DE2126916C3 - Bohrlochprüfgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Bohrlochprüfgerät, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Geräte mit diesen Merkmalen sind beispielsweise aus den US-PS 33 08 882 und 33 08 887 bekannt.

Bei den bekannten Geräten werden ein Bohrlochpakker oder eine Bohrlochpackung sowie ein Testventil an einem Rohrstrang in das Bohrloch abgesenkt Durch Setzen des Packers wird ein Abschnitt des Bohrlochs isoliert und durch Betätigen des Testventils kann man Fließmittel- oder Fluidproben entnehmen. Mittels entsprechend ausgebildeter Erfassungspinrichtungen kann dabei der Druckauf- und abbau beobachtet werden, woraus man Rückschlüsse auf die Parameter der durchteuften Formationen ziehen kann.

Die bekannten Geräte sind für Festlandbohrungen konzipiert Bei ablandigen oder »offshore«-Bohrungen ergeben sich zusätzliche Probleme, da die Gerätebetätigung, welche durch relative Vertikalbewegungen des Stranges erfolgt überlagert wird von der Vertikalbewegung des Schiffes oder der Plattform infolge Gezeiten oder Wellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das die Durchführung und. insbesondere die Kontrolle der Fluidprobenahme bei Offshore-Bohrungen erleichtert; die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe — die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert ist — beruhtauf den folgenden Überlegungen:

Eine vertikale Relativbewegung zwischen Teilen des Rohrstranges kann an der Oberfläche dadurch nachgewiesen werden, daß am Gestellgewichtsindikator die sogenannten »Freipunkte« beobachtet werden. »Freipunkt« bedeutet dabei einen Gewichtwert oder eine Gewichtsanzeige, welche konstant bleibt während der Rohrstrang an der Oberfläche angehoben oder abgesenkt wird. Die Tatsache, daß der Wert konstant bleibt, bedeutet, daß eine Rohrstranglänge, welche diesem Gewichtswert entspricht, frei im Bohrloch hängt Ein derartiger Freipunkt tritt immer dann auf, wenn eine relative vertikale Bewegung zwischen einem Geräteteil, welches in dem Bohrloch abgestützt ist, und einem anderen Geräteteil, welches am Rohrstrang hängt auftritt Das Auftreten von Freipunkten kann allgemein vorhergesagt werden und sollte während verschiedener Phasen eines Testes konstant bleiben, wenn die Werkzeuge zur Formationsuntersuchung, die ein Testventil und andere Gleitverbindungen in Form einer Gerätekette aufweisen, so angeordnet sind, daß sie vom Fließmitteldruck, der aufgegeben wird, unabhängig sind.

Im Augenblick der öffnung des Ventils tritt ein Auftriebsverlust ein, da das Ventil normalerweise geschlossen ist, bis die Geräte so angeordnet sind, daß der Rohrstrang einen Bereich mit niedrigem Druck bezüglich der Formationen bildet. Darüber hinaus können sich die Fließmitteldrücke, die auf den Tester einwirken, während der Fließ· und Abschlußperioden des Testzyklus ändern. In manchen Fällen arbeiten die Drücke dem Gewicht des Rohrstranges entgegen und wirken sich auf die Freipunktwerte aus, die an der Oberfläche aufgezeichnet werden.

Mit den Merkmalen der Erfindung erhält man nun ein hydraulisch balanciertes Testventil, bei dem der Auftriebsverlust beim öffnen des Yentils den Freipunkt nicht beeinflußt. Ganz allgemein kann man alle Gleitverbindungen bezüglich des wirksamen Fließmitteldrucks in der Weise ausbalancieren, daß die Gleitverbindungen sich weder auszudehen noch zu schließen trachten. Damit wird gewährleistet, daß die verschiedenen Gewichtswerte, die am Gewichtsindikator an der Oberfläche beobachtet werden, während

eines Test? im wesentlichen konstant bleiben, ungeachtet der Änderungen, die während eines Tests auftreten. Da die Testwerkzeuge durch Längsbewegungen zwischen den verschiedenen Teilen betätigt werden, ergibt die Beobachtung der verschiedenen Freipunkte an der Oberfläche eine sichere Anzeige for die Betätigung der Testwerkzeuge.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbei- ι ο spiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist, ergibt sich das Zusammenwirken der Einzelmerkmale.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines ablandigen Bohrloches, in welches von einer schwimmenden Plattform ein erfindungsgemäßes Testgestänge herabhängt,

Fig.2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gerät, welches in Kombination aus einer Gleitverbindung und einem Sicherheitsventil besteht und in dem Gestänge nach F i g. 1 enthalten ist,

Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch eine der Gleitverbindungen, welche dazu dienen, Freipunktanzeigen an der Oberfläche zu erhalten,

Fig.4A und Fig.4B sind Längsschnitte durch eine Prüfventilanordnung, welche durch die Auf- und Abbewegung des Rohrgestänges betätigt wird, so daß die Erdformation alternierend für eine Fließverbindung angeschlossen und abgeschlossen wird, und

Fig.4C stellt eine Abwicklung eines Nut- und jo Indexsystems dar, welches in der Testvorrichtung verwendet wird, um die Betriebsabfolge dieser Vorrichtung zu steuern.

F i g. 1 zeigt eine schwimmende Bohrplattform 10, die oberhalb eines ablandigen Bohrlochs 11 angeordnet ist, welches durch die zu untersuchenden Erdformationen hindurchgeht Das Bohrloch kann verrohrt oder offen sein, ist jedoch normalerweise verrohrt Eine Unterwasser-Bohrlochkopfanordnung 12 ist auf dem Seegrund am oberen Ende des Bohrloches angeordnet und weist einen üblichen Rohrkopf 13 sowie ein Ausbruchventil 14 auf. Von der Bohrkopfanordnung 12 erstreckt sich normalerweise ein Aufsatz 15 nach oben zur Plattform 10. Mit im Bohrturm 18 vorgesehenen Hebezeugen 17 ist ein Rohrstrang 16 verbunden, der sich durch den Aufsatz 15 und die Bohrkopfanordnung 12 in das Bohrloch nach unten hinein erstreckt Mit dem Rohrstrang 16 kann eine Stuerventilanordnung 19 verbunden werden, wie sie auf Seite 3730 der Ausgabe 1968-1969 des »Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services« beschrieben ist Die Ventilanordnung 19 kann dabei Auflageflächen 20 aufweisen, die an einem Sitz abgestützt werden können, so daß der Rohrstrang 16 während eines Tests anstatt vom Hebezeug 17 von der Bohrkopfanordnung 12 herabhängen kann. Die Steuerventilanordnung 19 weist geeignete Abschließventile (nicht gezeigt) auf, die in Verbindung mit den Preventern geschlossen werden können, so daß die Bohrung abgeschlossen wird. Die Einzelheiten der Bohrkopfanordnung und des Ventilgehäuses bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Unterhalb der Bohrkopfanordnung 12 ist eine Kette oder ein Strang von Werkzeugen zur Bohrlochprüfung angeordnet, welche ein kombiniertes Werkzeug 22 mit einer Gleitverbindung und einem Sicherheitsventil, eine obere Gleitverbindung 23, einen Strang von Schwerstangen 24, Rückschlagventile 25 und 26, eine Testventilanordnung 27 und eine Bohrlochpackung 28 aufweisen, welche unterhalb des Testventiles durch eine untere Gleitverbindung 29 angeschlossen ist Wenn es erwünscht ist, können das kombinierte Werkzeug 22 und die obere Gleitverbindung 23 durch mehrere Rohrstrangabschnitte unterteilt werden. Unterhalb der Bohrlochpackung 28 ist ein perforiertes Verankerungsrohr 30 angeschlossen. Am unteren Ende des perforierten Verankerungsrohres ist ein Rekorderträger 31 mit konventionellen inneren und äußeren Druckrekordern befestigt Die Packung 28 dient dazu, einen zu untersuchenden Abschnitt des Bohrloches abzuschließen und zu isolieren, während das Testventil 27 geöffnet und geschlossen wird, um die Formationen alternierend für eine Fließverbindung zu öffnen oder abzuschließen. Die Rekorder zeichnen permanent die Änderungen des Fließmitteldruckes auf, die während der Fließ- und Abschließperioden auftreten. Zwischen der Bohrlochpackung 28 und der unteren Gleitverbindung 29 können, wenn gewünscht, andere Hilfsvorrichtungen in den Strang eingeschaltet sein, beispielsweise ein Kratzer und eine Sicherheitsmuffe. Die , imsteuerventile 25 und 26, weiche unmittelbar oberhai'·: des Testers 27 angeordnet sind, dienen dazu, das untere Ende des Rohrstranges 24 gegen den Bohrloch-Ringraum zu öffnen, so daß bei Beendigung eines Tests in charakteristischer Weise Fließmittelproben herausgeführt werden können. Das Bohrloch 11 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Futter versehen, jedoch ist zu bemerken, daß bei nicht gefütterten Bohrlöchern eine Bohrlochpackuiig für offene Bohrlöcher verwendet werden kann, wie sie in der USA-Patentschrift 26 57 751 beschrieben ist wobei zusätzlich ein hierfür typisches Bypassventil verwendet wird.

Wie F i g. 1 zeigt, ist das untere Ende des Rohrstranges 16 mit dem kombinierten Werkzeug 22, welches eine Gleitverbindung und ein Sicherheitsventil aufweist verbunden, wobei das kombinierte Werkzeug 22 den Rohrstrang unten abschließt wenn infolge unglücklicher Umstände der Rohrstrang unterhalb der Bohrkopfanordriung 12 auseinanderbricht Dieses Werkzeug hat eine Sicherheitsfunktion und ist in Fig.2 im einzelnen dargestellt Wie dort gezeigt, weist es einen oberen Gleitverbindungsabschnitt 35 und einen unteren Ventilabschnitt 36 auf. Der Gleitverbindungsabschnitt 35 ist durch einen Dorn 37 gebildet, der gleitbeweglich und nicht-rotierbar in einem äußeren Gehäuse 38 angeordnet ist wobei eine Relativdrehung durch Nuten 39 und 40 verhindert wird.

Ein Ringkolben 41 auf dem Dorn 37 kann in einer ringförmigen Kammer 42 in dem Gehäuse 38 eine Hin- und Herbewegung ausführen, wobei die Wandung der Kammer einen Zylinder bildet der gegen den Dorn durch Dichtungen 43,44 und gegen den Kolben 41 durch 'ine Dichtung45 abgedichtet ist. Die Querschnittsfiäche des Kolbens 41 ist so bemessen, daß sie gleich der Fläche ist, die durch die Außenfläche d>.;s Dorns 37 an der Dichtung 43 definiert ist. Die obere Fläche 46 des Kolbens ist über Öffnungen 47 dem innerhalb des Dorns herrschenden Fließmitteldruck ausgesetzt. Die untere Fläche 48 ist dem Fließmitteldruck im Bohrloch-Ringraum über öffnungen 49 ausgesetzt Infolge dieser Anordnung ist die Gleitverbindung gegenül»er innerhalb der Verbindung auftretenden Druckänderungen unempfindlich, da eine auf den Dorn 37 infolge eines größere« Fließmitteldruckes innerhalb des Domes ausgeübte nach oben gerichtete Kraft durch eine nach unten gerichtete Kraft aufgehoben wird, die durch denselben Druck hervorgerufen wird, der auf die obere Fläche 46

des Kolbens 41 einwirkt.

Bei dem Ventilabschnitt 36 des kombinierten Werkzeuges 22 ist innerhalb eines unteren Abschnittes 51 des Gehäuses 38 eine rohrförmige Hülse 50 angeordnet, deren Außenfläche nach innen mit Abstand von der Innenwandung des unteren Abschnittes 51 angeordnet ist, so daß ein Fließmitteldurchlaß 52 mit kreisringförmigem Querschnitt entsteht. Ein Ventilschieber 53 ist gleitbeweglich passend innerhalb der Hülse 50 angeordnet und wird durch eine Spiralfeder 54 in eine obere Stellung gedrückt. In der oberen Stellung weisen der Ventilschieber 53 und die Hülse 50 seitliche Öffnungen 55 und 56 auf, die miteinander ausgerichtet sind, so daß ein Strömungsweg durch das Gehäuse und den Dorn hindurch offen ist. Der Ventilschieber 53 ist so bemessen, daß er durch eine untere Endfläche 57 des Domes 37 beaufschlagt und hierdurch in eine Stellung gebracht werden kann, daß obere und untere Dichtungen 58, 59 die Öffnungen 56 überbrücken, wodurch die Füeömitteiverbindung unterbrochen wird. Eine durchgehende Bohrung 60 der Hülse 50 wird durch einen Steckstopfen oder eine Verriegelungsanordnung geschlossen, welche ein Rohr 61 aufweist, welches mittels eines Scherringes 62 mit der Hülse verbunden ist. Das Rohr 61 weist einen nach unten gerichteten Ventilsitz 63 auf, an dem normalerweise eine federbelastete Kugel 64 anliegt, so daß ein Fließmittelfluß nach oben verhindert wird. Zum Aufheben der Verriegelung läßt man eine Stange durch den Rohrstrang herunterfallen, welcher beim Aufschlagen auf das Rohr 61 bewirkt, daß der Scherring 62 geschert wird, so daß die Verriegelung den Rührstrang 24 herunterfallen kann.

Das Sicherheitsventil des kombinierten Werkzeuges

22 wiederum ist mit einer balancierten Gleitverbindung

23 verbunden, die im einzelnen in F i g. 3 dargestellt ist Die Gleitverbindung 23 weist einen hohlen Innendorn 68 auf. der innerhalb eines Gehäuses 69 teleskopartig angeordnet ist. Das obere Ende des Domes 68 ist mittels eines Kragens 70 mit dem unteren Ende des Sicherheitsventils des Werkzeuges 22 verbunden, während das untere Ende des Gehäuses 69 mittels einer Schraube 71 mit dem Rohrstrang bzw. mit den Schwerstangen 24 verbunden ist Äußere Federn 72 am Dorn 68 stehen mit Innennuten 73 im Gehäuse 69 im Eingriff, wodurch eine Relativdrehung dieser Teile verhindert wird. Das Gehäuse 69 weist eine innere Kammer 74 mit kreisringförmigem Querschnitt auf, in der gleitbeweglich ein Ringkolben 75 auf dem Dom 68 angeordnet ist Die Kammer 74 ist durch geeignete Dichtungen 76, 77 an beiden Enden abgedichtet Der Kolben 75 ist durch eine Dichtung 78 gegen die Innenwandung der Kammer 74 abgedichtet Eine obere Fläche 79 des Kolbens 75 ist dem innerhalb der Bohrung des Domes 68 über eine oder mehrere Öffnungen 80 ausgesetzt. Eine untere Fläche 81 des Kolbens ist über Öffnungen 80 dem im Bohrloch-Ringraum herrschenden Fließmitteldruck ausgesetzt Die Querschnittsfläche des Kolbens 75 (eingeschlossen durch die Dichtungen 76 und 78) ist gleich der Querschnittsfläche des Domes 68 (begrenzt durch die Dichtung 76). Hierdurch ist die Gleitverbindung unabhängig von Druckänderungen, welche innerhalb des Domes und des Gehäuses auftreten, wie es vorstehend bereits in Verbindung mit der Kombination 22 aus Gleitverbindung und Sicherheitsventil beschrieben wurde.

Der aus den Schwerstangen 24 bestehende Rohrstrang besteht normalerweise aus einer Anzahl von Bohrrohren, welche Ende an Ende miteinander verbunden sind. Die Gesamtlänge des Stranges wird so gewählt, daß er ein bestimmtes Gewicht hat, welches aus noch zu beschreibenden Gründen notwendig ist. Das untere Ende des Rohrstranges 24 kann mit den

', konventionellen Umsteuerventilen 25 und 26 verbunden sein. Das obere Ventil 25 kann eine seitliche, durch einen Stopfen verschlossene Öffnung aufweisen, wobei der Stopfen durch einen Druck gelöst werden kann, der auf die Innenseite des Rohrstranges aufgegeben wird, so

in daß durch eine Druckbeaufschlagung des Ringraumes die Strömung umgekehrt werden kann. Das untere Umsteuerventil 26 kann von der in der USA-Patentschrift 26 61802 beschriebenen Art sein, wobei das Ventil durch eine Drehung des Rohrstranges betätigt

ι ■; wird, so daß es Öffnungen öffnet und es ermöglicht, daß die Fließmittelausbringung zur Oberfläche umgesteuert wird.

Das untere Ende des Umsteuerventiles 26 ist mit dem oberen Ende der Testventilanordnung 27 verbunden.

Die Test ventilanordnung 27, die in den F i g. 4A und 4 B dargestellt ist, besteht aus einem Steuer- und Indexabschnitt 85, einem Verzögerungsabschnitt 86 und einem Testventil- und Probenkammer-Abschnitt 87. Der Steuer- und Indexabschnitt, der Verzögerungsabschnitt

2·-, und der Testventil- und Probenkammerabschnitt sind im wesentlichen im einzelnen in der USA-Patentschrift 33 08 887 beschrieben und weisen grundsätzlich einen Dorn 90 auf, der innerhalb eines Gehäuses 91 zwischen einer ausgestreckten und einer zurückgezogenen

jo Stellung gleitbeweglich angeordnet ist. Eine an dem Gehäuse 91 befestigte Index- oder Schalthülse 92 ist drehbar bezüglich des Gehäuses 91 und des Domes 90 angeordnet und trägt einen Index- oder Schaltstift 93, der einem Steuernutsystem 94 folgt, welches in

3i Abwicklung in Fig.4C dargestellt ist. Der Dorn 90 weist Federn 95 auf, die in Nuten 96 des Gehäuses 91 laufen und eine Relativdrehung verhindern, so daß bei der nacheinander erfolgten Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Domes die Hülse 92 infolge des Eingriffes zwischen dem Index- oder Schaltstift 93 innerhalb des Nutsystems 94 rotiert. Der Dom 90 weist Vorsprünge 98 auf, die nur in bestimmten, relativen Drehstellungen mit nach innen gerichteten Vorsprüngen 97 der Hülse 92 in Eingriff kommen können. In allen anderen Relativstel-

lungen gehen die Vorsprünge 98 durch die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 97 hindurch, so daß die Vorsprünge innerhalb der Hülse nach unten passieren. Bei Einlaufstellung des Testers befindet sich der Stift 93 in einer in Fig.AC gezeigten Tasche A, während der

so Dom 90 relativ zum Gehäuse 91 ausgezogen ist Wie im folgenden beschrieben, wird der Dom 90 zum öffnen des Testventiles innerhalb des Gehäuses bis zum unteren Ende seiner Bewegungsbahn abgesenkt, wo der Stift 93 sich in einer Tasche B befindet Während dieser relativen Längsbewegung laufen die Vorsprunge 98 des Domes an den Vorsprüngen 97 vorbei Zum Schließen des Testventiles wird der Dom 90 angehoben, wobei die Vorspränge 98 wiederum die Vorsprünge 97 passieren, so daß der Dorn sich bis zum oberen Ende seiner Bahn bewegt Der Stift 93 nimmt dann die Stellung C ein. Der Dom 90 wird erneut abgesenkt Da sich diesmal jedoch der Stift 93 in die Stellung D bewegt, kommen die Vorsprünge 98 mit den Vorsprüngen 97 in Eingriff und begrenzen die Abwärtsbewegung. Das Ventil ist noch

es geschlossen. Auf das Gehäuse 91 und infolgedessen auf die darunter angeordneten Werkzeuge kann ein Gewicht aufgegeben werden. Das Ende der Abwärtsbewegung des Domes 90 ist dann erreicht, wenn eine

Schulter 99 mit dem oberen Ende des Gehäuses 91 in Eingriff kommt. Die Abwärtsbewegung wird dadurch begrenzt, daß die Vorsprünge 98 mit einer nach unten weisenden Schulter 100 am Gehäuse in Eingriff kommen.

Der Verzögerungsabschnitt 86 weist eine Zumeßhülse 103 auf, die durch eine Feder 105 nach oben gegen eine 'schulter 104 am Dorn 90 gedrückt wird. Die Zumeßfiülse 103 ist so bemessen, daß zwischen ihrer Außenfläche und einer Innenwandung 106 des Gehäuse«; 91 ein kleiner Zwischenraum freibleibt. Die Hülse weist weiterhin an ihrer inneren Unifangswandung Nuten 107 oder dergleichen auf, so daß Fließmitteldurchlässe gebildet sind. Die obere Endfläche der Zumeßhülse 103 liegt bei einer Abwärtsbewegung des Dornes 90 an der Schulter 104 an, so daß Hydraulikfluid, welches oberhalb und unterhalb der Hülse in einer abgedichteten Kammer 108 enthalten ist. von einer S'.eüe unterhalb der Hülse an eine Stelle oberhalb der Hülse mit dosierter Geschwindihgkeit fließen muß, wobei die Abwärtsbewegung verlangsamt oder gedämpft wird. Der Dorn 90 kann jedoch frei nach oben bewegt werden, da das Fließmittel die Hülse 103 nach unten und von der Schulter 104 weg drückt, wobei Fließmittel durch die Nuten 107 von einer oberhalb der Hülse gelegenen Stelle an eine unterhalb der Hülse gelegenen Stelle im Bypass fließen kann. Eine Wandfläche 109 im unteren Abschnitt der Kammer 108 kann im Durchmesser vergrößert werden, so daß die Zumeßwirkung der Zumeßhülse 103 nachläßt, wenn der Dor ι 90 den unteren Endabschnitt seines Weges erreicht.

Der Testventil- und Probenkammer-Abschnitt 87 weist obere und untere Ventildichtungen 112, 113 auf, welche mit mit Abstand angeordneten Ventilsitzen 114, 115 in Eingriff kommen, wenn der Dorn ausgestreckt oder teilweise eingezogen wird. Die Ventildichtungen liegen nicht an den Ventilsitzen an, wenn der Dorn innerhalb des Gehäuses 91 vollständig teleskopartig ausgezogen wird. Ein Ringraum 116 bildet zwischen den Ventilsitzen 114 und 115 eine Durchfluß-Probenkammer, in welcher — wenn der Dorn 90 sich in seiner untersten Stellung befindet — Fließmittel von Öffnungen 117 unterhalb einer Sperre 118 nach oben durch den Ringraum 116 und durch Öffnungen 119 oberhalb der Sperre in die Bohrung des Dornes 90 fließen können. Wenn jedoch der Dorn 90 nach oben bewegt wird, gelangen die Dichtungen 112, 113 an den Ventilsitzen 114, 115 gleichzeitig zur Anlage, so daß eine Fließmittelprobe in der Kammer 116 eingeschlossen wird. Es ist zu bemerken, daß das Ventil nur dann geöffnet ist, wenn der Dorn 90 innerhalb des Gehäuses 91 vollkommen teleskopisch aufgezogen ist Wenn der Dorn sich jedoch in den den Stellungen C und D von F i g. 4C entsprechenden Positionen befindet, wird das Ventil geschlossen, um die Formationen abzuschließen.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale der Testeranordnung sind im einzelnen in der USA-Patentschrift 33 08 887 beschrieben und bilden keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie wird aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie nachstehend erläutert, verbessert In F i g. 4B weist eine Verlängerung 125 des Domes 90 einen Ringkolben 126 auf, dessen obere Fläche dem innerhalb der Dornbohrung herrschenden Fließmitteldruck über Öffnungen 127 ausgesetzt ist Ein Abschnitt 128 des Gehäuses 91 bildet einen Zylinder mit einem nach innen vorspringenden Flansch 129, der gegen die Verlängerung 125 des Dornes durch eine

Dichtung 130 abgedichtet ist. Eine Zylinderwandung 131 ist gegen den Kolben 126 durch eine Dichtung 132 abgedichtet. Die untere Fläche des Kolbens 126 ist dem in dem Ringraum herrschenden Fließmitteldruck über Öffnungen 133 ausgesetzt. Die Querschnittsfläche des Kolbens 126 ist gleich der querliegenden Fläche, die durch die äußere Umfangsfläche des Dornes 90 umschlossen ist. Dementsprechend werden Kräfte, welche durch Fließmitteldrücke unterhalb und innerhalb des Dornes 90 erzeugt werden und diesen anzuheben trachten, durch denselben Druck ausgeglichen, der nach unten auf den Kolben 126 einwirkt. Die Anordnung hat de'n Zweck, den Einfluß von Schwankungen des Fließmitteldruckes auszuschließen, welche während einer Bohrlochprüfling auftreten, um so zu verhindern, daß sie die longitudinalen Relativstellungen des Dornes 90 und des Gehäuses 91 beeinflussen. Hierdurch sollen Änderungen der Freipunktanzeigen an der Oberfläche, die auf dcFdiiigc Diückäiiuciuiigen iurüi/k^uiÜMreii sind, eliminiert werden.

Eine weitere Verlängerung 140 des Dornes 90 weist einen Ringkolben 141 auf, der innerhalb eines Zylinderabschnittes 142 des Gehäuses 91 abgedichtet ist und zusammen mit einer nach innen weisenden Schulter 143 oberhalb des Kolbens 141 eine Luftkammer 144 umschließt. Die untere Fläche des Kolbens 141 ist dem hydrostatischen Fließmitteldruck in dem Ringraum durch Öffnungen 145 ausgesetzt. Naturgemäß ist die obere Fläche der Schulter 143 denselben Drücken ausgesetzt. Eine Dichtung 146 verhindert das Hindurchtreten von Fließmittel zwischen dem unteren Ende des Dornes 90 und dem Gehäuse 91, während eine Dichtung 147 einen Fließmittelaustritt in die Luftkammer 144 verhindert. Diese Anordnung hat den Zweck, eine Federkraft zu schaffen, welche ein Anheben des Dornes 90 unterstützt, wenn dieser einmal abgesenkt worden ist. Beim Absenken wirkt auf den Dorn 90 in Aufwärtsrichtung eine Kraft, welche auf die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck der Bohrflüssigkeit im Ringraum und dem geringeren Druck in der Kammer 144 zurückzuführen ist. Weiterhin wirkt eine gleich große Kraft nach unten auf die Schulter 143 und wird durch das Gehäuse 91 auf die darunter befindlichen Werkzeuge übertragen, wodurch die Packung in Stellung gehalten und der Packungs-Bypass geschlossen wird. Die Feder- oder Spannkraft stellt sicher, daß der Dorn 90 sich während einer Abfolge von Testwerkzeugmanipulationen nach oben bewegt, unabhängig von der Bewegung anderer Gleitverbindungen im System.

Das untere Ende des Gehäuses 91 wird durch ein Gewinde 150 mit dem inneren Dorn der unteren, balancierten Gleitverbindung 29 verbunden, welche von identischer Konstruktion ist wie die Gleitverbindung 23, die vorstehend in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wurde. Die untere Gleitverbindung 23 bewirkt, daß Bewegungen, die auf die Betätigung der Testanordnung 27 zurückzuführen sind, die Bohriochpackung 28 nicht beeinträchtigen. Außerdem schafft die Relativbewegung in der Gleitverbindung 23 einen klar erkennbaren »Freipunkt« an der Oberfläche als Anzeige für die Arbeitsstellung der Werkzeuge, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird.

Die Packung 28 kann eine gewichtsbelastete Bohriochpackung beliebiger Art sein, welche Schieber zur Verankerung gegen eine Bewegung sowie ein inneres Bypassventil zum Ausgleich der Drücke nach Beendigung des Testes aufweist Die Einzelheiten derartiger Packungen sind dem Fachmann bekannt; ein Beispiel für

eine derartige Packung ist in der USA-Patentschrift 33 99 729 beschrieben. Im Prinzip weist die Packung einen inneren Dorn auf, der teleskopisch in einem Außengehäuse angeordnet ist, welches expandierbare Packelemente und einen Expander aufweist. An dem Dorn ist ein Hemmzeug mit Reibungsblöcken befestigt, welche reibend mit dem Bohrlochfutter in Eingriff stehen. Das Hemmzeug weist Schieber auf, die normalerweise zurückgezogen sind. Ein Stift des Hemmzeuges lauft in einem Jay-Schlitz auf dem Dorn und dient dazu, die Packungsteile entweder in Lauf oder Rückzugstellungen eu verriegeln oder aber die Teile so zu lassen, so daß die Schieber durch den Expander nach außen geschoben werden können, wobei sie mit dem Bonrlochfutter in Eingriff kommen, so daß die Packung in Dichtungsberührung mit dem Futter expandiert werden kann.

Seitlich mit Abstand vom Dorn ist eine Hülse angeordnet, welche die Packungselemente trägt. Diese schafft einen Fließmittel-Bypass zwischen Stellen, die mit dem Bohrloch oberhalb und unterhalb der Packungselemente in Verbindung stehen. Der Bypass wird geschlossen, indem der Dorn nach unten bewegt wird, bis ein Ventilkopf den Ventilsitz abdichtet.

Bei der Betätigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung· wird der vorstehend beschriebene Werkzeug-Strang durch den Bohrkopf in das Bohrloch abgesenkt. Die Packung 98 wird in vorbestimmter Tiefe angeordnet. Die Testventilanordnung 27 wird geschlossen. Die Rohrstränge 16 und 24 enthalten entweder kein Fließmittel, oder aber ein Wasserpolster kann in dem Schwerstangenstrang 24 oberhalb des Testers angeordnet werden. (Der Rohrstrang 16 umfaßt in der vorstehenden Beschreibung im übrigen auch den Schwerstangenstrang 24.) In jedem Fall weist die Rohrbohrung bezüglich des Fließmitteldrucks in der zu untersuchenden Formation einen Bereich mit niedrigem Druck auf. Die Packung 28 wird so gesetzt, daß sie die Testzone isoliert. Dies erfolgt durch geeignete Manipulationen der Rohrstränge 16 und 24 — im folgenden wird auch die Schwerstangenfolge 24 als Rohrstrang bezeichnet, der nicht Teil des Rohrstranges 16 ist — woraufhin der Rohrstrang abgesenkt wird, um auf die Packung ein Gewicht auszuüben. Die Schieber werden durch einen Expanderkonus nach außen geschoben, wobei das Gewicht des Rohrstranges auf die Packungselemente eine Druckkraft ausübt. Diese dehnen sich hierdurch aus und liegen dichtend an der Bohrlochwandung an. Die Auflagefläche 20 wird geeignet in dem Rohrstrang 16 angeordnet, wobei die Gesamtlänge des Rohrstranges und der im Bohrloch befindlichen Ausrüstung und die Relativbewegung der Gleitverbindungen 23 und 29 berücksichtigt werden. Diese Anordnung geschieht derart, daß die dem Kombinationswerkzeug 22 zugeordnete Gleitverbindung gespannt ist, wenn die Auflagefläche anliegt und der obere Strang 16 von dem Bohrkopf 12 herunterhängt, wobei jedoch beiden kompensierende Gleitverbindungen 23 und 29 vollständig geschlossen sind. Wenn die Gleitverbindungen geschlossen sind, liegt das gesamte Gewicht des Schwerstangenstranges 24 auf dem Tester 27 und auf der Packung 28. Das Gewicht ist ausreichend, um die Packung 28 in der vorstehend beschriebenen Weise zu setzen, so daß die zu untersuchende Zone abgeschlossen wird. Gleichzeitig wird der Dorn 90 des Testers innerhalb des Gehäuses 91 nach unten gedrückt. Durch die Dämpfimgswirkung der Zumeßhülse 103 innerhalb der Testventilanordnung 27 ist et- gewährtet-

stet, daß die Packung 28 gesetzt und der entsprechende Bypass geschlossen wird, ehe die Öffnungen 119 dem Fließmittelf!,iß geöffnet werden können.

Wenn der Dorn 90 der Testvorrichtung das Ende seiner abw^rtsgerichteten Bewegung erreicht (Index stift 93 am Punkt »B« in Fig.4C), kommen die Ventildichtungen 112 und 113 außer Anlage mit den Ventilsitzen 114, 115, wodurch der Bereich niedrigen Druckes innerhalb des Bohrstranges 24 mit der Bohrlochzone unterhalb der Packung 28 verbunden wird. Wenn die den Futterperforierungen (nicht gezeigt) benachbarten Formationen hierzu in der Lage sind, erzeugen sie Fließmittel, welches in den Schwerstangen-Rohrstrang 24 hineinfließt.

Die Auftriebskraft, welche gleich dem hydrostatischen Druck mal dem Dichtungsdurchmesser des Domes 90 ist, geht abrupt verloren. Diese Kraft wird jedoch sofort durch eine gleich große Kraft ersetzt, die auf den Ringkolben 126 ein« irkt. der eine hydraulische Balance gewährleistet.

Das iestventi! wird dir eine Zeitspanne offen gelassen, welche ausreicht, den Druck vollständig auszugleichen. Dann wird das Ventil geschlossen, uir eine Aufzeichnung der Druckaiifbaii-Daten zu ermoeii chen. Das Ventil wird geschlossen, indem die Rotirstr änge 16 und 24 zuerst angehoben und dann abgesenkt werden. Wenn der Rohrstrang angehoben wird, zeigt das An/eigeinstriiment für das Gestellgewicht eine erste Freipunktanzeige, wenn die Gleitverbindung 23 sich ausdehnt. Dann steigen die Gewichtswerte weiter an. Eine zweite Freipunktanzeige erscheint, wenn der Dun 90 des Testers innerhalb des Gehäuses 91 angehohen wird. In jedem Fall erscheint jedoch eine ausgeprägte Freipunktanzeige, wenn die untere Gleitvorbindung 24 sich ausdehnt. Wenigstens dann, wenn die zuIl-i. : genannte Freipunktanzeige erscheint, kann die bedienungsperson sofort die Bremse lösen und den Rohrstrang erneut absenken. Wenn die Fläche 20 wiederum im Bohrkopf 12 aufliegt, werden die Gleitverbindungen 23 und 29 erneut geschlossen, so daß das Gewicht der Schwerstangen 24 auf den darunter befindlichen Werkzeugen liegt. Wenn der Dorn 90 sich ein zweites Mal nach unten bewegt, kommen die Vorsprünge 97 an der Index- oder Schalthulse 92 mit den Vorsprüngen 98 am Dorn 90 in Eingriff und halten den Dorn kurz vor der offenen Stellung an. entsprechend Position »D« in Fig. 4C. Der Tester 27 ist nun abgeschlossen und befindet sich für eine gewünschte Zeit in einer Stellung, in der er Druckaufbau-Daten aufnehmen kann Während dieser Zeit bleibt das Gewicht des Schwerstangen-Rohrstranges 24 weiterhin auf den Werkzeugen, um sicherzustellen, daß die Packung 28 gesetzt bleibt. Weitere Fließ- und Abschlußperioden können in gewünschter Anzahl durch die zur Probenahme geeigneten Manipulationen des Rohrstranges erzeugt werden. Der Dorn 90 des Testers wird jedesmal innerhalb des Gehäuses 91 nach unten bewegt. Der hydrostatische Druck der Fließmittel im Ringraum wirkt nach oben auf die untere Fläche des Spannringkolbens 141 ein und erzeugt eine nach oben gerichtete Kraft auf den Dorn 90, welche die Tendenz hat, den Dorn in seine obere Stellung zurückzubringen. Diese Kraft bewirkt, daß der Dorn 90 sich bei einem zur zyklischen Bewegung des Testers 27 dienenden Anheben der Rohrstränge 16 und 24 an der Plattform 10 nach oben bewegt, ehe der Freipunkt der unteren, kompensierenden Gleitverbindung 29 an der Oberfläche angezeigt wird. Hierdurch ist es sichergestellt daß

d.r Teste· unabhängig von einer Freipunktanzeige für den Tester 27 richtig arbeitet.

Da die Testventilanordnung oder der Tester 27 und die Gkitverbindungen 23 und 29 gegenüber Druckänderungen, die innerhalb dieser Werkzeuge während eines Bohrlochtests auftreten, balanciert sind, müssen die verschiedenen Freipunkte während einer sich wiederholenden Abfolge von Operationen im wesentlichen dieselben bleiben.

Zur Beendigung des Tests werden die Rohrstränge 16 und 24 an der Plattform 10 angehoben. Das Anheben wird fortgesetzt, nachdem die Bedienungsperson den Freipunkt für die untere Gleitverbindung 29 gesehen hat. Wenn der Dorn der Packung 28 nach oben gezogen wird, wird der Bypass geöffnet, so daß die Fließmitteldrücke an den einander gegenüberliegenden Seiten der Packung ausgeglichen werden Da die an den Enden auf die Packlingselemente einwirkende Druckkraft gelok-

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kert wird, ziehen sich diese zurück. Die Schieber werden von der Bohrlochwandung fortbewegt, woraufhin der gesamte Werkzeugstrang an die Oberfläche ausgebracht werden kann.

Wenn der Rohrstrang 16 aus irgendeinem Grunde unterhalb der Bohrkopfanordnung 12 abgetrennt wird, fällt der untere Teil des gebrochenen Rohrstranges herunter und bewirkt, daß der Gleitverbindungsabschnitt 35 des Werkzeuges 22 sich schließt. Da der Dorn 37 sich innerhalb des Gehäuses 38 vollständig teleskopartig bewegt, kommt das untere Ende des Domes mit dem Ventilschieber 53 in Eingriff und schiebt diesen nach unten, so daß die Öffnungen 56 abgedeckt werden. Der Ventilschieber 53 bewirk! zusammen mit dem nach oben abschließenden Kugel ventil 64 ein Abfließen der Rohrstränge und damit des Bohrloches.

Ci/u ί Dian z-eiciuiungei;

Claims (4)

Patentansprüche;

1. In einen Rohrstrang einkuppelbares Bohrlochprüfgerät für den Durchfluß von Formationsfluiden, mit einem innerhalb eines Gehäuses auf- und abbeweglichen Dorn, der gemeinsam mit dem Gehäuse einen sich durch das Prüfgerät erstreckenden Fluiddurch tritt begrenzt, welcher mindestens zu einem Teil axial durch den Dorn verläuft, mit einer ι ο an Dorn und Gehäuse vorgesehenen Ventilanordnung zum öffnen bzw. Verschließen des Durchtritts für die Fluidströmung in im Längsabstand liegenden Relativpositionen von Dorn und Gehäuse, und mit einer Dichtungsanordnung zum Unterbinden des Leckens von Fluid zwischen dem Gehäuse und dem den Fluiddurchtritt enthaltenen Dornabschnitt, gekennzeichnet durch einen auf dem Dom (37) angeordneten und in einem im Gehäuse (38) vorgesehenen Zylinder abdichtend gleitbeweglichen Ringkoiben (41), dessen Querschnittsfläche im wesentlichen gleich der von der Dichtungsanordnung (43) umschlossenen Querschnittsfläche ist und dessen obere Fläche dem Druck der Formationsfluide im axialen Fluiddurchtritt des Doms (37) sowie dessen untere Fläche dem der Fluide in dem das Prüfgerät umgebenden Bohrlochringraum aussetzbar sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddurchtritt zu einem Teil von oberen und unteren Bohrungen (47, 49) in dem Dom gebildei wird, welche sich oberhalb bzw. unterhalb eines zwischen den Dornenden vorgesehenen Querbarriereabschnitts erstrecken, sowie zu einem anderen Teil von eirrem Strömungspfad gebildet wird, der außerhalb des Lorns zwischen Punkten oberhalb und unterhalb (129) des Sperrabschnitts verläuft, daß die Ventilanordnung (86) an Dorn (90) und Gehäuse (91) vorgesehene Elemente (94, 95) zum Offnen bzw. Schließen des letztdefinierten Durchtrittsteils umfaßt, und daß der Ringkolben (126) unterhalb des Sperrabschnitts angeordnet ist, derart, daß der Raum oberhalb des Ringkolb<?ns in allen Relativlagen von Dorn und Gehäuse über die untere Bohrung unter dem Druck im Dorn steht

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder eine kreisringförmige Kammer (42) umschließt, die zwischen mit Abstand angeordneten Schultern des Gehäuses (37) liegt, die bezüglich Abschnitten mit gleichem so Durchmesser des Dorns (37) abgedichtet sind.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zweiten Kolben (141) auf dem Dorn (90), der gleitbeweglich in einem zweiten Zylinder (142) in dem Gehäuse (91) angeordnet ist und eine oberhalb des zweiten Kolbens (141) eingeschlossene Kammer (144) mit niedrigem Druck, wobei die untere Fläche des Kolbens (141) dem hydrostatischen Fluiddruck im Bohrloch ausgesetzt und eine nach oben gerichtete Spannkraft auf den Dorn (90) ausübbar ist.