DE3127337C2

DE3127337C2 - Vorrichtung zum Herstellen eines verrohrten Bohrloches

Info

Publication number: DE3127337C2
Application number: DE3127337A
Authority: DE
Inventors: Ben Wade Oakes San Francisco Calif. Dickinson III; Robert Wayne 94105 San Francisco Calif. Dickinson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-17
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1984-11-15
Also published as: ATA312781A; KR850001292B1; ES8305874A1; AU7286381A; BR8104608A; EP0044706A3; GB2080369B; US4501337A; KR830006562A; FR2493394A1; ZA814751B; FR2493394B1; IT1137726B; CA1182104A; DE3127337A1; BE889662A; ES504412A0; IT8123002A0; EP0044706A2; US4431069A

Abstract

Zur Bildung und Nutzung eines Bohrlochs, insbesondere zur Gewinnung von Öl aus einer Öl enthaltenden unterirdischen Formation wird ein System verwendet, welches einen umstülpbaren langgestreckten durchlässigen Schlauch (100) aufweist, der vorzugsweise aus einem gewebten Tuch (172) hergestellt ist und eine äußere Wand (104) und eine innere Wand (102) hat, die an einem Wendebereich (106) miteinander verbunden sind. Der Schlauch (100) wird in die Formation durch ein Treibfluid (132) gedrückt. Durch einen zentralen Kanal (124) im Schlauch (100) wird ein Bohrfluid gepumpt, welches ein zentrales Rohr (122) nach vorne transportiert. Das Bohrfluid (142) trägt zum Aufbrechen der Formation bei, wodurch eine Abtragsaufschlämmung gebildet wird, die zurück längs der Außenseite des umstülpbaren Schlauchs (100) strömt. Eine Ablenkung des Schlauchs, beispielsweise aus der Vertikalen in die Horizontale kann mit Hilfe eines Ablenksegments (176) in dem umstülpbaren Schlauch (100) erreicht werden. Das Rohr (122) hat vorzugsweise ein flexibles Helixelement (122b), das in der Lage ist, sich zu biegen und als abschließendes Stützgehäuse dienen kann. Zusammen mit dieser Abstützung können Kies packungen verwendet werden.

Description

gekennzeichnet durch

— ein mit dem Bohrkopf (160) verbundenes, von einem Vorrat (146) abziehbarcs und innerhalb 2^r> des Innenrohrs (104) geführtes Zcntralrohr (122). das an eine Spülfluidquclle (142, 144) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, für gekrümmte 3« Bohrlöcher, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (122) einen aus einer Wendel (\22b)gebildeten flexiblen Abschnitt aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (122) aus flexiblem y> Material besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat (104a,) des Innenrohrs (104) oberhalb des Außenrohrs (102) in gefalteter Form angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (122) als für nach Fertigstellung des Bohrloches cinsetzbare Verrohrung ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, für abgelenkte Bohrlöcher, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (174) zur Erzeugung einer vorher festgelegten Biegung des Zentralrohres (122).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeeinrichtung ein einen Teil des vt Mantelrohrs (100) bildendes Lenksegment mit einem sich axial erstreckenden bandartigen Abschnitt (174) aufweist, dessen axiale Länge geringer ist als die des restlichen Lenksegments.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ίί zeichnet, daß der verkürzte bandartige Abschnitt von axial in Abständen voneinander angeordneten Abnähern (174) gebildet ist, die sich je teilweise um den Umfang des Lenksegments erstrecken.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, mi gekennzeichnet durch eine mit dem Bohrkopf (128, 160) verbundene Kette (190), deren Glieder (192) in nur einer Ebene gegeneinander beweglich sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (104) in μ einem Abstand vom Zcntralrohr (122) angeordnet ist. und daß der vom Innenrohr und vom Zentralrohr gebildete Ringkanal an eine Druckfluidqucllc (136,

138) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (100) aus einem flüssigkeitsdurchlässigen gewebten Textilmaterial gebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

11. dadurch gekennzeichnet, daß das Zcntralrohr (122J mit einer hohlen flexiblen Stahlwendel (i22b) versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, zum gleichzeitigen Hinbringen von Filtermaterial in das Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (100) mit einer flüssigkeitsdurchlässigcn teilchenförmigen Packung (184, 188) aus Feststoffen vorbestimmter Größe gefüllt ist und die Stahlwendel (\22b) des Zcntralrohres (122) umgibt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (i22b) des Zcntralrohres (122) mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Gewcbeumhüllung verschen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, für das Einleiten heißer Fluide in das Bohrloch, gekennzeichnet durch ein die Wendel (122tydes Zentralrohrcs (122) umgebendes thermisch isolierendes Material.

16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der am vorderen linde des Zcntralrohres (122) angebrachte Bohrkopf (160) mit dem Inneren des Zcntralrohres (122) in Verbindung steht, wobei der Bohrkopf durch das durch das Zentralrohr (122) strömende Fluid betätigbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (160) mehrere öffnungen für den Durchgang des Bohrfluids aufweist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines verrohrten Bohrloches der aus der US-PS 34 22 631 bekannten Art gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der bekannten Vorrichtung liegt der Wendebercich des Mantelrohres zwischen Innen- und Außenrohr an dem durch das Erdreich zu treibenden Bohrkopf an, der als kegelförmiger Dorn ausgeführt ist und keine Verbindung zur Erdoberfläche aufweist. Es fehlt somit jegliche Rihrungsmöglichkcit. Auch fehlt jegliche Spülung, so daß das aus dem Bohrloch zu entfernende Erdreich oder Gestein zur Seite in das Erdreich hineingedrückt werden muß. Die bekannte Vorrichtung eignet sich daher nur zum Vortreiben von Bohrungen in sehr weichem Erdreich und sehr geringen Tiefen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen eines verrohrten Bohrloches der gattungsgcmäßcn Art so auszugestalten, daß bei möglichst exakter Führungsmöglichkeit des Bohrlochvcrlaufs auch in großen Tiefen gebohrt werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgcmäUcn Vorrichtung crfindimgsgcmüß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Da bei der erfindungsgcinaßen Vorrichtung der Bohrkopf mit dem zur Erdoberfläche geführten Zcntralrohr verbunden ist. durch die Druck- und Spülflüssigkcit herangeführt werden kann, die sich zwischen Bohrungswandiing und Außenrohr wieder abführen läßt, kann die

Bohrung in der gewünschten Richtung geführt und auch in große Tiefen niedergebracht werden. Dabei wirkt in einfachster Ausgestaltung bei entsprechend hohem Druck des Druckfluids das freie Ende des Zentralrohrs als Spülbohrkopf. Selbstverständlich lassen sich am Ende des Zentralrohrs auch Spülbohrköpfe bekannter Art anbringen, durch die der auf das Erdreich ode.- Gestein gerichtete Druckfluidstrahl intensiviert wird.

Dabei ist es zwar aus der DE-AS 11 89 492 an sich bekannt, beim Bohren mit einem starren lnnengeslänge dieses mit einem flexiblen Mantelrohrstrang zu umgeben, der mittels Spüldruck vorgeschoben wird. Der Bohrkopf wird dabei jedoch getrennt über das Gestänge und nicht mittels Spüldruck vorgeschoben.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 17. Dabei ermöglichen im einzelnen die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 9 eine Auslenkung der Bohrrichtung um einen gewünschten Winkel in einer bestimmten Richtung.

Durch die Merkmale des Anspruchs 10 IaBt sich zusätzliches Bohrfluid an die Bohrsteile heranführen. Gleichzeitig ermöglichen sie ebenso wie die Merkmale des Anspruchs 11 eine Schmierung zwischen Zcntralrohrund Innenrohr des Mantelrohrs.

Die Ansprüche 12 bis 15 beziehen sich auf die Ausbildung eines unterirdischen Filters und die thermische Isolierung des Bohrloches.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 16 und 17 bezichen sich auf einen günstigen Anschluß und Aufbau des Bohrkopfcs.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hs zeigt

Fig. 1 schematisch in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Vorrichtung zum Herstellen eines verrohrten Bohrloches, wobei eine vorprogrammierte Ablenkung des doppclwandigen Mantelrohres gezeigt ist,

Fig.2 schematisch im Längsschnitt die oberen und unteren Teile der Vorrichtung von Fig. 1,
F i g. 3 den Schnitt 2-2 von F i g. 2,
Fig. 4 im Längsschnitt eine Bohrkopfanordnung am vorderen Ende der Vorrichtung,

F i g. 5 schcmalisch in einer Seitenansicht ein Lenksegment des Mantelrohres mit daran vorgesehenen Abnähern,

F i g. 6 im Schnitt das vordere Ende des zentralen Mantelrohres mit einer Kiespackung zwischen Inncn- und Außenrohr zur Bildung einer Bohrschachtauskleidung, und

F i g. 7 die Anordnung von 1" i g. b in einer hot köninilichcn äußeren Umhüllung, wo sie als innere Kiespakkung dient.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist das Arbeitsprin/.ip einer Vorrichtung zum Herstellen eines verronnen Bohrloches dargestellt. Wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen ist, enthält die Vorrichtung ein umstiilpbares langes Mantelrohr 100. Das Mantelrohr 100 besteht aus einem flexiblen, insgesamt zylindrischen äußeren und inneren Rohr 102 bzw. 104, die an ihren vorderen Enden durch den Wendebereich 106 verbunden sind, der nach vor wärts bewegbar ist. Das Mantelrohr 100 kann aus einem hochfesten, durchlässigen gewebten Material oder Tuch hergestellt sein. Das Außenrohr 102 und das Innenrohr 104 haben eine öffnung in der Nähe ihres hinteren Kndes und bilden einen Ringraum 108 zwischen sich, der als Kanal für Treibfluid vc>n einer Treibfluidauelle aus dient

Eine Halteeinrichtung in Form eines Halterings 110 dient zum Befestigen des hinteren Endes des Außenrohrs 102 an einer nicht gezeigten ortsfesten Abstützung in einer festgelegten Position bezüglich der Bewegung des Wendebereichs 106. Stromab vom Haltering 110 wird das Innenrohr 104 durch das Treibfluid im Rkigraum 108 vorgetrieben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mantelrohr 100 relativ wenig

ίο dehnbar, so daß das Innenrohr 104 zur Bildung des Außenrohrs 102 mit größerem Durchmesser ausreichend großes Material aufweist, um dieser Umformung zu genügen, nämlich eine relativ lange Außenwand zu bilden, welche eine Endlänge von 60 bis 90 m oder mehr hat.

ι 5 Oberhalb des Halterings 110 kann ein Vorrat 104a des flexiblen Innenrohrs 104 in einem verhältnismäßig kleinen Raum zusammengelegt oder akkordeonartig gefaltet in einem vergrößerten rohrförmigen Gehäuse 112 gespeichert werden. In dem Raum zwischen dem Vorrat 104;/ und der Außenwand des Gehäuses 112 ist ein Treibfluideinlaß 114 vorgesehen. Das rückwärtige Ende des Vorrats 104.1 ist an der Innenwand des Gehäuses 112 an einem Ring 116 stromauf vom Einlaß 114 abgedichtet. Durch den Vorrat 104a des Innenrohrs 104 in der gezeigten Weise wird es in einfacher Weise durch den Innenraum des Halterings HO vorwärtsbewegt, ohne daß ein übermäßiger Widerstand für die Vorwärtsbewegung des Wendebercichs 106 erzeugt wird. Um zu verhindern, daß ein Teil des Vorrats 104a unter dem

«) Einfluß der Schwerkraft unkontrolliert durch den Haltering 110 hindurchfällt, wird in das Gehäuse 112 eine nicht gezeigte !ladeeinrichtung eingesetzt. Alternativ kann das zum Einlaß 114 gerichtete Treibfluid unter einen höheren Druck als ein Druckfluid gesetzt werden,

« das zu einem Einlaß 118 gerichtet ist, der mit der Innenseite des Vorrats 104a in Verbindung steht und den Vorrat 104a nach innen gegen ein zentrales Rohr 122 drückt, welches sich durch das Mantelrohr 100 hindurch erstreckt.

Innerhalb des Innenrohrs 104 befindet sich ein zentraler Kanal 120. Im Kanal 120 verläuft durch das Mantelrohr 100 Zenirnlrohr 122 bis wenigstens zum vorderen Ende des zentralen Kanals 120 angrenzend an den Wendebereich 106. Das Zentralrohr 122 hat eine Anzahl von Funktionen. Insbesondere dient es zum Lenken des Bohrkopfcs 160 und als Verrohrung.

Das Mantelrohr 100 wird durch Reibkontakt mit der angrenzenden Oberfläche des Innenrohrs 104 und das durch den Einlaß 118 eintretende Treibfluid vorgetrie-

M ben. Das Zentralrohr 122 bildet einen inneren Kanal 124, durch den Bohrfluid von einer zweiten Quelle aus dem vorderen Ende des Zentralrohrs 122 heraus gegen die zu bohrende Erdformation gerichtet wird.

Gemäß Fig. 2 ist der Bohrkopf 160 in Form eines äußeren rohrförmigen Mantels 128 und in Form im Abstand angeordneter radialer Rippen 130 ausgerichtet, die am vorderen Ende des zentralen Rohrs 122 sitzen. Der Mantel 128 hat einen etwas größeren Durchmesser als das AiiBenrohr 102 und erstreckt sich axial und kon-

M) zentrisch längs der Wand in einem Abstand, der vorzugsweise das I.in- bis Vierfache des Durchmessers des Mantelrohrs 100 beträgt. Wenn sich der Wendebereich 106 vorwärts bewegt, drückt er gegen die rückwärtigen Flachen der Kippen 130 des Mantels 128, wodurch der

ti^r> Mantel 128 nach vorne bewegt wird. Die Rippen 130 haben vorzugsweise eine radiale speichenartige Gestalt, wobei jede Speiche sich über einen Abstand längs der Achse des Mantels 128 erstreckt. Bei der in F ie. 3 ee-

zeigten Ausführung sind das Außenrohr 102, das Innenrohr 104 und das Zentralrohr 122 mit einem kreisförmigen Querschnitt konzentrisch zueinander ausgebildet, wobei dazwischen Räume gebildet werden.

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, wird das Treibfluid von einer Quelle 132 zu einer Pumpe 134 und in den Einlaß 114 in Richtung des Pfeils A gerichtet. Gleichzeitig wird ein Bohrfluid von einer Quelle 136 über eine Pumpe 138, den Einlaß 118 und einen Ringraum 140 in den zentralen Kanal 120 gerichtet, der von der Außenseite des Zentralrohres 122 und der Innenseite des Innenrohrcs 104 gebildet wird, während eine weitere Quelle Treibfluid 142 über eine Pumpe 144 zur Mitte des insgesamt flexiblen Zeniralrohrs '22 richiei, das a!s Vorral auf einer Spule in einem Gehäuse 146 aufgewickelt ist. Zur Umlenkung des Zentralrohrs 122 von der horizontalen in die vertikale Richtung für die Abwärtsbewegung durch den Haltering 110 in die Vorrichtung ist eine Rolle 148 vorgesehen!.

Wie aus Fi g. 2 zu ersehen ist. wird im Betrieb Treibfluid A in den Raum 108 zwischen den Rohren 102 und 104 zum Wendebereich 106 gepumpt. Da das Außenrohr 102 am Ring 110 befestigt ist. bewegt sich das Innenrohr nach unten und unterliegt einer Formänderung derart, daß es am Wendebereich 106 zum Außenrohr 102 wird, wodurch der Wendebereich 106 vorgetrieben wird.

Wie weiterhin aus F i g. 1 und 2 zu ersehen ist, wird das Bohrfluid von der Oberfläche durch den Ringraum 140 in die insgesamt durch den Pfeil B gezeigte Richtung sowie durch den Kanal 124 des Zentralrohrs 122, was durch den Pfeil C veranschaulicht ist, gerichtet, und bildet in der Zone D eine fluidisierte Aufschlämmung durch mechanisches, fluidmechanisches, thermisches und physikalisch-chemisches Zusammenwirken des Bohrfluid:! mit der umgebenden Formation.

Zum Bohren in einer öltragcnden Formation wird ein Bohrfluid bevorzugt, welches dazu dient, das öl in einer kontinuierlichen öl- oder Wasserphase zu fluidisieren. Die fluidisierte Aufschlämmung in der Zone I) wird gemäß F i g. 2 vor dem Wendebereich 106 ausgebildet. Während des Bohrens wird ein äußerer Ringraum 150 zwischen dem Außenrohr 102 und der umschließenden Formation erzeugt, der die Bewegung der in der Aufschlämmiungszone D erzeugten Aufschlämmung in Richtung der Pfeile E aus der Formalion ermöglicht. Wenn die Aufschlämmung die Oberfläche oder eine andere geeignete Stelle erreicht, wird sie durch eine Leitung 152 über eine Pumpe 154 in einen Sumpf 156 an der Oberfläche i5S der Formaiion gepumpt. Vorzugsweise werden eine Traganordnung und ein Fundament 159 im Boden vorgesehen, die das stromauf liegende Ende der Vorrichtung aufnehmen und abstützen. Wie in F i g. 1 gezeigt ist, kann das Mantelrohr 100 in eine vorher festgelegte Richtung, beispielsweise in die horizontale Richtung und ggf. abermals, beispielsweise zur Oberfläche abgelenkt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung ist die inherente Schmierung aufgrund des Drucks des Führungsfluids im zentralen Kanal 120 zwischen dem Innenrohr 104 und dem Zentralrohr 122. Das Führungsfluid kann durch den Einlaß 118 und/oder durch Hindurchsickern durch das Innenrohr 104 zugeführt werden, dort wo es flüssigkeitsciurchlässig ist. beispielsweise durch Ausbildung aus einem textlien Tuch mit der gewünschten Durchlässigkeit. Die sich ergebende Schmierung ermöglicht eine Gleitbewegung mit geringer Reibung zwischen dem Innenrohr 104 und dem zentralen Rohr 122, so daß das Innenrohr 104 sich mit einer Geschwindigkeit vorwärtsbewegen kann, die das Zweifache der Geschwindigkeit des zentralen Rohrs 122 beträgt.
Beim Einsatz der Vorrichtung können zunächst auch

^ri ein Hauptbohrloeh in eine unterirdische Formation mit einem herkömmlichen Rotationsbohrcr gebohrt, dann tier Bohrer herausgezogen.das Hauptbohrloeh verrohrt und danach ein oder mehrere seitliche Bohrlöcher hergestellt werden (Fig. 1,2).

to In F i g. 4 ist die Bewegung des Treibfluids durch den Ringraum 108 durch den Pfeil A gezeigt. Das Führungsund das Bohrfluid bewegen sich in Richtung der Pfeile B bzw. Cund werden durch das zentrale Rohr 122 und den zentralen Kanal 120 zwischen dem Innenrohr 104 und

i^r> dem zentralen Rohr 122 nach unten gepumpt. Nach der hier gezeigten Ausführung hat das zentrale Rohr 122 ein vorderes Segment 122./ aus einem relativ steifen und nicht porösen Material, das an seinem hinteren Ende mit einer flexiblen metallischen, biegsamen Wendel 1226 verbunden ist, so daß beim Aufbringen eines Biegemoments auf die Wendel 1226 clic Richtung geändert werden kann. Die Wendel 122b ist flüssigkeitsdurchlässig und, wie erwähnt in der !.agc, eine innere durchlässige Abstülzwand für die Verrohrung des Bohrlochs zu bil-

2^ri den. welches durch das Bohrfluid gebohrt wird, das durch das zentrale Rohr 122 strömt.

Der Grad der Flexibilität der Abschnitte des zentralen Rohres 122 hat einen wesentlichen Einfluß auf die Fähigkeit des zentralen Rohrs 122 und des Mantelrohrs

jo 100, normal einer geraden Linie zu folgen und einfach aus/.ulcnkcn. wenn ein Führungsmechanismus betätigt wird, der vom zentralen Rohr 122 getragen wird. Bezüglich der geradlinigen Bewegung ist es erwünscht, daß das vordere Ende des zentralen Rohrs 122 relativ starr

j^r> oder steif ist. Andererseits ist es in dem auszulenkenden Bereich biegsam, um die Ablenkung ausführen zu können, jedoch ausreichend starr, um einen starken Rahmen für den Einsatz als Verrohrung des sich ergebenden Bohrlochs zu bilden. Das in F i g. 4 gezeigte flexible Matcriai ist für diesen Zweck die zylindrische Stahlwcndcl 1226. F.s hat sich gezeigt, daß für die axiale Stabilität das starre vordere Segment 122;i des Zentralrohres 122 verwendet wird eine Länge von etwa dem Fünf- bis etwa Fünfundzwanzigfachen des Durchmessers des Inncn-

4^r> rohrs 104 aufweisen soll.

Die maximale Länge des starren Teils wird durch den Krümmungsradius der gewünschten Bohrung festgelegt. Wenn also das vordere Finde 122.Ί vollständig steif ist. ist die Krümmung durch die Sehncncnlfernung zwisehen dem vorderen Rand des zentralen Rohrs 122 längs einer diagonalen Linie zum Ende des starren Abschnitts bestimmt.

In F i g. 1 und 4 ist schemalisch eine andere Ausführungsform des Bohrkopfs 160 gezeigt. Der erforderliche Druck und der Bohrfluidstrom im zentralen Rohr 122 wird beträchtlich durch den Einsatz von strömungsverengcnden oder strömungsvcrteilenden öffnungen 164 im Bohrkopf 160 reduziert.

Die öffnung oder die öffnungen 164 können im Ab-

W) stand um den Umfang des Kopfs 160 herum angeordnet sein. Der Innenraum des Kopfs 160 ist ein Hohlraum, der in Fluidvcrbindung mit dem Kanal 124 steht. Die öffnung oder die Öffnungen 164 lassen das Bohrfluid durch und verteilen es.

M Der Mengenstrom an Bohrfluid durch den Kopf 160 kann beträchtlich variieren, was von der Art der umgebenden Formation und der besonderen An des Bohrfluids abhängt. Beispielsweise hat sich bei einem Bohr-

kopf mil 5 cm Durchmesser als geeignet eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,3 bis J m/s erwiesen.

In F i g. 4 ist eine An der Anbringung des Bohrkopfs 160 am zentralen Rohr 122 gezeigt. Mittels einer Gewindeverbindung 168 ist ein zylindrischer Mantel 166 in geeigneter Weise mit dem Kopf 160 verbunden. In gleicher Weise ist der Mantel 166 an einem dazwischen liegenden Innenende am vorderen F.nde des zentralen Rohrs 122 durch eine Gewindeverbindung 170 angeschlossen. Der Mantel 166 ist ein Zwischenvcrbindungsglied zwischen dem Kopf 160 und dem zentralen Rohr 122. Es ermöglicht den Strom von Druckfluid durch das zentrale Rohr 122 und in den hohlen Kopf 160. Außerdem kann das Mantelrohr 100 im Umfangsbereieh umwenden und bildet eine Stützung für den Kopf 160.

Der zylindrische Mantel 166 hai eine iiußcre, relativ dünne, zylindrische Rückwand I66;j, die sich von dem Ringsitz 1666 aus nach hinien erstreckt. Die Kraft des Treibfluids im Ringraum 108 gegen den Wendebercich 106 wird an der hinteren ebenen Seite des Ringsitzes 166/> ausgeübt, um ihn entsprechend dem Treibfluiddruck nach vorne zu drücken, der auf den Wendebereich 106 ausgeübt wird. Wenn das Mantelrohr 100 aus einem Tuch der gewünschten Durchlässigkeit gebildet ist, kann Treibfluid in den Rüekstromkanal längs des Außenrohrs 102 des umstülpbaren Mantelrohrs 100 im Leckstrom austreten. In gleicher Weise leckt Treibfluid nach innen durch das Innenrohr 104 und ermöglicht eine Gleitbewegung mit niedriger Reibung zwischen Innenrohr 104 und dem zentralem Rohr 122. Diese Leckage bildet zusammen mit der zwischen zentralem Rohr 122 und dem Innenrohr 104 strömenden Flüssigkeit einen rückwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom. (Fig.4, Pfeil F). Dies ergibt eine erhöhte Fluidität an dieser Stelle, wodurch die Rückwärtsbewegung der Abiragsaufschlämmung unterstützt wird.

Wie weiterhin aus F i g. 4 zu ersehen ist, stellt sich ein Wirkungsmuster an der umgebenden Untergrundformalion ein, wenn der Bohrkopf in horizontaler Richtung bewegt wird. Es hai sich gezeigt, daß im Bereich C, der den Bohrkopf 160 in der Nähe der öffnungen umschließt, sich die Abtragsformation mit dem Bohrfluid zu einem beweglichen Schlamm mischt. Der Hauptabschnitt des Abtrags wird um den Kopf 160 herum gebildet. Die Aufschlämmung wird über die Oberfläche des Bohrkopfs 160 und nach hinten in einen Kanal (Pfeil E) außerhalb des zentralen Rohrs 122 und koaxial mit diesem geleitet.

Unmittelbar außerhalb dieser fluidisierten Aufschlämmung liegt ein Bereich H, in welchem der Formationsporendruck durch das Bohrfluid beeimiuüi werden kann, um die Bewegung des Bohrkopfs 160 durch die Formation zu erleichtern.

Fig.4 zeigt die günstige Erscheinung, die eintritt, wenn der Bohrkopf 160 in horizontaler Richtung läuft. Unter dem Bohrkopf 160 bildet sich in natürlicher Weise eine Lage schwererer Teilchen verglichen mit den Teilchen darüber. Diese Bodcnlagc /wird durch die Klassierung und Ablagerung von größeren schwereren Teilchen aus der rückwärts strömenden Aufschlämmung gebildet, und zwar analog zu einer sich bewegenden Betonschlickerform. Diese Bodenlage gibt dem Kopf 160 in horizontaler Richtung eine Abstützung und entsprechende Bewegungssiabilität.

Wie weiter in F i g. 4 gezeigt ist, führt vom hinteren Knde des Mantels 166 der nach rückwärts und nach oben längs des Pfeils F strömende Fluidstrom zu einer fortlaufenden und kontinuierlichen Neubildung dieser Unterlagenformation /. Der schwerere Bohrabtrag setzt sich fortlaufend in einer klassierten Anordnung unter dem Bohrrohr ab, wodurch darunter eine starke Fundamenlierung gebildet wird. Die Aufschlämmung des

■> leichteren Abtrags bewegt sich längs der Oberseite des Mantelrohrs 100 in Richtung /fund erreicht die Oberfläche.

Der gezeigte Bohrkopf 160 hat eine Anzahl wesentlicher Vorteile. Für verschiedene Formationsivmterialien

ίο kann die Dichte des Kopfs bezüglich des Mantels variiert werden. Wenn in einer speziellen Formation der Kopf dazu neigt, durch Aufschwimmen nach oben anstatt in der gewünschten horizontalen Richtung zu laufen, kann dem beim anschließenden Bohren dadurch

\', entgegengewirkt werden, daß der Kopf aus einem relativ dichten Material gebildet wird. Wenn umgekehrt die Bohrung dazu neigt, nach unten zu laufen, anstatt zu steigen, kann die Dichte des Kopfmaterials beim weiteren Bohren in dieser Formation verringert werden.

In F i g. 5 ist eine Art gezeigt, wie ein Umlenken durch das Mantelrohr 100 bewirkt werden kann, wobei dasselbe ein Längssegment hat, das axial in dem Rohr ausgebildet und von Anfang an am Innenrohr 104 vorgesehen ist und sich über den Wendebereich 106 zum Außenrohr

2^ri 102 bewegt. Besonders günstiges Material für diese Art von Umlenkmcchanismus ist ein starkes gewebtes Textil in einer üblichen Bindungsart beispielsweise in Form des Segments 172 in Fig.5. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Verdrehen des Materials vermieden, da der minimale Kncrgiczustand für den axialen Ketteil der Fasern der axiale ist, während die anderen Fasern, der Schuß, in Umfangsrichtung bleiben. Es hat sich gezeigt, daß schlauchförmiges Tuch dieser Art sich nicht verdreht, wobei die einzelnen axialen Fasern in einer hochstabilen axialen Ausrichtung verbleiben, so daß die Längssegmente während des Bohrens in der gleichen Winkelrichtung bezogen auf die Achse des Mantelrohrs 1OP bleiben. Dies bedeutet, daß die Ablenkung unter Verwendung eines solchen Mantelrohrs 100 vorherbestimmbar ist. Fasern mit einer geeigneten hohen Festigkeil zur Verwendung in Ketten und/oder Schuß des Mantelrohrs 100 sind Polyamidfasern oder aromatische Polyamidfasern, die weiter verstärkt sein können.
Wie weiterhin in F i g. 5 gezeigt ist, umfaßt das Lenk-

4^ri segment des Mantelrohres 100 axial im Abstand angeordnete .streifenartige Abschnitte (Abnäher) aus, verglichen mit dem Umfang der Lenksegmente, verkürzten wirksamen Umfangslängcnstücken, wodurch das Mantelrohr 100 sich in Richtung des verkürzten streifenarti-

^rio gen Abschnitts 174 wendel, wenn sich das Innenrohr 104 durch den Wendebercich 106 bewegt. Die verkürzten streifenartigen Abschnitte in F i g. 5 werden von mehreren in Umfangsrichtung eingenähten Falten oder Abnähern 174 gebildet, die axial in einem vorher festgelegten Abstand längs einer vorher festgelegten teilweisen Umfangsdistanz des Lenksegments angeordnet sind, um eine Ablenkung mit dem gewünschten Radius zu erhalten. Jeder der Abnäher 174 ergibt sich durch Nähen eines schmalen Tuchsegments von der äußeren Textilfläche

ω) des Mantelrohrs 100 und stellt so eine Umfangsrippe dar, die sich von nur wenigen Umfangsgraden bis zu einer Länge von 180° über den Umfang erstrecken kann. Die Wirkung besteht darin, daß eine verkürzte Seite am Mantelrohr 100 erzeugt wird, so daß, wenn das

ho Innenrohr 104 über den Wendebereich 106 läuft und zum Außenrohr 102 wird, eine Reihe von Abnähern, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist, frei werden, wodurch die vorzunehmende Ablenkung verursacht wird.

Gemäß Fig.4 wird eine durchlässige oder undurchlässige äußere Auskleidung 176 für den gcwendclten Bereich des zentralen Rohrs 122 vorgesehen, die zwei unterschiedliche Funktionen hat. Nimmt man an, daß man Differenzdrucke in den Bohrfluiden aufrechterhalten möchte, welche durch das zentrale Rohr 122 und darumherum strömen, wird eine undurchlässige Auskleidung verwendet, um die Ströme zu trennen. Zusätzlich bildet die Auskleidung einen Schutz gegen ein Verhaken der Abnäher in der Wendel 122.'?, während sie sich auf dem Innenrohr 104 befinden.

Gewünschtenfalls kann ein fluiddruckbctätigter rotierender Bohrer am vorderen Ende des zentralen Rohrs 122 angebracht werden, um begrenzte Mengen verfestigter Formation aufzubrechen. Ein solcher Bohrer r> wird entweder unten im Bohrloch nur dann angebracht, wenn er benötigt wird, oder er wird permanent angebracht, jedoch nicht betätigt, bis verfestigtes Material erreicht ist. Das Bohrfluid strömt durch das zentrale Rohr 122 hindurch und dann in die Formation.

Es kann eine Reihe unterschiedlicher Bohrfluide verwendet werden, beispielsweise wäßrige Fluide oder Fluide auf ölbasis, sowie Fluide mit einem Bereich von niedriger bis hoher Viskosität. Es kann auch öl oder ein Lösungsmittel auf ölbasis verwendet werden, um das 2^ri Eindringen in bestimmte Formationen zu erleichtern. Bei anderen Formationen kann es erwünscht sein, ein Bohrfluid auf wäßriger Basis zu benutzen, um die ölphase zu emulgieren.

Ein bevorzugtes wäßriges Bohrfluid umfaßt ein waß- j< > riges einwertiges Alkalimclallhydroxyd oder eine Salzlösung, beispielsweise Natriumhydroxyd oder eine Natriumsalzlösung, bei einem pH-Wert von wenigstens 8.5 und vorzugsweise 11,0. Es hat sich gezeigt, daß dieses System in situ einen grenzflächenaktiven Stoff durch Reaktion mit den organischen Säuren im öl bildet, wodurch das Aufbrechen der Struktur der Formation und die Bildung der Aufschlämmung unterstützt wird. Zusätzlich dient die Basis a's Quelle für eine hohe lonenstärke, um die günstigen Effekte der Emulsionsdestabilisierung der Öi-Wassertrennfiäche zu erreichen, wie dies erwähnt ist. In dieser Hinsicht tragen Salze, wie Natriumchlorid in Salzwasser, zu einem ähnlichen Dcstabilisierungseffekt bei, können jedoch zu anderen Problemen führen. Weitere Bohrfluidsystcme umfassen als ^ grenzflächenaktiven Stoff sulfonicrte Salze von Öimolckülen.

Bei der Ausführungsform von Fig.6 wird ein herkömmliches Kiespackungsmaterial 184 ins Innere des Mantelrohrs 100 gepumpt, wodurch das Treibfluid herausgedrückt wird_: nachdem das Bohrloch fertig ist. Eine solche Kiespackung filtert Sand aus. so daß dadurch der umhüllte Bohrschacht nicht rückwärts ausgefüllt wird. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, das zentrale Rohr 122 aus einer flexiblen Stahlwendel herzustellen, deren Windungen im Abstand von etwa 0,4 bis 0,8 mm vorgesehen sind, um eine Stülzstruktur für die Kiespackung zu erhalten und um dadurch ein Produktionssystem an Ort und Stelle zu haben. Die gleiche Technik kann für eine thermische Isolierung einer Verrohrung verwendet bo werden, wobei die Kiespackung durch ein fluides Material ersetzt wird, das an Ort und Stelle thermisch isolierend wirkt.

Bei der in F i g. 7 gezeigten Ausführungsform wird die Vorrichtung nach unten in eine herkömmliche Bohrlochverrohrung 186 geführt, die beispielsweise aus einer Schlitzwandauskleidung besieht. Dann wird Kies eingefüllt, um in dem herkömmlich gebohrten Bohrloch eine Kiespackung 188 zu bilden.

Die in Fig. I gezeigte mittlere Kette 190 hat wenigstens einen Abschnitt, der die Bewegung der Bohrkopfanordnung auf eine festgelegte Ebene begrenzt, während die Anordnung sich frei in einer gekrümmten oder linearen Art und Weise innerhalb dieser Ebene bewegen kann. Dabei ist eine Vielzahl von relativ starren Rohstücken 192 stirnscitig mittels im wesentlichen rechteckiger Laschen 194 verbunden. Alle Laschen 194 sind in derselben Richtung ausgerichtet und bestehen aus Kunststoff, Blech oder dergleichen, so daß sich jede Lasche um eine Achse quer zu ihrer Breite biegen kann, während sie in einer anderen Richtung nicht frei biegbar ist. Auf diese Weise wirkt sie wie ein Rückgrat und läßt eine freie Biegebewegung in nur einer Ebene zu.

Anhand des nachstehenden Beispiels wird die Erfindung weiter erläutert.

Im Labormaßstab wird ein Modell der Vorrichtung hergestellt. Die Bohranordnung hat ein zentrales Rohr 122 mit einem starren vorderen zentralen Rohrsegment, das aus einem flexiblen Schlauchmaterial mit einem Durchmesser im Bereich von 12 bis 38 mm besteht. Das zentrale Rohr ist an seinem hinteren Ende mit einem flexiblen Rohrsegment aus Polyäthylen mit gleichem Durchmesser verbunden. Um das zentrale Rohrsegment herum ist ein äußerer flexibler doppellagigcr umstülpbarer Schlauch aus Polyamidtuch angeordnet. Der gestreckte Durchmesser des Polyamidschlauchs hat einen Außendurchmesser im Bereich von 5 bis 10 cm.

Es wird ein Bohrkopf 160 verwendet, wie er insgesamt in den Zeichnungen dargestellt. Der vordere Abschnitt besteht aus Messing und hat einen maximalen Durchmesser von etwa 5 bis 10 cm.

Das System wird vertikal in einer Sandformation placiert. Durch das zentrale Rohr 122 läßt man Wasser mit einem Einlaßmengenstrom von 7 bis 8 g/min für Sand strömen. Weiterhin strömt Wasser durch den Ring 140 des Mantelrohrs 100 mit 10 bis 20 g/min bei einem Druck von 2 bis 3,5 bar. Ein Teil des Bohrfluids diffundiert radial nach innen und nach außen. Das zentrale Rohr 122 bewegt sich durch den Sand mit 3 bis 15 mm/s.

In dem umstülpbaren Mantelrohr 100 ist ein Lenksegment vorgesehen, um das Mantelrohr 100 aus der Vertikalen in die Horizontale umzulenken. Wenn das Segment den Wendebereich 106 erreicht, dreht sich das Rohr aus der Vertikalen in die I lorizontale. Die an dem vorderen Bereich um den Bohrkopf 160 herum gebildete Aufschlämmung strömt zurück längs der Außenfläche des Mantelrohres 100 durch den äußerer. Ringraum 150. Der Rückwärtsstrom der Aufschlämmung wird durch dieTrcibfiuidleckagcn durch das poröse umstülpbare Rohr unterstützt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen eines verrohrten Bohrloches

— mit einem aus flexiblem Material bestehenden doppelwandigen Mantelrohr (100). dessen Außenrohr (102) an der Oberfläche einer Bodcnfonnation eingespannt und dessen Innenrohr (104) von einem Vorrat (104aJabziehbar ist.

— mit einer an den Ringraum (108) zwischen Innen- und Außenrohr angeschlossenen Treibfluidqudle(132,134),und

— mit einem Bohrkopf (128,160),

— wobei tier Wendebereich (1U6) zwischen innenunci Außenrohr, in dem Innen- und Außenrohr unter Biegung um 180° kontinuierlich ineinander übergehen, am Bohrkopf anliegl und diesen vortreibt,