DE60214181T2

DE60214181T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer kiespackung in einem bohrloch

Info

Publication number: DE60214181T2
Application number: DE60214181T
Authority: DE
Inventors: G. Lloyd Granbury JONES
Original assignee: ExxonMobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: EA005189B1; NO20035203D0; AU2002259298B2; DE60214181D1; CN1311142C; AR033767A1; EP1402149B1; CA2447654C; EP1402149A4; EP1402149A1; NO335150B1; MXPA03010625A; US20020174984A1; MY130882A; EA200301296A1; ATE337468T1; BR0209999B1; WO2002097237A1; OA12603A; BR0209999A

Description

1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kiespackung von Bohrlöchern und in einem ihrer Aspekte ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versehen von langen Abschnitten eines Bohrlochs mit einer Kiespackung.
2. Hintergrund der Erfindung
Bei der Förderung von Kohlenwasserstoffen oder Ähnlichem aus bestimmten unterirdischen Formationen ist es nicht ungewöhnlich, dass große Volumina von körnigem Material (z.B. Sand) zusammen mit den Fluiden der Formation gefördert werden. Die Förderung dieses Sandes muss kontrolliert werden oder kann die ökonomische Lebensdauer des Bohrlochs ernsthaft beeinträchtigen. Eine der am häufigsten verwendeten Techniken zur Kontrolle des Sandes ist eine, die als "Kiespackung" bekannt ist.
Bei einer typischen Kiespackungsauskleidung wird eine Verkleidung oder Ähnliches in dem Bohrloch benachbart zu dem Abschnitt, der ausgekleidet werden soll, angeordnet, und ein Schlamm eines körnigen Materials (d.h. "Kies") wird hinunter in das Bohrloch und in den Ringraum gepumpt, der die Verkleidung umgibt. Da Flüssigkeit aus dem Schlamm in die Formation und/oder durch die Verkleidung verlorengeht, wird der Kies in dem Ringraum deponiert, um eine durchlässige Masse um die Verkleidung zu bilden, die wiederum erlaubt, dass gefördertes Fluid in die Verkleidung fließt, während jegliches körnige Material im Wesentlichen ausgesiebt wird.
Ein großes Problem bei Kiespackungen ist es, insbesondere wo lange oder geneigte Abschnitte ausgekleidet werden sollen, sicherzustellen, dass der Kies über den auszukleidenden Abschnitt verteilt wird. Das heißt, dass die Kiespackung, wenn der Kies nicht über den gesamten auszukleidenden Abschnitt verteilt ist, nicht gleichmäßig ist und Hohlräume darin vorhanden sind, die deren Wirksamkeit verringern.
Eine schlechte Verteilung des Kieses über einen Abschnitt wird häufig durch den vorzeitigen Verlust von Flüssigkeit aus dem Kiesschlamm in die Formation verursacht, wenn der Kies platziert wird. Dieser Verlust von Fluid kann die Bildung von "Sandbrücken" in dem Ringraum verursachen, die wiederum einen weiteren Strom des Schlamms durch den Bohrlochringraum blockieren, was die Platzierung von ausreichend Kies (a) unter der Brücke bei einer Packungsherstellungsweise von oben nach unten oder (b) über der Brücke bei einer Packungsherstellungsweise von unten nach oben verhindert.
Um dieses Problem zu verringern, sind nun "Alternativ-Weg"-Bohrwerkzeuge (z.B. Bohrlochverkleidungen) entwickelt worden, die eine gute Verteilung des Kieses über den gesamten Auskleidungsabschnitt vorsehen, sogar wenn sich Sandbrücken bilden, bevor der gesamte Kies angeordnet worden ist. In Alternativ-Weg-Bohrwerkzeugen erstrecken sich mit Löchern versehene Zweigrohre entlang der Länge des Werkzeugs und nehmen Kiesschlamm auf, wenn er in den Ringraum des Bohrlochs eintritt, der das Werkzeug umgibt. Wenn sich eine Sandbrücke in dem Ringraum bildet, kann der Schlamm dennoch durch die mit Löchern versehenen Zweigrohre fließen, um in unterschiedlichen Ebenen in dem Ringraum über und/oder unter der Brücke abgegeben zu werden, um dabei die Kiespackung in dem Ringraum zu vervollständigen. Für eine vollständigere Beschreibung der verschiedenen Alternativ-Weg-Bohrwerkzeuge (z.B. Kiespackungsverkleidungen), und wie diese arbeiten, wird auf die US-Patente 4,945,991, 5,082,052, 5,113,935, 5,515,915 und 6,059,032 verwiesen.
Alternativ-Weg-Bohrwerkzeuge, wie beispielsweise die oben Beschriebenen, sind verwendet worden, um relativ dicke Bohrloch-Abschnitte (d.h. 30,5 m (100 Fuß) oder mehr) in einem einzigen Arbeitsschritt mit einer Kiespackung zu versehen. Bei einer solchen Vorgehensweise ist das Trägerfluid in dem Kiesschlamm typischerweise aus einem hoch-viskosen Gel (d.h. größer als etwa 30 Zentipoise). Die hohe Viskosität des Trägerfluids sorgt für den hohen Strömungswiderstand, der notwendig ist, um die Stützmittel (z.B. Sand) in Suspension zu halten, während der Schlamm durch die kleinen, beabstandeten Öffnungen entlang der mit Löchern versehenen Zweigrohre in die unterschiedlichen Ebenen des Ringraums in dem Auskleidungsabschnitt gepumpt wird. Wie dem Fachmann jedoch klar ist, ist es häufig vorteilhaft, ein Fluid mit einer geringen Viskosität (z.B. Wasser, dünne Gele oder Ähnliches mit etwa 30 Zentipoise oder weniger) als Trägerfluid für den Kiesschlamm zu verwenden, da solche Schlämme billiger sind, weniger Schaden an der Abbauformation verursachen, den Kies schneller freigeben, als solche Schlämme, die mit viskoseren Gelen gebildet sind, usw.
Leider kann die Verwendung von Schlämmen mit niedriger Viskosität einige Probleme aufwerfen, wenn sie in Verbindung mit "Alternativ-Weg"-Verkleidungen zum Vorsehen von Kiespackungen über lange, geneigte oder horizontale Abschnitte eines Bohrlochs verwendet werden. Dies ist primär durch das niedrigviskose Trägerfluid verursacht, das vorzeitig durch die beabstandeten Auslässe (d.h. die Löcher) in den Zweigrohren "verloren" geht, was dabei verursacht, dass das/die Zweigrohr(e) selbst an einer oder mehreren Löchern darin versanden, was den weiteren Fluss von Schlamm durch das blockierte Zweigrohr blockiert. Wenn dies geschieht, gibt es keine Sicherheit, dass Schlamm in alle Ebenen in dem Abschnitt ausgebracht wird, der mit einer Kiespackung versehen wird, was wiederum zu einer Kiespackung in dem Auskleidungsabschnitt führt, die geringer als erwünscht ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Bohrwerkzeug und ein Verfahren zum Versehen von einem langen oder geneigten Auskleidungsabschnitt eines Bohrlochs mit einer Kiespackung bereit, wobei der Kies über den Abschnitt verteilt wird, auch wenn ein niedrig-viskoser Schlamm verwendet wird. Grundsätzlich wird eine Bohrlochverkleidung mit dem Schlammverteilungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung daran an einem Arbeitsstrang in den Auskleidungsabschnitt abgesenkt. Das Schlammverteilungssystem weist eine Vielzahl von Zwischenverteilern auf, die entlang der Länge der Verkleidung beabstandet sind und die für eine Flüssigkeit miteinander in Verbindung stehen. Schlamm, der ein niedrig-viskoses Trägerfluid (z.B. Wasser) und ein Stützmittel (z.B. Sand) aufweist, wird nach unten in das Bohrloch gepumpt und in den ersten Zwischenverteiler eingebracht.
Wo die Bohrlochverkleidung verwendet werden soll, um einen Abschnitt in einem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch auszukleiden, kann der Schlamm zu dem ersten Zwischenverteiler über zumindest ein Zuführrohr zugeführt werden, das an dessen oberem Ende offen ist. Wo die Bohrlochverkleidung verwendet werden soll, um einen Abschnitt in einem im Wesentlichen horizontalen Bohrloch auszukleiden, kann ein Zuführverteiler vorgesehen werden, der für eine Flüssigkeit mit dem ersten Zwischenverteiler über zumindest ein Zuführrohr in Verbindung steht und der Schlamm direkt von einem Kreuzstück oder Ähnlichem in dem Arbeitsstrang erhält.
Jeder Zwischenverteiler hat wenigstens ein oberes Zweigrohr, das sich davon nach oben erstreckt, und wenigstens ein unteres Zweigrohr, das sich davon nach unten erstreckt. Wenn ein Zuführverteiler vorhanden ist, hat er nur (ein) nach unten laufende(s) Zweigrohr(e), die sich davon erstrecken. Jedes Zweigrohr ist durch eine Vielzahl von Ausgangsöffnungen mit Löchern versehen, die entlang des äußeren Abschnitts des Rohres beabstandet sind. Ein Abschnitt von dem Einlassende von jedem Rohr (z.B. zwischen etwa 0,61 m (2 Fuß) und etwa der halben Gesamtlänge des Rohres) werden vorzugsweise freigelassen (d.h. ohne Öffnungen). Dies erzeugt eine turbulente Strömung und verhindert einen Fluidverlust aus dem Schlamm, wenn er in die Zweigrohre fließt, wobei die Stützmittel in Suspension gehalten werden, bis sie die Rohre durch die darin vorhandenen Öffnungen verlassen.
Wenn der Schlamm den ersten Zwischenverteiler füllt, fließt er im Wesentlichen gleichzeitig nach oben durch das obere Zweigrohr und nach unten durch das untere Zweigrohr und verlässt die entsprechenden Rohre in Zonen, die voneinander in dem Ringraum, der die Verkleidung umgibt, beabstandet sind.
Der Schlamm fließt dann durch ein Zuführrohr von dem ersten Zwischenverteiler in einen zweiten Verteiler, von dem der Schlamm wieder sowohl nach oben als auch nach unten im Wesentlichen gleichzeitig durch die entsprechenden Zweigrohre fließt, die für eine Flüssigkeit mit dem zweiten Zwischenverteiler in Verbindung stehen, und aus den Öffnungen darin in unterschiedliche Zonen, die voneinander in dem Ringraum beabstandet sind. Durch Überlappen der Öffnungen in einem unteren Zweigrohr eines oberen Verteilers mit den Öffnungen eines oberen Zweigrohres eines unteren Verteilers wird Schlamm in den kompletten Abschnitt abgegeben, der zwischen zwei entsprechenden Verteilern liegt. Durch Vorsehen von ausreichend Zwischenverteilern, die sich über den Abschnitt, der ausgekleidet werden soll, erstrecken, wird Kies sogar in alle Zonen in dem Abschnitt verteilt, wenn ein niedrig-viskoser Schlamm verwendet wird und/oder wenn eine Sandbrücke sich in dem Ringraum bilden sollte, bevor die Kiespackung vollständig ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Bohrwerkzeug umfassend:
ein Verkleidungsabschnitt und
ein Schlammverteilungssystem mit:
einer Vielzahl von Zwischenverteilern, wobei die Verteiler voneinander entlang des Verkleidungsabschnitts beabstandet sind,
wenigstens einem undurchlöcherten Zuführrohr, das benachbarte Paare von Zwischenverteilern für eine Flüssigkeit miteinander verbindet,
wenigstens einem oberen Zweigrohr, das für eine Flüssigkeit mit jedem der Zwischenverteiler verbunden ist und sich davon nach oben entlang des Verkleidungsabschnitts erstreckt, wobei das wenigstens eine obere Zweigrohr Öffnungen hat, die entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon beabstandet sind,
wenigstens einem unteren Zweigrohr, das für eine Flüssigkeit mit jedem der Zwischenverteiler verbunden ist und sich nach unten davon entlang des Verkleidungsabschnitts erstreckt, wobei das wenigstens eine untere Zweigrohr Öffnungen hat, die entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon beabstandet sind, und
Mitteln, die ausgestaltet sind, um Schlamm zu der Vielzahl der Verteiler zuzuführen.
Mittel, die ausgestaltet sind, um Schlamm zu der Vielzahl von Verteilern zuzuführen, umfassen vorzugsweise ein undurchlöchertes Zuführrohr, das für eine Flüssigkeit mit dem ober sten der Vielzahl von Zwischenverteilern verbunden ist und sich davon nach oben erstreckt, wobei das Zuführrohr an dessen oberen Ende offen ist, wobei das Ende ausgestaltet ist, um den Schlamm aufzunehmen, wenn der Schlamm in den Auskleidungsabschnitt um das Werkzeug fließt, oder sie weisen einen Zuführverteiler auf, der ausgestaltet ist, den Schlamm aufzunehmen, wenn der Schlamm in den Auskleidungsabschnitt fließt, und wenigstens ein undurchlöchertes Zuführrohr, das den Zuführverteiler mit der Vielzahl von Zwischenverteilern für eine Flüssigkeit verbindet.
In dem letzteren Fall kann das Bohrwerkzeug wenigstens ein unteres Zweigrohr umfassen, das für eine Flüssigkeit mit dem Zuführverteiler verbunden ist und sich nach unten entlang der Verkleidung erstreckt, wobei das wenigstens eine untere Zweigrohr Öffnungen hat, die entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon beabstandet sind.
Die Bohrlochverkleidung kann ferner ein Ventil in dem wenigstens einen Zuführrohr umfassen, um anfänglich einen Strom durch das Zuführrohr zu blocken, und kann ausgestaltet sein, um zu öffnen, wenn der Druck in dem Zuführverteiler auf einen vorbestimmten Wert anwächst.
Vorzugsweise sind die Öffnungen in dem wenigstens einen oberen und dem wenigstens einen unteren Zweigrohr beabstandet entlang der äußeren Länge von den jeweiligen Zweigrohren, wobei ein Abschnitt der Länge von jedem der Rohre an dem Einlassende davon frei bleibt, wobei die Länge des freien Abschnitts typischerweise zwischen 0,61 m (2 Fuß) und etwa der Hälfte der Gesamtlänge des Rohres liegt.
Die Öffnungen in dem wenigstens einen oberen Zweigrohr, das sich nach oben von einem aus der Vielzahl von Zwischenverteilern erstreckt, können mit den Öffnungen in dem wenigstens ei nen unteren Zweigrohr, das sich nach unten von einem anderen aus der Vielzahl von Zwischenverteilern erstreckt, überlappen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der tatsächliche Aufbau, die Betriebsweise und die offensichtlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen klarer, die nicht notwendigerweise maßstäblich sind und in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, wobei
1 eine vereinfachte Darstellung eines Alternativ-Weg-Werkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines detaillierten Ausführungsbeispiels des Alternativ-Weg-Werkzeugs aus 1 ist,
3 ein Schnitt entlang der Linie 3-3 in 2 ist,
4 eine teilweise geschnittene Ansicht des oberen Endes eines unteren Zuführrohres der Vorrichtung aus 2 ist, die einen Typ einer Ventileinrichtung darstellt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und
5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines oberen Endes eines anderen unteren Zuführrohres der Vorrichtung aus 2 ist, die einen anderen Typ einer Ventileinrichtung darstellt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Während die Erfindung zusammen mit deren bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wird, ist es klar, dass diese Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Im Gegenteil ist von der Erfindung beabsichtigt, alle Alternativen, Veränderungen und Äquivalente abzudecken, die von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den angefügten Ansprüchen definiert ist, umfasst werden können.
BESTER BEKANNTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Insbesondere auf die Zeichnungen Bezug nehmend, stellen 1 und 2 das Konzept und ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Bohrwerkzeuges 10 in einer betriebsbereiten Stellung in dem unteren Ende eines Förder- und/oder Einblasbohrlochs 11 dar. Das Bohrloch 11 erstreckt sich von der Oberfläche (nicht dargestellt) und durch einen Auskleidungsabschnitt, der als einer dargestellt ist, der eine Länge oder Dicke hat, die sich vertikal entlang des Bohrlochs 11 erstreckt, und der aus Zonen A, B, C, D und E (nur so in 1 der Klarheit halber bezeichnet) aufgebaut ist. Das Bohrloch 11, wie es in 2 dargestellt ist, ist mit einer Wandung 12 ausgekleidet, die Löcher 14 über den Auskleidungsabschnitt verteilt hat, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Während das Bohrloch 11 sowohl in 1 als auch in 2 als im Wesentlichen vertikales, ausgekleidetes Bohrloch dargestellt ist, sollte erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung in gleicher Weise in "Offen-Loch"- und/oder nachgebohrten Auskleidungen sowie in horizontalen und/oder geneigten Bohrlöchern verwendet werden kann. Da die vorliegende Erfindung für die Verwendung in horizontalen und geneigten Bohrlöchern anwendbar ist, sind die Begriffe "oberes und unteres", "oben und unten" usw., wie sie hierin verwendet werden, relative Begriffe, und von ihnen ist beabsichtigt, sich auf entsprechenden Positionen in einem besonderen Bohrloch zu beziehen, während von dem Begriff "Ebenen", wenn er verwendet wird, beabsichtigt ist, sich auf entsprechende Positionen zu beziehen, die entlang des Bohrlochs zwischen den Enden des Auskleidungsabschnitts liegen.
Das Bohrwerkzeug 10 (z.B. die Kiespackungsverkleidung, die in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt ist) kann eine einzige Länge haben oder, was wahrscheinlicher ist und in 2 gezeigt ist, aus mehreren Verbindungen 15 aufgebaut sein, die miteinander über Gewindekupplungen 16 oder Ähnliches verbunden sind, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Wie in 2 gezeigt, ist jede Verbindung 15 der Kiespackungsverkleidung 10 grundsätzlich identisch mit jeder anderen, und jede weist ein mit Löchern versehenes Basisrohr 17 auf, das einen zusammenhängenden Abschnitt eines Manteldrahts 19 aufweist, der darum gewickelt ist, was einen verkleideten Abschnitt darin bildet. Während das Basisrohr 17 als eines dargestellt ist, das eine Vielzahl von Löchern 18 darin hat, sollte erkannt werden, dass andere Typen von durchlässigen Basisrohren, z.B. geschlitzte Rohre usw., verwendet werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Jeder Windung des Manteldrahts 19 ist leicht von den benachbarten Windungen beabstandet, um dadurch Fluiddurchgänge (nicht dargestellt) zwischen den entsprechenden Windungen des Drahts zu bilden, wie es herkömmlicherweise in vielen kommerziell erhältlichen Manteldrahtverkleidungen, z.B. BAKERWELD^TM Kiespackungsverkleidungen, Baker Sand Control, Houston, TX, gemacht wird. Während wiederum ein Typ einer Verkleidung 19 speziell beschrieben worden ist, sollte erkannt werden, dass von dem Begriff "Verkleidung", wie er in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, beabsichtigt ist, generisch zu sein, und von ihm ist beabsichtigt, alle Typen von ähnlichen Bohrwerkzeugen zu umfassen und abzudecken, die bei Kiespackungsarbeiten verwendet werden (z.B. kommerziell erhältliche Verkleidungen, geschlitzte oder mit Löchern versehene Auskleidungen oder Rohre, verkleidete Rohre, vorgepackte oder doppelt vorgepackte Verkleidungen und/oder Auskleidungen, oder Kombinationen davon).
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Bohrwerkzeug 10 ein Kiesschlammverteilungssystem, das eine Vielzahl von Verteilern 20 (z.B. 20a, 20b, 20c) umfasst, die wiederum entlang des Bohrwerkzeugs 10 angeordnet sind. Wie in 2 dargestellt, ist jeder Verteiler, primär zur Erleichterung des Zusammenbaus beim Aufbau eines langen Bohrwerkzeugs 10 im Feld, vorzugsweise bei oder nahe einer entsprechenden Gewindekupplung 16. angeordnet. Demgemäß ist der Abstand zwischen entsprechenden Verteilern typischerweise ungefähr gleich der Länge einer Verbindung 15, z.B. 6,1 bis 9,14 m (20 bis 30 Fuß). Natürlich können die Verteiler entlang des Bohrwerkzeugs 10 in unterschiedlicher Weise positioniert und beabstandet sein, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Jedes Paar von benachbarten Zwischenverteilern (z.B. 20b und 20c) ist für eine Flüssigkeit durch wenigstens eine Länge eines Zuführrohres 25 miteinander verbunden (z.B. eine, wie es in 2 gezeigt ist, und zwei, wie es in 1 gezeigt ist). Das Bohrwerkzeug 10 umfasst vorzugsweise immer dann einen Zuführverteiler 20a, wenn das Bohrwerkzeug 10 zum Vorsehen einer Kiespackung in einem Auskleidungsabschnitt verwendet werden soll, der in einem geneigten oder horizontalen Bohrloch liegt, und ist ausgestaltet, um Kiesschlamm (Pfeile 30, wobei nur wenige der Klarheit halber gezeigt sind) direkt von dem Auslassanschluss 21 in dem Kreuzstück 22 aufzunehmen, die wiederum mit dem Bohrwerkzeug 10 und dem Arbeitsstrang 23 (2) verbunden ist. Wo das Bohrwerkzeug 10 in einem im Wesentlichen vertikalen Bohrloch verwendet werden soll, kann der Zuführverteiler 20a weggelassen werden, wenn es gewünscht ist, woraufhin der Schlamm 30 direkt in das offene Ende des Zuführrohres 25 (d.h. des Zuführ-Rohr) eintritt und nach unten in das Zweigrohr 50a, wobei das Letztere im Folgenden vollständiger beschrieben wird. Wo kein Zuführverteiler 20a vorhanden ist, können die oberen Enden des Zuführrohres 25 und das unte re Zweigrohr 50a an dem Werkzeug 10 durch Schweißnähte 32 (2) oder Ähnliches befestigt werden.
Vorzugsweise ist für einen noch zu beschreibenden Zweck ein Überdruckventil 26 bei oder nahe dem Einlass jedes Zuführrohres 25 angeordnet, das in einem Verteiler liegt. Das bedeutet, dass es normalerweise kein Ventil 26 in dem ersten Zuführrohr 25 gibt, wenn kein Zuführverteiler 20a in dem Werkzeug 10 vorhanden ist. Das Ventil 26 kann ein Ventil jeder Art sein, das den Strom blockiert, wenn es in einer geschlossenen Stellung ist, und das bei einem vorbestimmten Druck öffnet, um einen Strom von Schlamm durch das Zuführrohr zu ermöglichen. Zum Beispiel kann das Ventil 26 eine Scheibe 26d (4) aufweisen, die in dem Einlass des Zuführrohres 25 angeordnet ist, und die bei einem vorbestimmten Druck reißt, um das Zuführrohr für einen Strom zu öffnen.
Ein anderes Beispiel einer Ventileinrichtung 26 ist ein Rückschlagventil 26k (5), das in dem Einlass eines Zuführrohres 25 angeordnet ist. Das Ventil 26k weist ein Kugelelement 33 auf, das normalerweise in eine geschlossene Stellung in einem Sitz 34 durch eine Feder 35 vorgespannt ist, die wiederum so dimensioniert ist, um den Druck zu steuern, bei dem das Ventil öffnet. Die Ventileinrichtung 26 ist vorzugsweise als eine separate Komponente ausgeführt, die wiederum dann oben an einem entsprechenden Zweigrohr durch geeignete Mittel befestigt wird, z.B. Schweißnähte 36 (5), Gewinde (nicht dargestellt) usw.
Wenigstens ein oberes Zweigrohr 40 und ein unteres Zweigrohr 50 sind für eine Flüssigkeit mit jedem Zwischenverteiler (z.B. der zweite Verteiler 20b, der dritte Verteiler 20c in 1 und 2) verbunden. 1 stellt eine Vielzahl (z.B. zwei) von Zuführrohren 25, eine Vielzahl (z.B. zwei) von oberen Rohren 40 und eine Vielzahl (z.B. zwei) von unteren Rohren 50 dar. Es ist daran zu erinnern, dass von "oberes" und "unteres" beabsichtigt ist, relative Begriffe im Falle eines Bohrwerkzeugs 10 zu sein, das in einem horizontalen Bohrloch verwendet wird, wobei "oberes" die Position am nächsten zu dem Bohrkopf bezeichnet. Der Zuführverteiler 20a hat wenigstens ein unteres Rohr 50, das für eine Flüssigkeit damit verbunden ist, während der unterste Verteiler (nicht dargestellt) in dem Schlammverteilungssystem wenigstens ein oberes Zweigrohr 40 haben würde, das für eine Flüssigkeit damit verbunden ist, um sicherzustellen, dass Schlamm in alle Ebenen innerhalb des Auskleidungsabschnitts verteilt wird. Jedes obere Zweigrohr 40 und jedes untere Zweigrohr 50 sind von einer Länge, die ausreichend ist, um sich effektiv zwischen deren zwei entsprechenden Verteilern 20 zu erstrecken, wobei der Grund dafür aus der folgenden Erläuterung deutlich wird.
Jedes Zweigrohr, 40 bzw. 50, ist durch beabstandete Öffnungen 41, bzw. 51 mit Löchern versehen (nur einige sind der Klarheit halber nummeriert). Vorzugsweise ist jedes Zweigrohr nur entlang eines Abschnitts von dessen Länge in Richtung zu dessen äußerem Ende hin mit Löchern versehen, was einen beträchtlichen Einlassbereich jedes Zweigrohres (d.h. eine Länge von wenigstens etwa 0,61 m (2 Fuß) bis zu etwa der Hälfte der Länge des Zweigrohres) frei lässt (d.h. ohne Ausgangsöffnungen) zu einem Zweck, der im Folgenden erläutert wird. Jedes der Zweigrohre 40, 50 sowie die Zuführrohre 25 sind ferner vorzugsweise so ausgebildet, dass deren entsprechende Enden leicht gehandhabt werden können und in zugewiesene Öffnungen in den entsprechenden Verteilern eingeschoben werden können und darin durch bekannte Dichtungsmittel (z.B. O-Ringe oder Ähnliches, nicht dargestellt) abgedichtet werden können, sodass die entsprechenden Verteiler und Rohre schnell zusammengebaut werden können, wenn das Werkzeug 10 aufgebaut und in das Bohrloch abgesenkt wird.
Nun vorrangig auf 1 Bezug nehmend ist zu sehen, dass jedes der oberen Zweigrohre 40 und der unteren Zweigrohre 50, die sich effektiv zwischen zwei benachbarten Verteilern 20 erstrecken, über einen ausreichenden äußeren Abschnitt von deren Länge mit Löchern versehen sind, wobei die entsprechenden, mit Löchern versehenen Abschnitte einander überlappen, wenn das Werkzeug 10 in einer Betriebsstellung in einem Auskleidungsabschnitt ist. Das bedeutet, dass das/die untere(n) Rohr(e) 50, die sich nach unten von dem Zuführverteiler 20a erstrecken, entlang deren unteren Abschnitten mit Löchern versehen sind, wobei Schlamm, der durch diese Rohre strömt, in den Bohrlochringraum 11a benachbart zur Zone B in dem Auskleidungsabschnitt austritt. Im Wesentlichen zu derselben Zeit strömt Schlamm nach unten durch das Zuführrohr 25 in den Zwischenverteiler 20b und dann nach oben durch das obere Zweigrohr 40a, um benachbart zur Zone A auszutreten, wobei sichergestellt ist, dass Schlamm über die gesamte Länge des Auskleidungsintervalls, das zwischen dem Zuführverteiler 20a und dem zweiten Verteiler 20b liegt, zugeführt wird. Es sollte deutlich sein, dass sich diese Abfolge dann über die anderen Verteiler wiederholt, die unter dem Verteiler 20b liegen, um die Kiespackungsherstellung zu vervollständigen.
Durch Freilassen des Einlassabschnittes von jedem Zweigrohr erfährt der Schlamm einen bestimmten Widerstand, wenn er durch diesen freien Abschnitt strömt, wobei eine turbulente Strömung erzeugt wird, die dabei hilft, die Stützmittel (z.B. Sand) in Suspension zu halten, bis der Schlamm die Ausgangsöffnungen an dem äußeren oder dem Ausgangsende des Rohres erreicht. Da es keine Öffnungen in dem freien Abschnitt von jedem Zweigrohr gibt, kann es ebenfalls keinen Verlust von Fluid aus dem Schlamm geben, sodass die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Versandens in dem Zweigrohr praktisch eliminiert ist.
Sobald eine Kiespackung um eine Verkleidungsverbindung deponiert worden ist, beginnt die Packung, sich im Inneren eines entsprechenden Zweigrohres aufzustauen. Die vergleichsweise große Länge des freien Abschnitts von jedem Rohr stellt jedoch sicher, dass jeder stattfindende Fluidverlust durch dieses Zweigrohr gering ist, sodass die erforderliche Verteilung von Schlamm erreicht wird, die notwendig ist, um eine Packung über den gesamten Auskleidungsabschnitt sicherzustellen.
Eine typische Kiespackungsherstellung, bei der die vorliegende Erfindung verwendet wird, wird nun erläutert. Die Verkleidung 10 wird zusammengebaut und in das Bohrloch 11 an einem Arbeitsstrang 23 (2) abgesenkt, und sie wird benachbart zu dem Auskleidungsabschnitt (d.h. den Zonen A, B, C, D und E in 1) angeordnet. Ein Dichtungsstück (nicht dargestellt) kann eingesetzt werden, wenn es benötigt wird, was im Stand der Technik bekannt ist. Kiesschlamm 30 wird im Arbeitsstrang 23 nach unten gepumpt, nach außen durch die Öffnungen 21 in dem Kreuzstück 22 und in den Zuführverteiler 20a (d.h. der für eine Verwendung in einem horizontalen Bohrloch vorhanden ist) oder direkt in die offenen oberen Enden des Zuführrohres 25 und des unteren Zweigrohres 50 (d.h. es kann keinen Zuführverteiler 20a geben, wenn es eine Auskleidung in vertikalen Bohrlöchern ist). Während hoch-viskose Schlämme verwendet werden können, ist der Schlamm, der verwendet wird, vorzugsweise einer, der aus einem niedrig-viskosen Trägerfluid und Stützmitteln, z.B. Sand, gebildet ist. Sofern hierin verwendet, ist von "niedrig-viskos" beabsichtigt, Fluide abzudecken, die herkömmlicherweise für diesen Zweck verwendet werden und die eine Viskosität von 30 Zentipoise oder weniger haben (z.B. Wasser, niedrig viskose Gele usw.).
Der Schlamm 30 füllt den Zuführverteiler 20a, sofern vorhanden, und fließt durch das untere Zweigrohr 50a, um durch die Öffnungen 51 in den Ringraum benachbart zur Zone B auszu treten. Anfänglich blockiert das Überdruckventil 26a, sofern vorhanden, den Strom durch das Zuführrohr 25a (2), wobei der Strom von dem Zuführverteiler 20a zu dem Zwischenverteiler 20b blockiert wird. Das Ventil 26a ist eingestellt, um zu öffnen, wenn der Druck in dem Zuführverteiler auf einen Wert ansteigt, der leicht über (z.B. 138-207 kPa (20-30 psi)) dem ursprünglichen Pumpdruck des Schlamms anwächst. Dies stellt sicher, dass der Zuführverteiler 20a und das untere Zweigrohr 50a gefüllt und durchströmt sind, bevor das Ventil 26a öffnet, um Schlamm zu erlauben, zu dem zweiten Verteiler 20b zu fließen.
Der Schlamm 30 füllt den Zwischenverteiler 20b und fließt nun nach oben durch das obere Zweigrohr 40b und nach unten durch das untere Zweigrohr 50b. Da die Öffnungen 41 in dem oberen Zweigrohr 40b und die Öffnungen 51 in dem unteren Zweigrohr 50a überlappen, wird Schlamm überall in dem Abschnitt des Auskleidungsabschnittes verteilt, der zwischen dem Zuführverteiler 20a und dem ersten Zwischenverteiler 20b liegt. Da ferner der Einlassabschnitt von jedem Zweigrohr frei ist, gibt es keinen Fluidverlust aus dem Schlamm, wenn er durch diesen freien Abschnitt strömt, was wichtig ist, wo niedrig-viskose Schlämme verwendet werden. Weiterhin erzeugt der Strömungswiderstand, der durch die kleinen inneren Abmessungen der Rohre vorgesehen ist, eine turbulente Strömung, die wiederum dabei hilft, die Stützmittel in Suspension zu halten, bis der Schlamm durch die Öffnungen in den entsprechenden Rohren austritt.
Wenn der Zwischenverteiler 20b und dessen zugeordnete Zweigrohre gefüllt sind, wird der Druck darin entsprechend anwachsen, was wiederum das Ventil 26b öffnet, um Schlamm zu erlauben, zu dem nächstniedrigeren Zwischenverteiler 20c zu strömen. Der Schlamm füllt dann den Verteiler 20c und dessen zugeordnete obere und untere Zweigrohre und der Prozess schreitet fort, bis alle Verteiler und Zweigrohre in dem speziellen Bohrwerkzeug mit Schlamm versorgt worden sind. Es ist aus 1 zu sehen, dass Schlamm zu allen Abschnitten (z.B. Zonen A, B, C, D und E) des Auskleidungsintervalls verteilt wird, wobei eine gute Kiespackung über das Auskleidungsintervall erzeugt wird, da die Öffnungen in benachbarten Zweigrohren miteinander überlappen.

Claims

Bohrwerkzeug (10) zum Versehen eines Auskleidungsabschnitts in einem Bohrloch (11) mit einer Kiespackung, wobei das Bohrwerkzeug (10) aufweist: einen Verkleidungsabschnitt (19) und ein Schlammverteilungssystem mit: einem Zuführverteiler (20a), der nahe dem oberen Ende des Verkleidungsabschnitts (19) angeordnet ist, wobei der Zuführverteiler (20a) aufweist: Mittel, die ausgestaltet sind, um Schlamm zu dem Zuführverteiler (20a) zuzuführen, und mindestens ein unteres Zweigrohr (50, 50a) mit Öffnungen (51, 51a), die beabstandet entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon sind, wobei das untere Zweigrohr (50, 50a) für eine Flüssigkeit mit dem Zuführverteiler (20a) verbunden ist und sich davon nach unten entlang des Verkleidungsabschnitts (19) erstreckt; und einen ersten Zwischenverteiler (20b, 20c), der an dem Verkleidungsabschnitt (19) angeordnet ist und beabstandet von dem Zuführverteiler (20a) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zwischenverteiler (20b) aufweist: mindestens ein oberes Zweigrohr (40, 40b) mit Öffnungen (41, 41b) die beabstandet entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon sind, wobei das obere Zweigrohr (40, 40b) für eine Flüssigkeit mit dem ersten Zwischenver teiler (20b) verbunden ist und sich davon nach oben entlang des Verkleidungsabschnitts (19) erstreckt und ein undurchlöchertes Zuführrohr (25), das den Zuführverteiler (20a) mit dem ersten Zwischenverteiler (20b) für eine Flüssigkeit verbindet.
Bohrwerkzeug (10) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Zwischenverteiler ferner umfasst: wenigstens ein unteres Zweigrohr (50, 50b) mit Öffnungen (51, 51b), die beabstandet entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon sind, wobei das untere Zweigrohr (50, 50b) für eine Flüssigkeit mit dem ersten Zwischenverteiler (20b) verbunden ist und sich davon nach unten entlang des Verkleidungsabschnitts (19) erstreckt.
Bohrwerkzeug (10) gemäß Anspruch 2 umfassend: einen zweiten Zwischenverteiler (20c), der an dem Verkleidungsabschnitt (19) angeordnet und beabstandet von dem ersten Zwischenverteiler (20b) ist, wobei der zweite Zwischenverteiler (20c) aufweist: wenigstens ein oberes Zweigrohr (40, 40c) mit Öffnungen (41, 41c), die entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge davon beabstandet sind, wobei das obere Zweigrohr (40, 40c) für eine Flüssigkeit mit dem zweiten Zwischenverteiler (20c) verbunden ist und sich davon nach oben entlang des Verkleidungsabschnitts (19) erstreckt, und ein zweites undurchlöchertes Zuführrohr (25), das den ersten Zwischenverteiler (20b) mit dem zweiten Zwischenverteiler (20c) für eine Flüssigkeit verbindet.
Bohrwerkzeug (10) gemäß Anspruch 3 umfassend: ein Ventil (26) in jedem der Zuführrohre (25) zum anfänglichen Blockieren eines Stromes durch das entsprechende Zuführrohr (25), wobei das Ventil ausgestaltet ist zu öffnen, wenn der Druck in dem Ventil (26) auf einen vorbestimmten Wert anwächst.
Bohrwerkzeug (10) gemäß Anspruch 3, wobei die Öffnungen (41, 41b, 41c, 51, 51b, 51c) in jedem des wenigstens einen oberen und des wenigstens einen unteren Zweigrohres (40, 40b, 40c, 50, 50b, 50c) beabstandet entlang der äußeren Länge von jedem der entsprechenden Zweigrohre (40, 40b, 40c, 50, 50b, 50c) sind, wobei ein Abschnitt der Länge von jedem Rohr (40, 40b, 40c, 50, 50b, 50c) an dem Einlassende davon frei gelassen ist
Bohrwerkzeug (10) gemäß Anspruch 5, wobei der frei gelassene Abschnitt der Länge jedes der Rohre (40, 40b, 40c, 50, 50b, 50c) eine Länge zwischen etwa 0,61 m (2 Fuß) bis etwa ½ der Gesamtlänge des Rohres (40, 40b, 40c, 50, 50b, 50c) hat.
Bohrwerkzeug (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Öffnungen (41, 41c) in dem wenigstens einen oberen Zweigrohr (40c), das sich von einem der Vielzahl von Zwischenverteilern (20c) nach oben erstreckt, mit den Öffnungen (51, 51b) in dem wenigstens einen unteren Zweigrohr (50, 50b) überlappen, das sich von einem anderen der Vielzahl von Zwischenverteilern (20b) nach unten erstreckt.
Verfahren zum Versehen eines Auskleidungsabschnitte in einem Bohrloch (11) mit einer Kiespackung, wobei das Verfahren umfasst: Absenken einer Bohrlochverkleidung (19) mit einem Schlammverteilungssystem daran in den Auskleidungsabschnitt, wobei ein Ringraum zwischen der Bohrlochverkleidung (19) und der Wand des Bohrlochs (11) gebildet wird, wobei das Schlammverteilungssystem eine Vielzahl von Verteilern (20, 20a, 20b, 20c) aufweist, die miteinander für eine Flüssigkeit verbunden sind, Zuführen von Schlamm, der ein Trägerfluid und ein Stützmittel aufweist, nach unten in das Bohrloch (11) und in den Ersten der Vielzahl von Verteilern (20, 20a, 20b, 20c), Strömen des Schlamms sowohl nach oben als auch nach unten im Wesentlichen gleichzeitig von dem ersten Verteiler (20b) in Zonen, die voneinander in dem Ringraum um die Verkleidung (19) beabstandet sind, Strömen des Schlamms in den Zweiten der Vielzahl von Verteilern (20c) und Strömen des Schlammes von dem zweiten Verteiler (20c) im Wesentlichen gleichzeitig sowohl nach oben als auch nach unten in unterschiedliche Zonen, die voneinander in dem Ringraum um die Bohrlochverkleidung (19) beabstandet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Trägerfluid ein Fluid ist, das eine Viskosität von weniger als etwa 30 Zentipoise hat.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Trägerfluid Wasser ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Bohrwerkzeug (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
Verwendung des Bohrwerkzeugs (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Versehen mit einer Kiespackung.