DE2805789B2 - Gerät zur Untersuchung von Ölbohrungen - Google Patents
Gerät zur Untersuchung von ÖlbohrungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Untersuchung von Ölbohrungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Beim Bohren einer Ölbohrung ist das Bohrloch mit einer als »Bohrschlamm« bezeichneten Flüssigkeit
gefüllt. Ein Zweck dieses Bohrschlammes ist es, alle Flüssigkeiten, die sich in angeschnittenen Formationen
finden könnten, in diesen Formationen zu halten. Um r>o
diese Formationsflüssigkeiten zurückzuhalten, ist der Bohrschlamm mit verschiedenen Zusätzen beschwert,
so daß der hydrostatische Druck des Bohrschlammes in der Tiefe der Formation ausreicht, die Formationsfiüssigkeit
in der Formation zu halten, so daß diese nicht in v>
das Bohrloch austreten kann.
Wenn die Ergiebigkeit der Formation untersucht werden soll, wird in das Bohrloch bis zur Tiefe der
Formation ein Prüfstrang abgesenkt, und Formationsflüssigkeit wird in einem gesteuerten Prüfprogramm in w>
den Prüfstrang eingelassen. Im Inneren des Prüfstranges wird beim Absenken in das Bohrloch ein geringerer
Druck aufrechterhalten. Das geschieht üblicherweise dadurch, daß ein Ventil in der Nähe des unteren Endes
des Prüfstranges in seiner Schließstellung gehalten wird. "5
Wenn die Prüftiefe erreicht ist, wird ein Packer gesetzt, um das Bohrloch abzudichten und somit die Formation
gegenüber dem hydrostatischen Druck des Bohrschlammes im Ringraum der Bohrung einzuschließen.
Dann wird das Ventil am unteren Ende des Prüfstranges geöffnet, und die Fonnationsflüssigkeit, die
nun von dem Gegendruck des Bohrschlammes entlastet ist, kann in das Innere des Prüfstranges hineinströmen.
Das Prüfprogramm enthält Perioden, in denen Formationsflüssigkeit aus der Formation in den
Prüfstrang strömt, und Perioden, in denen die Formation eingeschlossen ist. Während des gesamten
Programmes werden Druckaufzeichnungen vorgenommen, die später zur Bestimmung der Ergiebigkeit der
Formation analysiert werden. Erforderlichenfalls kann eine Probe der Formationsflüssigkeit in einer geeigneten
Probenkammer aufgefangen werden.
Am Ende des Prüfprogrammes wird ein Zirkulationsvenöl
in dem Prüfstrang geöffnet, die Formationsflüssigkeit in dem Prüfstrang wird herausgespült, der Packer
wird gelöst und der Prüfstrang wird herausgezogen.
Im Verlaufe der Jahre sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um die Prüfventile, die, wie
beschrieben, in der Formationstiefe sitzen, zu öffnen. Zu diesen Verfahren gehören eine Verdrehung des
Prüfstranges, eine axiale Hin- und Herbewegung des Prüfstranges und Druckänderungen im Ringraum.
Durch die US-PS 38 56 085 ist ein Prüfventil bekannt, das durch Druckänderungen in dem Ringraum betätigbar
ist und in Offenstellung einen vollständig offenen Strömungsweg durch das Prüfventil freigibt.
Es sind weiterhin Zirkulationsventile bekannt, die eine Verbindung zwischen dem Ringraum und dem
Inneren des Prüfstranges oberhalb des Prüfventils herstellen und die entweder in Abhängigkeit von der
Betätigung eines auf den Ringraurndruck ansprechenden Prüfventils aufsteuerbar sind oder selbst auf
Änderungen des Ringraumdruckes ansprechen. Beispielsweise zeigen die US-PS 38 50 250 und die US-PS
39 30 540 ein Zirkulationsventil, welches öffnet, narhdem in dem Ringraum zwischen Prüfstrang und
Bohrlochwandung bzw. Verrohrung eine vorgegebene Anzahl von Änderungen des Ringraumdruckes erzeugt
worden ist.
Die US-PS 38 23 773 zeigt ein Zirkulationsventil, welches einen integralen Bestandteil eines Probenahmemechanismus
bildet, wobei der Probenahmemechanismus sich in Abhängigkeit von Druckänderungen im
Ringraum der Bohrung öffnet und schließt. Das Zirkulationsventil bewegt sich dabei aus einer Schließstellung
in eine Offenstellung nach einer vorgegebenen Anzahl von Betätigungen des Probenahmemechanismus.
Durch die US-PS 39 70 147 ist weiterhin ein Zirkulationsventil bekannt, welches durch einen Anstieg
des Ringraumdruckes über einen vorgegebenen Wert in eine verriegelte Offenstellung bewegt wird. Bei einem
Ausführungsbeispiel bildet das Zirkulationsventil einen integralen Bestandteil eines als Schieberventil ausgebildeten,
normalerweise offenen Prüfventils, wobei das Zirkulationaventil so angeordnet ist, daß das Prüfventil
schließt, bevor das Zirkulaticnsventii öffnet. Der Schieber ist dabei durch abscherbare Halteglieder in
seiner Anfangsstellung gehalten.
Es ist weiterhin ein Zirkulationsventil bekannt (CIP
Rev-rse Circulating Valve von Halliburton Services, Duncan, Oklahoma), bei welchem federbelastete Finger
eine verschiebbare Hülse in einer Stellung halten, in welcher sie die Zirkulationsöffnungen in einem Gehäuse
des Ventils abdeckt. Die Hülse ist z;ur Offenstellung hin federbelastet. Das Ventil wird durch Verdrehung des
Prüfstranges betätigt, wobei eine Drehbewegung eine Betätigungshülse vorbewegt, die auch einen P'rüfventil-Mechanismus
öffnet und schließt. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Drehungen ist das Prüfventil
geschlossen, und eine weitere Drehung betätigt einen Auslösemechanismus, der die Finger, welche die
Schieberhülsen halten, freigibt. Dann wird die Schieberhülse durch die Feder in die Offenstellung: bewegt,
wodurch die Zirkulationsöffnungen freigegeben werden und eine Rückspülung gestatten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Untersuchung von Ölbohrungen zu schaffen,
welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Ringraumdruckes eine Ventilanordnung im Strömungsweg
des Prüfstranges betätigt und anschließend ein oberhalb der Ventilanordnung vorgesehenes Zirkulationsventil
öffnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruch 1 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Gerät bleibt die Ventilanordnung geöffnet und das Zirkulationsventil
geschlossen, solange der Ringraumdruck einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Dieser vorgegebene
Wert ist durch die Kraft bestimmt, die zum Abscheren der Halteglieder erforderlich ist. Unterhalb dieses
vorgegebenen Wertes können Änderungen des Ringraumdrucks beispielsweise zum öffnen und Schließen
eines Prüfventils stattfinden. Am Ende des Prüfvorganges wird der Ringraumdruck über den besagten
vorgegebenen Wert erhöht, so daß die Halteglieder abscheren. Die Antriebshülse bewirkt dann ein Schließen
der Ventilanordnung. Nach dem Schließen der Ventilanordnung wird über die lösbaren Kupplungsmittel
die Antriebsverbindung zwischen der Antriebshülse und den Betätigungsgliedern für die Ventilanordnung
gelöst, so daß sich die Antriebshülse weiterbewegen kann und während der Bewegung in die dritte Stellung
ein öffnen des Zirkulationsventils bewirkt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert
F i g. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines typischen Geräts zur Untersuchung von Ölbohrungen,
bei welchem die Erfindung angewandt wird.
F i g. 2a bis F i g. 2j zeigen längs der Linien a-a bis i-i
zusammengesetzt die rechte Seite eines Längsschnitts durch ein Gerät nach der Erfindung, wobei die
Ventilanordnung in der Offenstellung und das Zirkulationsventil in der Schließstellung ist
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Trennwand,
welche eine ölkammer zur Dämpfung der Stellbewegung unterteilt und einen Strömungskanal mit
einer Strömungsdrossel und einem Rückschlagventil enthält
F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Ablaßventil für die Probenkammer bei dem Gerät nach der
Erfindung.
Fig.5a bis h zeigen zusammengesetzt längs der Linien a-a bis h-h die rechte Seite eines Längsschnitts
einer anderen Ausführungsform eines Gerätes nach der Erfindung, wobei ebenfalls die Ventilanordnung in der
Offenstellung und das Zirkulationsventil in der Schließstellung ist
In F i g. 1 ist eine typische Anordnung für die Durchführung zur Untersuchung einer Ölbohrung vor
der Küste dargestellt. Eine solche Anordnung enthält eine schwimmende Arbeitsstation 1, die über einer unter
Wasser liegenden Arbeitsstelle 2 stationiert ist. Die Ölbohrung enthält ein Bohrloch 3, das üblicherweise mit
einem Verrohrungsstrang ausgekleidet ist und sich von der Arbeitsstelle 2 zu einer unter Wasser liegenden
Formation 5 erstreckt. Der Verrohrungsstrang 4 weist an seinem unteren Ende eine Mehrzahl von Durchbrüchen
auf, welche eine Verbindung zwischen der
ίο Formation und dem Innerendes Bohrlochs 6 herstellen.
An der unter Wasser liegenden Arbeitsstelle 2 ist der
Bohrungskopf 7 angeordnet, welcher den Ausbruch-Preventer-Mechanismus
enthält. Eine Seeleitung 8 erstreckt sich von dem Bohrungskopf zu der schwimmenden
Arbeitsstation ί. Die schwimmende Arbeiisstation
enthält ein Arbeitsdeck 9, welches einen Bohrturm 12 trägt. Der Bohrturm 12 enthält Fördermittel 11. Am
oberen Ende der Seeleitung 8 ist ein Bohrungskopfverschluß 13 vorgesehen. Der Bohrungskopfverschluß
gestattet das Absenken eines Prüfstranges 10 in die Seeleitung 8 und in das Bohrloch 3, wobei der Prüf strang
10 durch die Fördermittel 11 angehoben und in die Ölbohrung abgesenkt wird.
Eine Zufuhrleitung 14 erstreckt sich von einer Hydraulikpumpe 15 auf dem Arbeitsdeck 9 der
schwimmenden Arbeitsstation 1 zu dem Bohrungskopf 7, und zwar zu einem Punkt unterhalb der Ausbruch-Preventer,
so daß über diese Leitung der Ringraum 16, der den Prüf strang 10 umgibt, unter Druck gesetzt
werden kann.
Der Prüfstrang enthält einen oberen Strangteil 17 der sich von der Arbeitsstation 1 zu dem Bohrungskopf 7
erstreckt. Am Ende des oberen Strangabschnitts 17 ist ein hydraulisch betätigter Testbaum 18 angeordnet der
in dem Bohrungskopf 7 abgestützt ist und so den unteren Teil des Prüfstranges trägt Der untere Teil des
Prüfstranges erstreckt sich von dem Testbaum 18 zu der Formation 5. Ein Packer 27 isoliert die Formation 5 von
Flüssigkeiten in dem Ringraum 17. Am unteren Ende des Prüfstranges 10 ist ein durchbrochenes Endstück 28
vorgesehen, welches eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Formation und dem Inneren des rohrförmigen
Prüfstranges 10 herstellt
Der untere Teil des Prüfstranges 10 enthält weiter einen mittleren Strangabschnitt 21 und ein drehmomentübertragendes, druck- und volumenausgeglichenes Gleitverbindungsstück 20. Daran schließt ein Strangabschnitt 21 an, über den ein Gewicht zum Setzen des Packers auf den Mechanismus des Packers 27 am unteren Ende des Prüfstranges erzeugt wird.
Der untere Teil des Prüfstranges 10 enthält weiter einen mittleren Strangabschnitt 21 und ein drehmomentübertragendes, druck- und volumenausgeglichenes Gleitverbindungsstück 20. Daran schließt ein Strangabschnitt 21 an, über den ein Gewicht zum Setzen des Packers auf den Mechanismus des Packers 27 am unteren Ende des Prüfstranges erzeugt wird.
Es ist häufig wünschenswert, in der Nähe des unteren
Endes des Prüfstranges ein übliches Zirkulationsventil 21 vorzusehen, welches durch Verdrehung oder Hin-
und Herbewegung des Prüfstranges oder eine Kombination von beiden Maßnahmen oder durch Fallenlassen
einer Öffnungsbombe im Inneren des Prüfstranges 10 geöffnet werden kann. Dieses Zirkulationsventil ist
sicherheitshalber vorgesehen, um eine Flüssigkeitsverbindung zu ermöglichen, falls das Zirkulationsventil bei
dem erfindungsgemäßen Gerät nicht richtig öffnen sollte. Ebenfalls in der Nähe des unteren Endes des
Prüfstranges 10 ist ein Prüfventil 25 angeordnet welches vorzugsweise durch den Ringraumdruck
betätigbar ist wie das Ventil nach der US-PS 38 56 085.
Unmittelbar oberhalb des Prüfventils ist das Gerät 30 nach der vorliegenden Erfindung angeordnet
Unterhalb des Prüfventils 25 ist ein Druckschreiber 26 angeordnet. Der Druckschreiber 26 ist vorzugsweise so
ausgebildet, daß er einen vollständig offenen Durchgang mitten durch den Druckschreiber freiläßt, wodurch ein
vollständig offener Strömungsweg durch die gesamte Länge des Prüfstranges erhalten wird.
Wie aus den F i g. 2a bis 2j zu ersehen ist, besteht das Gerät 30 aus einem Zirkulationsventilabschnitt 160,
einem Antriebsabschnitt 55 und einem Probenahmegerät, welches einen Dämpfungs- und Verriegelungsabschnitt
75 und einem Probenahmeabschnitt 110 aufweist.
Das Gerät 30 enthält ein oberes Gehäusezwischenstück 41 mit einem Gewinde 42 zur Verbindung des
Gerätes mit dem Prüfstrang oberhalb des Gerätes, einen oberen Gehäuseteil 43, ein Antriebshülsengehäuse
44, ein Zwisehengehäuse 45, ein Dämpfungsabschnitt-Gehäuse
46, ein oberes Probenehmer-Gehäuse 47, ein mittleres Probenehmer-Gehäuse 48, ein unteres Probenehmer-Gehäuse
49 und ein unteres Gehäusezwischenstück 50, welches ein Gewinde zur Anbringung des
Gerätes an dem Teil des Prüfstranges aufweist, der unterhalb des Gerätes 30 liegt. Durch alle Gehäuseabschnitte
erstreckt sich eine durchgehend offene zentrale Bohrung 40, zur mit dem Strömungskanal durch den
Prüfstrang sowohl oberhalb als auch unterhalb des erfindungsgemäßen Gerätes 30 in Verbindung steht.
Der Antriebsabschnitt 55 weist eine gemeinsame Arbeitsdruckmittel- und Zirkulationsöffnung 56 im
oberen Gehäusezwischenstück 41 auf. Innerhalb des Gerätegehäuses ist eine Antriebshülse 57 gleitbeweglich
geführt. Innerhalb des oberen Gehäusezwischenstücks 41 und des oberen Gehäuses 43 ist eine Scherkragenkammer
58 vorgesehen. Innerhalb der Scherkragenkammer 58 ist ein Scherstiftkragen 59 angeordnet, der
durch Scherstifte 60 mit der Antriebshülse 57 verbunden ist. Die Scherstifte 60 werden durch einen dazu
konzentrischen Scherstifthalter 61 in ihrer Stellung gehalten, der über den Scherstiftkragen 59 geschoben
ist.
Die Antriebshülse 57 weist weiterhin einen nach außen vorstehenden Ringkolben 62 auf, welcher auf
einer Seite über die Antriebsdruckmittel und Zirkulationsöffnung 56, die Scherkragenkammer 58 und einen
Strömungskanal 63 dem Flüssigkeitsdruck im Ringraum ausgesetzt ist. Der Ringkolben 62 ragt in eine
Niederdruckkammer 66, die in dem Arbeitshülsengehäuse 44 vorgesehen ist. Die Niederdruckkammer 66 ist
durch Dichtungen 64 zwischen dem Ringkolben 62 und dem Antriebshülsengehäuse 44 und durch Dichtungen
65 zwischen dem Antriebshülsengehäuse 44 und der Antriebshülse 57 abgedichtet.
Der über die Arbeitsdruckmittel- und Zirkulationsöffnung 56, die Scherkragenkammer 68 und den Strömungskanal
63 übertragene und auf den Ringkolben 62 wirkende Ringraumdruck erzeugt eine nach unten
gerichtete Kraft auf die Antriebshülse 57. Diese Kraft ist proportional der Druckdifferenz zwischen dem Ringraumdruck
und dem Druck in der Niederdruckkammer 66. Wenn diese nach unten gerichtete Kraft ausreicht
um die Scherstifte 10 abzuscheren, kann sich die Antriebshülse in Abwärtsrichtung zum unteren Ende
der Niederdruckkammer 66 frei bewegen. In der Niederdruckkammer 66 ist ein gummielastischer Dämpfungsring
67 angeordnet, welcher den Stoß dämpft, wenn der Ringkolben 62 das untere Ende der
Niederdruckkammer 66 erreicht. Der untere Teil 70 der Antriebshülse 57 weist einen Hals 71 auf, der über ein
Gewinde mit einem Halteglied 72 für einen C-förmigen Sprengring verbunden ist Ein ausdehnbarer Sprengring
ι ο
73 ist in einem Schlitz zwischen dem unteren Ende des Halses 71 und dem Halteglied 72 angeordnet Der
ausdehnbare Sprengring kann elastisch nach innen gedrückt sein aber dehnt sich in die in Fig.2
dargestellte Lage aus, wenn er sich in seine normale Lage bewegen kann.
Der untere Teil 70 der Antriebshülse ist mit dem hydraulischen Dämpfungs- und Verriegelungsabschnitt
75 über eine Federfingerhülse 76 verbunden, die ihrerseits mit einer Schubhülse 77 verschraubt ist. Die
Federfingerhülse 76 weist eine Mehrzahl von Federfingern 78 auf, von denen jeder in einen Kopf 79 ausläuft.
Wie in F i g. 2 dargestellt ist weist das Antriebshülsengehiiuse 44 einen Ansatz 80 auf, der den Kopf 79 der
Federfinger einwärts in Eingriff mit den unteren Teil 70 der Antriebshülse 57 drückt.
Anfänglich ist die Federfingerhülse 76 so angeordnet, daß ein geringer toter Weg zwischen den Köpfen 79 der
Federfinger und der in diesen zur Anlage kommenden Fläche 81 des unteren Teils 70 der Antriebshülse
vorhanden ist Dieser geringe tote Weg ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Stifte 60 vollständig
abgeschert sind, bevor die Antriebshülse 57 an den Köpfen 79 der Finger angreift und die Federfingerhülse
76 und die Schubhülse 77 nach unten drückt. Nach dem die Fläche 81 des unteren Teils 70 der Antriebshülse an
den Köpfen 79 der Federfinger zur Anlage gekommen ist, werden die Federfingerhülse 76 und die daran
angebrachte Schubhülse 77 nach unten gedrückt, bis die Köpfe 79 der Federfinger an dem Ansatz 80 des
Gehäuses vorbeibewegt sind. Nach Vorbeibewegen an dem Ansatz 80 des Gehäuses können die Köpfe 79 der
Federfinger nach außen in den erweiterten Bereich 82 federn, der durch das Zwisehengehäuse 45 gebildet ist,
wodurch die Federfinger 78 sich von der Antriebshülse 57 lösen.
Ein verdickter Teil 83 des Zwischengehäuses 45 liegt
an dem unteren Teil der Federfingerhülse 76 an und ist durch Dichtungen 84 abgedichtet, so daß er das obere
Ende einer ölkammer bildet. Das Dämpfungsabschnittgehäuse 46 bildet das untere Ende einer oberen
Teilkammer 85 der Ölkammer und bildet auch das obere Ende einer unteren Teilkammer 86, so daß es die obere
Teilkammer von der unteren Teilkammer trennt. Eine Druckmittelverbindung zwischen der oberen, ölgefüllten
Teilkammer 85 und der unteren ölgefüllten Teilkammer 86 ist über einen gedrosselten Strömungskanal 89, eine Umfangsnut 90 und einen Verbindungskanal
87 hergestellt, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Zwischen dem Dämpfungsabschnittgehäuse 46 und der Schubhülse
77 sind Dichtungen 88 vorgesehen, um eine andere Druckmittelverbindung als die über den beschriebenen
Strömungsweg zu verhindern.
In dem Strömungskanal 89 sind, wie in F i g. 3 gezeigt ist, ein Überdruckventil 93 und eine Strömungsdrossel.
94 angeordnet Das Überdruckventil 93 ist so ausgebildet daß es eine Flüssigkeitsströmung von der oberen,
ölgefüllten Teilkammer 85 zu der unteren ölgefüllten Teilkammer 86 gestattet Es ist weiterhin wünschenswert,
eine Druckmittelströmung nur dann zu gestatten, wenn in der Teilkammer 85 ein vorgegebener
Überdruck über dem Druck herrscht der in der Teilkammer 86 vorhanden ist
Auf der gegenüberliegenden Seite des Dämpfungsabschnittgehäuses 46, um 180° gegenüber dem gedrosselten
Strömungskanal versetzt ist ein Umgehungskanal
85 vorgesehen, welcher mit der Umfangsnut 90 über eine axiale öffnung 97 in Verbindung steht wie in
F i g. 2e dargestellt ist Der Umgehungskanal 95 und die axiale Öffnung 97 sind wahlweise durch einen
Gewindestopfen 96 in dem Dämpfungsabschnittgehäuse 46 absperrbar. Wenn die Schubhülse 77 durch ihre die
Antriebshülse 57 in ihre unterste Stellung geschoben worden ist, wird die Schubhülse in dieser untersten
Stellung durch die Wirkung des Oberdruckventils 73 verriegelt. Diese Wirkung wird dadurch hervorgerufen,
daß Hydraulikflüssigkeit in der oberen Teilkammer 85 durch die Bewegung der Schubhülse 77 in die untere ι ο
Teilkammer 86 verdrängt worden ist. Das Überdruckventil 93 schließt dann und gestattet dann keine
Verdrängung von Flüssigkeit aus der unteren Teilkammer 86 in die obere Teilkammer 85. Der Umgehungskanal
95 ist vorgesehen, um eine Rückbewegung der Schubhülse 77 in ihre Ausgangsstellung zu ermöglichen,
indem der Umgehungskanal 95 und die Öffnung 97 mit dem Gewindestopfen 96 freigegeben wird. Das gestattet
nun einen Transport von hydraulischer Flüssigkeit von der unteren Teilkammer 86 durch den Strömungskanal
87, die Umfangsnut 90, die Öffnung 97 und den Umgehungskanal 95 zu der oberen Teilkammer 85,
wobei das geschlossene Überdruckventil 93 umgangen wird.
Am unteren Ende der unteren ölgefüllten Teilkammer 86 ist eine Federkammer 98 vorgesehen. Das untere
Ende der Federkammer 98 wird von einer nach außen ragenden Ringschulter 99 der Schubhülse 77 gebildet.
Zwischen der Federkammer 98 und dem oberen Teil der ölgefüllten Teilkammer 86 ist ein schwimmender >o
Ringkolben 100 vorgesehen. Der schwimmende Ringkolben 100 ist abgedichtet und stützt sich auf einer
Feder 101 in der Federkammer 98 ab, so daß eine Ausdehnungsmöglichkeit für das öl in den Teilkammern
85 und 86 gegeben ist. Wenn somit das Gerät beim J5
Absenken in die Erde erwärmt wird, kann sich das öl in der Teilkammer 85, den Strömungskanälen und der
unteren ölgefüllten Teilkammer 86 unter Verschiebung des schwimmenden Ringkolbens 100 gegen die Federn
101 ausdehnen, ohne daß die verschiedenen Dichtungen und die zylindrischen Wandungen des Gerätes überbeansprucht
würde. Die Federkammer 98 ist durch Dichtungen 102 in der nach außen ragenden Ringschulter
99 abgedichtet
In den Gehäusewandungen sind Füllstopfen 201 und 202 vorgesehen, über welche die Teilkammern 85 und 86
mit öl gefüllt werden können.
Eine nach unten gerichtete Fläche 103 am unteren Ende der Federfingerhülse 96 wirkt mit einer nach oben
gerichteten Fläche 104 des Dämpfungsabschnittgehäuses 46 zusammen und bildet einen Anschlag für die
Schubhülse 77, nachdem die Schubhülse unter dem Einfluß der Antriebshülse 57 eine vorgegebene Strecke
nach unten zurückgelegt hat.
Die Schubhülse 77 betätigt das Gerät zum Einschlie-Ben
einer Probe in dem Probenahmeabschnitt 110. Der Probenahmeabschnitt 110 enthält eine Probenkammer
111 zwischen einem oberen Kugelventil 112 und einem
unteren Kugelventil 113. Die Schubhülse 77 ist mit einem oberen Ventilsitzhalter 114 unmittelbar oberhalb
des oberen Kugelventils 112 verschraubt Der obere Ventilsitzhalter 114 nimmt einen oberen Ventilsitz 115
auf, der an der Ventilkugel des Kugelventils 112 anliegt
Ein unterer Ventilsitz 116 ist unterhalb der Ventilkugel des Kugelventils 112 in einer Verbindungshülse 117
angeordnet Der obere Ventilsitzhalter 114 und die Verbindungshülse 117 sind durch ein Paar von (nicht
dargestellten) C-förmigen Klammern miteinander verbunden, die sich von einer Ventilkugel des Kugelventils
112 herum von einer Nut 118 in dem oberen Ventilsitzhalter 114 zu einer Nut 119 in der Verbindungshülse
117 erstreckt.
Die Verbindungshülse 117 ist mit einem oberen Ventilsitzhalter 120 für das untere Kugelventil 113
verschraubt. Der obere Ventilsitzhalter 120 nimmt den oberen Ventilsitz 121 auf, der an der Ventilkugel des
Kugelventils 113 anliegt. Ein unterer Ventilsitz 122 ist in einer unteren Innenhülse 123 gehaltert. Der obere
Ventilsitzhalter 120 und die untere Innenhülse 123 sind ebenfalls durch ein Paar von (nicht dargestellten)
C-förmigen Klammern zusammengehalten, die sich um die Ventilkugel des Kugelventils 113 herum von einer
Nut 124 in dem oberen Ventilsitz 120 zu einer Nut 125 in der unteren Innenhülse 123 erstrecken.
Wenn somit die Schubhülse bewegt wird, dann oewegt sich der gesamte Probeneinschlußmechanismus
einschließlich des oberen Ventilsitzhalters 114, des oberen Kugelventils 112, der Verbindungshülse 117, des
oberen Ventilsitzhalters 120, des unteren Kugelventils
113 und der unteren Innenhülse als ganzes nach unten.
Während dieser Abwärtsbewegung wird die Ventilkugel des oberen Kugelventils 112 durch die Wirkung
eines oberen, ventilkugelbetätigenden Zapfens 126, der in eine Ausnehmung 127 der Ventilkugel des oberen
Kugelventils 112 ragt, in die Schließstellung verdreht. In
gleicher Weise wird die Ventilkugel des unteren Kugelventils 113 durch die Wirkung eines unteren
ventilkugelbetätigenden Zapfens 128, der in eine Ausnehmung 129 der Ventilkugel des unteren Kugelventils
113 ragt, in die Schließstellung verdreht.
Der Zapfen 126 ist ein nach innen vorspringender Teil eines oberen Zapfenträgers 132, der in seiner Stellung in
dem oberen Probennehmergehäuse 47 durch Anschlagkörper 131 und 132 bzw. 133 gehalten wird. Zwischen
den oberen Anschlagkörpern 131 und 132 ist ein Dämpfungsring 134 angeordnet, und zwischen dem
mittleren Probennehmergehäuse 48 und dem unteren Anschlagskörper 133 ist ein Dämpfungsring 135
angeordnet
Der Zapfen 128 ist ein nach innen vorspringender Ansatz eines unteren Zapfenträgers 136 der in dem
unteren Probenehmergehäuseabschnitts 49 durch einen oberen Anschlagkörper und einen unteren Anschlagkörper
138 gehalten wird. Zwischen dem oberen Anschlagkörper 137 und dem Zwischengehäuse 48 ist
ein Dämpfungsring 139 vorgesehen, und zwischen dem unteren Anschlagkörper 138 und dem unteren Gehäusezwischenstück
85 ist ein Dämpfungsring 140 vorgesehen. Diese Dämpfungsringe sind vorgesehen, um jeden
Stoß aufzunehmen, der auf den Schließmechanismus für die Kugelventile übertragen wird, so daß eine
Überbelastung der ventilkugelbetätigenden Zapfen 126 und 128 verhindert wird.
Die Zapfenträger 132 und 136 gehören jeder zu einem Paar von Zapfenträger, nämlich einem Paar für jedes
Kugelventil 112 bzw. 113. Die Zapfenträger sind um den
Umfang der Ventilkugel abwechselnd mit den C-förmigen Klammern angeordnet so daß sich die C-förmigen
Klammern im Zwischenraum zwischen den Zapfenträgern relativ zu diesen bewegen können. Die Zapfenträger
sind auch in dem Gehäuseabschnitt 47 bzw. 48 so gehaltert, daß eine gewisse Umfangsbewegung zulässig
ist so daß die zugehörigen Zapfen sich in Umfangsrichtung hin- und herbewegen können, wenn die jeweiligen
Kugelventile sich von der Offenstellung in die Schließstellung bewegen. Das ist bekannt und beispiels-
weise in der US-PS 38 56 085 dargestellt.
In der Schubhülse 77 ist eine öffnung 141 vorgesehen,
um eine hydrostatische Sperre zu verhindern, die dadurch eintreten könnte, daß Flüssigkeit zwischen der
Schubhülse 77 und dem oberen Anschlagkörper 131 eingeschlossen wird.
In dem mittleren Gehäuseabschnitt 48 ist ein Ablaßkanal 145 vorgesehen, welcher das Ablassen der
in der Probenkammer Ul nach Schließen der Kugelventile 112 und 113 eingeschlossenen Proben von
Formationsflüssigkeit gestattet. Eine Ablaßventilanordnung ist in F i g. 4 dargestellt und enthält einen inneren
Ablaßkanal 146, der sich teilweise durch die Wandung des mittleren Gehäuseabschnitts 48 erstreckt. Wenn die
Ablaßventilanordnung offen ist, steht der innere Ablaßkanal 146 mit einem Teil 145a eines Ablaßkanals
145 in Verbindung, der seinerseits mit dem äußeren Ablaßkanal 147 in Verbindung steht. Es ist ein
Ablaßstopfen 148 vorgesehen, der durch Verdrehung in dem Ablaßkanal 145 wahlweise so bewegbar ist, daß er
entweder den äußeren Ablaßkanal 147 und den inneren Ablaßkanal 146 öffnet oder diese Ablaßkanäle abschließt.
Zur Vorbewegung des Ablaßstopfens 144 zwischen der Offen- und der Schließstellung ist ein
Gewinde 149 vorgesehen.
Eine Verbindung zwischen der Probenkammer 111
und dem inneren Ablaßkanal 146 wird durch Schlitze 150 in der Verbindungshülse 117 hergestellt. Zwischen
dem mittleren Gehäuseabschnitt 48 und der Verbindungshülse 117 sind Dichtungen 151 und 152 vorgesehen,
um die Abdichtung der Probenkammer 111 zu vervollständigen.
Wie oben erwähnt ist das vorliegende Gerät besonders vorteilhaft, wenn es mit einem durch
Ringraumdruck betätigbaren Prüfventil, beispielsweise nach US-PS 38 56 085, benutzt wird. Bei Verwendung
mit einem solchen Prüfventil ist es wünschenswert, Mittel vorzusehen, um Bohrlochflüssigkeiten abzulassen,
die zwischen dem unteren Kugelventil 113 und dem
unterhalb des vorliegenden Geräts im Prüfstrang angeordneten Prüfventils eingeschlossen sind. Zu
diesem Zweck ist ein zweiter Ablaßkanal 155 in dem unteren Gehäusezwischenstück 50 vorgesehen, um das
Ablassen solcher zwischen dem vorliegenden Gerät und dem Prüfventil eingeschlossener Formationsflüssigkeit
zu ermöglichen.
Das Gerät enthält einen Zirkulationsventilabschnitt 160, in welchem ein Zirkulationsventil angeordnet ist,
das von der Arbeitsdruckmittel- und Zirkulationsöffnung 56 gebildet ist, die durch den oberen Teil 161 der
Antriebshülse 57 abgedeckt ist wenn das Zirkulationsventil in seiner Schließstellung ist. Die öffnung 56 ist
durch Dichtungen 162 abgedichtet, wenn das Zirkulationsventil in der Schließstellung ist, um eine Verbindung
zwischen dem Ringraum außerhalb des Gerätes und der Innenbohrung 40 des Gerätes zu verhindern.
Der obere Teil 161 der Antriebshülse 157 weist eine
Differenzfläche 163 auf, auf welcher ein hydraulischer Druck wirkt, der die Bewegung der Antriebshülse 157
nach unten unterstützt, nachdem die Stifte 60 abgeschert
sind, wodurch auch das öffnen des Zirkulationsventils unterstützt wird.
Wenn somit der Ringraumdruck auf einen vorgegebenen
Wert erhöht wird, werden die Scherstifte 60 abgeschert und gestatten somit eine Abwärtsbewegung
der Antriebshülse 57. Die Kraft, welche die Antriebshülse nach unten bewegt, wird durch den auf den
Ringkolben 62 über den Strömungsweg 63 zwischen Antriebshülse 57 und Gehäuse 43 wirkenden Ringraumdruck
erzeugt. Die Differenzfläche 163 erzeugt ebenfalls eine nach unten gerichtete Kraft infolge des hydraulischen
Drucks. Wenn sich die Antriebshülse 57 nach unten bewegt, wird der tote Weg, der in dem schmaleren
Abschnitt 71 vorgesehen ist, aufgenommen, bis die Köpfe 79 der nach außen vorgespannten Federfinger 78
an der Fläche 81 des Teils 70 der Antriebshülse zur Anlage kommen. Die Antriebshülse 57 drückt nun die
κι Federfinger 78 und den damit verbundenen Betätigungsmechanismus
für die Kugelventile nach unten, wobei die Kugelventile 112 und 113 durch die Wirkung
der Zapfen 126 und 128 in den Ausnehmungen 127 und 129 der Kugelventile in die Schließstellung verdreht
werden. Die Geschwindigkeit mit welcher die Ventilkugel in die SchließstellungLewegt werden, wird durch die
Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher die hydraulische Strömungsdrossel 94 den Durchgang von hydraulischer
Flüssigkeit von der oberen ölgefüllten Teilkammer 85 zu der unteren ölgeiüllten Teilkammer 86
gestattet.
Wenn der Betätigungsmechanismus in der voll unteren Stellung ist und die Kugelventile 112 und 113
vollständig geschlossen sind, kommen die nach unten 2r>
gerichtete Fläche 103 der Federfingerhülse 76 und die nach oben gerichtete Fläche 104 des Dämpfungsabschnittgehäuses
46 aneinander zur Anlage und verhindern eine weitere Abwärtsbewegung des Betätigungsmechanismus
für die Kugelventile. Nachdem die J« Kugelventile 112 und 113 vollständig geschlossen sind,
können sie nicht mehr unbeabsichtigt geöffnet werden, da der Betätigungsmechanismus für die Kugelventile an
einer Bewegung in Aufwärtsrichtung durch die Wirkung des Überdruckventils 93 gehindert ist, welches den
J5 Übergang von Hydraulikflüssigkeit von der unteren
Teilkammer 86 in die obere Teilkammer 85 in dem hydraulischen Dämpfungsmechanismus 75 verhindert.
Nachdem die Kugelventile geschlossen sind und die Fläche 103 und 104 aneinander anliegen, werden die
Köpfe 79 die Federfinger durch die nach außen gerichtete Vorspannung der Federfinger 78 nach außen
bewegt, so daß die Köpfe 79 der Federfinger in den erweiterten Ringraum 82 ausweichen, wodurch die
Köpfe 79 von dem Hals 71 der Antriebshülse 57 entkoppelt werden. Die Anordnung der Köpfe 79 der
Federfinger in dem erweiterten Ringraum 82 schafft auch eine mechanische Verriegelung, welche den
Betätigungsmechanismus an einer Bewegung nach oben in Öffnungsrichtung hindert.
Nachdem die Köpfe 79 der Federfinger von dem Hals
71 der Antriebshülse 57 entkoppelt sind, kann die Antriebshülse 57 ihre Abwärtsbewegung fortsetzen, bis
der Ringkolben 62 das untere Ende der Kammer 66 erreicht. Der Dämpfungsring 67 dämpft den Stoß der
Antriebshülse 55, wenn sie diese unterste Stellung erreicht. Diese fortgesetzte Abwärtsbewegung der
Antriebshülse 57 bewirkt ein Freigeben der öffnung 56,
so daß eine Verbindung zwischen dem Ringraum und der Innenbohrung 40 des Gerätes hergestellt wird. Der
Teil 70 der Antriebshülse und die Länge der Federfinger 78 ist so bemessen, daß wenn die Antriebshülse 57 in
ihrer vollständig unteren Stellung ist die nach unten gerichtete Fläche des Sprengringhalters 72 nicht die
nach oben gerichtete Fläche 164 der Federfingerhülse 76 berührt. Es ist so erkennbar, daß keine zusätzliche
Spannung auf den Betätigungsmechanismus für die Kugelventile wirkt, wenn einmal die Kugelventile 112
und 113 vollständig eeschlossen sind.
Nachdem das Gerät nach Abschluß des Prüfprogramms zur Erdoberfläche zurückgeholt worden ist, ist
es wünschenswert, das Gerät bis auf einen in sich geschlossenen Probenkammerabschnitt zu demontieren.
Das ist wünschenswert, damit nur die mit Formationsflüssigkeit gefüllte Probenkammer zu einem
Laboratorium zwecks Untersuchung transportiert zu werden braucht Dadurch, daß eine abtrennbare
Probenkammer vorgesehen wird, ist es auch möglich, die Flüssigkeitsprobe von der Bohrplattform zu dem
Laboratorium zu transportieren, ohne daß die Möglichkeit einer Verunreinigung der Probe von Formationsflüssigkeit
besteht
Um die Demontage des Gerätes in einen abtrennbaren Probenabschnitt zu erleichtern, ist eine Gewindeverbindung
166 vorgesehen, durch welche der Probenabschnitt 110 von dem Antriebsabschnitt 55 getrennt
werden kann.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, ein Gerät als Sicherheitssperrventif statt als Probenahmevorrichtung
zu verwenden. In solchen Fällen kann es nicht erforderlich oder wünschenswert sein, eine Probe von
Formationsflüssigkeit einzuschließen. Es jedoch stets wünschenswert, ein Sicherheitsventil zu haben, welches
schließt, wenn das Zirkulationsventil geöffnet wird, um sicherzustellen, daß die offene Längsbohrung des
Prüfstranges geschlossen wird, wenn das Prüfventil während einer Untersuchung ausfällt. Das vorliegende
Gerät ist so aufgebaut, daß das untere Kugelventil 113
aus dem Gerät ausgebaut werden kann. Das obere Kugelventil 112 wird dann als Notabsperrventil benutzt,
welches in Verbindung mit der Zirkulationsventilanordnung 160 arbeitet.
Um das untere Kugelventil 113 auszubauen, wird das
Gerät an der Gewindeverbindung 167 und an der Gewindeverbindung 168 aufgetrennt. Dann wird die
Verbindungshülse 117 entfernt und dafür wird die untere Innenhülse 173 unterhalb des oberen Kugelventils
112 eingesetzt. Bei diesem Aufbau ist in der Nut 170
eine Dichtung vorgesehen, welche eine Druckmittelverbindung von der unteren Seite der oberen Seite des
geschlossenen Kugelventils 112 um den Zapfenträger 130 herum verhindert. Die Montage des Geräts als
kombiniertes Zirkulationsventil und Absperrventil wird dadurch vollendet, daß das untere Gehäusezwischenstück
50 mit dem mittleren Probenahmegehäuse 48 durch die Schraubverbindung 168 verbunden wird.
Bei der Ausführungsform nach den Fig.5a bis 5i
enthält das erfindungsgemäße Gerät 30 ein rohrförmiges äußeres Gehäuse mit einem oberen Gehäusezwischenstück
241, welches ein Gewinde 242 zum Einbau des Gerätes in den Prüfstrang oberhalb des Gerätes
aufweist, ein Zirkulationsventilgehäuse 243, ein Antriebsabschnittsgehäuse 244, ein Zwischengehäuse 245,
ein oberes Probenehmergehäuse 246, ein mittleres Probenehmergehäuse 247, ein unteres Probenehmergehäuse
248 und ein unteres Gehäusezwischenstück 249, welches ein Gewinde zum Einbau des Gerätes in den
Teil des Prüfstranges aufweist, der sich unterhalb des Gerätes 30 befindet. Durch das Gehäuse ist eine offene
Längsbohrung 240 vorgesehen, die in Verbindung mit dem Strömungsweg durch den Prüfstrang steht. Das
Gerät kann vorteilhafterweise in drei Hauptbaugruppen unterteilt sein, nämlich einen Antriebsabschnitt 251,
einen Zirkulationsventilabschnitt 268 und einen vollständig öffnenden Probenehmerabschnitt 290.
Der Antriebsabschnitt 251 enthält in dem Antriebsabschnittgehäuse 44 eine Arbeitsdruckmittelöffnung 52.
Gleitbeweglich in dem Gerätegehäuse ist eine Antriebs
hülse 253, die einen Ringkolben 254 aufweist Die Antriebshülse 253 weist weiterhin einen oberen Teil 25i
und einen unteren Teil 256 auf.
Dichtungen 257 zwischen dem Ringkolben 254 unc dem Antriebsabschnittgehäuse 244 und Dichtungen 25i
zwischen der Antriebshülse 253 und dem Antriebsabschnittsgehäuse 244 dienen dazu, eine Niederdruckkammer
259 abzudichten. Semit besteht eine Druckdifferenz
ίο zwischen dem Außendruck, der durch die Arbeitsdruckmittelöffnung
252 übertragen wird, und den Druck, der innerhalb der Niederdruckkammer 259 wirksam ist
Weiterhin sind Dichtungen 260 zwischen der Antriebshülse 253 und dem äußeren Gehäuseteil 245 vorgesehen,
um eine Druckmittelverbindung zwischen dem Ringraum und der Innenbohrung 240 des Geräts zu
verhindern.
Ein Scherstiftkragen 261 ist zwischen der Antriebshülse 263 und dem Antriebsabschnittsgehäuse 44
angeordnet. Der Scherstiftkragen 261 ist durch eine Mehrzahl von Scherstiften 262 abscherbar mit der
Antriebshülse 253 verbunden. Außerdem ist ein Scherstifthalter 263 vorgesehen, der die Scherstifte 62
bei der Montage des Gerätes in ihrer Stellung hält Die Scherstifte 262, die durch den Scherstiftkragen 261
hindurch und in die Antriebshülse 253 hineinragen dienen dazu, die Antriebshülse 273 in der dargestellten
Lage zu halten, bis die Scherstifte 262 zwischen dem über die Arbeitsdruckmittelöffnung 252 wirkenden
Ringraumdruck und den Druck in der Niederdruckkammer 259 abgeschert werden.
Die Anzahl der Scherstifte 262 kann verändert werden, um den Wert der Druckdifferenz vorzugeben,
die zum Abscheren der Scherstifte und zur Freigabe der Antriebshülse 253 erforderlich ist.
In der Kammer 259 ist ein gummielastischer Dämpfungsring 264 angeordnet, der den Stoß absorbieren
soll, wenn die Antriebshülse 253 sich unter dem Einfluß des über die Arbeitsdruckmittelöffnung 252
eingelassenen Druckes in die obere Endstellung bewegt.
Der vollständig öffnende Probenahmeabschnitt 290
enthält eine Probenkammer 289 in der offenen Längsbohrung 240 des Gerätes. Die Probenkammer 289
wird dadurch gebildet, daß zwei vollständig öffnende Kugelventile 299 und 306 geschlossen werden.
Die beiden Kugelventile 299 und 306 werden gleichzeitig durch eine Betätigungsvorrichtung betätigt,
die eine Zughülse 291 aufweist, welch" durch eine Mehrzahl von Federfingern 392 lösbar am unteren Teil
so 256 der Antriebshülse 243 befestigt ist. Jeder Federfinger
292 läuft in einen Kopf 293 aus. Jeder der Köpfe 293 wird durch das Zwischengehäuse 245 in eine Nut 294 im
unteren Teil 256 der Zughülse 253 gedrückt, wie in F i g. 2e dargestellt ist.
Das Zwischengehäuse 245 weist auch eine Auslöseausnehmung
295 auf.
Die Federfinger 292 der Zughülse 291 sind nach außen vorgespannt, so daß, wenn die Köpfe 293 durch
den unteren Teil 256 der Antriebshülse 253 bis zu der
bo Auslöseausnehmung 295 gezogen werden, die Federfinger
292 nach außen schnappen und die Köpfe 293 in die Auslöseausnehmung 295 bewegen. Dieser Vorgang
trennt die Zughülse 291 von den Nuten 294 im unteren Teil 256 der Antriebshülse 253.
b5 Der Betätigungsmechanismus für die beiden Kugelventile
enthält weiterhin einen oberen Ventilsitzträger 297 für das obere Kugelventil 299, welcher den oberen
Ventilsitz 298 trägt. Unterhalb des Ventilsitzes 298 sitzt
die Ventilkugel des oberen Kugelventils 299 und ihr
zugehöriger unterer Ventilsitz 300. Unterhalb des oberen Kugelventils 299 ist eine Betätigungszughülse
301 zur Betätigung des unteren Kugelventils 306 angeordnet Der obere Sitz 298 und der untere Sitz 300
werden durch (nicht dargestellte) C-förmige Klammern in abdichtender Anlage an der Ventilkugel des
Kugelventils 299 gehalten. Diese Klammem greifen in
eine Nut 302 in dem oberen Ventilsitzträger 227 und in eine Nut 303 in der Betätigungszughülse 301.
Mit dem unteren Ende der Betätigungszughülse 301 ist ein oberer Ventilsitzträger 304 für das untere
Kugelventil 306 verschraubt Ein oberer Ventilsitz 305 ist in dem oberen Ventilsitzhalter 304 gehaltert
Ein unterer Ventilsitz 307 sitzt in einer Ausnehmung is
in einer unteren Innenhülse 308. Der obere Ventilsitz 305 und der untere Ventilsitz 307 werden durch (nicht
dargestellte) C-förmige Klammern in abdichtender Anlage an der Ventilkugel des Kugelventils 306
gehalten. Diese Klammern greifen in eine Nut 309 in dem oberen Ventilsitzhalter 304 und in eine Nut in der
unteren Innenhülse 308.
Wenn sich somit die Antriebshülse 253 unter dem Einfluß des auf dem Ringkolben 254 wirkenden
Ringraumdruckes aufwärtsbewegt, dann bewegt sich die gesamte Kugelventil-Baugruppe, bestehend aus
Zughülse 291, oberen Ventilsitzhalter 297, oberem Kugelventil 299 mit den zugehörigen Ventilsitzen 298
und 300, Betätigungszughülse 301, oberem Ventilsitzhalter 304, Kugelventil 306 mit den zugehörigen Ventilsit-
zen 305 und 307 und unterer Innenhülse 308 alle in Aufwärtsrichtung, solange wie der Kopf 293 in die Nut
294 eingreift Während dieser Aufwärtsbewegung wird das Kugelventil durch die Wirkung eines Zapfens 317 in
einer Ausnehmung 318 in die Schließstellung verdreht. In gleicher Weise wird das Kugelventil 306 durch die
Wirkung eines Zapfens 322 in einer Ausnehmung 323 in die Schließstellung verdreht
Der Zapfen 317 erstreckt sich von einem oberen Zapfenträger 311 einwärts, der in seiner Stellung in dem
oberen Probenahmegehäuse 226 durch die oberen Anschlagkörper 294,295 und den unteren Anschlagkörper 315 gehalten wird. Zwischen den Anschlagkörpern
294 und 295 ist ein Dämpfungsring 297 angeordnet, und ebenso ist ein Dämpfungsring 316 unterhalb des unteren «
Anschlagkörpers 315 vorgesehen, so daß Stöße absorbiert werden, die durch die Betätigung des oberen
Kugelventils 299 bei seiner Bewegung zwischen der Offenstellung und der Schließstellung auf den oberen
Zapfenträger 311 übertragen werden. so
In gleicher Weise bildet ein Zapfen 322 einen nach innen vorspringenden Teil eines unteren Zapfenträgers
319, der in seiner Stellung in dem unteren Probenahmegehäuse 248 durch einen Anschlagkörper 320 und durch
einen Verriegelungsringhalter 324 gehalten wird. Oberhalb des oberen Anschlagkörpers 320 ist ein
Dämpfungsring 321 angeordnet, durch den Stöße absorbiert werden sollen, die auf den unteren Zapfenträger 319 durch die Wirkung des Kugelventils 306
übertragen werden, wenn dieses aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird.
Das dargestellte bevorzugte Gerät enthält einen Verriegelungsmechanismus für die Probenahmevorrichtung, durch welchen die Probenahmevorrichtung in der
Schließstellung verriegelbar ist, wenn einmal der Betätigungsmechanismus beide Ventilkugeln in die
Schließstellung verdreht hat Dieser Verriegelungsmechanismus für die Probenahmevorrichtune enthält einen
geteilten, sich zusammenziehenden Verriegelungsring
326, der unterhalb des Verriegelungsringhalters 324 angeordnet ist und in eine Nut 325 in der unteren
Innenhülse 308 eingreift, wenn sich die Betätigungsvorrichtung für die Kugelventile nach oben in die Stellung
bewegt, in welcher die Probe eingeschlossen wird.
Die Zughülse 291 enthalt eine öffnung 296, um eine
hydraulische Sperre der Betätigungsanordnung in Folge von Flüssigkeiten zu verhindern, die zwischen der
Betätigungsanordnung und dem oberen Zapfenträger 311 eingeschlossen sind. Zwischen dem unteren
Gehäusezwischenstück 249 und dem unteren Teil der unteren Innenhülse 308 sind keine Dichtungen vorgesehen. Das gestattet es den zwischen dem unteren Teil der
Betätigungsanordnung und dem unteren Zapfenträger 319 eingeschlossenen Flüssigkeiten in die Innenbohrung
zu entweichen, um eine hydraulische Sperre zu verhindern.
In der Wandung des mittleren Probenehmergehäuses
247 sind Mittel zum Ablassen der Flüssigkeit aus der Probenkammer 289 vorgesehen. Diese bestehen aus
einem Ablaßkanal 228 mit einem (nicht dargestellten) Ventil, die in gleicher Weise aufgebaut sind wie die
Anordnung von Fig.4 des zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiels. In der Zughülse 301 ist eine
Mehrzahl von Schlitzen 327 vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen der Probenkammer 289 und dem
Ablaßkanal 328 gestattet Der Ablaßkanal 328 ist durch Dichtungen 329 und 330 abgedichtet
Wie oben erwähnt ist das vorliegende Gerät sehr vorteilhaft in Verbindung mit einem Prüfventil etwa
nach der US-PS 38 56 085 verwendbar, das vom Ringraumdruck betätigt wird. Bei Verwendung mit
einem solchen Prüfventil ist es wünschenswert Mittel vorzusehen, um die zwischen dem unteren Kugelventil
306 und dem unterhalb des vorliegenden Geräts in dem Prüfstrang angeordneten Prüfventils eingeschlossenen
Flüssigkeiten abzulassen. Es ist somit ein zweiter Ablaßkanal 331 in dem unteren Gehäusezwischenstück
249 vorgesehen, welcher das Ablassen von Formationsflüssigkeit gestattet die zwischen dem vorliegenden
Gerät und dem Prüfventil eingeschlossen ist Es kann in Verbindung mit diesem Ablaßkanal 331 ein Schieberventil ähnlich dem Fig.4 dargestellten, verwendet
werden.
Der Zirkulationsventilabschnitt 268 enthält eine Zirkulationsventil-Zughülse 269, die verschiebbar in
dem Zirkulationsventilgehäuse 243 angeordnet ist Die Zirkulationsventil-Zughülse 269 ist mit einer Schieberhülse 270 des Zirkulationsventil verbunden. Die
Schieberhülse 270 deckt in einer Stellung die Zirkulationsöffnung 271 dichtend ab und gibt die Zirkulationsöffnung 271 in einer zweiten Stellung frei.
Die Zirkulationsöffnimg 271 erstreckt sich durch das rohrförmige Gehäuse des Gerätes an einer geeigneten
Stelle, beispielsweise, wie dargestellt, im oberen Gehäusezwischenstück 241. Die Zirkulationsöffnung
271 stellt eine Druckmittelverbindung zwischen dem Ringraum 216 außerhalb des Geräts und der zentralen
Längsbohrung 240 durch das rohrförmige Gehäuse hindurch her, wenn die Zirkulationsöffnung 271
freigegeben wird.
Die Zirkulationsöffnung 271 wird durch gesignete
Dichtungen 272 und 273 in der Schieberhülse 270 abgedichtet. Außerdem sind die Schieberhülse 270 und
das rohrförmige Gehäusezwischenstück 241 so ausgebildet, daß sich eine kleine Differenzfläche 274 zu der
Schieberhülse 270 ergibt derart daß der in dem
Ringraum über die Zirkulationsöffnung 271 wirksame hydrostatische Druck eine Vorbelastung der Schieberhülse
270 auf die Offenstellung erzeugt
Die Zirkulationsventil-Zughülse 269 und die daran befestigte Schieberhülse 370 des Zirkulationsventils sind
außerdem auf die Offenstellung hin durch eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder 275 vorbelastet,
weiche zwischen einem verdickten Teil 276 des rohrförmigen Gehäuses und einem verdickten Teil 277
der Zughälse wirkt
Das Zirkulationsventil 268 ist in der in Fig.5
dargestellten Schließstellung durch eine Zirkulationsventil-Auslösehülse 278 gehalten, die durch ein Gewinde
279 mit der Zughülse des Zirkulationsventils verschraubt ist Die Zirkulationsventil-Auslösehülse 278
weist eine Mehrzahl von Federfingern 280 auf, von denen jede:- in einem Kopf 28t ausläuft Der Kopf 281
der Federfimger 280 wird durch einen nach innen vorspringenden verdickten Teil des Zirkulationsventilgehäuses
243, der eine Rückhalteleiste 282 bildet in der dargestellten Lage gehalten. Der Kopf 281 des
Federfingers wird hinter der Rückhalteleiste 282 durch einen nach außen vorspringenden verdickten Teil 283
des oberen Teils 255 der Antriebshülse 253 gehalten.
Der verdickte Teil 283 enthält eine Auslösekante 284, wie in F i g. 5c dargestellt ist Federfinger 280 haben eine
nach innen gerichtete Vorspannung, derart daß in die Auslösekante 284 durch die Bewegung der Antriebshülse
253 bis zu einem Punkt jenseits des Kopfes 281 vorbewegt wird, die Federfinger 280 nach innen
schnappen und den Kopf 281 in den ausgedrehten Teil 285 der Zughülse 253 bewegen.
Nach Freigeben des Kopfes 281 durch die Rückhalteleiste 282 bewirkt die Druckfeder 275 unterstützt durch
den auf die Differenzfläche 274 wirkenden hydraulischen Druck, daß die Zughülse 269 die Schieberhülse
270 des Zirkulationsventils in die Offenstellung zieht
In der Antriebshülse 253 ist eine öffnung 286
vorgesehen, um eine hydraulische Sperre zu verhindern, wenn sich die Antriebshülse 253 bewegt und die
Zirkulationsventil-Auslösehülse 278 freigibt
Auch bei dieser Ausführungsform ist es wünschenswert nach Zurückholen des Gerätes an die Erdoberfläehe
nach der Beendigung des Prüfprogramms das Gerät bis auf einen in sich geschlossenen Probenkammerabschnitt
zu demontieren.
Um die Demontage des Geräts in einen getrennten Probenabschnitt zu erleichtern, ist eine Gewindeverbindung
332 vorgesehen, mittels derer der Probenahmeabschnitt 290 von dem Antriebsabschnitt 251 und dem
Zirkulationsventilabschnitt 268 getrennt werden kann.
Auch bei dieser Konstruktion kann es wünschenswert sein, das Gerät als Notabsperrventil statt als Probenahmeabschnitt
zu verwenden.
Zu diesem Zweck ist das vorliegende Gerät ebenfalls so konstruiert daß das untere Kugelventil 306 aus dem
Gerät ausgebaut werden kann. Das obere Kugelventil 299 wird dann als Notabsperrventil verwendet, welches
in Verbindung mit der Zirkulationsventilanordnung 268 arbeitet
Um das untere Kugelventil 306 auszubauen wird das Gerät an der Gewindeverbindung 335 und der
Gewindeverbindung 336 aufgetrennt Dann wird die Betätigungszughülse 301 herausgenommen, und dafür
wird unterhalb des oberen Kugelventil? 299 die untere Innenhülse 308 eingesetzt Bei diesem Aufbau ist in einer
Nut 336 eine Dichtung vorgesehen, weiche eine Druckmittelverbindung von der unteren Seite zur
oberen Seite des geschlossenen Kugelventils 299 um den Zapfenträger 311 verhindert Für den Dämpfungsring 316 wird ein Sperring 326 eingesetzt um das
Absperrventil in der Schließstellung zu verriegeln.
Die Montage des Gerätes als Schließventil mit einem damit verbundenen Zirkulationsventil wird dadurch beendet, daß das untere Gehäusezwischenstück 249 mit dem mittleren Probenehmergehäuse 246 mittels der Schraubverbindung 335 verschraubt wird.
Die Montage des Gerätes als Schließventil mit einem damit verbundenen Zirkulationsventil wird dadurch beendet, daß das untere Gehäusezwischenstück 249 mit dem mittleren Probenehmergehäuse 246 mittels der Schraubverbindung 335 verschraubt wird.
Hierzu "Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Gerät zur Untersuchung von Ölbohrungen, welches in einen Prüfstrang einbaubar ist, der sich in
einem Bohrloch von der Erdoberfläche bis zu einer zu untersuchenden Formation erstreckt und einen
offenen Strömungsweg umschließt, wobei zwischen dem Prüfstrang und der Bohrlochwandung oder
einer Vorrichtung ein Ringraum gebildet wird, enthaltend ein zylindrisches Gehäuse, das eine
Längsbohrung aufweist, welche einen Teil des offenen Strömungsweges bildet, und dessen Wandung
mit einer Arbeitsdruckmittelöffnung versehen ist, welche eine Verbindung zu dem Ringraum
herstellt, eine Antriebshülse, die in der Längsbohrung geführt ist und einen Ringkolben aufweist,
welcher von dem aus dem Ringraum über die Arbeitsdruckmittelöffnung eintretenden Arbeitsdruckmiltel
in einer ersten Richtung und gegen die Kräfte von Rückhaltevorrichtungen beaufschlagt ist,
und eine Ventilanordnung, die von der Antriebshülse gesteuert und durch weiche die Längsbohrung
absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückhaltevorrichtungen von abscherbaren Haltegliedern (60; 262) gebildet sind, durch welche
die Antriebshülse (57, 253) in einer ersten Stellung gehalten ist, bei der die Ventilanordnung (112, 113;
299,306) in Offenstellung ist, und welche durch einen
vorgegebenen Druck des Arbeitsdruckmittels abscherbar sind, daß die Antriebshülse (57, 253) mit )o
Betätigungsgliedern (77, 291) für die Ventilanordnung (112,113; 299,306) über lösbare Kupplungseinrichtungen
(78, 79, 80, 82; 93, 95) verbunden ist, durch welche die Antriebsverbindung zwischen der
Antriebshülse (57,253) und den Betätigungsgliedern «
(77, 291) nach dem Abscheren der Halteglieder und einer Bewegung der Antriebshülse (57, 253) in eine
zweite Stellung lösbar ist, in welcher sich die Ventilanordnung (112, 113; 299, 306) in Schließstellung
befindet, und daß das Gehäuse ein Zirkulations- 4<> ventil (56,161; 269,270, 271) enthält, durch welches
eine Verbindung zwischen dem Ringraum und der Längsbohrung oberhalb der Ventilanordnung herstellbar
ist mittels einer Bewegung der Antriebshülse (57, 253) über die zweite Stellung hinaus in eine «
dritte Stellung.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine ringförmige
ölkammer (85, 86) gebildet ist, welche durch eine Trennwand in zwei Teilkammern (85 und 86) w
unterteilt ist, und in der Trennwand ein mit einer Strömungsdrossel (94) versehener Strömungskanal
(89) vorgesehen ist, welcher die beiden Teilkammern (85 und 86) miteinander verbindet, wobei bei einer
gemeinsamen Bewegung der Antriebshülse (57) und ■>■>
der Betätigungsglieder (77) aus der ersten in die zweite Stellung öl aus der einen Teilkammer (85)
über den Strömungskanal (89) und die Strömungsdrossel (94) in die zweiie Teilkammer (86) abgebbar
ist. b"
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal (89) ein Rückschlagventil
(93) angeordnet ist, welches eine ölströmung durch den Strömungskanal (89) bei Bewegung der
Antriebshülse (57) und der Betätigungsglieder (77) in fel>
der ersten Richtung freigibt und eine ölströmung bei Bewegung der Betätigungsglieder (77) in einer dazu
entgegengesetzten, zweiten Richtung blockiert.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbaren Kupplungseinrichtungen eine
mechanische Verriegelungseinrichtung (79, 80) enthalten, durch welche nach Lösen der Antriebsverbindung
zwischen Antriebshülse (57) und Betätigungsgliedem (77) die Betätigungsglieder (77) im Gehäuse
(45) verriegelbar sind, wobei eine Bewegung der Betätigungsglieder (77) in der zweiten Richtung
verhindert ist.
5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand ein das
Rückschlagventil (93) umgehendes, wahlweise zu öffnendes Umgehungsventil (96) angeordnet ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wandung der
ölkammer (85, 86) beweglich ist, wobei eine Ausdehnung des Öls in der Ölkammer bei Temperatarerhöhung
ermöglicht ist
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wandung der ölkammer
(85,86) von einem schwimmenden Ringkolben (100) gebildet ist, der an einem Ende der Ölkammer
zwischen dem Gehäuse (47) und dem als 7ughülse ausgebildeten Betätigungsglied (77) axial beweglich
geführt und über eine Feder (101) gegen eine Gehäuseschulter (99) abgestützt ist
8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei im Abstand
voneinander in der Längsbohrung angeordnete Kugelventile (112, 113; 299, 306) aufweist, welche
über die Betätigungsglieder (77; 291) gemeinsam steuerbar sind, in der Offenstellung einen vollständig
offenen Strömungsweg freigeben und in der Schließstellung zwischen sich eine abgeschlossene
Probenkammer (111) zum Einschließen einer Flüssigkeitsprobe bilden.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel-Lagerglieder (114,115,116;
297,298,300) des oberen Kugelventils (112; 299) und
die Ventilkugel-Lagerglieder (120,121,122;304,305, 307) des unteren Kugelventils (113; 306) über eine
Verbindungshülse (117; 308) miteinander verbunden und durch die Antriebshülse (57; 253) über
Betätigungsglieder in Form einer Zug- oder Schubhülse (77, 291) gemeinsam relativ zu dem
zylindrischen Gehäuse bewegbar sind und daß in axialer Richtung gehäusefest gehaltene Zapfen (126,
128; 317,322) in Ausnehmungen (127,129; 318,323)
der Ventilkugeln eingreifen, wobei die Ventilkugeln bei der Bewegung der Ventilkugel-Lagerglieder aus
einer Offenstellung, in welcher die Bohrungen der Ventilkugeln mit der Längsbohrung fluchten, in eine
Schließstellung verdrehbar sind, in welcher die Ventilkugeln die Längsbohrung abschließen.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse im Bereich der Ventilkugeln
der Kugelventile (112, 113; 299, 306) längs der Gehäuseinnenwandung Zapfenträger (130, 136; 311,
319) angeordnet und durch Anschläge (132,133,137, 138; 295,315,320,324) in axialer Richtung gesichert
sind, wobei diese Zapfenträger die Zapfen (126,128; 317, 322) tragen und um die Längsachse des
Gehäuses begrenzt verdrehbar sind.
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge für die Zapfenträger
(130, 136; 311, 319) von gesonderten Anschlagkörpern (132, 133; 137, 138 bzw. 295, 315; 320, 324)
gebildet sind, die über elastische Pufferglieder (134,
135; 139, 140 bzw. 297, 316; 321) gegenüber dem Gehäuse abgestützt sind
12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des zylindrischen Gehäuses (48) im Bereich zwischen s
den Kugelventilen (112,113; 299,306) ein Ablaßventil
(146,147,148; 340,341, 342) für Flüssigkeitsproben
vorgesehen ist
13. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulationsventii die Arbeitsdruckmittelöffnung
(56) enthält, die durch eine mit der Antriebshülse (57) verbundene Zirkulationsventilhülse
(161) gegenüber der Längsbohrung (40) abgedichtet und von der Zirkulationsventilhülse
(161) freigebbar ist durch Bewegung der Antriebshülse (57) aus der zweiten Stellung in die dritte
Stellung nach Lösen der Kupplungseinrichtungen (78,79,80,82).
14. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegung der Betätigungsglieder (77) relativ zu dem Gehäuse (41) bei Erreichen der
zweiten Stellung der Antriebshülse (57) durch Anschläge (103,104) begrenzt ist.
15. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zirkulationsventil eine von der 2r>
Arbeitsdruckmittelöffnung (252) gesonderte Zirkulationsventilöffnung (271) aufweist, welche im
Ausgangszustand durch eine Zirkulationsvemilhülse (270) abdichtend abgeschlossen ist, daß an der
Zirkulationsventilhülse (270) eine vorgespannte, in ι» Längsrichtung wirkende Feder (275) im öffnenden
Sinne angreift und die Zirkulationsventilhülse (270) in ihrer Schließstellung durch eine Verriegelungsvorrichtung
(281, 282, 283, 284) gegenüber dem Gehäuse (243) verriegelt ist und daß die Verriege- r>
lungsvorrichtung (281, 282, 283, 284) durch die Antriebshülse (253) bei deren Bewegung aus der
zweiten in die dritte Stellung auslösbar ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US05/769,129 US4064937A (en) | 1977-02-16 | 1977-02-16 | Annulus pressure operated closure valve with reverse circulation valve |
US05/769,123 US4063593A (en) | 1977-02-16 | 1977-02-16 | Full-opening annulus pressure operated sampler valve with reverse circulation valve |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=27118126
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2805789A Expired DE2805789C3 (de) | 1977-02-16 | 1978-02-11 | Gerät zur Untersuchung von Ölbohrungen |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
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GB2132250B (en) * | 1982-12-24 | 1987-05-13 | Schlumberger Technology Corp | Full bore sampler valve apparatus |
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CN112360374A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-12 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种可多次开启的反循环阀及其使用方法 |
CN112681995B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-09-13 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种可调式混合器、不提钻气举反循环钻具及钻进方法 |
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1978
- 1978-02-11 DE DE2805789A patent/DE2805789C3/de not_active Expired
- 1978-02-11 DE DE19787804007U patent/DE7804007U1/de not_active Expired
- 1978-02-15 GB GB6021A patent/GB1569081A/en not_active Expired
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Publication number | Publication date |
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GB1569081A (en) | 1980-06-11 |
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