DE2404828B2 - Ventileinrichtung fuer einen bohrlochpruefstrang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zirkulationsventilanordnung zum Einbau in einen Bohrlochprüfstrang, der in einem Rohrstrang in den Bereich einer von einem Bohrloch durchsetzten zu untersuchenden Erdformation absenkbar ist, wobei dieses Zirkulationsventil oberhalb eines den Ringraum zwischen Bohrlochwandung und Rohrstrang abdichtenden Packers angeordnet und von über Tage betätigbar ist und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Inneren des Rohrstranges und dem besagten Ringraum beherrscht.

Zur Untersuchung einer von einem Bohrloch durchsetzten Formation auf mögliche Produktionsrate und Ergiebigkeit ist es bekannt, in das Bohrloch mittels eines Rohrstranges einen Bohrlochprüfstrang bis in den Bereich der zu untersuchenden Formation abzusenken Durch einen Packer, d. h. eine an der Wandung des Bohrloches oder seiner Verrohrung anliegende Dichtung, wird der oberhalb liegende Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrlochwandung gegen die Formation abgedichtet. Der Bohrlochprüfstrang enthält beispielsweise eine Ventilanordnung (Prüfventil), welches den Längsdurchgang durch den Rohr- bzw. Bohrlochprüfstrang beherrscht, einen Druckschreiber unterhalb und einen Druckschreiber oberhalb des Prüfventils Dieser Längsdurchgang steht unterhalb des unterer Druckschreibers mit der zu untersuchenden Formatior in Verbindung. Die Ventilvorrichtung enthält im allge meinen eine Probenkammer zum Auffangen einer Pro be der aus der Formation austretenden Flüssigkeit. E; wird dann der Bohrlochprüfstrang bei geschlossenen Prüfventil mittels eines Rohrstranges in das Bohrlod abgesenkt. Wenn dann das Prüfventil geöffnet wird

kann aus den Aufzeichnungen der Druckschreiber auf iUe Produktionsrate der Formation geschlossen werden. Andere Informationen hinsichtlich der Ergiebigkeit der Formation können aus dem Verlauf des Druckanstieges vor dem Prüfventil gewonnen werden, wenn das Prüfventil wieder geschlossen wir-¹. Diese Versuche werden in der Regel mehrfach wiederholt. Schließlich kann die Ventilanordnung so gesteuert werden, daß eine Probe der Formationsflüssigkeit aufgefangen A-ird. Dann wird der Rohrstrang mit dem Bohrlochprüfstrang wieder aus dem Bohrloch ausgebaut.

Die Betätigung des Prüfventüs kann dadurch erfolgen, daß der Rohrstrang nach Setzen des Packers, wenn der Bohrlochprüfstrang im Bohrloch festgeklemmt ist, nachgelassen wird, so daß das Prüfventil durch das Gewicht des oberen Teils des Rohrstranges über irgendeinen Mechanismus betätigt wird. Bei einer anderen bekannten Anordnung erfolgt die Betätigung des Prüfventüs mittels eines hydraulischen Antriebs. Das Prüfventil ist ein Schieberventil mit einer in einem Schiebergehäuse axial verschiebbaren Schieberhülse. Die Schieberhülse weist an ihrer Außenseite einen Ringkolben auf, der mit seiner Mantelfläche abdichtend an der Innenwandung eines rohrförmigen Außengehäuses anliegt und eine zwischen diesem und dem Schiebergehäuse gebildete Ringkammer in zwei ringförmige Zylinderräume unterteilt. In einem der Zylinderräume ist ein vorgespanntes Gas eingeschlossen, während der andere Zylinderraum mit dem Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrlochwandung in Verbindung steht. Durch wahlweises Erhöhen des Druckes der in dem Ring vorhandenen Flüssigkeit, die Bohrschlamm sein kann, über die Vorspannung des Gases und Wiederabsenken dieses Druckes kann das Prüfventil wiederholt geöffnet und geschlossen werden. Bei einem weiteren Druckanstieg im Ringraum kann schließlich die Schieberhülse in eine Stellung verschoben und in dieser Stellung verriegelt werden, in welcher eine Probe von Formationsflüssigkeit in der Probenkammer der Ventilvorrichtung eingeschlossen ist (DT-AS 21 45 474).

Bei der Betätigung des Prüfventüs, tritt Formationsflüssigkeit, z. B. Rohöl oder auch Gas, während des öffnens des Prüfventüs durch dieses hindurch in den Längsdurchgang des Rohrstranges. Diese Formationsflüssigkeit im Inneren des Rohrstranges ist sehr störend, wenn der Rohrstrang wieder ausgebaut werden soll, da sie Brand- und Explosionsgefahr sowie eine unerwünschte Verschmutzung mit sich bringt. Es ist daher erforderlich, nach Beendigung des Prüfvorgangs die Formationsflüssigkeit in kontrollierter Weise wieder aus dem Inneren des Rohrstranges herauszuspülen, bevor der Rohrstrang ausgebaut wird. Zu diesem Zweck ist im Prüfstrang oberhalb des Prüfventils und des Pakkers eine Zirkulationsventilanordnung vorgesehen, durch welche nach Beendigung des Prüfvorganges eine Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Inneren des Rohrstranges herstellbar ist. Über diese Verbindung kann Flüssigkeit aus dem Ringraum in den Rohrstrang r.nd durch diesen hindurch nach oben gedrückt werden. Es kann so eine Zirkulation z. B. von Bohrschlamm durch das Innere des Rohrstranges erzeugt werden, durch welche die im Rohrstrang (außerhalb der abgeschlossenen Probenkammer) angesammelte Formationsflüssigkeit lierausgespült wird. Es muß allerdings dafür gesorgt sein, daß die unter hohem hydrostatischen Druck stehende Flüssigkeit aus dem Ringraum erst nach Beendigung des Prüfvorganges und endgültigem Absperren des Prüfventils in das innere des Rohrstranges gelangen kann und so von der Formation getrennt ist

Es ist bekannt, die Zirkulationsventilanordnung durch im Rohrstrang herabfallende Teile zu betätigen. Beispielsweise wird bei einer bekannten Anordnung eine Buchse, die durch Scherstifte gehalten ist und seitliche Öffnungen abdeckt, durch eine herabfallende Gewichtsstange abgeschert, so daß sie die öffnungen freigibt. Diese und ähnliche Einrichtungen sind jedoch in ihrer Funktion unsicher, da der Fall der Gewichtsstange durch verschiedene Einflüsse so abgebremst werden kann, daß kein Abscheren der Scherstifte erfolgt.

Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, die Zirkulationsventilanordnung einfach durch Druckerhöhung der Flüssigkeit im Ringraum zu betätigen, da diese Steuermittel schon für die Betätigung des Prüfventüs verbraucht sind. Es ist ja nicht erwünscht, bei jedem öffnen und Schließen des Prüfventüs auch das Zirkulationsventil synchron damit zu öffnen und zu schließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zirkulationsventilanordnung zu schaffen, welche durch die zur Betätigung des Prüfventüs dienenden Steuermittel so betätiguar ist, daß sie nach Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Prüfvorgängen die Verbindung zwischen dem Inneren des Rohr- bzw. Bohrlochprüfstranges und dem Ringraum öffnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zirkulationsventil hydraulisch durch eine vorgegebene Mehrzahl von Druckpulsationen einer im Ringraum enthaltenen Flüssigkeit betätigbar ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Paar von begrenzt axial gegeneinander bewegliche rohrförmige Teile und einen hydraulischen Antrieb mit einem vom Drück der Flüssigkeit im Ringraum gegen die Wirkung einer Rückstellkraft beaufschlagten Hubglied zur beliebig wiederholbaren axialen hin- und hergehenden Relativbewegung dieser Teile, wobei das Zirkulationsventil durch diese Relativbewegung über ein Gesperre schrittweise nach einer vorgegebenen Mehrzahl von Schaltschritten aus einer Schließstellung in eine Offenstellung bewegbar ist.

Es können dann durch den Antrieb während der Betätigung des Prüfventüs mehrere solcher axialer Relativbewegungen hervorgerufen werden, ohne daß das Zirkulationsventil schon öffnet. Erst nach einer vorgegebenen Anzahl solcher Relativbewegungen, die jede mit einer Betätigung des Prüfventüs einhergehen, gelangt das Zirkulationsventil in die Offenstellung.

Es ist bekannt, einen Packer über ein Gesperre durch wiederholtes Erhöhen und Absenken des Druckes einer Flüssigkeit in dem Inneren des Rohrstranges zu setzen (US-PS 34 56 723). Es erfolgt dort aber nicht die Steuerung zweier verschiedener Funktionen, nämlich sowohl des Prüfventüs als auch des Zirkulationsventils, durch die gleichen Druckerhöhungen der Flüssigkeit. Außerdem erfolgt nicht eine Steuerung über den Druck einer im Ringraum enthaltenen Flüssigkeit.

Ein hydraulischer Antrieb, der einen Längsdurchgang des Bohrlochprüfstranges freiläßt, kann so aufgebaut sein, daß der eine der rohrförmigen Teile ein mit beiden Enden in den Rohr- bzw. Bohrlochprüfstrang eingebauter Außenteil und der andere eine darin axial begrenzt verschiebbare Zughülse ist, die über das Gesperre mit dem Ventil in Antriebsverbindung steht, in zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, nach innen vorspringenden, hohlzylindrischen Verdikkungen des Außenteils abdichtend geführt ist und zwi-

sehen diesen Verdickungen einen an der Wandung des Außenteils abdichtend anliegenden, das Hubglied des hydraulischen Antriebs bildenden Ringkolben aufweist, wobei zwischen den Verdickungen und dem Ringkolben zwei Zylinderkammern gebildet sind, von denen die eine ein Druckgas enthält und die andere über eine öffnung des Außenteils mit dem Ringraum in Verbindung steht.

Um auf bequeme Weise den bei jeder Betätigung des hydraulischen Antriebs auszuführenden Hub und damit die Anzahl der gleichzeitigen Betätigungen des Prüfventils bestimmen zu können, die erfolgen, bevor das Zirkulationsventil öffnet, kann zwischen einem nach innen ragenden Anschlag des Außenteils und einem nach außen ragenden Anschlag der Zughülse eine Abstandshülse mit Spiel eingesetzt sein, wobei dieses Spiel die Begrenzung der axialen Verschiebung bestimmt.

Um die Bewegung der Zughülse in Mitnahmerichtung des Gesperres zu dämpfen, ist es vorteilhaft, daß zwischen zwei nach innen vorspringenden hohlzylindrisehen Verdickungen des Außenteils, in denen die Zughülse abdichtend geführt ist, eine mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kammer gebildet ist, in der ein an der Zughülse vorgesehener Dämpfungskolben beweglich ist, und daß der Dämpfungskolben einen gedrosselten Flüssigkeitsdurchlaß bildet und einen Kanal mit einem Rückschlagventil enthält, das bei Bewegung der Zughülse und des Dämpfungskolbens in der Freilaufrichtung des Gesperres öffnet.

Um einen freien Längsdurchgang des Bohrlochprüfstranges zu erhalten, kann das Zirkulationsventil eine Schieberhülse enthalten, die eine Seitenöffnung des Außenteils abdeckt und von der Zughülse über das Gesperre axial verschiebbar ist. Aus dem gleichen Grunde ist es vorteilhaft, wenn das Gesperre von einer Vielzahl von im Querschnitt sägezahnförmigen Ringnuten an der Mantelfläche der Zughülse und mehreren, mit dazu komplementären Nuten versehenen Schalenteilen gebildet ist, welche die Mantelfläche der Zughülse umgreifen und radial federnd mit einer einwärts gerichteten Vorspannung an der Schieberhülse angebracht sind. Dabei kann die Mantelfläche der Zughülse von einem Ende der Schieberhülse umgriffen und können die Schalenteile in Fenstern der Schieberhülse radialbeweglich geführt und von darumgelegten Federspiralen unter Vorspannung gehalten sein.

Um ein schlagartiges volles öffnen des Zirkulationsventils zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß zwischen der Schieberhülse und dem Außenteil beiderseits der Seitenöffnung Ringdichtungen vorgesehen sind und daß die Schieberhülse mit ihrer Innenseite abdichtend auf einer axial festliegenden Innenhülse gleitet, die mit einer Verdickung um das der Zughülse abgewandte Ende der Schieberhülse herumgreift und abdichtend an der Innenwandung des Außenteils anliegt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Teilstücken la bis If eine Zirkulaticnsventilanordnung nach der Erfindung teilweise im Längsschnitt,

F i g. 2 schaubildlich eine Einzelheit der Anordnung von Fi g. 1,

F i g. 3 den Längsschnitt einer weiteren Einzelheit in größerem Maßstab um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn.

Die Zirkulationsventilanordnung 1 besteht aus einer Zughülse 2, die konzentrisch gleitend in einen in Abschnitten geteilten Außenteil 3 eingesetzt ist, und an ihrem unteren Ende einen äußeren kegelförmigen Rand 20 aufweist. Der Rand 20 liegt an einem inneren kegelförmigen Sitz 30 des Gehäuserohres 3 an, wodurch die Abwärtsbewegung der Zughülse in dem Außenteil 3 begrenzt wird. Die Wandung des Außenteils 3 hat eine oder mehrere Seitenöffnungen 31, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen einem Innenraum 32 des Außenteils 3 und einem äußeren Ringraum

33 zwischen der Zirkulationsventilanordnung 1 und dem Bohrlochfutterrohr herstellen. Eine mit der Zughülse 2 zusammengeschraubte Schieberhülse 21 deckt in ihrer tiefsten Stellung die Seitenöffnungen 31 ab und sperrt dadurch den Durchtritt von Flüssigkeit. Zwischen Außenteil 3 und Schieberhülse 21 sind oberhalb und unterhalb der Seitenöffnungen 31 Ringdichtungen

34 in Ringnuten 35 angeordnet, die den Außenteil 3 und die Schieberhülse 21 flüssigkeitsdicht voneinander trennen.

Die Schieberhülse 21 umschließt eine Innenhülse 4, die aus einem Rohrstück mit einer oberen Verlängerung 40 und einer unteren Verdickung 41 besteht. Die obere Verlängerung 40 ist koaxial gleitend in der Schieberhülse 21 geführt und ist durch eine in eine Ringnut 43 eingesetzte Ringdichtung 42 gegen die Schieberhülse 21 abgedichtet. Die Verdickung 41 der Innenhülse 4 ragt unten über die untere Kante 60 der Schieberhülse 21 und hat einen größeren Außendurchmesser als diese. Dadurch erhält die Schieberhülse 21 einen die Abwärtsbewegung der Zughülse 2 begrenzenden Anschlag. Die Verdickung 41 greift ferner in eine im unteren Außenteil 3 angebrachte Hinterdrehung 36 und begrenzt dadurch die Auf- und Abwärtsbewegung der Innenhülse 4 im Außenteil 3.

In der Wandung der Zughülse 2 sind in der Nähe ihres oberen Randes 23 ein oder mehrere Fenster 22 angebracht, in denen mit einem Innengewinde 25 versehene Schalenteile 24 angeordnet sind, an deren Kanten Führungszapfen 26 befestigt sind, die in Vertiefungen 27 der Fenster 22 passen und so die Einwärtsbewe gung der Schalenteile 24 begrenzen.

Die Schalenteile 24 können sich durch eine nacr außen gerichteten Keilwirkung nach außen beweger und sind von Ringfedern 28 umschlossen, die in Riller 29 der Schalenteile 24 und der Zughülse 2 angeordne sind und die Schalenteile 24 mit einer konstanten Kraf elastisch in die Fenster 22 hineindrücken.

Die Zughülse 2 umschließt eine rohrförmige Buchs« 5, die mit einem Außengewinde 50 versehen ist. Da Außengewinde 50 ist mit dem Innengewinde 25 de Schalemeile 24 in Eingriff. An Stelle der Schraubenge winde 25 und 50 können in den Schalenteilen 24 un< der Buchse 5 auch parallele Ringnuten vorgesehen sein

Die Ausbildung der Gewinde ist in F i g. 3 in größe rem Maßstab veranschaulicht, wobei die Figur um 90' entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt ist. Das Pro Π1 des Außengewindes 50 hat an seiner Unterseite ein schräge Flanke 62 und an seiner Oberseite eine steil Flanke 63. Das Innengewinde 25 der Buchse 5 hat ά seiner Unterseite eine steile Flanke 64 und an seine Oberseite eine schräge Flanke 65. Dieses Gewindepro fil ermöglicht infolge der Keilwirkung der schräge Flanken 62 und 65 eine teleskopartige Abwärtsbewe gung der Buchse 5 in Richtung ihrer Längsachse; durc die Zughülse 2 hindurch, wobei die Schalenteile 2 durch die Keilwirkung nach außen gedrückt werdei Die hierbei erforderlichen Keilkräfte müssen notwer digerweise kleiner sein als die Kräfte, welche die Schie

berhülse 21 in seiner Stellung in dem Außenteil 3 festgehalten, d. h. kleiner sein als die Reibungskräfte der Ringdichtungen 34 und 42.

Bei einer Aufwärtsbewegung der Buchse 5 gelangen die rückseitigen steilen Flanken 63 und 64 der Gewinde

50 und 25 miteinander in Eingriff, was in gleicher Weise eine Aufwärtsbewegung der Zughülse 2 zur Folge hat. Eine anschließende Aufwärtsbewegung der Buchse 5 in der Zughülse 2 bewirkt wieder ein Ausweichen der Schalenteile 24 und ermöglicht der Buchse 5 einen neuen Schritt in der Zughülse 2. Durch dieses Gesperre bewirkt eine wiederholte Auf- und Abwärtsbewegung der Buchse 5 eine schrittweise Verschiebung der Zughülse 2 und der Schieberhülse 2t aus dem Ringraum zwischen der Innenhülse 4 und dem Außenteil 3.

Die Aufwärtsbewegung der Zughülse 2 über die Buchse 5 hinaus wird begrenzt durch Anlage des oberen Endes 23 der Zughülse 2 an dem unteren Rand eines Verbindungsstückes 51. Dieses Verbindungsstück

51 kann mit der Buchse 5 aus einem Stück hergestellt oder als Gewindebuchse auf das obere Ende der Buchse 5 geschraubt sein. Auf das obere Ende des Außenteils 3 ist ein Verbindungsstück 6 geschraubt, das eine nach innen vorspringende Stirnfläche 61 aufweist. In den Außenteil 3 ist rund um eine obere Verlängerung 8 der Buchse 5 eine Abstandshülse 7 gleitend eingesetzt. Auf diese Weise wird die Aufwärtsbewegung der Buchse 5 durch Verbindungsstück 51, Abstandshülse 7 und Stirnfläche 61 begrenzt.

Die F i g. Id bis 1f zeigen zusammen die Zirkulationsventilanordnungen, in diesen Figuren ist das Verbindungsstück 6 mit dem Gehäuserohr 9 verschraubt dargestellt, das in Verbindung mit dem Gehäuserohr 10 ein Druckkammersystem U zum Betätigen der Zirkulationsventilanordnung 1 bildet.

Durch das Verbindungsstück 6 und das Gehäuserohr 9 hindurch erstreckt sich eine Verlängerungshülse 8 aufwärts, die mit einem Dämpfungskolben 12 verschraubt ist, mit deren oberem Ende über eine untere Verbindungshülse 14 ein rohrförmiger Differentialkolben 13 verschraubt ist. Der Differentialkolben 13 ist mit einer oberen Verlängerungshülse 15 versehen.

Mit dem oberen Gehäuserohr 10 ist ein Verbindungsstück 16 von kleinerem Innendurchmesser verschraubt, an dessen oberen Ende ein äußeres Gehäuserohr 17 geschraubt ist. An dem Verbindungsstück 16 ist ferner ein innerer konzentrischer Gehäusemantel 18 befestigt.

Das Druckkammersystem 11 (Fig. Id und Ie) besteht im wesentlichen aus einem feststehenden äußeren Gehäuse und einem beweglichen Innenteil. Das äußere Gehäuse besteht aus dem Verbindungsstück 6, den Gehäuserohren 9 und 10, dem Verbindungsstück 16, dem Gehäuserohr *7 and dem inneren Gehäusemantel 18. Der bewegliche Innenteil besteht aus der Verlängerung 8, dem Dämpfungskolben 12, dem Differentialkolben 13, der Verbindungshülse 14 und der angeschraubten oberen Verlängerung 15.

Eine Ringfläche 19 am oberen Ende des Differentialkolbens 13 arbeitet mit einer für das Druckkammersystem 11 einen Kraftspeicher bildenden Druckkammer 37 zusammen, die durch den relativ großen Innendurchmesser des Gehäuserohres 10 und den kleinen Innendurchmesser des Verbindungsstücks 16 und Gehäuserohrs 15 gebildet wird und deren gasdichter Abschluß durch in die äußeren Ringnuten 39 des Differentialkolbens 13 eingelegte Ringdichtung 33 erzielt wird. Druckflüssigkeit gelangt zu der Ringfläche 19 durch eine oder mehrere in der Wandung des Gehäuserohrs 10 angebrachte Ausgleichsöffnungen 45, die mit dem zwischen dem oberen dickeren Teil des Differentialkolbens 13 und dem Gehäuserohr 10 gebildeten Ringraum 46 in Verbindung stehen. Die Druckkammer 37 ist abgebrochen dargestellt. In Wirklichkeit ist sie beträchtlich langer als dargestellt, um ein ausreichendes Volumen für den gewünschten Federungseffekt zu erhalten. Sie enthält ein inertes Gas unter Druck. Durch diesen

ίο Druck wird eine solche Rückholkraft auf die volle Stirnfläche 47 des Differentialkolbens 13 ausgeübt, da nach dem Entweichen des Drucks aus dem Ringraum 46 das komprimierte Gas in der Druckkammer 37 den Differentialkolben 13 in seine untere Stellung zurückbewegt.

Eine stoßartige Aufwärtsbewegung des beweglichen Innenteils innerhalb des feststehenden äußeren Gehäuses wird durch die Bremswirkung des Dämpfungskolbens 12 in der Bremsflüssigkeitskammer 48 verhindert,

zo die von dem Gehäuserohr 9 und dem schmaleren Bereich 52 des Dämpfungskolbens 12 gebildet wird. Der Dämpfungskolben 12 besitzt einen Düsenring 49, der sich gleitend in der Bremsflüssigkeitskammer 48 bewegen kann. Die Kammer 48 ist mit einer beständigen, nicht korrodierenden Flüssigkeit, wie z. B. Hydrauliköl, gefüllt und flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Wenn sich der Dämpfungskolben 12 in dem Gehäuserohr 9 aufwärts bewegt, muß der Düsenring 49 die mit Bremsflüssigkeit gefüllte Bremsflüssigkeitskammer 48 durchqueren, wobei die Flüssigkeit oberhalb des Düsenringes 49 durch einen Flüssigkeitsdurchlaß 53 in den Ringraum

58 unterhalb des Düsenringes übertreten muß. Die in Ringnuten 55 des Düsenringes 49 eingelegten Ringdichtungen 54 dichten gegen die Innenseite des Gehäuserohres 9 ab und verhindern ein Austreten von Flüssigkeit um den Düsenring 49 herum. Da bei der Bewegung des Düsenringes 49 in der Bremsflüssigkeitskammer 48 Flüssigkeit nur durch den engen Fiüssigkeitsdurchlaß 53 strömen kann, wird die Bewegung des Dämpfungskolbens 12 in dem äußeren Gehäuserohr gedämpft und eine stoßartige plötzliche Bewegung verhindert.

Wenn die Druckkraft auf die Differenzringfläche 19 weggenommen wird, sollen sich der Dämpfungskolben 12 und der Differentialkolben 13 unbehindert abwärts bewegen, zu welchem Zweck ein Rückschlagventil 56 vorgesehen ist, das die Flüssigkeit von der Unterseite des Düsenringes 49 durch einen Kanal 57 unter Bildung eines Nebenschlusses zu dem Flüssigkeitsdurchlaß 53 ungehindert zu der oberen Seite der Bremsflüssigkeitskammer übertreten läßt Das ist notwendig, weil die Federkonstante der Gasfeder in der Druckkammer 37 auf einen nicht allzu hohen Wert eingestellt ist, um eine Beschädigung der Zirkulationsventilanordnung durch einen plötzlichen Stoß bei Rückkehr des Differentialkolbens 13 in seine Ausgangsstellung zu vermeiden. Der Flüssigkeitsdurchlaß 53 und der Kanal 57 sind in ständiger Verbindung mit der Flüssigkeit auf der Unterseite des Düsenringes 49 durch den Ringraum 58, der sich ebenso wie die Bremsflüssigkeitskammer 48 vollständig außen rund um die Verlängerung 8 erstreckt. Es können auch mehrere Flüssigkeitsdurchlässe 53 und mehrere Kanäle 57 vorgesehen sein.
Im Betrieb wird die ganze Zirkulationsventilanordnung mit einem Prüfstrang verbunden, in den z. B. das obere Ende des Gehäuserohrs 17 sowie des inneren Gehäusemantels 18 und die untere Endverschraubung

59 der Zirkulationsventilanordnung 1 eingeschraubt

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werden.

Der Prüfstrang kann dann in das Bohrloch abgesenkt und die Formation getestet werden. Die Benutzung dieser Ventileinrichtung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem durch den Druck im Ringraum zwischen Prüfsirang und Futterrohr betätigten Probennehmer entsprechend dem US-Patent 36 64 415. Derartige mit Druck betätigte Werkzeuge sind insbesondere bei Untersee-Bohrungen von Vorteil, bei denen die Preventer der Bohrstangen dauernd verschlossen gehalten werden. In diesem Fall ist nämlich jede Art von Handhabung des Prüfstrangs zum Betätigen verschiedener Werkzeuge in dem Bohrloch unmöglich. Eine derartige Handhabung besteht gewöhnlich aus Drehbewegungen sowie Hin· und Herbewegung*™ oder aus einer Kombination beider Bewegungsarten, die nicht durchgeführt werden können, wenn die Preventer in Betrieb sind.

Deshalb ist die erflndungsgemäße Einrichtung bei Untersee-Bohrungen und Festlandbohrungen, bei denen unvorhergesehen hohe Drucke auftreten, äußerst sicher und vorteilhaft. Wenn der Prüfstrang in das Bohrloch eingesetzt ist und die Preventer nach Einbau d^r Prüfwerkzeuge geschlossen werden, kann der Probenentnehmer betätigt werden, indem auf den Ringraum 33 zwischen Prüfstrang und Futterrohr ein hydraulischer Druck ausgeübt wird.

Die Druckerhöhung in diesem Ringraum wirkt durch die öffnungen 45 auf die Ringfläche 19 und treibt den Differentialkolben 13 nach oben gegen die Federwirkung der Druckkammer 37. Bei seiner Aufwärtsbewegung nimmt er gleichzeitig den Dämpfungskolben 12, die Verlängerung 8, die Buchse 5, die Zughülse 2 und die Schieberhülse 21 mit, bis das Verbindungsstück 51 die lose Abstandshülse 7 berührt und damit eine weitere Abwärtsbewegung der beweglichen Innenteile verhindert. Nach Durchführung der Prüfung oder anderer Vorgänge in den verschiedenen Teilen des Prüfstranges wird der Druck im Ringraum abgelassen. Dadurch bringt der in der Druckkammer 37 auf die Stirnfläche 47 des Differentialkolbens 13 wirkende Druck die Innenteile in ihre Anfangsstellung zurück. Bei dieser Umkehrbewegung nach abwärts wird die Buchse 5 mit der beschriebenen Gesperrwirkung in die Zughülse 2 hineingeschoben. Bei jeder Druckpulsation mit Anheben und Wiederabsenken der Innenteile wird die Zughülse 2 durch das Gesperre um einen vorgegebenen Schritt nach oben bewegt, bis nach einer vorgegebenen Anzahl solcher Pulsationen die Seitenöffnung 31 freigegeben wird. Der Ringraum kann daher mehrmals einem Druckstoß ausgesetzt werden, um mit den anderen Werkzeugen des Prüfstranges andere Prüfvorgänge auszuführen, ohne die Zirkulationsventilanordnung zu öffnen, die vorzugsweise nach Erledigung aller Prüfvorgänge und Entnahme aller Proben unmittelbar vor dem Ausbau des Prüfstranges aus dem Bohrloch geöffnet wird.

Die Anzahl der zum öffnen der Ventileinrichtung erforderlichen Druckschwankungen kann leicht auf verschiedene Arten geändert werden. Beispielsweise verringert eine Verlängerung der Abstandshülse 7 die Länge der Schritte und erfordert daher eine größere Zahl

ίο von Schritten, um das öffnen zu bewerkstelligen. Sollte es wünschenswert sein, die Zahl der Schritte zu verringern, könnte die Abstandshülse verkürzt werden, um die Arbeitsschritte der Zughülse 2 nach oben zu vergrößern.

Die Anzahl der Schritte könnte auch geändert werden, indem der Abstand zwischen den Seitenöffnungen 31 und dem unteren Rand 60 der Schieberhülse 21 geändert wird, entweder indem die Seitenöffnung 31 in dem Außenteil 3 nach oben oder unten verschoben wird und/oder indem die Länge der Schieberhülse 21 unterhalb der Seitenöffnung 31 geändert wird.

Die beschriebene Zirkulationsventilanordnung hat den weiteren Vorteil, daß sie unmittelbar nach einer Betätigung geöffnet wird. Wenn der letzte Aufwärtsschritt der Schieberhülse vollzogen ist, um die Seitenöffnung 31 zu öffnen, kommt das untere Ende 60 der Schieberhülse 21 außer Berührung mit der untersten Ringdichtung 34. Dadurch wird die unter hohem Druck stehende Ringraumflüssigkeit fast unmittelbar den Zugang zu dem Raum zwischen der Schieberhülse 21 sowie dem Außenteil 3 und der Innenhülse 4 freigeben. Die Flüssigkeit kann aber nicht in das Bohrloch gelangen, weil die Schieberhülse 21 noch mit den oberen Ringdichtungen 34 und 42 in Berührung steht. Daher wirkt die Hochdruckflüssigkeit des Ringraumes gegen die untere Stirnfläche 60 der Schieberhülse 21, während auf deren obere Stirnfläche der reltiv niedrige Druck im Innenraum 32 wirkt. Daraus ergibt sich eine plötzliche schlagartige Aufwärtsbewegung der Zughülse 2,

was ein vollständiges und unverzügliches Öffnen des Zirkulationsventils bewirkt.

Für eine einwandfreie Funktion der Zirkulationsventilanordnung dürfen die Ringfedern 28 nicht stärker sein als notwendig ist, um das Gewinde der Schalentei-Ie 24 in Eingriff mit der sich aufwärts bewegenden Buchse 5 zu halten. Auf diese Weise ist eine Abwärtsbewegung der Buchse 5 innerhalb der Zughülse 2 möglich, ohne daß letztere nach unten mitgenommen wird, weil die Reibungskräfte der Ringdichtungen 34 und 42

wesentlich größer sind als die von der Zughülse 2 auf die Buchse 5 ausgeübte Kraft.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Zirkulationsventilanordnung zum Einbau in einen Bohrlochprüfstrang, der in einem Rohrsirang in den Bereich einer von einem Bohrloch durchsetzten zu untersuchenden Erdfonnation absenkbar ist, wobei dieses Zirkulationsventil oberhalb eines den Ringraum zwischen Bohrlochwandung und Rohrstrang abdichtenden Packers angeordnet und von über Tage betätigbar ist und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Inneren des Rohrstranges und dem besagten Ringraum beherrscht, d a durch gekennzeichnet, daß das Zirkulationsventil hydraulisch durch eine vorgegebene Mehrzahl von Druckpulsationen einer im Ringraum (33) snthaltenen Flüssigkeit betätigbar ist.

2. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Paar von begrenzt axial gegeneinander bewegliche rohrförmige Teile und einen hydraulischen Antrieb mit einem vom Druck der Flüssigkeit im Ringraum gegen die Wirkung einer Rückstellkraft beaufschlagten Hubglied zur beliebig wiederholbaren axialen hin- und hergehenden Relativbewegung dieser Teile, wobei das Zirkulationsventil durch diese Relativbewegung über ein Gesperre schrittweise nach einer vorgegebenen Mehrzahl von Schaltschritten aus einer Schließstellung in eine Offenstellung bewegbar ist.

3. Zirkulationsventilanoirdnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der rohrförmigen Teile ein mit beiden Enden in den Rohr- bzw. Bohrlochprüfstrang eingebauter Außenteil (3) und der andere eine darin axiaJ begrenzt verschiebbare Zughülse (2) ist, die über das Gesperre mit dem Ventil in Antriebsverbinditng cteht, in zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, nach innen vorspringenden, hohlzylindrischen Verdickungen des Außenteils (3) abdichtend geführt ist und zwischen diesen Verdickungen einen an der Wandung des Außenteils abdichtend anliegenden, das Hubglied des hydraulischen Antriebs bildenden Ringkolben aufweist, wobei zwischen den Verdickungen und dem Ringkolben zwei Zylinderkammern gebildet sind, von denen die eine ein Druckgas enthält und die andere über eine öffnung (45) des Außenteils (3) mit dem Ringraum (33) in Verbindung steht.

4. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem nach innen ragenden Anschlag des Außenteils (3) und einem nach außen ragenden Anschlag der Zughülse (2) eine Abstandshülse (7) mit Spiel eingesetzt ist, wobei durch dieses Spiel die Begrenzung der axialen Verschiebung bestimmt ist.

5. Zirkulationsventilr.nordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei nach innen vorspringenden hohlzylindrischen Verdickungen des Außenteils (3), in denen die Zughülse (2) abdichtend geführt ist, eine mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kammer (48) gebildet ist, in der ein an der Zughülse (2) vorgesehener Dämpfungskolben (12) beweglich ist, und daß der Dämpfungskoiben einen gedrosselten Flüssigkeitsdurchlaß (53) bildet und einen Kanal (57) mit einem Rückschlagventil (56) enthält, das bei Bewegung der Zughülse (2) und des Dämpfungskolbens in der Freilaufrichtung des Gesperres öffnet.

6. Zirkulationsventilanordnung nach einem der

Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulationsventil eine Schieberhülse (21) enthält, die eine Seitenöffnung (31) des Außenteils (3) abdeckt und von der Zughülse (2) über das Gesperre axial verschiebbar ist.

7. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesperre von einer Vielzahl von im Querschnitt sägezahnförmigen Ringnuten (50) an der Mantelfläche der Zughülse (2) und mehreren, mit dazu komplementären Nuten versehenen Schalenteilen (24) gebildet ist, welche die Mantelfläche der Zughülse (2) umgreifen und radial federnd mit einer einwärts gerichteten Vorspannung an der Schieberhülse (21) angebracht sind.

8. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Zughülse (2) von einem Ende der Schieberhülse (21) umgriffen wird und die Schalenteile (24) in Fenstern (22) der Schieberhülse (21) radialbeweglich geführt und von darumgelegten Federspiralen (28) unter Vorspannung gehalten sind.

9. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schieberhülse (21) und dem Außenteil (3) beiderseits der Seitenöffnung (31) Ringdichtur.gen (34) vorgesehen sind und daß die Schieberhülse (21) mit ihrer Innenseite abdichtend auf einer axial festliegenden Innenhülse (4) gleitet, die mit einer Verdickung (41) um das der Zughülse (2) abgewandte Ende der Schieberhülse (21) herumgreift und abdichtend an der Innenwandung des Außenteils (3) anliegt.