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Die Erfindung betrifft eine Formationstestvorrichtung zum Entnehmen
von Flüssigkeitsproben aus einem Bohrloch mit einem langgestreckten Träger, an dem
mindestens eine Probenaufnahmeeinrichtung mit einer quer zur Trägerlängsachse angeordneten
und an ihrem äußeren Ende von einer elastisch nachgiebigen Dichtung umgebenen Probenentnahmeröhre
angeordnet ist, wobei die elastisch nachgiebige Dichtung eine Mittelausnehmung aufweist,
in der ein das vordere Ende der Probenentnahmeröhre umschließendes Einsatzteil befestigt
ist, und wobei ferner die elastische Dichtung mit ihrer Rückseite an einer Tragplatte
mit Ausnehmungen oder Kanälen für die Zufuhr eines Druckmittels, insbesondere von
im Bohrloch unter Druck stehender Bohrspülung angeordnet ist.
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Die Entnahme von Flüssigkeitsproben aus standfesten Erdformationen,
in denen die sie durchteufenden Tiefbohrlöcher eine glatte Bohrlochwandung haben,
bereiten mit den bekannten Testvorrichtungen keine besonderen Schwierigkeiten. Anders
liegen jedoch die Verhältnisse bei Formationstesten in weichen Erdformationen, in
denen das Formationsmaterial bereits beim Bohrvorgang zerklüftet und besonders bei
der Entnahme von Flüssigkeitsproben erodiert und ausgewaschen wird. Bei der Probenentnahme
beginnt das Formationsmaterial in solchen weichen Erdformationen auf Grund des hohen
Differenzdruckes zwischen dem hohen Druck außerhalb des Dichtungskissens und dem
geringen Druck in dem Test- oder Innenteil des Kissens zuerst in dem inneren oder
Mittelteil der Abdichtung auszuwaschen. Sobald das Formationsmaterial weit genug
ausgewaschen ist, um die Dichtung zu unterbrechen, tritt die in dem Bohrloch vorhandene
Bohrspülung in die Untersuchungsvorrichtung ein und macht den Formationstest unmöglich.
Diese Schwierigkeiten sind bei allen Formationstestvorrichtungen vorhanden, bei
denen die Dichtung bzw. das Dichtungskissen rings um die Probenentnahmeröhre und
unmittelbar neben dieser an einem starren Träger befestigt ist.
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Bei einer bekannten Testvorrichtung der eingangs erwähnten Art (USA.-Patentschrift
3 173 485) ist zwar im Abstand oberhalb und unterhalb der Probenentnahmeröhre in
der Tragplatte je eine Aussparung vorgesehen für die Zufuhr eines Druckmittels zur
Rückseite der Dichtung bzw. des Dichtungskissens. Damit kann die Dichtung bzw. das
Dichtungskissen jedoch nur in den betreffenden Bereichen etwas fester an eine im
übrigen glatte Bohrlochwand angedrückt werden. Eine derartige Dichtung ist wegen
der starren Befestigung ihres Mittelteiles rings um die Probenentnahmeröhre an der
Tragplatte nicht dazu in der Lage, größeren Auswaschungen oder Erosionen während
der Probenentnahme zu folgen. Dies gilt auch für das die Probenentnahmeröhre an
ihrem vorderen Ende umgebende Einsatzstück aus elastischem Material, da dieses Einsatzstück
mit der Dichtung bzw. dem Dichtungskissen fest verbunden ist. Eine solche Dichtung
ist daher für die Verwendung in Formationen aus besonders gebrächem Material nicht
geeignet, da sich bei der Probenentnahme mit fortschreitender Erosion des Formationsmaterials
eine einwandfreie Abdichtung der Probenentnahmestelle nicht mehr aufrechterhalten
läßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile
und Schwierigkeiten zu vermeiden und eine Formationstestvorrichtung mit einer elastisch
nachgiebigen Abdichtung zu schaffen, mit der Flüssigkeitsproben aus Erdformationen
entnommen werden können, unabhängig von deren Festigkeits- und Durchlässigkeitskennwerten.
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Die Erfindung besteht an einer Formationstestvorrichtung der eingangs
erwähnten Art darin, daß das Einsatzteil starr ausgebildet und bei Zufuhr des Druckmittels
mit dem elastischen Teil der Dichtung nach außen drückbar ist. Dadurch kann die
Dichtung oder das Dichtungskissen bei der Entnahme von Flüssigkeitsproben auch in
gebrächen Erdformationen stets in dichter Anlage an dem Formationsmaterial rings
um die Probenentnahmestelle gehalten werden. Da das Formationsmaterial auf diese
Weise von der Dichtung gut unterstützt wird, wird es zunächst weniger zu Erosionen
oder Auswaschungen neigen. Sollten diese aber trotzdem auftreten, so ist eine solche
Dichtung jederzeit in der Lage, den Erosionen oder Auswaschungen mit ihrem Mittelteil
zu folgen, so daß die Abdichtung gegen Eindringen der Bohrlochspülung in die Testvorrichtung
während eines Testvorganges jederzeit sichergestellt ist.
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Das starre Einsatzteil kann mit der Probenentnahmeröhre fest oder
verschiebbar verbunden sein. Ferner kann die Probenentnahmeröhre an ihrem innenliegenden
Ende mit einem druckmittelbeaufschlagbaren verschiebbaren Kolben verbunden oder
an ihrem innenliegenden Ende als verschiebbarer Kolben ausgebildet sein. Bei fester
Verbindung der Probenentnahmeröhre mit dem Einsatzteil ist es dann möglich, noch
über die Probenentnahmeröhre einen zusätzlichen Druck gegen die Bohrlochwandung
auszuüben. Bei verschiebbarer Anordnung der Probenentnahmeröhre in dem Einsatzteil
kann die Probenentnahmeröhre durch Druckmittelbeaufschlagung weiter in Erosionen
oder Auswaschungen in der Bohrlochwandung hineingedrückt werden. Schließlich kann
noch eine Druckfeder vorgesehen sein zwischen einem Widerlagerflansch an der Probenentnahmeröhre
und der Rückseite der Tragplatte für die elastisch nachgiebige Dichtung, die die
Probenentnahmeröhre nach Beendigung eines Formationstestes in das sie umgebende
Gehäuse zurückdrückt. Bekannt sind derartige Druckfedern, um einen beispielsweise
ein Abdichtungskissen tragenden Andrückschuh an Formationstestvorrichtungen nach
Beendigung des Untersuchungsvorganges wieder in das Gehäuse zurückzuholen (USA.-Patentschrift
3 022 826).
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Die vorliegende Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert,
von den F i g. 1 eine diagrammatische Darstellung einer Flüssigkeitsprobeentnahmeanordnung
zeigt, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt und in ein
Bohrloch abgesenkt ist, F i g. 2 eine diagrammatische Darstellung der wirksamen
Teile der Anordnung nach F i g. 1 ist, die in dem Zustand gezeigt sind, in dem sie
in das Bohrloch abgesenkt werden, F i g. 3 bis 10 in horizontalen Schnitten Einzelheiten
einer Anordnung zeigen, die gemäß vorliegender Erfindung arbeitet, und F i g. 11
im horizontalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung in Einzelheiten darstellt,
auf welche Weise die Abdichtung mit der Bohrlochwandung aufrechterhalten wird, ohne
daß das Krümeln der Bohrlochwandung von Einfluß ist.
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In F i g. 1 ist das Bohrlochuntersuchungsgerät 10 in einem Bohrloch
11 gezeigt, das die Erdformationen 12, 13, 14 durchteuft, von denen die Formation
13
diejenige ist, aus der eine Flüssigkeitsprobe entnommen werden
soll. Das Bohrloch 11 enthält eine Flüssigkeit 15, um in üblicher Weise im Bohrloch
einen hydrostatischen Druck aufrechtzuerhalten. Die Anordnung 10 wird in das Bohrloch
11 mittels eines Kabels 19 abgelassen, das mit einer Winde 20 an der Erdoberfläche
verbunden ist; die Winde und das Kabel dienen zum Heben und Senken der Anordnung
in der üblichen Weise.
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Die Anordnung 10 weist im allgemeinen ein oberes und ein unteres druckwiderstandsfähiges
Gehäuse 16 bzw. 17 auf, die verbunden sind, jedoch in räumlichem Abstand voneinander
gehalten werden mittels eines Prüfabschnitts 18. Das obere Gehäuseteil 16 enthält
im allgemeinen die hydraulischen Bewegungsmittel für den Prüfabschnitt, während
der untere Abschnitt 17 im allgemeinen die Mittel für die Aufnahmen der Proben enthält.
Der Prüfabschnitt 18 besitzt in räumlichem Abstand angeordnete Flüssigkeitsprobeneinlaßmittel21,
22, gemäß der vorliegenden Erfindung, die sich nach außen aus dem Abschnitt 18 erstrecken
und auf der Länge des Abschnittes 18 so angeordnet sind, daß sie sich in einer Zentralebene
befinden, die sich in Längsrichtung des Prüfabschnitts 18 erstreckt. Diametral gegenüber
den Probeneinlaßmitteln 21, 22 befindet sich ein Andruckkörper 23, der zwischen
einer zurückgezogenen und einer herausgeschobenen Stellung bewegt werden kann.
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In der herausgeschobenen Stellung des Andruckkörpers 23, wie sie in
F i g. 1 dargestellt ist, befinden sich die Flüssigkeitsprobeeinlaßmittel 21, 22
in dichtendem Eingriff mit der Wandung des Bohrloches 11.
In dieser Stellung
wird eine Proberöhre 60 (F i g. 2) in den Probeeinlaßmitteln 22 in die Erdformation
13 vorgetrieben, und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Flüssigkeitseinlaß
wird an der Oberfläche durch Druckmeßeinrichtungen angezeigt (F i g. 1). Wenn ein
Durchfluß vorhanden ist, so wird die Probe in einer noch zu beschreibenden Weise
entnommen und das Werkzeug aus dem Bohrloch 11 wieder herausgezogen. Falls jedoch
kein Durchfluß stattfindet, so werden die Perforationsmittel, wie z. B. eine Hohlladung
59 (F i g. 2), die mit den Probeeinlaßmitteln 21 verbunden sind, benutzt, um die
Formation 13 zu perforieren, wobei jede Flüssigkeit, die etwa in der Erdformation
13 vorhanden ist, Zugang zu dem Testabschnitt 18 erlangt, falls die Formation 13
überhaupt durchlässig ist.
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Die F i g. 2 stellt in diagrammatischer Form die wirksamen Bauteile
der Anordnung 10 dar, um ihr gegenseitiges Zusammenwirken im Betrieb zu erläutern.
Der erste Arbeitsgang besteht darin, daß die Probeeinlaßmittel21, 22 in dichtenden
Eingriff mit der Wandung des Bohrloches 11 gebracht werden. Um das Abdichten zu
bewirken, wird der Andruckkörper 23- relativ zum Prüfabschnittes 18 mittels eines
hydraulischen Systems verschoben, das hydraulische Druckmittel 30 (F i g. 2) vorsieht,
die über ein Druckregulierventil 31 mit einer Hochdruckleitung 32 verbunden sind,
während die Leitung 32 sich in einen Zylinder 33 im Prüfabschnitt 18 öffnet. Ein
Kolben 34 ist gleitend und abdichtend in dem Zylinder 33 aufgenommen und besitzt
einen Endabschnitt, der mit dem Andruckkörper 23 in der Weise verbunden ist, daß,
wenn die Druckmittel 30 betätigt werden, der Kolben 34 sich nach außen aus
dem Prüfabschnitt 18 heraus bewegt infolge des hydraulischen Druckes, der auf Hydraulikflüssigkeit
in dem Hydrauliksystem ausgeübt wird. Der Andruckkörper 23 erlaubt, nachdem er die
Wandung des Bohrloches 11 berührt hat, dem Druck auf den Kolben 34 die Probeeinlaßmittel
21, 22 in dichtenden Eingriff mit der Bohrlochwan-Jung auf der Seite des Bohrloches
zu bringen, die dem Andruckkörper 23 gegenüberliegt.
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Die Leitung 32 ist an ihrem unteren Ende durch ein normalerweise geschlossenes
Bruchventil 36 verschlossen, was - wenn geöffnet - die Hochdruckleitung 32 über
eine andere Leitung 37 mit einem Abdichtventil 38 kuppelt. Diese Funktion ist für
das Abdichten der entnommenen Probe vorgesehen und wird im folgenden an der entsprechenden
Stelle des Arbeitsablaufes näher beschrieben.
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Es ist natürlich erforderlich, für das Reduzieren des hydraulischen
Druckes Vorsorge zu treffen, wenn es erforderlich ist, den Andruckkörper 23 zurückzuziehen.
Dies wird im folgenden näher beschrieben, wobei es hier festzuhalten genügt, daß
der obere Endabschnitt der Leitung 32 eine Verlängerung 39 besitzt, die zu einem
normalerweise geschlossenen Bruchventil 40 führt, das die Leitung 32 von
einer Speicherkammer 41 abtrennt.
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Um eine Anzeige über den im hydraulischen System herrschenden Druck
zu erhalten, ist ein Druckmeßwertübertrager 42 über eine Verlängerung
43 mit der Leitung 32 verbunden. Der Meßwertwandler 42 wandelt die Druckänderungen
in entsprechende elektrische Signale um, und eine Leitung 42 a, die mit dem Meßwertwandler
42 verbunden ist, befindet sich im Kabel 19 (F i g. 1) und führt zu den üblichen
Anzeigemitteln 44 und einem üblichen Aufzeichnungsgerät 45, die die Anzeigen des
Druckes im Hydrauliksystem ermöglichen.
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Die eben beschriebenen Abschnitte der Anordnung, nämlich die Druckmittel
30, das Regulierventil 31,
die Speicherkammer 41, das Bruchventil 40
und der Meßwertwandler 42, sind im oberen Gehäuseteil 16 (F i g. 1) der Anordnung
10 angeordnet. Die Druckmittel 30 (F i g. 2) umfassen obere und untere Zylinder
46, 47 unterschiedlichen Durchmessers, die gleitbar und dichtend entsprechend einen
oberen und einen unteren Kolben 48, 49 aufnehmen, wobei die Kolben über ein starres
Glied 50, das sich in Längsrichtung erstreckt, miteinander verbunden sind. Der obere
Zylinder 46 ist über ein normalerweise geschlossenes Bruchventil 51 mit einer Öffnung
52 zum Äußeren des Gehäuseabschnittes 16 (F i g. 1) in der Weise verbunden, daß,
wenn das Ventil51 betätigt wird, die Bohrlochflüssigkeit in den oberen Endabschnitt
des Zylinders 46 über die Ventilmittel 51 eindringen kann. Das Ventil
51, das im folgenden noch näher beschrieben wird, wird durch elektrische
Energie betätigt, die über eine Leitung 51 a durch das Kabel 19 von der auf der
Erdoberfläche befindlichen Steueranordnung 53 (F i g. 1) zugeführt wird. Wenn demgemäß
die Bohrlochflüssigkeit 15 unter hydrostatischem Druck in den Zylinder 46 eintritt,
bewegt sich der Kolben 48 nach unten, so daß der mit ihm verbundene Kolben 49 sich
in dem zugeordneten Zylinder 47 ebenfalls nach unten bewegt und dabei die Flüssigkeit
im hydraulischen System zusammenpreßt. Infolge des geringeren Durchmessers des Kolbens
49 und des Zylinders 47 wirken die Druckmittel 30 als Druckvervielfacher,
so daß der Druck im Zylinder 47 auf einen größeren Wert als der hydrostatische Außendruck
im Bohrloch 11 gebracht wird, der in der Höhe herrscht, an der sich die Anordnung
10 befindet.
Das Regulierventil 31 in der Leitung 32 begrenzt den
Druck in der Leitung 32 auf einen vorbestimmten Wert unabhängig vom hydrostatischen
Druck im Bohrloch, so daß einer Drucküberschreitung über zugelassene Werte hinaus
in dem Hydrauliksystem vorgebeugt wird.
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In dem Prüfabschnitt 18 (F i g. 1) befinden sich die Probeeinlaßmittel
21, 22 (F i g. 2), die federnde ringförmige, runde Dichtungsmittel 55, 56
gemäß vorliegender Erfindung aufweisen, die noch im einzelnen beschrieben werden.
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Die Probeeinlaßmittel 21 umfassen Explosivraumladungsmittel
59, die in einer Kammer 59' angeordnet sind, wobei die Kammer 59' durch einen dünnwandigen
Verschluß 58 abgedeckt ist. In den Abdichtmitteln 55 befindet sich ein dünnwandiger
Verschluß 57, der von dem Verschluß 58 räumlich getrennt ist, so daß die Verschlüsse
57 und 58 zwischen sich einen Durchlaß 65' bilden. Der Verschluß 57 blockiert den
Durchfluß 65' und trennt dadurch normalerweise die Abdichtmittel 55 von einem Flüssigkeitsdurchfluß
ab. Die Verschlüsse 57 und 58 können dünnwandige Kappenteile sein, die sich in einer
mit Gewinde versehenen Bohrung befinden.
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Die Hohlladung 59 ist mit Zündeinrichtungen, wie einem Schnurzünder
61 und einer Blaskappe 62, verbunden, wobei die Blaskappe bei Eintreffen elektrischer
Energie von der Steuereinheit 53 (F i g. 1) über eine Leitung 62 a (F i g. 2) im
Kabel 19 (F i g. 1) gezündet wird. Wenn sich demgemäß die Abdichtungsmittel 55,
56 in abdichtendem Eingriff mit der Bohrlochwand 11 befinden und die Hohlladung
59 (F i g. 2) zur Detonation gebracht wird, so wird in den benachbarten Erdformationen
eine Perforation erzeugt, und falls Formationsflüssigkeit vorhanden ist, kann diese
durch den perforierten Wandungsabschnitt durch die Öffnung 57 in den Durchlaß 65'
eintreten. Die Probeeinlaßmittel 22 weisen eine dünnwandige Röhre 60 auf,
das zentral in den Abdichtungsmitteln 56 angeordnet ist, um sich quer in die Erdformationen
zu bewegen. Die Röhre 60 besteht vorzugsweise aus einem spröden, nicht porösen Material
und besitzt an ihrem hinteren Ende einen Kolbenabschnitt 63, der gleitend und abdichtend
in einem Zylinder 64 aufgenommen ist. Ein Durchlaß 71 verbindet das Ende des Zylinders
64 mit der Hochdruckleitung 32 und besitzt eine Durchflußdrosse172. Wenn der Druck
in der Leitung 32 erhöht wird, um die Probeeinlaßmittei 21, 22 in dichtenden Eingriff
mit der Bohrlochwandung 11 zu bringen, so verzögert die Drossel 72 die Betätigung
der Röhre 60 und des Kolbens 63, bis die Probeeinlaßmittel 21, 22 gegen die Bohrlochwandung
abgedichtet sind infolge der Betätigung des Kolbens 34. Danach wirkt der Druck in
der Leitung 32 auf den Kolben 63 und treibt das vordere Ende der Röhre 60 in die
Erdformation. Die Röhre 60 besitzt eine rückseitige Öffnung 74, so daß ihr
Inneres in Kommunikation mit dem Zylinder 64 gelangt.
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Die Röhre 60 gleitet durch eine Dichtung, die an ihrem Vorderende
gebildet ist. Der Zylinder 64 kommuniziert mit den Durchlässen oder Leitungen 65
und 66. Der Zylinder 64 ist für den Flüssigkeitsdurchlaß mit den Probeeinlaßmitteln
21 über die Leitung 65 verbunden. Der Zylinder 64 ist außerdem über die Leitung
66 mit einem normalerweise geschlossenen Unterbrechungsventil 67 verbunden. Das
Ventil 67 besitzt einen elektrischen Leiter 67 a, der sich durch das Kabel 19 (F
i g.1) zum Erdoberflächensteuerpult 53 erstreckt. Außerdem ist an die Leitung 66
(F i g. 2) zwischen dem Zylinder 64 und dem Ventil 67 ein Druckmeßwertwandler 68
angeschlossen, der dem Meßwertwandler 42 in seiner Konstruktion entspricht und Anzeigen
über den Druck in der Leitung 66 aufzuzeigen gestattet, die ihrerseits Informationen
über den Flüssigkeitsdruck in den Erdformationen liefern. Der Meßwertwandler 68
ist in ähnlicher Weise durch eine Leitung 68 a mit Anzeigemitteln 69 (F i g. 1)
an der Erdoberfläche verbunden und außerdem mit dem Aufzeichnungsgerät 45 gekuppelt.
Wenn demgemäß das Ventil 67 geöffnet wird, um Flüssigkeitsdurchfluß zu gestatten,
so erfolgt dieser Durchfluß, falls überhaupt, unter einem Druck, der abhängt vom
Druck der Flüssigkeit in der Formation, und der Druck wird gemessen durch den Druckmeßwertwandler
68 und an der Erdoberfläche in einem Aufzeichnungsgerät registriert.
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Wenn das Ventil 67 geöffnet ist, verbindet es die Leitung 66
über ein Leitungsstück 70 mit dem Dichtungsventil 38. Das Dichtungsventil 38 öffnet
sich in eine Probensammelkammer 73. Wenn demgemäß das Ventil 67 geöffnet ist, fließt
die Formationsflüssigkeit über die Leitung 70 und das Dichtungsventil 38 in die
Probensammelkammer 73; während dieser Zeit kann natürlich der Druck der fließenden
Flüssigkeitsprobe kontinuierlich durch den Druckmeßwertwandler 68 angezeigt und
aufgezeichnet werden.
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Das Dichtungsventil 38 weist im allgemeinen einen oberen und einen
unteren Zylinder 85, 36 auf, die jeweils einen oberen Kolben 87 und einen unteren
Ventilkopf 88 dichtend aufnehmen, während der Kolben 87 und der Ventilkopf 88 durch
ein festes Teil 89 miteinander verbunden sind. In der normalen Stellung des Dichtungsventils
38 befindet sich der Kolben in einer oberen Stellung im Zylinder 85, so daß der
Ventilkopf 88 nicht den Zylinder 86 blockiert und eine Flüssigkeitsprobe durch die
Leitung 70 in die Probensammelkammer 73 fließen kann. Um das Dichtungsventil 38
zu betätigen und damit die Probensammelkammer 73 zu schließen, wird das obere Ende
des Zylinders 85 über eine Leitung 37 mit dem normalerweise geschlossenen Ventil
36 der Hochdruckleitung 32 verbunden. Das Ventil 36 besitzt eine Leitung
36 a, die sich durch das Kabel 19 (F i g. 1) zu den Steuereinrichtungen 53 an der
Erdoberfläche erstreckt. Wenn demgemäß das Ventil 36 (F i g. 2) geöffnet wird, so
wirkt hoher Druck auf den Kolben 87 und schiebt ihn nach unten, so daß der Ventilkopf
88 in den Zylinder 86 eintritt und an seinem Platz durch (nicht gezeigte) Sicherungseinrichtungen
festgehalten wird, um so die Öffnung der Probensammelkammer 73 nach außen abzudichten
und zu verhindern, daß weitere Flüssigkeit in die Sammelkammer 73 oder aus ihr heraus
fließen kann.
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Die Probensammelkammer 73 weist im allgemeinen eine obere und eine
untere Kammer 91 bzw. 92 auf, die voneinander durch eine Trennwand 93 getrennt sind;
die Trennwand besitzt eine durchflußbegrenzende Öffnung 94. Eine Flüssigkeit 95,
wie beispielsweise Wasser, ist in der oberen Kammer 91 und von dem Zylinder 86 durch
einen Schwimmkolben 96 getrennt, der ursprünglich am oberen Ende der Kammer 91 angeordnet
ist. Die untere Kammer 92 ist mit Luft gefüllt, und der Kolben 96 ist in seiner
Stellung durch Reibungskräfte der Kolbendichtungsmittel gehalten, wie beispielsweise
einen O-Ring. In den Zylinder 86 eintretende Formationsflüssigkeit bewegt
demnach
den Kolben 96 um einen solchen Betrag nach unten, wie er durch den Flüssigkeitsdurchfluß
durch die Öffnung 94 bestimmt wird.
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Um die Anordnung 10 nach der Probeentnahme wieder herauszuziehen,
ist es hauptsächlich erforderlich, den Andruckkörper 23 und die Dichtungsmittel
55, 56 aus dem Bohrloch wieder zu lösen. Das Speicherventil 40 ist mit einer Leitung
40 a, die sich durch das Kabel 19 (F i g. 1) zur Erdoberfläche und den dort befindlichen
Steuereinrichtungen 53 erstreckt, ausgerüstet, und wenn demgemäß das Speicherventil
40 (F i g. 2) durch die Oberfläcl_:iis eLiereinricht-,iilgen 53 (F i g. 1)
betätigt wird, so kann die Flüssigkeit des Hydrauliksystems in die Speicherkammer
41 eintreten (F i g. 2). Die Kammer 41 besitzt ein genügend großes Volumen, um die
Hydraulikflüssigkeit des Drucksystems aufzunehmen, und steht unter Atmosphärendruck,
so daß der Flüssigkeitsdruck im System auf einen sehr geringen Wert reduziert wird.
Die Speicherkammer 41 weist eine erste Kammer 100 und eine zweite Kammer 101 auf,
die voneinander durch eine durchflußdrosselnde Öffnung 102 getrennt sind. Die erste
Kammer 100 ist über eine Leitung 103 mit dem rückwärtigen Ende eines Zylinders
104 eines Druckausgleichsventils 105 verbunden. Ein Kolben 106 ist gleitend
und abdichtend in den Zylinder 104 eingepaßt und von der Endwandung des Zylinders
durch einen Vorsprung 106' räumlich getrennt. Ein anderer Kolben 108 von geringerem
Durchmesser ist gleitend und dichtend in eine Bohrung 109 eingepaßt und besitzt
einen Vorsprung 107, der auf den Kolben 106 auftrifft. Die Bohrung 109 erstreckt
sich zwischen dem Zylinder 104 und dem Äußeren des Prüfabschnittes 18 (F i g. 1),
so daß die Bohrlochflüssigkeit 15 auf den Kolben 108 (F i g. 2) wirkt
und ihn nach innen gegen den Zylinder 104 drückt, wobei der Kolben 108 verhindert,
daß Bohrlochflüssigkeit in die Bohrung 109 eintritt.
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Ein Kanal 110 erstreckt sich zwischen der Bohrung 109 und dem Durchlaß
65' der Probeneinlaßmittel 21. Wenn das Speicherventil 40 geöffnet wird, so verhindert
die Öffnung 102 im Augenblick den Druckabfall und erlaubt, daß ein gewisser Teildruck
auf den Kolben 106 wirkt und ihn nach links bewegt, so daß der Kolben 108 nach außen
aus der Bohrung 109 herausgetrieben wird. Der Fortsatz 107 des Kolbens 108 besitzt
einen geringeren Durchmesser als der Kolben 108; so daß Bohrlochflüssigkeit in den
Kanal 1_10 eintreten kann. In der soeben beschriebenen Stellung sind Mittel (nicht
gezeigt) vorgesehen, um den Kolben 108 in seiner Offenstellung zu halten. Wenn demgemäß
der Kolben 108 in seiner offenen Stellung ist, kann Bohrlochflüssigkeit 15 (F i
g. 1) in den Zylinder 109 (F i g. 2) eintreten und durch den Kanal
110 in den Durchlaß 65' und den Zylinder 64 der Probeeinlaßmittel 21, 22
eintreten, und der Druck über den Abdichtungsmitteln 55, 56, (falls beide geöffnet
sind) wird ausgeglichen, so daß das Lösen der Abdichtungen von der Bohrlochwandung
des Bohrloches 11 erleichtert wird. Gleichzeitig wirkt der hydrostatische Schlammdruck
auf den Kolben 63 im Zylinder 64 um ihn zurückzuziehen. Sobald der hydraulische
Druck in der Leitung 32 infolge des Einfließens der Hydraulikflüssigkeit in die
Speicherkammer 41 herabgesetzt wird, so wird der auf den Kolben 34 wirkende Druck
der Bohrlochflüssigkeit größer als der Druck des Hydrauliksystems auf den Kolben
34, und die daraus folgende Bewegung des Kolbens 34 bewegt den Andruckkörper 23
in eine zurückgezogene Stellung. Um das Zurückziehen des Andruckkörpers 23 zu ermöglichen,
falls dieser in der Bohrlochwandung festgesetzt sein sollte, sind starke Federn
112, 113 zwischen den Andruckkörpern 23 und den Prüfabschnitt 18 (F i g. 1) geschaltet,
wobei die Federn 112, 113 (F i g. 2) in der ausgefahrenen Stellung des Andruckkörpers
23 vorgespannt sind, so daß die Kraft der Federn 112, 113 eine Bewegung des
Andruckkörpers 23 nach innen in die zurückgezogene Stellung fördert.
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Die Steuereinrichtung 53 an der Erdoberfläche (F i L. 1) weist einen
beweglichen Kontaktarm 115 für einen Mehrkontaktschalter 116 auf, dessen Kontakte
in Gegenuhrzeigerrichtung an die Leitungen 51 a,
62 a, 67 a, 36
a, 40 a angeschlossen sind, die den Leitungen in der Anordnung 10, wie oben
beschrieben, entsprechen. Der Kontaktarm l.15 ist mit einer elektrischen Stromquelle
117 verbunden, wobei die verschiedenen elektrischen Einrichtungen der Anordnung
10 mit elektrischer Kraft versorgt werden können.
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Im Betrieb wird die Anordnung 10 (F i g. 1) in das Bohrloch 11 abgesenkt,
wobei die Tiefe mittels des Kabels 19 und der Winde 20 geprüft wird.
Der bewegliche Drehkontakt 115 wird dann im Uhrzeigersinn verdreht, um elektrische
Energie über die Leitung 51 a für die Betätigung des Ventils 51 (F i g. 2) in dem
Gehäuseabschnitt 16 (F i g. 1) zuzuführen. Demgemäß wird das Ventil 51 (F i g. 2)
geöffnet, so daß Bohrlochflüssigkeit 15 (F i g. l.) auf die Druckerzeugungsmittel
30 wirken kann und einen verstärkten hydraulischen Druck für das hydraulische System
erzeugt. Der Druck der Flüssigkeit in dem hydraulischen System wird durch das Regulierventil
31 reguliert und wirkt über die Leitung 32 auf den Zylinder 33, der den Kolben
34 enthält, so daß der Andruckkörper 23 relativ zu dem Prüfabschnitt 18 (F i g.
1) bewegt wird, bis die Abdichtungsmittel 55, 56 (F i g. 2) der Probeeinlaßmittel
21, 22 abdichtend auf der Wandung des Bohrloches 11 aufsitzen. Das Speicherventil
40 und das Ventil 36, das mit der Leitung 32 verbunden ist, sind natürlich normalerweise
geschlossen.
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Wenn die Dichtungsmittel 55, 56 der Probeeinlaßmittel 21., 22 in dichtenden
Eingriff mit der Wandung des Bohrloches 11 gelangen (F i g. 1), steigt der Druck
in dem hydraulischen System bis zu einem Maximalwert an, wobei weiterhin die Abdichtungsmittel
55,
56 (F i g. 2) eingedrückt werden. Der Druck des hydraulischen Systems
wird durch druckempfindliche Mittel 42 gemessen und aufgezeichnet. Sobald die Dichtungsmittel
55, 56 gegen die Bohrlochwandung dichtend anliegen, treibt der Druck, der
über den Durchlaß 71 auf den Kolben 63 wirkt, die Röhre 60 in die Formation. Wenn
zu dieser Zeit die Formation 13 durchlässig und flüssigkeitsführend ist, wird der
Druck der Formationsflüssigkeit in dem Prüfabschnitt 18 aufgebaut und wird durch
die druckempfindlichen Mittel 68 (F i g. 2) gemessen, um eine Anzeige der ursprünglichen
Druckcharakteristik der Formationsflüssigkeit über einen gewissen Zeitraum zu gewinnen.
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Danach wird die Leitung 67 a an die elektrische Energiequelle 116
angeschlossen, um das Ventil 67 zu schließen, so daß Flüssigkeit in die Probensammelkammer
73 über die Leitung 70 und das Dichtungsventil 38 fließen kann. Wenn die Probensammelkammer
91 die Formationsflüssigkeit aufnimmt, wird der schwimmende Kolben 96 nach unten
geschoben und
treibt die Vorlageflüssigkeit 95 unter sich durch
die Öffnung 94 in die untere Kammer 92.
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Nachdem eine genügend lange Zeit verstrichen ist, um eine Flüssigkeitsprobe
zu nehmen, wird die elektrische Energiequelle 117 an die Leitung 36 a angeschlossen,
um das Ventil 36 zu öffnen. Das Ventil 36 verbindet das unter Druck stehende Hydrauliksystem
mit dem Abdichtungsventil 38, so daß der Kolben 87
des Abdichtungsventils
betätigt wird und den Kolben 88 in die Bohrung 86 hineintreibt, so daß die Probenehmerkammer
73 geschlossen wird. Falls die Probenehmereinrichtung 73 gefüllt ist, wird eine
letzte Druckablesung vorgenommen, bevor das Abdichtungsventil geschlossen wird.
Falls jedoch die Kammer 91 sich in einer bestimmten Zeitspanne nicht füllt, so erlaubt
das Schließen des Abdichtungsventils 38 noch eine letzte Druckmessung der Formation,
die über den Meßwertwandler 68 erhalten wird.
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Schließlich wird die elektrische Energiequelle 117 über die Leitung
40 a angeklemmt, und das Speicherventil 40 wird betätigt, um den hydraulischen Druck
des Systems herabzusetzen. Die Öffnung 102 verzögert den Druckabfall, so
daß ein hydraulischer Teildruck auf das Druckausgleichsventi1105 über die Leitung
103 übertragen wird und die Kolben 106 und 108 nach links bewegt, so daß die Bohrung
109 freigegeben wird und Bohrlochflüssigkeit 15 (F i g. 1) in die Leitungen 110
(F i g. 2), 65 und 66 eintreten kann. Demgemäß erlaubt die Betätigung des Speicherventils
40, daß der Druck über den Abdichtungsmitteln 55, 56 ausgeglichen wird. Gleichzeitig
wirkt der hydrostatische Druck auf den Kolben 63, um ihn aus der Erdformation 13
herauszuziehen. Der Druck der Bohrlochflüssigkeit 15 (F i g. 1) wird ebenfalls durch
die druckempfindlichen Mittel 68 (F i g. 2) gemessen.
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Wenn der Druck des hydraulischen Systems abfällt, treibt der Druck
der Bohrlochflüssigkeit 15 den Andruckkörper 23 in seine zurückgezogene Stellung,
wobei diese Bewegung durch die Federn 112, 113 unterstützt wird, die ihrerseits
in der ausgefahrenen Stellung des Andruckkörpers 23 vorgespannt sind. Wenn der Andruckkörper
23 vollständig zurückgezogen ist, kann die Anordnung 10 (F i g. 1) aus dem Bohrloch
herausgezogen werden, und das in der oberen Kammer 91 der Probenehmereinrichtung
73 angesammelte Flüssigkeitsmuster analysiert werden.
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Wenn die Röhre 60 sich nicht zurückziehen läßt, erlaubt das spröde
Material, aus dem sie besteht, daß sie abgebrochen wird und die Anordnung
10 nicht in der Bohrlochwandung 11 steckenbleibt.
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Falls kein Flüssigkeitsdurchfluß stattfindet, wird diese Tatsache
durch die druckanzeigenden Mittel 68 gemeldet. Dann wird die Leitung 62 an die elektrische
Energiequelle 117 angeschlossen, um die Hohlladungseinrichtung 59 zur Detonation
zu bringen. Der Perforationsstrahl von der Hohlladung 59 öffnet die Verschlüsse
58, 57 und durchdringt die Erdformation 13, so daß die Flüssigkeitseinlaßmitte121
in Flüssigkeitskommunikation (über die Durchlässe 65', 65, 70) mit der Probenehmereinrichtung
73 gelangen. Falls die Formationen hart sind, jedoch durchlässig, erlaubt die Perforation
den Ausfluß von Flüssigkeit. Falls Flüssigkeitsausfluß stattfindet, wird die Probe
in der Einrichtung 73 aufgenommen, die Flüssigkeitsprobe wird erhalten, und das
Werkzeug wird zurückgezogen und aus dem Bohrloch herausgezogen, wie oben beschrieben.
Viele Einzelheiten im vorhergehenden Teil der Beschreibung sind in der bereits genannten
USA.-Patentschrift 3 104 712 beschrieben worden und bilden an sich nicht den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung richtet sich dahingegen auf
neuartige Abdichtungsmittel. Die F i g. 3 bis 11 zeigen im einzelnen die neuartigen
Dichtungsmittel und die zugehörigen Bauteile. Verschiedene Durchlässe und andere
Bauelemente, wie der Durchlaß 65, die in der F i g. 2 diagrammartig gezeigt sind,
werden in einer oder mehreren der F i g. 3 bis 11 in ihrer bevorzugten tatsächlichen
Ausbildung dargestellt und werden durch Bezugszeichen gekennzeichnet, die identisch
sind mit jenen in F i g. 2. Der Gebrauch beispielsweise des Bezugszeichens
65 a im Zusammenhang mit der Röhre anstatt mit der Hohlladung deutet an,
daß die Stellung der Probeeinlaßmittel 21, 22, wie sie in F i g. 2 gezeigt wurden,
vertauscht sein könnte. Außerdem deutet die Kennzeichnung von Teilen der F i g.
3 bis 11 durch Bezugszeichen, die abweichen von jenen, die für entsprechende Teile
in F i g. 2 benutzt wurden, an, daß die Ausbildung der Erfindung, dargestellt in
den F i g. 3 bis 11, in Verbindung mit Anordnungen erfolgen kann, die nicht
der entsprechen, die als Beispiel in F i g. 2 dargestellt wurde.
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F i g. 3 zeigt im einzelnen eine beispielsweise Ausbildung federnder
Abdichtungsmittel 118 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Abdichtungsmittel
118
sind insbesondere rund und ringförmig und stellen eine Flüssigkeitsdichtung
dar zwischen einem Hochdruckbereich (Ort der Bohrlochflüssigkeit 15 auf einer Seite
der federnden Dichtungsmittel 118) und einem Niederdruckbereich (Ort der
Flüssigkeiten, falls solche vorliegen, in einer Erdformation, die durch die Abdichtungsmittel
118 isoliert oder abgedichtet sind, wobei ein Zufluß zu den Probeeinlaßmitteln
21 oder 22 (F i g. 1) oder ein Bereich in der Verlängerung der Achse
der federnden ringförmigen Dichtungsmittel 118 abgedichtet durch die federnden ringförmigen
Abdichtungsmittel 118 von der Flüssigkeit 15 (F i g. 1) im Bohrloch
11) ist. Die Flüssigkeitsabdichtung wird erzielt durch Andrücken der federnden
Abdichtungsmittel, 118 gegen die Bohrlochwandung.
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In F i g. 3 sind die Abdichtungsmittel 118 dargestellt, die insbesondere
rund und ringförmig sind, so daß sie eine äußere periphere Oberfläche, eine innere
Bohrung 123, eine das Abdichten bewirkende Oberfläche 124, die komplementär zur
Form der Bohrlochwandung ausgebildet ist, und eine rückwärtige flache Oberfläche
120 a besitzt. Die Bohrung 123 besitzt einen äußeren Abschnitt 125 vergrößerten
Durchmessers und einen inneren Abschnitt oder eine Ausnehmung 136 von vergrößertem
Durchmesser. Ein rohrförmiges Nasenteil oder zentrales Einsatzteil 119 ist in die
Bohrung 123 aufgenommen und ist bei 127 und 127 a komplementär geformt, um
in die Bohrung 123 und den Bohrungsabschnitt 125 aufgenommen zu werden. Das Einsatzteil
119 endet mit einer unteren Endoberfläche 119 a an dem Bohrungsabschnitt 136 der
Dichtungsmittel 118. Die äußere Oberfläche des Einsatzteiles 119 setzt kontinuierlich
die die Abdichtung bewirkende Oberfläche 124 fort. Das Einsatzteil 119 ist
mit den Abdichtungsmitteln 118 verklebt. Das Einsatzteil 119 besitzt erste, zweite
und dritte Bohrungsabschnitte mit von der äußeren Oberfläche her zunehmenden Durchmessern,
wobei die ersten und dritten Abschnitte jeweils Nuten für die Aufnahme von O-Ringen
144,151 aufweisen,
während der zweite Abschnitt ein Gewinde 141
aufweist, um ein Anschlagrohr 140 mit einer Bohrung 142 aufzunehmen.
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Eine dünnwandige Kappe 143 ist so ausgebildet, daß sie in den ersten
Bohrungsabschnitt des Einsatzteils 119 eingepaßt werden kann. Die äußere Oberfläche
145 der Kappe 143 und der O-Ring 144 bilden eine Flüssigkeitsdichtung für die Öffnung
in dem Einsatzteil 119. Das Ende der Anschlagröhre 140 stößt gegen
das Ende des Kappenteiles 143.
Flüssigkeitsdruck im Bohrloch hält die Kappe
in ihrer Stellung. Falls erwünscht, kann die Kappe 143 mit einem Flansch ausgestattet
sein, der auf der Schulter zwischen dem ersten und zweiten Bohrungsabschnitt ruht.
Die Anschlagröhre 140 kann bequemerweise in das Einsatzteil 119 eingeschraubt
werden, wobei geeignete Gewindebohrungen 174 vorgesehen sind. Die Anschlagröhre
140 besitzt eine Schulter, die auf eine Schulter aufstößt, die zwischen dem zweiten
und dritten Bohrungsabschnitt des Einsatzteils gebildet wird, und die äußere Oberfläche
der Anschlagröhre 140 und der O-Ring 151 bilden eine Flüssigkeitsdichtung.
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Die federnden Mittel 118 und die Anschlagröhre 140 werden unabhängig
voneinander an einem festen Andruckteil oder einer Frontplatte 128 befestigt. Das
Andruckteil 128 besitzt rückseitig einen Gewindeabschnitt 131' für die Aufnahme
bei 166 eines Gehäuseteiles 165. Außerdem ist ein Flansch 131 abgedichtet durch
einen O-Ring 173 gegen das Gehäuseteil 165 vorgesehen. Eine Zentralbohrung im Andruckteil
128
nimmt gleitbar die Anschlagröhre 140 auf, und ein O-Ring 150 bildet dazwischen
eine Flüssigkeitsabdichtung. Eine Gegenbohrung im Andruckteil 128
bildet einen
Anschlag 147, der mit einem Flansch 146 an der Anschlagröhre 140 zusammenwirkt,
um die Bewegung nach außen der Anschlagröhre 140 relativ zum Andruckteil
128 zu begrenzen. Die Einwärtsbewegung der Anschlagröhre 140 relativ zum
Andruckteil 128 ist begrenzt durch das Aufsitzen auf die Endoberfläche 119 a des
Einsatzteils 119 mit einer Anschlagfläche 128 a auf dem Andruckteil 128. Aus dem
Vorangehenden geht hervor, daß das Einsatzteil 119 und die mit ihm funktionsmäßig
einstückige Anschlagröhre 140 relativ zu dem Andruckteil 128
bewegt
werden können und daß eine solche Bewegung entsprechend den mittleren Abschnitt
der federnden Dichtungsmittel 118 mitbewegt.
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Am Außenrand des Andruckteiles befindet sich ein Flansch 129, mit
dessen Hilfe die peripheren Lippenabschnitte 130 der federnden Dichtungsmittel
118 lösbar mit dem Andruckteil verbunden sind. Die Lippenabschnitte 130 müssen
nicht um den Gesamtumfang herumreichen, sondern können auch in Segmente unterteilt
sein, und sie können außerdem zwischen dem Flansch 129 und einem Abschnitt des Gehäuseteiles
165 eingefangen sein, wo das Andruckteil 128 in einer entsprechend geformten
Ausnehmung des Gehäuseteiles 165 sitzt.
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Zwischen der rückseitigen Oberseite 120 a und der federnden
Mittel 118 und einer vorderen Oberfläche des Andruckteiles 128 befindet sich eine
ringförmige feste Platte 138. Die Platte 138 liegt über Flüssigkeitskommunikationsmitteln,
bestehend aus einem oder mehreren runden Kanälen 132 bis 134, die durch radiale
Kanäle 135 a für die Flüssigkeitskommunikation zwischen ihnen verbunden sind.
Einer oder mehrere Kanäle oder Öffnungen 135 sind in den federnden Mitteln 118 vorgesehen
und stehen in Flüssigkeitskommunikation mit den runden oder auch spiraligen Bohrlochflüssigkeitskanalausnehmung
oder Kanälen 132 bis 134. Die Kanäle 132 bis 134 sind außerdem in Flüssigkeitskommunikation
mit der ringförmigen Ausnehmung 136 in den federnden Mitteln 118 und dies
infolge der Zentralöffnung 137 in der Platte 138.
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Das Gehäuse 165 besitzt eine Kammer, in der eine Hohlladung 160 aufgenommen
ist. Die Hohlladung 160 wird durch die rückwärtige Öffnung des Gehäuses 165 eingesetzt
und besitzt einen vorderen Abschnitt 167, der auf einen entsprechenden Anschlag
168 in dem Andruckteil 128 aufgesetzt wird. Das rückseitige Ende der Hohlladung
160 wird durch eine Feder 169, die ebenfalls in die Kammer eingesetzt wird, abgestützt.
Ein rückseitiger Stöpsel 170 ist in ein Gewinde 171 des Gehäuses eingeschraubt
und durch einen O-Ring 172 abgedichtet. Einstecklöcher 173 sind in dem Stöpsel
170 für den Zusammenbau vorgesehen.
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Die Probeleitung 65 des Gehäuses 165 ist durch Öffnungen
165 a mit der Kammer im Gehäuse flüssigkeitsdurchlässig verbunden.
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Falls zwei der soeben unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschriebenen
Einrichtungen als Probeeinlaßmittel 21 bzw. 22 der F i g. 1 bzw. 2
benutzt werden oder ersetzt werden, so ist die Wirkungsweise die folgende: Zunächst
werden die Abdichtungsmittel 118 zwischen der Bohrlochwandung und dem Andruckteil
28 zusammengepreßt. Dies wird bewirkt durch die Einrichtungen, die bereits unter
Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 beschrieben wurden. Das ringförmige Andrücken
der Dichtungsmittel 118 treibt das Einsatzteil 119 nach innen, bis die Endoberfläche
119 a des Einsatzteiles 119 auf die Oberfläche 128 a des Andruckteiles aufsitzt.
Gleichzeitig bewirkt die ringförmige Ausnehmung 136 einen guten Andruck der Dichtungsmittel
118, da für das elastische Material Raum für die Verformung bleibt. Die Ausnehmung
136 wird groß genug gewählt, daß der Flüssigkeitskommunikationsweg durch die Zentralbohrung
der Platte 138 nicht verschlossen wird. Auf diese Weise wird eine gute Andruckdichtung
erreicht. Die Hohlladung 116 im Gehäuse 165 wird dann zur Detonation gebracht und
erzeugt in bekannter Weise einen durchdringenden Strahl. Da zunächst innerhalb der
Anschlagröhre 114 atmosphärischer Druck herrscht, baut der Perforationsstrahl Gasdruck
mit großer Geschwindigkeit auf, während der Strahl die Kappe 143 durchdringt und
einen Durchlaß 122 (s. F i g. 11) öffnet, und zwar in die Niederdruckerdformation
13. Der Gasdruck erzeugt eine Anfangskraft, die das Einsatzteil in Kontakt mit der
Formation treibt. Während dieser Zeit hat der hydrostatische Druck der Bohrlochflüssigkeit
über die Kommunikationsmittel Zugang zu der Ausnehmung 136 und bewirkt unabhängig
von den Andruckdichtungskräften eine Kraft, die das Einsatzteil 119 nach außen treibt.
Wie F i g. 11 zeigt, wird der Einsatz 119 und die zugeordneten mittleren Abschnitte
der Dichtungsmittel 118 im Andruck gegen die Erdformationen gehalten, auch wenn
die Formation infolge des Flüssigkeitsdurchflusses erodiert wird. Solange das hydraulische
System im Werkzeug unter Druck steht, wird die Abdichtung der Abdichtungsmittel
aufrechterhalten. In kurzen Worten, die inneren und äußeren
Umfangsabschnitte
der dichtenden Oberfläche 124 der Dichtungsmittel 118 werden unabhängig voneinander
auf hydraulischem Wege in abdichtendem Kontakt mit der Formation gehalten.
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Die äußere Umfangsoberfläche des Einsatzteiles 119 ist groß genug
gewählt, um den Formationsdurchbruch zu überbrücken, so daß nichts von dem Abdichtungselement
in die perforierte Öffnung fließen kann.
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Wenn eine bestimmte Erosion stattgefunden hat, kann das Gehäuse 165
in Kontakt mit den Bohrlochwandungen treten. Falls die Platte 138 mit den Abdichtungsmitteln
verklebt ist, so wird der Druck hinter der Platte 138 die Lippen 130 von dem Flansch
129 abstreifen, und hydrostatischer Druck stellt die Dichtungsmittel 118 auf der
Formation in Kontakt, bis die Grenzstellung der Anschlagröhre 140 erreicht wird.
Eine danach erfolgende Erosion kann unter Umständen die Abdichtung durchbrechen.
Zu der Zeit jedoch, da dies stattfinden kann, ist bereits eine genügend große Probe
der Formationsflüssigkeit entnommen worden.
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Eine der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung kann sein,
daß eine kleine Dichtung benutzt wird, um mit größerem Erfolg eine Flüssigkeitsprobe
zu entnehmen, da die Dichtungsmittel unter Berücksichtigung der Erosion aufgebaut
sind. Wenn beispielsweise keine Verschiebung des Mittelabschnitts der Dichtungsmittel
vorgesehen wäre, so würde die Erosion in Radialrichtung sich von dem Perforationsdurchbruch
ausbreiten, da keine direkte Kraft auf die Formation wirken würde. Eine solche Erosion
kann die Erdformation in kurzer Zeit abtragen, die ein direkt angedrücktes Dichtungsmittel
tragen sollte und zu einer nur geringen oder unvollständigen Probeentnahme führen.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist ähnlich dem, das unter Bezugnahme
auf F i g. 3 beschrieben wurde. In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 besitzt
jedoch die Anschlagröhre 140' einen Verschluß oder eine Kappe 176, die das rückwärtige
Ende des Durchlasses 142 abdichtet. Eine Kappe 177 wird mit Hilfe eines O-Ringes
178 benutzt, um die Hohlladung 160 von dem Flüssigkeitsdurchlaß 65 a
zu isolieren.
Deshalb kann schon vor der Detonation der Hohlladung Flüssigkeit in dem Durchlaß
65 a vorhanden sein. Eine solche Ausführung kann benutzt werden in Verbindung -mit
einem schnorchelartigen Probeeinlaßmittel 22, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Die
Hohlladung 160 ist so aufgebaut, daß sie bei ihrer Detonation alle drei Kappen 177,
176 und 143 durchdringt. Die Kappen 176 und 177 ermöglichen, daß der Durchlaß 65a
Flüssigkeit enthält, ohne daß diese Flüssigkeit in den Durchlaß 142 oder in die
Hohlladungskammer eindringen kann. Deshalb kann der Durchlaß 142 vor dem Zünden
der Hohlladung 160 unter Atmosphärendruck stehen (oder noch niedriger, falls
erwünscht), so daß eine dünnere Wandung der Muffe 140' verwendet werden kann.
Ohne die Kappen 143, 176 muß die Wandung der Muffe groß genug sein, um ein Aufquellen
zu verhindern, wenn der perforierende Strahl durch sie hindurchdringt. Wenn ein
solches Aufweiten erfolgt, kann die Röhre 140' sich natürlich nicht mehr
bewegen.
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Das in F i g. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem in F
i g. 3 gezeigten, stellt jedoch eine Kombination eines Röhrenglieds und einer Hohlladung
in einer Kammer dar und weist nur eine Kappe 177 auf, um die Hohlladung 160 trockenzuhalten.
Es sind keine Kappenteile vorhanden, die den Kappen 143, 176 entsprechen, und die
Röhre 140 a ist dicker gewählt, um ein Aufweiten zu verhindern. Die Durchlässe 65,
65 a,142 können demgemäß frei miteinander kommunizieren, selbst bevor die Hohlladung
160 gezündet worden ist. Diese Ausführungsform kann in Verbindung mit der Ausführungsform
nach F i g. 4 verwendet werden.
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Die Ausführungsform nach F i g. 6 unterscheidet sich von denen der
vorangehenden Figuren insofern, als ein Röhrenglied 60 (s. auch F i g. 2) vorgesehen
ist, das eine Bohrung 191 besitzt, die über einen Durchbruch 74 mit einer zylindrischen
Öffnung 64 kommuniziert, die ihrerseits mit den Durchbrüchen 65, 65 a kommuniziert.
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Ein Kolben 63 wird durch O-Ringe 196 in ringförmigen Ausnehmungen
197 gegen die Wandung eines Zylinders 64 abgedichtet. Der Kolben 63 besitzt einen
vorderen Fortsatz 199, in dem sich der Durchbruch 74 befinden kann. Der Fortsatz
199 ist durch Gewinde 200 mit dem Röhrenfolger 60 verbunden: Nachdem die Abdichtungsmittel
118 gegen die Bohrlochwandung gedrückt worden sind, treibt die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Hydrauliksystem des Werkzeuges, die zu der Kammer 71 Zutritt besitzt, den
Kolben 63 und die Röhre 60 nach außen bis auf die Erdformationen. Jegliche Flüssigkeit,
die etwa in der Formation vorhanden ist, kann dann frei durch die Bohrung 191 des
Röhrenfolgers 60 eindringen und durch den Durchbruch 74 im Fortsatz 199 den Zylinder
64 und die Durchlässe 65, 65 a gelangen (s. auch F i g. 2).
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Die Röhre 60 ist einstückig mit dem Einsatz 119, so daß die Wirkungen
infolge eingeflossener Bohrlochflüssigkeit in der Ausnehmung 136 und eingeflossener
Hydraulikflüssigkeit in die Kammer 171 in der gleichen Weise wirken, da beide das
Einsatzteil 119 in bezug auf das Andruckteil 128 bewegen. Die Hydraulikbetätigung
ist jedoch vorteilhaft, wenn der Unterschied zwischen dem Druck der Formationsflüssigkeit
und dem hydrostatischen Druck im Bohrloch nicht zu groß ist. Eine Abdichtung zwischen
der dichtenden Oberfläche und der Bohrlochwandung ist demgemäß sichergestellt.
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Wenn das Ventil 40 betätigt wird (F i g. 1 und 2), so erleichtert
der Schlammdruck das Zurückziehen der Röhre 60. Da die Röhre aus sprödem Material
bestehen kann, kann sie auch abgebrochen werden, falls sie sich nicht zurückziehen
läßt. Das Abbrechen der Röhre 140 in den Ausführungen gemäß F i g. 3 und
andere Ausführungsformen, die Hohlladungen verwenden, ist im allgemeinen nicht möglich,
da diese Röhren eine stärkere Ausführung besitzen müssen. F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
in dem keine Hohlladung benutzt wird. Die Röhre 204 ist mit einer Spiralfeder 205
ausgestattet, die zwischen einem sich nach außen erstreckenden runden Flansch 206
am rückwärtigen Ende der Röhre 204 und einem Anschlag 207, der nach innen
am Andruckteil 128 gebildet ist, unter Vorspannung gehalten wird. Formationsflüssigkeit
kann durch eine Bohrung 209 fließen und in eine Kammer 210 und so in die Durchlässe
65 a, 65 gelangen. Die federnden ringförmigen Dichtungsmittel 118 bewirken
die Abdichtung und folgen der Wandung nach außen, wenn eine krümelige Formation
vorliegt, in der bereits beschriebenen Art und
Weise. Die ringförmige
Dichtung, da sie federnd ist, kann in ihre Ruhestellung zurückgelangen, nachdem
eine Probe entnommen worden ist und der Druck über den Dichtungsmitteln sich ausgleicht.
In der Ausführungsform nach F i g. 7 jedoch wird das Zurückziehen der federnden
ringförmigen Dichtungsmittel in ihre ursprüngliche Form erleichtert durch die Wirkung
der zusammengepreßten Spiralfeder 205, die bei der Ausdehnung das Einsatzteil 119
nach rückwärts zieht, längs der Achse der federnden ringförmigen Dichtungsmittel
118, um diese in ihren ursprünglichen Zustand zurückzuführen.
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Die Ausführungsform nach F i g. 8 ist ähnlich der nach F i g. 6, wobei
der Hauptunterschied darin besteht, daß die Ausführungsform nach F i g. 8 an Stelle
einer hydraulischen Röhre einen hydraulischen Schnorchel besitzt. Der Schnorchel
212 ist funktionsmäßig nicht in Verbindung mit dem Einsatzteil 119
oder der
Röhre 140 a. Demgemäß kann der Schnorchel 212 durch die Abdichtungsmittel 118 in
die Formation getrieben werden, unabhängig von der Betätigung der Abdichtungsmittel
118 selbst. O-Ring-Dichtungen 212', 212 a, 212 b halten eine Flüssigkeitsdichtung
aufrecht zwischen dem Schnorchel 212 und dem Andruckteil 128, zwischen dem Schnorchel
und der Röhre 140 a sowie zwischen der Röhre 140 a
und dem Einsatzteil
119. Der Schnorchel 212 besitzt an seinem vorderen Ende eine Zuspitzung 213; die
das Eindringen in die Formation erleichtert. Man erkennt, daß zusätzlich zu dem
unabhängigen hydraulischen Verschieben der Dichtungsmittel 118 der Schnorchel
212 unabhängig davon in die Erdformation getrieben wird.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 zeigt einen Kolben 213, der
gleitend in einem Zylinder 214 sitzt, gegen den er mittels einer O-Ring-Dichtung
215 abgedichtet wird, die ihrerseits in einer peripheren Ausnehmung 216 in der äußeren
Wandung des Kolbens 213 liegt. Hydraulikflüssigkeit wird einer Kammer 71 am rückseitigen
Ende des Kolbens 213 zugeführt, so daß der Kolben in Vorwärtsrichtung bewegt wird.
Ein Anschlagteil 217 auf dem Kolben 213 wirkt mit einer nach innen gerichteten ringförmigen
Schulter 218 zusammen, die auf der im allgemeinen zylindrischen Muffe 219 gebildet
ist, um die Vorwärtsbewegung des Kolbens 213 zu begrenzen.
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Der Kolben 213 besitzt außerdem einen Vorsprung 220 mit einem Flansch
221, der sich zwischen einer ringförmigen Platte 222 ähnlich der Platte 138, und
einem Plattenteil 226 befindet. Der Flansch 221 besitzt einen Kanal, der ähnlich
dem Kanal 131 in F i g. 3 Flüssigkeitskommunikationsmittel definiert.
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Der Vorsprung 220, verbunden mit dem Kolben 213 durch Gewinde 213',
ist beweglich innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung in der Muffe 219 des Plattenteils
226. Der Vorsprung 220 kann in einer Bohrung 231 gleiten und ist gegen ihn durch
einen O-Ring abgedichtet.
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Eine Vorwärtsbewegung des Kolbens 213 und seines Vorsprungs 220 bewegt
demgemäß auch den Flansch 221 und die Platte 222 vorwärts zusammen mit den federnden
ringförmigen Dichtungsmitteln 118 im Einsatzteil 119 und der Röhre 231 a. Die Röhre
231 a ist gleitend und abdichtend in einer Bohrung 220 a des Vorsprungs 220
aufgenommen, so daß das Einsatzteil 119 sich relativ zu dem Flansch 221 bewegen
kann, und die federnden Abdichtungsmittel 118 abdichtend an die Wandung des Bohrloches
sich anlegen können. Die Kanäle, die die Flüssigkeitskommunikation bewirken, umfassen
ringförmige Kanäle 233, 234, 235 und einen radialen Kanal 236, ähnlich den Kanälen
132,133,134 und dem Kanal 135, so daß eine zusätzliche Bewegung des Einsatzteiles
119 und der ringförmigen federnden Dichtungsmittel 118, wie beschrieben in Zusammenhang
mit F i g. 3, erfolgen kann, in der Art, daß die federnden Dichtungsmittel dem erodierten
Teil der Bohrlochwandung folgen können. Das Plattenteil 226 ist mit einer ringförmigen
Ausnehmung 223 a versehen, die in Flüssigkeitskommunikation über eine Öffnung
223 b mit den Kanälen steht, so daß der Zugang der Bohrlochflüssigkeit zwischen
die Teile 222 und 226 sichergestellt ist und eine hydraulische Verklemmung verhindert.
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Kennzeichnendes Merkmal der Ausführungsform nach F i g. 9 ist, daß
die Abdichtungsmittel beweglich sind als eine Einheit aus dem Gehäuse 165 heraus,
wobei eine Abdichtung auch in ausgewaschenen oder unregelmäßigen Wandoberflächen
in einem Bohrloch bewirkt wird.
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Die Ausführung nach F i g. 10 ist ähnlich der Ausführung nach F i
g. B. Der Kolben 212 a einer Schnorchelröhre 212 ist jedoch nach außen offen,
so daß der hydrostatische Druck ihn betätigt, anstatt die Hydraulikflüssigkeit wie
in F i g. B. Dies wird ermöglicht durch ein Plattenteil 212 b, das dem Gehäuse
165 zugeordnet ist, so daß sich Öffnungen für den Flüssigkeitszutritt ergeben. Zwischen
der Platte 212 b
und dem Kolben 212 a befindet sich ein röhrenförmiges
Teil 212 c aus sprödem Material, dessen Aufgabe im folgenden erläutert wird.
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Das Andruckteil 238 besitzt eine Mehrzahl radialer Kanäle 239 und
über diesen Kanälen ist ein Plattenteil 240 angeordnet, das mit den Abdichtungsmitteln
118' verklebt ist. Die Abdichtungsmittel 118' sind mit einem ringförmigen Einsatzring
241 verbunden, der gleitend und abgedichtet über einer Röhre 212 sitzt. Die Röhre
212 ist natürlich gegen die Bohrung im Andruckteil 238 durch einen O-Ring 242 abgedichtet.
Die Abdichtungsmittel 118' weisen eine Ausnehmung 243 auf, die sich in der
vorderen Verbindung zwischen dem Einsatz 241 und der Röhre 212 befindet, um die
Ausdehnung der Abdichtungsmittel 118 unter Druck zu ermöglichen. Der Einsatz 241
besitzt ebenfalls eine innere ringförmige Ausnehmung 244, die sich über der Röhre
212 befindet.
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Wenn im Betrieb eine Erosion der Formation stattfindet, wird ein leerer
Raum geschaffen, in den das Einsatzteil 243 einzudringen versucht, und wenn es einmal
bewegt wird, wirkt der hydrostatische Druck auf den Einsatzteil 243, wie oben beschrieben.
Man erkennt, daß die Anordnung der Ausnehmung 243 im Vorderteil der Dichtungsmittel
vorgesehen sein kann; dies ist jedoch nicht so vorteilhaft wie eine rückwärtige
Ausnehmung. Die Scheibe 212c aus sprödem Material dient dazu, sicherzustellen, daß
in harten Formationen die Röhre 212 nicht bricht. Das heißt, daß unter dem Druck
auf die Abdichtungsmittel 118', wenn die Röhre 212 in Kontakt mit der Bohrlochwandung
gelangt, die Scheibe brechen kann, um eine überlastung der Röhre 212 zu verhindern.
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Die Plattenteile, die die federnden Mittel tragen, und die Flüssigkeitskommunikation
bewirken, können mit den Abdichtungsmitteln verklebt sein oder lose sein. Der Unterschied
besteht darin, daß bei einer Verklebung die Platte mit Sicherheit betätigt
wird
und eine Andruckdichtung aufrechterhält, nachdem das Andruckteil nicht mehr länger
vorhanden ist.
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Ein Flüssigkeitsweg zwischen dem Andruckteil und der Tragplatte besteht
aus einer ringförmigen Ausnehmung, um die tragende Oberfläche zwischen den Andruck-
und Plattenteilen zu verringern, so daß ein hydraulisches Verklemmen der Teile miteinander
verhindert wird, wobei jedoch immer noch eine starke tragende Struktur über dem
gesamten Plattenteil vorgesehen ist.
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Auf diese Weise ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung möglich,
einen neuartigen und sehr wirksamen Formationsprüfapparat zu schaffen, und mit dieser
Vorrichtung kann in einfacher Weise eine Flüssigkeitsprobe aus einer von einem Bohrloch
durchteuften Erdformation gewonnen werden.