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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochwerkzeug und
insbesondere bezieht sie sich auf ein Bohrlochwerkzeug zum Abgeben
von Fluiden auf verschiedenen Niveaus in ein Bohrloch.
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In
jüngster
Zeit sind eine Reihe von Bohrlochwerkzeugen vorgeschlagen worden,
um gleichzeitig Fluide (z.B. Aufbrechfluide, Grobsand- oder Kiesschlämme, Behandlungsfluide
etc.) durch unterschiedliche Strömungswege
an mehrere unterschiedliche Niveaus in einem Bohrloch abzugeben, um
eine spezielle Bohrlochoperation auszuführen. Zum Beispiel wurde ein
Bohrlochwerkzeug zur Erzeugung multipler Durchbrüche in einer einzigen Operation
innerhalb eines Bohrloches vorgeschlagen. Dieses Werkzeug wird an
dem unteren Ende eines Arbeitsstranges getragen und hat mehrere
Ausgangsmündungen
oder Öffnungen,
die voneinander einen Abstand haben und nahe den entsprechenden Zonen
des Bohrloches liegen, die aufzubrechen sind, wenn das Werkzeug
in seiner Betriebsposition innerhalb des Bohrloches ist. Zu einer
weiteren Beschreibung eines solchen Werkzeuges und seiner Betriebsweise
wird auf die US-A-5 161 618 verwiesen.
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Ein
anderes Bohrlochwerkzeug dieses generellen Typs ist eines, das einen
Kiesschlamm an in Abstand zueinander angeordnete Bereiche um einen Bohrlochschirm
während
des Abschlusses einer Kiesauffüllung
liefert. Dieses Werkzeug weist eine oder mehrere Leitungen oder „Shunt-Rohre" auf, die an dem
Bohrlochschirm angeordnet sind und sich in Längsrichtung entsprechend der
Schirmachse erstrecken. Jedes Shunt-Rohr hat mehrere Ausgangsmündungen
oder Öffnungen,
die in Abstand voneinander über
seine Länge
angeordnet sind, um gleichzeitig einen Kiesschlamm an mehreren unterschiedlichen
Ni veaus des den Schirm umgebenden Ringraumes zu liefern. Dies liefert
eine gute Verteilung des Kieses über
den gesamten Ringraum, selbst wenn Sandbrücken in dem Ringraum auftreten,
bevor die Kiesauffüllung
vollendet ist. Hinsichtlich der Details eines solchen Bohrlochwerkzeugs
und einer weiteren Erklärung
von dessen Funktionsweise wird auf die US-A-4,945,991, die US-A-5,082,052 und die US-A-5
113 935 verwiesen. Hinsichtlich eines Beispieles eines Bohrlochwerkzeuges,
das fähig
ist, gleichzeitig ein Behandlungsfluid zu unterschiedlichen Niveaus
in einem Bohrloch zu liefern, wird auf die US-A-5 161 613 verwiesen.
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Bei
Werkzeugen dieser Art können
Probleme bei der Aufrechterhaltung einer adäquaten und konsistenten Strömung des
Fluides durch die relativ schmalen Ausgangsmündungen bei jedem der Abgabepunkte
längs der
Länge des
Werkzeuges auftreten. Dies trifft insbesondere zu, wenn das Fluid,
z.B. ein Schlamm, mit einem Teilchenmaterial, so z.B. Sand und/oder
Kies oder dergleichen beladen ist, wie dieses üblich im Falle beim Durchbruch
und/oder Kiesauffüllungsoperationen
der Fall ist.
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Zum
Beispiel ist die Strömung
des mit Kies beladenen Schlammes bei einer Kiesauffüllungsoperation
im Wesentlichen parallel zu der Abgabeachse der Shunt-Rohre, bis
der Schlamm die jeweiligen Ausgangsmündungen längs der Länge eines Shunt-Rohres erreicht.
Die Strömung
muss dann rechtwinklig abgelenkt werden, bevor sie durch eine entsprechende
Ausgangsmündung
strömen
kann. Dies resultiert in einer Tendenz für zumindest einige der Teilchen
(d.h. Sand), die in ihrer Größe begrenzt und
dichter als das Trägerfluid
sind, an den Mündungen
vorbeizuströmen
und in der parallelen Strömung innerhalb
des Shunt-Werkzeuges zu verbleiben. Dieses wiederum hat zur Folge,
dass die Sandkonzentration des Trägerfluides innerhalb des Abgabe-
oder Shunt-Rohres erhöht
wird, was hierin „Sandbrücken" erzeugen kann, wodurch
die Verteilung der Kiesauffüllung
in dem gesamten, den Schirm umgebenden Ringraum nachteilig beeinflusst.
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Beim
bekannten Bohrlochwerkzeug dieses Typs kann dieses Problem verringert
werden, indem (a) die Sanddichte, (b) die Sandkonzentration, (c)
die Größe der Teilchen,
(d) die Pumpgeschwindigkeiten, (e) die Fluideigenschaften des Schlammes
verändert und/oder
(f) die Anzahl der Ausgangsmündungen
in einem bestimmten Rohrbereich reduziert werden. Jedoch kann jede
dieser Lösungen
die Effizienz der gesamten Kiesauffüllungsoperation merklich beeinträchtigen.
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Ein ähnliches
Problem existiert bei Bohrlochwerkzeugen dieses Typs, die dazu verwendet
werden, multiple Durchbrüche
von einem einzigen Bohrloch zu erzeugen. Da die Strömungsrichtung
durch das Werkzeug senkrecht zu der Strömung durch jede der Ausgangsmündungen
ist, wird zumindest ein Teil aller Teilchen (z.B. Sand) in dem Aufbrechfluid
die gleiche Tendenz haben, an den Ausgangsmündungen vorbeizuströmen und
in der Abgabeleitung des Werkzeuges sich anzusammeln. Dies resultiert
in einer verdünnten
Aufbrechflüssigkeit
(d.h. einer niedrigeren Konzentration von Sand), die durch die Ausgangsmündungen
abgegeben wird. Um weiterhin die geeigneten Drücke an jedem Niveau längs des
Werkzeuges aufrechtzuerhalten und eine vorzeitige Dehydrierung des
Schlammes zu verhindern, müssen
die Ausgangsmündungen
relativ klein sein. Unglücklicherweise
beschränkt
die geringe Größe (z.B.
der Durchmesser) der Ausgangsmündungen
merklich das Volumen des Aufbrechfluides, das an jedem Durchbruchniveau
abgegeben wird, sodass dadurch weiterhin die Durchbruchoperationen
beeinträchtigt werden.
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In
der GB-A-1400126 ist ein Gerät
beschrieben, um ein Loch durch eine Sandzwischenschicht für die Installation
einer Entwässerungseinrichtung durch
die se Sandzwischenschicht zu bilden, welches eine Einrichtung zum
Abstrahlen von Wasser in Abwärtsrichtung
und zum Abstrahlen in Aufwärtsrichtung
aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Bohrlochwerkzeug entsprechend Anspruch
1 an, um ein Fluid (z.B. Sand- oder Kiesschlamm) an verschiedenen
Niveaus innerhalb eines Bohrlochs während einer Bohrlochoperation
(z.B. Aufbrechen und/oder Kiesauffüllen einer Zone in dem Bohrloch)
abzugeben. Zunächst
ist das Bohrlochwerkzeug mit dem unteren Ende eines Arbeitsstranges
fluidisch verbunden und weist eine Abgabeleitung auf, die wiederum
mehrere Ausgangsmündungen
aufweist, die über
ihre Länge in
Abstand angeordnet sind. Jede Ausgangsmündung ist mit einem Ausgangsrohr
verbunden; jedes Ausgangsrohr hat einen Bereich, dessen Länge im Wesentlichen
parallel zu der Längsachse
der Abgabeleitung verläuft.
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Durch
die Verwendung der Ausgangsrohre können die Ausgangsmündungen
in der Abgabeleitung in ihrer Fläche
größer gestaltet
werden, was infolge die Wahrscheinlichkeit merklich reduziert, dass eine
Ausgangsmündung
durch Sand blockiert wird, bevor die Operation vollendet ist. Auch
wenn das parallele Längsstück eines
Ausgangsrohres innerhalb der Abgabeleitung verläuft, wird die Konzentration des
Sandes, der durch das Ausgangsrohr fließt, im Wesentlichen die gleiche
wie die ursprüngliche
Konzentration in dem Schlamm sein, da die Sandteilchen im Schlamm
nicht dazu tendieren, an einer Ausgangsmündung vorbeizufließen, und
in dem Schlamm verbleiben. Dies verhindert eine vorzeitige Dehydrierung
des Schlammes und den daraus resultierenden Aufbau von Sand in der
Abgabeleitung, was normalerweise hierbei auftritt.
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Insbesondere
kann das Bohrlochwerkzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung dazu verwendet werden, um eine oder mehrere Zonen innerhalb
des Bohrlo ches aufzubrechen und/oder mit Kies aufzufüllen. Das
Bohrlochwerkzeug ist mit einem Arbeitsstrang verbindbar und weist
eine Abgabeleitung auf, die ihrerseits mehrere Rohrverbinder aufweist,
die miteinander durch spezielle Kupplungen verbunden sind. Jede
Kupplung hat zumindest ein Ausgangsrohr, das darin ausgebildet ist.
Jedes Ausgangsrohr wiederum weist (a) eine Einlasspassage oder einen Bereich
auf, der sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Längsachse
der Abgabeleitung erstreckt, und (b) einen Auslass auf, der im Wesentlichen
senkrecht hierzu ist. Da der Einlassbereich eines jeden Ausgangsrohres
im Wesentlichen parallel zu der Strömung durch die Abgabeleitung
ist, wird das Fluid, das durch die Abgabeleitung strömt, in die Ausgangsrohre
mit nur geringer Turbulenz eintreten, wodurch die Tendenz für die Teilchen
(Sand) in dem Schlamm erniedrigt wird, an den Ausgangsmündungen
vorbeizuströmen
und sich in der Abgabeleitung anzusammeln.
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Da
zudem die Ausgangsrohre direkte Leitungen für das sandbeladene Fluid vorsehen,
um den Bohrlochringraum zu erreichen, erlaubt es die Länge der
Rohre (die z.B. bis zu mehreren Fuß (ein oder mehrere Meter reichen
kann)), die Größe (z.B.
den Durchmesser) der radialen Ausgangsmündungen merklich zu erhöhen, sodass
größere Volumina
des Fluides an jedem Niveau abgegeben werden können, wobei eine gute Verteilung
oder Zufuhr von Fluid zu allen Ausgängen innerhalb der Abgabeleitung
aufrechterhalten wird. Die effektive Länge jedes Rohres kann weiterhin
erhöht
werden, indem ein zusätzlicher Längsabschnitt
eines Ausgangsrohres außerhalb
der Abgabeleitung hinzugefügt
wird, welcher sich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse
der Leitung erstreckt.
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Die
Gesamtlänge
der Ausgangsrohre ist so, dass jedes Rohr einen leichten Zugang
von Schlamm in dem Bohrlochringraum zulässt, bis ein „Sandleerraum" oder eine „Sandbrücke" in dem Ringraum
auf einem Niveau auftritt, das be nachbart zu einer oder mehreren
bestimmten Ausgangsrohren liegt. Wenn dieses eintritt, bildet sich
eine Sandsäule
in diesem oder in diesen bestimmten Ausgangsrohren, bis eine weitere
Strömung
durch diese Ausgangsrohre blockiert wird. Wenn das oder die Rohre
durch eine Sandsäule
verstopft sind, ist kein ausreichender Druckabfall längs des
blockierten Rohres vorhanden, um eine Flüssigkeitsströmung in
dem Rohr zu erzeugen und dadurch eine vorzeitige Dehydrierung des Schlammes
und/oder ein Ansammeln von Sand innerhalb der Abgabeleitung zu verhindern.
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Das
vorliegende Bohrlochwerkzeug kann ebenfalls Einrichtungen zum „Ausspannen" des Werkzeuges einschließen, sodass
dieses aus dem Bohrloch nach Abschluss einer Operation herausgezogen
werden kann, wenn dieses gewünscht
wird, während
gemäß einer
anderen Ausführung
Einrichtungen vorgesehen sind, um die Strömung durch die Ausgangsrohre
nach Abschluss einer Bohrlochoperation abzusperren.
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Es
wird im Folgenden bezug genommen auf die Zeichnung, in der:
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1 ein
teilweise geschnittener Aufriss eines Bohrlochwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, welches zum Erzeugen multipler Durchbrüche von einem Bohrloch verwendet
wird;
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2 eine
Querschnittsansicht längs
der Linie 2-2 in 1 ist;
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3 ein
teilweise geschnittener Aufriss des unteren Endes eines weiteren
Ausführungsbeispiels des
Bohrlochwerkzeuges gemäß 1 ist;
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4 eine
vergrößerte abgebrochene
Querschnittsansicht von drei unterschiedlichen Ausführungen
von Ausgangsrohren ist, welche dazu verwendet werden, unterschiedliche
Strömungswege
in einem Bohrlochwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung
auszubilden;
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5 ein
teilweise geschnittener Aufriss eines Bohrlochwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Kiesauffüllung
ist;
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6 ein
teilweise geschnittener Aufriss eines weiteren Ausführungsbeispieles
für das
Bohrlochwerkzeug gemäß 4 ist;
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7 eine
Querschnittsansicht einer Kupplung oder eines Kragens ist, der mehrere
Ausgangsrohre aufnimmt und in einem Bohrlochwerkzeug verwendet wird;
und
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8 eine
Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der Kupplung
gemäß 7 ist.
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1 stellt
ein Bohrlochwerkzeug 20 gemäß der vorliegenden Erfindung
dar, das verwendet wird, multiple Durchbrüche von dem unteren Ende eines Förder- und/oder
Einpressschachtes 10 zu erzeugen. Der Schacht 10 hat
ein Bohrloch 11, welches sich von der Oberfläche (nicht
dargestellt) durch eine aufzubrechende Schicht erstreckt. Das Bohrloch 11 ist üblicherweise
mit einem Mantel 13 verschalt, der fest zementiert ist
(nicht dargestellt). Während 1 einen
Schacht 10 mit einem angewinkelten verschalten Bohrloch
zeigt, soll bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung ebenso
angewendet werden kann bei Offen-Loch- und/oder nachgebohrten Vorbereitungen
und ferner sowohl bei vertikalen als auch horizontalen Bohrlöchern, je
nachdem wie es die Situation erfordert.
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Wie
dargestellt, weist die Bruchschicht mehrere Zonen 14, 15 auf
(nur zwei sind dargestellt), die unterschiedliche Abbruchdrücke haben
können.
Der Mantel 13 ist an verschiedenen Niveaus perforiert, wobei
zumindest zwei Sätze
von Perforationen 16, 17 vorgesehen sind, die
im Wesentlichen innerhalb den Zonen 14 bzw. 15 liegen.
Da die vorliegende Erfindung auch bei horizontalen und schrägen Bohrlöchern verwendet
werden kann, sind die Ausdrücke „oben und
unten", „Spitze
und Boden", wie
sie hier verwendet werden, relative Ausdrücke und werden auf die entsprechenden
Positionen innerhalb eines bestimmten Bohrloches angewendet, wobei
der Ausdruck „Niveau" sich auf entsprechend
voneinander entfernte Positionen längs des Bohrloches bezieht.
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Das
Bohrloch 20 ist in dem Bohrloch 11 im Wesentlichen
benachbart zu der aufzubrechenden Schicht angeordnet. Das Bohrlochwerkzeug 20 ist mit
dem unteren Ende eines Arbeitsstranges 19 verbunden, der
sich bis zur Oberfläche
(nicht dargestellt) erstreckt und eine Abgabeleitung 21 aufweist,
die entweder an ihrem unteren Ende 22 offen oder geschlossen
sein kann. Die Leitung 21 weist ihrerseits mehrere Verbindungsrohre
oder Rohrabschnitte 23 auf, die miteinander durch spezielle
Kupplungen 24 (1, 2 und 7)
verbunden sind. Jede Kupplung 24 ist so positioniert, dass
sie im Wesentlichen innerhalb einer Bruchzone oder mehreren Bruchzonen
liegt, wenn das Werkzeug 20 in der Betriebsposition in
dem Bohrloch 11 ist.
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Jede
Kupplung 24 weist ein Gehäuse mit einem reduzierten Durchmesser 25 auf,
in dem eine Schulter 26 ausgebildet ist. Zumindest ein
Ausgangsrohr 27 (in 2 sind vier
gezeigt) ist in jeder Kupplung vorgesehen. Jedes Ausgangsrohr 27 weist
(a) eine Einlasspassage oder einen Einlassbereich 28 auf,
der sich parallel zu der Längsachse
der Kupplung erstreckt und (b) eine Auslasspassage oder einen Auslassbereich 29 auf,
der eine Ausgangsmündung
in der Abgabeleitung 21 bildet, die im Wesentlichen senkrecht
zu dem Einlassbereich 28 ist.
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Da
der Einlassbereich 28 jedes Ausgangsrohrs 27 einen
Einlass durch das obere Ende der Schulter 26 aufweist und
der Bereich 28 im Wesentlichen parallel zu der Strömung durch
die Leitung 21 ist, wird der Schlamm, der durch die Abgabeleitung strömt, in die
Rohre 27 direkt mit geringer Turbulenz eintreten, wodurch
die Tendenz für
Teilchen (Sand) in dem Schlamm verringert wird, an den Rohren vorbeizuströmen. Der
Schlamm strömt
in dem Bohrlochringraum 30 durch die Auslasspassage oder
die Ausgangsmündung 29,
wo es die Schicht durch entsprechende Perforationen 16, 17,
aufbricht.
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Da
die Ausgangsrohre 27 ebenfalls direkte Leitungen für das Aufbrechfluid
oder den Schlamm bilden, um den Ringraum 30 zu erreichen,
erlaubt es die Länge
der Rohre (die z.B. im Bereich von einigen Fuß (ein oder mehrere Meter)),
die Größe (z.B.
den Durchmesser) der radialen Ausgangsmündungen merklich zu erhöhen, sodass
größere Volumina
von Aufbrechfluid an jedem Niveau abgegeben werden können, wobei
gleichwohl adäquate
Drücke
an jedem Ausgangsniveau aufrechterhalten werden können und
ebenfalls ein übertriebener
Flüssigkeitsverlust
und eine vorzeitige Dehydrierung des Schlammes verhindert werden.
Die effektive Länge
jedes Ausgangsrohres 27 kann erhöht werden, indem ein zusätzliches
Rohrstück 29a (3 und 7)
des Ausgangsrohres mit der radialen Ausgangsmündung verbunden wird, welches
sich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Leitung außerhalb
von dieser erstreckt.
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Die
Gesamtlänge
einer Ausgangsleitung liefert einen leichten Zugang des Aufbrechfluids
bzw. Schlammes in den Ringraum 30, bis ein „Sandleerraum" oder eine „Sandbrücke" (die routinemäßig mit einer
Aufbrech- und/oder Kiesauffülloperation
verbunden sind) in dem Ringraum 30 in der Nähe zu einem
bestimmten Ausgangsrohr oder Ausgangsrohren 27 auftritt.
Wenn dieses auftritt, baut sich eine Sandsäule in diesem speziellen Ausgangsrohr
oder bestimmten Ausgangsrohren auf, bis eine weitere Strömung durch
das oder die Rohre blockiert wird. Wenn ein blockiertes Rohr oder
blockierte Rohre durch eine Sandsäule verstopft sind, ist der
vorhandene Druckabfall durch dieses oder diese Rohre nicht ausreichend,
um eine Strömung
durch die blockierten Rohre zu erzeugen und nicht einmal eine Flüssigkeitsströmung aus
dem Schlamm, um dadurch eine vorzeitige Dehydrierung des Schlammes in
der Abgabeleitung und eine daraus resultierende Sandansammlung in
der Leitung zu verhindern.
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Bei
einem normalen Betrieb wird eine bestimmte Ausgangsleitung 27 mit
Sand nur dann verstopft werden, nachdem der benachbarte Ringraum mit
Sand ausgefüllt
ist und die Bohroperation auf diesem Niveau beendet ist. Wenn eine
oder mehrere bestimmte Ausgangsrohre durch eine Sandsäule verstopft
sind, wird der Schlamm, der durch die Abgabeleitung 21 strömt, auf
andere Ausgangsrohre verteilt, die noch offen für eine Strömung sind, da eine Strömung durch
die Leitung 21 noch möglich
ist, selbst wenn bestimmte Ausgangsrohre 27 mit Sand aufgefüllt sind.
Durch diese Anordnung von mehreren Ausgangsrohren 27 mit
Abstand zueinander längs
der Leitung 21 wird eine Strömung des Schlammes durch die
Leitung 21 aufrechterhalten, bis die gesamte Schicht aufgebrochen
und/oder mit Kies aufgefüllt
ist.
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Wie
einem Fachmann verständlich,
kann es in einigen Fällen
wünschenswert
sein, das Werkzeug 20 aus dem Bohrloch nach Beendigung
der Arbeiten in dem Schacht zu entfernen. In einer Aufbrechoperation,
wie sie in 1 dargestellt ist, kann dieses aufgrund
des Sandes, der noch in dem Ringraum 30 verbleibt, nachdem
die Operation zu Ende geführt
ist, schwierig sein. In solchen Fällen muss gegebenenfalls das
Bohrloch „entladen" werden, bevor das Werkzeug 20 aus
dem Loch zurückgezogen
werden kann. Eine Möglichkeit,
wie dieses ausgeführt
werden kann, ist, zusätzliche „Entladepassagen" 31 in jedem
der Kupplungen 24 vorzusehen (nur eine ist in 7 gezeigt).
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Diese
Passage(n) 31 wird in der gleichen Art wie die Ausgangsrohre 27 ausgebildet,
sodass die Passage 31 einen Einlassbereich 32 und
einen Auslassbereich 33 aufweist. Der obere Eingang in
dem Bereich 22 ist mit einem Stopfen 34 verschlossen, und
ein Sieb 35 oder dergleichen ist über dem Auslassbereich 33 vorgesehen,
um zu verhindern, dass Sand in die Passage 31 aus dem Ringraum 30 strömen kann.
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Der
Innenraum der Kupplung 24 kann über einen Einlass 36 mit
der Passage 31 kommunizieren, wobei der Einlass anfangs
durch einen abscherbaren hohlen Stopfen 37 oder eine Soll-Bruchscheibe,
ein Ventil oder dergleichen (nicht dargestellt) verschlossen ist.
Wenn die Bruchoperation beendet ist, wird ein Spülrohr oder dergleichen (gestrichelte
Linien 38 in 1) nach unten geschoben, das
die Stopfen 37 an den jeweiligen Kupplungen 24 abschert,
oder es wird alternativ der Druck erhöht, um die Scheiben oder dergleichen
aufzubrechen, um damit die Passagen 31 für eine Strömung zu öffnen. Eine
Spülflüssigkeit
(z.B. Wasser) wird durch das Spülrohr
nach unten gepumpt und weiter in den Ringraum 30 über die Passagen 31,
um den Sand nach oben in dem Ringraum zu spülen und zu entfernen. Schiebehülsenventile 39, 40 (z.B.
das Modell „L" Sliding Sleeve,
vertrieben durch Baker Packers, Houston, Texas), die während der
Aufbruchoperation geschlossen waren, jedoch durch einen üblichen
Seilzug geöffnet
werden können,
sind in der Leitung 21 vorgesehen, um eine Überbrückung oder
einen Bypass um die Dichtung 41 für die Spülflüssigkeit und den Sand zu bilden,
wenn der Sand aus dem Ringraum „entladen" wird. Das Werkzeug 20 und
das Spülrohr 38 können dann
aus dem Bohrloch 11 herausgezogen werden.
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Eine
weitere Möglichkeit,
das Werkzeug 20 nach Beendigung der Aufbrechoperation zu
entladen ist, ein „Entladerohr" 42 vorzusehen,
das sich parallel zu der Leitung 21 erstreckt und außerhalb
dieser Leitung montiert ist (1 und 2).
Das Rohr 42 hat mehrere Fluidauslässe, die durch Siebe 43 oder
dergleichen geschützt
sind, um zu verhindern, dass Sand in die Leitung während der
Aufbrechoperationen strömt.
Ein Einlass 44 bildet eine Fluidverbindung zwischen dem
Innenraum der Leitung 22 und dem Rohr 42 und ist
anfänglich
durch abscherbare hohle Stopfen 45 oder dergleichen verschlossen,
die beim Absinken des Spülrohres 38 abgeschert
werden. Fluid aus dem Spülraum 38 fließt dann
in das Rohr 42 über
den Einlass 44 und außen
abgeschirmte Auslässe 43,
um den Sand in dem Ringraum 30 nach oben auszuspülen und
zu entfernen, sodass das Bohrlochwerkzeug 20 „entladen" werden kann, wie
dieses jeder Fachmann versteht.
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3 stellt
eine weitere Ausführung
eines Bohrlochwerkzeuges 20a dar (wobei lediglich das untere
Ende dargestellt ist), das verwendet werden kann, eine multiple
Aufbrechoperation auszuführen, wie
dieses oben beschrieben wurde. Das Werkzeug 20a weist eine
Abgabe- oder Basisleitung 21a auf, die mehrere radiale Öffnungen 46 aufweist,
die oberhalb des unteren Endes 22a mit Abstand zueinander angeordnet
sind, sodass sie innerhalb der aufzubrechenden Zone bzw. Zonen zu
liegen kommen. Zusätzliche Öffnungen
oder Sätze
von Öffnungen
(nicht dargestellt) sind in der Leitung 21a vorgesehen,
die oberhalb von Öffnungen 46 mit
Abstand gelegen sind, wodurch diese Öffnungen in einer anderen Zone
oder anderen Zonen zu liegen kommen, die aufgebrochen werden müssen. Im
Grunde genommen ist die Leitung 21a in ihrer Struktur ähnlich und arbeitet ähnlich wie
die in der US-A-5 161 618 beschriebene.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist jeweils ein Ausgangsrohr 27a, 27b (3 und 4) mit
jeweils einer radialen Öffnung 46 verbunden.
Die Ausgangsrohre 27a, 27b sind in ihrer Konstruktion ähnlich den
oben beschriebenen, sodass jedes Rohr einen Einlassbereich 28 und
einen Auslassbereich 29 (4) auf weist,
und die Rohre 27a einen externen Verlängerungsabschnitt 29a aufweisen,
sofern dieses gewünscht
ist. Wenn ein Aufbrechfluid durch die Leitung 21 strömt, werden
die Rohre 27a und/oder 27b das Fluid ableiten
und in der gleichen Art wie die Rohre 27, wie oben beschrieben,
funktionieren. Wenn ein Spülrohr
(nicht dargestellt) abgesenkt wird, kann es entweder die Rohre in
der Leitung 21a abscheren, oder es kann ein Führungskragen 27 an
jedem Satz von Ausgangsrohren vorgesehen sein, um das Spülrohr an
den Ausgangsrohren vorbeizuführen.
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Zudem
kann in einigen Fällen
die gesamte Länge
eines Ausgangsrohres (z.B. des Rohres 27c in 4)
lediglich durch eine Ausgangsmündung 28c und
einen externen Rohrabschnitt oder einen Bereich 29c gebildet
sein. Wenn ein Sandaufbau in dem Ringraum des Bohrloches in der
Nähe des
Ausgangsrohres 27c auftritt, wird sich eine Sandsäule in dem
externen Bereich 29c aufbauen und damit die Strömung hierdurch
in der gleichen Weise wie oben beschrieben blockieren und eine vorzeitige
Entwässerung
des Schlammes in der Abgabeleitung 21a verhindern.
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5 und 6 zeigen
Bohrlochwerkzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung, die bei der Bohrlochvorbereitung mit Kiesauffüllung oder
bei der Bohrlochvorbereitung mit kombiniertem Aufbrechen und einer
Kiesauffüllung
verwendet werden können. Diese
Werkzeuge liefern eine gute Verteilung des Kieses über eine
gewünschte
Vorbereitungsschicht, selbst wenn Sandbrücken gebildet werden, bevor
der Kies abgelegt ist. In bezug zunächst auf die 5 wird
das Bohrlochwerkzeug 120 in einem Bohrloch 111 positioniert,
das mit einem perforierten Mantel gefasst wurde. Natürlich könnte das
Bohrlochwerkzeug 21 ebenso bei nicht gefassten offenen
Bohrlochvorbereitungen verwendet werden. Das Werkzeug 120 weist
eine Abgabeleitung 121 auf, die ihrerseits wiederum mehrere
längere
Siebabschnitte aufweist. Der Ausdruck „Sieb" wird hier all gemein verwendet und schließt ein und
deckt ab alle Typen von Strukturen, die üblicherweise durch die Industrie
bei Kiesauffüllungsoperationen
verwendet werden und die ein Durchströmen von Fluiden erlauben, jedoch eine
Durchströmung
von Teilchen blockieren (z.B. kommerziell erhältliche Siebe, geschlitzte
oder perforierte Platten oder Rohre, mit Sieben abgedeckte Rohre,
abgepackte Siebe und/oder Platten oder Kombinationen hieraus). Ebenso
können,
wie es in dem Stand der Technik bekannt ist, Leerbereiche (nicht
dargestellt) in die Abgabeleitung 121 inkorporiert werden,
wenn dieses in einer bestimmten Anwendung erforderlich ist.
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Die
Siebabschnitte 123 sind miteinander durch Kupplungen 124 verbunden
(8). Die Kupplungen 124 können im
Grunde die gleiche Konstruktion wie die oben beschriebenen Kupplungen 23 haben,
oder die Kupplungen 124 werden, wie bevorzugt, aus zwei
Segmenten 124a, 124b zusammengesetzt, die miteinander
verschraubt oder auf andere Weise gegen Drehung gesichert sind.
Jede Kupplung 124 hat mehrere hindurchlaufende Ausgangsrohre 127,
die ihrerseits eine Einlasspassage 128 und eine Auslasspassage 129 aufweisen.
Bei dem Zusammensetzen der Kupplung 124 werden die Segmente 124a und 124b bis
zum Anschlag miteinander verschraubt und anschließend ungefähr 1/8-
bis 1/4-Drehung zurückgedreht.
Ein Scherstift 131 oder dergleichen sichert die Segmente 124a und 124b in dieser
zurückgedrehten
Position, in der die Einlass- und Auslasspassagen miteinander ausgerichtet
sind und eine offene Fluidströmung
hierdurch ermöglichen.
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Im
Betrieb wird das Bohrlochwerkzeug 120 in das Bohrloch 111 an
einem Arbeitsstrang 119 abgesenkt, wobei das untere Ende
auf einem Sitznippel 54 aufsitzt und neben der zu bearbeitenden
Schicht positioniert wird. Um einen exzessiven Flüssigkeitsverlust
aus dem Kiesschlamm durch die Siebbereiche 123 zu verhindern,
wenn der Schlamm durch das Werkzeug 120 strömt, wird
die übliche
Größe und/oder
die Anzahl der Perforationen in dem Grundrohr (um das ein Sieb gewunden
oder positioniert ist), merklich reduziert.
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Wenn
Fluid aus dem Schlamm nach außen durch
die erzeugten Perforationen, die in der Abgabeleitung der Siebabschnitte
vorgesehen sind, in den Ringraum 130 strömt, wird
der Sand aus dem Schlamm mit diesen Perforationen in Kontakt kommen
und die Perforationen schnell verstopfen und den Fluidverlust aus
dem Schlamm minimieren. Wenn die Kiesauffüllung vollendet ist und der Schacht
in Betrieb genommen wird, wird das Betriebsfluid, das in Gegenrichtung
in den Siebbereich strömt,
den Sand von der Innenseite der Perforationen leicht entfernen und
damit den Siebbereich für eine
Fluidströmung öffnen.
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Nachdem
der Kies plaziert worden ist, werden die Ausgangsrohre 127 in
den Kupplungen 124 durch Verdrehen des Arbeitsstranges 119 verschlossen.
Da das untere Ende des Werkzeuges 120 auf dem Nippel aufsitzt
und in diesem gegen eine Verdrehung gehalten ist, werden bei einer
Verdrehung des Arbeitsstranges 19 die Stifte 131 in
den entsprechenden Kupplungen 124 abgeschert, sodass die
entsprechenden Segmente 124a gegenüber den Segmenten 124b geschraubt
(verengt) werden können, wodurch
die Passagen 128 und 129 nicht mehr miteinander
ausgerichtet sind und damit die Ausgangsrohre 127 verschlossen
werden. Wenn die Kupplungen 124 nicht aus zwei Segmenten
zusammengesetzt sind, ist ein Rückschlagventil
(gestrichelte Linien 130 in 8) in jedem
der Ausgangsrohre vorgesehen, um eine Strömung nach außen in den
Ringraum zu erlauben, jedoch eine entgegengesetzte Strömung in
die Abgabeleitung zu blockieren. Die Rohre 127 werden nach
Beendigung einer Kiesauffüllung
geschlossen, um das Einfließen
von Sand durch die Ausgangsrohre in die Abgabeleitung zu verhindern
und damit auch in die abgeschirmten Arbeitsfluide während der
Förderung.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Bohrlochwerkzeuges 60 zur Kiesauffüllung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Bohrlochwerkzeug 60 weist einen Bohrlochschirm 61 auf,
der mehrere perforierte Shunt-Rohre oder Abgabeleitungen 62 längs der äußeren Oberfläche des
Schirmes aufweist, die in Fluidverbindung mit dem Kiesschlamm stehen,
wenn dieser in dem Ringraum in dem Bohrloch nahe bei dem Schirm
eintritt. Wenn sich eine Sandbrücke
ausbildet, bevor der gesamte Sand oder Kies plaziert ist, wird der
Schlamm durch die Leitungen und aus diesen in den Ringraum über die
Perforationen in den Shunt-Rohren strömen, um das Auffüllen des
Ringraumes oberhalb und unterhalb der Brücke zu komplettieren. Für eine vollständige Beschreibung
der Konstruktion und des Betriebes dieses Typs eines Bohrlochwerkzeuges
zur Kiesauffüllung
sei auf die US-A-4 945 991 und die US-A-5 113 935 verwiesen.
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In
dem Bohrlochwerkzeug 60 ist ein Ausgangsrohr 66 des
grundlegend gleichen Typs wie oben beschrieben mit einer Perforation
(d.h. einem radialen Auslass) in einer entsprechenden Shunt-Leitung 62 verbunden.
Die Ausgangsrohre können
mit radialen Auslässen
verbunden sein, die an der Vorderseite des Shunt-Rohres (z.B. 66a)
angeordnet sind, oder sie können,
wo ein Spiegel zwischen dem Werkzeug 60 und der Bohrlochfassung
oder der Bohrlochwand eines Problems mit radialen Auslässen verbunden
sein, die aus den Seiten der Shunt-Rohre (z.B. 66b) austreten.
Auch können
Verlängerungsrohre 66c verwendet
werden, wenn dieses gewünscht
ist, um die Länge
eines bestimmten Ausgangsrohres zu vergrößern. Da wiederum der Einlassbereich
eines jeden Ausgangsrohres 66 im Wesentlichen parallel
zu der normalen Strömung durch
jedes Shunt-Rohr gelegen ist, wird der Kiesschlamm nicht „dehydrieren", wenn er durch die Shunt-Rohre
fließt,
sodass ein Sammeln von konzentriertem Sand innerhalb der Shunt-Rohre
vermieden wird.