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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Komplettieren eines
Bohrloches in einer Untergrundformation, wobei das Bohrloch durch
einen Verschlußaufbau
verschlossen ist, um die Druckfluidströmung durch das Bohrloch zu
blockieren, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, wonach ein im wesentlichen
rohrförmiges
Element mit einer Rohrwandung, welche eine axiale Bohrung umgibt,
durch den Verschlußaufbau
bewegt wird.
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Ein
solches Verfahren ist aus der Praxis bekannt und wird im Verlaufe
der Komplettierung eines Bohrloches ausgeführt, d. h. der Abschlußvorgänge, durch
welche das Bohrloch funktionsfähig
gemacht wird, wie zur Förderung
von Öl,
Gas oder eines anderen Fluids aus der Formation, zur Lagerbeobachtung oder
zum Fluideinspritzen.
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In
schlecht konsolidierten oder frakturierten Formationen können diese
Funktionen durch das Einströmen
von Teilchen in das Bohrloch behindert werden. Solche Teilchen können entweder
aus der Formation oder aus Propant stammen, die zum Komplettieren
unterstützend
verwendet werden, d. h. des Abschnittes des Bohrloches, der die
vorerwähnte Funktion
ausführen
muß. Ein
solches Einströmen von
Teilchen destabilisiert nicht nur die Formation weiter, sondern
kann auch das Bohrloch blockieren, oder kann es erforderlich machen,
die Teilchen aus dem Fluid abzutrennen, das durch das Bohrloch gefördert wird.
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Um
dieses Problem zu lösen,
ist vorgeschlagen worden, den Förderabschnitt
unter Verwendung einer Abstützvorrichtung
abzustützen,
um die Formation und irgendein Propant, das zum Komplettieren des
Bohrloches verwendet wird, abzustützen.
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Aus
der
US 5 366 012 ist
es bekannt, ein geschlitztes Rohr als Abstützvorrichtung zu installieren. Das
geschlitzte Rohr wird radial expandiert, um die Formation und/oder
das Propant abzustützen.
Dies wird ausgeführt,
wenn das geschlitzte Rohr in einem nicht-ausgekleideten unteren
Abschnitt des Bohrloches angeordnet ist und umfaßt das axiale Hindurchdrücken eines
Dornes durch das geschlitzte Rohr, um es radial zu expandieren.
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In
der Praxis wird als Teil des Komplettierungsvorganges, nachdem das
Bohrloch mit einer Auskleidung und mit einem Verschlußaufbau,
wie einem Ausbruchspreventer, versehen worden ist, ein Förderstrang,
der das geschlitzte Rohr trägt,
durch den Verschlußaufbau
bewegt.
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Da
die Abstützvorrichtungen,
wie geschlitzte Rohre, mit Durchtrittsöffnungen versehen sind, um die
Abstützvorrichtung
sicher durch den Verschlußaufbau
zu bewegen, ist es notwendig, das Bohrloch zu „killen", indem der Druck in der Formation in
Richtung nach oben, z. B. des Öles
oder Gases, mit einer Fluidsäule
ausgeglichen wird, die im Bohrloch vorhanden ist, um eine Fluidströmung aus
dem Bohrloch über
die Durchbrechungen in der Wand der Abstützvorrichtung zu verhindern.
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Das
Ausgleichen eines Bohrloches ist ein zeitaufwendiger Vorgang, der
auch die Formation beschädigen
und/oder das Bohrloch in einem unsicheren, unkontrollierbaren Zustand
zurücklassen
kann.
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Die
US 5 165 476 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Kiespacken eines Intervalls eines
Bohrloches, bei welchem ein durchlässiges Gitter mit einem Mittel
zur Beschränkung
der Fluidströmung
aus dem Ringraum in den oberen Teil des Gitters nahe dem Bohrlochintervall
positioniert ist.
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Die
WO 9306333 offenbart ein Verfahren und ein System gemäß den Oberbegriffen
1 und 10.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine Lösung zu schaffen, welche die
Komplettierung eines nicht-ausgekleideten Abschnittes eines Bohrloches
gestattet, ohne daß das
Bohrloch ausgeglichen werden muß.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch Ausführen eines
Verfahrens zum Komplettieren eines Bohrloches gemäß Anspruch
1 erreicht.
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Auf
diese Weise wird unter Druck stehendes Fluid im Bohrloch im wesentlichen
daran gehindert, den durchsetzten Verschlußaufbau zu passieren, weil
die Rohrwand, die den nicht-ausgekleideten Abschnitt komplettieren
soll, für
irgendein Druckfluid in dem Bohrloch, wenn es den Verschlußaufbau
durchdringt und passiert, undurchlässig ist. Teile der Rohrwand,
die in Position gebracht oder zumindest den Verschlußaufbau
passiert haben, werden durchlässig gemacht,
so daß Fluid über die
anfänglich
undurchlässige
Rohrwand empfangen werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein unter Druck stehendes Bohrfluid
axial durch das Rohrelement eingespeist, bevor das Verfahren ausgeführt wird.
Auf diese Weise kann das Druckfluid dazu verwendet werden, um den
Bohrer anzutreiben, und tritt nicht vorzeitig in radialer Richtung
aus dem rohrförmigen
Element durch die Umfangsöffnungen
aus.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend angeführte Ziel
durch Schaffung eines rohrförmigen
Elementes gemäß Anspruch
10 erreicht.
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Dieses
rohrförmige
Element kann durch den Verschlußaufbau
hindurchgeführt
werden, um eine Druckfluidströmung
durch ein Bohrloch zu blockieren, während ein Druckabfall über dem
Verschlußaufbau
vorhanden ist, ohne daß Fluid
durch den Verschlußaufbau über die
Bohrung des rohrförmigen Elementes
hindurchtreten kann. In seiner Förderposition
kann das rohrförmige
Element durchlässig
gemacht werden, damit das Fluid, das aus dem Bohrloch erhalten werden
soll, über
das rohrförmige
Element in den Förderstrang
eintreten kann.
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Besondere
Ausführungsbeispiele
des Verfahrens und des rohrförmigen
Elementes gemäß der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Weitere
Ziele, Merkmale, Vorteile und Details der Erfindung werden unter
Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt schematisch einen
Querschnitt eines Bohrloches mit einem Ausbruchspreventer als Verschlußaufbau,
der von einem rohrförmigen
Element im ersten Zustand durchsetzt wird;
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1A zeigt eine alternative
Ausführungsform
des rohrförmigen
Elementes nach 1;
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2 zeigt das Bohrloch nach 1, wobei das rohrförmige Element
im ersten Zustand in einer nicht-ausgekleideten Förderzone
angeordnet ist;
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3 zeigt schematisch einen
Teilquerschnitt des rohrförmigen
Elementes in einem ersten Zustand in einer nicht-ausgekleideten
Förderzone
eines Bohrloches;
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4 zeigt schematisch einen
Querschnitt eines rohrförmigen
Elementes in einem zweiten Zustand in einem Förderabschnitt eines Bohrloches;
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5 zeigt schematisch einen
Querschnitt eines anderen Bohrloches mit einem zementierten Auskleidungsschuh
als Verschlußaufbau,
der von einem rohrförmigen
Element in einem ersten Zustand durchsetzt ist; und
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6 zeigt einen Querschnitt
eines Wandteiles eines weiteren rohrförmigen Elementes.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Der
Klarheit willen sind in den Zeichnungen die Radialabmessungen relativ
zu den Axialabmessungen in größerem Maßstab gezeichnet
worden.
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Die 1 und 2 zeigen ein Bohrloch 1 in einer
Untergrundformation 2. Die Untergrundformation hat eine
Förderzone 2A,
die schlecht konsolidiert, frakturiert oder auf andere Weise instabil
sein kann. Das Bohrloch 1 ist durch einen Verschlußaufbau 3 verschlossen,
der verhindert, daß unter
Druck stehendes Fluid durch das Bohrloch 1 nach oben strömt. Das
Bohrloch 1 hat eine Auskleidung 4, die durch eine
Zementlage 5 gegen die Formation abgedichtet ist.
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Das
Bohrloch 1 weist einen zementierten Auskleidungsschuh 6 auf,
durch den ein Loch 7 in die Förderzone 2A der Formation
gebohrt ist. Der Verschlußaufbau 3 ist
ein konventionelles Ausbruchspreventersystem oder ein rotierendes
Preventersystem. Der Verschlußaufbau 3 trägt ein Dichtungsstück 8 zum
Abdichten einer Verrohrung 9, die durch das Dichtungsstück hindurchgeht.
Derartige Ausbruchspreventer sind dem Fachmann gut bekannt. In nicht ausgeglichenem
Zustand kann eine relativ große Druckdifferenz
von 350 bis 500 bar zwischen den Seiten A und B des Ausbruchspreventers
vorhanden sein.
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Wie 1 zeigt, wird ein rohrförmiges Element 10 mit
einem Rohrwandabschnitt 11, der eine axiale Bohrung 12 umgibt,
durch eine Öffnung
in dem Ausbruchspreventer 3 hindurchgeführt. Das rohrförmige Element 10 ist
in einem ersten Zustand, in dem es für Druckfluid in radialer Richtung
undurchlässig und
befähigt
ist, einem Druck von bis zumindest 50 bar und vorzugsweise zumindest
dem Druckrating des Preventersystems standzuhalten.
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Das
rohrförmige
Element 10 hat einen Rohrwandabschnitt 11, der
an in Umfangsrichtung und axial verteilten Stellen geschwächt ist
und aus einem rohrförmigen
Körper 13 mit
einer Vielzahl von Öffnungen
und einer Abdeckschicht 15 am Außenumfang des rohrförmigen Körpers 13 zusammengesetzt
ist, welche die Öffnungen
abdeckt. Das rohrförmige
Element 10 ist an seinem unteren Ende durch einen Dorn 17 verschlossen.
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Beim
Hindurchgehen durch den Ausbruchspreventer 3, während es
sich im ersten Zustand befindet, verhält sich das rohrförmige Element 10 im wesentlichen
wie ein normaler Rohrabschnitt, der durch den Ausbruchspreventer
hindurchgeht. Somit wird beim Hindurchgehen durch den Ausbruchspreventer
die Gefahr eines Ausbruchs infolge eines nicht ausgeglichenen Zustandes
stark reduziert, und eine unbeabsichtigte Druckfluidströmung an
den durchdrungenen Verschlußaufbau
vorbei verhindert. Es besteht deshalb kein Erfordernis, den Bohrlochdruck genau
auszugleichen. Dementsprechend wird die Gefahr eines Überausgleichens
des Bohrlochens und einer Beschädigung
des Bohrloches stark reduziert, und zusätzlich wird Zeit eingespart.
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Sobald
das rohrförmige
Element 10 den Verschlußaufbau 3 durchsetzt
hat, verläuft
es koaxial durch die Auskleidung 4, während es von einem Transportrohr 9 herabhängt, das
abdichtend an dem rohrförmigen
Element befestigt ist.
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Nachdem
das rohrförmige
Element 10 in der nicht-ausgekleideten Förderzone 20 des
Bohrloches 1 positioniert worden ist, wird die Rohrwand 11 entlang
eines Hauptteiles ihrer Länge
expandiert, beginnend von einer Situation nach 3 in eine Situation nach 4. Bei dem vorliegenden Beispiel erfolgt dies
durch axiales Zurückziehen
eines Dornes 17 durch die axiale Bohrung 12 des
rohrförmigen
Elementes 10. Somit wird der rohrförmige Körper radial expandiert, wenn
der Dorn 17 durch ihn hindurchgeht. Durch radiales Expandieren
des rohrförmigen Elementes
in seinen zweiten Zustand wird eine zusätzliche Abstützung der Ölförderformation 2A durch die
expandierte Rohrwand geschaffen.
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Eine
alternative Ausführungsform
ist in 1A gezeigt. In
dieser Ausführungsform
kann die Radialexpansion der Rohrwand ausgeführt werden, indem eine Expandiereinheit 17A durch
das rohrförmige
Element 10 nach unten gedrückt wird. Der Boden des rohrförmigen Elementes
ist durch eine Verschlußvorrichtung
verschlossen, z. B. kombiniert mit einer Wasch- oder Bohrvorrichtung 17B.
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Für geeignete
Expansionsverfahren, die als solche bekannt sind, wird auf das US-Patent
5 306 012 Bezug genommen. Insbesondere kann der Dorn 17 von
zusammenlegbarem Typ sein, derart, daß er durch das Rohr 9 hindurch
im zusammengeklappten Zustand eingesetzt und zurückgezogen werden kann. Der
Dorn 17 hängt
von einer Stange 18 herab, die auch dazu verwendet wird,
um den Dorn abzusenken und den Dorn hochzuziehen.
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Beim
radialen Ausfahren des rohrförmigen Körpers 13 wird
die Lage 15, die im wesentlichen undehnbar ist, durchtrennt,
insbesondere an den Stellen der Löcher 14, und wird
zumindest an diesen Stellen durchlässig. Infolge der Durchlässigkeit
ist die Druckdifferenz über
die Rohrwand im ersten Zustand wesentlich kleiner als die Druckdifferenz
im zweiten Zustand. Öl
und Gas können
nun aus der Förderzone 2A durch
das rohrförmige
Element 10 in die Verrohrung 9 und nach oben durch
die Verrohrung 9 unter Kontrolle der Steuerventile oberhalb
des Bohrloches im ersten Zustand strömen. Der Druck auf der Rohrwand
kann z. B. 350 bis 1000 bar höher
sein als im zweiten Zustand.
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5 zeigt eine andere derzeit
am meisten bevorzugte Verfahrensweise der Komplettierung eines Bohrloches 101.
In diesem Fall hat das Bohrloch 101 einen Verschlußaufbau 103 an
der Oberseite und einen zementierten Auskleidungsschuh 106 am Boden
des Bohrloches 101. Wie beim vorherigen Beispiel kann das
Bohren des Bohrloches 1 und das Ausstatten desselben mit
einer zementierten Auskleidung 4 unter Anwendung dem Fachmann
bekannter Techniken ausgeführt
werden.
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Wenn
die Förderzone 120 gebohrt
werden soll, wird ein Loch 107 durch den Auskleidungsschuh 106 gebohrt,
und dann wird die Förderzone 120 selbst
in der Förderformation 102A über den
Auskleidungsschuh 106 hinaus gebohrt. Während des Bohrens wird der
Bohrstrang um seine Längsachse
rotiert, wie dies durch den Pfeil 125 angedeutet ist.
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Während des
Bohrens wird unter Druck stehendes Bohrfluid in axialer Richtung
durch das rohrförmige
Element 110 geleitet, z. B. durch die axiale Bohrung 112,
und tritt aus dem Bohrstrang durch das oder nahe dem Bohrstück 122 aus.
Das rohrförmige Element
ist dann im ersten Zustand und somit für das unter Druck stehende
Bohrfluid radial undurchlässig. Auf
diese Weise tritt das Bohrfluid nicht vorzeitig aus dem rohrförmigen Element
aus und kann dazu verwendet werden, um den Bohrer anzutreiben und Bohrspäne wegzuwaschen.
Das Loch wird bis zur gesamten Tiefe unter Verwendung des Ausbruchspreventersystems
an der Oberfläche
gebohrt, um die Strömung
aus dem Bohrloch zu steuern.
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Nachdem
das rohrförmige
Element 110 ausreichend tief in die Ölförderzone 102A gebohrt
und das rohrförmige
Element 110 die erwünschte
Stelle in der Förderzone 120 erreicht
hat, wird das Bohrstück 122 axial
durch das Bohrloch 112 im rohrförmigen Element 110,
d. h. in Richtung des Pfeiles 124, zurückgezogen.
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Auf
diese Weise wird die Rohrwand 111 radial in den zweiten
Zustand expandiert. Während
sie expandiert wird, wird die Rohrwand 111 für Druckfluid entlang
des expandierten Teiles ihrer Länge
radial durchlässig.
Nun kann Öl
oder Gas aus der Förderzone 102A gefördert werden.
Der Expandiervorgang kann unter Verwendung einer Expandiereinheit,
die durch das Bohrstück
gebildet oder mit diesem kombiniert ist, und eine Bohrlochbodenanordnung
oder durch eine andere geeignete Expandiereinrichtung durchgeführt werden.
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Da
in diesem Modus der Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
das Bohren von zumindest einem Teil des Bohrloches unter Verwendung
eines Bohrstranges ausgeführt
wird, der ein rohrförmiges
Element enthält,
das durchlässig
gemacht wird, nachdem es seine Förderposition
erreicht hat, wird die Zeit, die erforderlich ist, um das förderungsreife
Bohrloch zu präparieren,
wesentlich reduziert, weil der Vorgang des Einsetzens der Komplettierung
in das Bohrloch gleichzeitig mit dem Vorgang des Einsetzens des
Bohrstranges in das Bohrloch ausgeführt wird. Da außerdem das
rohrförmige Element
direkt nach den Bohrvorgängen
expandiert werden kann, im Vergleich zum Er fordernis des Zurückziehens
des Bohrelementes und nachfolgenden Einsetzen einer Abstützvorrichtung,
wird die Gefahr eines Einfallens des Bohrloches stark reduziert,
und es wird Zeit eingespart.
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Das
rohrförmige
Element 110 hat eine Rohrwand 111, die mit umfangsmäßig und
axial verteilten Öffnungen 114 versehen
ist. Die Öffnungen
sind in einem rohrförmigen
Körper 113 ausgebildet,
der durch eine äußere Lage 115A und
eine innere Lage 115B des Materials bedeckt ist. Im ersten
Zustand ist das rohrförmige
Element 110 für
Druckfluid undurchlässig und
im wesentlichen undehnbar. Die Lagen 115A und 115B umfassen
ein harzartiges Material, derart, daß bei radialer Expansion der
Rohrwand 111 des rohrförmigen
Elementes 110 die Lagen 115A und 115B durchtrennt
werden und die Öffnungen 114 nicht mehr
bedecken, so daß die
Rohrwand 111 für
Druckfluid radial durchlässig
wird. Vorzugsweise umfassen die Lagen 115A und 115B ein
Material, das an dem rohrförmigen
Körper 113 im
zweiten Zustand haftet, um ein Verschmutzen der Förderzone 102A und
des geförderten Öles, Gases
oder eines anderen Förderfluids
durch Fremdkörper,
die aus den Lagen 115A und 115B stammen, zu verhindern.
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Die
Lagen 115A und 115B verstärken jeweils die Torsionssteifigkeit
des rohrförmigen
Elementes 110 wesentlich, insbesondere, wenn die Fasern
in den Lagen 115A und/oder 115B in einer torsionsfesten,
diagonal gewickelten Konfiguration gelegt sind. Selbst wenn eine
große
Anzahl von Öffnungen
oder anderweitig Schwächungsstellen
vorgesehen sind, die bei Expansion geöffnet werden, ist es trotzdem möglich, das
rohrförmige
Element 110 zur Übertragung
eines in einem Bohrvorgang erforderlichen wesentlichen Drehmomentes
von typischerweise bis zu 5000 bis 25000 Pfund zu verwenden.
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Die
Lagen 115A und 115B umfassen Bewehrungsfasern,
vorzugsweise Glas, Kohlenstoff oder andere Fasern, die in einem
Harzmatrixmaterial eingebettet sind. Die Fasern können gewebt,
geflochten oder gewunden sein, um die Festigkeit der Lage zu erhöhen.
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Diese
Konstruktionsmerkmale tragen dazu bei, Lagen 115A oder 115B zu
schaffen, die gegen Druckfluid ausreichend undurchlässig sind,
eine ausreichende Torsionsfestigkeit haben und sich bei einer Expansion
des rohrförmigen
Elementes 110 nicht auflösen, so daß die Bildung von losen Teilchen
auf einem Minimum gehalten wird.
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Da
die Lagen 15 in den 1–3 und 115A in 5 an der Außenseite
der entsprechenden rohrförmigen
Körper 13, 113 des
rohrförmigen
Elementes 10, 110 im ersten Zustand angeordnet
sind, haben diese Elemente eine besonders hohe Festigkeit gegen
Außendrücke. Dies
ist in Situationen vorteilhaft, in denen der Druck an der Außenseite
des rohrförmigen
Elementes 10, 110 größer als der Druck an der Innenseite
des rohrförmigen
Elementes 10, 110 ist, z. B. wenn das Bohrloch
relativ zum Druck in der Förderzone 2A, 102A unterausgeglichen
ist.
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Die
Lage 115B in 5 an
der Innenseite des rohrförmigen
Körpers 113 schafft
eine besonders hohe Festigkeit gegen Druck von der Innenseite des rohrförmigen Elementes 110,
der beispielsweise dann auftritt, wenn Bohrfluid durch das rohrförmige Element
zugeführt
wird.
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Die
Lagen 15, 115A und 115B können auch dazu
dienen, eine zusätzliche
Struktur zu schützen, die
zwischen den Lagen und dem rohrförmigen
Körper 13 zwischengeschaltet
ist.
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6 zeigt den Aufbau von Lagen,
bei denen ein expandierbares Gitter 223 zwischen einer
inneren Lage 215B aus Dichtungsmaterial und einer äußeren Lage 215A aus
Dichtungsmaterial und gegen die Außenseite des rohrförmigen Körpers 213 zwischengeschaltet
ist.
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Dadurch,
daß das
Gitter von einer Lage aus Dichtungsmaterial bedeckt ist, ist das
expandierbare Gitter 223 geschützt. Die äußere Lage 215A schützt beispielsweise
das Gitter, während
das rohrförmige Element 210 in
die Auskleidung eingesetzt wird. Die innere Lage 15A kann
dazu dienen, das Gitter 213 vor einem Verschmutzen oder
Verlegen über
die Öffnungen 14 durch
Teilchen im Bohrfluid (Schlamm) zu schützen. Die Verstärkungsfasern
in dem Matrixmaterial 230 sind als Punkte 232 gezeigt
und mit dem Bezugszeichen 231 angedeutet.
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Beispielsweise
kann die Rohrwand auch aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand
ohne Radialexpansion übergeführt werden,
z. B. durch Drehen oder Teleskopbewegung der beiden rohrförmigen Körper relativ
zueinander, derart, daß eine
Anzahl von Löchern
im ersten Zustand verschlossen und durch Ausrichtung im zweiten
Zustand geöffnet wird.
Außerdem
kann der Rohrwandabschnitt auf andere Weise geschwächt sein,
z. B. durch Rücksprünge, deren
Material mit verringerter Dicke bei einer Expansion durchtrennt
wird, durch Faßdauben,
die einander überlappen
oder die im ersten Zustand benachbart und im zweiten Zustand zwischengeschaltet
sind. Zusätzlich
kann die Radialexpansion unter Verwendung eines Dornes auch ausgeführt werden, indem
der Dorn in axialer Richtung durch das rohrförmige Element nach unten gedrückt wird,
z. B. von oben nach unten. Auch kann der Förderabschnitt horizontal in
der Ölförderzone 2A angeordnet
sein. Solche Ausführungsbeispiele
stehen dem Fachmann zur Verfügung
und liegen innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche.