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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bohren von Öl- und Gasbohrlöchern. Speziell
betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Öffnen eines Fensters
im Bohrloch, von wo ein seitliches Bohrloch beginnt sowie zum Bohren
eines Bohrloches durch ein solches Fenster.
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Wenn
ein Öl-
oder Gasbohrloch gebohrt bzw. fertiggestellt wird, ist es oftmals
erwünscht,
ein Bohrloch unter einem Winkel zum ursprünglichen, im Wesentlichen senkrechten
Bohrloch zu bohren. Beispielsweise kann es erforderlich sein, einen
neuen Bohrverlauf für
horizontales bzw. Richtungsbohren zu beginnen oder es kann eine
Seitenbahn zum ursprünglichen
Bohrloch erforderlich werden, um einen beschädigten Abschnitt im Bohrloch,
Abraum im Bohrloch oder andere negative Bedingungen im Bohrloch
zu umgehen.
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Um
eine abweichende Bohrung zu beginnen bzw. „anzustoßen", ist es erforderlich, das Bohrwerkzeug
durch die Wandung des ursprünglichen
Bohrloches auszulenken. Bin als „Richtkeil" bekanntes Auslenkungswerkzeug war über viele
Jahre gut bekannt und wurde zum Erreichen einer Auslenkung des Bohrwerkzeuges
benutzt. Richtkeile können
sowohl in ausgekleideten als auch in offenen Bohrlöchern angewandt
werden. Wo das ursprüngliche
Bohrloch ausgekleidet ist, wird zuerst ein Fenster in die Auskleidung
gefräst
und dann das Bohrwerkzeug durch das Fenster ausgelenkt, um das seitliche
Bohrloch zu bohren. Obwohl auch andere Verfahren entwickelt wurden,
wie die Anwendung von gebogenen Umleitungen oder von Meißeldirektantriebsmotoren,
werden Richtkeile immer noch in großem Umfang angewandt, um die
Fräs- und
Bohrwerkzeuge auszulenken und seitliche Bohrlöcher zu beginnen. Manche Richtkeilkonstruktionen
sind dazu bestimmt, unter Tage zu verbleiben, während andere zur Wiederverwendung
ausgebildet sind.
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Der
Standard-Richtkeil ist allgemein ein lang gestrecktes typischerweise
3 m bis 6 m langes Werkzeug, welches allgemein die Querschnittsform
eines rechteckigen Dreiecks hat. Die kurze Basis des rechtwinkligen
Dreiecks ist der Boden des Richtkeils im Bohrloch. Eine aufragende
Hinterfläche
durchdringt die Basis im Wesentlichen unter einem rechten Winkel.
Die Hypotenuse ist die sanft ansteigende Führungsfläche des Richtkeils, welche
dazu bestimmt ist, die Bohrwerkzeuge in eine Richtung zu lenken,
welche unter einem Winkel zur Längsachse
des ursprünglichen
Bohrloches verläuft.
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Um
wirksam zu werden, muss der Richtkeil im Bohrloch an der geforderten
Stelle und in der geforderten Ausrichtung positioniert und befestigt
werden. Ein Richtkeil kann auf den Boden des anfänglichen Bohrloches oder auf
die Oberseite eines geeigneten Ankers oder Zementpfropfens gesetzt
werden. Die aufragende Rückseite
des Richtkeils kann an der Wandung des Bohrloches bzw. an der Auskleidung desselben
anliegen. Wenn er auf diese Weise gesichert ist, ergibt sich eine
stabile Plattform zum Führen
des Fräs-
oder Bohrwerkzeuges.
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Ein
gemeinsames Problem der bekannten Richtblöcke besteht darin, dass der
Start-Fräser
oder -Bohrer den Richtblock beschädigen kann, wodurch das Bohren
nach der Seite beeinträchtigt
wird. In einigen Fällen
kann es sein, dass der Versuch seitlich zu bohren aufgegeben werden
und an einer anderen, üblicherweise
höheren
Stelle des anfänglichen
Bohrloches, von neuem begonnen werden muss. Dies wird beträchtliche
Kosten und Zeitverluste zur Folge haben.
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Manchmal
weist das Innere des anfänglichen
Bohrloches entlang seiner Länge
eine oder mehrere Einengung(en) auf, welche die Querschnittsfläche des
Bohrloches einschränken.
Beispielsweise kann das Bohrloch einen Strang eines Produktionssteigrohres
aufweisen, der innerhalb des Hauptbohrloches konzentrisch ausgeführt ist
und das heißt,
er hat einen kleineren Innendurchmesser als das Bohrloch oder jegliche
Auskleidung des Bohrloches. Typischerweise hat das Bohrloch einen
Innendurchmesser von etwa 5 Zoll (12,7 cm) bis etwa 10 Zoll (25,4
cm), beispielsweise 7 Zoll (17,8 cm), und das Produktionssteigrohr
hat einen Innendurchmesser von etwa 2,5 Zoll (6,4 cm) bis etwa 6
Zoll (15,2 cm), beispielsweise 4,5 Zoll (11,4 cm). Dies bedeutet, dass
jedes Werkzeug, das durch das Innere dieses Bohrloches nach unten
hindurchgeführt
wird, einschließlich
eines Richtkeiles, im Querschnitt klein genug sein muss, um durch
die Einengung hindurch zu passen, um die unteren Bereiche des Bohrloches
zu erreichen. Diese so genannten Durch-Steigrohr-Arbeitsgänge, bei
welchen jegliche im Bohrloch unter dem Ende des Produktionssteigrohres
durchzuführenden
Bohrarbeitsgänge
Ausrüstungen
erfordern, welche durch das Innere des Produktionssteigrohres hindurchzuführen sind,
bevor sie den Bereich erreichen, wo der Bohrarbeitsgang durchzuführen ist.
Die Alternative wäre,
das Produktionssteigrohr als Ganzes aus dem Bohrloch zu entfernen,
was ein kostspieliger und zeitraubender Vorgang ist. Daher ist höchst erwünscht, für die Bohrarbeitsgänge benötigte Bohrwerkzeuge
durch das Produktionssteigrohr mit dem kleineren Innendurchmesser
unter das Ende diese Steigrohres in das Bohrloch mit größerem Innendurchmesser
hindurchführen
zu können
und dann mit diesen Werkzeugen Bohrarbeitsgänge im größeren Bereich des Bohrloches
durchzuführen.
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Unglücklicherweise
funktionieren einige Werkzeuge, welche klein genug ausgeführt sind,
um die Einengungen eines solchen Produktionssteigrohres passieren
zu können,
nicht im Bereich des Bohrloches größeren Durchmessers unter dem
Ende Produktionssteigrohres und dazu gehören auch die Richtkeile. Dies
liegt darin begründet,
dass diese kleinen Werkzeuge für
eine angemessene Abtragung, wie sie für den größeren Bohrlochbereich erforderlich ist,
nicht ausreichen. Speziell die aufragende Rückseite des Richtkeils kann
nicht angemessen abgestützt
werden. Einige Durch-Steigrohr-Richtkeile werden diagonal über das
größere Bohrloch
eingesetzt, und auf diese Weise kommt nur der Spitzenabschnitt, anstelle
der im Wesentlichen ganzen Länge
der Rückseite,
in Kontakt mit der Wandung oder mit der Auskleidung gegenüber der
Wandung, in welche das Fenster gefräst werden soll, und der Boden
der Führungsfläche des
Richtkeils wird gegen die Wandung positioniert, in welche das Fenster
gefräst
werden soll. In dieser Position kann der Richtkeil nachgeben oder
sich biegen, wenn er von Fräs-
oder Bohrwerkzeugen berührt
wird, was dazu führen
kann, dass der Fräser
oder Bohrer von der Führungsfläche des Richtkeils
abrutscht. Einige Konstruktionen von Richtkeilen haben Scharnierteile,
welche geöffnet werden
können,
nachdem der Richtkeil die Einengung passiert hat, um eine verbesserte
Auflage des Richtkeils zu schaffen. Diese komplizierteren Vorrichtungen
bergen die Gefahr einer unzureichenden Führung von Fräs- und Bohrwerkzeugen.
Manchmal können
die Durch-Steigrohr-Richtkeile in das Loch gleiten mit der Folge,
dass daraus eine ungenügende Führung der
Fräs- und
Bohrwerkzeuge resultiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein alternatives Verfahren zum Beginnen
oder Bohren eines seitlichen Bohrloches und spezieller ein Verfahren, das
im Bereich des größeren Durchmessers
eines Bohrloches unter dem Ende einer Einengung, durch welche die
Werkzeuge passen müssen,
angewandt werden kann.
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Manchmal
wird der Begriff „Ablenkungsbohrung" benutzt, um eine
Abzweigung von einem existierenden Bohrloch zu beschreiben, wobei
dieses existierende Bohrloch keine Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten
mehr produziert, und der Begriff „seitliches Bohrloch" wird benutzt, um
eine Abzweigung von einem existierenden Bohrloch zu beschreiben,
wobei das existierende Bohrloch weiterhin Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten
produziert. Die vorliegende Erfindung kann bei jedem Bohrloch angewandt
werden, von dem aus ein zweites abzweigendes Bohrloch zu bohren
ist. Wenn hier auf seitliche Bohrungen oder Bohrlöcher Bezug
genommen wird, so sollen jegliche derartige Bohrlöcher einbezogen
werden, ob die existierenden Bohrlöcher nun weiter produzieren oder
nicht. Selbstverständlich
könnte,
wenn ein Bedürfnis
dafür auftaucht,
die Erfindung auch dann angewandt werden, um bei einem Injektions-Bohrloch ein
seitliches Bohrloch zu bohren.
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Somit
umfasst nach der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Auslenken
eines Bohrwerkzeuges in Richtung der Wandung eines Bohrloches das
Positionieren eines in radialer Richtung dehnbaren Rohres im Bohrloch,
wobei das Rohr zumindest über
einen Teil seiner Länge
eine asymmetrische Wanddicke aufweist und derart konstruiert ist,
dass es sich in Längsrichtung
krümmt,
wenn sein Durchmesser gedehnt wird, das Dehnen des Durchmessers
des in radialer Richtung dehnbaren Rohres, wodurch das Rohr veranlasst
wird, sich infolge der asymmetrischen Wanddicke zu krümmen, und
das Hindurchführen
des Bohrwerkzeuges durch das gekrümmte Rohr.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Durchführung von Durch-Steigrohr-Arbeitsgängen besonders geeignet
und schließt
ein Verfahren ein, um von einem Produktionsbohrloch mit einem darin
befindlichen Produktionssteigrohr kleineren Durchmessers aus ein
seitliches Bohrloch zu beginnen, umfassend (i) das Hindurchführen eines
in radialer Richtung dehnbaren Rohres durch das Produktionsrohr,
welches zumindest über
einen Teil seiner Länge
eine asymmetrische Wanddicke aufweist und derart konstruiert ist,
dass es sich in Längsrichtung
krümmt, wenn
sein Durchmesser in einen Abschnitt des Bohrloches, dessen Durchmesser
größer ist
als der Durchmesser des Produktionssteigrohres, hinein gedehnt wird,
(ii) das Dehnen des Durchmessers des in radialer Richtung dehnbaren
Rohres, wodurch das Rohr veranlasst wird, sich infolge der asymmetrischen
Wanddicke zu krümmen,
(iii) das Hindurchführen
einer Fräsvorrichtung
oder eines Bohrkopfes durch das gekrümmte Rohr und (iv) das Fräsen der Auskleidung
oder das Bohren in die Bohrlochwandung.
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Die
Fräsvorrichtung
oder der Bohrkopf können
am unteren Ende eines Bohrgestänges
angebracht oder am Ende einer Drahtlinie angewandt werden. Die vorliegende
Erfindung kann zusammen mit ferngesteuerten Bohrvorrichtungen angewandt
werden. Solche Vorrichtungen sind bekannt. Beispielsweise beschreiben
das
US-Patent Nr. 6.305.469 und die
PCT-Patentanmeldung
Nr.
WO 2004/011766 Verfahren
zum Bohren eines Bohrloches unter Anwendung einer ferngesteuerten
Bohrvorrichtung. Durch die Steuerung von Stabilisatoren für die ferngesteuerte
Bohrvorrichtung kann der Bohrkopf im Bohrloch geschwenkt werden,
um mit dem Bohren eines gekrümmten
Bohrlochabschnittes zu beginnen. Die Bohrvorrichtung kann mit einer
ferngesteuerten Lenkeinrichtung, beispielsweise mit einem Lenk-Gelenk, ausgestattet
werden, welche benutzt werden kann, um den Verlauf des neuen Bohrloches
beim Bohren einzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung macht für
dieses Verfahren von einem in radialer Richtung dehnbaren Rohr Gebrauch,
welches zumindest über
einen Teil seiner Länge
eine asymmetrische Wanddicke aufweist. Aus der Veröffentlichung
DE 86 26 975 ist es bekannt,
kaltgeformte Biegungen in hohlen Abschnitten aus Nichteisenmetallen
und deren Legierungen herzustellen, wobei die Wanddicke des hohlen
Abschnittes, der den Außenteil
der Biegung bilden soll, größer ist
als die Wanddicke des hohlen Abschnittes, der den Innenteil der
Biegung bilden soll.
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Die
asymmetrische Wanddicke kann durch jegliches bekannte Verfahren
hergestellt werden. Beispielsweise kann das Rohr durch Walzen oder durch
Strangpressen so hergestellt werden, dass die Wanddicke über mindestens
einen Teil des Rohres nicht symmetrisch ist. Die Asymmetrie kann
durch Bearbeitung der inneren oder der äußeren Flächen des Rohres, das ursprünglich eine
im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke
hatte, geschaffen werden. Geeignetes Material kann auch auf der
Außenfläche des
Rohres befestigt werden, um eine dickere Wand zu schaffen.
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Das
in radialer Richtung dehnbare Rohr wird im Allgemeinen aus Stahl
hergestellt und auch das auf der Außenseite befestigte Material
ist vorzugsweise Stahl. Zweckmäßigerweise
ist das Rohr ein Stahlrohr mit im Wesentlichen gleichmäßiger Wanddicke,
und mindestens ein Stahlstück
ist fest auf der Außenseite
des Stahlrohres angebracht. Am einfachsten kann das Stahlstück durch
Schweißen
rund um seinen Umfang herum oder nur an Teilen desselben befestigt werden.
Das Stahlstück
kann jegliche Form haben, vorzugsweise ist es jedoch ein zylindrischer
Abschnitt, dessen Innenfläche
von einem Kreisbogen mit einem Zentriwinkel von etwa 2 Grad bis
etwa 160 Grad, typischerweise von etwa 2 Grad bis etwa 20 Grad oder
von etwa 5 Grad bis etwa 20 Grad gebildet wird und einen Radius
hat, welcher im Wesentlichen gleich dem Außenradius des Rohres oder ein
wenig größer ist.
Das am Rohr angebrachte Stahlstück
kann im Wesentlichen eine gleichmäßige Dicke haben. In diesem
Falle ergibt sich eine stufenweise Änderung der Wanddicke. Vorzugsweise nimmt
die Wanddicke rund um das Rohr herum allmählich zu oder ab. Das auf das
Rohr aufgeschweißte
Stahlstück
kann daher vorzugsweise einen halbmondförmigen Querschnitt aufweisen.
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Die
asymmetrische Wanddicke kann sich über die ganze Länge des
Rohres oder nur über
einen Teil der Länge
erstrecken.
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Die
relative Dicke der Wand des Rohres und die Länge der Asymmetrie werden so
gewählt,
dass die gewünschte
Krümmung
des Rohres erreicht wird, wenn es gedehnt wird. Da das Rohr unten
im Bohrloch gekrümmt
werden soll, muss es derart konstruiert sein, dass das Dehnen des
Rohres auf den gewünschten
Innendurchmesser zu der gewünschten Krümmung führt, ohne
unzulässige
Belastungen auf das Bohrloch auszuüben. Bei einem nicht ausgekleideten
Bohrloch kann es beispielsweise nicht akzeptabel sein, wenn das
Dehnen zu einer stärkeren Krümmung des
Rohres führt,
dies aber wegen des begrenzten Raumes im Bohrloch zum Aufbau von Druckspannungen
in den Wandungen des Bohrloches führt und daraus resultierend
zu Schäden
in der Formation führt.
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Der
Fachmann kann leicht die Konstruktion des Rohres bestimmen, welche
beim Dehnen desselben eine geeignete Krümmung ergibt. Dies kann mit
dem Rohr der verwendeten Größe und des
verwendeten Materials einige Versuche erfordern. Wenn ein abweichendes
Bohrloch gebohrt wird, kann die Abweichung von der Vertikalen typischerweise
1 Zoll oder 2 Zoll (2,54 cm bis 5,08 cm) pro 10 Fuß (3 m) Tiefe
betragen, d. h. der Abweichungswinkel der seitlichen Bohrung liegt
in der Größenordnung
von etwa 0,4 Grad bis etwa 1,0 Grad, obwohl in einigen Anwendungsfällen auch
größere oder
kleinere Abweichungen angewandt werden.
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Ein
dehnbares Rohr zur Anwendung in Öl- und
Gasbohrlöchern
ist bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, das Rohr untertage zu
positionieren und dann zu dehnen. Dieses Verfahren wird beispielsweise
bei der Herstellung einer Einloch-Auskleidung oder bei der Herstellung
eines Steigrohres angewandt, wobei ein Steigrohrstrang kleineren
Durchmessers durch ein Steigrohr größeren Durchmessers abgesenkt
und dann im Wesentlichen auf den größeren Durchmesser gedehnt wird.
Die Anwendung eines dehnbaren Rohres zur Schaffung eines Isolationsbereiches
ist beispielsweise in der Patentschrift
US 6.070.671 beschrieben, welche sich
speziell mit der Schaffung eines Isolationsbereiches in einer existierenden
Bohrlochauskleidung befasst einschließlich der Schaffung eines Bohrloches
mit einem einzigen Durchmesser. Beschrieben wird auch die Einführung eines
dehnbaren Rohres in ein existierendes seitliches Bohrloch.
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Einige
der bekannten Verfahren zum Dehnen des Rohres können bei der vorliegenden Erfindung
angewandt werden, wie beispielsweise durch Pressen eines Domes oder
eines kegeligen Ausdehners durch das Rohr oder die Anwendung eines
Systems zum Walzen des Rohres unter Einsatz von Kugeln oder Rollen,
welche nach außen
gegen die Innenfläche
des Rohres gepresst und rund um diese Innenfläche abgewälzt werden. Ein Beispiel des
letztgenannten Typs einer Dehnvorrichtung ist in der veröffentlichen
US-Patentanmeldung Nr. US 2001/0045284 beschrieben. Wenn ein Rohr
unter Anwendung eines durch das Rohr gepressten Domes gedehnt wird,
kann der Durchmesser des Rohres typischerweise um 10% bis 20% vergrößert werden
und die Gesamtlänge
vermindert sich dabei um etwa 5%. Wenn hingegen die Dehnung unter
Anwendung rotierender Kugeln und Rollen erzielt wird, wird eine
Dehnung des Durchmessers um 10% bis 20% von einer Vergrößerung der
Gesamtlänge
des Rohres um 5% begleitet.
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Infolge
der asymmetrischen Wanddicke des dehnbaren Rohres, dehnt sich dasselbe
vorzugsweise dort, wo die Wanddicke gering ist. Dadurch wird das
Rohr gekrümmt.
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Das
dehnbare Rohr kann vor oder nach dem Dehnen ausgerichtet werden,
aber vorzugsweise geschieht dies vor dem Dehnen. Es können bekannte Verfahren
angewandt werden, um das Rohr im Bohrloch auszurichten, so dass
das gekrümmte
Rohr die Bohrwerkzeuge in die gewünschte Richtung leiten wird.
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Vorzugsweise
werden Abstandshalter angewandt, um das gekrümmte Rohr im Bohrloch abzustützen. Die
Abstandshalter werden daher vorzugsweise rund um den Außenumfang
sowie entlang der Länge
des gekrümmten
Rohres positioniert. Geeignete Abstandshalter sind bekannt und umfassen
beispielsweise Bügelfeder-Zentrierer.
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Das
obere Ende des gekrümmten
Rohres wird vorzugsweise zentriert und fest im Bohrlochgehalten.
Geeignete Abstandshalter zur Erreichung dieses Ziels könnten im
Wesentlichen zylindrisch sein und sich im Wesentlichen symmetrisch
rund um den Außenumfang
des Rohres ausdehnen. Um jedoch das gekrümmte Rohr in einem im Wesentlichen
geraden Bohrloch zu stützen,
müssen
die Stützen
auf der einen Seite des gekrümmten
Rohres einen breiteren Spalt überbrücken als
auf der anderen. Daher hat das in radialer Richtung dehnbare Rohr
vorzugsweise Abstandshalter, die derart konstruiert sind, dass sie
sich asymmetrisch um die Mitte des Rohres ausdehnen. Dies könnten beispielsweise
im Wesentlichen zylindrische Abstandshalter mit Elementen sein,
welche derart konstruiert sind, dass sie sich asymmetrisch um die
Mitte des Rohres dehnen. Die Erfindung umfasst ein in radialer Richtung
dehnbares Rohr mit einer Vielzahl von Abstandshaltern, die entlang
der Länge
und rund um den Außenumfang
des Rohres positioniert sind, so dass sich die Abstandshalter, wenn
das Rohr gedehnt wird, auf unterschiedliche radiale Abmessungen
ausdehnen, um das gekrümmte
Rohr im Bohrloch an Ort und Stelle zu halten.
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Die
Erfindung umfasst ein in radialer Richtung dehnbares Rohr mit mindestens
einem entlang seiner Länge
positionierten Abstandshalter, bestehend aus einem lang gestreckten
verformbaren Element mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei
beide Enden am in radialer Richtung dehnbaren Rohr befestigt sind,
so dass die Längenänderung
des Rohres das lang gestreckte Element verformt, so dass es in radialer
Richtung von der Mitte des Rohres weg herausragt. Der Betrag der
radialen Dehnung wird von der Stelle abhängen, wo das Element zur Anwendung
kommt. Eine Dehnung, die in manchen Fällen 80% der ursprünglichen
radialen Abmessung überschreitet,
kann für
Abstandshalter wünschenswert
sein. Um beispielsweise das Hindurchführen durch ein Produktionssteigrohr
mit 4,5 Zoll (11,4 cm) Innendurchmesser zu ermöglichen, müsste die radiale Abmessung
des in radialer Richtung dehnbaren Rohres mit dem Abstandshalter
etwa 2 Zoll (5 cm) betragen, und um das Rohr in einer Auskleidung
von 7 Zoll (17,8 cm) Innendurchmesser zu halten, müsste die
radiale Abmessung im gedehnten Zustand etwa 3,5 Zoll (8,9 cm) betragen,
d. h. eine Dehnung der ursprünglichen
radialen Abmessung um etwa 75%.
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Die
Außenfläche des
Abstandshalters kann mit Einrichtungen versehen sein, um nach der
Dehnung die Haftung mit der Auskleidung bzw. mit der Wandung des
Bohrloches zu verbessern. Beispielsweise kann die Außenfläche so geformt,
beschichtet oder behandelt werden, dass eine raue Oberfläche geschaffen
wird. Eine geeignete Oberfläche
kann durch thermisches Spritzen der Oberfläche mit einem Metallkarbid
geschaffen werden.
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Das
verformbare lang gestreckte Element kann eine an ihren beiden Enden
befestigte Bogenfeder sein, so dass bei einer Verkürzung der
Länge des Rohres,
wie sie auftritt, wenn das Rohr unter Anwendung eines Domes gedehnt
wird, die Enden aufeinander zu bewegt werden und sich die Bogenfeder nach
außen
wölbt.
Die Bogenfeder kann ursprünglich im
Wesentlichen flach an der Oberfläche
des Rohres anliegen. Dies erleiehtert die Bewegung des dehnbaren
Rohres unter Tage in seine Position. Das Dehnen des Rohres veranlasst
die Bogenfeder zur Aufwölbung,
und sie kommt an der Wandung des Bohrloches oder der Auskleidung
zur Anlage.
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Vorzugsweise
umfasst der Abstandshalter eine Vielzahl von Bogenfedern, die rund
um den Außenumfang
des in radialer Richtung dehnbaren Rohres angeordnet sind. Die Bogenfedern
können
an ihren Enden zusammen angebracht werden, um im Wesentlichen eine
zylindrische Käfiganordnung
zu bilden. Durch die Wahl unterschiedlicher Formen, Längen, Dicken
und/oder Materialien können
die Bogenfedern derart ausgeführt
werden, dass sie sich bei der gleichen Längenreduktion des dehnbaren Rohres
mehr oder weniger biegen. Die Bogenfeder muss aus einem Material
hergestellt und so konstruiert sein, dass sie eine ausreichende
Steifigkeit aufweist, um das gedehnte Rohr zu stützen.
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Bei
anderen Ausführungsformen
kann das verformbare lang gestreckte Element ein Gelenkelement sein,
dessen beide Enden am dehnbaren Rohr befestigt sind, so dass bei
einer Vergrößerung der Länge des
Rohres, wie sie auftritt, wenn das Rohr unter Anwendung einer Rollkugel
oder eines Rollendehners gedehnt wird, die Enden des verformbaren lang
gestreckten Elementes veranlasst werden, sich voneinander weg zu
bewegen und das Gelenkelement sich aus einer ersten Position dicht
an der Oberfläche
des dehnbaren Rohres in eine zweite Position bewegt, die in radialer
Richtung weiter von der Mitte des Rohres entfernt ist. Beispielsweise
kann das Gelenkelement ein Faltelement sein, das aus einem Stück Material
zu dieser Form des Faltelementes gefaltet wurde. Eine andere Ausführungsform
des Gelenkele mentes umfasst zwei oder mehr Stücke aus einem Material, die
aneinander befestigt sind, um das Gelenkelement zu bilden. Das Gelenkelement kann
in der Nähe
eines oder beider Endes (Enden) und/oder entlang seiner Länge ein
Gelenk (Gelenke) aufweisen. Ein Beispiel eines geeigneten Gelenkelementes
besteht aus einem Stück
Material, das zu ungleichen Schenkeln gefaltet wurde und an den
Enden jedes der Schenkel am dehnbaren Rohr befestigt ist, so dass
die Außenwand
des Rohres und die beiden Schenkel des verformbaren lang gestreckten
Elementes im Querschnitt die Form eines stumpfwinkligen Dreiecks
haben. Der stumpfe Winkel ist vorzugsweise größer als 120 Grad, so dass das
Gelenkelement in seiner ersten Position dicht an der Wandung des
Rohres anliegt. Ein ähnliches
Gelenkelement besteht aus zwei Materialstücken, die an einem Ende verbunden
und deren andere Enden am Rohr angebracht sind.
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Ein
Fachmann wird ohne weiteres dazu in der Lage sein, einen oder mehrere
Abstandshalter auszuwählen
oder zu konstruieren, welche das gekrümmte Rohr im Bohrloch abstützen.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet,
wenn es gilt, die zum Beginnen des Bohrens eines seitlichen Bohrloches benötigten Bohrwerkzeuge
durch das Innere eines Produktionssteigrohres kleineren Innendurchmessers
unten, unter das untere Ende dieses Steigrohres in den Raum des
Bohrloches größeren Durchmessers
hindurchzuführen
und dann in diesem Bereich des größeren Bohrloches mit dem Bohren
des seitlichen Bohrloches zu beginnen. Das in radialer Richtung
dehnbare Rohr wird durch das Produktionssteigrohr kleineren Durchmessers
in das ausgekleidete oder offene Bohrloch größeren Durchmessers abgesenkt.
Das in radialer Richtung dehnbare Rohr kann im Bohrloch größeren Durchmessers
unter Anwendung geeigneter Zentralisierungsausrüstungen zentralisiert werden.
Die Einrichtung zum Dehnen des in radialer Richtung dehnbaren Rohres
wird im Inneren des Rohres eingeführt, und das Rohr wird gedehnt.
Das Rohr kann in praktischer Weise auf den im Wesentlichen gleichen
Innendurchmesser des letzten Abschnittes des Produktionssteigrohres
gedehnt werden. Wenn es gedehnt wird, bewirkt die asymmetrische
Wanddicke des Rohres die Krümmung.
Es können
Abstandshalter vorgesehen werden, um das Rohr im Bohrloch abzustützen. Es
kann sich dabei um den oben beschriebenen Typ handeln, der am Rohr
befestigt und entfaltet wird, wenn das Rohr gedehnt wird. Wahlweise
können
die Abstandshalter das Rohr zu Beginn in zentraler Lage halten, bevor
sie verformt werden, wenn das Rohr gedehnt und dadurch gekrümmmt wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird zuerst ein Fenster in die Auskleidung gefräst, und
dann wird das in radialer Richtung dehnbare Rohr in eine Position
in der Nähe
des Fensters abgesenkt und dann gedehnt und derart gekrümmt, dass das
Fenster mehr Raum zur Aufnahme des gekrümmten Rohres bietet. Ein geeignetes
Verfahren zum Formen eines Fensters im Produktionssteigrohr oder
in der Auskleidung ist in der PCT-Patentanmeldung Nr.
WO 2004/046499 beschrieben. Das
beschriebene Verfahren zum Schneiden eines Fensters in eine Rohrleitung
oder speziell in eine Auskleidung umfasst die Anwendung eines ferngesteuerten
elektrisch angetriebenen Schneidwerkzeuges, das einen schwenkbar
montierten Schneidkopf aufweist, der zur Wand des Rohres hin geschwenkt
werden kann.
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Die
Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung
beschrieben werden, wobei diese darstellen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines in radialer Richtung
dehnbaren Rohres, das zur Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet
ist.
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2 ist
eine Schnittzeichnung des dehnbaren Rohres von 1 entlang
der Linie A-A.
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3 ist
eine Schnittzeichnung einer anderen Ausführungsform des in radialer
Richtung dehnbaren Rohres, welches zur Anwendung bei der vorliegenden
Erfindung geeignet ist.
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4 ist
eine schematische Schnittzeichnung des in radialer Richtung dehnbaren
Rohres, welches mittels einer Dehnvorrichtung gedehnt und gekrümmt wurde.
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5 ist
eine schematische Schnittzeichnung eines Bogenfeder-Abstandshalters
vor der Dehnung des in radialer Richtung dehnbaren Rohres.
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6 ist
eine schematische Schnittzeichnung des Bogenfeder-Abstandshalters
von 5 nach der Dehnung des in radialer Richtung dehnbaren
Rohres.
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7 ist
eine schematische Schnittzeichnung eines Falt-Abstandshalters vor
der Dehnung des in radialer Richtung dehnbaren Rohres.
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8 ist
eine schematische Schnittzeichnung des Falt-Abstandshalters von 7 nach
der Dehnung durch das in radialer Richtung dehnbare Rohr.
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9 ist
eine schematische Schnittzeichnung eines alternativen Gelenk-Abstandshalters
vor der Dehnung des in radialer Richtung dehnbaren Rohres.
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10 ist
eine schematische Schnittzeichnung des alternativen Gelenk-Abstandshalters
von 9 nach der Dehnung durch Dias in radialer Richtung
dehnbare Rohr. 10a zeigt einen gedehnten Querschnitt
des Abstandshalters und zwar ein Profil der Schenkel 9 und 10.
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10 ist
eine Darstellung eines gedehnten Rohres an Ort und Stelle im Bohrloch.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Teil eines in radialer Richtung dehnbaren Rohres 1,
welches zumindest über
einem Teil seiner Länge
eine asymmetrische Wanddicke aufweist. Die asymmetrische Wanddicke
ist durch festes Anbringen eines Stahlstückes 2 auf der Außenseite
des Rohres 1 geschaffen worden. Das Stahlstück 2 umfasst
einen zylindrischen Abschnitt, dessen Innenfläche durch einen Kreisbogen
mit einem Zentriwinkel Θ von
etwa 90° und
einem Radius, der im Wesentlichen dem Außenradius des Rohres entspricht,
gebildet wird. Das Stahlstück 2 ist
durch Schweißen
entlang der Außenkanten 3,
die quer zur Längsachse
des dehnbaren Rohres 4 verlaufen, mit diesem Rohr fest
verbunden, Somit ist das Stahlstück 2 entlang
seiner Längskanten 5 nicht
mit dem Rohr verschweißt.
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3 ist
ein Schnitt durch ein alternatives in radialer Richtung dehnbares
Rohr, bei welchem die asymmetrische Wanddicke dadurch realisiert
ist, dass die Innenfläche 6 und
die Außenfläche 4 exzentrisch
sind.
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4 ist
eine schematische Darstellung eines dehnbaren Rohres 1,
bei welchem, wie in 1, die asymmetrische Wanddicke
durch ein Stahlstück 2 realisiert
ist, das durch Schweißen
entlang der Außenkanten 3 fest
mit der Außenfläche 4 des
Rohres verbunden ist. Das Rohr ist durch die Wirkung der Dehnvorrichtung 16 gedehnt
und gekrümmt
worden. Die Dehnvorrichtung kann eine jegliche geeignete Dehnvorrichtung
sein, wie beispielsweise eine Dorn-Dehnvorrichtung oder eine Dehnvorrichtung vom
Kugel- oder Rollentyp, wie sie bei spielsweise in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. US 2001/0045284 beschrieben ist.
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Die 5 bis 10 sind
schematische Schnittdarstellungen und zeigen Abstandshalter, die bei
der vorliegenden Erfindung angewandt werden könnten.
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Die 5 und 6 zeigen
einen Abstandshalter 7 aus einem Materialstück, das
an seinen beiden Enden an dem in radialer Richtung dehnbaren Rohr
befestigt ist. Die Abstandshalter sind derart konstruiert, dass
sie als Bogenfeder funktionieren. In der ersten in 5 dargestellten
Position liegt der Abstandshalter an der Außenfläche 4 des dehnbaren Rohres
an. Wenn das in radialer Richtung dehnbare Rohr 4 gedehnt
wird, beispielsweise indem ein Dorn durch das Rohr getrieben wird,
nimmt die axiale Länge
des Rohres ab, die fixierten Enden der Bogenfeder 7 bewegen
sich aufeinander zu und veranlassen die Feder sich zu biegen und
sich in radialer Richtung von der Oberfläche des Rohres zu entfernen,
wie es in 6 dargestellt ist.
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Die 7 und 8 zeigen
einen Falt-Abstandshalter 8, der auf der Außenfläche 4 des
in radialer Richtung dehnbaren Rohres befestigt ist. Der Falt-Abstandshalter
ist an beiden Enden gefaltet, wie es in 7 dargestellt
ist, und anfangs liegt er in einer ersten Position an der Außenfläche 4 des
dehnbaren Rohres an. Die Dehnung des in radialer Richtung dehnbaren
Rohres 4, beispielsweise durch Anwendung einer Rollkugel
oder eines Rollendehners, veranlasst, dass sich die befestigten
Enden des Falt-Abstandshalters 8 voneinander weg bewegen und
der Abstandshalter entfaltet wird, so dass er sich in radialer Richtung
von der Oberfläche
des dehnbaren Rohres weg ausdehnt, wie es in 8 dargestellt ist.
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Die 9 und 10 zeigen
eine andere Ausführungsform
eines Gelenk-Abstandshalters, welcher zwei Schenkel 9 und 10 aufweist.
Die beiden Schenkel haben ungleiche Längen und können durch Falten eines einzigen
Materialstückes
hergestellt sein, aber wie es deutlicher in der 10 erkennbar ist,
besteht der Abstandshalter aus zwei anfänglich separaten Materialstücken, die
beispielsweise durch Schweißen
an einem Ende 11 verbunden sind. Die anderen Enden der
Schenkel sind auf der Oberfläche des
in radialer Richtung dehnbaren Rohres 4 befestigt. Wie
in 9 dargestellt, weist der Abstandshalter zwei Schenkel 9 und 10 auf,
die in einer ersten Position an der Außenfläche 4 des dehnbaren
Rohres anliegen. Die Dehnung des in radialer Richtung dehnbaren
Rohres 4 veranlasst die befestigten Enden des Abstandshalters 4 sich
voneinander weg zu bewegen und der Abstandshalter entfaltet sich,
so dass er sich in radialer Richtung von der Oberfläche des
dehnbaren Rohres weg bewegt, wie es in 10 dargestellt
ist. Die 10a zeigt die Profile der Schenkel 9 und 10,
geschnitten entlang der Linie B-B der 10. Ein
solches Profil kann eine zusätzliche Versteifung
der Abstandshalter im Vergleich zu ebenen, im Wesentlichen rechteckigen
Querschnitten ergeben. Wenn der Abstandshalter an der Oberfläche des
in radialer Richtung dehnbaren Rohres 4 anliegt, wie es
in 9 dargestellt ist, bilden die beiden Schenkel 9 und 10 sowie
die Oberfläche
des Rohres ein stumpfwinkliges Dreieck mit einem stumpfen Winkel
von etwa 170 Grad. Wenn sich der Abstandshalter ausdehnt, bleibt
das Dreieck noch immer stumpfwinklig, aber der dargestellte stumpfe
Winkel beträgt etwa
100 Grad.
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Es
dürfte
leicht einzusehen sein, dass, wenn rund um den Außenumfang
des Rohres identische Abstandshalter in etwa gleicher axialer Position
platziert und der gleichen Längenänderung
des dehnbaren Rohres 4 unterworfen werden, die Abstandshalter
ausgehend von der Oberfläche 4 des
dehnbaren Rohres etwa um den gleichen Betrag verlagert werden, und
die Anordnung wird dazu neigen, das dehnbare Rohr zu zentrieren.
Durch die Anwendung unterschiedlicher Abstandshalter, beispielsweise
von Abstandshaltern unterschiedlicher Längen, werden diese um unterschiedliche
Beträge
von der Oberfläche 4 des
dehnbaren Rohres aus ausgelenkt und die Abstandshalter werden eine
asymmetrische Abstützung
bilden.
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11 zeigt
ein gekrümmtes
gedehntes Rohr
1 in einem ausgekleideten Bohrloch
12.
Da das gekrümmte
gedehnte Rohr
1 breiter ist als das ausgekleidete Bohrloch
12,
wird deutlich, dass ein Fenster
13 durch die Auskleidung
sowie in die Formation gefräst
wurde, bevor das in radialer Richtung dehnbar Rohr gedehnt und damit
gekrümmt
wurde. Dies kann beispielsweise durch Anwendung der Vorrichtung
und des Verfahrens erreicht werden, die in der PCT-Patentanmeldung Nr.
WO 2004/046499 beschrieben
sind. Nach dem Fräsen
des Fensters
13 wird das in radialer Richtung dehnbare
Rohr
1 durch das Bohrloch und durch das Produktionsrohr
14 hindurch
nach unten geführt.
Im Bohrloch wurde es durch Anwendung eines Zentrierers
15 zentriert.
Das in radialer Richtung dehnbare Rohr wurde dann auf den im Wesentlichen
gleichen Innendurchmesser wie das Produktionsrohr
14 gedehnt.
Infolge der asymmetrischen Wanddicke des in radialer Richtung dehnbaren
Rohres im Bereich
17 führt
die Dehnung des Rohres zu dessen Biegung im Bereich
18.
Das untere Ende des Rohres wird durch das Fenster
13 hindurchgeführt. Wenn
das Rohr gedehnt wird, werden die auf der Oberfläche des Rohres befestigten Abstandshalter
ausgedehnt, um das gekrümmte Rohr
im Bohrloch abzustützen.