DE1301289B - Formationstestvorrichtung zum Entnehmen von Fluessigkeitsproben aus einem Bohrloch - Google Patents

Formationstestvorrichtung zum Entnehmen von Fluessigkeitsproben aus einem Bohrloch

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DE1301289B
DE1301289B DESCH39785A DESC039785A DE1301289B DE 1301289 B DE1301289 B DE 1301289B DE SCH39785 A DESCH39785 A DE SCH39785A DE SC039785 A DESC039785 A DE SC039785A DE 1301289 B DE1301289 B DE 1301289B
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/08Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells
    • E21B49/10Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells using side-wall fluid samplers or testers

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Probeleitung 65 des Gehäuses 165 ist durch Öffnungen 165 a mit der Kammer im Gehäuse flüssigkeitsdurchlässig verbunden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. 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, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß das Einsatzteil (119, 241) starr ausgebildet und bei Zufuhr des Druckmittels mit dem elastischen Teil der Dichtung (118) nach außen drückbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Einsatzteil (119, 241) mit der Probenentnahmeröhre (60,140,140', 140 a, 204, 212, 231 a) fest oder verschiebbar verbunden ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeröhre (60, 212, 231 a) an ihrem innenliegenden Ende mit einem druckmittelbeaufschlagbaren verschiebbaren Kolben (63, 212 a, 213) verbunden oder an ihrem innenliegenden Ende als verschiebbarer Kolben ausgebildet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Druckfeder (205) zwischen einem Widerlagerflansch (206) an der Probenentnahmeröhre (204) und der Rückseite der Tragplatte (128) für die elastisch nachgiebige Dichtung (118), die die Probenentnahmeröhre (204) in das sie umgebende Gehäuse (165) zurückdrückt.
DESCH39785A 1966-11-04 1966-11-04 Formationstestvorrichtung zum Entnehmen von Fluessigkeitsproben aus einem Bohrloch Pending DE1301289B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3104712A (en) * 1963-09-24 Formation fluid testing and sampling apparatus
US3173485A (en) * 1958-08-26 1965-03-16 Halliburton Co Well formation isolation apparatus

Patent Citations (2)

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