DE19817643A1

DE19817643A1 - Abschirmung für ein Bohrloch-Sieb

Info

Publication number: DE19817643A1
Application number: DE19817643A
Authority: DE
Inventors: Howard T Mcconnell; Robert D Whitworth
Original assignee: Houston Well Screen Co
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1998-11-12
Also published as: CA2227458C; GB2325013A; FR2763095A1; NO980204L; GB2325013B; NO980204D0; FR2763095B1; US5918672A; GB9802086D0; CA2227458A1; NO317326B1

Description

Diese Erfindung betrifft Bohrloch-Siebe und insbesondere Abschirmungen, die Teil einer Bohrloch-Siebanordnung sind.

Abschirmungen werden benutzt, um die Siebe, die Feststoffpartikel, wie etwa Sand, ausfiltern, vor der Strömung, die durch eine Öl- und/oder Gasbohrung bewirkt wird, zu schützen. Abschirmungen bewahren die Siebe vor Beschädigung, da die Bohrloch-Siebanordnung in einen produzierenden Rohrstrang eingebunden ist, welche in das Bohrloch einer Öl- oder Gasbohrung hineinführt. Abschirmungen dienen weiterhin dazu, das Sieb in dem produzierenden Strang zu befestigen.

Daher sind Abschirmungen einfach passende Rohrstücke mit perforierten Wänden. Dies gestattet dem erbohrten Fluid und allen enthaltenen Feststoffen, durch die Perforationen zu strömen und direkt gegen das innere Sieb zu stoßen. Bei sehr produktiven Bohrungen und insbesondere einer Bohrung, die einen wesentlichen Anteil in Form von Gas fördert, in dem Sand enthalten ist, kann der enthaltene Sand das Bohrlochsieb in kurzer Zeit durchtrennen.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Abschirmung für ein Sieb zu schaffen mit speziell gestalteten Öffnungen, die das erbohrte Fluid so durch die Öffnungen strömen läßt, daß sie in der Öffnung einen Wirbel bildet, so daß das Fluid in den Ringraum zwischen der Abschirmung und dem Sieb in einer Richtung eintritt, die im wesentlichen parallel zu dem Ringraum verläuft und daher insbesondere die Tendenz des Fluids reduziert, das Sieb zu erodieren oder zu zertrennen.

Es ist eine andere Aufgabe und ein Merkmal gemäß der Erfindung, eine Abschirmung für ein Bohrloch-Sieb zu schaffen, das zylindrische Durchbrüche in der Wandung der Abschirmung aufweist, mit einem konvexen Bereich des Metalles der Abschirmung, welches sich in die Öffnung hinein aufwölbt und einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, die sich zu einer kreisförmigen Anordnung der Perforationen zusammenfügen, um eine Wirbelbewegung des Fluids zu ermöglichen, wenn es die Perforation durchläuft und in den Ringraum zwischen die Abschirmung und das Bohrlochsieb eintritt. Wie oben dargelegt, bestehen die meisten Bohrlochsieb-Abschirmungen aus einfachen perforierten Rohrstücken mit zylindrischen Perforationen, durch welche das Fluid in einem rechten Winkel zur Längsachse des Siebes hindurchströmt und direkt gegen das Sieb stößt. Baker-Hughes vertreibt nun eine Abschirmung (siehe Fig. 4), bei der das Bohrlochfluid durch eine rechteckige Öffnung im Sieb hindurchtritt, und zwar genau in einem rechten Winkel zur Längsachse des Siebes und auf eine flache Wand stößt, die quer über dem Auslaß der Perforation angeordnet ist und die Strömung um 90° ablenkt, so daß das Fluid in den Ringraum zwischen der Abschirmung und dem Bohrlochsieb auf einer Linie eintritt, die etwa parallel zur Längsachse des Siebes liegt. Bei dieser Anordnung unterliegt die flache, ablenkende Wand der Erosion.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aufgrund dieser Beschreibung, einschließlich der folgenden Zeichnungen und Ansprüche offenbart.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt des Bohrlochsiebes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt eines vergrößerten Ausschnittes entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Ansicht entlang der Linie 3-3 bei einer der Öffnungen in der Abschirmung,

Fig. 4 eine teilweise Schnittdarstellung des Baker-Hughes-Siebes

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Komponenten des Poiseuille'schen Gesetzes,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Faktoren zum Berechnen der Geschwindigkeit und Beschleunigung bei einer zirkularen Bewegung.

Die durch die erfindungsgemäße Abschirmung bewirkte Fließrichtung ergibt sich aufgrund einer dreidimensionalen zirkularen Konfiguration. Hauptsächlich tritt das Fluid durch die zylindrischen Öffnungen 10 der Abschirmung helixförmig ein. Aufgrund Berührung mit der konkaven Oberfläche der Streifen 12, die direkt unterhalb und quer über der Mitte der Öffnungen angeordnet sind, wird die zirkulare, helixförmige Strömung des Fluids noch verbessert, so daß das Fluid in den Ringraum zwischen der Abschirmung und dem Bohrlochsieb in einer Ring strömung eintritt, die etwa parallel zu der Längsachse des Bohrlochsiebes verläuft, weiche die Strömung in den Ringraum etwa parallel zur Außenfläche des Bohrlochsiebes strömen läßt. Vom physikalischen Standpunkt aus ist dies eine wesentlich effizientere Strömungsrichtung als im rechten Winkel hierzu, und schützt auch das Sieb vor Beschädigung durch feste Bestandteile, die im erbohrten Fluid mit enthalten sind und das Sieb direkt treffen. Im Ergebnis nimmt die Erosion des Siebes ab.

Die Flußrichtung gemäß der Erfindung ergibt sich durch die zirkulare Anordnung in drei Richtungen. Der Strömungsvektor tritt in die Durchbrüche der Abschirmung ein entlang einer helixförmigen Strömung, die verbessert wird aufgrund Kontakt mit dem gerundeten oder konkaven festen Mittelteil.

Eine exakte Definition von Strömung ist die Größe der physikalischen Masse, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit, welche senkrecht zur Flußrichtung steht, hindurchtransportiert wird. Sie ist proportional zum Gradienten anderer physikalischer Parameter, z. B. Temperatur, Schwerkraft, Druck etc. Mathema stisch wird der Terminus "zx" für die Richtung der Strömung benutzt. Da die Strömung in einer definierten Richtung auftritt, ist sie eine Vektorgröße.

Die Rate, mit welcher ein Fluid durch einen Tubus oder eine zylindrische Öffnung strömt, hängt ab von den Dimensionen, dem Radius und der Länge des Tubus, oder Viskosität des Fluids, und dem Druckgefälle zwischen den Enden des Tubus. Im folgenden sind die mathematischen Voraussetzungen zum Berechnen der Richtung der Strömung des Fluids durch die Perforationen gemäß der Erfindung wie in Fig. 5 dargestellt, erläutert. Diese beinhalten die Poiseuille-Formel. Weiterhin wird die Bogenlänge der Biegung in dreidimensionalen Vektoren benutzt, um die zirkulare Strömung nachzuweisen.

1. Allgemeines Gesetz

J_z = Strömung (pro cm² und pro Sekunde)
-B = Proportionalitätskonstante

Y = Mengenangaben der physikalischen Parameter

2. Poiseuille'sches Gesetz (Strömungsdurchfluß) (benutzt zur Berechnung der Strömung für die Löcher durch die Wandung der Abschirmung)

Jz = Strömung (pro cm² und pro Sekunde)
-C = Proportionalitätskonstante

Poiseuille'sches Gesetz für die detaillierte Berechnung der Parameter:

Gesamtvolumen, welches einen Punkt pro Zeiteinheit passiert:

Kraft in x-Richtung gegen die Außenfläche:

Die resultierende Viskositätskraft bzw. Reibung aufgrund Klebrigkeit und Viskosität ist die Summe der Kräfte auf die Innen- und Außenflächen.

Unter Einbeziehung dieser detaillierten Gleichungen

welche ebenfalls die Poiseuille'sche Formel ist oder falls:

a < I berechnet sich n aus dem gemessenen Volumen der verdrängten Flüssigkeit pro Zeiteinheit.

Aufgrund des Druckgradienten ergibt sich:

Diese läßt sich umstellen in:

welches ebenfalls die Poiseuille'sche Formel ist.

3. Geschwindigkeit und Beschleunigung (zirkulare Bewegung)

Augenblickliche Geschwindigkeit = v(t) = r'(t) t = Zeit
Beschleunigung = a(t) = V'(t)

Geschwindigkeitsvektor
(Bewegungspunkt P, Zeit t) =
v(t)= -α.sin ti-b.costj+k
Bogenlänge der Krümmung auf einer zirkularen Helix zur Zeit t; Krümmung = K:

4. Offener Bereich (auf der erstellten Abschirmung)

Z. B.:
Wenn D = 0,3125 Zoll,
C = 90,69 (eine Konstante unbekannten Ursprungs)
S = Abstand zwischen den Mitten in Zoll

= 35,4 Zoll².
Offener Bereich = (gestanzter Bereich) . (offen gestanzter Bereich)
= (35,4) . (0,574)
= 20,3%
0,574 = gemäß Zeichnung.

Wie in den Zeichnungen dargestellt, ergeben die Streifen 12 seitliche Öffnungen 14 und 16, durch welche Fluid in die Abschirmung einströmt und in Längsrichtung in den Ringraum zwischen Abschirmung und Bohrlochsieb fließt. Dem Fluid ist eine zirkulare Strömungsrichtung inhärent aufgrund der Corioliskraft in Kombina tion mit dem strömungsdämpfenden Effekt der konkaven Streifen, welche sich quer über das untere Ende der Öffnung erstrecken.

Das Bohrlochsieb besteht dabei beispielsweise aus mehreren, in Längsrichtung verlaufenden, auf dem Außenumfang des Basisrohres P oder konzentrisch um dieses herum im Abstand angeordnet liegenden Stützstäben R, auf deren Außenumfang um das gesamte mit den Stützstäben R versehene Basisrohr P herum gewickeltem und an diesen befestigten Draht W. Der Draht W besitzt dabei vorzugsweise trapezförmigen Querschnitt, dessen parallel zueinander gerichtete Flächen Außenumfang und Innenumfang bilden, und dessen Winkels zueinander verlaufende Flächen sich von außen nach innen gegeneinander annähern, und radial von außen nach innen damit den Durchtritt zwischen den einzelnen Wicklungen vergrößern.

Die Abschirmung A ist koaxial im Abstand außen um das Bohrlochsieb angeordnet, wobei der Abstand beispielsweise 50/1000 Zoll betragen kann.

Die Streifen 12 liegen dabei - radial betrachtet - beispielsweise 40/1000 Zoll radial nach innen versetzt gegenüber der Hauptfläche der Abschirmung.

Die Abschirmung A kann mit dem Sieb S und/oder dem Basisrohr P verbunden oder lose bezüglich diesem konzentrisch angeordnet sein.

Aufgrund der vielen Ausführungsformen der Erfindung, die das Grundprinzip nicht verlassen, sind die beschriebenen oder in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen lediglich als Beispiele zu verstehen und beschränken nicht den Umfang der Erfindung.

Claims

1. Bei einer Bohrlochsieb-Anordnung zum Anordnen in einem Bohrloch, um Feststoffe aus dem von der Bohrung produzierten Fluid herauszufiltern, mit

- einem perforierten Basisrohr (P), welches Gewindeverbindungen aufweist zum Verbinden des Basisrohres (P) zu einem Rohrstrang, und
- einem Sieb (S), welches die Durchbrüche des Basisrohres (P) umgibt, wobei die Verbesserung folgendes umfaßt:
- eine tubusförmige Abschirmung (A), welche das Sieb (S) abdeckt und einen Ringraum zwischen der Abschirmung und dem Sieb schafft,
- wobei die Abschirmung (A) eine Vielzahl von runden Löchern aufweist durch welche das Fluid in den Ringraum strömen kann,
- wobei eine Vielzahl von bogenförmigen Streifen (12) in dem Ringraum angeordnet sind, wobei jeder Streifen (12) eine Breite aufweist, welche geringer ist als der Durchmesser der Löcher und wobei die Enden jedes Streifens (12) an der Abschirmung (A) auf gegenüberliegenden Seiten eines der Löcher der Abschirmung befestigt ist und sich in den Ringraum zwischen der Abschirmung und dem Sieb (S) hineinerstreckt, um das erbohrte Fluid, welches durch die Löcher strömt, zu verwirbeln, wenn es durch die Löcher strömt und auf jeder Seite der Streifen (12) in einander gegenüberliegende Richtungen in den Ringraum zwischen Abschirmung und Sieb (S) strömt.

2. Bohrlochsieb nach Anspruch 1, bei dem das Sieb (12) Stützstäbe (R) aufweist, die sich in Längsrichtung erstrecken.

3. Abschirmung (A) für ein Bohrloch-Sieb mit einem tubusförmigen Teil, welcher eine Vielzahl von kreisförmigen Öffnungen in seiner Wand aufweist, durch welche das erbohrte Fluid in die Abschirmung hineinströmen kann und einer Vielzahl von gebogenen Streifen (12), von denen jeder an einem Ende auf einer von zwei gegenüberliegenden Seiten eines der Öffnungen befestigt ist, um eine konkave Fläche zu schaffen, gegen welche das durch die Öffnungen in den Ringraum dringende Fluid strömt, um in Kombination mit den kreisförmigen Öffnungen ein Verwirbeln des Fluids zu bewirken, wenn es durch die Öffnungen strömt und seitlich in den Ringraum hinein.

4. Abschirmung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Streifen (12) von gleichförmiger Breite sind.

5. Abschirmung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Streifen (12) aus einer Hälfte eines Ringes bestehen.

6. Abschirmung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (12) parallel zur Längsrichtung des Siebes (S) verlaufen.