DE2361811A1

DE2361811A1 - Verfahren zur pruefung von schichten durch eine vom ringraumdruck betaetigte bohrpruefvorrichtung und vorrichtung fuer dieses verfahren

Info

Publication number: DE2361811A1
Application number: DE2361811A
Authority: DE
Inventors: John C Holden
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1973-12-12
Publication date: 1975-05-22
Also published as: CA984287A; BR7309717D0; ES426005A1; NL183310C; GB1420485A; ES421426A1; US3856085A; IT1012533B; NO147280C; NO474673L; NO147280B; NL7316966A; JPS5080201A; DE2361811C2; JPS5638757B2; DK674573A

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN
DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE O O C 1 Q 1 1

8 MÜNCHEN 22 Wl D EN MAYERSTRASSE 6 t W D IO I I

TEL. (089) 22 25 30 - 29 51 92

A 33V335 73 HD-ib 12. Dezember 1973

Firma HALLIBURTON COMPANY, Drawer 1431, Duncan, Oklahoma 73533,

USA

Verfahren zur Prüfung von Schichten durch eine vom Ringraumdruck betätigte Bohrprufvorrichtung und Vorrichtung für dieses Verfahren

Als sich bei der Suche nach Erdöl die Arbeitsumgebung zunehmend zu feindlichen und schwer zugänglichen Umgebungen, wie etwa ablandige Umgebungen, verschob, wurden die Probleme schwieriger, die bei der Prüfung von möglichen ergiebigen geologischen Schichten (im weiteren nur Schichten genannt) bestehen.

Besondere Aufmerksamkeit wurde der Entwicklung von Techniken zur Schichtprüfung geschenkt, welche die Kompliziertheit des Aufbaus und die Anstrengung bei der Handhabung auf ein Mindestmaß herabsetzen, so daß die Schichtprüfungen leichter durchgeführt und die allgemeine Zuverlässigkeit solcher Prüfungen verbessert werden.

- 2 509821/0209

Bankhaus Merck, Finck L· Co., München. Nr. 25484 I Bankhaus H. Aufhßuaor, München, Nr. 261300 Postscheck: München 20904-800

Telegrammadresse: Patontsenior

Ein besonders wirksamer Fortschritt auf diesem technischen Gebiet wird in der US-PS 3' 664 415 dargelegt. Diese Patentschrift offenbart einen bemerkenswerten Vorschlag zur Schichtprüfung, ' welcher die bekannte Abhängigkeit von mechanischen Handhabungen, einer inneren Druckversorgung oder von beschränkten hydraulischen Systemen zu Gunsten eines Prüfventils aufgibt, das in Abhängigkeit von den Änderungen im Ringraumdruck betätigt wird, wobei die Steuerung an einem Ort an der Oberfläche erfolgt.

Andere Fortschritte in der Bohrprüftechnik sind in den US-Patentschriften 3 4J5 897 und J 499 487 beschrieben. Diese Patentschriften zeigen einen Drehkugelventil-Mechanismus, der für die Verwendung bei der Schichtprüfung geeignet ist, dieser Ventilmechanismus weist im offenen Zustand ganz offene Schichtfluß-Wege auf, das heißt, Wege, die sich zentral in und längs einer rohrförmigen Anordnung von Gestängen erstrecken, welche eine Schicht-Prufvorrichtung (die im allgemeinen als "Prüfrohrstrang" bezeichnet wird) enthält.

Trotz dieser Fortschritte bei der Schichtprüftechnik besteht ein Bedürfnis nach weiteren Verbesserungen, welche die Schichtprüfung erleichtern würden, besonders in ablandigen Umgebungen, und insbesondere dort, wo während eines PrüfVorganges das Auftreten hoher Flußgeschwindigkeiten und groöeiFlußmengen der Schichtflüssigkeiten erwartet werden würden.

oftÄlN INSPECTED

509821/0209 ₃

Aus diesem· Grunde weicht die vorliegende Erfindung von den in den US-Patentschriften J 435 897 und 2- 499 487 dargestellten mechanischen Handhabungstechniken und von dem in der US-PS 3 664 415 dargelegten kennzeichnenden Ventilmechanismus ab, während sie an dem in der US-PS 3 664 415 dargelegten Grundgedanken eines von einem Ringraumdruck betätigten Prüfventils und an dem in den US-Patentschriften 3 435 897 und 3 499 48γ dargestellten Grundgedanken eines Vollfluß-Prüfventils festhält und eine besonders bemerkenswerte Verbindung zwischen diesen beiden herbeiführt und weiter ausarbeitet.

Durch diesen Portschritt auf diesem technischen Gebiet wird ein verbessertes Verfahren der Schichtprüfung erreicht.

Dieses Verfahren zur Durchführung der Schichtprüfung benützt einen Schicht-Prüfrohrstrang,, eine im unteren Abschnitt dieses Schicht-Prüfrohrstrangs enthaltene Schieht-Prüfventilanordnung und eine im unteren Abschnitt dieses Schicht-Prüfrohrstenges angeordnete Packeranordnung. Diese Packeranordnung trennt eine zu prüfende Schicht von dem oberen Abschnitt eines Bohrloches ab, innerhalb dessen der Schicht-Prüfrohrstrang angeordnet ist. Die Schicht-Prüfventilanordnung steuert einen Fluß der Schichtflüssigkeit zwischen dieser Schicht und dem Inneren des Schicht-PrUfrohrstranges.

Dieses Verfahren ist durch Verbesserungen der Prüfventil-Tätigkeit gekennzeichnet. Die Verbesserungen bestehen zum Teil in der Schaffung, einer sich ganz öffnenden Schicht-Prüfventileinrich-

509821/020 9

tung in der Schicht-Prüfventilanordnung, welche sich zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung bewegen kann. Dieses sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil bildet in ihrer offenen Stellung eine die Schichtflüssigkeit übertragende öffnung, die sich im allgemeinen zentral im und längs des Schicht-Prüfrohrstranges erstreckt. Die Verbesserungen enthalten weiter eine vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil schliessende Einrichtung in der Schicht-Prüfventilanordnung. Diese Schließeinrichtung enthält eine erste, vom Ringraumdruck abhängige, krafterzeugende Einrichtung zur Erzeugung einer ersten Kraft im Bohrloch in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck in einem Ringraum in einem Bohrloch im wesentlichen in der Nähe der Schicht-Prüfventilanordnung. Die Schließeinrichtung enthält auch eine erste, vom Ringraumdruck abhängige, kraftübertragende Einrichtung zur Übertragung dieser ersten vom Ringraumdruck erzeugten Kraft auf das sich ganz öffnende Schicht-PrüfventiliUm das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil in seine geschlossene Stellung zu versetzen. Zusätzlich wird mit dem verbesserten Verfahren eine vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung in der Schicht-Prüfventilanordnung geschaffen. Diese öffnungseinrichtung enthält eine zweite, vom Ringraumdruck abhängige, krafterzeugende Einrichtung für die Erzeugung einer zweiten Kraft im Bohrloch in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck im Ringraum des Bohrloches im wesentlichen in der Nähe der Schicht-Prüfventilanordnung. Die öffnungseinrichtung umfaßt weiter eine zweite, vom Ringraumdruck abhängige, kraftübertragende Einrichtung zur Übertragung der zweiten vom Ringraumdruck er-

509821/0209

zeugten Kraft auf das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil, um dadurch das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil in dessen offene Stellung zu versetzen. Schließlich wirken aufgrund der Verbesserungen die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil schließende Einrichtung, die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung und das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil derart zusammen, daß sie in Abhängigkeit von den Änderungen des Flüssigkeitsdruckes im Ringraum die geschlossene und offene Ventilstellung herbeiführen, während sie einen relativ ungehinderten Fluß der Schichtflüssigkeit im wesentlichen zentral im und längs des Schicht-Prüfrohrstranges durch die Schicht-Prüfventilanordnung zulassen, wenn sich das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil in der offenen Stellung befindet.

Ein weiteres selbstständiges Kennzeichen der Erfindung besteht in dem Zusammenwirken der außergewöhnlich und besonders wirksam aufeinander abgestimmten Einrichtungen, wodurch die bisher beschriebenen Verfahrensschritte ausgeführt werden.

Noch ein selbstständiges Kennzeichen der Erfindung besteht in einem besonderen Typ eines sich ganz öffnenden Ventils, welches in bestimmten Hemmechanismen und unter bestimmten Gesichtspunkten hinsichtlich der örtlichen und modularen Anordnung der Bestandteile der Gesamtanordnung als gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.

509821/0209 - 6 -

Die Erfindung wird anhand von gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispielen dargelegt. Die Ausführung der Erfindung ist aber nicht auf die dargelegten Ausfuhrungsbeispiele beschränkt, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen vertikalen Querschnitt eines typischen ablandigen Aufbaus, der zur Prüfung von Schichten verwendet werden kann und einen Schicht-Prüfrohrstrang oder eine Gestängeanordnung in einem Unterwasserbohrloch zeigt, wobei der Schicht-Prüfrohrstrang nach oben zu einer schwimmenden Arbeits- und Prüfstation verläuft;

Fig.2a einen entlang der Schnittlinie x-x anschließenden, und 2b vergrößerten, teilweise vertikalen Aufriß der

Schicht-Prüfventilanordnung des in Pig. I gezeigten Schicht-Prüfrohrstranges, wobei sich die Prüfventilanordnung in einer geschlossenen ■Ventilstellung befindet;

Fig.3a einen entlang der Schnittlinie y-y anschließenden, und 3b vergrößerten, teilweise vertikalen Aufriß der

Schicht-Prüfventilanordnung des in Fig. 1 gezeigten Schicht-Prüfrohrstranges, wobei sich die Prüfventilanordnung in einer offenen Ventilstellung befindet.

Fig.4a einen Querschnitt der zuvor genannten Schicht-Prüfanordnung entlang der Schnittlinie 4-4, wobei sich das Ventil in seiner normalen "Einführung"- oder vollständig geschlossenen Stellung befindet;

Fig.4b noch einen Querschnitt der Prüfventilanordnung entlang der Schnittlinie 4-4, wobei sich das Drehkugelventil in einer teilweise gedrehten Stellung, während seiner Drehung in die offene Ventilstellung, befindet; und

Fig.4c einen Querschnitt der Prufventilanordnung entlang der Schnittlinie 4-4, wobei sich das Drehkugelventil in einer vollständig geöffneten, wie in Fig. 3a gezeigten Stellung befindet.

509821/0209 " ⁷ "

Die Beschreibung der Erfindung beginnt als erstes mit einer Darstellung einer typischen Arbeitsumgebung und eines typischen Prüfröhrstranges und wird dann mit der Darstellung von Einzelheiten der verbesserten Merkmale des Prüfventils der vorliegenden Erfindung fortgesetzt, zu welchen Merkmalen die Ringraumdruckabhängigkeit und die Fähigkeit des Prüfventils, sich ganz zu öffnen, gehören.

Fig. 1 zeigte eine typische ablandige Arbeitsumgebung.

Die in Fig. 1 dargestellte typische Umgebung, in der gearbeitet wird und der Proben entnommen werden, stimmt mit der in der US-PS 3 664 415 beschriebenen Umgebung überein. Um eine Beziehung leicht herstellen zu können, wurden für die diese Umgebung darstellenden Bezugszeichen in Fig. 1 der vorliegenden Zeichnungen dieselben Zahlen verwendet_P wie für die gleichen Elemente dieser Umgebung in der Beschreibung der zuvor genannten US-Patentschrift 3 664 415.

In Fig. 1 der Zeichnungen bedeuten:

Nr. 1 eine schwimmende Bohrinsel oder Arbeitsstation.,

Nr. 2 ein unter Wasser liegender Bohrplatz,

Nr. 3 eine Bohrung,

Nrο 4 ein an der Bohrung 3 entlang führender Rohrstrang,

Nr. 5 die Schicht, deren Ergiebigkeit geprüft werden soll,

Nr. 6 das Innere der Bohrung 3*

liegende-Nr. 7 eine unter Wasser-feohrlochkopfanordnung mit einem Aus* bruchsventilmechanismus,

509821/0209

Nr. 8 eine sich zwischen dem Bohrlochkopf 7 und der Arbeitsstation 1 erstreckende Unterwasserleitung, Nr. 9 der Deckaufbau auf der Arbeitsstation 1, Nr.10 ein Schicht-Prüfrohrstrang (das heißt eine Anordnung von im allgemeinen rohrförmigen Bestandteile, die zwischen der Schicht 5 und der Arbeitsstation 1 verlaufen und durch die Unterwasserleitung 8 und die Bohrung hindurchführen).

Nr.11 eine den Prüfrohrstrang 10 tragende Fördereinrichtung, Nr.12 ein die Fördereinrichtung 11 tragender Bohrturm,

Nr.13 ein Bohrlochkopfverschluß am oberen Ende der Unterwasserleitung 8,

Nr.14 eine Versorgungsleitung für eine Flüssigkeit zum Transport von Flüssigkeiten wie etwa Schlamm in das Innere 6 des Bohrlochkopfes unterhalb des Ausbruchventils der Anordnung 7 s

Nr.15 eine Pumpe, mit der ein Druck auf die Flüssigkeit in der Leitung 14 ausgeübt wird,

Nr.16 ein den Prüfrohr- oder Leitungsstrang 10 umgebender Ringraum,

Nr.17 ein zum Arbeitsplatz 1 verlaufender oberer Leitungsstrangabschnitt (gewöhnlich miteinander verschraubbare Leitungsabschnitte),

Nr.18 ein hydraulisch betätigter Leitungsstrang-"Prüfbaum", Nr.19 ein Zwischen-leitungsabschnitt

Nr.20 eine ein Drehmoment übertragende Druck- und Volumenausglei chs-Gl ei tverbindung,

Nr.21 ein Zwischenleitungsabschnitt, mit dem ein Packereinstell-

509821/0209

gewicht auf den unteren Abschnitt des Stranges ausgeübt wird,

Nr.22 ein Umlaufventil,
Nr.23 ein Zwischenleitungsabschnitt,
Nr.24 . ein oberes Druckregistriergerät und Gehäuse, Nr.25 ein Ventil- und Probeneinschlußmechanismus, Nr.26 ein unteres Druckregistriergerät und Gehäuse, Nr.27 ein Packermechanismus,

Nr.28 ein gelochtes Strahlrohr, durch das eine Flußverbindung zwischen dem Inneren des Prüfröhrstranges 10 und der Schicht 5 geschaffen wird.

Einzelheiten, der Bestandteile 1 bis 28 und anderer möglicher Bestandteile sowie deren Einbau in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind in den Spalten 3 bis 6 der US-PS 3 664 415 genau beschrieben; auf die gesamte Beschreibung dieser Patentschrift wird hier Bezug genommen um eine Wiederholung bei der Beschreibung dieser typischen Prüfumgebung zu vermeiden.

In den Spalten 3 bis 5 der zuvor genannten Patentschrift wird auf Patentschriften Bezug genommen, welche Einzelheiten verschiedener Bestandteile dieser typischen Anordnung der Erfindung zeigen, sowie auf US-Patentanmeldungen, welche solche bestimmte.. Bestandteile besehreiben. Auf die in Spalte 4 der oben erwähnten Patentschrift genannte Patentanmeldung 829 388 ist nun ein US-Patent (Nr. 3 584 684) erteilt worden. Auf die in den Spalten 3, 4, 5 und 6 erwähnte Patentanmeldung 882 856, die in Verbindung mit verschiedenen Bestandteilen erwähnt ist, ist nun ebenfalls ein

509821/0209

- 10 -

US-Patent erteilt worden (3 646 995).

Die Beschreibung einer typischen Umgebung sowie der geeigneten Informationsquellen hinsichtlich einer genauen Darlegung einer solchen Umgebung soll hier nicht in Einzelheiten ausgeführt werden, da dies nicht weiter zur Klärung der durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile beiträgt.

In diesem Zusammenhäng soll auch· bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in Fig. 1 gezeigte ablandige Umgebung und nicht auf die in Fig. 1 dargestellte typische Prüfrohrstrang-Anordnung beschränkt ist.

Bei dieser Sachlage erweist es sich als geeignet, anhand einer typischen Arbeits- und Prüfumgebung, wie sie gezeigt ist, die den Aufbau und die Arbeitswejs e betreffenden Einzelheiten des technischen Fortschrittes zu betrachten, der durch die verbesserte Schicht-Prüfventil-Anordnung der vorliegenden Erfindung erzielt wird.

Das verbesserte Prüfventil der vorliegenden Anordnung ist in den Fig. 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b und 4c in verschiedenen Betriebszuständen gezeigt.

Die Fig. 2a und 2b, die entlang der Verbindungslinie x-x miteinander verbunden gehören, stellen die Prüfventil-Anordnung 100 der vorliegenden Erfindung im'SLnfLhnngrf¹ oder nicht aktivier-

509821/0209

-IX -

ten Zustand dar, wobei das Ventil geschlossen ist. Die Fig. 3a und 3b zeigen di*e Prüf ventil-Anordnung nach dem Einbau in einer Prüfstellung, wie z.B. in Fig. 1 gezeigt ist, wobei die Prüfeingestellt

packer anordnung/land die P ruf ventil-Anordnung in einem einem offenen Ventil entsprechenden Zustand gebracht worden sind.

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise der Prüfventil-Anordnung 100 der vorliegenden Erfindung (entsprechend dem Mechanismus 25 im Prüfrohrstrang 10 der Fig. 1) werden zuerst die Bauteile der Anordnung beschrieben.

Wie aus der folgenden Aufzählung ersichtlich ist, enthält die Prüfventil-Anordnung 100 eine Ventileinheit 101, eine Betätigungs- oder "Energie"-Einheit 321 und eine trennbare. Verbindungsvorrichtung 159 für die wahlweise Verbindung oder Trennung dieser beiden Bestandteile. Im folgenden werden nun die Bestandteile der gesamten Ventilanordnung 100 beschrieben.

In der Ventileinheit 101 bedeuten:

Nr. 102 ein- im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse, zusammengesetzt aus im wesentlichen rohrförmigen schraubbar miteinander verbundenen Bestandteilen und versehen mit einem sich in der Längsrichtung erstreckenden zentralen Flußweg 102a,

Nr. 103 ein Kugelventil mit einem axial verlaufenden Mittelweg 103a, ■

509821/020 9 - ¹² "

Nr. 104a am Umfang 103b des Kugelventils 103 exzentrisch ange- und 104b

ordnete Einschnitte, die zwischen der Flußstrecke 103a und dem Außenumfang 103b des Kugelventils radial verlaufen, wie in den Fig. 2a, 3a, 4a, 4b und 4c gezeigt ist, und die in bezug auf die Längsachsen der Fig. 2a und 3a spiegelbildlich angeordnet sind,

Nr. 105 ein im allgemeinen zylindrisches Ventilgehäuse, das mit dem Gehäuse 102 verbunden ist,

Nr. 106 ein oberer Kugelventilsitz, der vom Gehäuse,105 getragen wird und mit dem oberen Teil des Kugelventils 103 zusammenpaßt,

Nr. 107 ein im allgemeinen ringförmiger unterer Ventilsitz, der für die ineinander·^chiebbare oder vertikal gleitbare Bewegung innerhalb des Gehäuses 105 angebracht ist,

Nr. 108 eine Spiralfeder, die vom Gehäuse 102 getragen wird und den unteren Sitz 107 gegen die untere Seite des Kugelventils 103 und das Kugelventil 103 gegen den oberen Sitz 106 drückt,

Nr. 109a sich in der Längsrichtung erstreckende Betätigungsarme, und 109b

die mit dem Kugelventil 103 betätigbar verbunden und zu den Längsachsen der Fig. 2a und 3a spiegelbildlich angeordnet sind,

Nr. HOa Nasenglieder, die von den Betätigungsarmen 109a und

und 110b

109b getragen werden und mit diesen verbunden.sind. Jedes Nasenglied ist im wesentlichen kugelförmig, wobei die Achsen der Nasenglieder im wesentlichen radial von der Längsachse des Prüfrohrstranges wegführen. Das Nasenglied 110a wird drehbar und gleitbar innerhalb der

509821/0209

exzentrischen Vertiefung 104a aufgenommen und das Nasenglied 110b wird innerhalb der exzentrischen Vertiefung 104b drehbar und gleitbar aufgenommen.. Die beiden Nasenglieder 110a, 110b liegen hinsichtlich der Längsachse der Fig. 2a und 3a spiegelbildlich zueinander,

Nr. 111 eine am oberen Ende einer ausziehbaren Mitnehmermuffe ausgebildete umfänglich verlaufende nach außen zeigende Nut. Im Inneren der umlaufenden Nut sind untere, radial nach innen verlaufende Planschabschnitte 109c enthalten, die mit dem entsprechenden Betatigungsarmen 109a und 109b verbunden sind und um dem Umfang gleiten können, so daß die Betätigungsarme 109a und 109b in der Nut 111 eine umfänglich gleitende Bewegung um die Längsachse des Prüfrohrstranges ausführen können, während sie sich in der Längsrichtung mit der Muffe 112 bewegen,

Nr. 112 eine im allgemeinen rohrförmige und zylindrische Mitnehmermuffe, die mit dem unteren Ende des Gehäuses ineinander verschiebbar verbunden ist. Die Mitnehmermuffe 112 kann in sich verschoben werden und kann aus einer äußeren verschiebbaren Muffe 113 und einer inneren verschiebbaren Muffe 114 zusammengesetzt sein, welche durch zwei zusammenwirkende Gliederlager 113a und Il4a miteinander verbunden sind, so daß zwischen den Bestandteilen 113 und 114 eine einen toten Gang darstellende Verbindung 115 besteht,

Nr. 113 ein äußerer rohrförmiger Bestandteil der Muffe 112, Nr. 114 ein innerer verschiebbarer Bestandteil der Muffe 112,

509821/0209 -Ut-

Nr. 115 eine tote Gang-Einrichtung mit gegenseitig zusammenwirkenden Widerlagern 113a und Il4a, die eine begrenzte ineinanderschiebende Bewegung der Muffenglieder II3 und 114 erlauben, jedoch eine gleichzeitige Abwärtsbewegung dieser Glieder veranlassen, wenn das Widerlager 114a nach unten in die Verbindung mit dem Widerlager 113a bewegt wird,

Nr. 116 ein zeitweilig betätigtes Umgehungsventil»mit dem während des Auseinanderschiebens der Muffen 113 und 114 der Druck innerhalb der inneren zentralen Strecke 102a der Prüfventil-Anordnung über und unter dem Kugelventil ausgeglichen wird,

Nr. 117 radial nach außen! verlaufende Umgehungsoffnungen, die in der Muffe 114 angeordnet sind,

Nr. 118 Umgehungsoffnungen, die an einem radial nach innen angeordneten Muffenabschnitt 102b des Gehäuses 102 angeordnet sind und mit den öffnungen 117 derart zusammenwirken, daß sie ein verschiebbares Muffenventil 116 bilden, welches mit dem Umgehungsweg 119 verbunden ist,

Nr. 119 ein Umgehungsweg, der zwischen den öffnungen II8, um den Umfang der Muffe 112, um das Ventil 103 und um das Ventilgehäuse 105 verläuft und mit einem Umgehungsweg 120 verbunden ist, welcher eine Verbindung mit cfem Inneren oder zentralen Weg 102a des Prüfrohrstranges über dem Ventil 103 schafft,

Nr. 120 ein Weg 120 im Gehäuse 102, der eine Flußverbindung zwi-

10a sehen dem Umgehungsweg II9 und dem Inneren/der Prüf röhrst rang-Anordnung schafft.

509821/0209

- 13 -

In der Betätigungseinheit 121 bedeuten:

Nr. 122 ein im allgemeinen rohrförmiges Gehäuse aus im allgemeinen rohrförmigen miteinander schraubbar verbundenen Bestandteilen und mit einem zentralen, im allgemeinen in der Längsrichtung verlaufenden Weg 122a,

Nr. 123 ein im allgemeinen rohrförmiger kraftübertragender Stössel, der innerhalb des Gehäuses 122 in der Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist,

Nr. 124 ein ringförmiger Kolben, der am äußeren Umfang des kraftubertragenden Stößels 123 sitzt und innerhalb des Zylinderabschnitts 125 des Gehäuses 122 verschiebbar aufgenommen wird,

Nr. 125 ein im allgemeinen ringförmiger, radial nach innen geöffneter Zylinder, der am inneren Umfang des Gehäuses

122 ausgebildet ist und den ringförmigen Kolben 124 verschiebbar aufnimmt,

Nrο 126 Öffnungen, die am Umfang des Gehäuses 122 ausgebildet sind und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Bohrlochringraum 16 und dem Inneren des Zylinders 125 über dem ringförmigen Kolben 124 bilden,

Nr. 127 eine Spiralfeder, die unterhalb des Kolbens 124 angeordnet ist und im Zylinder 125 getragen wird, so daß eine Vorspannung zwischen dem Gehäuse 122 und der Unterseite des Kolbens 124 erzeugt und der kraftübertragende Stößel

123 in die obere oder ventilschließende Stellung, wie in Fig. 2a ist, gedrückt wird,

5098 21/0203 - 16 -

Nr. 128 Gas enthaltende Kammern, die mit dem unteren Ende des Zylinders 125 verbunden sind und sich vom Zylinder aus nach unten innerhalb des Gehäuses 122 erstrecken. Die Kammer 128 kann z.B. mit Stickstoffgas gefüllt sein, das an der Oberflächenstation 1 vor dem Einbau des Gerätes Atmosphärendruck oder einen relativ niedrigen Druck haben könnte,

Nr. 129 ein vertikal gleitender, im allgemeinen ringförmiger "Schwimm"-Kolben, der innerhalb der Gaskammer 128 in einem ringförmigen zylinderartigen Bereich, der durch die radial getrennten Gehäuseabschnitte 122b und 122c gebildet wird, verschiebbar aufgenommen wird,

Nr. 130 eine vom Ringraumdruck abhängige Vorkammer, die innerhalb des Gehäuses 122 liegt und mit dem unteren Ende des Schwimmkolbens 129 verbunden ist,

Nr. 131 ein verschiebbarer Kolbenschieber, der wahlweise die Plüssigkeitsverbundung zwischen der Vorkammer I30 und dem Bohrloch-Ringraum 16 herstellen oder unterbrechen kann,

Nr; 132 ein äußerer Muffenabschnitt 132 des Kolbenschiebers I3I,

Nr. 133 ein innerer Muffenabschnitt des verschiebbaren Schiebers 131 mit einem Widerlager 133a, mit dem die Schiebbewegung der Bestandteile 132 und I33 durch das Eingreifen in die Widerlager 132a und 132b begrenzt wird, welche wie der Muffenabschnitt 132 vom unteren Abschnitt des die Muffe 122b enthaltenden Gehäuses 122 getragen werden und eine feste Stellung in bezug auf den untern Ab-

509821/0209 _, _

schnitt des Gehäuses 122 einnehmen,

Nr. 134 eine Ventilöffnung in der Muffe 132,

Nr. I35 Ventilöffnungen an der Muffe 133, die mit den öffnungen 134 in Verbindung gebracht werden, wenn sich das Prüfventil 100 im "Etaflihiags" - Zustand befindet, so daß zwischen dem Ringraum l6 und der Vorkammer I30 eine Flüssigkeitsverbindung besteht,

Nr. 136 eine Vorspannung-Spiralfeder, die zwischen dem Flansch 135a und dem Widerlager 132b angeordnet ist und die Muffe 133 in die in Fig. 2b gezeigte obere Stellung drückt, wo die öffnungen 135 und 134 miteinander verbunden sind und der Flansch 133a an das Widerlager 132a anstößt,

Nr. 137 ein Jfeilnutverbindungsstück, das die Muffe 133a und den Gehäuseteil 122b verbindet. Durch diese Anordnung kann im Kolbenschieber 13I ein Drehmoment übertragen werden, wobei das Drehmoment durch die Prüfventil-Anordnung übertragen werden kann um, wenn es erforderlich ist, solche Tätigkeiten wie die Handhabung der Packeranordnung zu bewirken,

Nr. 138 ein schematisch gezeigter, wahlweise betätigbarer Hemmmechanismus, der in Abhängigkeit von einem außergewöhnlichen Druck im Ringraum 16 dem Einfluß des durch die öffnung 126 am Kopf des Kolbens 124 wirkenden Ringraumdruckes entgegenwirkt oder diesen ausgleicht. Dieser Hemmechanismus kann eine zerbrechbare öffnung oder ein zu öffnendes Ventil enthalten, welche in Abhängigkeit

509821/0209

- 18 -

von einem ausreichenden Übermaß des Ringraumdruckes wahlweise betätigt werden können um eine Flußverbindung zwischen dem Ringraum 16 und der Gaskammer 128 herzustellen. Durch dieses ausreichende Übermaß des Ringraumdruckes kann z.B. am zerbrechbaren Wandabschnitt oder zu öffnenden Ventilteil des die Kammer 128 umgebenden Gehäuses 122 ein Druckunterschied entstehen, so daß diese Wandabschnitte geöffnet werden und über dem Weg 128 eine Flußverbindung zwischen dem Ringraum 16 und der Unterseite des Kolbens 124 hergestellt werden.

In der lösbaren Verbindung 139 bedeuten:

Nr. l40 eine lösbare Gewindeverbindung, welche die Gehäuse 102 und 122 abnehmbar verbindet,

Nr. l4l eine lösbare und wahlweise betätigbare Gewindeverbindung, welche den Mitnehmermuffenteil U4 mit dem kraftübertragenden Stößel 123 verbindet. Die Ganghöhen der Gewindeverbindungen 141 und 140 würden gleich sein* so daß gleichzeitig auch eine Trennung der Ventileinheit 101 und der Betätigungseinheit 121 durch Auseinanderschrauben möglich ist.

Wie man bei der Betrachtung der herkömmlichen Methoden, die bei der Herstellung und Benützung eines Bohrgestänges eine Rolle spielen, erkennt, kann es sich bei den bisher beschriebenen Bestandteilen um Segmentstücke handeln, das heißt um Stücke, die

509821/0209

- 19 -

aus Vielfachbestandteilen hergestellt werden. Üblicherweise sind solche Bestandteile im allgemeinen rohrförmig und durch ein Gewinde oder auf andere Weise miteinander verbunden* damit der .gesamte Zusammenbau, die Zerlegung und die Bedienung des Bohrgerätes erleichtert wird.

Es wird insbesondere festgestellt, daß das Drehkugelventilgehäuse 105 ein Segmentstück sein kann und aus dem in der Längsrichtung verbundenen Bestandteilen, welche mit dem Gehäuse 102 abnehmbar verbunden sind, hergestellt werden kann. Wie in der Zeichnung (z.B. Fig. 2a und 4a) sehematisch gezeigt ist, enthält das Drehkugelventilgehäuse 105 umfänglich verlaufende Seitenwandöffnungen 105a, damit die Arme 109a und 109b mit ihren in den Kugeleinschnitt eingreifenden Nasengliedern 110a und 110b um den Umfang herum gleiten können.

In den Fig. 4a bis 4c ist die umlaufende öffnung 105a so dargestellt* daß sie sich vollständig zwischen den Arbeitsstellungen der Arme 109a und 109b erstreckt und diese Arbeitsstellungen umschließt. Es ist jedoch beabsichtigt, in der Längsrichtung verlaufende Zwischenträger im Gehäuse 105 an einer zwischen den in Fig. 4b gezeigten Armpositionen liegenden Stelle vorzusehen. Ein solcher Zwischenträger ist nicht dargestellt, damit die Darstellung der in den Fig. 4a bis 4c gezeigten Armbewegungen nicht unübersichtlich wird.

509821/0209 - 20 -

Nachdem die Grundbestandteile eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer Prüfventil-Anordnung 100 zusammen mit dem Aufbau beschrieben worden ist, soll nun die Betriebsweise dieses Bohrgerätes betrachtet werden.

Als erstes wird die "Einführungs"- oder "Ruhe"-Stellung der Prüfventil-Anordnung beschrieben.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die Anordnung der Bestandteile der Prüfventil-Anordnung 100 während der "Einführung" des Prüfrohrstranges 10 (d.h. wenn der Prüfrohrstrang 10 in das Bohrloch 3 gesenkt wird) und vor jenem Zeitabschnitt, in dem der Druck der Bohrflüssigkeit im Ringraum 16 erhöht wird,um die Anordnung 100 zu veranlassen, das Ventil zu öffnen.

Wie in Fig. 2a gezeigt ist, übt die Spiralfeder 127 eine nach oben wirkende Kraft auf die mitejrander verbundenen Stößel 123 und 114 aus, wobei durch Anstoßen des Widerlagers 114a der Muffe 114 an dem ringförmigen Widerlager- 113b der Muffe 113' eine Hubkraft auf die Muffe II3 ausgeübt wird. Die auf die Muffe 113 ausgeübte Hubkraft hebt die Arme 109a und 109b in die in den Fig. 2a und 4a gezeigte obere Stellung, wobei die Kugelventilvertiefungen 104a und 104b mit den Nasengliedern 110a bzw. HOb zusammenwirken, so daß das Kugelventil in der in Fig. 2a geschlossenen Stellung gehalten wird. Dieses Ventil befindet sich dann in einer geschlossenen Stellung, wenn das Widerlager 123a des Stößels 123 an das Widerlager 122a des Gehäuses 122 anstößt. In dieser ge-

B09821/0209

- 21 -

236181

schlossenen Stellung ist die Kugel gedreht, so daß die Längsoder Mittelflußstrecke 103a quer oder senkrecht zur Ventilanordnungs-Strecke 102a verläuft und diese Strecke sperrt.

Während des *fclnflu" -Zustandes der Ventilbestandteile sind die UmgehungsÖffnungen 117 und 118 versetzt, so daß die den Umgehungsweg steuernden Ventile 116 geschlossen sind.

Die Betätigungseinheit 121 ist, wie in Fig. 2b gezeigt ist, während ihrer "Einführung" derart angeordnet, daß sich der Schwimmkolben 129 am Boden der Gaskammer 128 befindet und der Kolbenschieber 131 sich in einem offenen Zustand befindet, d.h. daß die Öffnungen IJk und 135 eine Plußverbindung zwischen dem Bohrringraum und der PlUssigkeits-Vorkammer gewähren. Dieser geöffnete Zustand des Kolbenschiebers I3I wird durch die vorspannende Wirkung der Spiralfeder I36 beibehalten, welche das Bestreben hat, die Muffen in dem in Fig. 2b gezeigten Zustand, in dem die Öffnungen aneinanderliegen, zu halten, während der Gerätestrang 10 in dem Bohrloch frei herabhängt.

Im folgenden wird der "Einführ"-Vorgang beschrieben.

Wenn der Gerätestrang 10 in das Bohrloch gesenkt wird, wird der Ringraumdruck über die Öffnungen 126 zum Zylinder 125 am Kopf des Kolbens \2k und durch die Öffnungen 13^ und 135 auch auf die Unterseite des Schwimmkolbens 129 übertragen. Durch die Übertragung des Ringraumdruckes auf die Unterseite des Kolbens

609321/0209 _₂₂_

wird der Ringraumdruck durch das Gas In der Kammer 128 auf die Unterseite des Kolbens 124 weitergeleitet.

Auf diese Weise wird während des "Einführungs"-Zustandes des Prüfrohrstranges 10 der Kolben 124 in einem fließenden Druckgleichgewicht gehalten, während der Druck des Gases in den Kammern 130 und 128 ununterbrochen zunimmt sofaie der hydrostatische Ringraumdruck mit größer werdender Tiefe der Ventilanordnung 100 wächst. Diese Zunahme des Gasdruckes in der Kammer ]28 hat eine Aufwärtsbewegung des Schwimmkolbens 129 zu einem mittleren Abschnitt des zylinderförmigen Bereichs 128a zir Folge, wie im wesentlichen in Fig. 3b gezeigt ist.

Wenn das Gerät in eine geeignete Tiefe gesenkt ist, kann der Packer 27 betätigt und eingestellt werden, nach der Einstellung des Packers bewirkt eine Verminderung der durch die Fördereinrichtung 11 ausgeübten Hubkraft eine nach unten schiebende Bewegung des Kolbenschiebers 131, so daß das Ventil geschlossen wird, das heißt, daß die öffnungen 134 und 135 gegeneinander versetzt werden, wie in Fig. 3b gezeigt. Durch dieses Schließen des Ventils I31 wird der Ringraumdruck in der Kammer 130 aufgefangen und auf diese V/eise innerhalb der Gaskammer 128 festgehalten, so daß der auf die Unterseite des Kolbens 124 wirkende statische Ringraumdruck (d.h., der an den öffnungen 135 und 134 auftretende hydrostatische Höhendruck) verwendet werden kann. Auf diese Weise wird, wenn der Prüfrohrstrang 10 eingebaut ist, durch die Zir .mmenwirkung des hydrostatischen Ringraumdruckes und der Vorspannung der Spiralfeder 127 der Kolben 124 nach oben in die ventilschließende Stellung gedrückt.

509821/0209

Im folgenden wird die Tätigkeit des Prüfventils beschrie

Um das Ventil 3 zu öffnen und in die in Fig. Jb gezeigte Stellung zu bringen, muß der Flüssigkeitsdruck im Ringraum 16 in der Nachbarschaft der öffnungen 126 vergrößert werden. Dies wird durch die Betätigung der Pumpe 15 erreicht, die den Ringraum 16 über die Leitung 14 unter Druck setzt, wie in der US-PS 3 664 im wesentlichen beschrieben ist; dies kann aber auch durch andere, den Ringraum unter Druck setzende Vorrichtungen erreicht werden.

Nachdem das Muffenventil 13I geschlossen worden ist, wird eine Vergrößerung des Druckes im Ringraum l6 durch die Öffnungen 126 nur zur oberen Seite des Kolbens 124 übertragen, wobei die Druckvergrößerung z.B. durch die Tätigkeit der Pumpe I5 erreicht wird, welche von der Oberflächenstation 1 aus über die Leitung den Ringraum l6 unter Druck setzt.

Eine solche geeignete Vergrößerung des Ringraumdruckes wird, wobei der Pumpdruck von der Oberflächenstation 1 aus gesteuert wird, auf diese Weise über die öffnung 126 eine ventilöffnende, nach unten gerichtete Kraft auf den Kolben 124 ausüben.

Unter der Wirkung dieser nach unten gerichteten Kraft wird sich die Muffe 114 nach unten bewegen. Während eines Abschnittes dieser Abwärtsbewegung bringt die Muffe 114 die Umgehungs- oder Ausgleichsöffnungen II7 und II8 in Verbindung. Während

5098 21/020 9 -24-

sich die Öffnungen in Verbindung befinden, wird der Druck innerhalb des Weges 102a über und unter dem Kugelventil 103 durch die Umgehungswege 119 und 120 ausgeglichen. Durch diesen Druckausgleich kann das Kugelventil relativ leicht die Arbeitsbewegung ausführen, das heißt, daß dadurch eine außergewöhnliche Reibung zwischen dem Kugelventil und den entsprechend verbundenen Ventilsitzen 106 und 107 verhindert wird.

Die fortgesetzte Abwärtsbewegung der Muffe 114, die in Abhängigkeit von der Abwärtsbewegung des Kolbens 124 und der damit verbundenen Muffe 123 stattfindet, veranlaßt, daß das Widerlager 114a das Widerlager 113a berührt, so daß auf die Arme 109a und 109b eine nach unten ziehende Kraft ausgeübt wird, wodurch diese relativ zur Kugel 103 in der Längsrichtung nach unten bewegt werden.

Die Abwärtsbewegung der Arme 109a und 109b relativ zur Kugel 103 (welche in bezug auf das Gehäuse 102 in der Längsrichtung eine feste Stellung beibehält) veranlaßt, daß die vom Arm getragenen Nasenglieder 110a und 110b und die exzentrisch angeordneten Vertiefungen 104a und 104b des Kugelventils 103 zusammenwirken und das Ventil öffnen.

Wenn diese Kugel öffnende Bewegung beginnt, scheint sich die Stellung der Vertiefungen 104a und 104b in bezug auf den Umfang zu verschieben, wenn das Gerät im Querschnitt, das heißt in der Längsrichtung, betrachtet wird, wie in Fig. 4b gezeigt ist. Diese Verschiebung der Umfangsstellung der Vertiefungen 104a und

509821/0209 -25-

104b verursacht eine um den Umfang führende Gleitbewegung oder Konvergenz der Arme 109a, 109b und der damit verbundenen Nasenglieder, wie hauptsächlich in Fig. 4b gezeigt ist, und zwar solange, bis die Vertiefungen 104a und 104b auf einer quer verlaufenden Mittelebene des Kugelventils zu liegen kommen. Während dieser Bewegung führen die Nasenglieder 110a und 110b relativ zu den dazugehörigen Vertiefungen 104a und 104b eine Dreh-, Gleit- und Schiebbewegung aus, wobei diese Bewegungen durch eine im wesentlichen kugelförmige Segmentform der Nasenglieder 110a und 110b erleichtert wird.

Durch eine fortgesetzte Abwärtsbewegung des Kolbens 124 werden die Bestandteile der Ventileinheit 101 in die in den Fig. 3a und 4c gezeigte Stellung gebracht. Da sich die Vertiefungen 104a und 104b nach unten unter die quer verlaufende Mittelebene des Kugelventils bewegen, verschieben sich die Vertiefungen 104a und 104b nach rückwärts zu den ursprünglichen in Fig. 4a gezeigten Stellungen, so daß die Arme 109a. und 109b veranlaßt werden, eine um den Umfang gleitende Trennbewegung auszuführen.

Während der um den Umfang führenden Gleitbewegung der Arme 109a und 109b wird dann durch ein entsprechendes Zusammenwirken der zylindrischen Außenflächen 109"d und 109e der Arme 109a und 109b mit den zylindrischen Innenflächen 142 des Gehäuses 102 eine aufrechte oder längsgerichtete Ausrichtung festgelegt.

509821/0209 -26-

Wenn sich das Kugelventil in der in Fig. 3a gezeigten, voll geöffneten Stellung befindet, das heißt, wenn das Muffenwiderlager 113a das obere Ende der Gehäusemuffe 102b berührt, wird die Bewegung der Ventilteile angehalten, wobei das Kugelventil in die voll geöffnete Stellung gedreht ist, in der der Ventilweg 103a mit dem Weg 102a und dem gesamten Innenweg 100a des Prüfrohrstranges 10 axial übereinstimmt. Durch diese Überstimmung wird ein im wesentlichen hindernisfreier, einen relativ großen Fluß zulassender Mittelweg geschaffen, der durch die Ventilanordnung 101 und die Kraftübertragungseinheit 321 in der zentralen-und Längsrichtung des Prüfrohrstranges 10 verläuft.

Ein solcher Mittelweg ist nicht nur der Übertragung von großen und gleichmäßigen Flußgeschwindigkeiten der Schichtflüssigkeiten sondern auch der Durchleitung von Prüfgeräten, Arbeitsgeräten usw. durch den gesamten Prüfröhrstrang dienlich. Überdies kann ein an den in der Fig. 1 mit 26 bezeichneten Ort. angeordnetes Druckmeßgerät durch das offene Ventil 100 herausgeholt werden, wenn der Prüfvorgang beendet ist.

Wie zu sehen ist, läßt sich das Kugelventil 103 dadurch zyklisch schließen und öffnen, indem einfach der Druck der Bohrflüssigkeit im Ringraum 16 in der Nähe der Ventilanordnung 100 zyklisch erhöht oder gesenkt wird.

An dieser Stelle läßt sich erkennen, daß die Bestandteile 131, 130, 129, 128, 124, 123, 112, 109a und 109b eine vom Ring-

509821/0209

- 27 -

raumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil schließende Einrichtung bilden. In dieser Schließeinrichtung ist eine erste vom Ringraumdruck abhängige krafterzeugende Einrichtung enthalten, die durch die Bestandteile IJl, I30, 129 , 128 und 124 gebildet wird. Diese erste vom Ringraumdruck abhängige krafterzeugende Einrichtung arbeitet in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck im Ringraum Io und im Bohrloch 3 in der Nähe der Schichtprüfventilanordnung und erzeugt im Bohrloch 3 eine erste Kraft, die durch die Kammer I30 und die Gaskammer 128 nach oben auf die Unterseite des Kolbens 124 wirkt. Diese Ventilschließvorrichtung enthält zusätzlich eine erste vom Ringraumdruck abhängige Kraftübertragungseinrichtung, die von den Bestandteilen 124, 123, 112, 109a und 109b gebildet wird. Diese Kraftübertragungseinrichtung überträgt die zuvor genannte erste, vom Ringraumdruck erzeugte Kraft auf das ganz geöffnete Schichtprüf ventil 3 und drückt das Ventil 3 in die in Fig. 2a gezeigte geschlossene Stellung .

Es ist auch zu erkennen, daß die verbesserte Prüfventilariordnung 100 eine vom Ringraumdruck abhängige,das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung umfaßt, die durch die Bestandteile 126, 125, 124, 123, 112, 109a und 109b gebildet wird.

In dieser ventilöffnenden Einrichtung ist eine zweite, vom Ringraumdruck abhängige krafterzeugende Einrichtung enthalten, die durch die Bestandteile 126, 125 und 124 gebildet wird. Diese

509821/0209

zweite kra ft er zeugende Einrichtung arbeitet in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck im Ringraum IO des Bohrloches 3 in der Nähe des Schichtprüfventils 3 und erzeugt in dem Bohrloch 3 eine zweite, über die Öffnungen 126 nach unten auf den Kolben 124 wirkende Kraft. Die ventilöffnende Einrichtung enthält zusätzlich eine zweite, vom Ringraumdruck abhängige Kraftübertragungseinrichtung, die in diesem Fall mit der ersten Kraftübertragungseinrichtung übereinstimmt und von den Bestandteilen 124, 123* 112, 109a und 109b gebildet wird. Diese Kraftübertragungseinrichtung überträgt die zweite, vom Ringraumdruck erzeugte Kraft auf das vollständig geöffnete Schichtprüfventil 3 und drückt dieses Ventil in die in Fig. 3a gezeigte vollständig geschlossene Stellung.

Die zusammengesetzten Bestandteile, die

1) die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil schließende Einrichtung,

2) die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung,

3) das vollständig öffnende Schicht-Prüfventil selbst

umfassen, arbeiten zusammen und schließen und öffnen das Ventil 3 in Abhängigkeit von den Änderungen des Flüssigkeitsdruckes im Ringraum 16, während sie einen relativ ungehinderten Fluß der

in
Schichtflüssigkeit zentral/und längs des Schicht-Prüfrohrstrangs 10 durch die Schicht-Prüfventilanordnung 100 erlauben, wenn sich das Ventil 3 in der in Fig. 3a gezeigten vollständig offenen Stellung befindet.

509821/0209

Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß mit einerr. vom Ringraumdruck abhängigen und betätigten PrUfventil eine vollständige Öffnung und ein hoher und ununterbrochener Fluß in einem Prüfgestänge ermöglicht wird.

Die durch den auf die Oberfläche der Gaskammer 128 ausgeübten Druck auftretenden Gefahren werden durch die Erzeugung eines eine Vfirkung ausübenden Vordruckes in dieser Kammer beseitigt, wenn das Gestänge in das Bohrloch hinabgesenkt wird.

Zu dem Zeitpunkt, wenn das Gestänge aus dorr Bohrloch zurückgeholt wird, das heißt,wenn es angehoben wird, öffnet sich automatisch das Muffenventil 13I (was ein Ergebnis des durch die Hubvorrichtung 11 bewirkten Hebvorganges ist, der durch die Federkraft 136 verstärkt wird). Durch diese öffnung des Muffenventils 131 kann der Druck in der Kammer 128 sich automatisch auflösen oder verbraucht werden, da das Gestänge angehoben wird.

Wenn das Gestänge an die Oberflächenstation 1 gebracht worden ist, sind daher die Arbeiter nicht mehrjgefährlich hohen Druckwerten in der Gaskammer 128 ausgesetzt, wenn das Gestänge auseinandergenommen oder mit dem Gestänge umgegangen wird.

Ist die Betätigungseinheit 121 von der die Probe aufnehmenden Ventilanordnung 101 abgetrennt und unterhalb dieser angeordnet (die Anordnung 101 enthält eine Probe der

- 30 509821/0209

Schichtflüssigkeit im Inneren des Innenwegs 100a und über dem geschlossenen Ventil 103), so ist es möglich, einen Teil des die Probe der Schichtflüssigkeit enthaltenden Gestänges von der Betätigungseinheit abzutrennen und die Probe unversehrt an einen geeigneten Analyseort zu bringen.

Die hindernisfreie äußere Beschaffenheit des Gestänges erleichtert die Bewegung in das und aus dem Bohrloch und verbürgt eine wirksame Betätigung des Gestänges in Abhängigkeit von den Ringraumdruckänderungen. In ähnlicher Weise erleichtert der relativ ungehinderte, zentral und in der Längsrichtung verlaufende Flußweg der Prüfventilanordnung relativ hohe und ununterbrochene Flußgeschwindigkeiten der Schichtflüssigkeiten während des Bohrprüfvorganges. Solch ein "vollständig offener" Flußweg erlaubt zusätzlich den Transport von zusätzlichen Arbeits-, Prüf- oder Untersuchungsgeräten durch die gesamte Länge des Prüfrohrstranges während der Bohrungsprüf- und Ergänzungs- oder Auswertungsarbeiten.

Durch den besonderen Aufbau der das Drehkugelventil haltenden und betätigenden Bauteile, so wie diese beschrieben wurden, wird ein besonders stabiler und zuverlässiger Drehkugelventilmechanismus geschaffen, der in besonderer Weise einen entweder unter oder oberhalb dem Ventil wirkenden Flüssigkeitsdruck aufnehmen und diesem widerstehen und Aufwärts- oder Abwärtsströmungen einschränken kann.

509821/0209 -31-

Zusätzlich zur Hemmwirkung des Muffenventils ^l, das eine erste Hemmvorrichtung zum Unschädlichmachen des Einflusses der auf die Unterseite des Kolbens 124 wirkenden Ringraumdruckänderungen und zum Unschädlichmachen des Ringraumdruckes in der Kammer 128 beim Emporheben des Gestängestranges und bei dessen Herausnahme aus dem Bohrloch,kann|äie Prüf ventilanordnung 100 mit einer zweiten Hemmvorrichtung 1^8 versehen werden, wie zuvor bemerkt wurde. Eine solche zweite Hemmvorrichtung 1J8 kann verschiedene Formen besitzen, die zerreißbare Einrichtungen, Einrichtungen die geöffnet werden können, oder Verriegelungseinrichtungen, die wahlweise geöffnet werden können, enthalten, welche in Abhängigkeit von einem'außergewöhnlichen Ringraumdruck das Ventil schliessen und in dieser geschlossenen Stellung halten.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung natürlich in verschiedenen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, welche von dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel abweichen.

Z.B. kann ein Paar gleichzeitig betätigbarer, in der Längsrichtung angeordneter Ventilanordnungen 100 verwendet werden, um eine Probe einer Schichtflüssigkeit nicht nur innerhalb des Prüfrohrstranges sondern zwischen in der Längsrichtung voneinander getrennte Drehkugelventileinrichtungen oder vollständig öffnende Schichtprüfventileinrichtungen einzuschließen. Dies könnte, wenn es gewünscht wird, durch eine zylindrische, SchichtflUssigkeit aufnehmende Probekammer bewirkt werden, die zwischen einer am unteren Ende der zylindrischen Kammer angeordneten Einrichtung 100,

50982 1/02 09

wie in den Zeichnungen gezeigt, und einer weiteren Anordnung 100 liegt, welche über der die Probe aufnehmenden rohrförmigen Kammer, jedoch umgekehrt in bezug auf die in den vorliegenden Zeichnungen gezeigte Stellung angeordnet ist.

Mit dieser Anordnung wäre es möglich, die Betätigungseinheiten von jedem Ende der Probenkammer abzutrennen, wobei die Ventileinheiten an ihrem Platz gelassen werden, so daß eine Probe einer eingeschlossenen Schichtflüssigkeit abgesondert wird.

Die Erfindung kann in Verbindung mit dem hier beschriebenen Prüfrohrstrang mit einem Umlaufventil und einer lösbar verbundenen, ringraumdruckabhängigen Betätigungs- oder kraftübertragenden Einheit ausgeführt werden, wie in der US-Patentanmeldung 288 187 (September 1972) beschrieben ist. Ein solches Umlaufventil könnte unter der Ventilanordnung und über dem Packer 27 angeordnet oder als Ventileinrichtung 22 an einem Ort über dem PrUfventil 100 (das heißt der Ventileinrichtung 25 in Pig. 1) benützt werden. Auf die Beschreibung dieser US-Patentanmeldung 288 I87 wird hier verwiesen.

Was die Ringraumdruckbetätigung der Vorkammer 128 anbelangt, so läßt sich ein größeres Verständnis der Einzelheiten dieses Grundgedankens aus der US-Patentanmeldung 335 980 (Februar, 1973) gewinnen. Auf die Beschreibung dieser US-Patentanmeldung sei hier ebenfalls verwiesen.

509821/0209

Es soll auch bemerkt werden, daß die Steuerung der Relativgeschwindigkeiten der Bewegung der verschiebbaren Bauteile der Prüfventilanordnung durch die Verwendung einer bewegungshemmenden Vorrichtung durchgeführt werden kann, von der typische Ausführungsbeispiele in den US-Patentschriften 3 664 415 und 3 487 dargelegt sind.

Es soll außerdem zur Kenntnis genommen werden, daß andere vollständig öffnende Ventilglieder als die beschriebenen Drehkugelventile unter bestimmten Umständen verwendet und daß Drehkugelventil betätigende Mechanismen, die von den hier beschriebenen abweichen, benützt werden können. So können z.B. unter bestimmten Umständen solche Betätigungsmechanismen für das Drehkugelventil benützt werden, die in den US-Patentschriften 3 ^99 487/3 ^35 897 oder 3 347 318 beschrieben sind.

'- 34 509821/0209

Claims

P AT E IM T A IM ep RUCHE

1. Verfahren zur Prüfung von Schichten durch eine vom Ringraumdruck betätigte Bohrprüfvorrichtung mit einem Schicht-Prüfrohrstrang, mit einer in einem unteren Abschnitt des Schicht-Prüfrohrstranges enthaltenen Schicht-Prüfventilanordnung zur Steuerung des Flusses der Schichtflüssigkeit zwischen der Schicht und dem Inneren des Schicht-Prüfrohrstranges und mit einer in einemunteren Abschnitt des Schicht-Prüfrohrstranges enthaltenen Packer-Anordnung fir die Abtrennung einer zu prüfenden Schicht von einem oberen Abschnitt eines den Schicht-PrUfrohrstranges aufnehmenden Bohrloches, gekennzeichnet durch eine sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung in der genannten Schicht-Prüfventilanordnung zum öffnen und Schließen und zur Schaffung einer im wesentlichen zentral im und längs des Schicht-PrUfrohrstranges verlaufenden, die SchichtflUssigkeit durchlassenden Öffnung im offenen Zustand, durch eine vom Ringraumdruck abhängige, das ganz öffnende Schicht-Prüfventil schließende Einrichtung in dem Schicht-Prüfventil mit einer ersten, vom Ringraumdruck abhängigen, krafterzeugenden Einrichtung zur Erzeugung einer ersten Kraft im Bohrloch in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck in einem

im wesentlichen

Ringraum in einem Bohrloch/in der Nähe der Schicht-Prüfventilanordnung und mit einer ersten, vom Ringraumdruck abhängigen, kraftübertragenden Einrichtung zur Übertragung der ersten, vom Ring-

509821/0209

raumdruck erzeugten Kraft auf die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung und zur Schließung der sich ganz öffnenden Schicht-Prüfventileinrichtung, durch eine vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung in der Schicht-Prüfventilanordnung mit einer zweiten, vom Ringraumdruck abhängigen, krafterzeugenden Einrichtung zur Erzeugung einer zweiten Kraft im Bohrloch in Abhängigkeit des Flüssigkeitsdruckes im Ringraum des Bohrloches im wesentlichen in der Nähe der Schicht-Prüfventilanordnung und mit einer zweiten, vom Ringraumdruck abhängigen, kraftübertragenden Einrichtung zur Übertragung der zweiten vom Ringraumdruck erzeugten Kraft auf die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung und zum öffnen der sich voll öffnenden Schicht-Prüfventileinrlchtung, wobei die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil schließende Einrichtung, die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung, und die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung derart zusammenwirken, daß sie in Abhängigkeit von den Änderungen des Flüssigkeitsdruckes im Ringraum die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung^cKLießen oder öffnen, wobei sie einen relativ ungehinderten Fluß der Schichtflüssigkeit durch die Schicht-Prufventilanordnung zentral in und längs des Schicht-Prüfrohrstranges gewähren, wenn die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung offen ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Schicht-Prüfrohrstrang, mit einer in einem unteim .Abschnitt des Schicht-Prüfrohrstranges angeordneten Schicht-Prüfven-

509821/0209

tilanordnung zur Steuerung des Flusses der Schichtflüssigkeit zwischen der Schicht und dem Inneren des Schicht-Prüfrohrstrangs und mit einer in einem unteren Abschnitt des Schicht-Prüfrohrstrangs angeordneten Packeranordnung zur Abtrennung einer zu prüfenden Schicht von einem oberen Abschnitt des den Schicht-Prüfstrang aufnehmenden Bohrlochs, gekennzeichnet durch eine in der Schicht-Prüfventilanordnung enthaltenen sich ganz öffnenden Schictb-Prüfventileinrichtung (101) für die Bewegung zwischen einer geschlossenen (Fig. 2a) und offenen (Fig. 3a) Stellung und zur Schaffung einer im wesentlichen zentral intund längs zu dem Schicht-Prüfrohrstrang (10) verlaufenden Schichtflüssigkeit durch lassenden öffnung (103a, 102a) in der offenen Stellung (Fig. 3a), durch eine vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-PrUfventil schließende Einrichtung (131,130,129,128,124, 123,112,109a,109b) in der Schicht-Prüfventilanordnung mit einer ersten, vom Ringraumdruck abhängigen, krafterzeugenden Einrichtung (131,130,129,128,124) zur Erzeugung einer ersten Kraft im Bohrloch (3) in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck in einem Ringraum (16) in einem Bohrloch (3) im wesentlichen in der Nähe der Schicht-Prüfventilanordnung (25) und mit einer ersten, vom Ringraumdruck abhängigen, kraftübertragenden Einrichtung (124,123,112, 109a,109b) zur Übertragung der ersten vom Ringraumdruck erzeugten Kraft auf die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) und zur Schließung (Fig. 2a) der sich ganz öffnenden Schicht-Prüfventil einrichtung (101), durch eine vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil öffnende Einrichtung (126,125,124,123,112, 109a,109b) in der Schicht-Prüfventilanordnung mit einer zweiten, vom Ringraumdruck abhängigen, krafterzeu-

509821/0209

- 37 -

genden Einrichtung (126,125,124) zur Erzeugung einer zweiten Kraft im Bohrloch (3) in Abhängigkeit des Flüssigkeitsdruckes im Ringraum (16) des Bohrloches (3) im wesentlichen in der Nachbarschaft der Schicht-Prüfventilanordnung (25) und mit einer zweiten, vom Ringraumdruck abhängigen, kraftübertragenden Einrichtung (124,123,112,109a, 109b) zur Übertrggang der zweiten vom Ringraumdruck erzeugten Kraft auf die sich ganz öffnende Schiehtprüfventileinrichtung (101) und zur Öffnung der sich ganz öffnenden Schicht-Prüfventileinrichtung, wobei die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventil schließende Einrichtung (131,130,129,128,124,123,112,109a,109b), die vom Ringraumdruck abhängige, das sich ganz öffnende Schicht-Prüfventll öffnende Einrichtung (126,125,124,123,112,109a,109b) und die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) derart betätigbar sind, daß sie in Abhängigkeit von den Änderungen des Flüssigkeitsdrucks im Ringraum (16) die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) schließen (Fig.2a) oder öffnen (Fig. 3a), wobei sie einen relativ ungehinderten Fluß der Schichtflüssigkeit im wesentlichen zentral in und längs zu dem Schicht-Prüfrohrstrang (10) durch die Schicht-Prüfventilanordnung (25) gewähren, wenn sich die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) in der offenen Stellung (Fig. 3a) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine erste Hemmeinrichtung (131) zur Beseitigung der ersten, vom Ringraumdruck erzeugten, die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) schließenden(Fig. 2a) Kraft in Abhängigkeit von der Hebung des Schicht-Prüfrohrstranges (10) und der Entfernung

509821/0209

- 3o -

des Schicht-Prüfrohrstranges (10) aus dem Bohrloch (3) und durch eine zweite Hemmeinrichtung (138) für die Entgegenwirkung gegen die zweite, vom Ringraumdruck erzeugte Kraft in Abhängigkeit von einer Zunahme des Flüssigkeitsdruckes im Ringraum (16).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) ein Drehkugelventil (103) und ein das Drehkugelventil (103)* welches in der Schicht-Prüfventilanordnung (10) in bezug auf die Längsrichtung im allgemeinen eine feste Stellung einnimmt, tragendes

/105)
Gehäuse/enthält, und daß jede erste und zweite vom Ringraumdruck abhängige, kraftübertragende Einrichtung sich im allgemeinen längs des Schicht-Prüfrohrstranges (10) erstreckende und relativ dazu eine Längs- und Umfangsbewegung ausführende Arme (109a, 109b)*vom Drehkugelventil (103) getragene und zu dessen Oberfläche (103b) radial verlaufende exzentrisch angeordnete Vertiefungen (104a, 104b) und von den Armen (109a,109b) getragene und von den Vertiefungen (104a,104h) drehbar und gleitbar aufgenommene Nasenglieder (110a,110b) enthält, wobei die Arme (109a,109b) in Abhängigkeit von einer durch die erste und zweite vom Ringraumdruck

auf sie abhänglgetiKraft erzeugendeaEinrichtung Ausgeübten Längskraft über die Nasenglieder (lloa,llob) und Vertiefungen (l04a,104b) eine eine Drehbewegung veranlassende Kraft auf das Drehkugelventil (103) übertragen, während sie in der Längsrichtung und um dem Umfang des Schicht-Prüfrohrstranges (10) frei beweglich sind, wenn sich die Lage der Vertiefungen (104a,104b) während der Drehung de-Drehkugelventils (103) ändert.

509821/0208

- 39 -

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine wahlweise lösbare Verbindungseinrichtung (139) für die Verbindung der ersten und zweiten, vom Ringraumdruck abhängigen,krafterzeugenden Einrichtungen mit der sich ganz öffnenden Schicht-PrUfνei tileinrichtung (101) unterhalb der Schicht-Prüfventileinrichtung (101) und oberhalb der Packeranordnung (27) und durch in der Schicht-Prüfventilanordnung (25) enthaltene Wandungen (102,122,103a) zur Bildung einer im wesentlichen hindernisfreien Außenfläche der Prüfventilanordnung im Ringraum (16) und eines im wesentlichen hindernisfreien, in Längsrichtung verlaufenden und im wesentlichen zentral angeordneten Mittelweges (103a,102a) im Inneren der Prüfventilanordnung (25), durch den die Schichtflüssigkeit mit einer relativ hohen Geschwindigkeit hindurchlaufen kann, wenn die sich ganz öffnende Schicht-Prüfventileinrichtung (101) in die offene Stellung (Fig. J>a) gebracht wird.

509821/0209

HO .

Leerseite