des napfförmigen Teils erstreckt sich eine kleine Strecke über das Gitter 10 hinweg, wie in Fig. 1 zu erkennen. Die Ringdichtungen 26 und 28 sind im Ringraum 24 auf beiden Seiten einer Gewindebohrung 30 angeordnet, welche verschlossen mittels einer Schraube 32, insbesondere einer Kopfschraube, dargestellt ist. Vor dem Verschließen der Gewindebohrung 30 wird Epoxydharz durch die Gewindebohrung 30 in den Ringraum 24 gegossen, um den Ringraum zwischen dem Mandrell 12 und der Wand 22b des napfförmigen Teils 22 zu füllen. Die Gewindebohrung 30 wird dann mittels der Schraube 32 verschlossen, wobei vorzugsweise ausreichend Druck auf das flüssige Epoxydharz im Ringraum 24 aufgebracht wird, um den Druck im Ringraum auf etwa 15 psi zu erhöhen. Das Epoxydharz wird dann ausgehärtet durch Aufbringen von Wärme mittels einer Induktionsspule. Die Höhe der Temperatur und die Einwirkzeit hängt von dem verwendeten Epoxydharz ab. In einer bevorzugten Ausführungsform wurde Epoxydharz Nr. EA9432NA, hergestellt von Firma Dexter, One Dexter Drive, Seabrook, New Hampshire 03874, und verkauft unter dem Handelsnamen HYSOL als sehr zufriedenstellend befunden. Es kann in 60 Minuten bei etwa 250°F oder in 30 Minuten bei 300°F ausgehärtet werden. Aushärtetemperaturen oberhalb 350°F sind nicht zu empfehlen. Dieses Epoxydharz verbindet sich mit der Innenseite des napfförmigen Teils 22 und der Außenfläche des Mandrells 12 und hält das napfförmige Teil 22 von einer Bewegung in axialer Richtung relativ zum Mandrell ab, und verankert beide Gitter 16 und 20 gegen Längsbewegungen relativ zum Mandrell. Das Gitter 14 ist an dem napfförmigen Teil 22 mittels einer Schweißnaht 34 befestigt.

Diese Verbindung wurde zur Bestimmung der notwendigen Kraft, um das so befestigte Gitter auf dem Mandrell aus rostfreiem Stahl zu bewegen, getestet. Der Mandrell hatte einen Durchmesser von 6,625 Zoll. Zwei Gitter waren auf der Außenseite des Mandrells in der vorbeschriebenen Art und Weise verankert. Der Außendurchmesser der fertigen Anordnung betrug 7,375 Zoll an der Außenseite des napfförmigen Teils. Eine Kraft von 92 500 lbs war notwendig, um die Gitter relativ zum Mandrell zu bewegen. Der Test wurde am 27. September 1994 von Huntingdon-Southwestern Laboratories in Houston, Texas, durchgeführt. Die 92 500 lbs sind eine Kraft weit jenseits der Belastung, der ein Gitter ausgesetzt ist, wenn es in ein horizontales Bohrloch hineingeschoben oder durchgezogen wird und dabei in Kontakt mit der Unterseite des Bohrloches steht.

Es versteht sich von selbst, daß die Merkmale und Unterkombinationen der Erfindung nützlich sind und auch ohne Bezug auf andere Merkmale und Unterkombinationen eingesetzt werden können, mit Berücksichtigung der Formulierung der Ansprüche. Die beiliegenden Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung und engen den Umfang der Erfindung nicht ein.

Claims (8)

1. Bohrloch-Gitter-Anordnung mit

• - einem perforierten Mandrell (12) aus rostfreiem Stahl,
• - einem ersten Gitter (10), welches auf dem Mandrell (12) befestigt ist,
• - zwei napfförmigen Teilen (22), von denen jedes eine Basis (22a) und eine ringförmige Wand (22b) aufweist, und die jeweils auf dem Mandrell (12) an den gegenüberliegenden Enden des Gitters angeordnet sind,
• - wobei sich die ringförmige Wand (22b) jedes napfformigen Teils (22) über die Enden des Gitters (10) erstreckt, um einen Ringraum (24) zwischen dem Mandrell (12) und der ringförmigen Wand (22b) des napfförmigen Teils (22) zu schaffen, welcher sich vom Ende des Gitters (10) zur Basis des napfförmigen Teils (22) erstreckt,
• - wobei sich Öffnungen durch das napfförmige Teil (22) in den Ringraum (24) hinein erstrecken,
• - und Ringdichtungen (26) bzw. (28) in dem Ringraum auf jeweils bezüglich der Öffnung gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und
• - ein Körper aus einem adhesiven Epoxydharz den Hohlraum jedes napfförmigen Teils (22) wenigstens teilweise ausfüllt, um die napfförmigen Teile (22) auf dem Mandrell anzuordnen, und das Gitter (10) von einer Längsbewegung relativ zum Mandrell (12) abzuhalten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Bohrloch-Gitter (14) das erste Bohrloch-Gitter (10) umgibt, insbesondere ringförmig umgibt, und beide Enden des Gitters (14) mit einem napfförmigen Teil (22) verschweißt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gitter (14) vom ersten Gitter (10) beabstandet ist, um einen Ringraum zwischen den Gittern (10) und (14) zu bilden und eine Kies- bzw. Sandpackung (16) in diesem Ringraum anzuordnen.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Wand (22b) jedes napfförmigen Teils (22) eine Lippe aufweist, welche sich zwischen das erste und zweite Gitter (10) bzw. (14) erstreckt und die Gitter (10) und (14) auf Abstand und konzentrisch zueinander hält.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum jedes napfförmigen Teils (22) im Bereich zwischen den Ringdichtungen (26) und (28) mit Epoxydharz ausgefüllt ist.

6. Verfahren zum Verankern eines Bohrloch-Gitters (10) auf einem perforierten, rohrförmigen Mandrell (12), um das Bohrloch-Gitter (10) von einer Längsbewegung relativ zum Mandrell abzuhalten, mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Positionierung des Bohrloch-Gitters (10) auf dem Mandrell (12),
• - Anordnen von napfförmigen Teilen (22) mit jeweils einer Basis (22a) und einer zylindrischen Wand (22b) auf dem Mandrell (12) an gegenüberliegenden Enden des Gitters (10), wobei die Wände (22b) des napfförmigen Teils (22) sich teilweise über die Enden des Gitters (10) hinweg erstrecken, um einen Ringraum (24) zwischen den Wänden (22b) der napfförmigen Teile (22) und dem Mandrell (12) zu schaffen,
• - Ausfüllen des Ringraumes (24) mit flüssigem Epoxydharz und
• - Erwärmen des Epoxydharzes in der erforderlichen Art und Weise, um ein Aushärten des Epoxydharzes zu bewirken und das Epoxydharz an den Wänden (22b) der napfförmigen Teile (22) an haften zu lassen und ein Festhalten der napfförmigen Teile (22) durch den Mandrell (12) zu bewirken und damit eine Veränderung der Längsbewegung des Gitters (10) relativ zum Mandrell (12).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Bohrloch-Gitter (14) über dem Bohrloch-Gitter (10) auf dem Mandrell positioniert wird und das zweite Bohrloch-Gitter (14) an den napfförmigen Teilen (22) angeschweißt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Wände (22b) mit Öffnungen (30) ausgestattet sind, durch welche der Ringraum (24) mit Epoxydharz befüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einfüllen des flüssigen Epoxydharzes in den Ringraum (24) der Mandrell (12) mit seiner Längsachse horizontal angeordnet wird und das flüssige Epoxydharz in den Ringraum (24) durch die Öffnungen (30) in den Wänden (22b) am höchsten Punkt des Ringraumes (24) gegossen wird, bis das Epoxydharz den Ringraum (24) und einen Teil der Gewindeborungen (30) ausfüllt und vor der Aushärtung des Harzes durch Wärme der Druck im Epoxydharz erhöht wird.