-
Die
Erfindung betrifft ein Probenmodul für ein Werkzeug für das Nehmen
von Proben bzw. ein Verfahren zum Nehmen von Proben nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. 10. Ferner bezieht sie sich allgemein auf Techniken
zum Bewerten einer unterirdischen Formation und insbesondere auf
Techniken zum Sammeln und/oder Speichern von aus einer unterirdischen
Formation beschafften Fluidproben.
-
Bohrlöcher werden
gebohrt, um Kohlenwasserstoffe zu lokalisieren und zu fördern. Um
ein Bohrloch zu bilden, wird ein Bohrloch-Bohrwerkzeug, an dessen
Ende sich eine Bohrkrone befindet, in die Erde vorgetrieben. Beim
Vortreiben des Bohrwerkzeugs wird Bohrschlamm aus einer Schlammgrube an
der Oberfläche
durch das Bohrwerkzeug und aus der Bohrkrone heraus gepumpt, um
das Bohrwerkzeug zu kühlen
und um Bohrabfälle
abzutransportieren. Das Fluid verlässt die Bohrkrone und fließt zurück zur Oberfläche, um
erneut durch das Werkzeug umgewälzt
zu werden. Der Bohrschlamm wird außerdem dazu verwendet, einen
Schlammkuchen zur Auskleidung des Bohrlochs zu bilden.
-
Während des
Bohrvorgangs sollten verschiedene Bewertungen der vom Bohrloch durchdrungenen
Formationen durchgeführt
werden. In manchen Fällen
kann das Bohrwerkzeug mit Vorrichtungen zum Prüfen der umgebenden Formation und/oder
zum Nehmen von Proben aus dieser versehen sein. In manchen Fällen kann
das Bohrwerkzeug entfernt und ein Drahtleitungswerkzeug in das Bohrloch
eingesetzt werden, um die Formation zu prüfen und/oder um hieraus Proben
zu entnehmen. Siehe beispielsweise US-Patente Nrn. 4.860.581 und 4.936.139.
In anderen Fällen
kann das Bohrwerkzeug dazu verwendet werden, das Prüfen und/oder das
Nehmen von Proben auszuführen.
Siehe beispielsweise US-Patente bzw. US-Patentanmeldungen Nrn. 5.233.866,
6.230.557, 2005/0109538 und 2004/0160858. Diese Proben und/oder
Prüfungen können beispielsweise
dazu verwendet werden, wertvolle Kohlenwasserstoffe zu lokalisieren.
-
Die
Formationsbewertung erfordert häufig, dass
zum Prüfen
und/oder Nehmen von Proben Fluid aus der Formation in das Bohrlochwerkzeug
angesaugt wird. Typischerweise werden verschiedene Fluidkommunikationsvorrichtungen
wie etwa Sonden vom Bohrlochwerkzeug ausgefahren und mit der Bohrlochwand
in Kontakt gebracht, um eine Fluidkommunikation mit der das Bohrloch
umgebenden Formation herzustellen und Fluid in das Bohrlochwerkzeug
anzusaugen. Eine typische Sonde ist ein kreisförmiges Element, das vom Bohrlochwerkzeug ausgefahren
und gegen die Seitenwand des Bohrlochs gesetzt wird. Ein Gummi-Dichtungsstück am Ende
der Sonde wird dazu verwendet, eine Abdichtung an der Wand des Bohrlochs
zu schaffen.
-
Eine
weitere Vorrichtung, die verwendet wird, um eine Abdichtung an dem
Bohrloch zu bilden, wird als Zweifach-Dichtungsstück (dual
packer) bezeichnet. Bei einem Zweifach-Dichtungsstück werden
zwei elastomere Ringe radial um das Werkzeug ausgedehnt, um einen
Abschnitt des Bohrlochs dazwischen zu isolieren. Die Ringe bilden
eine Abdichtung an der Bohrlochwand und ermöglichen das Ansaugen von Fluid
in den isolierten Abschnitt des Bohrlochs und über einen Einlass in das Bohrlochwerkzeug.
-
Der
das Bohrloch auskleidende Schlammkuchen wird häufig dazu genutzt, das Herstellen
der Abdichtung an der Bohrlochwand durch die Sonde und/oder die
Zweifach-Dichtungsstücke
zu unterstützen.
Sobald die Abdichtung hergestellt ist, wird Fluid aus der Formation
durch einen Einlass in das Bohrlochwerkzeug angesaugt, indem der
Druck im Bohrlochwerkzeug abgesenkt wird. Beispiele von Sonden und/oder
Dichtungsstücken,
die in Bohrlochwerkzeugen verwendet werden, sind in den US-Patenten
Nrn. 6.301.959, 4.860.581, 4.936.139, 6.585.045, 6.609.568 und 6.719.049
sowie in der US-Patentanmeldung Nr. 2004/0000433 beschrieben.
-
In
Fällen,
in denen das Ansaugen einer Fluidprobe in das Werkzeug erwünscht ist,
kann eine Probe in einer oder mehreren Probenkammern oder -flaschen,
die in dem Bohrlochwerkzeug positioniert sind, gesammelt werden.
Beispiele solcher Probenkammern und Probennahmetechniken, die in
Drahtleitungswerkzeugen verwendet werden, sind in den US-Patenten
Nr. 6.688.390, 6.659.177 und 5.303.775 beschrieben. Beispiele solcher
Probenkammern und Probennahmetechniken, die in Bohrwerkzeugen verwendet
werden, sind in dem US-Patent Nr.5.233.866 und der US-Patentanmeldung Nr.2005/0115716
beschrieben. Typischerweise sind die Probenkammern aus dem Bohrlochwerkzeug entfernbar,
wie beispielsweise in den US-Patenten bzw. -Anmmeldungen Nrn. 6.837.314,
4.856.585 und 6.688.390 gezeigt ist.
-
Trotz
der Fortschritte der Probennahmetechnologie besteht noch immer ein
Bedarf, eine Probenkammer und/oder Probennahmetechniken zu schaffen,
die geeignet sind, für
ein effizienteres Nehmen von Proben in rauen Bohrumgebungen zu sorgen. Solche
Techniken sollten in dem begrenzten Raum eines Bohrloch-Bohrwerkzeugs einsetzbar
sein und einen einfachen Zugang zu der Probe verschaffen. Solche
Techniken bieten unter anderem eines oder mehreres des Folgenden:
Wahlweisen Zugang zu den Probenkammern und/oder wahlweise Herausnahme
der Probenkammern, Sperrmechanismen zum Sichern der Probenkammer,
Isolation gegenüber
Stößen, Vibrationen,
zyklischen Verformungen und/oder Beanspruchungen im Bohrloch, Schutz
von Probenkammer-Abdicht mechanismen, Steuern der mit den Probenkammern
zusammenhängenden Wärmebeanspruchungen,
ohne konzentrierte Beanspruchungen herbeizuführen oder die Brauchbarkeit zu
beeinträchtigen,
redundante Probenkammernhalte- und/oder
-schutzvorrichtungen und eine Modularität der Probenkammern. Solche
Techniken sollten vorzugsweise auch erreicht werden, ohne zum Erzielen
der gewünschten
Funktionsfähigkeit
die Verwendung von teuren Materialien zu erfordern.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Vorrichtungen und Verfahren
zur Formationsbewertung mit den oben genannten Eigenschaften zu
schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch
10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
In
wenigstens einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Probenmodul
für ein
Werkzeug für das
Nehmen von Proben während
des Bohrens, das in einem eine unterirdische Formation durchdringenden
Bohrloch positionierbar ist. Das Werkzeug umfasst eine Schwerstange,
wenigstens eine Probenkammer, wenigstens eine Durchflussleitung
und wenigstens eine Abdeckung. Die Schwerstange ist mit einem Bohrstrang
des Werkzeugs für
das Nehmen von Proben während
des Bohrens funktional verbindbar. Die Schwerstange weist wenigstens
eine Öffnung
auf, die durch eine Außenfläche von
ihr in einen Hohlraum führt.
Die Schwerstange weist einen Durchgang auf, um Schlamm hindurchzuleiten.
Die Probenkammer ist in dem Hohlraum der Schwerstange positionierbar.
In der Schwerstange ist wenigstens eine Durchflussleitung angeordnet,
die mit der Probenkammer funktional verbindbar ist, um ein Bohrlochfluid
hindurchzuleiten. Die Abdeckung ist um wenigstens eine Öffnung der
Schwerstange positionierbar, wodurch die Probenkammer darin herausnehmbar
befestigt ist.
-
In
einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zum Nehmen von Proben während
des Bohrens durch ein Bohrlochwerkzeug für das Nehmen von Proben während des
Bohrens, das in einem eine unterirdische Formation durchdringenden
Bohrloch positionierbar ist. Das Verfahren umfasst das Positionieren
einer Probenkammer durch eine Öffnung
in einer Außenfläche einer Schwerstange
des Werkzeugs für
das Nehmen von Proben während
des Bohrens in einen Hohlraum darin, das Positionieren einer Abdeckung über der Öffnung der
Schwerstange, das Ausfahren des Bohrlochwerkzeugs für das Nehmen
von Proben während des
Bohrens in das Bohrloch, das Herstellen einer Fluidkommunikation
zwischen dem Werkzeug für
das Nehmen von Proben während
des Bohrens und der Formation, das Ansaugen eines Formationsfluids
in das Werkzeug für
das Nehmen von Proben während des
Bohrens durch einen Einlass in dem Werkzeug für das Nehmen von Proben während des
Bohrens und das Leiten des Formationsfluids von dem Einlass zu der
Probenkammer.
-
Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden
Beschreibung und der Unteransprüche,
die auf die folgenden Abbildungen Bezug nehmen.
-
1 ist
eine schematische Darstellung einer Bohrstelle, wobei ein Bohrlochwerkzeug,
das ein System für
das Nehmen von Proben während
des Bohrens (SWD-System, sampling while drilling system) enthält, in einem
eine unterirdische Formation durchdringenden Bohrloch positioniert
ist.
-
2A ist
eine longitudinale Querschnittsdarstellung eines Abschnitts des
Bohrlochwerkzeugs nach 1, die ein Probenmodul des SWD-Systems näher zeigt,
das ein Fluidflusssystem und darin mehrere Probenkammern enthält.
-
2B ist
eine längs
der Schnittlinie 2B-2B aufgenommene horizontale Querschnittsdarstellung des
Probenmoduls nach 2A.
-
3 ist
eine schematische Darstellung des Fluidflusssystems aus den 2A und 2B.
-
4A ist
eine Teilschnittdarstellung des Probenmoduls nach 2A mit
einer darin durch eine zweiteilige Abdeckung gehaltenen herausnehmbaren
Probenkammer.
-
4B ist
eine Teilschnittdarstellung eines alternativen Probenmoduls mit
einer darin durch eine mehrteilige Abdeckung gehaltenen herausnehmbaren
Probenkammer.
-
5A ist
eine detaillierte Schnittdarstellung eines Abschnitts des Probenmoduls
nach 4A, die eine Schnittstelle von diesem näher zeigt.
-
5B ist
eine isometrische Darstellung, teilweise in einem Schnitt, eines
alternativen Probenmoduls mit Schnittstelle.
-
Die 6A–6D sind
genaue Schnittdarstellungen eines Abschnitts des Probenmoduls nach 4A,
die den Stoßdämpfer näher zeigen.
-
7 ist
eine isometrische Darstellung eines alternativen Stoßdämpfers mit
einer Haltevorrichtung, die zusammen mit dem Probenmodul nach 4A verwendbar
ist.
-
8A ist
eine andere Ansicht des Stoßdämpfers nach 7,
der in einer Schwerstange positioniert ist.
-
8B ist
eine auseinandergezogene Ansicht eines alternativen Stoßdämpfers und
der Schwerstange.
-
8C ist
eine isometrische Darstellung, teilweise in einem Schnitt, eines
alternativen Stoßdämpfers und
der Schwerstange.
-
Damit
die oben angeführten
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung im Einzelnen verständlich werden,
kann eine genauere Beschreibung der oben kurz zusammengefassten
Erfindung durch Bezugnahme auf ihre in der beigefügten Zeichnung gezeigten
Ausführungsformen
erhalten werden. Es sei jedoch angemerkt, dass die beigefügten Zeichnungen
lediglich typische Ausführungsformen
dieser Erfindung zeigen und daher nicht als deren Umfang begrenzend
betrachtet werden dürfen,
da die Erfindung andere gleich funktionale Ausführungsformen zulassen kann.
-
Definitionen:
-
In
dieser Beschreibung werden bestimmte Begriffe definiert, wenn sie
das erste Mal verwendet werden, während andere in dieser Beschreibung
verwendete Begriffe wie folgt definiert sind:
- "Elektrisch" bezieht sich auf
eine oder mehrere Verbindungen und/oder Leitungen zum Übertragen
von Signalen.
- "Elektronische
Signale" bedeuten
Signale, die elektrische Leistung und/oder Daten (z. B. binäre Daten) übertragen
können.
- "Modul" bedeutet ein Teilsystem
eines Bohrlochwerkzeugs, insbesondere eines multifunktionalen oder
integrierten Bohrlochwerkzeugs, das zwei oder mehrere miteinander
verbundene Module zum Ausüben
einer getrennten oder einzelnen Funktion enthält.
- "Modular" bedeutet: geeignet
für das
Verbinden von Modulen und/oder Werkzeugen (untereinander), die zugunsten
der Flexibilität
und Vielseitigkeit im Gebrauch aus standardisierten Einheiten aufgebaut
und standardisierte Abmessungen besitzen sollten.
- "Einzelphase" bezieht sich auf
eine in einer Probenkammer gespeicherte Fluidprobe und bedeutet,
dass der Druck der Kammer in dem Maße aufrechterhalten oder gesteuert
wird, dass sich Probenbestandteile, die sich nur durch Druck in
einer Lösung
halten, wie etwa Gase und Asphaltene nicht aus der Lösung absondern,
wenn sich die Probe nach den Einholen der Kammer aus dem Bohrloch
abkühlt.
-
1 zeigt
eine Bohrstelle 1, die ein Bohrgestell 10 mit
einem Bohrlochwerkzeug 100 umfasst, das daran über einen
Bohrstrang 12 in einem Bohrloch 11 aufgehängt ist.
Das Bohrlochwerkzeug 100 weist an seinem unteren Ende eine
Bohrkrone 15 auf, die zu seinem Vortreiben in die Formation
und zum Bilden des Bohrlochs verwendet wird.
-
Der
Bohrstrang 12 wird durch einen Drehtisch 16 gedreht,
der durch (nicht gezeigte) Mittel mit Energie versorgt wird und
mit einer Mitnehmerstange 17 am oberen Ende des Bohrstrangs 12 in
Eingriff ist. Der Bohrstrang 12 ist über die Mitnehmerstange 17 und
einen Rotary-Spülkopf 19,
der eine Drehung des Bohrstrangs 12 relativ zu einem Haken 18 zulässt, an dem
Haken 18 aufgehängt,
der an einem (ebenfalls nicht gezeigten) Flaschenzugblock befestigt
ist.
-
Das
Bohrgestell ist als Plattform- und Hebewerkanordnung 10 an
Land gezeigt, die dazu verwendet wird, durch Rotary-Bohren in einer
Weise, die wohlbekannt ist, ein Bohrloch 11 zu bilden.
Ein Fachmann, der Nutzen aus dieser Offenbarung zieht, wird erkennen,
dass die Erfindung auch bei Anwendungen im Bohrloch, die sich vom
Rotary-Bohren unterscheiden, angewandt werden kann und nicht auf Bohrgestelle
an Land begrenzt ist.
-
In
einer an der Bohrstelle 1 gebildeten Grube 27 ist
Bohrfluid oder Bohrschlamm 26 gelagert. Eine Pumpe 29 gibt
Bohrfluid 26 durch eine Öffnung in dem Spülkopf 19 in
das Innere des Bohrstrangs 12 ab und bewirkt, dass es durch
den Bohrstrang 12 nach unten strömt, wie durch einen Richtungspfeil 9 angegeben
ist. Das Bohrfluid 26 verlässt den Bohrstrang 12 durch Öffnungen
in der Bohrkrone 15 und zirkuliert dann durch den als Ringraum
bezeichneten Bereich zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 12 und
der Wand des Bohrlochs 11 nach oben, wie durch Strömungspfeile 32 angegeben
ist. In dieser Weise schmiert das Bohrfluid 26 die Bohrkrone 15 und
transportiert, wenn es zur Wiederumwälzung zur Grube 27 zurückgeführt wird,
Formationsbohrabfälle hoch
zur Erdoberfläche.
-
Das
Bohrlochwerkzeug 100, das manchmal als Bohrlochsohlen-Baugruppe (BHA, bottom
hole assembly) bezeichnet wird, ist vorzugsweise in der Nähe der Bohrkrone 15 (mit
anderen Worten innerhalb einiger Schwerstangenlängen von der Bohrkrone entfernt)
angeordnet. Die Bohrlochsohlen-Baugruppe umfasst verschiedene Komponenten,
die beispielsweise Fähigkeiten
zum Messen, Verarbeiten und Speichern von Informationen sowie zum
Kommunizieren mit der Erdoberfläche
besitzen. Vorzugsweise ist außerdem
eine (nicht gezeigte) Telemetrievorrichtung für das Kommunizieren mit einer
(nicht gezeigten) Oberflächeneinheit
vorgesehen.
-
Die
BHA 100 umfasst ferner ein System für das Nehmen von Proben während des
Bohrens (SWD-System) 230, das ein Fluidkommunikationsmodul 210 und
ein Probenmodul 220 umfasst. Die Module sind vorzugsweise
in einer Schwerstange untergebracht, um verschiedene Formationsbewertungsfunktionen
auszuüben
(die weiter unten näher beschrieben
werden). Wie in 1 gezeigt ist, ist das Fluidkommunikationsmodul 210 vorzugsweise
an das Probenmodul 220 angrenzend positioniert. Das Fluidkommunikationsmodul 210 ist
mit einer Sonde gezeigt, die einen Einlass für die Aufnahme von Formationsfluid
aufweist. Es können
auch zusätzliche Vorrichtungen
wie etwa Pumpen, Messgeräte,
Sensoren, Registriergeräte
oder andere Vorrichtungen, die beim Nehmen von Proben und/oder Prüfen verwendbar
sind, vorgesehen sein. Obwohl in 1 ein modularer
Aufbau mit spezifischen Komponenten in bestimmten Modulen gezeigt
ist, kann das Werkzeug einheitlich sein oder können ausgewählte Abschnitte von ihm modular
sein. Die Module und/oder die Komponenten darin können in
verschiedenen Konfigurationen in dem gesamten Bohrlochwerkzeug angeordnet
sein.
-
Das
Fluidkommunikationsmodul 210 enthält eine Fluidkommunikationsvorrichtung 214 wie
etwa eine Sonde, die vorzugsweise in einer Stabilisatorklinge oder
Stabilisatorrippe 212 positioniert ist. Eine exemplarische
Fluidkommunikationsvorrichtung, die verwendet werden kann, ist in
der US-Patentanmeldung Nr.2005/0109538 gezeigt, deren gesamten Inhalte
hier durch Verweis aufgenommen sind. Die Fluidkommunikationsvorrichtung
ist mit einem Einlass zur Aufnahme von Bohrlochfluiden und einer
(nicht gezeigten) Durchflussleitung versehen, die sich in das Bohrlochwerkzeug
erstreckt, um Fluide hindurchzuleiten. Die Fluidkommunikationsvorrichtung ist
vorzugsweise zwischen einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen
Position beweglich, um wahlweise mit einer Wand des Bohrlochs 11 in
Eingriff zu gelangen und mehrere Fluidproben aus der Formation F
zu beschaffen. Wie gezeigt ist, kann ein Kolben 250 vorgesehen
sein, der das Positionieren der Fluidkommunikationsvorrichtung an
der Bohrlochwand unterstützt.
-
Beispiele
von Fluidkommunikationsvorrichtungen wie etwa Sonden oder Dichtungsstücke, die verwendet
werden können,
sind in der US-Patentanmeldung Nr. 2005/0109538 und dem US-Patent
Nr. 5.803.186 näher
beschrieben. Es kann eine Vielzahl von Fluidkommunikationsvorrichtungen
allein oder in Kombination mit vorstehenden Vorrichtungen wie etwa
Stabilisatorklingen oder Stabilisatorrippen verwendet werden.
-
Die 2A und 2B zeigen
einen Abschnitt des Bohrlochwerkzeugs 100 mit dem Probenmodul 220 nach 1 näher. 2A ist
ein longitudinaler Querschnitt eines Abschnitts des Sondenmoduls 210 und
des Probenmoduls 220. 2B ist
ein längs
der Schnittlinie 2B-2B in 2A aufgenommener
horizontaler Querschnitt des Probenmoduls 220.
-
Das
Probenmodul 220 ist vorzugsweise in einer Schwerstange 302 untergebracht,
die mit benachbarten Schwerstangen der BHA wie etwa dem Sondenmodul 210 nach 1 durch
Verschrauben verbindbar ist. Die Schwerstange besitzt einen darin unterstützten Dorn 326.
Zwischen dem Dorn 326 und der Schwerstange 302 erstreckt
sich ein Durchgang 323, um das Hindurchleiten von Schlamm
zu ermöglichen,
wie durch die Pfeile angegeben ist.
-
Die
Probenkammer, die Schwerstange und zugeordnete Komponenten können aus
hochfesten Materialien wie etwa einer Edelstahllegierung, Titan oder
Inconel gefertigt sein. Jedoch können
die Materialien so gewählt
sein, dass die gewünschte
Wärmeausdehnungsübereinstimmung
zwischen den Komponenten erreicht ist. Insbesondere sollte eine
Kombination aus preiswerten, hochfesten und sich unter Wärme begrenzt
ausdehnenden Materialien wie etwa PEEK oder Kevlar verwendet werden.
-
An
einem Ende hiervon ist eine Schnittstelle 322 vorgesehen,
die mit hydraulischen und/oder elektrischen Verbindungen zu einer
angrenzenden Schwerstange versehen ist. Am anderen Ende kann eine
weitere Schnittstelle 324 vorgesehen sein, um angrenzende
Schwerstangen, falls erforderlich, funktional zu verbinden. In dieser
Weise können
Fluide und/oder Signale zwischen dem Probenmodul und anderen Modulen
geleitet werden, wie beispielsweise in der US-Patentanmeldung Ifd. Nr. 11/160.240 beschrieben
ist. In diesem Fall ist eine Schnittstelle vorzugsweise so beschaffen,
dass sie eine Fluidkommunikation zwischen dem Fluidkommunikationsmodul
zu dem Probenmodul herstellt, um von dem Fluidkommunikationsmodul
empfangenes Formationsfluid zu dem Probenmodul zu leiten.
-
Es
ist die Schnittstelle 322 gezeigt, die an einem oberen
Ende des Probenmoduls 220, bezogen auf das Bohrloch, für eine funktionale
Verbindung mit einem benachbarten Fluidkommunikationsmodul 210 angeordnet
ist. Jedoch können
ein oder mehrere Fluidkommunikations- und/oder Sondenmodule in dem Bohrlochwerkzeug
angeordnet sein, wobei an einem oder ihren beiden Enden eine oder
mehrere Schnittstellen für
eine funktionale Verbindung mit angrenzenden Modulen vorgesehen
sind. In manchen Fällen
können
zwischen den Fluidkommunikations- und Sondenmodulen ein oder mehrere
dazwischen liegende Module angeordnet sein.
-
Das
Probenmodul enthält
ein Fluidflusssystem 301 zum Leiten von Fluid durch die
Schwerstange 302. Das Fluidflusssystem 301 umfasst
eine primäre
Durchflussleitung 310, die sich von der Schnittstelle in
das Bohrlochwerkzeug erstreckt. Die Durchflussleitung steht vorzugsweise
mit der Durchflussleitung des Fluidkommunikationsmoduls über die Schnittstelle
in Fluidkommunikation, um dadurch empfangene Fluide aufzunehmen.
Wie gezeigt ist, ist die Durchflussleitung in dem Dorn 326 positioniert und
leitet von dem Fluidkommunikationsmodul empfangenes Fluid durch
das Probenmodul.
-
Wie
gezeigt ist, enthält
das Fluidflusssystem 301 außerdem eine sekundäre Durchflussleitung 311 und
eine Entsorgungs-Durchflussleitung 260. Die sekundäre Durchflussleitung 311 leitet
Fluid von der primären
Durchflussleitung 310 in eine oder mehrere Probenkammern 314 um,
um darin gesammelt zu werden. Außerdem können zusätzliche Durchflussleitungen
wie etwa die Entsorgungs-Durchflussleitung 260 vorgesehen
sein, um den Fluss in das Bohrloch oder zu anderen Orten in dem
Bohrlochwerkzeug umzuleiten. Wie gezeigt ist, ist ein Flussumleiter 332 vorgesehen,
um Fluid zu verschiedenen Orten umzuleiten. Es können ein oder mehrere solche
Umleiter vorgesehen sein, um Fluid zu gewünschten Orten umzuleiten.
-
Die
Probenkammern können
mit verschiedenen Vorrichtungen wie etwa Ventilen, Kolben, Druckkammern
oder dergleichen versehen sein, die das Handhaben der Einschließung von
Fluid und/oder das Erhalten der Qualität dieses Fluids unterstützen. Die
Probenkammern 314 sind jeweils so beschaffen, dass sie
eine Formationsfluidprobe, die durch die Sonde 214 (siehe 1)
erfasst worden ist, über
die primäre
Durchflussleitung 310 und jeweilige sekundäre Durchflussleitungen 311 aufnehmen.
-
Wie
gezeigt ist, sind die Probenkammern 314 vorzugsweise herausnehmbar
in einer Öffnung 303 in
der Schwerstange 302 positioniert. Um die Probenkammern 314 und
die Schwerstange 302 ist eine Abdeckung 342 positioniert,
um die Probenkammern 314 darin zu halten.
-
Wie
in dem längs
der Linie 2B-2B in 2A aufgenommenen und in 2B gezeigten
horizontalen Querschnitt zu sehen ist, ist das Probenmodul mit drei
Probenkammern 314 versehen. Die Probenkammern 314 sind
in dem Körper vorzugsweise
in Intervallen von 120° beanstandet.
Jedoch können
in der Schwerstange eine oder mehrere Probenkammern in einer Vielzahl
von Konfigurationen positioniert sein. Außerdem können in dem Modul und/oder
dem Bohrlochwerkzeug an weiteren Orten zusätzliche Probenkammern positioniert
sein.
-
Die
Kammern 314 sind vorzugsweise am Umfang der Schwerstange 302 positioniert.
Wie gezeigt ist, sind die Kammern herausnehmbar in Öffnungen 303 in
der Schwerstange 302 positioniert. Die Öffnungen 303 sind
so beschaffen, dass sie die Probenkammern 314 aufnehmen.
Vorzugsweise sitzen die Probenkammern in einer Weise in den Öffnungen,
dass eine Beschädigung
verhindert wird, wenn sie rauen Bohrlochbedingungen ausgesetzt sind.
-
Durch
das Bohrlochwerkzeug erstreckt sich ein Durchgang 318.
Der Durchgang 318 definiert vorzugsweise mehrere radial
vorstehende Keulen 320. Die Anzahl von Keulen 320 ist
vorzugsweise gleich der Anzahl von Probenkammern 314, d.
h. drei in 2B. Wie gezeigt ist, stehen
die Keulen 320 zwischen den Probenkammern 314 in
einem Abstandsintervall von etwa 60° von diesen vor. Vorzugsweise
erweitern die Keulen die Weite des Durchgangs um die Probenkammern,
um das Hindurchleiten von Bohrfluid zu ermöglichen.
-
Die
mit Keulen versehene Bohrung 318 ist vorzugsweise so gestaltet,
dass ein angemessener Durchflussquerschnitt vorhanden ist, um das
Bohrfluid an den Probenkammern 314 vorbei durch den Bohrstrang
zu leiten. Die Kammern und/oder die Behältnisse sollten ferner vorzugsweise
in einer ausgeglichenen Konfiguration positioniert sein, die die durch
die Bohrrotation hervorgerufenen Schwanktendenzen verringert, die
Erosion des Bohrlochwerkzeugs verringert und die Herstellung vereinfacht.
Es sollte eine Konfiguration vorgesehen sein, die die mechanische
Festigkeit des Probenmoduls optimiert und dabei den Fluiddurchfluss
erleichtert. Die Konfiguration sollte so abgeglichen sein, dass
die Funktionsfähigkeit
des Bohrlochwerkzeugs und des Systems für das Nehmen von Proben während des
Bohrens verbessert wird.
-
3 ist
eine schematische Darstellung des Fluidflusssystems 301 des
Probenmoduls 220 aus den 2A–2B.
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst das Fluidflusssystem 301 einen
Flussumleiter 332, um den Fluss durch das Probenmodul und
mehrere Probenkammern 314 wahlweise umzuleiten. Der Flussumleiter
leitet Fluid wahlweise von der primären Durchflussleitung 310 zu
sekundären Durchflussleitungen 311,
die zu Probenkammern 314 und/oder einer in das Bohrloch
führenden
Entsorgungs-Durchflussleitung 260 führen.
-
Es
können
ein oder mehrere Durchflussleitungsventile vorgesehen sein, um Fluid
wahlweise an gewünschte
Orte in dem gesamten Werkzeug umzuleiten. In manchen Fällen wird
Fluid zur Sammlung zu der (den) Probenkammer(n) umgeleitet. In anderen Fällen kann
Fluid nach Bedarf in das Bohrloch, zu dem Durchgang 318 oder
zu anderen Orten umgeleitet werden.
-
Die
sekundären
Durchflussleitungen 311 verzweigen von der primären Durchflussleitung 310 und
erstrecken sich zu Probenkammern 314. Die Probenkammern
können
von irgendeinem an sich bekannten Typ sein, um Fluidproben im Bohrloch
zu erfassen. Wie gezeigt ist, enthalten die Probenkammern vorzugsweise
einen gleitenden Kolben 360, der einen Probenhohlraum 307 mit
veränderlichem
Volumen und einen Pufferhohlraum 309 mit veränderlichem
Volumen definiert. Der Probenhohlraum ist so beschaffen, dass er
die Fluidprobe empfängt
und unterbringt. Der Pufferhohlraum enthält typischerweise ein Pufferfluid,
das einen Druck auf den Kolben ausübt, um eine Druckdifferenz
zwischen den Hohlräumen
aufrechtzuerhalten, der ausreicht, um die Proben in den Probenhohlraum
fließen
zu lassen. In Verbindung mit den Probenkammern können nach Bedarf weitere Merkmale
wie etwa Druckausgleichsvorrichtungen, Druckkammern, Sensoren und
andere Komponenten verwendet werden.
-
Die
Probenkammer ist außerdem
vorzugsweise mit einer Rührvorrichtung 362 versehen,
die in der Probenkammer positioniert ist. Die Rührvorrichtung kann ein rotierendes
Blatt oder eine andere Mischvorrichtung sein, die das Fluid in der
Probenkammer bewegen kann, um dessen Qualität zu erhalten.
-
Jede
Probenkammer 314 ist mit Behälterventilen 330a, 330b gezeigt.
Die Behälterventile 330a sind
vorzugsweise so beschaffen, dass sie den Probenhohlraum der Probenkammern
wahlweise mit der Durchflussleitung 311 fluidisch verbinden.
Die Kammerventile 330b verbinden den Pufferhohlraum der Probenkammern
fluidisch wahlweise mit einer Druckquelle wie etwa dem Bohrloch,
einer Stickstoffladekammer oder einer anderen Druckquelle.
-
Jede
Probenkammer 314 ist außerdem einer Gruppe von Durchflussleitungsventilen 328a, 328b innerhalb
eines Flussumleiters/Flusslenkers 332 zugeordnet, um den
Fluidfluss in die Probenkammer zu steuern. Es können eines oder mehrere der
Durchflussleitungsventile wahlweise betätigt werden, um das Eintreten
von Fluid von der Durchflussleitung 310 in den Probenhohlraum
einer oder mehrerer der Probenkammern zu ermöglichen. In einer oder mehreren Durchflussleitungen
kann ein Rückschlagventil
verwendet werden, um das Hindurchfließen einzuschränken.
-
An
verschiedenen Orten in der Durchflussleitung können weitere Ventile vorgesehen
sein, um eine wahlweise Fluidkommunikation zwischen den Orten zu
ermöglichen.
Beispielsweise ist vorzugsweise ein Ventil 334 wie etwa
ein Entlastungsventil oder ein Rückschlagventil
in einer Entsorgungs-Durchflussleitung 260 vorgesehen,
um eine wahlweise Fluidkommunikation mit dem Bohrloch zu ermöglichen. Dies
ermöglicht
das wahlweise Ausstoßen
von Fluid aus der Durchflussleitung 260. Dieses Fluid wird
typischerweise durch die Seitenwand 329 des Werkzeugkörpers hindurch
aus der Ausfluss-Durchlussleitung 260 entsorgt. Das Ventil 334 kann
vorzugsweise bei einer gegebenen Differenzdruckeinstellung zum Bohrloch
hin geöffnet
werden. Das Ventil 334 kann ein Entlastungsventil oder
ein Sperrventil sein, das durch Unterdruck (passive Steuerung), Überdruck (aktive
Steuerung) oder einen vorgegebenen Abblasdruck gesteuert wird. Das
Entlastungsventil 334 kann dazu verwendet werden, die Durchflussleitung 310 vor
dem Nehmen von Proben und/oder, um eine übermäßige Druckbeaufschlagung von
in die jeweiligen Probenkammern 314 gepumpten Fluidproben
zu verhindern, durchzuspülen.
Das Entlastungsventil kann außerdem
aus Sicherheitsgründen
verwendet werden, um ein Freisetzen von Hochdruck an der Oberfläche zu verhindern.
-
Nach
Bedarf können
weitere Durchflussleitungen und Ventile vorgesehen sein, um den
Fluidfluss durch das Werkzeug zu steuern. Beispielsweise ist eine
Bohrloch-Durchflussleitung 315 vorgesehen, um eine Fluidkommunikation zwischen
Pufferhohlräumen 309 und
dem Bohrloch herzustellen. Die Ventile 330b ermöglichen
eine wahlweise Fluidkommunikation mit den Pufferkammern.
-
In
Fällen,
in denen mehrere Probenmodule 220 in einem Werkzeugstrang
betrieben werden, können
die Entlastungsventile 334 in einer selektiven Weise, z.
B. so, dass sie aktiv sind, wenn die Probenkammern von jeweiligen
Modulen 220 befüllt
werden, betrieben werden. Somit kann, während Fluidproben zu einem
ersten Probenmodul 220 geleitet werden, sein entsprechendes
Entlastungsventil 334 betätigbar sein. Sobald alle Probenkammern 314 des
ersten Probenmoduls 220 befüllt sind, wird sein Entlastungsventil
gesperrt. Das Entlastungsventil eines weiteren Probenmoduls kann
dann freigegeben werden, um vor der Probenerfassung (und/oder als Überdruckschutz)
das Durchspülen
der Durchflussleitung in diesem Probenmodul zu ermöglichen.
Die Verstellung und Aktivierung solcher Ventile kann manuell oder
automatisch erfolgen, um den gewünschten
Betrieb zu erreichen.
-
In
den sekundären
Durchflussleitungen 311 sind vorzugsweise Ventile 328a, 328b vorgesehen, um
eine wahlweise Fluidkommunikation zwischen der primären Durchflussleitung 310 und
dem Probenhohlraum 307 zu ermöglichen. Diese Ventile können wahlweise
betätigt
werden, um die sekundären Durchflussleitungen 311 nacheinander
oder unabhängig
voneinander zu öffnen
und zu schließen.
-
Die
Ventile 328a, 328b sind vorzugsweise elektrische
Ventile, die so beschaffen sind, dass sie eine wahlweise Fluidkommunikation
ermöglichen. Diese
Ventile werden ebenfalls wahlweise betätigt. Solche Ventile können mit
einem (nicht gezeigten) federbelasteten Schaft bzw. Schieberstange
versehen sein, der die Ventile entweder in die geöffnete oder
in die geschlossene Position vorbelastet. In manchen Fällen können die
Ventile im Handel erhältliche Exo-Ventile oder Sperrventile
sein.
-
Um
die Ventile zu betätigen,
wird ein elektrischer Strom an die Exo-Scheiben angelegt, wodurch sich die
Scheiben verfehlen, was wiederum die Federn freigibt, die ihre jeweiligen
Schäfte
bzw. Schieberstangen in die andere, d. h. normale, Position schieben.
Durch Betätigen
der (ersten) Ventile 328a aus den verlagerten oder versetzten
geschlossenen Positionen in die normal geöffneten Positionen kann daher
eine Probenspeicherung erreicht werden, was das Eintreten von Fluidproben
in die Probenkammern 314 und Befüllen dieser Probenkammern ermöglicht.
Die gesammelten Proben können
durch Betätigen
der (zweiten) Ventile 328b aus den verlagerten oder versetzten
geöffneten
Positionen in die normal geschlossenen Positionen verschlossen werden.
-
Die
Ventile werden vorzugsweise wahlweise betätigt, um den Fluidfluss durch
die Durchflussleitungen zu erleichtern. Die Ventile können außerdem zum
Verschließen
von Fluid in den Probenkammern verwendet werden. Sobald die Probenkammern
verschlossen sind, können
sie zum Prüfen,
Bewerten und/oder Transportieren herausgenommen werden. Die Ventile 330a (das
Ventil 330b kann geöffnet
bleiben, um die Rückseite
des Behälterkolbens 360 dem Bohrlochfluiddruck
auszusetzen) werden vorzugsweise betätigt, nachdem das Probenmodul 220 aus dem
Bohrloch geholt worden ist, um einer Bedienungsperson an der Oberfläche einen
physischen Zugang zu verschaffen. Demgemäß kann eine Schutzabdeckung
(weiter unten beschrieben) mit einem Fenster versehen sein, um auch
dann, wenn die Abdeckung in eine Position bewegt worden ist, die die
Probenkammeröffnungen 313 verschließt (4), die manuell betätigbaren Ventile schnell zugänglich zu
machen.
-
Eines
oder mehrere der Ventile können
beispielsweise mittels Standard-Schlammimpulstelemetrie
oder anderer geeigneter Telemetriemittel (z. B. eines verdrahteten
oder verkabelten Gestängerohrs) von
der Oberfläche
aus ferngesteuert werden. Das Probenmodul 220 kann mit
seinem eigenen Modem und seiner eigenen Elektronik (nicht gezeigt)
ausgestattet sein, um die Telemetriesignale zu entschlüsseln und
auszuführen.
Alternativ können
eines oder mehrere der Ventile manuell betätigt werden. Für eine solche
Betätigung
können
auch Prozessoren im Bohrloch vorgesehen sein.
-
Fachleute
werden erkennen, dass eine Vielzahl von Ventilen verwendet werden
kann, dass alternative Probenkammerentwürfe verwendet werden können und
dass alternative Fluidflusssysteme verwendet werden können.
-
Die 4A und 4B zeigen
Techniken zum herausnehmbaren Positionieren von Probenkammern in
dem Bohrlochwerkzeug. 4A zeigt eine Probenkammer,
die mit dem Bohrlochwerkzeug durch eine Abdeckung wie etwa einen
Ring oder eine Hülse
zusammengehalten wird, der bzw. die verschiebbar um die Außenfläche der
Schwerstange positionierbar ist, um eine oder mehrere Öffnungen
darin abzudecken. 4B zeigt eine Abdeckung wie etwa
eine Platte oder einen Deckel, die bzw. der über einer Öffnung in der Schwerstange
positionierbar ist.
-
4A ist
eine Teilschnittdarstellung des Probenmoduls 220, die eine
darin gehaltene Probenkammer 314 zeigt. Die Probenkammer 314 ist
in einer Öffnung 303 in
der Schwerstange 302 positioniert. Die Schwerstange 302 weist
einen Durchgang 318 für
das Hindurchleiten von Schlamm auf.
-
Die
Abdeckung 342 ist um die Schwerstange positioniert, um
die Probenkammer in dem Bohrlochwerkzeug zu halten. Die Probenkammern 314 sind
in den Öffnungen 303 in
der Schwerstange 302 positioniert. Die Abdeckung 342 ist
vorzugsweise ein Ring, der verschiebbar um die Schwerstange 302 positionierbar
ist, um einen Zugang zu den Probenkammern 314 zu schaffen.
Ein solcher Zugang ermöglicht
das Einsetzen und das Herausziehen einer Probenkammer 314 in
die Schwerstange bzw. aus der Schwerstange 302.
-
Die
Abdeckung 342 dient als Tor in Form einer schützenden,
zylindrischen Abdeckung, die vorzugsweise eng um einen Abschnitt
der Schwerstange 302 sitzt. Die Abdeckung 342 ist
zwischen Positionen (siehe 4A) beweglich,
die die eine oder mehreren Öffnungen 303 in
der Schwerstange schließen
und öffnen
(nicht gezeigt). Die Abdeckung verschafft dadurch einen wahlweisen
Zugang zu den Probenkammern 314. Die Abdeckung verhindert, wenn
sie in der geschlossenen Position ist, vorzugsweise auch den Eintritt
von großen
Partikeln wie etwa Bohrabfällen
aus dem Bohrloch durch die Öffnung.
-
Die
Abdeckung 342 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen,
die längs
der Schwerstange 302 verschiebbar sind. Die Abdeckung besitzt
vorzugsweise eine Außenfläche, die
so beschaffen ist, dass sie einen mechanischen Schutz vor der Bohrumgebung
bietet. Die Abdeckung wird vorzugsweise auch so um die Probenkammer
gesetzt, dass sie die Öffnungen)
verschließt
und/oder die Probenkammer an Ort und Stelle festhält und eine
Beschädigung
infolge rauer Bedingungen wie etwa Stoß, äußerer Abriebkräfte und
Vibration verhindert.
-
Die
Abdeckung 342 ist mit der Schwerstange 302 funktional
verbunden, um einen wahlweisen Zugang zu den Probenkammern zu verschaffen.
Wie gezeigt ist, umfasst die Abdeckung einen ersten Abdeckungsabschnitt 342a und
einen zweiten Abdeckungsabschnitt 342b. Der erste Abdeckungsabschnitt 342a wird
durch ein Verbindungsmittel wie etwa Eingriffschrauben 344 zum
funktionalen Verbinden einer Innenfläche des ersten Abdeckungsabschnitts 342a mit
einer Außenfläche der
Schwerstange 302 an Ort und Stelle gehalten.
-
Die
Abdeckung kann einteilig ausgebildet sein oder zwei oder mehrere
komplementäre
Abschnitte umfassen. 4A zeigt beispielsweise eine zweiteilige
Abdeckung 342 mit einem ersten Abdeckungsabschnitt 342a und
einem zweiten Abdeckungsabschnitt 342b. Sowohl der erste
Abdeckungsabschnitt 342a als auch der zweite Abdeckungsabschnitt 342b sind
vorzugsweise verschiebbar um eine Öffnung 305 des Werkzeugkörpers 302 positioniert.
Der Abdeckungsabschnitt 342b kann um die Schwerstange geschoben
werden, bis er an einer nach unten gerichteten Schulter 347 des
Körpers
anliegt. Zwischen der Schulter 347 und dem Abdeckungsabschnitt 342b kann
eine Ausgleichsscheibe 345, ein Faltenbalg, ein Federscheibenstapel
oder eine andere Vorrichtung, die die axiale Last der Flasche an
Ort und Stelle halten kann, positioniert sein. Der zweite Abdeckungsabschnitt 342a kann
ebenfalls verschiebbar um die Schwerstange 302 positioniert
sein. Die Abdeckungsabschnitte besitzen komplementäre Anschläge (mit 348 bezeichnet),
die für eine
funktionale Verbindung dazwischen geeignet sind. Der zweite Abdeckungsabschnitt
kann vor oder nach dem Positionieren der Abdeckungsabschnitte um
die Schwerstange mit dem ersten Abdeckungsabschnitt funktional verbunden
werden. Der erste Abdeckungsabschnitt wird dann an der Gewindeverbindung 344 auf
die Schwerstange geschraubt.
-
Die
Abdeckungsabschnitte können
dann relativ zu der Schwerstange 302 gedreht werden, um die
Gewindeverbindung 344 festzuziehen und die Abdeckungsabschnitte
an Ort und Stelle zu halten. Vorzugsweise werden die Abdeckungen
fest angebracht, um die Abdeckungsabschnitte vorzubelasten und die
relative Bewegung zwischen ihnen und dem Werkzeugkörper 302 während des
Bohrens zu reduzieren (oder zu beseitigen).
-
Die
Abdeckung 342 kann von der Schwerstange 302 abgenommen
werden, um einen Zugang zu den Probenkammern zu verschaffen. Beispielsweise
kann die Abdeckung 342 gedreht werden, um die Gewindeverbindung 344 zu
lösen und
einen Zugang zu den Probenkammern zu ermöglichen. Die Abdeckung 342 kann
mit einem oder mehreren Fenstern 346 versehen sein. Das
Fenster 346 der Abdeckung 342 kann für einen
Zugang zu der Probenkammer 314 verwendet werden. Das Fenster
kann für
einen Zugang zu den Ventilen 330a, 330b an der
Probenkammer 314 verwendet werden. Das Fenster 346 ermöglicht den
Zugang zu dem manuellen Ventil 330a an der Oberfläche, ohne
die Abdeckung 342 entfernen zu müssen. Ein Fachmann kann erkennen, dass
eine mit einem Fenster versehene Abdeckung an dem Werkzeugkörper 302 angeschraubt
oder anderweitig mit diesem funktional verbunden sein kann, anstatt
durch ein Gewinde mit diesem in Eingriff zu sein. Um die Schwerstange
können
ein oder mehrere solcher Fenster und/oder eine oder mehrere Abdeckungen
vorgesehen sein, um wahlweise einen Zugang zu der Probenkammer in
der Schwerstange zu verschaffen und/oder die Probenkammer zu befestigen.
-
Die
Probenkammer ist vorzugsweise herausnehmbar in der Schwerstange
unterstützt.
Die Probenkammer ist an einem ihrer Enden durch einen Stoßdämpfer 552 unterstützt. An
der angrenzenden Durchflussleitung 311 am entgegengesetzten
Ende ist eine Schnittstelle 550 vorgesehen, um die Probenkammer
damit funktional zu verbinden. Die Schnittstelle 550 ist
außerdem
so beschaffen, dass sie die Probenkammer lösbar in der Schwerstange befestigt. Die
Schnittstelle und die Stoßdämpfer können dazu verwendet
werden, das Befestigen der Probenkammer in dem Werkzeugkörper zu
unterstützen.
Diese Vorrichtungen können
verwendet werden, um zusätzlich
zu der Abdeckung 342 redundante Haltemechanismen für die Probenkammern
bereitzustellen.
-
4B zeigt
ein alternatives Probenmodul 220'. Das Probenmodul 220' gleicht dem
Probenmodul 220 nach 4A, mit
Ausnahme, dass die Probenkammer 314' durch die Abdeckung 342', eine Schnittstelle 550' und einen Stoßdämpfer 552 in
der Schwerstange 302 gehalten wird. Die Abdeckung 342' umfasst mehrere
Abdeckungsabschnitte 342c und 342d.
-
Die
Abdeckung 342d ist verschiebbar in der Öffnung 305 der Schwerstange 302 positionierbar. Die
Abdeckung 342' ist
vorzugsweise eine rechteckige Platte, die längs einer ihrer Kanten einen Überhang 385 aufweist.
Die Abdeckung kann so in die Schwerstange eingesetzt werden, dass
der Überhang 385 mit
einer Innenfläche 400 der
Schwerstange in Eingriff gelangt. Der Überhang ermöglicht einen Gleiteingriff
der Abdeckung mit der Innenfläche
der Schwerstange und ihren Halt darin. Eine oder mehrere Abdeckungen 342d sind
typischerweise so gestaltet, dass sie in die Öffnung 305 gesetzt
und längs
der Kammerhohlraumöffnung über die
Probenkammer 314 in die gewünschte Position (nicht gezeigt)
geschoben werden können.
Die Abdeckungen können mit
Senkbohrungen 374 versehen sein, um das Abnehmen der Abdeckung 342d zu
unterstützen.
Die Abdeckung 342d kann mit einem oder mehreren Fenstern
wie etwa dem Fenster 346 nach 4A ausgebildet
sein.
-
Die
Abdeckung 342c ist vorzugsweise eine rechteckige Platte,
die mit der Schwerstange 302 um die Öffnung 305 verbindbar
ist. Die Abdeckung ist vorzugsweise durch Bolzen, Schrauben oder
andere Befestigungen lösbar
mit der Schwerstange verbunden. Die Abdeckung kann längs der
Schwerstange verschiebbar positioniert und an Ort und Stelle befestigt
werden. Die Abdeckung kann mit Aufnahmesitzen 381 versehen
sein, die längs
ihrer Seiten verlaufen und Durchgangslöcher zum Anbringen von Befestigungen
aufweisen.
-
Die
hier vorgesehenen Abdeckungen sind vorzugsweise mit einer solchen
Weite ausgebildet, das sie gut in die Öffnung 305 der Schwerstange
passen. Es können
eine oder mehrere solcher Abdeckungen oder ähnliche oder unterschiedliche
Konfigurationen verwendet werden. Die Abdeckungen können mit
Vorrichtungen zum Verhindern einer Beschädigung daran wie etwa den Zugentlastungseinschnitten 390 in
der Abdeckung 342 nach 4B versehen
sein. In dieser Weise können
die Abdeckungen als Abschirmungen dienen.
-
5A ist
eine genaue Darstellung eines Abschnitts des Probenmoduls nach 4A,
die die Schnittstelle 550 näher zeigt. Die Schnittstelle
umfasst einen hydraulischen Rohrverbinder (stabber) 340,
der die darin angeordnete Probenkammer 314 mit einer der
sekundären
Durchflussleitungen 311 fluidisch verbindet. Die Probenkammer 314 besitzt einen
konischen Hals 315 mit einem Einlass zum Hindurchleiten
von Fluiden. Der obere Abschnitt des hydraulischen Rohrverbinders 340 ist
mit dem konischen Hals 315 der Probenkammer 314 in
einem gegen Fluid abgedichteten Eingriff, während der untere Abschnitt
des hydraulischen Rohrverbinders 340 mit der sekundären Durchflussleitung 311 der
Schwerstange 302 in einem gegen Fluid abgedichteten Eingriff
ist.
-
Solche
Haltemechanismen sind vorzugsweise an jedem der Enden der Probenkammern
positioniert, um die Probenkammer lösbar zu halten. Ein erstes
Ende der Probenkammer 314 kann, z. B. durch den Probenkammerhals 315,
seitlich befestigt sein. Ein entgegengesetztes Ende kann typischerweise
ebenfalls mit einem Haltemechanismus versehen sein. Alternativ kann
das entgegengesetzte Ende durch den Stoßdämpfer 552 (4A)
an Ort und Stelle gehalten sein. Diese Haltemechanismen können umgekehrt
werden. Außerdem
können
verschiedene Kombinationen von Haltemechanismen verwendet werden.
-
Der
konische Hals 315 der Probenkammer 314 ist in
einer komplementären
konischen Öffnung 317 in
dem Werkzeugkörper 302 unterstützt. Dieser Eingriff
von konischen Flächen
bildet einen Abschnitt einer Haltevorrichtung für die Probenkammer. Der konische
Hals kann dazu verwendet werden, für eine seitliche Unterstützung der
Probenkammer 314 zu sorgen. Der konische Hals kann in Kombination
mit anderen Mechanismen wie etwa einer (weiter unten beschriebenen)
Axiallastvorrichtung verwendet werden, um die Probenkammer an Ort
und Stelle zu unterstützen.
Vorzugsweise wirken, wenn überhaupt, nur
geringe Kräfte
auf den hydraulischen Rohrverbinder 340 und dessen O-Ringdichtungen 341 ein,
so dass ein Verschleiß der
Rohrverbinder-/Dichtungsmaterialien und deren Erosion mit der Zeit
vermieden werden. Das Fehlen von Kräften an den Hydraulikdichtungen 341 kommt,
wenn überhaupt,
einer minimalen relativen Bewegung an den Dichtungen 341 gleich,
wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Leckage durch die Dichtungen
verringert wird.
-
5B ist
eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Probenmoduls 220' nach 4B mit
einer Schnittstelle, die sich von jener nach 4A unterscheidet.
Die Probenkammer 314' nach 5B ist mit
einem doppelkeil- oder pyramidenförmigen Hals 315' versehen, der
mit einer komplementären
pyramidenförmigen Öffnung 317' in dem Werkzeugkörper 302 in
Eingriff ist. In einem Einlass in dem pyramidenförmigen Hals 315' ist ein hydraulischer
Rohrverbinder 340' zur
Einführung
in die pyramidenförmige Öffnung 317' positioniert,
um die Probenkammer mit der Durchflussleitung 311 fluidisch
zu koppeln. Um die Probenkammer gegen die Schwerstange fluidisch abzudichten,
sind vorzugsweise Hydraulikdichtungen 341' vorgesehen.
-
Dieser
pyramidenartige Eingriff bietet eine Unterstützung der Probenkammer gegen
Torsion und verhindert, dass sie sich um ihre Achse dreht. Diese Funktionalität kann erwünscht sein,
um eine korrekte Ausrichtung von manuell betätigten Ventilen 330a' und 330b' in der Öffnung 313 der
Probenkammern 314 sicherzustellen.
-
Die 6A–6D zeigen
einen Abschnitt des Probenmoduls 220 von 4A näher. In
diesen Figuren ist das Probenmodul 220 mit alternativen Konfigurationen
von Haltevorrichtungen 552a–552d versehen, die
anstelle der Stoßdämpfer 522 und/oder 552' aus den 4A–4B verwendet werden
können.
Diese Haltevorrichtungen tragen zum Unterstützen der Probenkammer 314 in
der Öffnung 303 der
Schwerstange 302 bei. Zum Halten der Probenkammer 314 an
Ort und Stelle trägt
außerdem eine
Abdeckung 342 bei. Die Haltevorrichtung und/oder die Abdeckung
dienen außerdem
vorzugsweise zur Stoßdämpfung und
tragen anderweitig dazu bei, eine Beschädigung der Probenkammer zu verhindern.
-
Wie
in 6A gezeigt ist, umfasst die Haltevorrichtung 552a eine
Axiallastvorrichtung 1050 und eine Scheibe 852.
Außerdem
ist ein justierbarer Gewindestift 851 zwischen der Schwerstange 302 und der
Haltevorrichtung 552a vorgesehen, um die Position der Probenkammer 314 innerhalb
der Schwerstange einzustellen. Die Scheibe kann eine Tellerfeder
oder ein anderer Federmechanismus sein, der dem Bohrstoß und dem
Innendruck in der Probenkammer entgegenwirkt und/oder zur Stoßdämpfung beiträgt.
-
Die
Probenkammer weist vorzugsweise eine Spitze 815 auf, die
sich an einem ihrer Enden erstreckt. Die Spitze 815 ist
vorzugsweise dazu vorgesehen, die Scheibe 852 und die Axiallastvorrichtung 1050 an
einem Ende der Probenkammer zu unterstützen.
-
6B zeigt
einen alternativen Stoßdämpfer 552b.
Die Haltevorrichtung 552b gleicht im Wesentlichen der Haltevorrichtung 552a,
jedoch besitzt sie keinen Gewindestift 851. Bei dieser
Konfiguration wird die Unterstützung
durch eine Abdeckung 342' gewährleistet.
Die Abdeckung 342' wirkt
in der gleichen Weise wie die Abdeckungen 342, jedoch ist
sie mit einer abgestuften Innenfläche 343 versehen.
Die abgestufte Innenfläche
definiert eine Abdeckungsschulter 343, die geeignet ist,
die Probenkammer 314 in der Schwerstange 302 zu
unterstützen.
-
In 6C gleicht
der Stoßdämpfer 552c dem
Stoßdämpfer 552a nach 6A,
jedoch ist er ferner mit einem hydraulischen Heber 1051 versehen.
Der hydraulische Heber umfasst einen Hydraulikzylinder 1152,
einen Hydraulikkolben 1154 und einen hydraulischen Stößel 1156,
die betätigt
werden können,
um den Axiallast-Abstandshalter 1050 axial zu belasten.
-
Wenn
die Abdeckung 342 geöffnet
ist (nicht gezeigt), kann der hydraulische Heber unter mit Druck
beaufschlagtem Fluid (z. B. durch Verwendung einer Quelle an der
Oberfläche)
ausgefahren werden, um das Federelement 852 vollständig zusammenzudrücken. Danach
wird eine Axialverriegelung (nicht gezeigt) eingeführt, worauf
der Druck in dem Hydraulikzylinder 1152 nachgelassen werden
kann. Die Länge
der Axialverriegelung ist vorzugsweise so bemessen, dass die entgegenwirkende
Federkraft des Federelements im vollen Temperatur- und/oder Druckbereich
des Betriebs des Probenmoduls auch dann, wenn sich das Probenmodul
um mehr als die Probenkammer ausdehnt, ausreichend ist.
-
Wenn
die Abdeckung 342 zurückgezogen
ist (nicht gezeigt), kann der hydraulische Heber unter mit Druck
beaufschlagtem Fluid (z. B. durch Verwendung einer Quelle an der
Oberfläche)
ausgefahren werden, um die Scheibe 852 vollständig zusammenzudrücken. Danach
kann eine Axialverriegelung 1158 eingeführt und der Druck in dem Hydraulikzylinder 1152 nachgelassen
werden. Die Länge
der Axialverriegelung 1158 ist vorzugsweise so bemessen, dass
die entgegenwirkende Federkraft des Federelements für einen
Betrieb bei verschiedenen Bohrlochtemperaturen und -drücken ausreichend
ist.
-
6D zeigt
einen alternativen Stoßdämpfer 552d mit
einem alternativen Heber 1051'. Der Stoßdämpfer gleicht dem Stoßdämpfer 552c nach 6C,
mit Ausnahme, dass ein alternativer Heber verwendet wird. Bei dieser
Konfiguration weist der Heber gegenüberliegende Gewindespindeln 1060a und 1060b,
Drehverriegelungen 1172 und eine Nivellierschraube 1062 auf.
-
Die
Nivellierschraube 1062 ist in den gegenüberliegenden Gewindespindeln 1060a und 1060b in Eingriff.
Die gegenüberliegenden
Gewindespindeln 1060a und 1060b sind mit Gewindeverbindungen 1061a und 1061b für eine abgestimmte
Verbindung mit Gewinden an der Nivellierschraube 1062 versehen.
Wenn die Abdeckung 342 geöffnet ist (nicht gezeigt),
kann der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Gewindespindeln 1060a und 1060b durch ein
auf ein zentrales Sechskant-Verbindungsglied 1171 ausgeübtes Drehmoment
vergrößert werden, bis
eine gewünschte
Kompression des Federelements 852 erreicht ist. Danach
kann eine Drehverriegelung 1172 um das zentrale Sechskant-Verbindungsglied 1171 eingesetzt
werden, um eine weitere Drehung zu verhindern.
-
7 zeigt
eine alternative Haltevorrichtung 552e, die als Stoßdämpfer für eine Probenkammer wie
jener, der in 4A gezeigt ist, verwendbar ist. Die
Haltevorrichtung 552e umfasst einen Axiallast-Abstandshalter 1050' und eine Kopfkomponente 715.
Vorzugsweise besitzt der Axiallast-Abstandshalter eine flache Seitenwand 751 für den Eingriff
mit einer komplementären
flachen Seitenwand 752 eines Endes 815' der Probenkammer 314 und
zum Verhindern einer relativen Drehung dazwischen. Die Kopfkomponente 715 ist
in den Axiallast-Abstandshalter 1050' und die Probenkammer
einführbar,
um zwischen diesen eine funktionale Verbindung herzustellen. Um
eine Kopfkomponente 815 der Probenkammer 314 zwischen
dem Axiallast-Abstandshalter und der Probenkammer kann ein (nicht
gezeigtes) Federelement vorgesehen sein.
-
Die 8A–8C zeigen
alternative Haltevorrichtungen, die zusammen mit der Probenkammer 314 von 7 verwendet
werden können. 8A zeigt
die in einer Schwerstange 302a positionierte Haltevorrichtung 552e nach 7. 8B zeigt
eine alternative Haltevorrichtung 552f mit einem Axiallast-Abstandshalter 1050'', der einen in eine Schwerstange 302b' einführbaren
Keil 808 aufweist. 8C zeigt
eine alternative Haltevorrichtung 552g mit einer radialen
Haltevorrichtung 860, die mit einer Schwerstange 302c' funktional
verbunden ist. Die Schwerstangen in diesen Figuren können der
in den vorhergehenden Figuren gezeigten Schwerstange 302 gleichen,
mit Ausnahme, dass sie für
die Aufnahme der entsprechenden Haltevorrichtungen geeignet sind.
Vorzugsweise sind diese Haltevorrichtungen und Schwerstangen so
beschaffen, dass dazwischen eine seitliche Bewegung verhindert und
eine Drehunterstützung
geboten wird.
-
Wie
in 8A gezeigt ist, besitzen die Axiallast-Abstandshalter 1050' der Haltevorrichtung 552e gewölbte und
flache Randabschnitte 804 bzw. 805. Die Schwerstange 302 besitzt
einen gewölbten
Hohlraum 806, der für
die Aufnahme des Axiallast-Abstandshalters 1050' geeignet ist.
-
In 8B umfasst
die Haltevorrichtung 552e einen Axiallast-Abstandshalter 1050' mit einem rechteckigen
Umfang 810 und einen sich davon erstreckenden Keil 808.
Der Keil 808 ist vorzugsweise so gestaltet, dass er herausnehmbar
in einen Hohlraum 812 in der Schwerstange 302b' einführbar ist. Wie
gezeigt ist, besitzt der Keil eine Verlängerung 811, die an
ihrem Ende eine Spitze 814 aufweist. Die Spitze 814 ist
in den Hohlraum 812 einführbar, widersetzt sich jedoch
einem Herausziehen aus diesem. Die Weite des Hohlraums 812 ist
vorzugsweise kleiner als die Spitze 814 und bietet eine
Innenfläche (nicht
gezeigt), die mit der Spitze so in Eingriff gelangt, dass diese
einem Herausziehen widersteht. In manchen Fällen kann es notwendig sein,
die Spitze 814 abzubrechen, um ein Herausnehmen der Probenkammer,
falls dies gewünscht
wird, zu ermöglichen.
Optional kann die Spitze so gefertigt sein, dass eine vorgegebene
Kraft notwendig ist, um ein Entfernen zu ermöglichen. In dieser Weise soll
die Probenkammer 314 während
des Betriebs in der Schwerstange an Ort und Stelle gehalten werden,
jedoch herausnehmbar sein, falls dies gewünscht wird.
-
8C umfasst
die alternative Haltevorrichtung 552g einen Arm 950,
der mit der Schwerstange 302c' funktional verbunden ist. Der
Arm 950 ist vorzugsweise über eine oder mehrere Schrauben 951 mit
der Schwerstange 302c' verbunden.
Vorzugsweise ist der Arm 950 gelenkartig radial beweglich.
Der Arm 950 besitzt eine konkave Innenfläche 955,
die geeignet ist, mit der Probenkammer 314 in Eingriff
zu gelangen und diese in der Schwerstange 302c' an Ort und
Stelle zu halten.
-
Vorzugsweise
ermöglichen
die hier vorgesehenen Haltevorrichtungen ein wahlweises Herausnehmen
der Probenkammern. Eine oder mehrere Haltevorrichtungen können dazu
verwendet werden, die Probenkammer herausnehmbar in der Schwerstange
zu befestigen. Vorzugsweise unterstützen solche Haltevorrichtungen
das Festhalten der Probenkammer und verhindern, dass Stoß, Vibration oder
andere beschädigende
Kräfte
die Probenkammer angreifen.
-
Im
Betrieb ist das Probenmodul mit den benachbarten Schwerstangen durch
Gewinde verbunden, um die BHA und den Bohrstrang zu bilden. Mit Bezug
auf 1 kann das Probenmodul durch Laden der Probenkammer 314 in
die Öffnung 303 der Schwerstange 302 im
Voraus zusammenbaut werden. Die Schnittstelle 550 wird
durch Positionieren eines Endes der Probenkammer 314 an
die Durchflussleitung 311 anstoßend geschaffen.
-
Die
Schnittstelle 550 (auch als Vor-Lademechanismus bekannt)
kann an der Oberfläche
so eingestellt werden, dass eine annehmbare Mindest-Axiallast oder
andere erwünschte
Last aufgebracht wird, um die geforderte Behälterisolation in dem erwarteten
Betriebstemperaturbereich des Probenmoduls 220 zu erreichen,
wodurch eine größere Wärmeausdehnung
kompensiert wird.
-
Die
Haltevorrichtung 552 kann außerdem mit einem entgegengesetzten
Ende der Probenkammer funktional verbunden sein, um die Probenkammer
an Ort und Stelle zu halten. Die Abdeckung 342 kann dann
verschiebbar um die Probenkammer positioniert werden, um die Probenkammer
an Ort und Stelle zu halten.
-
Die
Schnittstelle 550 am (unteren) Ende mit der Hydraulikverbindung
kann, z. B. durch konische Eingriffsflächen 315, 317 (siehe 5A),
wie oben beschrieben worden ist, seitlich befestigt werden. Die Haltevorrichtung 552 am
entgegengesetzten (oberen) Ende schränkt typischerweise die axiale
Bewegung der Probenkammer 314 ein (siehe z. B. die 6A–8C).
Beide arbeiten zusammen, um die Probenkammer in der Schwerstange 302 zu
halten. Die Abdeckung 342 wird dann um die Probenkammer angeordnet,
um die Öffnung 305 der
Probenkammer zu verschließen,
wie beispielsweise in 4A gezeigt ist.
-
Es
können
eine oder mehrere Abdeckungen, Stoßdämpfer, Haltevorrichtungen,
Probenkammern, Schwerstangen, Nass-Rohrverbinder und andere Vorrichtungen
können
allein und/oder kombiniert verwendet werden, um Mechanismen zum
Schützen
der Probenkammer und ihrer Inhalte zu schaffen. Vorzugsweise sind
redundante Mechanismen vorgesehen, um die gewünschte Konfiguration zum Schützen der
Probenkammer zu erhalten. Wie in 4 gezeigt ist,
kann die Probenkammer in die Schwerstange 302 eingeführt und
durch die Schnittstelle 550, die Haltevorrichtung 552 und
die Abdeckung 342 befestigt sein. Um den gewünschten
Schutz zu erreichen, können
verschiedene Konfigurationen solcher Komponenten verwendet werden.
Außerdem
kann eine solche Konfiguration das Herausnehmen der Probenkammer
aus der Schwerstange erleichtern.
-
Sobald
das Probenmodul zusammengebaut ist, wird das Bohrlochwerkzeug an
einem Bohrstrang 12 in das Bohrloch eingefahren (siehe 1).
Danach kann ein Probennahmevorgang ausgeführt werden, indem Fluid über das
Sondenmodul 210 (1) in das
Bohrlochwerkzeug angesaugt wird. Das Fluid fließt von dem Sondenmodul 210 durch
die Durchflussleitung 310 zu dem Probenmodul (2A).
Das Fluid kann dann über
den Flussumleiter 332 (3) zu einer
oder mehreren Probenkammern umgeleitet werden.
-
Das
Ventil 330b und/oder das Ventil 330a können geöffnet bleiben.
Insbesondere kann das Ventil 330b geöffnet bleiben, um die Rückseite
des Kammerkolbens 360 dem Bohrlochfluiddruck auszusetzen.
Ein typischer Probennahmeablauf würde mit einer Formationsfluiddruckmessung
beginnen, gefolgt von einem Abpumpvorgang in Kombination mit einer
In-situ-Fluidanalyse (z. B. mittels eines optischen Fluidanalysators).
Sobald eine bestimmte Menge von Schlammfiltrat abgepumpt worden
ist, kann auch das unverfälschte
Formationsfluid beobachtet werden, wenn ihr gemeinsames Fördern mit dem
Filtrat beginnt. Sobald das Verhältnis
zwischen dem Formationsfluid und dem Schlammfiltrat einen annehmbaren
Schwellenwert erreicht hat, kann die Entscheidung getroffen werden,
eine Probe zu sammeln. Bis zu diesem Punkt wird die aus der Formation
gepumpte Flüssigkeit
typischerweise durch das Sondenwerkzeug 210 über die
Entsorgungs-Durchflussleitung 260 in das Bohrloch gepumpt.
Typischerweise sind die Ventile 328 und 335 geschlossen, während das
Ventil 334 geöffnet
ist, um den Fluidfluss über
die Entsorgungs-Durchflussleitung 260 in das Bohrloch zu
lenken.
-
Nachdem
dieses Durchspülen
vollendet ist, können
die elektrischen Ventile 328a wahlweise geöffnet werden,
um Fluidproben in die jeweiligen Probenhohlräume 307 von Probenkammern 314 zu
leiten. Typischerweise werden die Ventile 334 und 335 geschlossen,
während
die Ventile 328a, 328b geöffnet werden, um den Fluidfluss
in die Probenkammer zu lenken.
-
Sobald
eine Probenkammer 314 wie gewünscht gefüllt ist, können die elektrischen Ventile 328b in
die geschlossene Position verstellt werden, um die Probenkammern 314 fluidisch
zu isolieren und die Probe für
das Einholen an die Oberfläche
einzuschließen.
Die elektrischen Ventile 328a, 328b können manuell
oder automatisch ferngesteuert werden. Die Ventile können von
der Oberfläche
aus mittels Standard-Schlammimpulstelemetrie oder anderer geeigneter
Telemetriemittel (z. B. eines verdrahteten oder verkabelten Gestängerohrs)
betätigt
werden oder durch einen (nicht gezeigten) Prozessor in der BHA 100 gesteuert
werden.
-
Das
Bohrlochwerkzeug kann dann aus dem Bohrloch 11 an die Oberfläche geholt
werden. Nach der Widerbeschaffung des Probenmoduls 220 können die
manuell betätigten
Ventile 330a, 330b der Probenkammer 314 durch Öffnen der
Abdeckung 342 geschlossen werden, um die Fluidproben darin für einen
sicheren Transport und eine gesicherte Lagerung (redundant) zu isolieren.
Die verschlossenen Probenhohlräume 312 werden
dann geöffnet,
so dass die Probenkammern 314 herausgenommen werden können, um
sie zu einem geeigneten Labor zu transportieren und das Prüfen und
Bewerten der Proben auszuführen.
Nach der Widerbeschaffung können
die Probenkammern und/oder die Module durch eine oder mehrere andere
ersetzt werden und in das Bohrloch eingefahren werden, um weitere
Proben zu erlangen.
-
Aus
der obigen Beschreibung geht hervor, dass an den bevorzugten und
alternativen Ausführungsformen
der Erfindung verschiedene Abwandlungen und Abänderungen vorgenommen werden können, die
nicht vom Umfang der Erfindung, wie sie hier offenbart worden ist,
abweichen.
-
Diese
Beschreibung ist lediglich zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung der
Erfindung gedacht. Der Umfang dieser Erfindung soll nur durch den
Wortlaut der folgenden Ansprüche
begrenzt sein.
-
Die
Begriffe "umfassen" und "umfasst" in den Ansprüchen soll
die Bedeutung von "umfassen
wenigstens" bzw. "umfasst wenigstens" besitzen, so dass
die angeführte
Auflistung von Elementen in einem Anspruch eine offene Gruppe ist. Ähnlich sollen die
Begriffe "aufweisen", "besitzen" und "enthalten" oder "weist auf", "besitzt" und "enthält" eine offene Gruppe
von Elementen bedeuten. "Ein", "einer" und andere Einzahlbegriffe
dieser Art sollen die Pluralform davon umfassen, sofern dies nicht
speziell ausgeschlossen wird.
-
Es
ist die ausdrückliche
Absicht des Anmelders, 35 USC § 112,
Absatz 6 zur Einschränkung
von hier angeführten
Ansprüchen,
mit Ausnahme jener, die ausdrücklich
die Worte "Mittel
zum" oder "Mittel für" in Verbindung mit
einer zugeordneten Funktion verwenden, nicht anzuwenden.