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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochsystem mit einem
Hauptbohrloch, das sich in eine Erdformation erstreckt, einem Zweigbohrloch,
das sich von einer vorbestimmten Stelle des Hauptbohrloches in die
Erdformation erstreckt, und einer im Hauptbohrloch angeordneten
Auskleidung, wobei das Bohrlochsystem allgemein als Mehrzweig-Bohrlochsystem
bezeichnet wird. Das Zweigbohrloch kann gemeinsam mit dem Hauptbohrloch
in einem einzigen Bohrvorgang erzeugt werden, oder es kann in einem
späteren
Stadium erzeugt werden, nachdem das Hauptbohrloch eine Zeitlang
in Betrieb gewesen ist.
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Im
Falle, daß das
Zweigbohrloch in einem solchen späteren Stadium erzeugt wird,
ist es im allgemeinen unerwünscht,
daß Bohrfluid
und/oder Bohrspäne
in das Innere der Auskleidung des Hauptbohrloches eintreten. Außerdem ist
es im allgemeinen unerwünscht,
daß Kohlenwasserstofffluid
aus der Erdformation an der Kreuzung des Hauptbohrloches und des
Zweigbohrloches in die Auskleidung strömt.
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Ein
Zweigbohrlochsystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus dem
EP-A-0786578 bekannt.
Bei dem bekannten System wird eine rohrförmige Abzweigungsvorrichtung
in eine Auskleidung des Hauptbohrloches eingesetzt. Ringförmige Dichtungsringe
werden in dem Ringraum zwischen der Abzweigungsvorrichtung und der
Auskleidung oberhalb und unterhalb der Abzweigpunkte eingesetzt. Ein
Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die ringförmigen Dichtungsringe
während des
Absenkens der Abzweigungsvorrichtung durch die Auskleidung beschädigt werden
können,
was zu leckenden Dichtungen führen
kann.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein adäquates Mehrzweig-Bohrlochsystem
zu schaffen, welches ein unerwünschtes
Einströmen
von Bohrfluid in die Auskleidung während des Bohrens des Zweigbohrloches verhindert
und welches außerdem
das unerwünschte Einströmen von
Kohlenwaserstofffluid in die Ausklei dung an der Kreuzung des Hauptbohrloches
und des Zweigbohrloches verhindert.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Bohrlochsystem geschaffen, mit einem Hauptbohrloch, das
sich in eine Erdformation erstreckt, einem Zweigbohrloch, das sich
von einer vorbestimmten Stelle des Hauptbohrloches in die Erdformation
erstreckt, einer Auskleidung, die in dem Hauptbohrloch angeordnet
ist, einer Abzweigungsvorrichtung, die in der Auskleidung angeordnet
und mit einer Leitung verbunden ist, die sich durch die Auskleidung
zu einer Bohrlocheinrichtung an der Oberfläche erstreckt, wobei die Abzweigungsvorrichtung
eine Hauptbohrung in Fluidverbindung mit der Bohrlocheinrichtung über die
Leitung und eine Zweigbohrung aufweist, die eine Fluidverbindung
zwischen der Hauptbohrung und dem Zweigbohrloch über eine Fensteröffnung herstellt,
die in der Auskleidung vorgesehen ist, wobei eine Dichtung zwischen
der Abzweigungsvorrichtung und der Innenfläche der Auskleidung vorgesehen
ist, welche Dichtung sich um die Fensteröffnung herum erstreckt, um
eine Fluidverbindung zwischen der Fensteröffnung und dem Inneren der
Auskleidung zu verhindern.
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Die
Fensteröffnung
steht in Fluidverbindung mit der Zweigbohrung der Abzweigungsvorrichtung und
mit dem Zweigbohrloch. Da die Dichtung eine Fluidverbindung zwischen
der Fensteröffnung
und dem Inneren der Auskleidung verhindert, wird Bohrfluid, das
in der Zweigbohrung und in dem Zweigbohrloch während des Bohrens desselben
vorhanden ist, daran gehindert, in das Innere der Auskleidung einzutreten.
Die Dichtung verhindert auch, daß irgendein Kohlenwasserstofffluid,
das in der Zweigbohrung und in dem Zweigbohrloch vorhanden ist, während der
Förderung
von Kohlenwasserstofffluid in das Innere der Auskleidung eintritt.
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Das
Hauptbohrloch erstreckt sich im allgemeinen von der Oberfläche durch
eine obere Erdschicht und eine Deckgesteinsschicht in einen Vorrat an
Kohlenwasserstofffluid der Erdformation. Das Zweigbohrloch kann
zweckmäßig in eine
Kohlenwasserstofffluid enthaltende Zone der Erdformation in relativ
großem
Abstand von dem Hauptbohrloch gebohrt werden, wenn die Abzweigungsvorrichtung
relativ hoch in dem Hauptbohrloch, zweckmäßig in der oberen Erdschicht,
angeordnet ist.
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Zweckmäßig ist
das Hauptbohrloch ein bestehendes Bohrloch, und das Zweigbohrloch
wird nach einer Zeitspanne gebohrt, nachdem das Hauptbohrloch in
Betrieb genommen worden ist, um Kohlenwasserstofffluid zu fördern.
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Die
Erfindung wird nachfolgend detaillierter und an einem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigen:
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1 schematisch einen Längsquerschnitt eines
Ausführungsbeispieles
des Bohrlochsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung während
des Bohrens;
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2 schematisch einen Querschnitt
A-A von 1;
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3 schematisch einen Querschnitt
B-B von 2;
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4 schematisch einen Längsquerschnitt des
Ausführungsbeispieles
nach 1 während der Förderung
von Kohlenwasserstofffluid.
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Die 1 und 2 zeigen ein Bohrlochsystem mit einem
Hauptbohrloch 1, das in einer Erdformation 3 ausgebildet
ist, wobei das Hauptbohrloch mit einer Auskleidung 5 versehen
ist, die eine konventionelle Auskleidung oder eine expandierbare
Aus kleidung sein kann. Das Hauptbohrloch erstreckt sich von der Erdoberfläche (nicht
gezeigt) zu einem nicht gezeigten Vorrat an Kohlenwasserstofffluid
der Erdformation, wobei die Richtung von der Oberfläche zum
Vorrat mit dem Pfeil 7 angezeigt ist.
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Eine
Abzweigungsvorrichtung in Form eines Dornes 9 ist in dem
Bohrloch 1 angeordnet, wobei der Dorn 9 mit einer
oberen rohrförmigen
Leitung 10a verbunden ist, die sich durch die Auskleidung 5 zu
einem Bohrturm oder zu einem Turm für eine gewickelte Verrohrung
an der Oberfläche
(nicht gezeigt) erstreckt, und mit einer unteren rohrförmigen Leitung 10b,
die sich durch die Auskleidung 5 zu einem nicht gezeigten
Einlaß für Kohlenwasserstofffluid
erstreckt, der in einem unteren Teil des Hauptbohrloches 1 vorgesehen
ist. Der Dorn 9 hat eine Hauptbohrung 12 in Fluidverbindung
mit dem Bohrturm über
die obere rohrförmige
Leitung 10 und in Fluidverbindung mit dem Einlaß für Kohlenwasserstofffluid über die
untere Leitung 10b. Der Dorn 9 hat ferner eine
Zweigbohrung 14, die sich von der Hauptbohrung 12 zu
einer Fensteröffnung 16 erstreckt,
die in der Auskleidung 5 ausgebildet ist. Ein Zweigbohrloch 18 erstreckt
sich von der Fensteröffnung 16 in
die Erdformation 3, wobei das Zweigbohrloch 18 mit
der Zweigbohrung 14 des Dornes 9 ausgerichtet
ist. Ein Bohrstrang 19 erstreckt sich von dem Bohrturm über die
Leitung 10, das Hauptbohrloch 12, die Zweigbohrung 14 und
die Fensteröffnung 16 in
das Zweigbohrloch 18. Der Bohrstrang ist an seinem unteren
Ende mit einem Bohrstück
(nicht gezeigt) versehen. Eine Dichtungs-/Ablenkkeilanordnung 21 mit
einer Dichtung 21a und einem Ablenkkeil 21b ist
in der Hauptbohrung 12 unterhalb der Kreuzung mit der Zweigbohrung 14 angeordnet.
Die Dichtung 21a dichtet den unteren Teil der Hauptbohrung 12 und
stützt
den Ablenkkeil 21b in einer solchen Position, daß der Bohrstrang
von der Hauptbohrung 12 in die Zweigbohrung 14 geführt wird.
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Eine
ovale Endlosdichtung 20 ist zwischen dem Dorn 9 und
der Innenfläche
der Auskleidung 5 angeordnet und erstreckt sich um die
Fensteröffnung 16 der
Auskleidung und ist in einer ovalförmigen Nut 22 fixiert,
die an der Außenfläche des
Dornes 9 vorgesehen ist. Die Dichtung 20 besteht
aus verformbarem Metallmaterial oder Elastomermaterial, oder einer
Kombination derselben.
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Ein
Körper
aus Bohrfluid 24 ist in dem Raum zwischen dem Bohrstrang 19 einerseits
und der Leitung 10a, der Hauptbohrung 12, der
Zweigbohrung 14, der Fensteröffnung 16 und dem
Zweigbohrloch 18 anderseits vorgesehen.
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Der
Dorn ist mit Sekundärbohrungen 26, 28 versehen.
Ein Spiel 30 ist zwischen der Außenfläche des Dornes 9 und
der Innenfläche
der Auskleidung 5 vorhanden. Die Sekundärbohrungen 26, 28 und
das Spiel 30 stehen je in Fluidverbindung mit dem Inneren
der Auskleidung 5 unterhalb und oberhalb des Dornes 9.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 3 werden
der Dorn 9 und die Dichtung 20 an der Seite der Fensteröffnung 16 unter
der Wirkung von zwei Betätigungselementen 32, 34 gegen
die Innenfläche
der Auskleidung 5 gedrückt.
Jedes Betätigungselement 32, 34 ist
in einer Ausnehmung 36, 38 des Dornes 9 an
der Außenfläche desselben
angeordnet und umfaßt
ein Paar von keilförmigen
Elementen in Form von Schiebern 40, 42, die zwischen
einer ausgefahrenen Position und einer zurückgezogenen Position bewegbar
sind, in welcher sich die Schieber 40, 42 in einem
kleineren gegenseitigen Abstand als in der ausgefahrenen Position
befinden. Jeder Schieber 40, 42 hat eine erste
Kontaktfläche 44, 46,
die mit der Innenfläche
der Auskleidung 5 ausgerichtet ist und mit dieser in Berührung steht,
und eine zweite Kontaktfläche 48, 50,
die mit einer geneigten Fläche 52, 54 des Dornes
ausgerichtet ist und mit dieser in Berührung steht. Die erste Kontaktfläche 44, 46 ist
mit gehärteten
Metallzähnen
(nicht gezeigt) versehen, um die Haltekraft der ersten Fläche gegen
die Auskleidung zu verbessern. Die Neigungsrichtung der geneigten Flächen 50, 52 ist
derart, daß die
Betätigungselemente 32, 34 nach
einer Bewegung der Schieber 40, 42 aus der expandierten
Position in eine zurückgezogene
Position radial expandieren. Ein Memorymetallelement 56 verbindet
die Schieber 40, 42, wobei das Element 56 bei
Erreichen der Übergangstemperatur die
Schieber 40, 42 aus der ausgefahrenen Position in
die zurückgezogenen
Position bewegt.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist
in dieser das Bohrlochsystem nach den 1-3 gezeigt, wobei der Bohrstrang 19 und
die Ablenkkeil-/Dichtungsanordnung 21 aus dem Bohrlochsystem
entfernt sind. Ein rohrförmiges
Futter 62 erstreckt sich von der Zweigbohrung 14 über die
Fensteröffnung 16 in
das Zweigbohrloch 18. Der obere Endteil des Futters 62 erstreckt
sich in die Zweigbohrung 14 und ist mit einem ringförmigen Dichtelement 64 versehen,
das zwischen einem radial zurückgezogenen
Zustand, in welchem ein Spiel zwischen dem Dichtelement 64 und
der Zweigbohrung 14 vorhanden ist, und einem radial expandierten
Zustand bewegbar ist, in welchem das Futter an der Zweigbohrung 14 abdichtend anliegt.
Das Dichtelement 64 umfaßt einen Memorymetallbetätiger (nicht
gezeigt), um das Dichtelement aus dem radial zurückgezogenen Zustand in den
radial expandierten Zustand zu bewegen. Der Bohrturm an der Oberfläche ist
durch eine Fördereinrichtung
für Kohlenwasserstofffluid
(nicht gezeigt) ersetzt worden.
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Während des
Normalbetriebes ist das Hauptbohrloch 1 ein bestehendes
Bohrloch, und das Zweigbohrloch 18 wird von dem bestehenden
Bohrloch aus gebohrt. Jedes Memorymetallelement 56 befindet
sich unterhalb seiner Übergangstemperatur, so
daß sich
die Betätigungselemente 32, 34 in
ihrer ausgefahrenen Position befinden. Der Dorn 9 wird durch
die Auskleidung 5 in eine Position abgesenkt, in welcher
das Zweigbohrloch begonnen werden soll, wobei während des Absenkens der Dorn
in der Auskleidung 5 durch entsprechende Zentralisierer
(nicht gezeigt) zentralisiert wird, um die Dichtung 20 vor
einer Berührung
mit der Auskleidung zu schützen. Wenn
der Dorn 9 an der erwünschten
Position angeordnet ist, wird eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt) über die
obere rohrförmige
Leitung 10a in das Hauptbohrloch 12 abgesenkt,
wobei die Heizvorrichtung betätigt
wird, um die Memorymetallelemente 56 zu erhitzen. Bei Erreichen
ihrer Übergangstemperatur werden
die Memorymetallelemente 56 zurückgezogen und bewegen dadurch
die Schieber 40, 42 aus der expandierten Position
in die zurückgezogene
Position. Dadurch werden die Schieber 40, 42 fest
gegen eine Seite der Innenfläche
der Auskleidung 5 gepreßt, und die Dichtung 20 wird
fest gegen die gegenüberliegende
Seite der Innenfläche
der Auskleidung 5 gepreßt. Der Dorn wird damit in
der Auskleidung verankert und die Dichtung 20 verformt
sich, um eine Metallgegen-Metall-Abdichtung gegen die Auskleidung
zu bilden.
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Die
Dichtungs-/Abkeilanordnung 21 wird dann über die
obere Leitung 10a in die Hauptbohrung 12 abgesenkt
und in der Hauptbohrung 12 fix positioniert, indem die
Dichtung 21a betätigt
wird. Der Bohrstrang 19 wird dann durch die obere Leitung 10a in das
Hauptbohrloch 12 abgesenkt. Bei Erreichen des Ablenkkeiles 21b wird
der Bohrstrang 19 durch den Ablenkkeil 21b in
die Zweigbohrung 14 geführt,
bis das Bohrstück
die Innenfläche
der Auskleidung 5 berührt.
Der Bohrstrang wird dann gedreht und fräst dadurch die Fensteröffnung 16 der
Auskleidung 5, und bohrt danach das Zweigbohrloch 18.
Bohrfluid wird in üblicher
Weise durch den Bohrstrang 19 zu dem Bohrstück und von
dort durch das Zweigbohrloch 18, die Zweigbohrung 14,
die Hauptbohrung 12 und die obere Leitung 10a zur
Oberfläche
zirkuliert. Die Dichtung 20 verhindert, daß Bohrfluid
und Bohrspäne
in den Raum 60 zwischen der Auskleidung 5 einerseits und
dem Dorn 9, der oberen Leitung 10a und der unteren
Leitung 10b anderseits eintreten. Das Bohren wird fortgesetzt,
bis das Zweigbohrloch 18 die Kohlenwasserstofffluid enthaltende
Zone (nicht gezeigt) der Erdformation erreicht. Während des
Bohrens wird der Raum 60 mit Wasser, Sole oder Luft gefüllt.
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Nachdem
das Bohren beendet ist, wird der Bohrstrang 19 aus dem
Bohrlochsystem entfernt, und das Futter 62 wird über die
obere Leitung 10a in die Zweigbohrung 14 und von
dort in das Zweigbohrloch 18 abgesenkt. Eine Heizvorrichtung
(nicht gezeigt) wird in den oberen Endteil des Futters 62 abgesenkt
und betätigt,
wodurch die Temperatur des Memorymetallbetätigers bis über seine Übergangstemperatur ansteigt
und das Dichtelement 64 veranlaßt wird, radial zu expandieren
und dadurch das Futter 62 gegen die Innenfläche der
Zweigbohrung 14 abzudichten. Das Futter 62 wird
in dieser Position durch einen konventionellen Futteraufhänger (nicht
gezeigt) aufgehängt.
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Kohlenwasserstofffluid
wird dann aus der Erdformation gefördert, wobei das Kohlenwasserstofffluid
in einem ersten Strom über
die Leitung 10b, die Hauptbohrung 12 und die Leitung 10a zu
der Fördereinrichtung
für Kohlenwasserstofffluid
und in einem zweiten Strom aus der Kohlenwasserstofffluid enthaltenden
Zone in das Futter 62 und von dort über die Hauptbohrung 12 in
die obere Leitung 10a strömt, wobei der erste Strom und
der zweite Strom vereinigt werden. Während der Förderung von Kohlenwasserstofffluid
verhindert die Dichtung 20 das Ausströmen von Kohlenwasserstofffluid
aus der Zweigbohrung 14 in den Raum 60, falls
das Dichtelement 64 versagen sollte. Außerdem verhindert die Dichtung 20 das
Einströmen
von Kohlenwasserstofffluid aus der Erdformation 3 über die
Fensteröffnung 16 in
den Raum 60.
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Zweckmäßig ist
die Auskleidung 5 mit einem Einlaß (nicht gezeigt) versehen,
der in Fluidverbindung mit einem Vorrat an Kohlenwasserstofffluid
der Erdformation 3 steht, wobei während des Bohrens und/oder
während
der Förderung
von Kohlenwasserstofffluid Kohlenwasserstofffluid aus dem Vorrat über den
Einlaß in
die Auskleidung 5 und von dort über den Raum 60, die
Sekundärbohrungen 26, 28 und das
Spiel 30 zur Oberfläche
gefördert
wird.
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Es
versteht sich, daß das
Bohrlochsystem statt eines einzigen Zweigbohrloches eine Vielzahl von
Zweigbohrlöchern
aufweisen kann, die mit dem Hauptbohrloch in unterschiedlicher Tiefe
verbunden sind, wobei jedes Zweigbohrloch auf die vorstehend beschriebene
Weise erzeugt und beschrieben wird.
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Statt
einer einzigen Endlosdichtung, die zwischen dem Dorn und der Innenfläche der
Auskleidung angeordnet ist, kann das Bohrlochsystem eine Vielzahl
derartiger Dichtungen aufweisen, die mit unterschiedlichen gegenseitigen
Abständen
von der Fensteröffnung
angeordnet sind.
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Statt
Drehen des Bohrstückes
durch Drehen des Bohrstranges an der Oberfläche, kann das Bohrstück auch
durch einen Bohrlochmotor gedreht werden, der in dem Bohrstrang
eingebaut ist.
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Statt
des Bohrens der Fensteröffnung,
nachdem der Dorn in der Auskleidung installiert ist, kann die Fensteröffnung auch
gefräst
und das Hauptbohrloch gebohrt werden, bevor der Dorn installiert
wird. Um den Dorn genau mit der Fensteröffnung der Zweigbohrung auszurichten,
kann diese mit einem federbelasteten Bremsblock versehen sein, der
in der Zweigbohrung durch ein Aufhängesystem, wie eine Nut und
Nasenführung,
aufgehängt
ist. Der Bremsblock erzeugt eine Bremswirkung gegen die Auskleidung,
während
der Dorn in die Auskleidung läuft.
Sobald der Dorn an der Tiefe der Fensteröffnung angelangt ist, wird
der Dorn betätigt,
bis der Bremsblock in die Fensteröffnung eintritt, wodurch eine
formschlüssige
Anordnung des Dornes relativ zur Fensteröffnung erzielt wird. Nachdem
die Schieber durch den federbelasteten Bremsblock betätigt sind,
wird dieser aus dem Bohrloch entfernt, d.h. es wird ein Finish-Werkzeug
an dem Bohrrohr oder der gewickelten Verrohrung verwendet.
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Eine
oder mehrere der Sekundärbohrungen können für einen
Durchgang von elektrischen Kabeln oder hydraulischen Leitungen zur
Energieübertragung
oder Kommunikation verwendet werden.