DE3229151C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bohrlochvorbereitung und zum Testen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, des Anspruchs 7 und des Anspruchs 17 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 und des Anspruchs 25.

Erdöl- und Erdgasformationen werden häufig sowohl in abgesperrtem Zustand als auch unter Fließbedingungen getestet. Dabei können verschiedene Formationscharakteristika ermittelt werden, die für die zukünftige Produktion in den zu diesen Formationen führenden Bohrlöchern wertvoll sind. Interessante Informationen von diesen Tests sind beispielsweise die folgenden Werte: Die sich unter Schließbedingungen aufbauenden Formationsdrucke, die Druckreduktion unter Strömungsbedingungen sowie damit zusammenhängende Daten, die man unter Prüfbedingungen bei abwechselndem Produzieren und Verschließen von Bohrlöchern zu einer Formation erhält. Ferner sollen Informationen in einem Bohrloch bei der Formation selbst gemessen werden und nicht vom Bohrlochkopf, so daß die verfälschenden Auswirkungen der innerhalb des Bohrlochs strömenden Medien, das zu der Formation führt, eliminiert werden. Typische Werte, die mit derartigen Prozeduren gemessen werden können, sind beispielsweise der Druck, die Temperatur sowie die Strömungsgeschwindigkeit des betreffenden Mediums. Ferner ist es wünschenswert, daß das erfindungsgemäße System an die anfängliche Bohrlochvorbereitung angepaßt werden kann, so daß das Bohrloch sowohl später als auch während des Bohrens vor dem Abschluß untersucht werden kann, um wertvolle Informationen zu gewinnen, die die schließliche Fertigstellung des Bohrlochs beeinflussen können. Das erfindungsgemäße System zur Bohrlochvorbereitung soll ferner maximale Strömungswerte gestatten und eine minimale Anzahl von Bohrgestänge-Wechselzyklen ermöglichen, um die zum durchführen der Tests erforderliche Zeit und Kosten zu reduzieren. Vorschläge zum Messen von Bohrlochcharakteristika unter statischen Bedingungen sind in den US-PSen 40 51 897, 41 34 452 und 41 49 593 beschrieben. Bei diesen Systemen erfolgen die Tests nicht unter Strömungsbedingungen im Bohrloch und erfordern mindestens einen zusätzlichen Bohrgestänge- Wechselzyklus, um das Bohrloch zum Durchführen der Tests zu bestücken.

Die US-PS 42 74 485 beschreibt ein Verfahren zum intermittierenden Verschließen und Durchströmen eines Bohrlochs, wobei jedoch ebenfalls mindestens ein zusätzlicher Bohrgestänge- Wechselzyklus erforderlich ist, um das Bohrloch für die Tests ausreichend auszustatten; zusätzlich sind Strukturen innerhalb der Förderverrohrung des Bohrlochs erforderlich, die die Strömung durch den Rohrstrang beschränken.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Messen von Bohrlochcharakteristika sowohl unter statischen als auch unter (dynamischen) Fließbedingungen zu ermöglichen, und zwar unter Verwendung eines Systems oder eines Verfahrens, das maximale Fließwerte zuläßt und das mit einer minimalen Anzahl von Gestänge-Wechselzyklen im Bohrloch auskommt. Ferner ist es wünschenswert, die verschiedenen Maßnahmen zu minimalisieren, die im Bohrloch ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Bohrlochtests durchzuführen.

Beim Stand der Technik sind Verrohrungsausrüstungen, wie Fangaufnehmer, erforderlich, die in den Rohrstrang mit Drahtsystemen eingeführt werden können, und daraufhin erfolgt der Test mit elektrischen Leitungssystemen. Die Elimination des anfänglichen Drahtleitungsbetriebs senkt wesentlich die Kosten und reduziert die zum Erreichen der gewünschten Endresultate erforderliche Zeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bohrlochvorbereitung und zum Testen bereitzustellen, wobei die Strömungsbedingungen im Rohrstrang verbessert und die Bohrgestängewechsel vereinfacht werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bzw. des Anspruchs 25 und hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 bzw. des Anspruchs 17.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht die Untersuchung von Bohrlöchern sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen in vorteilhafter Weise.

Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße System das selektive Verschließen sowie Aufrechterhalten der Strömung in dem Bohrloch, indem das System vom Ende des Bohrlochs an der Oberfläche manipuliert wird. Das System ist so ausgebildet, daß der zunächst in das Bohrloch eingefahrene Rohrstrang ein Sperrelement zum lösbaren Verriegeln und Abdichten einer an einer elektrischen Leitung hängenden Testsonde aufweist, so daß keine Operationen und Einrichtungen mit Draht vor dem Test erforderlich sind. Dabei wird ein Bohrloch mit maximalen Strömungsgeschwindigkeiten selektiv durchströmt.

Ferner wird eine Kombination aus einer Bohrloch-Testsonde und einem Sperrelement bereitgestellt, die zusammen mit bekannten Bohrloch-Testsystemen verwendet werden kann. Als weiteren Vorteil ermöglicht ein erfindungsgemäßes System zur Bohrlochvorbereitung Bohrtests, bei denen das Bohrloch abwechselnd abgesperrt und durchströmt wird, indem ein Ausgleichs- und Nebenschlußventil von der Oberfläche aus geöffnet und geschlossen wird, indem eine zur Testsonde des Systems führende elektrische Leitung angehoben bzw. abgesenkt wird.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A bis C eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Testsonde mit einem Ausgleichs- und Nebenschlußventil gemäß der Erfindung,

Fig. 1D eine vergrößerte Endansicht der Sondenspitze gemäß Fig. 1C,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Sperrelements für den Rohrstrang des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines unteren Endabschnitts der mit dem Sperrelement lösbar verriegelten Sonde und

Fig. 4 einen Teillängsschnitt des oberen Ednes der Sonde mit geschlossenem Nebenschlußventil (Entlastungsventil, Umlaufventil, Überströmventil oder Bypass- Ventil).

Die in den Fig. 1A bis C dargestellte Sondenanordnung 10 und das in Fig. 2 dargestellte Sperrelement 11 können in einer Bohranlage gemäß Fig. 1 der US-PS 41 49 593 verwendet werden, so daß man das erfindungsgemäße System zur Bohrlochvorbereitung und zum Testen erhält. Die Sondenanordnung 10 ist mit der Kupplung 42 in Fig. 1 der US-PS 41 49 593 verbindbar, so daß die erfindungsgemäße Sonde 10 das Ausgleichventil und den Stoßdämpfer 41, die einstellbare Sonde 43 und die Halteanordnung 44 der US-PS 41 49 593 ersetzt. In ähnlicher Weise ersetzt das erfindungsgemäße Sperrelement 11 den Fangnippel 31, der als integraler Teil des Rohrstranges 30 in der US-PS 41 49 593 verbunden ist, so daß der Sperrdorn 32 und das Sperrelement 33 der US-PS 41 49 593 nicht mehr erforderlich sind. Werden daher die erfindungsgemäße Sondenanordnung 10 mit der Lehre 34 der US-PS 41 49 593 verbunden und von dieser abgeschützt sowie das erfindungsgemäße Sperrelement 11 als integraler Teil des Rohrstrangs 30 der US-PS 41 49 593 verbunden, so wird das Bohrloch für das Testen entsprechend vorbereitet, indem der Rohrstrang 30 mit dem integralen Sperrelement 11 eingefahren wird, und danach erfolgt das Testen des Bohrlochs sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen, indem die Sondenanordnung 10 auf der Lehre 34 läuft, die von der elektrischen Leitung 35 der US-PS 41 49 593 gehaltert wird. Die Sondenanordnung 10 wird lösbar im Sperrelement 11 verriegelt, und danach wird die Sondenanordnung durch die elektrische Leitung so betätigt, daß das Bohrloch in der gewünschten Weise verschlossen oder zur Durchströmung geöffnet wird, um Messungen im Bohrloch sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen auszuführen. Lediglich das anfängliche Einfahren des Rohrstrangs mit dem integralen Sperrelement und danach das Handhaben der Sondenanordnung an der elektrischen Leitung sind erforderlich, um das Bohrloch vorzubereiten oder dieses für den Test mit den Einrichtungen zu versehen und das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Die Sondenanordnung 10 gemäß Fig. 1A bis C ist ähnlich der Sondenanordnung 41B gemäß der US-PS 42 86 661 des gleichen Erfinders. Gemäß Fig. 1A weist die Sondenanordnung einen Hülsenadaptor 12 auf, der am oberen Endabschnitt mit einem Innengewinde 13 versehen ist, um die Sondenanordnung mit der Kupplung 42 gemäß der US-PS 41 49 593 zu verbinden; an einem unteren Endabschnitt befindet sich ein Außengewinde 14 zur Verbindung mit dem oberen Ende eines Querkopfes 15. Der Querkopf 15 weist ein Sackloch 20 auf, das in eine mittige Bohrung 20a des Adaptors 12 mündet, um den Querkopf nach oben mit der nicht dargestellten Meßvorrichtung oder Lehre zu verbinden, die wiederum mit dem oberen Ende der Sondenanordnung verbunden ist. Ein seitlicher Strömungskanal 21 verbindet die Bohrung 20 mit einem Längsschlitz 22, der entlang des Querkopfes ausgebildet ist und mit einer sich in Längsrichtrung erstreckenden Schließplatte 23 abgedeckt ist, die am Querkopf über den Schlitz geschweißt ist. Der Querkopf weist längliche, in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete äußere Flachstücke 24 auf, durch die jeweils ein Fenster 25 ausgebildet ist, das sich durch den Querkopf in ein nach unten sich öffnendes Sackloch 30 des Querkopfs öffnet. Die Flachstücke 24 dienen zur Ausbildung von Bereichen mit reduziertem Querschnitt entlang dem Querkopf, so daß im wesentlichen der Strömungsraum um den Querkopf oberhalb der Fenster 25 erhöht wird, so daß man eine maximale Bohrlochströmung erhält, wenn das Bypass- Ventil in der Sondenanordnung offen ist. Im Querschnitt ist der Querkopf 15 entlang den Fenstern 25 identisch zum Querschnitt gemäß Fig. 20 der vorstehend genannten US-PS 42 86 661. Die Gegenbohrung 30 des Querkopfs ist entlang einem Abschnitt 31 vergrößert, der mit den Fenstern 25 des Querkopfs ausgerichtet ist, um eine maximale Fluidströmung zu den Fenstern zu ermöglichen, wenn das Bypass-Ventil offen ist. Der untere Endabschnitt des Querkopfs ist an einem Gehäusekupplungsabschnitt 32 angeschlossen, der in das obere Ende eines Mantels oder eines Gehäuses 33 einer Stoßdämpferfeder geschraubt ist. Der Querkopf weist einen Innenflansch 34 unterhalb der Fenster 25 auf, der eine Innenringdichtung 35 trägt. Die obere Endkante der Kupplung 32 und der Innenflansch 34 des Querkopfs sind voneinander im Abstand angeordnet und bilden so einen inneren Ringkanal 40 innerhalb des Querkopfs, so daß man über eine Öffnung 41 eine Öffnung in den Längsschlitz 22 erhält. Dadurch steht die Bohrung des Querkopfs unterhalb der Ringdichtung 35 über den Ringraum 40, die Bohrung 41, den Längsschlitz 22 und den Kanal 21 dauernd mit dem Sackloch 20 in Verbindung, von dem das Fluid durch die Adapterbohrung 20a in die Meßvorrichtung eintreten kann, die mit der Sonde verbunden ist. Die Kupplung 32 weist eine innere Ringdichtung 42 auf, die von der Ringdichtung 35 im Abstand angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt, so daß man eine Schließfunktion für das Ausgleichs- und Bypass-Ventil der Sonde erhält.

Gemäß den Fig. 1A und B schieben sich der Querkopf 15, die Kupplung 32 sowie der Mantel 33 teleskopartig über einen Hülsendorn 43 des Ausgleichs- und Bypass-Ventils, der mit seinem unteren Endabschnitt in eine rohrförmige Sperrsonde 44 eingeschraubt ist (vgl. Fig. 1B und C). Der Ventildorn 43 weist eine mittige Längsbohrung 45 auf, die mit einer Mittelbohrung 50 in der Sonde 44 verbunden ist. Gemäß Fig. 1A ist der Durchmesser des Sacklochs 30 des Querkopfs größer als der des oberen Endabschnitts des Ventildorns 43, so daß bei sich aufwärts und abwärts bewegendem Ventildorn das Gas oder die Flüssigkeit nicht in dem Sackloch 30 gefangen wird, was sonst die Arbeitsweise des Ventildorns ernstlich behindern könnte. Der Ventildorn 43 weist mehrere in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete, sich in Längsrichtung erstreckende Strömungsschlitze 51, die in den oberen Endabschnitt der Dornbohrung 45 münden. Ein konischer Strömungsumleiter (Strömungsdiverter) 52 ist innerhalb des oberen Endes der Dornbohrung 45 entlang den oberen Endabschnitten der Strömungsschlitze 51 angeordnet, um eine nicht-turbulente Strömung der Fluide im Bohrloch von der Dornbohrung 45 nach außen durch die Schlitze 51 und die Seitenfenster 25 im Querkopf 15 zu erleichtern. Der konische Diverter 52 weist ein sich nach oben öffnendes Sackloch mit einem Stopfen 53 auf, in dem eine Mittelbohrung 54 und seitliche Bohrungen 55 ausgebildet sind, die in die Mittelbohrung münden. Der konische Diverter 52 und der Innenstopfen 53 dienen zur Erleichterung der Herstellung des Ventildorns 43, so daß man die gewünschte Wirkungsweise des konischen Diverters in der Dornbohrung 45 erhält. Die Bearbeitung des konischen Diverters 52 als integraler Bestandteil des Ventildorns würde sonst außerordentlich schwierig. Daher sind der Diverter 52 und der Stopfen 53 als getrennte Teile ausgebildet und so bemessen, daß der Stopfen 53 leicht in das Sackloch des Diverters 52 gleitet, der wiederum leicht im oberen Ende der Bohrung 45 des Dorns 43 gleitet. Beim Zusammenbau des Diverters 52 im Dorn wird das Sackloch des Diverters mit einem geeigneten flüssigen Zement gefüllt, und der Stopfen 53 wird teilweise in das Sackloch des Diverters eingesetzt. Der Diverter wird dann nach oben in die Bohrung 45 des Ventildorns eingesetzt, bis er am oberen Ende der Bohrung angedrückt wird, und dabei wird der Stopfen 53 in das Sackloch des Diverters gedrückt, so daß der Zement nach außen um und über den Stopfen 53 und den Diverter 52 gequetscht wird, so daß die Zwischenräume zwischen der Dornbohrung sowohl um den Diverter 52 als auch den Stopfen 53 mit Zement gefüllt werden. Wenn der Zement aushärtet, wird der Diverter innerhalb des Dorns in der in Fig. 1A dargestellten Position starr festgesetzt. Ein geeigneter Zement zum Festlegen des Diverters innerhalb des oberen Endes der Bohrung des Ventildorns ist beispielsweise ein Epoxyharz oder ein geeigneter Kleber.

Die Schlitze 51 im Ventildorn 43 sind so bemessen und sind in so großer Anzahl vorhanden, daß man eine maximale Strömung erhält, wenn das Ausgleichs- und Bypass-Ventil offen ist (vgl. Fig. 1A). Die Länge der Schlitze 51 ist geringer als der Abstand zwischen den Ringdichtungen 35 und 42, so daß bei geschlossenem Ventil (vgl. Fig. 4) die Dichtungen sich oberhalb und unterhalb der Schlitze befinden und damit die Strömung durch die Schlitze zu den Seitenfenstern 25 verhindert wird. Die Fenster 25 sind so bemessen, daß man maximale Strömung von den Schlitzen 51 und den Rohrstrang um die Sondenanordnung erhält, um das Bohrloch zu durchströmen. Die Flachstücke 24 sind ausreichend unterschnitten, um einen Aufwärtszug am Kopfende der Sondenanordnung zu minimalisieren, wodurch tendenziell das Ventil beim Durchströmen des Bohrlochs geschlossen wird. Der Strömungsringraum 40 und die Seitenöffnung 41, die die Bohrung 45 mit dem Querkopf 15 verbindet, um beispielsweise die Fluidcharakteristika des Bohrlochs zu messen, sind zwischen den Ringdichtungen 35 und 42 positioniert und dabei so angeordnet, daß man eine kontinuierliche Verbindung in die Bohrung durch die Schlitze 51 erhält, wenn das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, so daß Testmessungen sowohl bei durchströmtem Bohrloch als auch dann vorgenommen werden können, wenn das Bohrloch durch Schließen des Ventils verschlossen ist.

Gemäß den Fig. 1A und B ist das Federgehäuse 33 konzentrisch im Abstand um den Ventildorn 43 angeordnet und bildet so einen Ringraum 60 zwischen den Bauteilen, in dem eine Feder 61 zum Vorspannen des Ausgleichs- und Bypass-Ventils in die Schließstellung angeordnet und zur Stoßdämpfung beim Betrieb der Sondenanordnung vorgesehen ist, um die Übertragung von Stoßkräften auf die verwendeten Instrumente zu minimalisieren. Das obere Ende der Feder 61 liegt an einem geschlitzten Anschlagring 62 an, der in eine äußere Aussparung 63 um den Dorn 43 eingepaßt ist, so daß die Aufwärtsbewegung des Anschlagrings begrenzt ist und eine begrenzte Abwärtsbewegung des Anschlagrings möglich ist; dadurch kann sich der Ring relativ zum Dorn 43 bewegen, so daß die Feder bei einer nach unten gerichteten Stoßkraft zusammengedrückt wird. Das untere Ende der Feder 61 liegt an der oberen Endkante eines rohrförmigen Stoßfängers 64 an, der zwischen den reduzierten unteren Endabschnitt des Gehäuses 33 und den Ventildorn 43 eingepaßt ist. Der Stoßfänger 64 weist ein vergrößertes, mit Flansch versehenes Kopfende 65 auf, das den Stoßfänger im Gehäuse 33 hält, so daß der Stoßfänger sich im Gehäuse um den Dorn 43 nach oben bewegen kann, um die Feder 61 bei aufwärts gerichteter Stoßbelastung zusammenzudrücken. Das Gehäuse 33 ist mit Auslaßöffnungen 70 versehen, die in den die Feder 61 umgebenden Ringraum 60 münden. Ein Schutzmantel 71 ist am unteren Ende des Gehäuses 33 befestigt und schiebt sich teleskopartig über den oberen Endabschnitt der Sonde 44, um die Ansammlung von Abfall zwischen dem Gehäuse 33 und dem Dorn 43 zu minimalisieren. Mehrere Auslaßöffnungen 72 sind in dem Mantel 71 ausgebildet. Die untere Endkante des Stoßfängers 64 kann mit der oberen Endkante der Sonde 44 in Eingriff kommen, so daß eine nach oben gerichtete Stoßkraft auf die Sonde den Stoßfänger anhebt und dabei die Feder 61 zusammendrückt.

Der Querkopof 15, das Gehäuse 33 und der Mantel 71 passen teleskopartig über den Ventildorn 43 und den oberen Endabschnitt der Sonde 44. Die Feder 61 spannt den Querkopf, das Gehäuse und den Mantel sowie den Ventildorn und die Sonde in entgegengesetzte Richtungen vor. Die Feder spannt den Querkopf und das Gehäuse nach unten auf den Ventildorn in die offene Ventilstellung vor (vgl. Fig. 1A). Ein am oberen Ende der Sondenanordnung angreifender Zug nach oben hebt den Querkopf, das Gehäuse sowie den Schutzmantel relativ zum Ventildorn nach oben an, so daß die Feder 61 zusammengedrückt und die Ringdichtungen 35 und 42 nach oben in die Stellungen der Fig. 4 bewegt werden, bei denen sich die Ringdichtung 35 oberhalb der Ventildornschlitze 51 und die Ringdichtung 42 unterhalb der Schlitze befinden, so daß die Verbindung von den Schlitzen zu den Seitenfensern 25 unterbrochen und damit das Ausgleichs- und Bypass-Ventil geschlossen wird. Typischerweise ist die Feder 61 im komprimierten Zustand eingebaut und so bemessen, daß eine Vorspannung von etwa 800 N entsteht, die als statische Vorspannung das Ventil zu öffnen sucht und zum Gewicht der Werkzeugfolge und des Kabels hinzuzuaddieren ist, wenn die Sondenanordnung im Betrieb ist und in Öffnungsrichtung des Ventils wirkt. Zum Schließen des Ventils muß dann eine ausreichend große, nach oben gerichtete Kraft auf das elektrische Kabel einwirken, um das Gewicht des Kabels, das Gewicht der Meßinstrumente in der Werkzeugfolge, der oberen Abschnitte der Sondenanordnung einschließlich des Verbindungsteils 12, des Querkopfs 15, des Gehäuses 33 und des Mantels 71 zusätzlich zur Vorspannung von 800 N zu überwinden. Wenn das elektrische Kabel nach oben gezogen wird, erhöht sich beim Komprimieren der Feder die zum vollständigen Schließen des Ventils erforderliche Kraft. Die zum Schließen des Ventils erforderliche Gesamtkraft steht zum erneuten Öffnen des Ventils zur Verfügung.

Die Sperrsonde 44 gemäß den Fig. 1B bis D weist einen geringfügig vergrößerten Dichtungsabschnitt 73 (Fig. 1C) auf, der ein Paar im Abstand angeordneter, äußerer Ringdichtungen 74 und 75 aufweist, um mit dem Sperrelement 11 abzudichten, wie dies nachstehend näher erläutert wird. Zwischen den Dichtungen sind in der Sonde Seitenöffnungen 80 vorgesehen, um einen lokalen Druckaufbau zwischen den Dichtungen um die Sonde während des Betriebs der Sondenanordnung zu verhindern. Die Sonde 44 weist ferner eine äußere, ringförmige Sperraussparung 81 unterhalb des Dichtungsabschnitts zwischen einer oberen Nockenfläche 82 und der unteren Fläche 83 auf. Die Sonde weist ferner einen verstärkten Mittelabschnitt 84 auf, der in einer nach unten und einwärts geneigten Anschlagschulter 85 endet, die oberhalb des Dichtungsabschnitts 73 im ×Abstand angeordnet ist. Die Schulter 85 begrenzt die Bewegung der Sonde im Sperrelement nach unten und ist so positioniert, daß man einen Nothub der Sonde für den Fall erhält, daß die Sonde von dem Sperrelement losgeschüttelt werden muß. Die Sonde 44 weist ferner eine konische untere Endspitze 90 auf, die am unteren Endabschnitt des Sondenhauptkörpers angeschweißt ist. Die konische Außenfläche der Spitze 91 bildet eine Führungsfläche zum leichten Eintritt der Sonde in das Sperrelement. Die Spitze weist eine abgestufte Bohrung 92 auf, die an ihrem unteren Endabschnitt so beschränkt ist, daß man die erforderliche konische Außenfläche der Spitze 91 erhält. Um die Strömungsbeschränkung aufgrund der Bohrung aufzuheben, sind mehrere nach unten offene Längsschlitze 93 in der Spitze vorgesehen, um die wirksame Querschnittsöffnung im unteren Ende der Spitze wesentlich zu erhöhen und so die Strömung des Bohrlochfluids in die Sonde zu maximieren. Die drei Schlitze 93 sind vom unteren Ende der Schlitze nach oben in den größten Abschnitt der konischen Bohrung der Spitze geschnitten und bilden so Fenster, die in den unteren Abschnitt der Sondenbohrung münden.

Gemäß Fig. 2 bildet das Sperrelement 11 einen integralen Bestandteil eines Bohrlochrohrstrangs, wie des Strangs 30 in dem System gemäß der US-PS 41 49 593. Das Sperrelement weist ein durch ein Oberteil 100 und ein Unterteil 101 gebildetes Gehäuse auf. Das Oberteil ist mit seinem unteren Endabschnitt von innen in den oberen Endabschnitt des Unterteils eingeschraubt. Am oberen Endabschnitt ist das Oberteil mit einem Innengewinde versehen als Verbindung zu dem Rohrstrang oberhalb des Sperrelements. In ähnlicher Weise ist das Unterteil an einem reduzierten unteren Endabschnitt mit einem Außengewinde versehen, so daß man einen Zapfen zum Verbinden des Sperrelements mit einem Rohrstrangabschnitt unterhalb des Sperrelements erhält. Die Ringdichtung 102 dichtet die Verbindung zwischen dem Oberteil 100 und dem Unterteil 101 ab. Das Oberteil 100 weist einen Bohrungsabschnitt 104 mit reduziertem Durchmesser auf, dessen unteres Ende eine innere Ringschulter 105 bildet. Die untere Endkante 110 des Oberteils bildet eine zweite größere Anschlagschulter. Das Unterteil 101 weist eine abgestufte Bohrung auf mit nach oben weisenden ringförmigen Anschlagschultern 111 und 112. In der Bohrung des Sperrelementgehäuses ist ein in deren Längsrichtung beweglicher Ringkolben mit Stützhülse 113 mit einem Sperransatz abgeordnet. Der obere Endabschnitt des Kolbens 113 ist teleskopartig in dem mit Gewinde versehenen unteren Endabschnitt 114 des Oberteils 100 geführt. Eine Ringdichtung 115 wird durch den Kolben 113 gehaltert, die eine Gleitdichtung mit der Bohrungsfläche des Oberteilabschnitts 114 bildet. Der Kolben 113 weist mehrere in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete, rechteckigen Fenster 120 auf. Zur radialen Bewegung einwärts und auswärts innerhalb jedes Fensters 120 ist ein Sperransatz 121 vorgesehen. Jeder Sperransatz weist innere, nach oben und nach unten geneigte Nockenflächen 122 und 123 zum Eingriff mit der Sonde 44 auf, um die Sonde in dem Sperransatz lösbar zu verriegeln. Jeder Ansatz 121 weist eine obere und eine untere, äußere, geneigte Nockenfläche 124 und 125 auf. Eine rohrförmige Nockenhülse 130 ist innerhalb der Bohrung des Unterteils unterhalb der Schulter 110 um den Kolben 113 oberhalb der Sperransätze 121 angeordnet. eine innere, ringförmige, geneigte Nockenschulter 131 ist auf der Hülse 130 ausgebildet und kann in Eingriff mit den oberen, äußeren Nockenflächen 124 an den Sperransätzen 121 gebracht werden. In ähnlicher Weise ist eine untere Nockenhülse 132 innerhalb der Bohrung des Unterteils 101 unterhalb der Ansätze 121 positioniert und mit einer oberen, inneren, ringförmigen Nockenschulter 133 versehen, die mit den unteren, äußeren Nockenflächen 125 der Ansätze 121 in Eingriff gebracht werden kann. Die obere und die untere Hülse 130 bzw. 132 sind in der Bohrung des Unterteils 101 verschiebbar, und der Kolben 113 ist innerhalb der Hülsen 130 und 132 verschiebbar. Ein Betätigungsrohr 14 gleitet in dem Unterteil 101 von unten teleskopartig nach oben in die untere Hülse 132. Das Betätigungsrohr weist einen äußeren Ringflansch 135 mit einer oberen Schulter 140, die mit dem unteren Ende der Hülse 132 in Eingriff bringbar ist, sowie mit einer unteren Schulter 141 auf, die mit dem oberen Ende einer Feder 142 in Eingriff steht. Das untere Ende der Feder 142 steht in Eingriff mit der Schulterfläche 111 des Unterteils. Die Feder 142 wird im komprimierten Zustand eingebaut, so daß sie das Betätigungsrohr nach oben drückt und damit eine nach oben gerichtete Kraft auf die untere Hülse 132 ausübt. Die untere Hülse 132 wird relativ zur oberen Hülse 1320 nach oben gedrückt, die durch die Anschlagschulter 110 gegen eine Aufwärtsbewegung festgehalten wird. Durch den aufwärts gerichteten Druck der unteren Hülse 132 wird der äußere Abschnitt der Ansätze 121 zwischen der Nockenfläche 133 am oberen Ende der Hülse 132 und der Nockenfläche 131 am unteren ende der Hülse 130 zusammengequetscht. Die Wirkung der Nockenflächen auf die Hülsen mit den Nockenflächen der Außenabschnitte der Sperransätze drückt die Sperransätze nach einwärts. Die nach außen gerichtete Kraft an jedem der Sperransätze, die beim Ensetzen und Herausnehmen der Sonde in den Sperransätzen auftritt, drückt die Ansätze nach außen und damit die Hülsen 130 und 132 auseinander. Da sich die Hülse 130 nicht nach oben bewegen kann, wird die Hülse 132 nach unten gedrückt und mit ihr auch das Betätigungsrohr 134 nach unten, so daß die Feder 142 weiter zusammengedrückt wird. dadurch werden die Sperransätze 121 während des Einsetzens und Lösens der Sonde nach außen bewegt und durch die Feder 142, das Betätigungsrohr 134 und die Hülse 132 nach einwärts gedrückt, um die Sonde innerhalb des Sperrteils lösbar zu verriegeln. Nähere Einzelheiten beim Sperren und Lösen der Sonde werden nachstehend in Verbindung mit einer näheren Erläuterung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben.

Das System und das Verfahren gemäß der Erfindung können bei der dauernden Bohrlochvorbereitung oder zum Zwischentesten zum Untersuchen einer Formation angewendet werden, um Daten zu erhalten, mit denen eine Entscheidung über das weitere Bohren und/oder die fortgesetzte Bohrlochvorbereitung gemacht werden kann. Bei einem Zwischentest wird das System während der Durchführung der gewünschten Tests temporär installiert. Im Hinblick auf die außerordentlich hohen Unkosten bei Offshore-Bohrungen und zum Treffen der erforderlichen Entscheidungen bezüglich der Vorbereitung derartiger Bohrungen ist es außerordentlich wichtig, genaue Informationen über die angebohrten Produktionsformationen zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird win Bohrloch für Tests dauerhaft vorbereitet oder eingestellt, indem das Sperrelement 11 in einen Rohrstrang eingebunden wird, der dann in einem Bohrloch eingefahren und dort abgestützt wird; der Bohrkopf und zugehörige Anlagen werden im wesentlichen gemäß der US-PS 41 49 593 installiert. Gemäß vorstehender Erläuterung dieser US-PS wird das Sperrelement 11 in dem Rohrstrang als integraler Bestandteil des Strangs anstelle des Fangnippels 31 der US-PS verbunden. In bekannter Weise können ein oder mehrere Bohrloch-Dichtungsstücke zusammen mit dem Rohrstrang installiert werden, um das Produktionsfluid aus der gewünschten Formation einzufangen und in den Rohrstrang zu führen, durch den es zum Bohrkopf an der Oberfläche strömt. Die Sondenanordnung 10 gemäß den Fig. 1A bis D wird dann mit einer Werkzeugreihe mit dem Koppler 42 und der Lehre 34 verbunden, die von der elektrischen Leitung 35 gemäß der US-PS 41 49 593 gehaltert werden. Die Sonde wird in dem Rohrstrang mit Hilfe der elektrischen Leitung abgesenkt, bis sie in das Sperrelement 11 eintritt und sich mit diesem lösbar verriegelt. Während die Sonde abgesenkt wird, hält die Feder 61 das Ausgleichs- und Bypass-Ventil der Sondenanordnung gemäß Fig. 1A offen. Das obere Ende der Feder steht in Eingriff mit dem geschlitzten Ring 62, der mit dem Ventildorn 43 gekoppelt ist, so daß der Dorn in der dargestellten oberen Endposition gehalten wird, bei der die Längsschlitze 51 im Dorn oberhalb der oberen Ringdichtung 35 vertikal ausgerichtet sind, so daß die Schlitze durch die Seitenfenster 25 im Kreuzkopf 15 der Sondenanordnung kommunizieren. Bei Absenken der Sonde im Rohrstrang tritt daher ein Teil des im Rohrstrang befindlichen Fluids nach oben in die Sonde durch die Fenster 93 in der Probenspitze 91 und entlang der Bohrung 50 der Sonde 44 in die Bohrung 45 des Ventildorns 43 ein. Die Fluide strömen zum oberen Ende der Bohrung 45 und treffen auf den konischen Diverter 52, der die Fluide nach außen durch die Schlitze 51 und die Fenster 25 zurück in den Rohrstrang oberhalb der Sonde ablenken, wenn diese abgesenkt wird. Daher beeinträchtigt das Fluid im Rohrstrang nicht das Absenken der Sonde, sondern strömt durch die Sonde, wenn diese abgesenkt wird.

Die Sondenanordnung 10 wird durch die elektrische Leitung so lange abgesenkt, bis die Sonde 44 in das Sperrelement 11 eintritt. Die Sondenspitze 90 bewegt sich innerhalb der Sperransätze 121. Die geneigte Oberfläche 91 der Sondenspitze 90 kommt in Eingriff mit den Nockenflächen 122 an den Sperransätzen, und wenn sich die Probenspitze nach unten bewegt, so drückt die Oberfläche 91 der Spitze die Ansätze radial nach außen in die Fenster 120 des Kolbens 113.

Wegen des geringen Neigungswinkels der Oberfläche 91 der Spitze relativ zur Längsachse der Sonde genügt das Gewicht der Sondenanordnung, der anderen Werkzeuge in der Werkzeugreihe sowie der elektrischen Leitung zum Expandieren der Ansätze 121. Die nach außen sich bewegenden Ansätze drücken die untere Hülse 132 nach unten gegen das Betätigungsrohr 134, das die Feder 142 zusammendrückt. Durch die Nockenwirkung der Nockenflächen 124 und 125 an den Ansätzen zusammen mit den Nockenflächen 131 und 133 an den Hülsen 130 bzw. 132 werden die Ansätze so ausreichend expandiert, daß die Sondenspitze nach unten unter die Ansätze läuft, bis die Sondenschulter 83 die Ansätze überschritten hat. Die Kraft der Feder 142 nach oben gegen das Betätigungsrohr 134, das die untere Hülse 132 anhebt, bewirkt eine Nockenbetätigung der Ansätze, so daß diese radial nach einwärts in die Sperraussparung 81 an der Sonde 44 gedrückt werden, so daß die Sonde im Sperrelement 11 lösbar eingerastet wird. Die Fig. 3 zeigt die im Sperrelement verriegelte Sonde, wobei die Sperransätze 121 in die Aussparung 81 der Sonde gedrückt werden. Die Ringdichtungen 74 und 75 an der Sonde 44 bewegen sich in Dichtlage in der Bohrung des Kolbens 113 des Sperrelements, so daß über das Sperrelement zur Bohrung der Sonde innerhalb des Rohrstrangs das Fluid eingeschlossen wird. Die nach unten gerichtete Bewegung der Sonde wird angehalten durch den Eingriff der Oberfläche 85 (Fig. 1B) an der Sonde 44 mit der geneigten Schulterfläche 106 innerhalb des Oberteils 100 des Sperrelements 11. Bewegt sich die Sondenanordnung im Sperrelement nach unten, so werden jegliche auf die Sonde 44 einwirkenden Stoßkräfte durch die Feder 61 absorbiert und damit die Instrumentierung in der Werkzeugfolge geschützt. Eine aufwärts gerichtete Stoßbelastung auf die Probe kann dazu führen, daß diese angehoben wird, so daß der Stoßfänger 64 gegen das untere Ende der Feder 61 angehoben und damit die Feder komprimiert und die Stoßbelastung absorbiert wird. Wenn sich die Werkzeugfolge nach unten bewegt, so wird in ähnlicher Weise die nach unten gerichtete Bewegung der Sonde gestoppt durch jegliche Bauelemente, die mit der nach unten gerichteten Bewegung der Sonde einschließlich dem Eingriff im Sperrelement sich überschneiden; dadurch bewegt sich der Kreuzkopf 15 mit dem Gehäuse 33 teleskopartig nach unten, so daß der geschlitzte Ring 62 nach unten relativ zum Dorn 43 bewegt und damit die Feder 61 komprimiert wird, um den Stoß zu absorbieren. Daher kann die Feder 61 Stoßkräfte absorbieren, die entweder die Sonde und den Ventildorn nach oben oder den Kopf und das Gehäuse der Dornanordnung nach unten drücken.

Mit der in dem Rohrstrang am Sperrelement 11 lösbar verriegelten Sondenanordnung muß das gesamte in dem Bohrloch im Rohrstrang nach oben strömende Fluid entlang der Bohrung der Sonde zum oberen Ende der Bohrung strömen, wo die Fluide durch die Schlitze 51 und die Seitenfenster 25 zurück in den Rohrstrang um die Sondenanordnung und den verbundenen Meßvorrichtungen und der elektrischen Leitung auftreten. Ferner besteht eine Fluidverbindung in der Sondenanordnung von der Bohrung 45 in den Ringraum 40 durch die Öffnung 41 nch oben in den Schlitz 22, zurück nach einwärts durch den seitlichen Kanal 21 in die Bohrung 20 und nach oben durch die Bohrung 20a des Verbindungsstücks 12 in die Meßvorrichtungen, die zwischen der Sondenanordnung und der elektrischen Leitung angeordnet sind. Aufgrund dieser Fluidverbindung können Druckmessungen kontinuierlich vorgenommen werden, während das Fluid gleichzeitig durch die Sondenanordnung zurück in den Rohrstrang oberhalb der Sondenanordnung und zur Oberfläche strömt. Aufgrund der relativ großen Querschnittsfläche entlang der Sondenanordnung und durch das Sperrelement 11, kann eine im wesentlichen normale Bohrlochströmung bei gleichzeitiger Messung von Bohrlochcharakteristika, wie Druck und Temperatur, erfolgen.

Bei offenem Ausgleichs- und Bypass-Ventil gemäß Fig. 1A und bei hoher Bohrlochströmung besteht die Tendenz, daß durch die nach oben und nach außen von der Bohrung 45 des Dorns 43 durch die Schlitze 51 und die Seitenfenster 25 strömenden Fluide der Querkopf 15 und die mit diesem verbundenen Werkzeugkomponenten nach oben angehoben werden. Durch die abgeschnittenen Abschnitte entlang den flachen Oberflächen 24 oberhalb der Fenster 25 wird die Wirkung stark verringert. Ferner lenkt der Diverter 52 das Fluid nach außen und oben von den unmittelbar benachbarten Abschnitten des Querkopfs weg. Das Gewicht des elektrischen Kabels, der Meßvorrichtungen, des Querkopfs und des Federgehäuses 33 sowie die Kraft der komprimierten Feder 61 halten das Ausgleichs- und Bypass-Ventil offen.

Wenn das Bohrloch zum Ermitteln des Formationsdrucks im statischen Zustand (d. h. ohne Strömung), der Geschwindigkeit des Druckaufbaus und anderer zusammenhängender Bohrloch- und Formationscharakteristika geschlossen werden soll, wird die elektrische Leitung nach oben gezogen und damit das Verbindungsteil 12, der Querkopf 15, das Federgehäuse 33, der Mantel 71 und der Federstoßfänger 64 angehoben, so daß die Feder 61 komprimiert und die Ringdichtungen 35 und 42 nach oben in die in Fig. 4 dargestellten Positionen bewegt werden, bei denen die Strömung von den Seitenöffnungen 51 des Ausgleichs- und Bypass-Ventildorns abgeschlossen wird. Die aufgezählten Bauteile der Sondenanordnung 10, die nach oben angehoben werden, schieben sich teleskopartig nach oben auf den Ventildorn 43, der gegen die Aufwärtsbewegung durch die Sonde 44 gehalten wird, und zwar wegen der Verriegelung im Sperrelement 11 durch die Ansätze 121. Die Sonde 44 verbleibt verriegelt, während das Bohrloch wegen der Schließung des Ausgleichs- und Bypass-Ventils der Sondenanordnung verschlossen ist. Wenn die Strömung im Bohrloch wieder in Gang gesetzt werden soll, wird der aufwärtsgerichtete Zug an der elektrischen Leitung nachgelassen, so daß aufgrund des Gewichtes der Leitung mit den Meßwerkzeugen und den Teleskopabschnitten der Sondenanordnung 10 zusammen mit der Kraft von der komprimierten Feder 61 sich das Ausgleichs- und Bypass-Ventil zurück in die offene Stellung gemäß Fig. 1A bewegen kann. Die Stärke der Feder 142 und die Neigung der Nockenflächen an den Sperransätzen 121 und entlang den gegenüberliegenden Enden der Sondenaussparung 81 sind so bemessen, daß zum Herausziehen der Sonde aus dem Sperrelement 11 eine größere Kraft erforderlich ist als zum ausreichenden Anheben der Sondenanordnung zum Schließen des Ausgleichs- und Bypass-Ventils.

Gemäß der Erfindung kann ein Bohrloch selektiv geöffnet und geschlossen werden, um verschiedene Messungen von Formations- und Bohrlochcharakteristika sowohl unter Strömungsbedingungen als auch im abgeschlossenen Zustand vornehmen zu können sowie von Änderungsgrößen und anderen Faktoren beim Übergang zwischen dem Strömungszustand und dem geschlossenen Zustand zu ermitteln. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, die Druckabfallgeschwindigkeit zu ermitteln, wenn man vom geschlossenen Zustand in den vollen Strömungszustand übergeht. Ferner kann es wünschenswert sein, die Geschwindigkeit des Druckaufbaus zu kennen, wenn ein Bohrloch nach vollständigem Fluten geschlossen wird. Unter diesen verschiedenen Bedingungen und bei Änderung dieser Bedingungen können Messungen durchgeführt werden, während die Sondenanordnung 10 im Sperrelement 11 verriegelt verbleibt. Mit der so im Sperrelement verriegelten Sonde führt eine Änderung des Fluiddrucks am Sperrelement, beispielsweise eine Druckzunahme, zu einer festeren Halterung der Sonde im Sperrelement. Eine Druckzunahme entlang der Sondenanordnung bewirkt somit, daß das Sperrelement die Sonde fester ergreift. Die Druckdifferenz über den Kolben 113, gemessen durch das Differential über den Ringbereich des Kolbens, der zwischen der Dichtlinie der Ringdichtungen 74 und 75 innerhalb des Kolbens und der Dichtlinie der Dichtungsanordnung 115 um den Kolben definiert wird, führt zu einem Anheben des Kolbens. Eine nach oben gerichtete Kraft auf den Kolben drückt die Sperransätze 121 nach oben. Die obere Hülse 130 kann sich jedoch nicht nach oben bewegen, so daß eine nach aufwärts gerichtete Kraft an den Ansätzen 121 diese stärker nach einwärts um die Sonde 44 drückt. Daher führt eine Druckdifferenzzunahme anstelle einer Verschiebung der Sonde zu einem stärkeren Festhalten der Sonde durch das Sperrelement.

Wenn die gewünschten Messungen vorgenommen worden sind und der Druck über das Werkzeug ausgeglichen worden ist, wird die Sondenanordnung von dem Sperrelement gelöst, indem an der elektrischen Leitung mit einer Kraft nach oben gezogen wird, die größer ist als die zum Schließen des Ausgleichs- und Bypass-Ventils erforderliche Kraft. Die aufwärtsgerichtete Kraft an der Sondenanordnung drückt die Sondenoberfläche 83 nach oben gegen die inneren, unteren Nockenflächen 123 an den Ansätzen 121. Die Ansätze werden nach außen zwischen die obere Hülse 130 und die untere Hülse 132 gedrückt. Die obere Hülse 130 kann sich nicht nach oben bewegen, und daher werden durch die Nockenwirkung zwischen den oberen, äußeren Ansatzflächen 124 und der Innenfläche 131 an der Hülse 130 die Ansätze nach unten gedrückt, wenn sich diese nach außen bewegen. Der Kolben 113, die untere Hülse 132 und das Betätigungsrohr 134 bewegen sich mit den Ansätzen nach unten, so daß die Feder 142 zusammengedrückt wird. Wenn die Ansätze so ausreichend nach außen bewegt werden, damit die Sondenoberfläche 83 die Ansätze freigibt, so wird die Sonde zur Aufwärtsbewegung und Abnahme von dem Sperrelement gelöst. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 113 verhindert ein Reiben des Bohrlochs, was sonst beim Herausziehen der Sonde der im Kolben abgedichtet angeordneten Sonde auftreten könnte.

Um beim Lösen der Sonde von dem Sperrelement ein Zersprengen der Sondenanordnung im Rohrstrang zu verhindern, sollte der Druck über die Sondenanordnung ausreichend ausgeglichen werden, bevor an der elektrischen Leitung nach oben gezogen wird, um die Sonde von dem Sperrelement zu lösen. Wenn das Bohrloch zum Messen vor der Herausnahme der Sondenanordnung geschlossen worden ist, so sollte das Bohrloch an der Oberfläche geschlossen und die elektrische Leitung ausreichend entspannt werden, so daß sich das Ausgleichs- und Bypass- Ventil öffnen kann, bis sich der Druck über die Sondenanordnung an dem Sperrelement ausgeglichen hat. Bei ausgeglichenem Druck kann eine nach oben gerichtete Kraft auf die elektrische Leitung einwirken um die Sonde vom Sperrelement zu ziehen, ohne daß die Sonde den Rohrstrang aufgrund einer Druckdifferenz zersprengt.

Wenn die Sonde festklemmt, können verschiedene Verfahren zum Lösen angewendet werden. So kann der Fluiddruck im Rohrstrang um die Sonde von der Oberfläche auf beispielsweise 40,8 Bar erhöht werden, was ausreicht, um den Kolben 113 nach unten zu drücken und die Sperransätze 121 nach außen von der Sondenoberfläche 83 zu bewegen. Der Abstand an der Sonde 44 zwischen der Oberfläche 85 und der Oberfläche 83 genügt als Nothub der Sonde, so daß diese nach oben und unten geschüttelt werden kann, um das Lösen der Sonde von den Sperransätzen zu versuchen. Schließluch können übliche Angeltechniken mit geeigneten Drähten und Einrichtungen angewendet werden, um die Sonde aus einem Bohrloch zu lösen und heraufzuziehen.

Sobald die Sonde von dem Sperrelement gelöst ist, hebt die Feder 61 den Ausgleichs- und Bypass-Ventildorn 43 nach oben, so daß das Ventil in seine offene Stellung zurückkehrt und die Fluidumströmung leicht auftritt, sobald die Werkzeugfolge mit der Sondenanordnung aus dem Rohrstrang des Bohrlochs geholt wird.

Ein ähnliches Bohrlochsystem mit den Vorteilen wird in dem Aufsatz "Downhole Shut-Off Tool", veröffentllicht 1979 von dem American Institute of Mining Metallurgical and Petroleum Engineers, Inc., SPE 7809, von Imre Iwan Gazda et al. beschrieben. Erfindungsgemäß ist ein System mit einem Sperrelement vorgesehen, das einen integralen Bestandteil eines Bohrlochrohrstrangs bildet, sowie eine Sondenanordnung, die mit der Bohrlochtesteinrichtung verbunden, mit dem Sperrelement lösbar verriegelt und bei Halterung in dem Sperrelement betätigt werden kann, um abwechselnd ein Bohrloch im Strömungszustand und im verschlossenen Zustand zu halten, um Messungen sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen sowie während des Übergangs zwischen diesen Bedingungen durchzuführen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Sperrelement als integraler Bestandteil eines Rohrstrangs in ein Bohrloch entweder als Teil eines permanenten Vorbereitungssystems oder temporär für Testzwecke eingefahren, und danach wird eine mit Testinstrumenten verbundene Sondenanordnung eingesetzt, diese im Sperrelement festgelegt, das Ausgleichs- und Bypass-Ventil der Sondenanordnung geöffnet und geschlossen, um das Bohrloch in gewünschter Weise unter Strömungsbedingungen bzw. im geschlossenen Zustand zu halten, während die gewünschten Messungen durchgeführt werden, und schließlich wird die Sondenanordnung aus dem Sperrelement in dem Rohrstrang entfernt. Die Verwendung des integralen Sperrelements im Rohrstrang führt dazu, daß ein oder mehrere zusätzliche Zyklen zum Einfahren und Ausfahren von Arbeitsgestängen im Bohrloch sowie die hierfür erforderlichen Anlagen und Personal eingespart werden können. Die Verwendung des integralen Sperrelements macht übliche Einrichtungen des Rohrstrangs, beispielsweise Sperrdorne, überflüssig, die die Bohrung entlang des Rohrstrangs an der Stelle der Verriegelung der Sondenanordnung im Strang begrenzen. Daher steht ein wesentlich größerer Querschnittsbereich des Rohrstrangs entlang dem Abschnitt zur Verfügung, in dem die Sondenanordnung verriegelt wird, so daß die Bohrlochströmung während des Tests wesentlich erhöht wird.

Claims (31)

1. Vorrichtung zur Bohrlochvorbereitung und zum Testen mit

• a) einem Rohrstrang und
• b) einer Sondenanordnung (10), die mit einer Meßeinrichtung zum Ermitteln der Bohrloch-Charakteristika verbunden und von dieser abgestützt werden kann,

gekennzeichnet durch

• c) ein integrales, rohrförmiges Sperrelement (11) als Abschnitt des Rohrstrangs, mit dem die Sondenanordnung (10) lösbar verbunden werden kann, und
• d) ein in der Sondenanordnung (10) vorgesehenes Ausgleichs- und Bypass-Ventil (21-25, 41, 43, 52-55), das bei Kopplung der Sondenanordnung (10) in dem Sperrelement (11) von dem Oberflächenende eines Bohrlochs aus betätigbar ist, um das Bohrloch zu verschließen oder unter Strömung zu halten, wobei eine kontinuierliche Verbindung zwischen der Meßeinrichtung und dem Bohrloch unterhalb des Sperrelements (11) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (11) eine durchgehende Bohrung aufweist, deren Querschnitt im wesentlichen gleich dem des Rohrstrangs ist, mit dem das Sperrelement (11) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (11) Sperransätze (121) aufweist, die mit einer Sperraussparung (81) an der Sondenanordnung (10) in Eingriff bringbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (11) einen auf Druck ansprechenden Kolben (113), der die Sperransätze (121) abstützt, aufweist, um in Abhängigkeit vom Druck die Ansätze (121) von der Sondenanordnung (10) freizugeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (11) eine Einrichtung (130) zum Ausüben einer Haltekraft auf die Sperransätze (121) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz über den Kolben (113) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21-25, 41, 43, 52-55) in der Sondenanordnung (10) normalerweise offen ist und durch Einwirken einer nach oben gerichteten Kraft auf das obere Ende der Sondenanordnung (10) verschließbar ist.

7. Vorrichtung zur Bohrlochvorbereitung und zum Testen mit

• a) einem Rohrstrang im Bohrloch mit einem Sperrelement (11) mit rohrförmigem Gehäuse (100, 101),
• b) einem ringförmigen Kolben (113) in dem Gehäuse (100, 101),
• c) mehreren radial-beweglichen Sperransätzen (121), die in seitlichen Fenstern (120) im Kolben (113) gehaltert sind,
• d) einer Betätigungshülse (130) um den Kolben (113) in dem Gehäuse (100, 101), um die Ansätze (121) nach einwärts in die Verriegelungsstellungen zu drücken und eine Bewegung der Ansätze (121) nach außen in Freigabepositionen zu gestatten,
• e) einem Betätigungsrohr (134), das mit der Betätigungshülse (130) in Eingriff steht, und mit
• f) einer das Betätigungsrohr (134) zur Hülse (130) hin vorspannenden Einrichtung (142),

dadurch gekennzeichnet,

• 2g) daß das Gehäuse (100, 101) des Sperrelements (11) einen Abschnitt des Rohrstrangs bildet und
• h) daß die einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuses (100, 101) mit Einrichtungen zum Einbau des Gehäuses (100, 101) im Rohrstrang versehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

• a) eine Sondenanordnung (10), die lösbar in dem Sperrelement (11) verriegelbar ist und eine Längsbohrung (45, 50) aufweist,
• b) eine Dichtung (74, 75) zum Abdichten des Sperrelementkolbens (113) gegenüber einer direkten Strömung durch den Rohrstrang und das Sperrelement (11) in die Sondenbohrung, und durch
• c) ein Ausgleichs- und Bypass-Ventil (21-25, 41, 43, 52-55) zum Ermöglichen einer Strömung aus der Sondenbohrung (45, 50) in den Rohrstrang (12) oberhalb des Sperrelements (11) im ersten Betriebszustand und Absperren der Strömung im Strang im zweiten Betriebszustand, wobei das Ventil (21-25, 41, 43, 52-55) gekoppelt mit dem Sperrelement (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand betätigbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13) zum Verbinden der Sonde (10) mit einer Bohrlochtesteinrichtung mit einem Strömungskanal zum Verbinden der Sondenbohrung (45, 50) in beiden Betriebszuständen des Ausgleichs- und Bypass-Ventils.

10. Verfahren zum Testen eines Bohrlochs, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Einfahren eines Rohrstrangs mit einem integralen, rohrförmigen Sperrelement (11) in das Bohrloch,
• b) Abstützen der Rohre im Bohrloch zum Einströmen von Bohrlochflüssigkeiten oder -gasen (Fluiden) in die Rohre unterhalb des Sperrelements (11),
• c) Einfahren einer Werkzzeugfolge mit einer Sondenanordnung (10) in den Rohrstrang, bis die Sondenanordnung (10) mit dem Sperrelement (11) lösbar verbunden ist, wobei die Sondenanordnung (10) eine Bohrung (45, 50) zum Durchströmen von Fluiden nach oben vom Sperrelement (11) zu den Meßeinrichtungen oberhalb der Sonde (10) entlang einem ersten Strömungsweg und zum Umleiten von Fluiden zurück in den Rohrstrang oberhalb des Sperrelements (11) entlang einem zweiten Strömungsweg sowie ein Ausgleichs- und Bypass-Ventil (21-25, 41, 43, 52-55) zum Steuern der Strömung entlang dem zweiten Strömungsweg aufweist,
• d) kontinuierliches Durchleiten von Bohrlochfluid entlang dem ersten Strömungsweg zur Meßeinrichtung und
• e) intermittierendes Durchleiten von Bohrlochfluid entlang dem zweiten Strömungsweg durch das Ventil (21-25, 41, 43, 52-55), wobei die Sondenanordnung (10) mit dem Sperrelement (11) gekoppelt bleibt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung (10) zum Öffnen und Schließen des Ventils (21-25, 41, 43, 52-55) vom Oberflächenende des Bohrlochs aus betätigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall im Bohrlochfluid beim Durchströmen des Sondenanordnungsventils im wesentlichen gleich dem Druckabfall im Fluid beim Durchströmen des Rohrstrangs unterhalb des Sperrelements ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung (10) in der Weise betätigt wird, daß zum Schließen des Ventils (21-25, 41, 43, 52-55) an der Anordnung nach oben gezogen und zum erneuten Öffnen des Ventils die Anordnung losgelassen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Freigeben der Sondenanordnung (10) von dem Sperrelement (11) eine nach oben gerichtete Kraft auf den oberen Abschnitt der Sondenanordnung (10) ausgeübt wird, die größer ist als die zum Schließen des Ausgleichs- und Bypass- Ventils (21-25, 41, 43, 52-55) erforderliche, nach oben gerichtete Kraft.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Freigeben der Sondenanordnung (10) vom Sperrelement (11) der Druck über die Sondenanordnung (10) ausgeglichen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugfolge von einem elektrischen Leiter gehaltert und die Sondenanordnung (10) durch die elektrische Leitung betätigt wird.

17. Vorrichtung zur Bohrlochvorbereitung und zum Testen mit

• a) einer abnehmbaren Schaltsonde (10) mit einer Einrichtung (13) zum Koppeln einer Meßeinrichtung zum Ermitteln von Bohrloch-Charakteristika,

gekennzeichnet durch

• b) eine einen integralen Abschnitt eines Rohrstrangs bildende Bohrwerkzeugaufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11), mit der die Sonde (10) lösbar verbunden werden kann,
• c) eine Ventileinrichtung (21-25, 41, 43, 52-55) zum Durchlassen und Verschließen einer Strömung entlang eines die Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) enthaltenden Rohrstrangs, wobei die Ventileinrichtung (21-25, 41, 43, 52-55) durch die Sonde (10) geöffnet und geschlossen werden kann, wenn die Sonde (10) in der Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung aufgenommen und verriegelt ist, und
• d) eine Durchflußeinrichtung (20a, 21, 22, 41), die einen gleichmäßigen Durchfluß durch die Sonde (10) an die Meßeinrichtung ermöglicht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Sonde (10) ein Ventil (21-25, 41, 43, 52-55) zum Ausgleichen des stromabwärtigen Drucks in der Sonde (10) aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Ausgleichs-Ventil durch eine an der Sonde (10) angreifende, nach oben gerichtete Kraft geschlossen und durch ein Nachlassen dieser nach oben gerichteten Kraft geöffnet wird.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Ventileinrichtung (21-25, 41, 43, 52-55) zum Durchlassen und Verschließen der Strömung entlang des Rohrstrangs durch eine an der Sonde (10) angreifende, nach oben gerichtete Kraft geschlossen und durch ein Nachlassen dieser nach oben gerichteten Kraft geöffnet wird.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Sonde (10) eine Dichteinrichtung (74, 75) und die Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) eine Dichtfläche aufweist, um die Verbindung zwischen der Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) und der Sonde (10) abzudichten, wenn die Sonde (10) in der Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Ventileinrichtung (21-25, 41, 43, 52-55) in Öffnungsrichtung vorgespannt ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Ventileinrichtung (21-25, 41, 43, 52-55) durch eine erste nach oben gerichtete Kraft geschlossen und die Sonde (10) durch eine zweite größere, nach oben gerichtete Kraft aus der Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) entfernt wird.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die Schaltsonde (10) durch ein elektrische Leiter aufweisendes Seil gehalten wird, das sich durch den den integralen Rohrabschnitt (11) enthaltenden Rohrstrang erstreckt.

25. Verfahren zum Testen eines Bohrlochs, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Einfahren eines Rohrstrangs mit einem integralen Aufnahme- und Verriegelungsabschnitt (11) in das Bohrloch,
• b) lösbares Anordnen einer Werkzeugfolge mit einer Meßeinrichtung und einer Sondenanordnung (10) in der Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11),
• c) kontinuierliches Einleiten von Bohrlochfluid vom Rohrstrang unterhalb der Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) durch die Sondenanordnung (10) zur Meßeinrichtung, und
• d) intermittierendes Einleiten von Bohrlochfluid durch die Aufnahme- und Verriegelungseinrichtung (11) entsprechend einer an der Sondenanordnung angreifenden, nach oben gerichteten Kraft.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Druck des Bohrlochfluids vor dem Weiterleiten in der Sondenanordnung (10) ausgeglichen wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Sondenanordnung (10) ein Ausgleichsventil (21-25, 41, 43, 52-55) aufweist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Sondenanordnung (10) durch ein Seil gehalten und eine Kraft zum Schalten des Ventils zum intermittierenden Einleiten des Bohrlochfluids mit Hilfs des Seils an der Sondenanordnung (10) aufgebracht wird.