DE69617258T3

DE69617258T3 - Verformbares bohrloch-filterrohr und verfahren zu seinem einbau

Info

Publication number: DE69617258T3
Application number: DE69617258T
Authority: DE
Inventors: Martin Donnelly; Hendrikus Jacobus EMMEN; Jan Cornelis KENTER; Christianus Wilhelmus LOHBECK; Hermanus Paulus REIJNEN; Reynolds Brent ROSS; James Allan SAMUEL
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: UA67719C2; DK0859902T3; NO982087D0; US6012522A; AU710745B2; JPH11514712A; CA2237126A1; US5901789A; BR9611456A; OA10683A; EA199800433A1; DE69617258D1; JP3825805B2; EP0859902A2; CA2237126C; WO1997017524A2; DK0859902T4; EP0859902B2; EA000332B1; WO1997017524A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochsieb zum Verhindern des Eindringens von festen Partikeln, wie Sand und anderen Formationsmineralien, Kies und/oder schwerlöslichen Feststoffen, in eine Kohlenwasserstofförderquelle.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Bohrlochsieb mit zumindest einer im wesentlichen rohrförmigen Filterschicht, deren Sieböffnungsgröße an die Größe der Teilchen angepaßt ist, welche von dem Sieb abgeblockt werden sollen.
Ein solches Sieb ist beispielsweise aus der GB-PS 2115040 bekannt. Das bekannte Sieb kann ferner äußere und/oder innere Schutzschichten umfassen, die zu der Filterschicht koaxial sind und eine wesentlich größere Sieböffnungsgröße haben als die Filterschicht oder -schichten.
Ein Problem, das bei dem bekannten Sieb auftritt, ist, daß Metalldrahtgeflecht und andere Filterblätter fragil sind und während der Installation und im Gebrauch leicht zerquetscht und beschädigt werden können.
Bereits eine kleinere Verformung des Filterblattes bzw. der Filterschicht kann bereits zu einer Veränderung der Sieböffnungen führen, was die richtige Funktion der Siebes beeinträchtigen kann.
Darüber hinaus werden Sandsiebe der bekannten Art typischerweise in einer flachen oder rohrförmigen Form gefertigt und sind so ausgelegt, daß sie ihre ursprüngliche Form ohne eine wesentliche Verformung während und/oder nach der Installation beibehalten. In Bohrlöchern mit einer unregelmäßigen Oberfläche und/oder scharfen Biegungen erfordert dies jedoch die Verwendung eines Siebes mit einem wesentlich kleineren Durchmes ser als jenem des Bohrloches. Die Verwendung eines solchen kleindurchmeßrigen Siebes führt zu hohen Fluidströmungsraten durch die Sieböffnungen des Siebes, einer starken Abnützung des Siebes und einer erhöhten Gefahr eines Verstopfens des Siebes und Zusammenbruchs des Bohrlochs.
Ein Bohrlochsieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der internationalen Patentanmeldung PCT/EP93/01460 (Veröffentlichungsnummer WO93/25800) bekannt. Diese Literaturstelle des Standes der Technik offenbart, daß ein Sieb um ein expandierbares Trägerrohr gewickelt werden kann. Ein Problem mit einem solchen gewickelten Sieb ist, daß es während des Expansionsprozesses Falten schlagen oder sogar zerreißen kann.
Es ist ein Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.
Gemäß der Erfindung wird ein verformbares Bohrlochsieb für das Verhindern einer Migration von festen Partikeln in eine Kohlenwasserstofförderquelle geschaffen, welches Sieb rund um ein Trägerrohr angeordnet ist, das radial expandierbar ist, indem ein Expansionsdorn in einer Axialrichtung durch das Innere des Rohres hindurchbewegt wird, wobei das Sieb eine Reihe von skalierten Filterblättern mit einer Sieböffnungsgröße aufweist, die an die Größe der Partikel angepaßt ist, welche durch das Sieb abgeblockt werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Filterblätter der Reihe so angeordnet sind, daß sie während der Expansion des Trägerrohres relativ zueinander gleiten können, wobei die Reihe von skalierten Filterblättern verformbar ist, so daß diese während der Installation des Siebes in einem Bohrloch expandiert werden kann und jegliche Variation der Sieböffnungsgröße jedes Filterblattes als Folge einer solchen Deformation innerhalb vorgegebener Grenzen bleibt.
Es wird bevorzugt, daß das Sieb radial expandierbar ist, und zwar durch Bewegen eines Expansionsdornes in einer axialen Richtung durch das Innere eines expandierbaren geschlitzten Trägerrohres, und die Sieböffnungsgröße jeder rohrförmigen Filterschicht im wesentlichen konstant bleibt oder in einer vorgegebenen und gleichförmigen Weise während der Expansion und/oder einer anderen Deformation des Siebes variiert.
Bevorzugt ist das Sieb unten im Bohrloch auf eine solche Größe expandierbar, daß es oder eine umgebende Schutzschicht zumindest teilweise an die umgebende Formation oder eine perforierte Einfassung angelegt werden kann. An Orten wie Auswaschungen und Knicken, wo die Bohrlochwand so unregelmäßig ist, daß ein Spalt rund um das expandierte Sieb verbleiben würde, kann harz- oder kunstharzimprägnierter Kies in dem Spalt angeordnet werden, um einen kontinuierlichen mechanischen Kontakt zwischen dem Sieb und der Formation zu gewährleisten.
Optional ist das Sieb gemäß der Erfindung rund um ein expandierbares geschlitztes Rohr angeordnet, welches den Innendurchmesser des Siebes dazu bringt, sich während der Installation der Sieb- und Rohr-Anordnung in einem Bohrloch zu erhöhen, während die Variation der Sieböffnungsgröße jeder Filterschicht des Siebes als Folge einer solchen Expansion des Siebes weniger als 50% beträgt.
Ein geeignetes expandierbares geschlitztes Rohr zur Verwendung mit dem Sieb ist in der Beschreibung der internationalen Patentanmeldung PCT/EP93/01460 offenbart.
Diese Literaturstelle des Standes der Technik offenbart, daß eine Umhüllung bzw. Umwicklung, wie ein Sintermetallsieb oder eine Sintermetallmembran, rund um eine expandierbare geschlitzte Auskleidung angebracht werden kann, um das Eintreten von Sand in das Bohrloch zu verhindern, sie lehrt aber nicht, eine Umhüllung zu erzeugen, die selbst expandierbar ist. Diese Literaturstelle des Standes der Technik offenbart auch, daß durch ein solches Anordnen von koaxialen expandierbaren geschlitzten Rohren, daß die Schlitze nicht ausgerichtet sind, ein Eindringen von Sand verhindert werden kann. Eine solche Anordnung ergibt jedoch keine gut definierte und gleichmäßige Sieböffnungsgröße über die gesamte Länge der expandierten Rohre.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Sieb eine Reihe von skalierten Filterblättern auf, die rund um ein expandierbares geschlitztes Trägerrohr angeordnet sind und welche in Umfangsrichtung gesehen an einer Kante am genannten Rohr angeschlossen und an der anderen Kante zumindest teilweise ein benachbartes Filterblatt überlappen.
Optional sind die skalierten Filterblätter aus einem flexiblen durchlässigen Material gefertigt, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: perforierte Metallplatte, Metallplatte mit einer Reihe von im wesentlichen tangentialen Schlitzen, gesinterte gewebte Metalldrähte und synthetisches Tuch.
Optional wird das erfindungsgemäße Sieb mit einem expandierbaren geschlitzten Rohr verwendet, dessen Schlitze vor Ort mit Granulat gefüllt worden sind, welches aneinander und an den Rändern der Schlitze über ein Klebehilfsmittel verbunden sind, sodaß Porenöffnungen einer ausgewählten Größe zwischen den Granulatkörnern verbleiben.
Bei den obigen Ausführungsformen kann das geschlitzte Rohr auf einen Durchmesser expandiert werden, der 50% größer als der Durchmesser des nicht-expandierten Rohres sein kann. Die Sieböffnungsgröße des Siebes bleibt bei einer solchen großen Expansion im wesentlichen unbeeinträchtigt, obwohl die skalierten Filterblätter in Umfangsrichtung als Folge der Reibungs kräfte gedehnt und durch die axiale Kontraktion des geschlitzten Trägerrohres während des Expansionsprozesses geringfügig deformiert werden können.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Siebes weist das Sieb zumindest ein Filterblatt auf, das im wesentlichen aus einem Tuch gefertigt ist, wie einem Nadelfilz. Geeigneterweise umfaßt der Nadelfilz ein Material, das aus der Gruppe aus Stahldrähten und synthetischen Fasern ausgewählt ist. Optional werden die synthetischen Fasern aus der Gruppe bestehend aus Aramidfasern und "Carilon"-Polymerfasern ausgewählt, die eine hohe chemische Beständigkeit haben. "Carilon"-Polymer ist ein lineares alternierendes Copolymer aus Kohlenmonoxid und einer oder mehreren olefinisch ungesättigten Verbindungen. Die europäischen Patentschriften Nrn. 360 358 und 310 171 offenbaren Verfahren für die Herstellung von Fasern aus diesem Polymer durch Gel- bzw. Schmelzverspinnung. Bevorzugt weist die Filterschicht einen langgestreckten Tuchstreifen auf, der in einem überlappend spiralförmigen Muster zu einer Rohrform gewickelt ist, wodurch benachbarte Windungen eine Überlappung zwischen 10 und 90%, bevorzugt etwa 50% haben.
Es ist anzumerken, daß die internationale Patentanmeldung PCT/EP/01460 offenbart, daß zwei koaxiale geschlitzte Auskleidungen im Inneren des Bohrloches so angeordnet werden können, daß nach der Expansion die Schlitze in radialer Richtung nicht ausgerichtet sind. Diese nicht-ausgerichtete Schlitzanordnung zielt darauf ab, Fluide zu einem zick-zack-förmigen Hindurchtreten durch die Auskleidungen zu bewegen, wodurch verhindert wird, daß Sand in das Bohrloch eintritt. Die in dieser Literaturstelle des Standes der Technik verwendeten Auskleidungen wiesen axiale Schlitze mit einer Länge von zumindest 25 mm und einer Breite von zumindest 0,7 mm auf. Obwohl diese bekannte Anordnung den Sandeintrag in das Bohrloch tatsächlich verrin gert, erzeugt sie nicht ein Sandsieb mit einer gleichförmigen und gut definierten Sieböffnungsgröße.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß anstelle der Verwendung der Wechselwirkung zwischen nicht ausgerichteten verhältnismäßig großen Schlitzen von koaxialen Auskleidungen zur Verhinderung des Sandeintrages ein geeignetes Sieb geschaffen werden kann, indem skalierte bzw. abgestufte Filterblätter mit Mikroschlitzen verwendet werden.
Es ist anzumerken, daß die US-PS 1,135,809 ein Bohrlochsieb mit versetzten axialen Schlitzen offenbart. Das Sieb gemäß dieser Literaturstelle des Standes der Technik wird jedoch unten im Bohrloch installiert, ohne daß es einer signifikanten Expansion oder anderen Verformung unterworfen wird, sodaß die Schlitze in ihrer ursprünglichen langgestreckten Form bleiben.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Installieren eines verformbaren Bohrlochsiebes in einer Kohlenwasserstofförderquelle, wobei das Sieb eine Reihe von skalierten Filterblättern aufweist und das Verfahren das Anordnen des Siebes rund um ein expandierbares geschlitztes Trägerrohr und das Absenken der Anordnung aus Sieb und Rohr in das Bohrloch umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr durch axiales Hindurchbewegen eines Expansionsdornes expandiert und dadurch der Innendurchmesser des Siebes um zumindest 5% vergrößert wird, daß benachbarte Filterblätter der Reihe relativ zueinander während der Expansion des Trägerrohres gleiten, und daß jegliche Variation der Sieböffnungsgröße jedes Filterblattes des Siebes als Folge der Expansion weniger als 50% beträgt.
Optional wird die Sieb- und Rohranordnung um eine Trommel gewickelt und während der Installation von dieser Trommel in das Bohrloch abgespult. Es ist anzumerken, daß die europäische Patentanmeldung Nr. 674 095 ein Bohrlochsieb offenbart, das während der Installation von einer Trommel abgewickelt wird. Dieses bekannte Sieb wird jedoch nicht während des Installationsvorganges expandiert.
Optional umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung das Absenken eines expandierbaren geschlitzten Rohres in das Bohrloch, das Bewirken einer Expansion des Rohres, das Einspritzen von mit einem Klebehilfsmittel beschichteten Granulatkörnern in das expandierte Rohr und das Wegwischen der Granulatkörner zumindest teilweise von der Innenoberfläche und in die expandierten Schlitze des Rohres hinein, und das Zulassen einer Aushärtung des Klebehilfsmittels. Aus diese Weise wird eine durchlässige Matrix von verklebten festen Partikeln gebildet, welche die expandierten Schlitze im wesentlichen ausfüllt.
Die beschichteten Granulatkörner können aus harz- bzw. kunstharzbeschichteten Granulatkörnern mit einem Durchmesser von 1 bis 5 mm bestehen, die über Einspritzteile eingespritzt werden, welche hinter dem Expansionskegel liegen, und ein Wischersatz kann hinter dem Kegel nachgezogen werden, um die Granulatkörner von der Innenoberfläche des expandierten Rohres in die Schlitze und jegliche das Rohr umgebende Lücken hineinzukehren.
Es ist anzumerken, daß die US-Patentschrift Nr. 5,211,234 das Einspritzen von Granulatkörnern, die mit einem Klebehilfsmittel beschichtet sind, durch Perforationen in einer Förderverrohrung offenbart, um zu bewirken, daß die verklebten Granulatkörner ein Sandsieb bilden. Das bekannte Sandsieb bildet jedoch kein rohrförmiges Sieb über die gesamte Länge der Förderstrecke.
Diese und weiter Merkmale, Ziele und Vorteile des Verfahrens und des Siebes gemäß der Erfindung werden aus den begleitenden Zeichnungen, der Zusammenfassung und der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden.
Die Erfindung wird nun mehr im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und weitere Beispiele, die nicht dargestellt sind, beschrieben.
In den begleitenden Zeichnungen zeigt:
1 einen Querschnitt eines segmentierten Siebs, das in ein Bohrloch abgesenkt ist, zwischen zwei nicht-expandierten geschlitzten Rohren;
2 einen Querschnitt der Sieb- und Rohranordnung von 1 nach der Expansion der Anordnung;
3 eine Seitenansicht eines Abschnittes einer der Filterblätter des segmentierten Siebes der 1 und 2 in einem vergrößerten Maßstab;
4 eine Seitenansicht eines Abschnittes des nichtexpandierten geschlitzten Träger- und Schutzrohres von 1 in einem vergrößerten Maßstab;
5 eine Seitenansicht eines Abschnittes des expandierten Träger- und Schutzrohres von 2 in einem vergrößerten Maßstab; und
6 einen schematischen Längsschnitt eines expandierenden geschlitzten Rohres, wobei harzbeschichtete Granulatkörner in die Schlitze gekehrt werden, um nach dem Aushärten des Harzes ein Sandsieb zu bilden.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist darin ein Bohrloch 1 gezeigt, welches durch eine unterirdische kohlenwasserstoffhältige Formation 2 geht.
Eine Anordnung aus einem expandierbaren geschlitzten Trägerrohr 3, einem Bohrlochsieb mit vier skalierten perforierten Filterblättern 4 und einem expandierbaren geschlitzten Schutzrohr 5 wurde in das Bohrloch 1 abgesenkt.
Jedes Filterblatt 4 ist nahe einer seiner Kanten über eine Lasche 6 an dem Trägerrohr 3 befestigt, sodaß eine gegenüberliegende Kante ein benachbartes Blatt 4 überlappt.
Die Laschen 6 gestatten es den Filterblättern 4, sich axial gegenüber dem Trägerrohr 3 zu bewegen und auf diese Weise die axiale Kontraktion des Trägerrohres 3 zuzulassen, und zwar als Folge einer tangentialen Expansion, die durch ein axiales Gleiten der Filterblätter 4 gegenüber dem Trägerrohr kompensiert werden muß.
In 1 ist die Anordnung in einer nicht-expandierten Form, sodaß die Schlitze 7 der beiden geschlitzten Rohre 3 und 5 eine langgestreckte längliche Form und eine konstante Breite haben, wenn sie in Umfangsrichtung wie in 4 gezeigt betrachtet werden, wobei die Filterblätter 4 in einer Längsrichtung die Filterblätter auch schraubenförmig um das Trägerrohr 3 mit einem solchen Steigungswinkel gewickelt sein können, daß sich das Blatt während der Expansion in Längsrichtung im wesentlichen in derselben Weise zusammenzieht wie das geschlitzte Rohr 3.
Während des Expansionsprozesses gleiten benachbarte Filterblätter 4 relativ zueinander und die Blätter gleiten auch relativ gegenüber der Innenwand des Schutzrohres 5.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Blätter 4 aus einer perforierten Nickelfolie gefertigt, die ein Material geringer Reibung ist.
Um die Reibung während der Expansion weiter zu reduzieren, können die Filterblätter 4 im wesentlichen tangentiale Schlitze anstelle der in 3 gezeigten kreisförmigen Perforationen haben. Die Breite solcher tangentialer Schlitze wird sich während der Expansion der Anordnung im Bohrloch 1 nicht signifikant ändern.
Anstelle der Verwendung einer Nickelfolie für die Filterblätter 4 können diese Blätter auch aus einem anderen Material gefertigt werden, wie einem gesinterten gewebten Drahtgitter und einem synthetischen Tuch, die ausführlicher andernorts in dieser Beschreibung beschrieben werden.
Anstelle der Verwendung eines geschlitzten Schutzrohres 5 aus Stahl rund um die Filterblätter 4 kann jeder andere expandierbare und durchlässige schützende rohrförmige Körper verwendet werden, wie ein gewirkter geotextiler Schlauch oder ein eingerolltes perforiertes Metallblech. Anstelle der Verwendung mehrerer Filterblätter, die jeweils nur teilweise das Trägerrohr 3 umgeben, kann auch ein einziges eingerolltes Filterblatt verwendet werden, das nicht befestigt ist. Als eine Alternative zu der Verwendung der Laschen 6 zum Befestigen der Filterblätter 4 am Trägerrohr 3 können die Blätter 4 punktgeschweißt oder mit Hilfe anderer mechanischer Befestigungsmittel am Trägerrohr befestigt werden.
Anstelle des Befestigens jedes Filterblattes 4 an seiner Innenkante am Trägerrohr 3, wie in 1 gezeigt, kann es auch nahe seiner Mittellinie am Trägerrohr 3 befestigt werden, um jegliche Verzerrungs- und Reibungskräfte zu verteilen, die während des Expansionsprozesses auf die Blätter 4 ausgeübt werden.
In 2 ist die Anordnung in einer expandierten Form gezeigt, sodaß die Schlitze 7 der geschlitzten Rohre 3 und 5 eine Rautenform haben, wie aus 5 ersehen werden kann. Die Expansion der Anordnung kann erreicht werden, indem ein Expansionskegel durch das Stahlträgerrohr 3 bewegt wird, wie in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP93/01460 beschrieben ist, wodurch die Expansion des Trägerrohres auch bewirkt, daß das Außenrohr 5 expandiert, bis es im wesentlichen an der Bohrlochwand anliegt.
Während des Expansionsvorganges wird die Überlappung zwischen den benachbarten Filterblättern 4 reduziert, jedoch wird die Umfangslänge der skalierten Blätter 4 so ausreichend groß gewählt, daß immer noch eine gewisse Überlappung nach der Expansion verbleibt.
Wie in 3 veranschaulicht, bestehen die Filterblätter 4 aus perforierten Platten, und die Breite der Perforationen bleibt im wesentlichen dieselbe während und nach dem Expansionsvorgang. Das Trägerrohr 3 wird sich jedoch geringfügig in Längsrichtung kontrahieren, und zwar als Folge des Expansionsvorganges. Daher wird bevorzugt, die Laschen 6 in Schlitzen anzuordnen, welche ein Gleiten der Laschen 6 in Längsrichtung relativ zum Trägerrohr 3 gestatten. Anstelle der Verwendung von Laschen können jedoch auch die Vorderkanten der Filterblätter 4 mittels Punktschweißen am Trägerrohr 3 befestigt werden. In so einem Fall kann dies zu einer gewissen Längskompaktierung der Vorderkanten der Filterblätter während des Expansionsvorganges führen, wenn diese Vorderkanten eine Längsorientierung haben. Alternativ können die Vorderkanten der Filterblätter 4 jedoch auch eine schraubenförmige Orientierung relativ zum Trägerrohr 3 haben. In so einem Fall können ein oder mehrere Filterblätter 4 schraubenförmig rund um das Trägerrohr 3 gewickelt werden, sodaß die gegenüberliegenden Kanten der Filterblätter einander sowohl in der nicht-expandierten als auch in der expandierten Stellung des Trägerrohres 3 überlappen.
6 zeigt eine Ausführungsform des Siebes gemäß der Erfindung, bei welcher ein Sieb in situ im Inneren des Bohrloches gebildet wird. Ein expandierbares geschlitztes Stahlrohr 10 wird gegen die Bohrlochwand 11 hin expandiert, indem ein Expansionskegel 12 nach oben durch das Rohr 10 gezogen wird.
Der Kegel 12 ist am unteren Ende eines aufgespulten Schlauches 13 aufgehängt, über welchen harzbeschichtete Granulatkörner 14 eingespritzt werden, die über Einspritzauslässe 15 gerade unterhalb des Kegels 12 in das Innere des expandierenden Rohres 10 gelangen. Ein Satz von zwei scheibenförmigen Wischern 16 wird hinter dem Kegel durch eine Stange 17 nachgezogen, welche die Granulatkörner 14 aus dem Inneren des expandierten Rohres 10 in die expandierten Schlitze 18 und jegliche Lücken 19 hineinpressen, die zwischen der Bohrlochwand 11 und dem expandierten Rohr 10 vorhanden sein können. Nach dem Aushärten des Harzes sind die Granulatkörner zu einer durchlässigen Matrix aus Granulatkörnern verklebt, welche die expandierten Schlitze 18 ausfüllt und auch mit den Rändern dieser Schlitze 18 verklebt ist. Der Durchmesser der Granulatkörner 14 wird so gewählt, daß die Poren zwischen den Granulatkörnern 14 Sieböffnungen mit einer Größe bilden, die geeignet ist, um das Eindringen von Sandkörnern in das Bohrloch zu verhindern. Für die meisten Sandkorngrößen ist eine geeignete Granulatgröße zwischen 0,5 und 5 mm.
Eine anderes deformierbares Bohrlochsieb war aus sieben Schichten von Drahtgitter aufgebaut, die in einem einfachen rechteckigen Flechtmuster mit jeweils den folgenden Sieböff nungsgrößen geflochten waren: 5000/950/162/625/325/950/5000 μm.
Diese Schichten wurden gemeinsam in einem Vakuum gesintert, um eine Platte zu bilden, die dann zu der Form eines Rohres gerollt und nahtverschweißt wurde.
Die Schichten bestanden aus Lagen von geflochtenem Drahtgitter mit einer Länge von 350 mm und einer Breite von 170 mm, die in einem Vakuumofen zwischen Platten aus Cordieritkeramik zusammen gesintert wurden. Diese Platten wurden mit einem 9 kg schweren Gewicht zusammengepreßt. Das Material wurde 4 Stunden lang bei 1260°C und einem Druck von 10^–4 Pa gesintert. Das Material wurde dann in dem Ofen unter Vakuum abkühlen gelassen.
Nach dem Sintern war der Stapel von Schichten etwa 9 mm dick. Er wurde dann in einem Walzwerk auf eine Dicke von 5 mm in einem Durchgang gewalzt und weitere 4 Stunden lang unter denselben Bedingungen gesintert.
Die gesinterte Platte wurde anschließend auf eine Länge von 310 mm geschnitten und in eine 3-Walzen-Biegemaschine eingelegt, wobei die 170 mm-Kante parallel zur Walzachse war, und zu einem Rohr mit etwa 100 mm Durchmesser und 170 mm Länge gewalzt.
Die Naht wurde dann hartverlötet. Falls gewünscht, wäre es jedoch auch möglich gewesen, die Naht zu schweißen. In dem derart hergestellten rohrförmigen Sieb wirkten die Schichten mit den Sieböffnungsgrößen von 162 und 325 μm hauptsächlich als Filterschichten, wogegen die anderen Schichten, nämlich jene mit den Sieböffnungsgrößen von 625, 950 und 5000 μm, im wesentlichen als Schutzschichten wirkten. Die Filterschicht mit der feinsten Sieböffnungsgröße, d.h. 162 μm, umgab die Filterschicht mit der gröberen Sieböffnungsgröße, d.h. 325 μm, um die Akkumulierung von Sand im Inneren des Siebes zu reduzieren.
Die anschließenden Tests wurden mit gesinterten Flechtdrahtsiebplatten gemäß der Erfindung durchgeführt.
Eine kurze Länge einer rohrförmigen Siebplatte wurde axial zwischen Platten in einer Presse komprimiert, um ihre Länge um 10% zu reduzieren. Die Rohrwände zeigten beginnende Buckel. Keine offensichtliche Änderung der Sieböffnungsgröße wurde bei einer visuellen Überprüfung gefunden. Die Längenänderung in dem feinsten Netz wurden aufgenommen, indem sie sich nach außen zwischen den Drähten des gröberen Netzes bzw. Gitters ausbauchten, mit einer offensichtlichen Erhaltung des Flechtmusters und der Sieböffnungsabmessungen.
Ferner wurde eine Scheibe aus gesintertem Gitter in einer 0,5 m langen Zelle mit einem Durchmesser von 50 mm angeordnet, welche 1500 g Sand aus einer Kohlenwasserstoffluidförderquelle in Uiterburen, Niederlande, enthielt. Luft mit 100 bar wurde durch das Sandbett und das Sieb eine Woche lang unter einer Nenngeschwindigkeit durch das Sieb hindurch von 5 m/s geleitet. Der Druckabfall über das Sandbett und das Sieb blieb konstant bei 3 bar.
Das Gewicht des aus der Zelle nach dem Test wiedergewonnenen Sandes war 9 g weniger.
Es wurde aus diesem Test geschlossen, daß das Sieb den Sand ausreichend stabilisierte, um eine signifikante Migration des feinen Sandes zu verhindern. Darüber hinaus war das Sieb nicht in einem solchen Maße verstopft, daß sich daraus eine signifikante Erhöhung des Druckabfalles ergeben hätte.
Es wurde auch geschlossen, daß die Kombination aus Schutzschichten mit einem groben Gitter und aus dickem Draht gefertigt mit Filterschichten mit einem feinen Gitter, die gemeinsam gesintert wurden, eine robuste Struktur mit einer feinen Siebgröße erzeugt. Das Zusammensintern der verschiedenen Schichten erzeugt ein Sieb mit einem Widerstandsmoment, welches größer ist als die Summe der Widerstandsmomente der einzelnen Schichten.
Die Flechtmuster und Drahtstärken in den verschiedenen Schichten können so ausgewählt werden, daß sie die gewünschte Kombination aus Festigkeit und Biegsamkeit in radialer Richtung, Umfangsrichtung und Längsrichtung ergeben, sodaß das Sieb als ein selbsttragendes Rohr gefertigt werden kann, welches von einer Trommel und in das Bohrloch hinein abgespult und dann unten im Bohrloch expandiert werden kann.
Wenn das vorherrschende Flechtmuster seine Kettachse parallel zur Rohrachse hat und die Kettfäden über und unter die Schußfäden gebogen sind, während letztere relativ unverzerrt sind (wie beispielsweise bei umgekehrt einfacher holländischer Webart oder umgekehrtem holländischen Twill), dann wird die Umformbeanspruchung beim Biegen in Längsrichtung verhältnismäßig hoch sein, jedoch bei einer verhältnismäßig geringen Fließgrenze, und das Rohr kann einfach gebogen werden; wogegen, wenn die Schußfäden gebogen sind und die Kettfäden gerade verlaufen (einfache holländische Webart oder holländischer Twill), das Rohr leichter expandiert oder in seinem Durchmesser reduziert werden kann. Wenn die Kett- und Schußfäden unter einem Winkel von 45° zur Rohrachse verlaufen (wie bei einem schraubenförmig geschweißten Rohr), dann wird ein Gewebe mit quadratischen Maschen als Folge jeglicher Verformung, die eine Längen- oder Durchmesseränderung bewirkt, zu einem Rautenmuster verformt und die Sieböffnung wird sich nur leicht um einen vorhersehbaren Betrag ändern. Wenn zwei Schichten des fei nen Gitters durch ein grobes Gitter getrennt sind, wird sich Sand, welcher die erste Schicht erodiert, in dem Raum zwischen den beiden Schichten ansammeln und einen gewissen Schutz gegen eine Erosion der zweiten Schicht bieten, nicht nur durch Bilden einer Barriere, sondern auch durch lokales Verringern der Permeabilität und damit der Strömung. Wenn das äußerste feine Gitter eine kleinere Sieböffnungsgröße hat als die nächste feine Schicht, dann kann jegliches Material, welches durch die äußere feine Schicht hindurchtritt, auch durch die anschließenden feinen Schichten hindurchtreten, was die Tendenz des Siebes zu einem internen Verstopfen verringert. Bevorzugt ist die Sieböffnungsgröße der äußersten Filterschicht zumindest zweimal kleiner als jede der anderen Filter- und Schutzschichten.
Noch ein weiteres verformbares Bohrlochsieb wurde aus einem ungewebten Nadelfilz bestehend aus Aramidfasern gefertigt, welches von der Firma Duflot unter der Marke "Kevlar" EA 205 vertrieben wird.
Der Nadelfilz war 4 mm dick, hatte eine Gewicht von 400 g/m² und war durch Vernadeln hergestellt.
Ein Nadelfilzblatt wurde zu einer Rohrform verformt, und die aneinanderstoßenden Enden des Blattes wurden miteinander vernäht. Das so geformte rohrförmige Sieb wurde dann rund um ein expandierbares geschlitztes Rohr angeordnet, das zu Beginn einen Innendurchmesser von 38 mm hatte. Das Rohr wurde anschließend auf einen Innendurchmesser von 80 mm expandiert. Vor und nach der Expansion betrug die Wanddicke des Rohres 5 mm. Die zum Hindurchziehen eines Kegels durch das Rohr zum Expandieren der Anordnung aus Rohr und Sieb erforderliche Kraft betrug 30 kN. Dies ist 6 kN mehr als die Kraft, die zur Expansion des expandierbaren geschlitzten Rohres alleine erforderlich ist.
Die Expansion des Siebes verursachte keinerlei Schäden am Nadelfilz oder den Nähten. Die Dicke des Nadelfilzes wurde um 37,5% reduziert.
Die expandierte Rohr- und Siebanordnung hat eine Länge von 285 mm und wurde in einem rohrförmigen Behälter mit einer 30 mm dicken ringförmigen Schicht aus Sand rund um das Sieb angeordnet. Der Sand war ein 0 bis 0,1 mm Sand aus einer Kohlenwasserstoffquelle in Pekela, Niederlande. Der Sand hatte eine Permeabilität K = 2,10 Darcy und eine Porosität n(p) = 42,39%.
Wasser wurde radial über sechs Einspritzpunkte durch das ringförmige Sandpack und das Sieb in das Innere des expandierten Rohres gepumpt und dann zurückzirkuliert, und zwar über eine Zeitspanne von 6 Stunden.
Während des Test betrug der Fluiddruck im Inneren des Rohres etwa 2,6 bar und der Fluiddruck am Einspritzpunkt etwa 2,7 bar.
Die Wasserströmung durch das Sieb war 5 l/min. Während des gesamten Tests wurde kein Sand in dem zirkulierten Wasser detektiert und der Druckabfall über das Sandpack und das Sieb blieb konstant bei etwa 0,1 bar. Aus dem Test wurde geschlossen, daß die Expansion des Siebes keine signifikante Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Siebes als Sandfilter hatte und daß somit nur kleinere Variationen in der Sieböffnungsgröße des Siebes als Folge der Expansion aufgetreten waren.
Der Test wurde mit einer Silt- bzw. Schluff-Fraktion von 15 μm bis 63 μm wiederholt, die auf das Sieb geschmiert wurde, was ein ähnlich günstiges Ergebnis erbrachte.
Ferner wurde die Langlebigkeit des Nadelfilzsiebes gestestet, indem es zwischen Stahlplatten mit kreisförmigen Löchern verschiedener Größen festgeklemmt wurde. Die Stahlplatten wurden so angeordnet, daß die entsprechende Löcher in den jeweiligen Platten koaxial waren. Die Platten mit dem an den Orten der Löcher freiliegenden Nadelfilz wurden dann über nennenswerte Zeitspannen sandgestrahlt.
Keine Beschädigung des Nadelfilzsiebes wurde nach dem Test für Löcher beobachtet, die im Durchmesser kleiner als 5 mm waren.
Aus den verschiedenen Tests wurde geschlossen, daß ein Nadelfilz oder ein anderes geotextiles Tuch zur Verwendung als verformbares Sandsieb geeignet ist. Es wurde auch geschlossen, daß ein solches Sieb auf kostengünstige Weise gefertigt und montiert werden kann, indem eine rohrförmige Tuchschicht zwischen zwei perforierten koaxialen Rohren angeordnet wird. Eine solche Anordnung aus einer Tuchschicht und Rohren kann auf einer Trommel aufgespult und zum Bohrort transportiert werden, wo die Anordnung von der Trommel in das Bohrloch hinein abgespult wird. Die Tuchschicht kann aus einem langgestreckten Streifen bestehen, welcher schraubenförmig um das innere perforierte Rohr gewickelt ist, sodaß benachbarte Windungen des Streifens sich zumindest teilweise überlappen.
Die obige Anordnung ist besonders attraktiv, wenn ein Sieb beträchtlicher Länge in einem kompaktierenden Reservoir installiert werden soll.
Alternativ wird ein rohrförmiger Nadelfilz oder eine andere Tuchschicht zwischen zwei koaxialen expandierbaren geschlitzten Rohren angeordnet. In diesem Fall kann das Tuch auch aus einem Streifen bestehen, der schraubenförmig rund um das innere expandierbare Rohr gewickelt wird, sodaß eine nennenswerte Überlappung zwischen benachbarten Windungen des Streifens vor der Expansion der Rohre besteht.
Die Überlappung wird in einem solchen Fall so ausreichend groß gewählt, daß nach einer Expansion der Anordnung zumindest noch eine gewisse Überlappung zwischen den benachbarten Windungen des Tuchstreifens verbleibt.
Es wird nun auf noch eine weitere Ausführungsform des verformbaren rohrförmigen Bohrlochsiebes gemäß der Erfindung Bezug genommen, die nicht dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Sieb ein rohrförmiges Sieb, in dem axiale Schlitze vorhanden sind, welche Schlitze regelmäßig in einem versetzten, teilweise überlappenden Muster über die Oberfläche des Siebes verteilt sind. Das getestete Sieb war aus einem Nickelrohr gefertigt, welches vor der Expansion einen Innendurchmesser von etwa 145 mm und eine Wanddicke von 0,66 mm hatte. Die Schlitze hatten jeweils eine Länge von etwa 3,5 mm und eine Breite von 0,15 mm vor der Expansion. Die Schlitze waren in einer Dichte von 5 pro 24,5 mm in Längsrichtung und 17 pro 24,5 mm in Umfangsrichtung angeordnet, wobei die Längsachse der Schlitze parallel zum Rohr war.
Expandierbare geschlitzte Schutzrohre aus 1 mm dickem Stahl waren koaxial innerhalb und außerhalb des Siebes angeordnet. Die Schutzrohre hatten jeweils Schlitze, die vor der Expansion eine Länge von etwa 20 mm und eine Breite von etwa 2,2 mm hatten. Die Schlitze in diesen Schutzrohren waren mit einer Schrittweite von 24 mm in Längsrichtung und 4,2 in Umfangsrichtung verteilt.
Eine 2 m lange Anordnung aus dem Nickelsandsieb und dem Stahlschutzsieb wurde im Inneren einer Stahleinfassung mit einem Innendurchmesser von etwa 160 mm angeordnet, in welcher neun Inspektionslöcher mit einem Durchmesser von 30 mm vorhanden waren.
Die Anordnung wurde gegen die Innenwand der Einfassung expandiert, indem ein Kegel durch die Anordnung hindurchgezogen wurde. Eine visuelle Überprüfung der Anordnung zeigte einen engen Sitz zwischen der Anordnung und der Einfassung und eine im wesentlichen gleichförmige Expansion der Schutzrohre und des Nickelsandsiebes. Als Folge der Expansion hatten sich die Schlitze des Nickelsandsiebes auf eine Rautenform geöffnet und die kleinste Breite der Schlitze war zwischen 0,3 und 0,4 mm. Es wurde geschlossen, daß kleine Abweichungen in den Schlitzbreiten auf kleinen Variationen in dem genauen Ausmaß an der Expansion beruhten und daß diese Abweichungen innerhalb akzeptabler Grenzen waren.
Ein Strömungstest wurde durchgeführt, im Zuge dessen Leitungswasser über drei Inspektionslöcher durch das Sieb mit Raten zwischen 8 und 10 l/min hindurchströmen gelassen wurde. Während des Tests blieb der Druckabfall über das Sieb zwischen 0,1 und 0,2 bar.
Eine 10 m lange Version dieses Siebes wurde in einem Ölbohrloch in Oman installiert und getestet. Die Förderdaten zeigen, daß das Sieb nicht nur die Sandförderung ohne die Notwendigkeit einer Kiespackung kontrolliert, sondern auch, daß die Förderleistung des Bohrloches im Vergleich zu seiner Förderleistung vor der Installation des Siebes unbeeinträchtigt ist. Das Sieb zeigte auch keine Anzeichen von Verstopfung über eine längere Förderzeit.

Claims

Verformbares Bohrlochsieb für das Verhindern einer Migration von festen Partikeln in eine Kohlenwasserstofförderquelle, welches Sieb rund um ein Trägerrohr (3, 10) angeordnet ist, das radial expandierbar ist, indem ein Expansionsdorn (12) in einer Axialrichtung durch das Innere des Rohres (3, 10) hindurchbewegt wird, wobei das Sieb eine Reihe von skalierten Filterblättern (4) mit einer Sieböffnungsgröße aufweist, die an die Größe der Partikel angepaßt ist, welche durch das Sieb abgeblockt werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Filterblätter der Reihe so angeordnet sind, daß sie während der Expansion des Trägerrohres relativ zueinander gleiten können, wobei die Reihe von skalierten Filterblättern (4) verformbar ist, so daß diese während der Installation des Siebes in einem Bohrloch (1, 11) expandiert werden kann und jegliche Variation der Sieböffnungsgröße jedes Filterblattes (4) als Folge einer solchen Deformation innerhalb vorgegebener Grenzen bleibt.
Bohrlochsieb nach Anspruch 1, bei welchem das Sieb rund um ein expandierbares geschlitztes Trägerrohr (3, 10) angeordnet ist.
Bohrlochsieb nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Bohrlochsieb auf eine Trommel aufwickelbar und in einem Bohrloch durch Abspulen des Siebes von der Trommel installierbar ist.
Bohrlochsieb nach Anspruch 1, bei welchem die Filterschicht eine Reihe von skalierten Filterblättern (4) aufweist, die rund um ein expandierbares geschlitztes Trägerrohr (3) angeordnet sind und die in Umfangsrichtung gesehen an oder nahe einer ihrer Kanten am Rohr (3) befestigt sind und an einer anderen Kante zumindest teilweise ein benachbartes Filterblatt (4) überlappen.
Bohrlochsieb nach Anspruch 4, bei welchem die Filterblätter (4) an dem Trägerrohr über eine Reihe von Laschen (6) befestigt sind, die in das Trägerrohr (3) eingehängt sind, und wobei ein expandierbares geschlitztes Schutzrohr (5) die Filterschicht umgibt.
Bohrlochsieb nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die Filterblätter (4) aus einem flexiblen durchlässigen Material gefertigt sind, welches aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: perforierte Metallplatte, Metallplatte mit einer Reihe im wesentlichen tangentialer Schlitze, gesintertes Metalldrahtgeflecht, und synthetisches Tuch.
Bohrlochsieb nach Anspruch 6, bei welchem das Sieb zumindest ein Filterblatt (4) aufweist, das im wesentlichen aus einem synthetischen Tuch gefertigt ist.
Bohrlochsieb nach Anspruch 7, bei welchem das Tuch einen Nadelfilz umfaßt, der ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Stahldrähte und synthetische Fasern, synthetische Fasern ausgewählt aus der Gruppe von Aramidfasern und synthetischen Fasern ausgewählt aus der Gruppe von "Carilon"-Polymerfasern.
Verfahren zum Installieren eines verformbaren Bohrlochsiebes in einer Kohlenwasserstofförderquelle (1), wobei das Sieb eine Reihe von skalierten Filterblättern (4) aufweist und das Verfahren das Anordnen des Siebes rund um ein expandierbares geschlitztes Trägerrohr (3) und das Absenken der Anordnung aus Sieb und Rohr in das Bohrloch (1) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) durch axiales Hindurchbewegen eines Expansionsdornes expandiert und dadurch der Innendurchmesser des Siebes um zumindest 5% vergrößert wird, daß benachbarte Filterblätter der Reihe relativ zueinander während der Expansion des Trägerrohres gleiten, und daß jegliche Variation der Sieböffnungsgröße jedes Filterblattes (4) des Siebes als Folge der Expansion weniger als 50% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Anordnung aus Sieb und Rohr auf eine Trommel aufgewickelt und von dieser Trommel während der Installation in das Bohrloch (1) hinein abgespult wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Sieb in einem kompaktierenden Kohlenwasserstoffreservoir installiert wird, welches das Sieb dazu veranlaßt, sich allmählich in Längsrichtung oder anderen Richtungen nach der Installation zu verformen.