DE2145474C - Verfahren zum Untersuchen einer Erdformation mittels eines diese durchsetzenden Bohrlochs und Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen einer Erclformation mittels eines diese durchsetzenden Bohrloches und einer darin verlegten Rohrleitung und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem solchen Verfahren ist es bekannt, die in dem Bohrloch verlegte Rohrleitung gegen die Bohr-

cichwandung durch eine selektiv beiiitigbare Packung ibzudichten, die das Innere der Rohrleitung mit der information verbindet, wobei diese sowie das Innere ler Rohrleitung gegen einen über der Packung bemdlichen und die Rohrleitung umgebenden Ring-■aum abgetrennt sind. Durch drehende, hin- und hergehende oder kombinierte Bewegungen der Rohrleitung oder durch Verwendung von besonderen Beiätigungsgeräten wird eine Foige von Untersuchungsvorgängen durchgeführt, die mit einem häufigen Öffnen und Schließen eines Ventils in der Rohrleitung verbunden sind, wobei der Druck der durch die Rohileiti. l strömenden, flüssigen oder gasförmigen Lagerstätic.iprobe gemessen wird. Wenn das Innere der Rohrleitung geschlossen wird, wird dieser Druck unter dem geschlossenen Teil der Rohrleitung als »Schließdruck« und bei geöffneter Rohrleitung als »Fließdruck« gemessen.

in Verbindung mit derartigen Diuckmessungen ist es üblich, die durch die Rohrleitung strömende Lagerstättenprobt mittels einer Kammer zu entnehmen, nach deren Schließen die entnommene Ρτο^ e mittels der Rohrleitung durch das Bohrloch einer Arbeitsstelle zugeführt wird, wo die Probe untersucht oder zu einer Untersuchungsstation gebracht wird.

Die Probeentnahme und Druckmessung erfordern gewöhnlich Manipulationen an der Rohrleitung und, oder die Verwendung eines besonderen Betätigungsgerätes. Infolge dieser Manipulationen ergeben sich bei der Untersuchung und Probeentnahme auch in Verbindung mit den auf trockenem Land üblichen Vorgängen erhebliche Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten.

Man hat zwar versucht, Prüfgeräte zu schaffen, deren Betätigung : uf ein Mindestmaß verringert wird. Jedoch haben diese Versuche bisher kein befriedigendes Ergebnis gezeitigt.

Die in den letzten Jahren vielfach von einer von Land entfernten Arbeitsstelle, insbesondere auf dem Meer (off-shore) durchgeführte Erdölgewinnung ist mit noch größeren Schwierigkeiten und Unjrenauigkeiten bei der Formationsuntersuchung verbunden. Außer den üblichen hierbei auftretenden Problemen ergeben sich bei diesem »Offshore-Betrieb« zusätzliche Schwierigkeiten wegen der durch den Seegang verursachten Bewegung der schwimmenden Bohrstellen, von denen aus die Untersuchungen durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Untersuchen einer öl oder Gas enthaltenden Erdformation mittels eines diese durchsetzenden Bohrloches und einer darin verlegten Rohrleitung Manipulationen an der Rohrleitung zu vermeiden oder weitgehend zu verringern und während der Untersuchung ein Höchstmaß an Genauigkeit und Sicherheit zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird beim Untersuchen der Erdformation in der Weise verfahren, daß ein Hilfsmedium in das Bohrloch eingeführt und unter Abtrennung von Rohrleitung und Erdformation in der Nähe der Formation unter Druck gesetzt wird, wobei ein von der Formation durch die Rohrleitung in das Bohrloch führender Strömungsweg abgesperrt und der Druck des Hilfsmediums unter Abtrennung von der Formalion verändert wird und nach der durch diese Druckänderung bedingten Einleitung einer Lagerstättenprobe in r'ie Rohrleitung der Druck des Hilfsmediums unter Abtrennung von der Erdfornintion weiter verändert und dabei die Lagerstättenprobe in der Rohrleitung aufgefangen wird.

Die Lagerstättenprobe kann aus einer Flüssigkeit, z. B. Erdöl, aber auch aus einem Gas, z. B. Erdgas, bestehen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zur Durchführung der Untersuchung von einer von Land entfernten Arbeitsstelle aus das in das überflutete Bohrloch eingeführte Hilfsmedium auf einem ίο geringen Druck gehalten, der nach dem Absperren des Strömungsweges vergrößert wird und nach der durch diese Druckerhöhung bedingten Einteilung der Lagerstättenprobe in die Rohrleitung durch Verringerung des Druckes des Hilfsmediums die Lagerst'fittenprobe in der Rohrleitung aufgefangen wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung Einzelheiten und besondere Ausgestaltungen einer im Bohrloch abgesenkten Untersuchungs- oder Prüfvorrichtung, wie z. B. in Abhängigkeit von den Druckäiiderungen des Hilfrmediums wirkende, auslösbare Steuer- und Bremseinrichtungen. So können ,lehnbare und zusammenziehbare Kupplungselemeiiie mit Druck- und Volumenausgleich zur Verhinderung einer Übertragung der durch den Seegang verursachten Kräfte auf eine schwimmende Arbeitsstation verwendet werden, in der die Untersuchungen an* der mit einer Probeaufnahmekammer und entsprechenden Ventilen versehenen Rohrleitung durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann ein oberer Teil der Rohrleitung in dem überfluteten Bohrloch abgestützt werden, während die schwimmende Untersuchungsstation in Längsrichtung der Rohrleitung frei auf und ab beweglich ist. >:

Zum Abführen des in der Rohrleitung unterhalb der Probenkammer auftretenden Druckes kann eine automatische Entlüftungseinrichtung Anwendung finden, mit der beim Anheben der Rohrleitung nach Beendigung einer Unteisuchung eine Fntlüftung selbsttätig durchgeführt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Steuervorrichtung mit einem DifFerentialkolben ausgerüstet, auf den ein in der Rohrleitung enthaltenes Druckmittel und der Druck in dem Ringraum des Bohrloches gleichzeitig einwirken, und der durch wahlweise Änderungen des Druckes im Ringraum betätigt wird und die Ventile und Probeentnahmekammer der im Bohrloch befindlichen stationären Prüfvorrichtung steuert.

Die Eifindung soll im einzelnen an Hand der Zeichnungen erläutert werden, in denen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erf itdungsgemäßen Verfah.sns veranschaulicht ist. Es zeigt

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung die Ansicht und den teilweisen Längsschnitt einer schwimmenden Untersuchungsstelle mit überflutetem Bohrloch,

Fig. Ia den teilweisen Längsschnitt einer Einzelheit der F i g. I in größerem Maßstab,

F i g. 2 a den Längsschnitt einer mit Ventilen und einer Formations-Probenauffnahmeeinnchtung versehenen Untersuchungsvorrichtung der Anlage gemäß Fig. 1 in geschlossener Stellung der Ventile,

Fig. 2b die Darstellung der Fig. 2a in olTenci Stellung,

Fig. 2c die Darstellung der Fig. 2a in geschlos sener Stellung während der Aufnahme einer Forma lionsptobe,

Fig. 3a bis 3g in ihrer Aneinanderreihung an dei

5 ^Λ 6

Trennlinien a-a bis /-/ im vergrößerten Maßslab einen mcnden Bohrslation 1 befindlichen Schlammpump

vertikalen Längsschnitt der rechten Hälfte der Unter- 15 angeschlossen, die den in dem Ringraum Ii

suchungsvorrichtunggemäß den Fig. 2abis 2c, unterhalb des Bohrlochkopfes7 befindlichen Bohr

F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der schlamm unter Druck setzt.

Fig. 3c, 5 Die Prüfleitung 10 enthält die folgenden Teile ii

Fig. 5 eine Modifikation der Fig. 3a bis 3g mit lotrechter Folge:

einer Dämpfungseinrichtung und RczugsziiTc

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der oberer Leitungsstrang, der zur schwimmenden

Fig. 5. Bohrstation 1 führt und aus miteinander

Gemäß Fig. 1 ist eine schwimmende Bohr- und io verschraubten Rohrschüssen besteht 17

Untersuchungsstation 1 über einer überfluteten Bohr- hydraulisch betriebene Meßwelle 18

stcl!c 2 verankert oder sonstwie befestigt. Von der _{mjlt|crcr Leitun teil} ,₉

Bohrsteile 2 ist ein Bohrloch 3 niedergebracht, das in _^ . ^p

üblicher Weise mit einem Futterrohr 4 ausgekleidet Drehmoment übertragende Schleifkupplung

ist und eine Formation S durchsetzt, deren Produk- 15 ^{nllt Druck}" ^und Volumenausglcich 20

tivität untersucht werden soll. An der Durchgangs- Zwisclienleitungsteil mit einem Gewicht zum

stelle 3a des Bohrlochs 3 durch die Formation S sind ^Selzen einer Packung im unteren Rohrstrang 21

in üblicher Weise Durchbrechungen angebracht, die Strömungsventil 22

zwischen der Formation 5 und dem Ringraum 6 des Zwischenleitungsteil 23

Bohrlochs 3 eine Flüssigkeitsverbindung herstellen ao _{oberer Druckmesser und Gehäuse ?4}

Auf dem überfluteten Schlammgrund ist ein Bohr- ⁶ "*

lochkopf 7 mit einem Gasausbrüche verhindernden ^Pruf' ^und Vcntilcinnchtung 25

Preventer Ta bekannter Art vorgesehen. Der Bohr- unterer Druckmesser und Gehäuse ... Λ 26

lochkopf 7 kann auch mit einer üblichen überfluteten Packungsvorrichtung 27

Abschlußeinrichtung versehen sein und ist mit der «5 perforiertes Fußstück zur Verbindung zwi-

schwimmenden Arbeitsstation 1 durch eine Meeres- _schen Prüfleitung 10 und Formation S ... 28 leitung 8 verbunden, die seitlich auf dem Deck 9 der

schwimmenden Station 1 abgestützt und mit ihrem Wie in F1 g. 1 gezeigt, ist bei der in Stellung geoberen Ende durch eine kardanische Verbindung ver- brachten Prüfleitung 10 die Packung 27 expandieii schiebbar am Deck 9 geführt sein kann. Eine der- 30 und dichtet die Prüfleitung 10 gegen das Futterrohr 4 artige an sich bekannte Anordnung ermöglicht eine des Bohrlochs ab. Diese Packungnorrichlung wird seitliche Ahsiiii7img der Leitung 8 und läßt vertikale durch drehende und üneüic Bewegungen der Prüf-Bewegungen der schwimmenden Station 1 infolge des leitung 10 betätigt, die dadurch das Gewicht des Lei-Seeganges zu, zu dessen Ausgleich auch verschieb- tungsteils 21 auf die Packungsvorrichtung überträgt, bare Leitungsverbindungen verwendet werden können. 35 Ein solches Gewicht ist in einer Prüfleitung dieser Art

Von der Arbeitsstätten 1 aus wird in das Bohr- wegen der dehnbaren und zusammenziehbaren Ausloch 2 eine Prüfleitung 10 mittels einer üblichen bildung der das Drehmoment übertragenden telesko-Hebevorrichtung 11 abgesenkt, die von einem Bohr- pischen Schleifkupplung 20 wünschenswert. Durch gerüst 12a aus betrieben wird, wie in Fig. 1 gezeigt das unterhalb dieser Kupplung 20 befindliche Geist. Am oberen Ende der Prüfleitung 10 können die 40 wicht der Prüfleitung 10 wird ihre Abwärts- oder üblichen Steuerköpfe, Verteiler und Drehgelenke vor- Abwärtsbewegung während des Einbaus auf die Begesehcn sein, um eine Flüssigkeitsströmung durch die tätigungselemcnte der Packungsvorrichtung 27 über-Prüfleitung 10 und deren Verdrchbarkeit zu ermög- tragen,
liehen. Nach dem Beginn des Einsetzens der Packung 27

Mit dieser Hebevorrichtung und den üblichen 45 wird die Schleifkupplung 20 teilweise zusammcngc-

Drehtisch-Verschiebekupplungen können die einzel- zogen, wobei das Gewicht der oberen Teile 17 und 18

nen Rohrschüsse der Prüfleitung 10 miteinander ver- der Prüfleitung 10 durch die geschlossenen Stößel des

schraubt und die Prüfleitung 10 durch die Meeres- Preventers 7a im Bohrlochkopf 7 aufgenommen wird,

leitung8 und das Futterrohr 4 in die in Tig. 1 ge- so daß sich die schwimmende Bohrstelle 1 gegen d*i

zeichnete Stellung abgesenkt werden. 5° obere Finde der Meßleitung 10 frei auf und ab be-

Aus F i g. 1 a ist ersichtlich, daß die Prüfleitung 10 wegen kann.

verschiebbar in einem Bohrlochabschluß 12 abge- Während des Einsetzens der Packung verhindert

dichtet ist, der aus einer auf einem Bohrlochdeckel 13 die Schleifkupplung 20 eine Übertragung der vom

befestigten Dichtung besteht und eine ringförmige Seegang hervorgerufenen Kräfte durch den oberen

Abschlußwand für das obere Ende der Meeres- 55 Teil der Prüfleitung 10 zu der Packung 27. Die

leitung 8 bildet. Die Teile 12 und 13 dichten gemein- Schlcifkupplung 20 ermöglicht nach dem Einsetzen

sam das obere Ende der Meeresleitung 8 gegen die der Packung auch ein gewisses Spiel der Abwärlsbe-

Prüfleitung 10 ab. wegung des oberen Teiles der Prüfleitung, weiche

Eine Zuführungsleitung 14 für ein unter Druck Bewegung notwendig ist, um die Stößel im Bohrlochstehendes Hilfsmedium, beispielsweise eine übliche, 60 kopf 7 in ihre Abschlußstellung zu bringen, durch ein Sicherheitsventil gesteuerte Schlamm- oder Da die Schleifkupplung 20 das obere Ende der Löschleitung, führt von der Arbeitsstation 1 an der Prüflcilung 10 auf dem Bohrlochkopf 7 abstützt, Mccrcslcitung 8 entlang durch den Bohrlochkopf 7 kann diese von der Hebevorrichtung 11 der schwimuntcrhalb ihres Preventers7a, wie in Fig. la vcran- mcnden Bohrstation 1 gelöst und dadurch vor dem Kchiiiilichl ist. Eine derartige Löschlcilung ist gewöhn- 65 auf die Bohrstation wirkenden Sccganp geschützt wcrlich außen an der Leitung 8 angebracht und steht mit den. Seihst wenn die Prüfleitung 10 an der Hcbevordem oberen Inncuraum des Futterrohres 4 in Verbin- richtung 11 auffcliüii}!! bleiben sollte, verhindert die dung. Diese Leitung 14 ist an eine auf der schwim- Teleskopwirkung der Schleifktipplung 20 die Ober-

7 8

lragung des Seegangs auf den untfr ihr befindlichen sehen ihrem Inneren und dem Ringraum 16 durchzu-

Teil der Prüf leitung 10. führen, was durch das normalerweise geschlossene

Wenn die Prüfieifing 10 so manipuliert worden ist, Strömungsventil 22 bewirkt wird, in dem in Abhändaß die Packung 27 fest auf ihrem Sitz liegt, dichtet gigkeit von einem Stoß eine entgegengesetzte Untersie die Prüfleitung 10 gegen das Futterrohr 4 ab und 5 strömung auftreten kann. Ein Ventil dieser Art bebildet das geschlossene untere Ende des Ringraumes steht üblicherweise aus einem Schieber, der an der 16, der hi-irbei gegen das Innere der Prüfleitung 10 Innenwandung der Prüfleitung 10 gelagert ist und und gegen die Formation 5 abgedichtet ist. Die ge- durch Niederfallen eines Gewichts im Innern der Leischlosscnen Stößel im Bohrlochkopf 7, auf denen die tung von der Arbeitsstation 1 aus bewegt wird.
Meßwelle aufliegt, bilden einen ringförmigen Ab- io Aus Sicherheitsgründen kann die Prüfleitung 10 Schluß des Bohrloches 3 und des Ringraumes 16. eint: Dämpfungsvorrichtung enthalten, damit ein AusWenn der Ringraum 16 mit dem Hilfsmedium, z. B. löftn oder Ausklinken der Packung 27 aus verschie-Schlamm, gefüllt ist, wird das unter Druck gesetzte denen betriebl.:hen Gründen verhindert wird. Zu Hilfsmedium durch die Leitung 14 zum Ringraum 16 diesem Zweck kann eine hydraulische Dämpfungsgefördert und erhöht dessen Druck, der von der Höhe 15 vorrichtung in der Prüfleitung 10 oberhalb der Pakder Schlammdruckleitung 14 und dem Druck des in kung 27 und unterhalb des Druckmessers 26 vorgeihr geförderten Schlammes abhängt. sehen sein. Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann in

Selbst wenn die Stößel im Bohrlochkopf 7 keine der Prüfleitung 10 zwischen der Dämpfungsvorrich-

ringförmige Abdichtung bewirken sollten, wird der tung und der Packung 27 eine Sicherheitskupplung

über dem Bohrlochkopf 7 zwischen Prüfleitung 10 »o vorgesehen sein, die die Prüfleitung von einer fesl-

und Futterrohr 4 befindliche Ringraum 16 mit sitzenden Packung trennt, damit sie beim Ausbau zur

Schlamm gefüllt, der den an seinem oberen Ende Arbeitsstat'on zurückgenommen werden kann,

durch die Bohrkopfdichtung 12 und den Bohrloch- Die beschriebenen Maßnahmen haben den einzigen

deckel 13 abgeschlossenen Ringraum 16 nach oben Vorteil eines offenen, von Widerständen freien

verlängert. ^a5 Durchgangs in der Prüfleitung 10 zwischen der Ar-

In manchen Fällen ist es wünschenswert, wenn das beitsstation 1 und der Ventilvorrichtung 25. Es kann

an der Hfbevorrichtung 11 hängende gesamte Ge- jedoch manchmal auch wünschenswert sein, zusätz-

wicht des über der Schleifkupplung 20 befindlichen liehe, den Durchgang blockierende Siehe rheitseinrich-

Tciles d~r Prüfleitung 10 durch teilweises Zusammen- tungen vorzusehen. So kann das untere Ende der

ziehen der Schleifkupplung aufgenommen wird, um 30 Schleifkupplung 20 mit einem Sicherheitsventil ver-

die Wirkung des Seegangs und de offenen Stößel des sehen sein, dar, den Durchgang der Prüfleitung tiher-

Bohrlochkopfes 7 auszugleichen. Hierdurch wird ein wacht und bei einer Umkehr der Strömungsrichtung

sieh von der Packung 27 bis zum Bohrlochdeckel 13 anspricht.

erstreckender Ringraum 16 gebildet, der mittels der Außerdem kann die Prüfleitung 10 eine oder meh-

mit dem Innern der Meeresleitung 8 in Höhe der 35 rere zusätzliche Ventil- und Probcaufnahmceinrich-

Bohrstation 1 in Verbindung stehenden Schlamm- Hingen enthalten, um bei den Untersuchungsvorgän-

driukleitung 14 unter Druck gesetzt wird, gen eine Rückstromsteucrung zu ermöglichen. Zum

i)ic in der Prüfleitung befindliche Meßwelle 18 Beispiel kann unmittelbar über oder unter der Ventil-

kanii mit einer an sich bekannten Sicherheitseinrich- vorrichtung 25 in der Leitung 10 ein hydraulisches

tung versehen sein und aus einer hydraulisch betätig- 4° Prüfventil vorgesehen sein, das offen ist, wenn

baren Ventileinrichtung bestehen, die wahlweise die die Vcntilvorrichtung 25 Formationsuntersuchungen

Prüfleitung 10 in der Nähe des überfluteten Bohrloch- steuert.

kopfes abschließt oder öffnet. Diese Meßwellenein- Unter bestimmten Bedingungen braucht die Pakrichtung 18 kann als an sich bekannte Unterwasser- kung 27 nicht an der Prüfleitung 10 befestigt zu sein, prüfwelle ausgebildet sein. +5 Zum Beispiel kann vorher durch einen Seilzug eine

Die Schleifkupplung 20 kann einen Druck- und durchbohrte Packung niedergebracht und die Prüf-

Volumenausgleich mit einer dehnbaren und zusam- leitung später abgelenkt und mittels einer von ihr ge-

menziehbaren Tcleskopkupplung in der Prüfleitung tragenen Sonde oder einer Steckervorrichtung mit der

10 enthalten, wodurch eine Übertragung der durch Pickung gekuppelt werden.

den Seegang erzeugten Kräfte auf den oberen Teil der 5° Im folgenden sollen die allgemeinen Betricbsver-

Prüfleitung 10 und auf die schwimmende Arbeits- hältnisse der Ventil- und Probeaufnahmevorrichtung

station 1 sowie auf die Packung 27 und die Prüf- und 25 erläutert werden.

Ventilvorrichtung25 verhindert oder verringert wird. Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen schematisch die

Die in dieser Vorrichtung 25 enthaltenen Ventile verschiedenen Stellungen der Vorrichtung 25, die da-

können durch öffnen oder Schließen des sich in 55 zu dient, eine gesteuerte Flüssigkeitsströmung v_On

Längsrichtung erstreckenden Durchgangs der Prüf- der Formation 5 durch das Innere der Prüfleitung 10

leitung 10 betätigt werden, oder es kann dieser Durch- zu ermöglichen und eine Probe der Formationsflüs-

gang geschlossen werden, um eine Probe der Forma- sigkeit in einer Kammer der Vorrichtung 25 nufzu-

tionsflüssigkeit in einer Kammer der Ventilvorrich- fangen,

•tung 25 aufzufangen. ^e° Die Vorrichtung 25 besteht aus einem rohrförmi-

Beim Betätigen der Ventile der Vorrichtung 25 gen Führungskörper 29, der einen einteiligen Füh-

zeiger. die über und unter ihr befindlichen Druck- rungsteil der Prüfleitung 10 bildet, mit welcher der

messer 24 und 26 fortlaufend den Druck der Forma- Rohrkörper 29 an seinem unieren und oberen Enc'e

tionsflüssigkeit an diesen Stellen der Prüfleitung 10 verschraubt ist.

deutlich an. ⁶5 In dem Rohrkörper 29 ist ein Hoh'kolben 30 ver-

Während des Untersuchungsvorganges oder wäh- schiebbar geführt, der die Seitenwand einer Proben-

rend des Ausbaus oder Einbaus der Priiflsitung kann kammer bildet und dessen unteres Ende als Schieber

es wünschenswert sein, einen Flüssigkeitsumlauf zwi- 31 mit einem oder mehreren seitlichen Durchlässen

32 ausgebildet ist. Das obere Ende des Hohlkolbens 30 ist als zweiter Schieber 33 mit einem oder mehreren seitlichen Durchlässen 34 ausgebildet.

Mit dem Rohrkörper 29 ist mit einem seitlichen inneren Abstand eine erste Ventilhülse 35 über eine Radialwand 3^ verbunden, die eine oder mehrere Einlaßöffnungen 37 für die Probeflüssigkeit aufweist und deren unteres Ende durch eine Querwand 38 abgeschlossen ist.

Der zweite Schieber 33 ist teleskopartig von einer oberen Ventilhülse 39 umschlossen, die durch eine Radialwand 40 mit dem Rohrkörper 29 verbunden ist und sich radial innerhalb desselben befindet. Die Ventilhülse 39 ist mit einem oder mehreren radialen Auslaßöffnungen 41 versehen und am oberen Ende durch eine Querwand 42 abgeschlossen.

Gleichachsig zum Rohrkörper 29 und Hohlkolben 30 ist ein an diesem angeordneter Ringkolben 43 a in einem Zylinder 43 verschiebbar geführt, der durch die Ringwände 40 und 36 begrenzt ist und dessen oberer Teil eine dehnbare und zusammenziehbare Kammer 44 zur Aufnahme eines Druckmittels, nämlich unter Druck stehendem, im allgemeinen gasförmigem Stickstoff, bildet.

Dieser Stickstoff in der Kammer 44 drückt den Ringkolben 43 a und Hohlkolben 30 nach unten in die in F i g. 2 a gezeigte geschlossene Stellung, in der die Durchlässe 32 und 34 der Schieber 31 und 33 genüber den Durchlässen 37 und 41 der Ventil-

ISCIl VCISV-IlULJCIi MUU, WWUUIClI uCr LSÜIklllllll VUlI

Formationsftüssigkeit durch die Durchlässe 37 in eine Probenkammer 45 oder aus dieser durch die Durchlässe 41 verhindert wird. Die Probenkammer 45 ist ein durch einen zylindrischen Wandteil 46 des Hohlkolbens 30 sowie die Ventilhülsen 35 und 39 und deren Querwände 38 und 42 gebildeter Hohlraum.

Der in der Kammer 44 enthaltene unter Druck stehende Stickstoff drückt infolge seiner dehnbaren und zusammenziehbareii Natur den Ringkolben 43 a nach unten und ermöglicht dessen Aufwärtsbewegung, wenn auf seine Unterseite ein genügender Gegendruck wirkt.

Am unteren Teil des Zylinders 43, unterhalb des Ringkolbens 43 a, befindet sich eine zweite dehnbare und zusammenziehbare Kammer 47, die über einen oder mehrere radiale Durchlässe 48 mit dem Ringraum 16 kommuniziert.

Wenn die in dem Ringraum 16 befindliche, z. B. aus Bohrschlamm bestehende Flüssigkeit nicht unter dem Druck der Pumpe 15 steht, reicht der geringere hydrostatische Druck dieser Flüssigkeit an den Durchlässen 48 nicht aus, um den Druck des Stickstoffs in der Kammer 44 zu überwinden und den Ringkolben 43 a mit seinem Hohlkolben 30 anzuheben. Unter diesen der Fig. 2a entsprechenden Bedingungen sperren die Schieber 31 und 33 den Stromweg von der Formation 5 durch den unteren Teil 49 des Rohrkörpers 29, den Durchlaß 37, die Probenkammer 45 und den Auslaß 41 in den oberen Raum 50 des Rohrkörpers 29.

Wenn der Druck des Bohrschlamms im Ringraum 16 mittels der Pumpe 15 auf einen vorbestimmten Wert erhöht wird, überwindet der Druck in der Kammer 47 den Druck des Stickstoffs in der Kammer 44 und bewegt den Ringkolben 43 a mit Hohlkolben 30 aufwärts in die Stellung der F i g. 2 b.

In dieser Stellung kann ein Strömungsversuch durchgeführt werden, weil die Einlaßöffnungen 37 über die Schieberdurchlässe 32 mit der Probenkammer 45 und deren Auslaßöffnungen 41 mit dem oberen inneren Teil 50 des Rohrkörpers 29 über die oberen Schieberdurchlässe 34 kommunizieren. In dieser Schieberstellung kann die Formationsflüssigkeit von der Formation 5 durch den Innenraum 49 und Probenkammer 45 in den oberen inneren Teil 50 des Rohrkörpers 29 gelangen.

Wenn die Pumpe 15 den Druck im Ringraum 16

ίο wesentlich verringert, schließt der Hohlkolben 30 die Schieberdurchlässe wieder, weil der verringerte Druck im Ringraum den Druck des Stickstoffs in der Kammer 44 nicht überwinden kann.

Auf diese Weise kann durch abwechselndes Hrhöhen und Verringern des Druckes im Ringraum 16 eine Reihe von abwechselnden »geschlossenen« und »strömenden« Druckversuchen vorgenommen werden. Durch den letzten »geschlossenen« Versuch, bei dem der Hohlkolben 30 sich in seiner unteren, in

ao Fig. 2a gezeigten Stellung befindet, wird eine Formationsprobe in der Kammer 45 aufgefangen.

Der Hohlkolben 30 kann durch nachgiebige Verzögerungsmittel, die im folgenden beschrieben werden, nach einer erste Druckerhöhung im Ringraum

as 16 in der angehobenen Zwischenstellung der F i g. 2 b gehalten werden.

Wenn auf die Flüssigkeit im Ringraum 16 ein größerer oder ein zweiter höherer Druck ausgeübt wird, wirkt auf den Ringkolben 43 a ein genügender Druck,

3^s urn die Wirkung der Verzögerungseinrichtung zu überwinden und den Hohlkolben 30 in seine obere, in Fig. 2c gezeigte Stellung zu bringen.

In dieser Stellung des Hohlkolbens 30 sind die Schieberdurchlässe 32 und 34 gegenüber den Durchlassen 37 und 41 der Ventilhülsen 35 und 39 verschoben, wodurch die Probenkammer 45 abgeschlossen und eine Aufwärlsströmung von dem unteren Teil 49 zum oberen Teil 50 des Rohr:.örpers 29 verhindert wird. Außerdem wird eine Probe der Formationsflüssigkeit in der Probenkammer 45 abgesperrt oder aufgefangen. Der Hohlkolben 30 wird in der oberen Stellung der F i g. 2 c durch eine im folgenden beschriebene Verriegelungseinrichtung gehalten, wenn er infolge des zweiten oder erhöhten Druckes in dem Ringraum 16 in diese Stellung bewegt worden ist.

Werm die Formationsprobe in die Kammer 45 eingefüllt worden ist, weil der Hohlkolben 30 sich in der Stellungen der Fig. 2a oder 2c befand, kann die

so Prüfleitung 10 hochgezogen werden, um die Ventilvorrichtung 25 zur Arbeitsstation 1 zu bringen, wobei sie von der Prüfleitung abgeschraubt werden kann Die in der Kammer 45 befindliche Probe wird danr zwecks Untersuchung in der Arbeitsstation 1 oder ir

einer anderen Untersuchungsstelle von der Ventilvorrichtung 25 entfernt.

Die Anordnung der Fig. 2c gewährleistet eine fehlerfreie Arbeitsweise. Wenn der Druck des Stick Stoffs in der Kammer 44 durch Undichtigkeit abge

sunken oder der Druck im Ringraum übermäßig an gestiegen sein sollte, wird die Ventilvorrichtung 2« automatisch geschlossen und verriegelt

Einzelheiten der Ventilvorrichtung 23 sollen nur an Hand der F i g. 3 a bis 3 g, 4, 5 und 6 beschrieber

werden.

Wie bereits erwähnt, besteht der Rohrkörper 2« der Prüfleitung 10 aus einer Reine miteinander ver schraubter Führungsteüe 29 a, 296, 29 c, 29 a* um

29e, die in den Fig. 3a bis 3g veranschaulicht sind.

Der Rohrkörper 29 kommuniziert mit der Formation 5 über den unteren Innenraum 49 der Prüfleitung 10, der — gemäß F i g. 3 g — durch einen in dem unteren Führungsteil 29 e angebrachten vertikalen Kanal Sl mit dem Innern anderer Teile der Prüfleitung 10 in Verbindung steht, die unterhalb der Ventilvorrichtung 25 liegen und über das perforierte Fußstück 28 mit der Formation 5 kommunizieren.

Wenn die Prüfleitung 10 für einen Untersuchungsvorgang in das Bohrloch eingebaut worden ist, umschließt dar Futterrohr 4 wenigstens einen Teil des Rohrkörpers 29. Wie bereits erwähnt, bildet die expandierte Packung 27 eine selektiv lösbare Dichtung zwischen dem Rohrkörper 29 und dem Futterrohr 4, wobei sie mit dem Rohrkörper 29 und dem Futterrohr 4 in solcher Weise zusammenwirkt, daß der Ringraum 16 von dem Innern der Prüfleitung 10 und der Formation S getrennt ist. ao

Die erste VentilhUlse 35 ist gemäß den Fig. 3e und 3f konzentrisch zum Wandteil 29 c mittels eines eine radiale Wand 36 enthaltenden Kupplungsteiles 29a" des Rohrkörpers 29 angeordnet. Diese Einzelteile werden miteinander verschraubt und bilden dann die Ventilhülse 35, die gleichachsig zum Rohrkörper 29 liegt und den ersten die Durchlässe 32 aufweisenden Schieber 31 teleskopartig umschließt, wie aus F i g. 3 f ersichtlich ist.

Die zweite über der ersten Ventilhülse 35 angeordnete Ventilhülse 39 ist gemäß F i g. 3 b mit dem Rohrkörper 29 mittels des Kupplungsteils 29 b verbunden, der mit einer radialen Wand 40 versehen und mit der Ventilhülse 39 verschraubt ist, wodurch diese gleichachsig zum Rohrkörper 29 gehalten ist. Die Ventilhülse 39 umschließt den Schieber 33 und dessen Durchlässe 34 teleskopartig, wie F i g. 3 b zeigt.

Aus den F i g. 3 b, 3 e und 3 f ist ersichtlich, daß die im wesentlichen rohrförmige Seitenwand 46 der Probenkammer 45 des Hohlkolbens 30 teleskopartig in den beiden Ventilhülsen 35 und 39 verschiebbar ist und die Schieber 31 und 33 enthält. Der erste in Fi g. 3e gezeigte Schieber 31 wirkt mit dem Teil der Ventilhülse 35 zusammen, der die Eintrittsöffnung 37 für die Flüssigkeitsprobe aufweist. In gleicher Weise wirkt der zweite Schieber 33 gemäß Fig. 3b mit dem die Auslaßöffnung 41 für die Probe enthaltenden Teil der Ventilhülse 39 zusammen.

Aus den Fig. 3b und 3c ist ersichtlich, daß der obere Schieber 33 von einem rohrförmigen Teil 46 a der Zylinderwand 46 und der untere Schieber 31 von einem rohrförmigen Teil 46 b der Seitenwand 46 der Probenkammer gebildet ist. Die Wandteile 46 a und 466 sind über ein mittleres Wandteil 46 c miteinander verschraubt, wie aus den Fig.3c und 3d hervorgeht.

Die in F i g. 3 e gezeigte Einlaßöffffnung 37 der Ventilhülse 35 leitet die Fonnationsflüssigkeit über den Schieber 31 und dessen Durchlässe 32 in die Kammer 45.

Die Auslaßöffnung 41 für die Formationsflüssigkeit ist gemäß Fig. 3b in der ersten Ventilhülse39 angeordnet und leitet die Formationsflüssigkeit 45 zu dem oberen Innenraum 50 des Rohrkörpers 29. Dieser Flüssigkeitsstrom wird durch den zweiten oberen Schieber 33 und seine Durchlässe 34 gesteuert

Die beiden Schieber 31 und 33 werden infolge der Axialbfcwegung des Hohlkolbens 30 gleichzeitig und nacheinander aus der ersten über die zweite in die dritte Stellung bewegt, wie in den Fig. 2a, 2b und 2 c gezeigt ist.

In der ersten Stellung gemäß Fig. 2a und den F i g 3 a bis 3 g sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen 37 und 41 der Ventilhülsen 35 und 39 durch die Schieber 31 und 33 geschlossen. In der zweiten oder Zwischenstellung gemäß Fig. 2b, in der sich die Schieber über ihrer ersten Stellung befinden, sind deren Durchlässe 32 und 34 mit den Durchlässen 37 und 41 der Veiitilhülsen 35 und 39 zur Deckung gebracht und diese Durchlässe geöffnet.

In der dritten oder obersten Stellung gemäß F i g. 2 c werden die Schieber in eine Stellung bewegt, in der ihre Durchlässe 32 und 34 gegen die Durchlässe 37 und 41 verschoben sind, wodurch die Einlaß- und Auslaßöffnungen 37 und 41 der Ventilhülsen 35 und 39 wieder geschlossen werden.

Das Randteil 29 e des Rohrkörpers 29 bildet eine erste Ventilabschirmung und ist radial außerhalb der Einlaßöffnungen 37 der ersten Ventilhülse 35 angeordnet, mit der diese Ventilabschirmung einen Ringkanal 52 bildet, der zu den Einlaßöffnungen 37 iührt und mit dem Innenraum 49 der Prüfleitung 10 in offener Verbindung steht.

Eine zweite Ventilabschirmung wird von dem Wandteil 29 a gebildet, das außerhalb der Auslaßöffnungen 41 der oberen Ventilhülse 39 angeordnet ist und mit dieser einen Ringkanal 53 bildet, der die Auslaßöffnungen 41 mit dem oberen Innenraum 50 der Prüfleitung 10 verbindet. Die den unteren Teil der VentilhUlse 35 abschließende Querwand 38 ist in F i g. 3 g und eine zweite Querwand 38', die den oberen TeU der zweiten Ventilhülse 39 abschließt, ist in F i g. 3 a gezeigt. Diese beiden Querwände 38 und 38' sind mit den Ventilhülsen 35 und 39 verschraubt und erstrecken sich quer zu diesen.

Die untere Querwand 38 besteht aus einem rohrförmigen Teil 38 a, das mit dem unteren Ende der Ventilhülse 35 verschraubt und über eine Gewindeverschraubung 38 ft mit einem Ventilhahn 38 c verbunden ist, der an seinem Betätigungsem'-38O* mittels eines Werkzeuges, z. B. eines Schlüssels verdreht werden kann. Wenn dieses Ventilende 38 d verdreht wird, bewegt sich der Ventilhahn 38 c von der Stellung der Fig. 3f nach unten, wodurch die in dem rohrförmigen Wandteil 38 a befindliche Bohrung 38 e geöffnet wird. Das während des Herausnehmens eine Probe erfolgte öffnen dieses Durchlasses erleichtert entweder das Ausströmen der Probeflüssigkeit aus der Kammer 45 durch den Durchlaß 38 e oder kann auch die Einführung eines die Probe verdrängenden Druckmittels in die Kammer 45 ermöglichen.

In gleicher Weise besteht die obere Querwand 42 aus einem rohrförmigen Teil 42a, der mit dem oberen Ende der Ventilhülse 39 verschraubt ist und über eine Gewindeverschraubung 426 an einem Ventilhahn 42 c befestigt ist, der durch die Verschraubung 426 gegenüber dem Rohrkörper 29 in Längsrichtung bewegt werden kann. In dem rohrförmigen Teil 42 a der Querwand 42 ist ein seitlicher radialer Durchlaß 42 d angeordnet.

Wenn das obere Ende42e des Ventilhahns 42 c mittels eines Werkzeuges verdreht wird, gelangt der Ventilhahn 42 c in eine obere Stellung, in der der Durchlaß 42 d geöffnet ist und bei der Entnahme einer Formationsprobe deren Herausfließen aus der Kammer 45 oder die Einführung eines sie verdrängenden Druckmittels in die Kammer ermöglicht.

Mil einem mittleren Teil 29d des Rohrkorpers 29 ist die erste Ventilabschirmung 29 e lösbar verschraubt, so daß das Betätigungsende 38 d de-; Ventilhahns 38c frei zugänglich ist, wenn die Prüfvorrichtung in einer Uriiersuchungsstation ausgebaut worden ist. In gleicher Weise ist die zweite Ventilabdeckung29fl von dem Rohrteil 29b abschraubbar und ermöglicht dann einen direkten Zugang zu dem Betätigungsende 42e des Ventilhahns 42c.

Zum Betätigen der Untersuchungsvorrichtung dient noch die von der schwimmenden Arbeitsstation J aus steuerbare Pumpe 15 (s. Fig. la), durch die der Druck der im Ringraum 16 befindlichen Flüssigkeit, insbesondere Bohrschlamm, über den hydrostatischen Druck hinaus erhöht werden kann. Eine Erhöhung oder Verringerung des Druckes im Ringraum 16 wird in der beschriebenen Weise von der Formation 5 ferngehalten.

Die L'ntersuchungsvorrichtung enthält ferner den bereits erwähn:en, in den Fig. 3c und 3d veran- ao schaulichten Ringkolben 43a, dessen von Flüssigkeit beaufschlagte, obere Stirnfläche 54, die verhältnismäßig groß bemessen ist, mit dem Zylinder 43 in Flüssigkeitsverbindung steht. Die von diesem umschlossene Kammer 44 ist, wie bereits erwähnt, mit unter Druck stehendem, gasförmigem Stickstoff gefüllt, dei durch ein von der Arbeitsstation 1 aus steuerbares Regelventil 55 (s. Fig. 4) in die Kammer 44 eingeführt wird.

Die Einrichtung zum Regeln der Stickstoffzuführung ist in den Fig. 3c und 4 dargestellt und besteht aus einer von der Kammer 44 ausgehenden Längsbohrung 56. die mit einer in der Wand des Rohrteils 29 b angebrachten Querbohrung 57 kommuniziert. Letztere steht in Verbindung mit einer anderen Querbohrung58 des Rohrteils 29b, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Ein mit der Außenseite des Rohrkorpers 29 in Verbindung stehendes Ende der Querbohrung 58 ist durch einen lösbaren Gewindestopfen 59 verschlossen.

Hin Ventil 60 ist in eine in das äußere Ende der Querbohrung 57 eingesetzte Montagebuchse 61 geschraubt und kann durch Verdrehen seines vorstehender, äußeren Endes 62 nach links bewegt werden, wie in F i g. 4 gezeigt ist, wodurch das obere Ende der Längsbohrung 56 geöffnet wird. Nach Entfernen des Gewindestopfens 59 und Anschließen der Querbohrung 58 über ein in deren Ende eingesetztes Ventil an eine Stickstoff-Druckquelle kann Stickstoff durch die Kanäle 56, 57 und 58 in die Kammer 44 gelangen. Wenn der Stickstoff hier einen genügenden Druck aufgebaut hat, wird das Venvil 60 wieder verschlossen, d.h. in die Stellung der Fig. 4 gebracht, worauf die Stickstoff-Zuführungsleitung entfernt und der Gewindestopfen 59 wieder in das äußere Ende e'er Querbohrung 58 geschraubt wird.

Der Druck des Stickstoffs in der Kammer 44 wird so bemessen, daß sich der Ringkolben 43σ und Hohlkolben 30 aus der geschlossenen Stellung der F i g. 2 a nur dann aufwärts bewegen können, wenn die FIüssigkeit im Ringraum 16 unter Druck gesetzt worden ist, d. h. nicht infolge des reinen hydrostatischen Druckes im Ringraum 16. Diese Druckerhöhung wird durch die Pumpe 15 mittels geeigneter druckabhängiger Fernsteuerungsgeräte von der Arbeitsstation 1 aus bewirkt. Hierdurch wird im Ringraum 16 eine den hydrostatischen Druck an den Durchlässen 48 übersteigende Druckerhöhung erzeugt, die ausreicht, um die Reibuim zwischen dem Hohlkolben 30 und den teleskopartig mit ihm vereinigten Teilen nnschiießlich der oberen und unteren Ventilhülse 35 und 39 und des Zylinders 43 zu überwinden.

Der zweite, in den Fig. 3c und 3d veranschaulichte, dohnbare und zusammenziehbare Hohlraum 47 des Zylinders 43 ist vom Teil 29c des Rohrk.; pers 29 gebildet und kommuniziert mit dem Durchlaß 48. der die Druckanderungen des Ringraumes 16 überträgt.

Der Ringkolben 43« hat eine von Flüssigkeit beaufschlagte untere Ringfläche 63, deren wirksame Fläche gegenüber der großen oberen Stirnfläche 54 verhältnismäßig klein ist und den oberen Abschluß des dehnbaren und zusammenziehbaren Hohlraumes 47 bildet.

Der Ringkolben 43ä wird infolge des Druckunterschiedes zwischen der Kammer 44 und dem Hohlraum 47 bewegt. Wenn der auf die untere Ringfläche 63 wirkende Druck im Hohlraum 47 auf den Kolben 43a eine aufwärts gerichtete Kraft ausübt, die größer ist als die nach unten gerichtete Kraft Infolge des auf die obere Stirnfläche 54 wirkenden Gasdruckes in der Kammer 44, bewegt sich der Kolben 43a nach oben, vorausgesetzt, daß diese Aufwärtskraft die Reibungskräfte und andere aui den Hohlkolben 30 bremsend wirkende Kräfte überwinden kann. Die Differentialwirkung zwischen der großen oberen Stirnfläche 54 und der kleinen unteren Ringfläche 63 verringert den von d-'rn Stickstoff in der Kammer 44 aufrechtzuerhaltene Druck und ermöglicht die Verwendung eines Niederdrucksystems, das die Ui.terdruckscizung des Hohlraums 44 verhältnismäßig leicht und sicher macht.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung war das Verhältnis zwischen der unteren Rmgfläche 63 und der oberen Stirnfläche 54 in der Größenordnung von 2:5 und die für die Bewegung des HohJkolbens 30 aus der geschlossenen Stellung der Fig. 2a in die Offenstellurig der Fig. 2b erforderliche Druckerhöhung im Ringraum in der Größenordnung von etwa 70 kp/cm*.

Der für eine genügende Ventilbewegung erforderliche Druck des Stickstoffs in der Kammer 44 ist eine Funktion des Volumens dieser Kammer, des Verhältnisses der Volumenänderungen in den Stellungen d.-r Fig. 2a und 2b, der Bohrlochtemperatur an der Stelle des Bohrlochs, wo sich die Ventilvorrichtung 25 befindet, der Oberflächentemperatur an der Arbeitsstation I, der gewünschten Betriebsdrücke im Ringraum 16, des hydrostatischen Flüssigkeitsdrukkes im Ringraum und des Verhältnisses der wirksamen Flächen 63 und 54 des Rmgkolbens 43a.

Der auf der Arbeitsstation 1 oder an einer anderen Stelle vor Einbau der Prüfleitung 10 zu erzeugende Druck des Slickstoffs in der Kammer 44 kann durch eine übliche Druck-, Volumen- und Temperaturberechnung bestimmt werden. Wenn man das Volumen und die Temperatur kennt, kann man nach dem Boyle-Mariotteschen Gesetz berechnen, wie viel Stickstoff in die Kammer 44 eingefüllt werden muß. Bei einer solchen Berechnung wird zunächst der Ausgleichsdruck in der Kammer 44 an der Bohrlochuntersuchungsstelle bei sich in der Zwischen- oder Offenstellung der Fig. 2b befindlichem Kolben 43a bestimmt, der dann mit dem die Ventile öffnenden Druck des Ringraums 16 beaufschlagt wird. Ein solcher Ausglcichsdruck würde es theoretisch ermrio-

lichen, die Ventile durch den Druck im Ringraum in die Stellung der Fig. 2b zu bewegen und sie hierin zu halten.

Dieser Ausgleichsdruck kann zu dem Druck extrapoliert werden, der in der Kammer 44 vorhanden sein muß, wenn sich der Kolben 43 a in seiner unteren Stellung der Fig. 2a, 3c und 3d befindet, wobei die Volumenunterschiede in der Kammer 44 bei den den Offen- und Schließstellung der Ventile gemäß den Fig. 2b und 2a entsprechenden Stellungen des Kolbens 43 α berechnet werden können.

Der für die Schließstellung der Ventile (s. F i g. 2 a) ^forderliche Stickstoffdruck in der Kammer 44 kann ι η den Druck geändert werden, mit dem der Stickstoff von der Arbeitsstation 1 aus der Kammer 44 zugeführt werden muß, wobei die erwähnte Druck-, Volumen- und Temperaturberechnung unter Berücksichtigung der absoluten Temperaturen, die an der Arbeitsstelle und in dem Bohrloch in Höhe der Vorrichtung 25 herrschen, durchgeführt wird.

Wenn die Kammer 44 in dieser Weise unter Druck gesetzt wird, hält der hierin herrschende Druck des Stickstoffs den angehobenen Hohlkolben 30 mehr oder weniger in der Stellung, in der die Ventile offen sind.

Hie. bei haben der Hohlkolben und die Ventile eine derartige kinetische Energie, daß der Hohlkolben abgebremst werden muß. Eine hierfür geeignete Bremseinrichtung wird im folgenden beschrieben. Jedoch verringert der Hohlkolben 30 in seiner Ausgleichs- oder stabilisierten Stellung, die der Offenstellung de· Ventile entspricht, die zwischen ihm und der Bremseinrichtung auszuübende Kraft.

Um den Hohlkolben 30 in seiner dritten oder obersten Stellung zu halten, ist die Ventilvorrichtung 25 mit einer in F i g. 3 b gezeigten Ventilverriegelung 64 ausgerüstet. Diese besteht aus einer in einer Muffe 67 engebrachten Ringnut 65. Die Muffe 67 ist von dem Rohrteil 29 b oberhalb des Zylinderwandteils 46 a getragen und ist über Teil 42 a mit dem den Schieber 33 leleskopartig umschließenden Teil 39 verschraubt, wie In Fi g. 3 a und 3 b gezeigt ist. Ein von der Zylinderwand 46 α über den Schieber 33 getragener Rastring 68 kann in eine in die Ringnut 65 eingreifende Raststellung zusammengezogen werden, wenn die beiden Schieber 31 und 33 in ihre dritte, obere Stellung bewegt worden sind.

Nachdem die Ventilvorrichtung 25 in der Untersuchungsstelle ausgebaut und die Formationsprobe entfernt worden ist, können die miteinander verschraubten Teile der Verriegelung voneinander getrennt werden, um den Rastring 68 aus der Ringnut 65 zu entfernen. Dies kann durch ein entfernbares Ringteil 69 erleichtert werden, das von dem oberen Ende des Schiebers33 getragen ist, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Es können auch andere Verriegelungseinrichtungen verwendet werden, die mit einem mittleren oder unteren Teil des Hohlkolbens 30 zusammenwir-. ken und in seiner angehobenen Stellung halten.
. In dem Rohrkörper 29 ist unterhalb des Schiebers 31 ein Entlüftungsventil 70 angeordnet (s. Fig. 3g), das Druckflüssigkeit aus dem Rohrkörper 29 in den Ringraum 16 ableitet, wenn beim Anheben der Prüfleitung 10 der hydrostatische Druck der im Ringraum befindlichen Flüssigkeit an der Außenseite des Rohrkörpers 29 abnimmt.

Das Entlüftungsventil 70 hat einen im untersten Rohrteil 29 e angebrachten axialen Kanal 71, der unterhalb der Ventilvorrichtung 25 mit dem Innern der Prüfleitung 10 kommuniziert. Der Kanal 71 enthält eine Druckfeder 72, die ein Rückschlagventil 73 auf einen Ventilsitz 74 des Kanals 71 drückt. Ein Querkanal 75 im Rohrteil 29 e leitet den Druck im Ringraum 16 auf die Oberseite des Rückschlagventils 73.

Wenn die Prüfleitung 10 aus dem Bohrloch ausgebaut wird, überwindet der Druck der in der Prüf-

leitung unterhalb des Ventils 73 befindlichen Flüssigkeit die Wirkung der Druckfeder 72 und des Ringraumdruckes, wodurch das Ventil 73 angehoben wird und den Kanal 71 öffnet, so daß die eingefangene Probeflüssigkeit durch den Kana! Sl in den Ringraum abfließen kann.

Um den Hohlkolben 30 in der Offenstellung der Ventileinrichtung gemäß Fig. 2b zu halten, ist die Ventilvorrichtung 25 mit einer in F i g. 3 d gezeigten Haltevorrichtung 76 für den Hohlkolben 30 versehen.

Diese besteht aus einem Haltering 77, der mittels Scherbolzen 78 an der Außenseite des Kolbenteiles 46c befestigt ist. An dem Rohrteil 29c ist eine nach unten gerichtete Schulter 79 angebracht, die sich von oben gegen den Haltering 77 legt, wenn der Hohlkolben 30 in die in F i g. 2 b gezeichnete Stellung angehoben worden ist, in der die Ventile geöffnet sind. Wenn der Druck im Ringraum auf die zweite Stufe angehoben worden ist, wie oben beschrieben wurde, um den Hohlkolben 30 in die Stellung der F i g. 2 c zu bringen, werden die Scherbolzen 78 abgeschert oder geben nach, wodurch der Haltering 77 den Hohlkolben 30 freigibt, der sich dann frei nach oben bewegen und über den Rastring 68 und die Ringnut 69 in die Muffe 67 eindringen kann, wobei er in seiner oberen, die Ventile schließenden Stellung gehalten wird, in der auch eine Formationsprobe aufgefangen werden kann.

Die Haltevorrichtung 76 kann auch einen Anschlag 80 enthalten, der an dem unteren Ende des Teiles 46 c angebracht ist. Dieser Anschlag 80 wirkt mit einer Schulter 81 am oberen Ende des Rohrteils 29rf zusammen, wodurch der Hohlkolben 30 sowie die Schieber 31 und 33 in der in Fig. 2a gezeigten unteren Stellung gehalten werden, in der die Ventile geschlossen sind.

Der nachgiebige Haltering 77 ist von der Seitenwand 46 der Probenkammer getragen ur>d verhindert durch seine Nachgiebigkeit eine Bewegung der beiden Schieber 31 und 33 aus der zweiten Zwischenstellung der F i g. 2 b in die dritte obere Stellung der F i g. 2 c. Die Haltevorrichtung 76 hält ferner die beiden Schieber in der ersten unteren Stellung der Fig. 2a bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck in dem Ringraum 16 sowie mittels des Anschlages 80 und der Schulter 81 in der zweiten Zwischenstellung der F i g. 2 b, wenn in diesem Ringraum ein Zwischendruck herrscht und mittels des Halteringes 77 und der Schulter79 in der dritten, oberenStellung der F i g.2 e, wenn in dem Ringraum ein verhältnismäßig hoher Druck herrscht.

Beispielsweise kann der Zwischendruck mittels der Pumpe 15 im Ringraum 16 auf den Wert von etwa 70kp/cm* angehoben werden. Der höhere Druck oder die zweite Druckstufe kann durch Erhöhen des Ringraumdruckes über den hydrostatischen Druck in der Größenordnung von 140kp/cm* gesteigert werden, beispielsweise durch Erhöhen des Zwischcndruckes um weitere 70 kp/cm².

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^plÖ£^Üchi Aufwärtsb-jwegungen die Ventil- ?'^{Cht beschädi}e^{en kö}nnen, kann diese

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lasse 48, während in dem Ringraum 16 des Bc i.--lochs ein verhältnismäßig niedriger Dn.ii.-k herrscht.

Mitteis der Pumpe 15 in der schwimmenden Λ;-beitsstaiion 1 wird der Druck der Flüssigkeit in c ■ πι Ringraum Ift auf einen Zwischendruck erhöht i>j· s bewirkt eine Aufwärtsbewegung des die Probenkammer umschließenden Zylinders 46 und bewegt &^ beiden Schieber 31 und 33 aus ihrer unteren Stellung ίο in die ZwischenstelJung der Fig. 2b. Infolge diesrr Bewegung strömt Pump^nflüssigkeit fortlaufend durrn die Einlaßöffnungen 37, die Probenkammer 45 und d<e Auslaßöffnungen 41, wobei die Pumpenfiüssigkei: durch den RingkanaJ 52 in die Probenkammer 45 und durch den Ringkanal 53 aus dieser aus-

^F[g2a ^^βηαε1· ⁱⁿ der die

Der Hohlraum des Zylinders 81 ic» B öl gefüllt d*2 ^ i

^Fluss'8^keit' ^E

Kolbens M äiSlwohfdi^uiw^T wegen eines pcdrolselten B_Vn_ass ί ! « T"^g ist. Infolge des gSrSten önf . η ⁸⁵ _h ^2u'^assiS Kanal 85 und defsen SaßsSn^ ?^rCh J¹¹⁶⁵I" im Zylinder 83 vom IwSÄffiSLS¹^ ° werden, wodurch seine AuLTn^L ^verd™&

wird. Aufwartsbewegung vergrößert

Ri„i»R_

Die Dämpfungsw.rkung des
stopfens 86 dauert so langi bfs

einer Aufwämbewegung des L
worden ist und den Hhlk
und der Kolben M cter

ständig i„ de„ radiaTve^gÄfXen ilütoa des Zylinders 83 eineedrungen kt wl ■ ί V K_0lben84 vollständ^ir^ dSL· verSrteT 7 befindet, kann das öl um dASdSfSSeSS gelangen und eine ungedämpfte AufwirS^ des Hohlkolbens 30 ermoS _n £ΐ 27 meseer vergrößerte obere TeHl83ία des S^i kann aber die DämpfungswTrkung des Stopfens 86 nicht einleiten, nachdem die

um_hseine
zu bringen.

Die Aufwärtsbewegung der beiden Schieber 31 und

Ü^{3 V}°" '^{hrer erSten in die zweke Stellun}g ^w'rd dur.h ^die Dämpfeinrichtung36gebremst.

^{Wenn eine Druckanz}^^e W ^ei"er Flußpriiftng ^m" g^eschIossenen Schieberventilen vorgenomm,n

T^" ^S°^!'' ^{wird die Pumpe I5 in der sc}hwimmend« η Arbe.tsstation 1 stillgesetzt, um den Flüssigkeitsdru* k ^{m dem Bf}>^lo_Chrin_gi aum 16 zu verringern

n^ S^{1 verhältnismäßi}g F™&" Druck im Rmgramn 16 werden die beiden SclJ-b- aus ihrer zweiten Zwischeas'ellung in die untere Stellung be-

v^' ^Wo-^{Che Bewe}S^ung^{en durch} Änderung des Drukkes .m Rmgraum zyklisch wiederholt werden könne,,, κ ^l™* ^{dCT Abwärtsl}«wegung der beiden Schie^ber '.^{n lhre erSte untere Stellun}S^{öffnet das} Rückschlag- ?^{ntd 88 und e}™^öS^ht eine verhältnismäßig unge^ ^¹"^{1 bei dem} Untersuchungsvorgang eine Prob«i ^der ^^^snüssigkeit aufgefan^n werden soll,

Z^ ίΤ^ί".*⁸¹" ^schwimmenden Arbeitsstation

betneben, daß sie entweder den geringen oder den

^ve^altn,smäßig hohen Druck in dem Bohriochring-

«um 16 eneugt. Bei beiden Betriebsbedingungen

Γ?" ^ Sf^idenSchieber^ihr_erZwisch_ensTelling S ^d!^e g^hlossene Ventilstellung bewegt, wobei ij

^Kammer44 ^

.Wenn die beiden Schieber aus ihrer zweiten Stellung in die dritte, obere Stellung bewegt werden wird ^der Hohlkolben 30 von der oberen ^ ^d ₉;Ä^nde Wirkung des Drosselstopfens 86 durch der Ventile in die untere geschlossene « Vh.vS^⁰™¹»»«"«»« ausgeschaltet. Die beiden

der

des

der durch den Seegang

Nach Einbringen der Prüfleitung 10 in das Bohr

loch ab. Die beiden Ventilabschirmungen 29a und 29 L' können an der Untersuchungsst-.lle von dem Rdirkörper 29 entfernt werden, um einen ungehindcr:en Zugang zu den beiden Ventilhähnen 38c und -12 c zu ermöglichen. Es kann dann wenigstens einer dr Ventilhähne in üblicher Weise betätigt werden, 11 :n die Formationsflüssigkeit aus der Probenkammer 45 zu entfernen.

Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß w Prüfventilvorrichtung ohne jede Betätigung der früfleitung betrieben werden kann. Ein weiterer Vor- ! besteh η der Schaffung einer Prüfventilvorrich-■•ig, die se.¹ ittätig geschlossen wird oder geschlossen >i.;bt, wenn der Druck in dem Ringraum des Bohr-■ hes nicht über den hydrostatischen Druck erhöht .;rd. Wenn ein solches Ventil in einer Prüfleitung .■-χwendet wird, die mit einem Packungssatz oder mit ,ner sich beim Absenken der Prüfleitung absetzen- -i.:!i Packung versehen ist, bleiben die Formationen .mterhalb der Packung und der Ventilvorrichtung ao -<ets gegen den Bohrlochkopf abgedient t, wenn in um Ringraum ein die Ventilvorrichtung öffnender ;>,uck fehlt.

Wenn der obere Teil der Prüfleitung von den geschlossenen Stößeln des Preventers Ta in dem übernuteten Bohrlochkopf 7 getragen wird, werden Druckanderungen im Ringraum von dem Innern der Meeres-

leitung 8 isoliert, wodurch die Beanspruchung dieser Leitung und dadurch die Gefahr von Verunreinigungen verringert wird. Außerdem wird durch Abstützung der Prüfleitung auf dem Bohrlochkopf 7 die Übertragung des Seeganges auf die Prüfventilvorrichtung 25 und die Packung 27 verhindert.

Durch das Zusammenwirken der Bremsvorrichtung, Dämpfungsvorrichtung, Verriegelungsvorrichtung für den Hohlkolben und durch den Druckausgleich der Kammer 44 wird ein wirksamer, zuverlässiger und geregelter Betrieb der Prüfventilvorrichtung bei deren geringster Beanspruchung gewährleistet.

Da die Prüfventilvorrichtung normalerweise geschlossen ist und in Abhängigkeit vom Druck im Ringraum arbeitet, kann sie allein ohne Verbindung mit anderen üblichen Sicherheitsventileinrichtungen verwendet werden.

Wenn die Prüiventilvorrichtung 25 in der dargestellten Prüfleitung verwendet v?rd, steht sie in voller, offener Verbindung mit der schwimmenden Arbeitsstation 1.

Die Prüfventilvorrichtung 25 kann auch als zusätzliches Sicherheits- und Steuerungsventil üi anderen Prüf eitungen verwendet werden, ihre bauliche Ausgestaltung, Anordnung und Größe sowie die Betriebsverhältnisse können unter Beibehaltung der wesentlichen Vorteile der Erfindung geändert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Untersuchen einer Erdformation mittels eines diese durchsetzenden Bohrloches und einer darin verlegten Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsmedium in das B, loch eingeführt und unter Abtrennung von Rohrleitung und Erdformation in der Nähe der Formation unter Druck gesetzt wird, wobei ein von der Formation durch die Rohrleitung in das Bohrloch führender Strömungsweg abgesperrt und der Druck des Hilfsmediums unter Abtrennung von der Formation verändert werden und nach der durch diese Druckänderung bedingten Einleitung einer Lagerstättenprobe in die Rohrleitung der Druck des Hilfsmediums unter Abtrennung von der Erdformation weiter verändert und dabe. die Lagerstättenprobe in der Rohrleitung aufgefangen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Durchführung der Untersuchung von einer von Land entfernten Arbeitsstelle aus, dadurch gekennzeichnet, daß das in das überflutete Bohrloch eingeführte Hilfsmedium auf einem geringen Druck gehalten wird, der nach dem Absperren des Strömungsweges vergrößert wird, und nach der durch diese Druckerhöhung bedingten Einleitung der Lagerstättenprobe in die Rohrleitung durch Verringerung des Druckes des Hilfsmediums die Lagerstättenprobe in der Rohrleitung aufgefangen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Arbeitsstelle und der überfluteten Erdformation eine mit Ventilen versehene Prüfleitung verlegt wird und das in das überflutete Bohrloch eingeführte Hilfsmedium nach der Beaufschlagung mit dem niedrigen, den Strömungsweg von der Formation in das Bohrloch absperrenden Druck und nach der Druckerhöhung des Hilfsmediums und der anschließenden Aufnahme der Lagerstättenprobe in die Rohrleitung in dieser eine bestimmte Gasmenge auf einem Druck gehalten wird, der einen Übertritt der Probe aus der Erdfor.nation in die Rohrleitung möglich macht, wobei der für die Aufnahme der Lagerstättenprobe nötige Druck des Hilfsmediums durch nachgiebige Vorrichtungen in der Prüfleitung aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Untersuchungsvorganges eine Übertragung der durch Seegang erzeugten Kräfte von einer schwimmenden Arbeitsstation auf die Prüfleitung d'irch an sich bekannte Vorrichtungen verhindert wird.

5. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer mit der Erdformation kommunizierenden Prüfleitung und der diese wenigstens teilweise umschließenden Bohrlochwandung durch lösbare Dichtungsmittel ein gegen das Innere der Prüfleitung abgeschlossener Ringraum gebildet und das Einfließen der von der Formation ausgehenden und durch die Prüfleitung strömenden Probe durch Ventile geregelt werden, worauf der Druck des Hilfsmediums in dem Ringraum des Bohrlochs mittels einer Pumpe erhöht und hierbei eine die Lagerstätteiiprol/e auffangende Kammer verschlossen und schließlich die

Prüfleitung aus dem Bohrloch zu der schwimmenden Arbeitsstation angehoben und die Kammer zur Entnahme der Lagerstättenprobe geöffnet werden.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach, einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Prüfleitung (10) innerhalb des Bohrloches (3) eine Ventilvorrichtung (25) eingebaut ist, deren rohrförmiges und ".;ber Durchlässe (48) mit dem Ringraum (16) kommunizierendes Gehäuse (29) einen einen Ringkolben (43 a) tragenden Hohlkolben (30) umschließt, dessen Enden als mit ortsfesten Ventilhülsen (35, 39) zusammenwirkende Schieber (31. 33) ausgebildet sind und dessen Ringkolben (43a) einerseits eine ein Druckmittel enthaltende Kammer (44) und andererseits einen über die Durchlässe (48) mit dem Ringraum (16) kommunizierenden Hohlraum (47) begrenzt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (44) mit Stickstoff gefüllt ist, dessen Zuführung von der Arbeitsstelle (1) durch Feinsteuerung regelbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schiebern (31, 33) gesteuerten Durchlässe (37, 41) der Ventilhülsen (35, 39) den Innenraum (49, 50) der Prüfleitung (10) mit einer vom Hohlkolben (30) und den Ventilhülsen (3?, 39) begrenzten Kammer (45) verbinden, in der die Flüssigkeitsprobe der Erdformation (5) auffangbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (16) zwischen Prüfleitung (10) und Bohrlochwandung (4) über eine Rohrleitung (14) an eine auf der Arbeitssiation (1) angeordnete Pumpe (15) angeschlossen ist, durch die das Hilfsmedium. insbesondere Schlamm, mit regelbarem Druck ir. den Ringraum einführbar ist.

10. Einrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Prüfleitung (10) eine axial bewegliche Kupplung (20) zum Ausgleich der durch Seegang auf die schwimmende Arbeitsstation (1) ausgeübten Kräfte eingebaut ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (43 a) als Differentialkolbcn ausgebildet ist, dessen der Gasdruckkammer (44) zugewendete obere Stirnseite (54) eine größere wirksame Fläche hat als die dem Hohlraum (47) zugewendete untere Ringfläche (63).

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der wirksamen Flächen (54, 63) des Ringkolbens (43 a) etwa 5 : 2 ist.