DE2255949C2 - Bohrlochprüfgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochprüfgerät mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.

Um einen unter der Bezeichnung Bohrsäulentest bekannten Prüfvorgang durchzuführen, werden ein Packer und ein Prüfventil in das Bohrloch an einem Rohrstrang abgelassen, und der Packer wird gesetzt, um

das Formationsintervall, das geprüft werden soll, von dem hydrostatischen Druck der Fluide Ober ihm zu isolieren. Das Prüfventil wird dann geöffnet und geschlossen, um abwechselnd die Formationsfluide strömen zu lassen oder abzusperren, während Druck- s aufzeichnungsgeräte die Drücke als Funktion der Zeit registrieren. Aus der Druckauf zeichnung kann man zahlreiche wertvolle Formationsparameter oder -Charakteristiken entnehmen. Gewöhnlich wird auch eine Probe des geförderten Formationsfluids gewcnnea ι ο

Für die Bohrlochsäulenprüfungen in Bohrlöchern, die auf dem Land abgeteuft werden, ist es die übliche Praxis, ein Testventil vorzusehen, das im Ansprechen auf eine Manipulation des Rohrstranges an der Oberfläche geöffnet und geschlossen werden kann. Die Oberflächenmanipulationen können aus einer Drehung, einer Längsbewegung oder einer Kombination beider bestehen. Bei Offshore-Bohrungen jedoch, die immer zahlreicher werden, weil die Suche nach Erdöl sich auch auf den Kontinentshelf und darüber hinaus erstreckt, ist es im allgemeinen unerwünscht, am Rohrstrang während eines Bohrsäulentests zu manipulieren, insbesondere bei solchen Tests, die von einer Bohrinsel aus durchgeführt werden, welche Vertikalbewegungen infolge der 'Wirkung von Wellen und Gezeiten ausgesetzt ist. Der Grund dafür liegt darin, daß verschiedene Risiken mit der Manipulation eines Rohrstrangs verbunden sind, der unter Druck steht, und die Bedienungsmannschaft wird es bevorzugen, die Ausblaspreventer geschlossen zu lassen, um den Rohrstrang auch während des Tests jederzeit zu sichern. Alle solchen Vorsichtsmaßnahmen werden natürlich getroffen, um die Folgen zu vermeiden, nämlich möglicherweise Feuer oder Ausblasen mit dem daraus resultierenden Verlust einer außerordentlich teuren Bohreinrichtung, wie auch Verschmutzung des Wassers.

Für Bohrsäulentests unter Offshore-Bedingungen hat man ein Testsystem entwickelt, das keine Rohrstrangmanipulation erfordert, sondern ein Testventil umfaßt, das sich zwischen der offenen und geschlossenen Stellung im Ansprechen auf das Anlegen und Freigeben eines Druckes bewegen läßt, welcher auf den Bohrlochringraum zwischen dem Rohrstrang und der Bohrlochwandung ausgeübt wird. Bei diesem System wird ein Gehäuse verwendet mit einem gleitbeweglichen inneren Ventildorn mit einem Kolben, auf dessen eine Seite ein vorgespannter Gasdruck einwirkt, während die andere Seite dem Ringraumdruck ausgesetzt ist Um das Ventil zu öffnen,-komprimiert der angelegte Ringraumdruck das Gas und verschiebt den Ventildorn in die offene Stellung. Ein Ablassen des angelegten Ringraumdruckes läßt den Gasdruck den Ventildorn wieder zurück in die geschlossene Stellung verschieben. Der grundsätzliche Nachteil dieses Gerätes besteht darin, daß das Gas an der Oberfläche auf einen Wert vorgespannt werden muß, welcher den Ventildorn in der geschlossenen Stellung während des Absenkens ins Bohrloch hält Dies liegt daran, daß der hydrostatische Druck mit der Tiefe ansteigt und natürlich hat der Druck die Tendenz, den Ventildorn in die Offen-Stel- eo hing; zu verschiebeiLpeshalb sind ziemlich eingehende Berechnungen nötig in der Vorbereitung eines Tests, um den Gasdruck zu bestimmen, der erforderlich ist beim Aulltden des Gerätes. Eine große Anzahl von Bohrlochdaten ist zu berücksichtigen einschließlich Bolinpülungsdichte, Testtiefe und Temperatur an dieser Tiefe. Korrekturen müssen eingeführt werden für Temperaturdifferenzen infolge der Aufladung des Gases an der Oberfläche. All dies ist sehr lästig und muß zum Teil aufgrund von Daten durchgeführt werden, die nicht in jedem Fall erhältlich sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in dieser Hinsicht ein verbessertes, fluiddruckgesteuertes Bohrlochprüfgerät zu schaffen, bei dem also die Gasaufladung unkritisch ist und somit die ausführlichen Berechnungen überflüssig werden, die bei den bisher bekannten Geräten angwandt werden mußten.

Die erfindungsgemäß zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehenen Merkmale ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1, während die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen definieren; die daraus resultierenden Vorteile im einzelnen und im Zusammenhang der Merkmale ergeben sich aus der späteren Erläuterung eines Ausführungsbeispiels.

Zunächst ist jedoch darauf hinzuweisen, daß aus der US-PS 29 51 536 eine Konstruktion für ein Bohrlochgerät bekannt ist, bei der ein Druckausgleich über einen Zwischenkolben erfolgt, jedoch so, daß er sich zunächst nicht unmittelbar auf die Bewegung eines Ventilgliedes auswirkt Das bekannte Bohrlochgerät ist jedoch kein Prüf- oder Testgerät, sondern eine in einen Förderstrang eingeschauete Anordnung, die das Fördern aus mindestens zwei Horizonten unterschiedlicher Tiefe ermöglichen soIL

Weitere vorteilhafte Merkmale des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen, und diese Vorteile lassen sich auch der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels entnehmen, die Bezug nimmt auf die Zeichnungen.

F i g. 1 zeigt schematisiert einen Bohrstrangtest in einem Offshore-Bohrloch von einer Bohrinsel aus.

F i g. 2A und 2B sind Darstellungen der Einzelheiten im Längsschnitt für die bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, wobei die Teile in der Stellung dargestellt sind, in der das Ablassen in das Bohrloch erfolgt, wobei das Steuerventil geschlossen ist; F i g. 2B bildet die untere Fortsetzung von F i g. 2A.

Fig.3 ist eine Darstellung ähnlich Fig.2 mit der Ausnahme, daß die Teile in der Stellung gezeigt sind, welche sie während eines Abschnitts des Tests einnehmen, in dem das Prüfventil offen ist; und

Fig.4 ist eine Längsschnittdarstellung, die im einzelnen eine lösbare Verbindung zwischen den oberen und unteren Abschnitten einer Prüfventilbaugruppe darstellt, wie in F i g. 2A und 2B gezeigt

F i g. 1 zeigt eine Bohrstrangprüfanordnung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung, wobei das Gerät in eine Offshore-Bohrung abgelassen ist Zwar kann es sich hier um ein offenes Bohrloch handeln, doch ist im allgemeinen eine Bohrlochauskleidung 10 vorgesehen. Normalerweise erstreckt sich ein Steigrohr U von dem unterseeischen Bohrlochkopf 12 nach oben zur Bohrinsel 13, die verankert ist oder in anderer Weise auf ihrem Platz gehalten wird. Ein Rohrstrang 14 erstreckt sich von der Bohrinsel 13 nach unten in das Bohrloch und wird verwendet, um die Prüfgeräte auf die Prüftiefe abzusenken. Der Rohrstrang 14 kann ein unterseeisches Steuerventil 15 umfassen, das von üblichem Aufbau ist und eine Sitzschulter 16 aufweist, die in dem Bohrkopf 12 angeordnet ist, so daß der Rohrstrang und die darunter befindlichen Prüfgeräte von einem Festpunkt aus hängen, welcher keinen Vertikalbewegungen unterworfen ist, wie dies natürlich für die Bohrinsel 13 unter der Wirkung von Wellengang und Gezeiten der Fall ist Ein Hauptrohrstrang 17, etwa eine entsprechende Länge von Bohrrohren, ist verbun-

den mit einem kürzeren Strang von Rohren 18, etwa Bohrkrägen mit vorgewähltem Gewicht, über eine Gleitverbindung und eine Sicherheitsventilgerätekombination 19, wie dies etwa in der US-Patentschrift 36 53 439 beschrieben ist Das untere Ende des kurzen Stranges 18 kann verbunden sein mit einem Umkehrventil 20, das seinerseits verbunden ist mit einer Drosselanordnung 21; das Umkehrventil und die Drosselanordnung sind konventionelle Bauteile, deren Einzelheiten keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Natürlich begrenzt die Drosselanordnung 21 die Menge der aufwärts strömenden Formationsfluide während eines Tests, und das Umkehrventil 20 kann derart betätigt werden, daß Fluide, welche in den Rohrstrang befördert worden sind, während eines Tests an der Oberfläche zurückgewonnen werden können, bevor das Testgerät wieder heraufgeholt wird.

Ein druckgesteuertes Prüfventil 22, das gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist als nächstes in den Gerätestrang eingeschaltet und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Das Prüfventil 22 kann mit dem oberen Ende eines Durchflußsteuerventils 23 gekoppelt sein, wie dies in der US-Patentschrift 33 08 887 beschrieben ist; das Ventil 23 kann im Ansprechen nur auf eine Vertikalbewegung des Rohrstranges betätigbar sein. Um das Bohrlochintervall, das geprüft werden soll, von der hydrostatischen Fluidsäule darüber zu isolieren, ist ein Bohrlochpacker 24 vorgesehen mit Packerelementen 25, die das Bohrloch abdichten, und mit Gleitstücken 26, die an dem richtigen Tiefenpegel oberhalb des zu prüfenden Bohrlochintervalls verankert werden. Der Packer 24 kann etwa nach der Lehre der US-Patentschrift 33 99 927 aufgebaut sein und umfaßt einen eingebauten Fluidbypass, über den Bohrlochfluid durch das Packerelement 25 geführt werden kann während des Absenkens, welcher Bypass jedoch geschlossen ist nach Setzen des Packers.

Die Elemente 25 dichten den Querschnitt des Bohrlochs ab, um die Zone, die geprüft werden soll von dem Fluid in dem Ringraum darüber zu isolieren, und es versteht sich von selbst, daß nach Beendigung des Tests der erwähnte Bypass geöffnet wird, um den Druckausgleich vorzunehmen und das Lösen des Packers 24 sowie das Wiederheraufziehen des Gerätes an die Oberfläche zu ermöglichen. Aufgehängt unterhalb des Packers 24 befindet sich ein perforierter Nippel 27, durch den Fluid während des Tests eintreten kann, und natürlich sind entsprechende Druckaufzeichnungsgeräte 28 vorgesehen, um eine Aufzeichnung der Fluiddrücker über der Zeit während der Testdurchführung zu ermöglichen. Andere typische Bauteile, wie eine Sicherheitsverbindung 29 und ein Rüttler 30, können zwischen das Steuerventil 23 und den Packer 24 geschaltet werden, sind jedoch hier nur schematisch angedeutet, um die Beschreibung auf das Wesentliche zu beschränken.

Allgemein gesagt, besteht der Formationstest in einer zeitweiligen Förderung aus dem Bohrloch, wobei die isolierten Formationen Fluid in den Rohrstrang einspeisen. Die Formation wird dann abgesperrt, und man läßt den Druck sieb fiber eine gewisse Zeitperiode aufbauen. Eine Aufzeichnung der zugehörigen Druckaufbaukurve kann mittels bekannter Methoden analysiert, werden, um die Formationspermeabilität und den ursprünglichen bzw. jungfräulichen Formationsdruck sowie andere Parameter zu bestimmen, die wertvolle Hilfen sind für einen Prospektor, der eine Entscheidung treffen muß, ob das Bohrloch für die Förderung zu empfehlen ist Mehrere Strömungs- und Sperrdruckaufzeichnungen können vorgenommen werden, um zusätzliche Informationen zu gewinnen.
s Unter Bezugnahme auf die F i g. 2A und 2B soll nun eine bevorzugte Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung beschrieben werden, also eines druckbetätigten Prüfventils 22, das gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist

ίο Die Ventilbaugruppe 22 umfaßt im allgemeinen einen oberen Probenehmer- und Ventilabschnitt 35 und einen unteren Ventilbetätigungsabschnitt 35'. Die Abschnitte werden gebildet von einem rohrförmigen Gehäusekörper 36, dessen oberes Ende, wie dargestellt, für die

is Verbindung mit einem Rohrstrang ausgebildet ist und dessen inner.bchrup.g geschlossen ist durch eine Barriere 37, welche sich oberhalb des ringförmigen Ventilsitzes 38 befindet Die äußeren Seitenwandungen 39 der Barriere 37 sind nach innen in seitlichem Abstand von den umgebenden Innenwandungen 40 der benachbarten Gehäuseabschnitte angeordnet, so daß sich ein Raum 41 für den Fluiddurchlaß ergibt Eine oder mehrere Seitenöffnungen' 42 in den Wandungen der Barriere 37 kommunizieren mit dessen Bohrung einerseits, mit dem Raum 41 andererseits. Ein vertikal beweglicher Ventildorn 44 ist mit seinem oberen Endabschnitt gleitend aufgenommen in der Bohrung der Barriere 37, und ein Ventilkopf 45 trägt ein Dichtelement 46 im Eingriff mit dem Ventilsitz 38,,wenn der Ventildorn sich in der oberen oder geschlossenen Stellung befindet Ein zweiter Ventilkopf 47 ist vorgesehen auf dem Ventildora 44 im Abstand von den oberen Ventilkopf 45; auch er trägt ein Abdichtelement 48, das normalerweise in Eingriff ist mit einem unteren ringförmigen Ventilsitz 49. Der Ringraum 50, welcher den Ventildora 44 zwischen den Ventilsitzen 38 und 49 umschließt, bildet eine Probekammer für das Einfangen der letzten Strömungsprobe der Formationsfluide, wie nachfolgend noch zu erläutern ist Die Mittelbohrung 54 des Ventildornes 44 ist von einem bis zum anderen Ende offen, so daß der Fluiddruck frei auf die obere Endfläche 51 einwirken kann, doch ist das oberste Ende des Domes gegen die Barriere 37 durch einen Dichtring 52 abgedichtet Eine oder mehrere Öffnungen 53 erstrek-

ken sich durch die Wandung des Ventildornes 44 unter dem unteren Ventilkopf 47 und bringen die Bohrung 54 mit dem Innenraum des Gehäuseabschnitt unterhalb des

Ventilsitzes 49 in Kommunikation. Der untere Endabschnitt des Gehäuseabschnittes 36

so weist eine einwärts vorspringende Schulter 55 auf, durch welche ein Zwischenabschnitt des Ventildorns 44 abdichtend gleitbeweglich ist Lecken von Fluid wird verhindert durch einen Dichtring 56.

Der Ventildorn 44 weist eine nut abgestuften

Durchmessern versehene AuSenwandungsflache auf, so daß sich ein Kolbenabschnitt 57 ergibt dessen äußerer' Umfang gegen die benachbarten Zylinderwandungen 58 durch einen Dichtring 59 abgedichtet ist Eine Mehrzahl von Öffnungen 60 erstrecken sich seitlich durch die

Wandungen des Gehäuses 36 unterhalb der Schulter 55, so daß die nach oben gerichtete Seite der Querfläche 61 des Kolbenabschnitts 57 dem Druck des Fluids im B Vlochringranm außerhalb des Gehäuses ausgesetzt ist Γ:" untere Sehe 62 des Kolbenabschnitts 57 stutzt

β; eine Scwraubenfeder 63 ab, deren unteres Ende auf einer .nach innen einspringenden Schulter 64 des Gehäuses 36 abgestützt ist. Die Außenfläche des unteren Abschnitts 65 des Ventildorns 44 ist gegen die Schuher 64

abgedichtet durch einen Abdichtring 66.

Eine langgestreckte Kammer 67, ziemlich erheblichen Volumens, ist im unteren Abschnitt des Gehäuses 36 ausgearbeitet Die Kammer 67 wird gebildet zwischen der Außenfläche eines Rohres 70, dessen oberes Ende s verbunden ist mit der Schulter 64 und der umgebenden Innenwandfläche 71 des Gehäuses, wobei das untere Ende des Rohres 70 abgedichtet ist gegen das Gehäuse durch einen entsprechenden Dichtring 72. Ein schwimmender Ringkolben 73 befindet sich normalerweise am ι ο unteren Ende der Kammer 67 und ist versehen mit inneren und äußeren Abdichtungen 74 und 75. Die Kammer 67 ist so ausgebildet, daß sie über eine (nicht dargestellte) Ventilöffnung mit einem komprimierbaren Fluidmedium gefüllt werden kann, etwa mit Stickstoffgas, und ein entsprechender Verbindungspfad 76 erstreckt sich nach oben durch die Schulter 64 derart, daß der Druck des Stickstoffs nach oben auf die nach unten gerichtete Oberfläche 62 des Kolbenabschnitts 57 auf dem Ventildorn 44 einwirken kann. Der Innenraum 77 des Gehäuses 36 unterhalb des schwimmenden Kolbens 73 kommuniziert mit dem Bohrlochringraum über einen Druckkanal, bestehend aus einer sich vertikal erstreckenden öffnung 78, die in einer seitlichen öffnung 79 endeL Man erkennt demgemäß, daß beim Absenken der Baugruppe 22 in ein fluidgefülltes Bohrloch die hydrostatische Säule der Bohrlochfluide Ober die öffnungen 79,78 kommuniziert und über den schwimmenden Kolben 73 auf das Stickstoffgas übertragen wird, welches sich innerhalb der Kammer 67 befindet Insoweit als die oberen und unteren Flächen 61 bzw. 62 des Kolbenabschnitts 57 dem gleichen Druck ausgesetzt werden können, hat der hydrostatische Säulendruck der Bohrlochfluide nicht die Tendenz, den Ventildorn 44 in Richtung auf die Offen-Stellung zu verschieben. Darüber hinaus wirkt der Druck von Fluiden, die sich innerhalb der Bohrung 50 des Ventildorns 44 befinden, nach oben auf die untere Endfläche desselben, nach unten auf die obere Endfläche 41 desselben und auf die untere Querfläche des unteren Ventilkopfes 47 über die öffnungen 53. Es kann gezeigt werden, daß die Fluiddrficke mit gleicher Kraft in entgegengesetzte Längsrichtungen einwirken, so daß der Ventildorn 44 bezüglich der Fluiddrücke ausbalanciert ist, wenn die Baugruppe zur Setztiefe abgesenkt wird. Da dies so ist bewegt sich der Ventildorn 44 mit zunehmendem hydrostatischen Säulendruck nicht in Vertikalrichtung.

Das untere Ende des Gehäuses 36 weist einen Abschnitt verringerten Durchmessers 82 auf, der über Gewinde 83 mit dem Dorn 84 des Druchflußsteuerventils 23 verbunden ist Der Dorn 84 ist teleskopartig aufgenommen innerhalb eines Gehäuses 85 und beweglich zwischen ausgefahrenen bzw. kontranierten Stellungen relativ zn dem Gehäuse. Beim Absenken in das Bohrloch befindet sich der Dorn 84 in der ausgefahrenen Position, wie dargestellt, so daß die öffnung 79 offen ist Wenn jedoch der Packer 25 gesetzt wird, wie noch zu erläutern, bewegt sich der Dom 84 nach unten relativ zum Gehäuse 85 in eine Stellung, wo die Dichtringe 86 und 87 oberhalb bzw. unterhalb der öffnung 79 mit der Innenwandung 88 einer Gegenbohrung im Gehäuse 85 zusammenwirken, um so den Durchlaß an der Kommunikation mit dem Bohrlochringraum zu hindern. Auf diese Weise wird der hydrostatische Säulendruck der Bohriochfhride in der Prüftiefe in der Kammer 67 eingefangen oder gespeichert und verändert sich nicht in merkbarem Maße während . der Betätigung des Ventils, wie nachfolgend noch zu erläutern sein wird.

Die Einzelheiten des Aufbaus für das Durchflußsteuerventil 23 brauchen hier nicht im einzelnen erläutert zu werden, da man auf das oben erwähnte US-Patent 33 08 887 verweisen kann. Kurz gesagt, umfaßt das Durchflußsteuerventil 23 einen Indexabschnitt 90, einen hydraulischen Verzögerungsabschnitt 91 und einen Ventilabschnitt 92. Der Indexabschnitt 90 weist eine Muffe 93 auf, die für Drehung relativ sowohl zum Gehäuse 85 als auch zum Dorn 84 ausgebildet ist, und trägt einen Indexstift 94 im Eingriff mit einem Außenkanal 95 auf dem Dorn. Der hydraulische Verzögerungsabschnitt 91 besteht aus einer Zumeßmuffe 97 in einer fluidgefüllten Kammer 98, die so funktioniert, daß die Abwärtsbewegung des Domes 84 innerhalb des Gehäuses 85 verzögert wird, andererseits jedoch eine freie Aufwärtsbewegung gestattet Der Ventilabschnitt 92 ist etwa ähnlich dem oben beschriebenen insoweit als ein Ventilkopf 99 auf dem Dorn 44 im Eingriff steht mit einem ringförmigen Ventilsitz 100, um die Fluidströmung hinter einer Querbarriere 101 abzusperren. Wenn der Dorn 84 sich nach unten bewegt, wird jedoch ein Strömungspfad einschließlich öffnungen 102 und 103 und Raum 104 außerhalb des Domes in Kommunikation gebracht mit der Bohrung 105 des Domes oberhalb der Barriere 101.

Für den Test wird die druckbetätigbare Prüfventilbaugruppe 22 an der Erdoberfläche vorbereitet durch Injizieren einer Aufladung an Stickstoffgas in die Kammer 67, und die Kammer kann so auf einen Ausgangsdruck gebracht werden, welcher unkritisch ist und für die meisten Tests über 175 at liegen sollte. Als Ausgangspunkt kann man dayon ausgehen, daß die Kammer auf einen Druck aufzuladen ist der etwa 35 Atmosphären niedriger ist als der hydrostatische Druck an der Prüftiefe. Natürlich ist an der Oberfläche und während der ersten Absenkung in das Bohrloch der Stickstoffdruck weit oberhalb des Drucks der hydrostatischen Säule der Bohrlochfluide und spannt damit den Ventildom 44 in die Schließstellung vor. Der Gerätestrang wird dann von der Bohrinsel 13 aus in die Bohrlochauskleidung 10 abgesenkt bis der Packer 24 sich an dem richten Punkt befindet oberhalb des Formationsintervalls, das zu prüfen ist An einer Steile, schon weit oberhalb des Setzpunktes, überwiegt die hydrostatische Säule den Aufladedruck des Stickstoffs innerhalb der Kammer 67, und wenn dies eintritt beginnt der schwimmende Kolben 73 sich nach oben zu bewegen, da er den hydrostatischen Säulendruck auf das kompressible Medium innerhalb der Kammer überträgt In jedem Fall bleibt der Ventildom 44 stationär, weil der gleiche Druck auf die gegenüberliegenden Seiten 61 und 62 des Kolbenabschnitts 57 wirkt Infolge der Tatsache, daß das Medium in der Kammer 67 kompressibel ist, kann sich der Kolbenabschnitt 57 jedoch ohne weiteres nach unten bewegen, wenn sich eine Druckdifferenz in Abwärtsrichtung ergibt

Die Länge des kürzeren Rohrstranges 18 ist so gewählt, daß sich das richtige Gewicht für das Setzen des Packers 24 ergibt, und der Bohrlochkopf 16 befindet sich am Hauptstrang 17 im richtigen Abstand derart, daß bei Verankerung des Packers 25 an der Setztiefe und bei Herabhängen des Gerätestrangs 17 in dem Bohrlochkopf 12 die Gleitverbindung 19 sich in ihrem geschlossenen oder kontrahierten Zustand befindet, so daß das Gewicht des Gerätestrangs 18 fiber die Prüfgeräte auf den Packer übertragen wird. Natürlich

komprimiert und expandiert dieses Gewicht die Packerelemente 25, womit das Testintervall abgedichtet wird und bewegt das Prüfgehäuse 36 und den Dorn 84 nach unten, womit das Steuerventil 23 öffnet und Fluid in das Innere des druckbetätigbaren Prüfventils 22 einströmen läßt. Die Abwärtsbewegung des Gehäuses 36 relativ zum Steuerventilgehäuse 85 positioniert den Gehäuseabschnitt 82 innerhalb des Ventilsitzes 88, um so die öffnung 79 von der Kommunikation mit dem Bohrlochringraum abzutrennen, wie in F i g. 3 angedeutet. Das Ergebnis besteht darin, daß die hydrostatische Fluidsäule innerhalb der Kammer 67 eingeschlossen oder »im Gedächtnis behalten« wird, so daß sich ein im wesentlichen konstanter Druck ergibt, welcher auf die untere Seite 62 des Kolbenabschnitts 57 während des Betriebs des Prüfgeräts 22 ständig einwirkt

Bei in üblicher Weise an der Oberfläche geschlossenen Ausblaspreventern derart, daß das Bohrloch vollständig unter- Kontrolle ist, kann nun ein Formationstest durchgeführt werden, ohne daß an dem Rohrstrang 17 oder 18 manipuliert werden muß, und zwar in der folgenden Weise. Fluiddruck wird mittels geeigneter, an der Oberfläche befindlicher Pumpen über Steuerleitungen (nicht dargestellt) an den Ringraum zwischen den Rohrsträngen 17,18 und der umgebenden . Bohrlochauskleidung 10 angelegt Der Druck wirkt über die Gehäuseöffnungen 60 auf die obere Seite 61 des Kolbenabschnitts 57 des Ventildorns 44 und verschiebt den Dorn nach unten gegen die Vorspannung der Schraubenfeder 63. In einem typischen Beispiel beginnt ein angelegter Ringraumdruck von 42 bar, den Ventildorn 44 nach unten zu verschieben, und ein angelegter Druck von etwa 84 bar bringt den Ventildorn 44 vollständig nach unten in die Offenstellung, wie in F i g. 3 dargestellt In dieser Stellung wird ein Fluiddurchströmungspfad nach oben durch die Prüfventilbaugruppe geöffnet, so daß die geförderten Formationsfluide in den Rohrstrang 18 eintreten können; dieser Strömungspfad umfaßt das Rohr 70, die Bohrung 54 des Ventildorns 44, die unteren Ventildorn- und Muffenöffnungen 53 und 53', die Probekammer 50, die oberen Muffenöffnungen 42', die Barrierewandungsöffnungen 42 und den Ringraum 41 zwischen der Barriere, 37 und den benachbarten Gehäusewandungen 40. Das Ventil bleibt offen für eine relativ kurze Strömungszeitperiode, die jedoch genügt, die Drücke in den isolierten Formationsintervallen unterhalb des Packers 24 abfallen zu lassen und das Fördern von fossilen Fluiden innerhalb der Formation din das Bohrloch zu ermöglichen. Danach wird der auf den Ringraum ausgeübte Druck an der Erdoberfläche abgesetzt, um mittels Schraubenfeder 63 den Ventildorn 44 nach oben in seine Schließ- oder Äbsperrsteiiung zu bewegen, wie in F i g. 2A dargesiciii Der Ventildorn 44 bleibt in der Schließposition während einer Absperrzeitperiode, während der die Druckaufzeichner 28 die Daten registrieren, die den Druckaufbau betreffen. Falls erwünscht, kann der Ventildorn 44 zwischen der Schließ- und der OffensteDtmg wiederholt hin- und herverschoben werden durch abwechselndes Anlegen und Entspannen des auf das Fluid im Ringraum 106 ausgeübten Druckes. ·

Wie oben erwähnt ist der Ventildorn 44 ausbalanciert gegen jede Ofmungsbewegung infolge des hydrostatischen Fluiddrackes beim Ablassen, und die Änderungen des Fhiiddruckes, welche innerhalb der PrüfVentilgruppe 22 während der eigentlichen Prüfung auftreten, beeinflussen nicht die Vertikalposition des VentDdornes aus den gleichen Gründen, d.h. die Drücke üben in jedem Augenblick gleici.e Kräfte in entgegengesetzten Längsrichtungen aus. Darübe; hinaus sind die Teile so bemessen, daß das Volumen der Kammer 67, welche das komprimierte Stickstoffgas enthält, groß genug ist relativ zum Volumen der Versetzung des Kolbenabschnitts 57 bei dessen Abwärtsbewegung gegen die Vorspannung der Schraubenfeder 63. Beispielsweise kann das Verhältnis des Kammervolumens gegenüber dem Versetzungsvolumen an der Testtiefe in der

ίο Größenordnung von 100:1 liegen. Infolge dessen ergibt sich nur eine vernachlässigbare Druckerhöhung innerhalb der Kammer 67, wenn der Ventildorn 44 nach unten verschoben wird, und für die praktischen Zwecke ist die Größe des Ringraumdruckes, der anzulegen ist um das Ventil zu betätigen, nur eine Funktion der Federkennlinie für die Schraubenfeder 63, welche selbstverständlich vorhersagbar ist Dieses Merkmal ist wichtig, weil sich daraus ergibt daß ein im wesentlichen konstanter Wert des angelegten Ringraumdruckes für die Betätigung des Ventils erforderlich ist ohne daß Rücksicht genommen werden muß auf die Prüftiefe und den hydrostatischen Säulendruck des Fluids im Bohrloch bei dieser Tiefe. Infolge dessen sind keine ausgedehnten Berechnungen erforderlich, die bisher üblich waren für eine kritische Aufladung des Stickstoffs in der Kammer 67 auf einen bestimmten Druck, und der Ringraumdruck, welcher von der Oberfläche aus angelegt wird, um den Ventildorn 44 zu betätigen, ist im wesentlichen immer ein konstanter Wert unabhängig von der Prüftiefe.

Um den Test zu beenden, ist es nur erforderlich, die Rohrstränge 17 und 18 gerade nach oben zu ziehen, womit der Gleitverbinder 19 gedehnt wird und das Steuerventil 23 geschlossen wird, wenn der Dorn 84 sich nach oben bewegt Der dem Packer 24 zugeordnete Bypass wird geöffnet womit sich ein Druckausgleich über den Packerelementen 25 ergibt und diese damit eingezogen werden, was dann durch weiteres Ziehen am Packerdorn bewirkt wird Natürlich versteht es sich, daß das Umkehrventil 20 in der üblichen Weise betätigt werden kann, falls dies erwünscht ist um die Fluide zu entfernen, die sich in dem Rohrstrang befinden, bevor die Geräte zur Oberfläche zurückgeholt werden.

Beim Anziehen des Gehäuses 36 nach oben relativ

zum Steuerventügehäuse 85 werden die Offnungen 79 dem Druck im Bohrlochringraum ausgesetzt, so daß der Druck des Stickstoffs innerhalb der Kammer 67 einer langsamen Abnahme unterliegt wenn der hydrostatische Säulendruck während des Herausziehens des Geräts aus dem Bohrloch sich verringert An der Erdoberfläche hat die Kammer 67 dann den ursprünglichen Ladedruck. ^: :' Probe des zuletzt zugeströmten Anteils an Sirönub<|jsfiuid wird innerhalb der Probekammer 50 eingefangen, bei gleichzeitigem Schließen der Ventilköpfe 45 und 47, und kann für die Untersuchung und Analyse an die Erdoberfläche gefördert werden.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, die eine leichte Abtrennung des Probe- und Ventilab-Schnitts 35 von der Prüfventilbaugruppe 22 ermöglicht, ist in F i g. 4 dargestellt Der Ventildorn 144 besteht aus einem oberen Abschnitt 120 und einem unteren Abschnitt 121, die miteinander gekoppelt sind über eine lösbare Verbindung 122.

Die Verbindung umfaßt eine Muffe 123, die in Längsrichtung geschlitzt ist von ihrem oberen Ende aus,

. damit sich eine Mehrzahl von sich nach oben erstreckendes Fingern 124 ergibt, mit einem Innenge-

winde 125, das normalerweise in Eingriff steht mit Außengewinden 126 auf dem unteren Endabschnitt des oberen Dornabschnitts 120. Um durch gemeinsame Drehung den oberen Dornabschnitt 120 an das umgebende Gehäuse 135 zu kuppeln, erstreckt sich ein Querstift 127 durch langgestreckte, diagonal einander gegenüberliegende Schlitze 128 durch die Wandung des Dornabschnitts 120, und die Enden des Stiftes 127 sind befestigt an dem unteren Ende der Ventilsitzmuffe 129. Die Schlitze 128 sind so lang, daß der Ventildorn sich vertikal bewegen kann während der Druckeinwirkung, wie oben beschrieben, ohne daß sich eine Störung durch den Querstift 127 ergibt Der untere Abschnitt 121 des Ventildorns 144 ist durch gemeinsame Drehung angekoppelt an den umgebenden Abschnitt 133 des Gehäuses 136 mittels eines Stiftes 130, der sich in eine langgestreckte Nut 13i erstreckt, weiche im Äußeren des Dornabschnitts 121 ausgebildet ist Schließlich werden die oberen und unteren Abschnitte 132 und 133 des Gehäuses über die Gewinde 134 miteinander verbunden.

Um den Ventil- und Probenehmerabschnitt 135 von dem Ventilbetätigungsabschnitt 136 abzutrennen, so daß die Probe des Fluids in der Probenehmerkammer 150 entnommen werden kann und zu einem Labor oder dergleichen verbracht wird für Untersuchung und Analyse, wird der obere Gehäuseabschnitt 132 relativ zum unteren Gehäuseabschnitt 133 verdreht, um so das Gewinde 134 zu lösen. Die Drehung des Gehäuseabschnitts 132 führt zu einer korrespondierenden Drehung des oberen Dornabschnitts 120 relativ zum unteren Dornabschnitt 121, da der Dornabschnitt 120 ko-rotativ

ίο gekoppelt ist mit dem Gehäuseabschnitt 132 über dem Querstift 127 und da der untere Dornabschnitt 121 stationär gehalten wird durch den Stützfortsatz 130. Die Gewinde 125 und 126 haben die gleiche Steigung und Drehrichtung wie die Gehäusegewinde 134, womit die

is Teile gleichzeitig voneinander abschraubbar sind; um die beiden Abschnitte wieder miteinander zu verbinden, ist es nur erforderlich, die beiden Gehäuseabschnitte wieder zusammenzuschrauben. Die Aufgabe der seitlichen flexiblen Finger 124 besteht darin, daß sich eine Gleitgewindeanordnung oder Ratschenwirkung der Dorngewinde 126 innerhalb der Muffengewinde 125 für den Fall ergibt, daß diese Gewinde voll im Eingriff sind, bevor die Gehäusegewinde 134 fest angezogen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Fluiddruckgesteuertes Bohrlochprüfgerät mit einem zwischen die Einzellängen eines Rohrstranges einsetzbaren Gehäuse, durch das sich ein Strömungsdurchlaß erstreckt, und mit einem drucksteuerbaren Ventilglied, das zwischen einer Durchlaßöffnungs- und einer Durchlaßschließstellung beweglich ist und transversale Druckflächen aufweist, deren eine Seite dem Fluiddruck im Ringraum außerhalb des Gehäuses und deren andere Seite dem Druck eines komprimierbaren, in einer Kammer eingeschlossenen Fluids ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch einen zum Druckausgleich zwischen der hydrostatischen Säule der Bohrlochfluide außerhalb des Gehäuses (36) und dem Fluid in der Kammer (67) vorgesehenen Verbindungsweg (78, 79) und durch eine Einrichtung zum Verschließen des Verbindungswegs (78, 79), die selektiv betätigbar und mittels der die Größe des von der hydrostatischen Säule der Bohrlochfluide außerhalb des Gehäuses (36) auf das Fluid in der Kammer (67) ausgeübten Drucks in der Kammer (67) speicherbar ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (67) ein Druckübertragungstrennglied (73) angeordnet ist, dessen eine Seite dem Fluiddruck der Kammer (67) ausgesetzt ist, und daß der Verbindungsweg zum Druckausgleich eine öffnung (78,79) umfaßt, durch welche die hydrostatische Säule des Bohrlochfluids in Kommunikation steht mit der anderen, gegenüberliegenden Seite des Trenngliedes (73).

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (67) gebildet wird durch einen Ringraum zwischen einer Innenwandung (71) des Gehäuses (36) und einer Außenwandung eines langgestreckten Rohres (70), welches einen Abschnitt des Fluiddurchlasses innerhalb des Gehäuses (36) bildet, und daß das Trennglied einen Ringkolben (73) umfaßt, der innerhalb des Ringraumes in Längsrichtung gleitbeweglich ist

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verschließen des Verbindungswegs (78,79) ein Ventil umfaßt, das durch eine Manipulation des Rohrstranges (17) betätigbar ist

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse relativ gegeneinander bewegliche obere und untere Gehäuseteile (36, 85) umfaßt, und daß das Ventil durch eine Abwärtsbewegung des oberen Gehäuseteils (36) relativ zu dem unteren Gehäuseteil (85) betätigbar ist

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der Verbindungsweg eine seitliche öffnung (79) in einem der Gehäuseteile (36) umfaßt und das andere Gehäuseteil (85) eine Abdichtmuffe (88) aufweist, die in abdichtenden Eingriff mit der seitlichen Oberfläche bringbar ist bei Abwärtsbewegung des oberen Gehäuseteils (36) relativ zu dem unteren Gehäuseteil (85) unter Verschließen ,der öffnung (79).

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 —6, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (63) für die dauernde Druckbelastung des drucksteuerbaren Ventilgliedes (44) in Richtung auf dessen Schließstellung.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die transversalen Druckflächen derart bemessen sind, daß bei beidseits gleichen Drücken die resultierenden auf das drucksteuerbare Ventilglied (44) wirkenden Kräfte einander kompensieren.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied einen Dorn (44) umfaßt der gleitbeweglich ist relativ zu dem Gehäuse zwischen in Längenabstand liegenden Positionen, die jeweils die Schließ- bzw. öffnungspositionen bilden, und daß der Dorn einen Kolbenabschnitt (57) aufweist welcher mindestens einen Abschnitt der transversalen Druckflächen bildet

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Strömungsdurchlasses sich unter eine Querbarriere (37) in dem Gehäuse erstreckt wobei das Ventilglied (44) bewegliche nahe der Barriere angeordnet ist

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Barriere (37) durch ein Ringteil gebildet ist mit einem geschlossenen oberen Ende und Strömungsöffnungen (42), die sich seitlich durch dessen Wandung erstrecken, und daß der Ventildorn (44) beweglich aufgenommen ist in dem Ringteil mit einem Ventilkopf (46) in Eingriff mit einem Ventilsitz (3ε), der sich auf dem Ringteil unterhalb der Durchströmungsöffnungen befindet

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Ventildorn (44) ein Rohrglied ist und einen Abschnitt des Strömungsdurchlasses bildet sowie seitliche Strömungsöffnungen (53) unterhalb des Ventilkopfes (46) aufweist

13. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch weitere Ventilanordnungen (92), betätigbar im Ansprechen auf eine Vertikalbewegung des oberen Gehäuseteils (36) relativ zu dem unteren Gehäuseteil (85) zum öffnen bzw. Schließen des Strömungsdurchlasses in dem unteren Gehäuseteil (85).

14. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Ventildorn (44) einen zweiten Ventilkopf (47) aufweist der zum Sitzen bringbar ist auf einem zweiten Ventilsitz (49) in dem Gehäuse (36), und daß der Ringraum außerhalb des Ventildorns (44) zwischen den Ventilsitzen (38, 49) eine Probekammer (50) bildet die durch die Ventile (38, 46; 47,49) verschließbar ist

15. Gerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch lösbare Verbindungen am Gehäuse und Ventildorn (44), durch welche d:r unterhalb der Probekammer (50) befindliche Teil des Gerätes vom

so übrigen Gerät abtrennbar ist

16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 — 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Fluids, das verdrängt wird durch die transversalen Druckflächen bei Bewegung des Ventilgliedes (44)

zwischen der Strömungsschließ- und Öffnungsposition vernachlässigbar ist relativ zum Volumen der das Fluid enthaltenden Kammer (67).