-
Diese Erfindung betrifft ein Mehrzwecktesterwerkzeug.
-
Bohrlochtest- und -anförderungsmaßnahmen werden häufig an Öl-
und Gasbohrlöchern getroffen, um das Förderpotential festzustellen und, wo
möglich, zu verbessern. Bei Strömungsprüfungen eines Bohrlochs wird ein
Prüfventil an einem Serienwerkzeug der Gestängerohre über einem Packer
in das Bohrloch abgelassen. Nachdem der Packer gefestigt ist, wird das
Prüfventil regelmäßig geöffnet und geschlossen, um Formationsströmung
und -druck sowie die Druckerholungszeit zu bestimmen.
-
Allgemein umfaßt die Testerkette gleichfalls ein
Gestängerohrprüfventil sowie ein Umlaufventil über dem Prüfventil, wobei
das erste ein Prüfen der Druckintegrität des Serienwerkzeuges vor
Durchführung der Prüfung und das zweite den Umlauf von
Formationsflüssigkeit aus dem Serienwerkzeugsatz nach Abschluß der
Prüfung ermöglicht.
-
Besonders während der Durchführung von Prüfungen an Offshore
Bohrlöchern ist es wünschenswert, eine Testerkette zu verwenden, die nur
minimales Drehen oder Hin- und Herbewegen des Gestängerohrs zum
Aktivieren der darin befindlichen Werkzeuge erfordert, um die
Bohrlochschieber während des Großteils der Maßnahme geschlossen halten
zu können. Sogenannte Ringraumdruck-reaktive Bohrlochwerkzeuge wurden
entwickelt, deren Werkzeuge infolge der Druckveränderungen im Ringraum
zwischen Testerkette und Bohrlochverrohrung wirken. Eine Anzahl dieser
Ringraumdruck-reaktiven Werkzeuge werden in Patenten eröffnet. So
werden beispielsweise Prüfventile in US Patentschriften 3,858,649 und
3,856,085, 3,976,136, 3,964,544, 4,144,937, 4,422,506 und 4,429,748
eröffnet. Umlaufventile werden in US Patentschriften 3,850,250, 3,970,147,
4,113,012, 4,324,293 und 4,355,685 eröffnet. Gleichfalls ist bekannt, daß ein
Werkzeug eine Probe der Formationsflüssigkeit mit Ringraumdruck nimmt,
wie es z. B. in US Patentschrift Nr. RE 29,562 und 4,063,593 eröffnet wird.
-
Zusätzlich wurden Werkzeuge mit mehreren Funktionen entwickelt, wie sie
aus den Eröffnungen in der o.g. RE 29,562 (Prüfen und Probenahme) sowie
US Patentschriften Nr. 4,064,937, 4,270,610 und 4,311,197 (Umlauf und
Probenahme) hervorgehen. Während viele der o.g. Werkzeuge eine
Spannungsquelle, bestehend aus einem unter Druck stehenden Inertgas
zum Entgegenwirken des Ringraumdrucks vermitteln, ist es gleichfalls üblich,
eine verdichtbare Flüssigkeit, wie z. B. Siliziumöl, zu verwenden, siehe US
Patentschriften 4,109,724, 4,109,725 und die europäische Patentschrift Nr.
88550. Weiter wird die Verwendung eines verdichteten Gases zusammen
mit einer Flüssigkeit, wie z. B. Öl, in US Patentschriften Nr. 4,422,506 und
4,429,748 eröffnet.
-
Es gibt andere Tester-, Umlauf- und Probenahmewerkzeuge und
ähnliche, die auf Ringraumdruck reagieren, wie sie in US Patentschriften Nr.
RE 29,638, 3,796,261, 3,823,773, 3,901,314, 3,986,554, 4,403, 659,
4,105,075, 4,125,165, 4,341,266, 3,891,033 und 4,399,870 eröffnet werden.
-
Gestängerohrprüfventile, die auf Serienwerkzeugbewegung reagieren,
werden in US Patentschriften Nr. 4,295,361, 4,319,633, 4,319,634 und
4,421,172 eröffnet.
-
Obwohl die Werkzeuge bekannter Technik vielseitig in ihrer
Ausführung sind, leiden sie im praktischen Einsatz unter eine Anzahl von
Mängeln. Zunächst hängt die Funktion von Werkzeugen, die in gewissen
Fällen mehrere Funktionen erfüllen, von verschiedenen Drücken und der
Verwendung von Scherstiften sowohl im Rohrinneren wie -äußeren ab. Die
Unfähigkeit, präzise Druckwerte beizubehalten, hindert die Verwendung
einiger dieser Werkzeuge, während der Einsatz von Scherstiften der
weiteren Verwendung anderer Werkzeuge nach
-
Abscheren der Stifte im Wege steht. Viele Werkzeuge, die in ihrem Inneren
eine Flüssigkeit, wie z. B. Öl, verwenden, bedienen sich einer
Flüssigkeitsdosiereinrichtung, wie beispielsweise düsenartige
Flußeinengungen, wie z. B. Lee Visco Jet, erläutert in US Patentschrift Nr.
3,323,550, die im Zusammenhang mit Rückschlagventilen eingesetzt wird.
Solche Dosiereinrichtungen und Rückschlagventile neigen zum Verstopfen
und werden unzuverlässig, wenn die Flüssigkeit verunreinigt wird oder schon
von Anfang an minderer Qualität ist, womit in vielen abgelegenen Regionen
der Welt, wo diese Werkzeuge eingesetzt werden, zu rechnen ist. Zusätzlich
erfordert die Verwendung von Flüssigkeitsdosiereinrichtungen einen
unangemessenen Zeitaufwand zum Vortakten der Werkzeuge bekannter
Technik, wodurch zwangsläufig der Arbeitsaufwand am Bohrloch und die
Kosten des Betreibers zunehmen. Weiterhin führen Temperaturanstieg oder
-rückgang im Bohrloch von der Umgebungstemperatur an der Oberfläche zu
Veränderungen der Viskosität der in den Werkzeugen verwendeten Öle,
wodurch die Wirkungsfähigkeit der Flüssigkeitsdosiereinrichtungen
beeinträchtigt und die Spielzeit des Werkzeuges geändert wird. Ein weiterer
Nachteil entsteht bei Werkzeugen, die Öl, Wasser oder andere Flüssigkeiten
als expandierende Flüssigkeit verwenden, wodurch sich die Anzahl der
Arbeitsvorgänge beschränkt, die im Bohrloch durchgeführt werden können.
-
Obwohl verschiedene Versuche unternommen worden sind, mehrere
Funktionen auf ein Werkzeug zu kombinieren, wurde letzten Endes keine
erfolgreiche Kombination von mehr als zwei Funktionen in einem Werkzeug
geschaffen.
-
Diese Erfindung besteht aus einer Funktionsgruppe für ein
Bohrlochwerkzeug. Die Funktionsgruppe wechselt das Werkzeug zwischen
verschiedenen Betriebsarten, wie z. B. Gestängerohrprüfventil, Umlaufventil
und Formationsprüfventil und räumt dem Bediener die Möglichkeit ein,
Flüssigkeit im Serienwerkzeug über dem Werkzeug durch Stickstoff oder
anderes Gas vor Durchführung einer Prüfung oder einer Nachprüfung zu
verdrängen. Diese letzte Funktion ist ein wertvoller Vorteil beim Prüfen von
Gasformationen oder anderen Schwach- oder Niederdruckformationen, die
bei Aussetzung eines hohen hydrostatischen Drucks u. U. nicht strömen oder
sogar durch das Gewicht der Flüssigkeit im Serienwerkzeug beschädigt
werden können, wenn das Formationsprüfventil geöffnet wird.
-
Der europäische Mutterpatentantrag Nr. 85301991.7 (veröffentlicht als
EP-A-015846S) betrifft ein Werkzeug zur Verwendung in einer Testerkette,
die in einem Bohrloch ausgeführt ist, bestehend aus einer rohrartigen
Gehäuseeinrichtung mit längsläufigem Bohrwerkzeug; Ventileinrichtung in
der Gehäuseeinrichtung, incl. einem Bohrwerkzeugverschlußventil, wobei die
Ventileinrichtung mindestens in eine Umlaufventilbetriebsart und eine zweite
Ventilbetriebsart versetzt werden kann; sowie eine Funktionseinrichtung,
ausgeführt zum Wechseln der Ventileinrichtungen zwischen den
Ventilbetriebsarten, die auf Druckveränderungen in der Umgebung des
Werkzeuges im Bohrloch reagieren; gekennzeichnet dadurch, daß die
Ventileinrichtung weiter ein Hülsenventil umfaßt und die zweite
Ventilbetriebsart eine Verdrängungsventilbetriebsart ist.
-
Das Werkzeug wird vorzugsweise zum Betrieb durch einen Kugel-
und Schlitzratschenmechanismus aktiviert, der die gewünschten Öffnungs-
und Verschlußreaktionen auf eine Anzahl von Ringraumdrucksteigerungen
und
-reduktionen eines Gestängerohr-/Formationsprüfventils vermittelt, ein
Umlaufventil und ein Stickstoffverdrängungsventil sowie Wechseln zwischen
den Betriebsarten der Ventilfunktionen. Das Öffnen und Schließen sowie der
Wechsel zwischen
den Werkzeugbetriebsarten wird vorzugsweise realisiert, ohne akkurates
Überwachen der Druckpegel erforderlich zu machen, wie es bei Werkzeugen
erforderlich ist, die mehrfache Druckpegel über einem Nennwert oder sowohl
Verrohrungs- und Ringraumdrücke verwenden. Die verschiedenen
Werkzeugbetriebsarten sind vorzugsweise gegenseitig exklusiv, so daß
immer nur eine Betriebsart funktionsfähig ist, um sicherzustellen, daß
beispielsweise das Umlaufventil und Prüfventil nie gleichzeitig funktionieren
können. Zusätzlich beschränkt sich das Werkzeug, im Gegensatz zu
Werkzeugen, die Scherstifte oder expandierbare Flüssigkeiten verwenden,
nicht auf eine festgelegte Anzahl von Arbeitsabläufen in irgendwelchen
seiner Betriebsarten.
-
US-A-4,355,685 eröffnet eine Funktionsgruppe für ein
Bohrlochwerkzeug, bestehend aus einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer;
einer Druckübertragungseinrichtung, die auf die Flüssigkeit einwirkt; sowie
einer Kolbeneinrichtung, ausgeführt zwischen beiden Kammerenden.
-
Diese Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, daß besagte
Kolbeneinrichtung eine doppelwirkende Kolbeneinrichtung darstellt und daß
sich besagte Funktionsgruppe weiterhin aus einem längsläufigen
Flüssigkeitsbypaßkanal, der zur Kolbeneinrichtung zählt und zwischen
beiden Enden des Kolbens verläuft; ersten und zweiten
Rückschlagventilteilen, die zum Flüssigkeitsbypaßkanal zählen; ersten und
zweiten Ventilsitzen, jeweils zu den ersten und zweiten
Rückschlagventilteilen zählend; Einrichtungen, die dem Spannen jeder der
Rückschlagventilteile gegen ihre zugehörigen Sitze dienen und längs im
Abstand angeordnete ersten und zweiten Anschlageinrichtungen, ausgeführt
zum Drücken besagter erster und zweiter Rückschlagventilteile nach Druck
darauf weg von ihren jeweiligen Ventilsitzen besteht.
-
Diese Erfindung vermittelt einen neuen und nicht offensichtlichen
Betriebsmechanismus zur Flüssigkeitsverdrängung im Werkzeug, der die
Verwendung von Flußeinengungen und Rückschlagventilen bekannter Art
ausschließt, die in einer Vielzahl von Bohrlochwerkzeugen Verwendung
finden, der Druckwechsel als Kraftquelle benutzt, weshalb sich der Einsatz
nicht nur auf das hier eröffnete Werkzeug beschränkt. Eliminieren eines
Flüssigkeitsdosiersystems führt zur nennenswerten Reduktion der
Werkzeugspielzeit, verhindert die Auswirkungen der
Viskositätsschwankungen in der dosierten Flüssigkeit und vermittelt weiterhin
verbesserte Zuverlässigkeit.
-
Zu beachten ist, daß sich das hier beschriebene Werkzeug nicht auf
die vier Betriebsarten (Gestängerohrtester, Formationstester, Umlaufventil,
Stickstoffverdrängungsventil) beschränkt. Es kann zusammen mit einem
anderen, unabhängig aktivierten Formationsprüfventil eingesetzt werden, das
darunter angeordnet wird sowie mit alternativen Ratschenschlitzprogrammen
in Form von 3 Betriebsarten (Gestängerohrtester, Umlaufventil,
Stickstoffverdrängungsventil) und 2 Betriebsarten (Umlaufventil,
Stickstoffverdrängungsventil).
-
Diese Erfindung läßt sich besser verstehen durch Verständnis der
folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
-
Fig. 1 einen schematischen vertikalen Aufriß einer beispielhaften
Bohrinsel, von der Prüfungen durchgeführt werden können und zeigt einen
Formationstester oder eine Werkzeuggruppe in einem unter Wasser
liegenden Bohrloch am unteren Ende eines Gestängerohrserienwerkzeuges,
das aufwärts bis zur Plattform verläuft.
-
Fig. 2A-2H einen vertikalen Schnitt eines Werkzeuges in
Formationsprüfbetriebsart.
-
Fig. 3A-3H einen vertikalen Schnitt des Werkzeuges in
Gestängerohrprüfbetriebsart.
-
Fig. 4A-4H einen vertikalen Schnitt des Werkzeuges in
Stickstoffverdrängungsbetriebsart.
-
Fig. 5A-5H einen vertikalen Schnitt des Werkzeuges in
Umlaufbetriebsart.
-
Fig. 6 die Entwicklung einer Schlitzkonstruktion in der bevorzugten
Ausführung des Werkzeuges.
-
Fig. 7A und 7B eine Vergrößerung einer alternativen
Ausführung eines Stickstoffverdrängungsventils zum Einsatz mit dieser
Erfindung.
-
Fig. 8, 9 und 10 umfassen alternative Schlitzkonstruktionen, die
zum Ändern der Betriebsartwechselfolge des Werkzeuges verwendet werden
können.
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 erscheint dort eine schematische
Darstellung eines Bohrlochwerkzeuges, aufgenommen in ein
Serienwerkzeug, das in einem Offshore Öl- oder Gasbohrloch Verwendung
findet. Plattform 2 wird über einem unter Wasser liegenden Öl- oder
Gasbohrloch 4 dargestellt, das sich am Meeresboden 6 befindet, wobei
Bohrloch 4 durch die eventuell fördernde Formation 8 verläuft. Bohrloch 4
wird mit Stahlverrohrung 10 gezeigt, die in ihre Einbaulage einzementiert ist.
-
Eine unter Wasser verlaufende Rohrleitung 12 verläuft von Bühne 14 auf
Plattform 2 zu einer unter Wasser liegenden Bohrlochkammer 16, die
Bohrlochschieber 18 beinhaltet. Plattform 2 trägt einen Bohrturm 20 sowie
eine Hebevorrichtung 22 und eine Pumpe 24, die mit Bohrloch 4 über
Rohrleitung 26 verbunden ist, die bis unterhalb der Bohrlochschieber
verläuft.
-
Eine Testerkette 30 wird in Bohrloch 4 ausgeführt dargestellt, wobei
die Bohrlochschieber 18 in geschlossenem Zustand sind. Die Testerkette 30
beinhaltet die obere Gestängerohrkette 32, die von Plattform 2 bis zur
Bohrlochkammer 16 verläuft, wo sich ein hydraulisch aktivierter
"Testerbaum" 34 befindet, unter dem die Rohrkette 36 direkt verläuft. Eine
Ausdehnungskupplung 38 kann in Kette 36 aufgenommen werden, um
vertikale Bewegungen auszugleichen, denen Plattform 2 infolge von
Welleneinwirkung ausgesetzt ist; die Ausdehnungskupplung 38 kann der in
US Patentschrift Nr. 3,354,950 nach Hyde entsprechen. Unter der
Ausdehnungskupplung 38 verläuft die Zwischenkette 36 abwärts bis zum
Mehrzwecktesterwerkzeug 50 dieser Erfindung. Unter dem
Kombinationswerkzeug 50 befindet sich eine untere Rohrkette 40, die bis zur
Rohrdichtgruppe 42 verläuft, die in Packer 44 einschneidet. Nach Setzen
trennt Packer 44 den oberen Bohrlochringraum 40 vom unteren
Bohrlochringraum 48. Packer 44 kann ein beliebiger Packer bekannter
Technik sein, wie beispielsweise ein Baker Oil Tool Model D Packer, ein Otis
Engineering Corporation Typ W Packer oder Halliburton Services CHAMP®,
RTTS oder EZ DRILL® SV Packer. Dadurch das perforierte Endrohr 52
ermöglicht die Rohrdichtung 42 eine Verbindung zwischen der Testerkette
30 mit dem unteren Bohrloch 48. Auf diese Weise treten
Formationsflüssigkeiten aus der eventuell fördernden Formation 8 durch die
Öffnungen 54 in der Verrohrung in das untere Bohrloch 48 ein und können
in die Testerkette 30 geleitet werden.
-
Nachdem Packer 44 in Bohrloch 4 gefestigt ist, kann eine
Formationsprüfung durchgeführt werden, wobei der Flüssigkeitsstrom aus
der eventuell fördernden Formation 8 durch die Testerkette 30 geleitet wird.
Hier kommen verschiedene Druckveränderungen zur Verwendung, die durch
Pumpe 24 und Regelleitung 26 sowie zugehörige Überdruckventile (ohne
Darstellung) im oberen Ringraum 46 herbeigeführt werden. Vor
Durchführung der eigentlichen Prüfung läßt sich die Druckintegrität der
Testerkette 30 prüfen, während die Ventilkugel des Mehrzweckwerkzeuges
in der Gestängerohrprüfbetriebsart vollständig geschlossen ist. Werkzeug 50
kann in der Gestängerohrprüfbetriebsart oder in der Umlaufventilbetriebsart
in Bohrloch 4 eingefahren werden, um es automatisch mit Flüssigkeit zu
füllen, wonach es in die Bohrlochbetriebsart vorgetaktet wird.
Formationsdruck, -temperatur und Erholungszeit lassen sich während der
Strömungsprüfung durch Einsatz von Meßgeräten feststellen, die, wie
Fachkundigen einschlägig bekannt ist, in die Testerkette 30 aufgenommen
werden, während das Kugelventil in Werkzeug 50 dieser Erfindung in seiner
Formationsprüfventilbetriebsart geöffnet und geschlossen wird. Solche
Meßgeräte sind Fachkundigen einschlägig bekannt und umfassen sowohl
rohrartige mechanische Meßgeräte von Bourdon, elektronische
Speichermeßgeräte und Sensoren, die vor Durchführung der Prüfung an
einer Drahtleitung von Plattform 2 im Inneren der Testerkette eingeführt
werden. Wenn zu befürchten ist, daß die zu prüfende Formation schwach ist
und leicht durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in Testerkette 30
beschädigt werden könnte, kann Werkzeug 50 in seine
Verdrängungsbetriebsart getaktet werden. Dann kann Stickstoff oder
anderes Inertgas zum Verdrängen von Flüssigkeiten aus der Kette benutzt
werden, bevor Prüfen oder Nachprüfen durchgeführt wird.
-
Wünschenswert kann gleichfalls das Behandeln von Formation 8 als
Bestandteil des Testprogramms sein, während sich die Testerkette 30 noch
im Bohrloch befindet. Ein solches Behandlungsprogramm umfaßt Pumpen
verschiedener Chemikalien und anderer Stoffe durch das Innere der
Testerkette 30 mit ausreichend Druck, um die Chemikalien und anderen
Stoffe in die Formation zu befördern und eventuell die Formation zu spalten.
Natürlich sind die eingesetzten Chemikalien, Stoffe und Drücke abhängig
von den Formationsmerkmalen und den gewünschten Änderungen, die zum
Verbessern der Förderleistung der Formation angebracht erscheinen. Auf
diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, ein Testprogramm, Behandlung der
Formation und ein zweites Testprogramm durchzuführen, um die
Wirksamkeit der Behandlung festzustellen, ohne die Testerkette 30
entfernen zu müssen. Bei Bedarf können Behandlungschemikalien von der
Oberfläche in die Testerkette 30 eingeführt werden, indem Werkzeug 50 in
seine Umlaufventilbetriebsart versetzt wird und Kettenflüssigkeit vor Öffnen
der Ventilkugel in Werkzeug 50 in den Ringraum verdrängt wird.
-
Zum Abschluß eines Prüf- und Behandlungsprogramms wird die
Umlaufventilbetriebsart des Werkzeug es 50 aktiviert, das Umlaufventil
geöffnet und die Formationsflüssigkeiten, Chemikalien und andere
eingeführten Stoffe in der Testerkette 30 mit Hilfe einer sauberen Flüssigkeit
aus dem Innenraum der Testerkette 30 in den oberen Ringraum 46
befördert, Packer 44 gelöst (oder die Rohrdichtung 42 entfernt, wenn der
Packer an seiner Einsatzstelle verbleiben soll) und die Testerkette 30 aus
Bohrloch 4 abgezogen.
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 2A-2H wird Werkzeug 50 im Aufriß
dargestellt, beginnend an der Oberseite des Werkzeuges mit oberem
Adapter 100, in dem im oberen Ende Gewinde 102 ausgeführt sind, mit
denen Werkzeug 50 am Gestängerohr in der Testerkette abgesichert wird.
Der obere Adapter 100 ist über Gewinde 106 mit Stickstoffventilgehäuse 104
verbunden, wobei Gehäuse 104 eine Ventilgruppe (ohne Darstellung) in der
längsläufigen Bohrung 108 seiner Wand enthält, wie sie Fachkundigen
einschlägig bekannt ist, von wo der längsläufige Stickstoffladekanal 110
abwärts verläuft.
-
Ventilgehäuse 104 ist mit Hilfe von Gewinde 112 an seinem äußeren
unteren Ende mit dem rohrartigen Druckgehäuse 114 und mit Hilfe von
Gewinde 116 an seinem inneren unteren Ende mit der Gaskammerspindel
118, Gehäuse 114 und Spindel 118 verbunden. Es enthält eine unter Druck
stehende Gaskammer 120 und eine obere Ölkammer 122, die durch einen
schwimmenden Kolben 124 voneinander getrennt sind.
-
Das obere Ende der Ölkanalkupplung 126 verläuft zwischen Gehäuse
114 und Gaskammerspindel 118 und ist über Gewinde 128 mit dem unteren
Ende von Gehäuse 114 verbunden. Eine Mehrzahl längsläufiger Ölkanäle
130 (eine Darstellung) verläuft vom oberen Ende der Kupplung 126 bis zu
ihrem unteren Ende. Im Kreis gebohrte Ölfüllöffnungen 132 verlaufen von
der Außenseite von Werkzeug 50, überschneiden Kanäle 130 und sind mit
Stöpseln 134 verschlossen. Ein Ringansatz 135 verläuft radial nach innen
von der Innenwand der Kupplung 126. Das untere Ende der Kupplung 126,
incl. des ringförmigen Überhangs 127, ist über Gewinde 140 mit dem oberen
Ende von Ratschengehäuse 142 verbunden, durch das die Ölfüllöffnungen
144 am Ringansatz 146 verlaufen, die durch Stöpsel 148 verschlossen
werden. Am unteren Ende von Ratschengehäuse 142 befinden sich
zusätzliche Ölfüllöffnungen 150, die durch Stöpsel 152 verschlossen werden
sowie offene Drucköffnungen 154.
-
Die Ratschenschlitzspindel 156 verläuft im unteren Ende der
Ölkanalkupplung 126 nach oben. Die ringförmige Ratschenkammer 158 ist
zwischen Spindel 156 und Gehäuse 142 ausgeführt. Die obere Außenseite
160 von Spindel 156 hat einen größtenteils gleichförmigen Durchmesser,
während die untere Außenseite 162 einen größeren Durchmesser aufweist,
so daß ausreichend Wandstärke für die Ratschenschlitze 164 vermittelt wird.
Vorzugsweise sind zwei solcher Ratschenschlitze 164 der in Fig. 6
dargestellten Konfiguration vorhanden, die über die Außenseite der
Ratschenschlitzspindel 156 verlaufen.
-
Die Kugelhülsengruppe 166 umgibt die Ratschenschlitzspindel 156
und besteht aus einer oberen Hülse 168, incl. radial nach außen
verlaufendem ringförmigen Ansatz 170, auf dem der ringförmige Kolbensitz
172 gebildet ist. Unter Ansatz 170 verläuft die Ratschenkolbenstützfläche
173 bis zum unteren Ende der oberen Hülse 168, die vom oberen Ende der
untere Hülse 174 überlappt wird, wo der ringförmige Kolbensitz 176 gebildet
ist und mit der sie über Gewinde 178 verbunden ist. Die Kugelhülse 180
befindet sich an der Unterseite der unteren Hülse 174, mit der sie daran
durch eine Mehrzahl von Lagerungen 184 am Schwenklagerkäfig 182
abgesichert ist. Zwei Ratschenkugeln 186 verlaufen an gegenüberliegenden
Seiten der Kugelhülse 180 in einen Kugelsitz 188 und einen Ratschenschlitz
164 mit halbrundem Querschnitt. Infolge dieser Bauweise dreht sich die
Kugelhülse 180 im Verhältnis zur unteren Hülse 174, während die Kugeln
186 dem Weg der Schlitze 164 folgen, währenddessen sich der Rest der
Kugelhülsengruppe 166 nicht dreht, d. h. nur eine längsläufige Bewegung
wird von den Kugeln 186 auf die Ratschenspindel 156 übertragen.
-
Der obere ringförmige Ratschenkolben 190 und der untere ringförmige
Ratschenkolben 192 reiten auf der Kolbenstützfläche 172 auf der oberen
Hülse 168; dazwischen befinden sich Sprungfedern 194. Der obere
Ratschenkolben 190 trägt die radiale Dichtfläche 196 auf seinem oberen
Ende, während der untere Ratschenkolben 192 die radiale Dichtfläche 198
auf seinem unteren Ende trägt.
-
Das untere Ende 200 der Ratschenschlitzspindel 156 ist an Gewinde
202 mit der Verlängerungsspindel 204 verbunden, durch die
Entspannungsöffnungen 208 verlaufen. Ratschengehäuse 142 und
Verlängerungsspindel 204 bilden die ringförmige untere Ölkammer 210. Der
ringförmige schwimmende Kolben 212 dichtet die Unterseite der unteren
Ölkammer 210 gleitend ab und trennt diese von der
Bohrlochflüssigkeitskammer 214, in die sich die Drucköffnungen 154 öffnen.
Das untere Ende von Ratschengehäuse 142 ist über Gewinde 218 mit
Verlängerungsgehäuse 216 verbunden, das die Verlängerungsspindel 204
umgibt.
-
Das Umlauf-Verdrängungsgehäuse 220 ist über Gewinde 222 mit
Verlängerungsgehäuse 216 verbunden und besitzt eine Mehrzahl von auf
dem Umfang im Abstand radial angeordneter Umlaufports 224 sowie eine
Mehrzahl von Stickstoffverdrängungsports 226, die durch ihre Wand
verlaufen.
-
Die Umlaufventilhülse 228 ist bei 230 mit der Verlängerungsspindel
204 verschraubt. Die Ventilöffnungen 232 verlaufen durch die Hülsenwand
228 und sind durch die Ringdichtung 234, die in der vom Übergang der
Umlaufventilhülse 228 und Verdrängungsventilhülse 238 gebildeten
Dichtungsaussparung 236, die beide bei 240 zusammengeschraubt sind, von
den Umlauföffnungen getrennt. Auf der Außenseite der
Verdrängungsventilhülse 238 verläuft ein Ringansatz 242 radial nach unten,
gegen den Verdrängungsfeder 244 drückt. Die untere Außenseite von
Verdrängungsventilhülse 238 wird von der Verdrängungskolbenoberfläche
246 gebildet, auf der gleitend der ringförmige Verdrängungskolben 248
reitet. Die ringförmige Ventiloberfläche 250 von Kolben 248 sitzt auf dem
elastomerischen Ventilsitz 254. Stickstoffverdrängungsöffnungen 256
verlaufen durch die Wand von Verdrängungsventilhülse 238. Ventilsitz 254
wird zwischen Hülse 238 und Ansatz 257 von Hülse 238 und Flansch 258
von Betriebsspindel 260 eingeklemmt, die an Gewinde 262 mit Hülse 238
verbunden ist.
-
Der Dichtungsträger 264 umgibt Spindel 260. Der Übergang von
Spindel 260 und Hülse 238 wird von Gewinde 265 mit Spindel 260
verbunden. Die Ringdichtung 266 mit quadratischem Querschnitt wird von
der Außenseite von Spindel 260 bei Flansch 258 getragen und durch das
obere Ende des Dichtungsträgers 264 abgesichert.
-
Unter dem Dichtungsträger 264 verläuft Spindel 260 abwärts bis zur
äußeren ringförmigen Aussparung 267, die den ringförmigen Ansatz 268
vom Hauptkörper der Spindel 260 trennt.
-
Spannhülse 270, auf der Spannfinger 272 nach oben verlaufen, greift
die Betriebsspindel 260 durch Aufnahme radial nach innen verlaufender
Vorsprünge 274 durch die ringförmige Aussparung 257. Wie sich ohne
weiteres aus Fig. 2G erkennen läßt, beschränkt sich die Ausdehnung der
Vorsprünge 274 und der oberen Teile von Fingern 272 auf den Raum
zwischen der Außenseite von Spindel 260 und der Innenseite von Umlauf-
Verdrängungsgehäuse 220.
-
Am unteren Ende der Spannhülse 270 greift Kupplung 276,
bestehend aus Flanschen 278 und 280 zusammen mit der dazwischen
liegenden ringförmigen Aussparung 282, auf jedem der zwei kugelaktivierten
Arme 292 Kupplung 284, bestehend aus nach innen verlaufenden Flanschen
286 und 288 mit dazwischen liegender Aussparung 290. Kupplungen 276
und 284 werden durch Aufnahme in der ringförmigen Aussparung 296
zwischen dem Kugelmantel 294, der bei 295 mit dem Umlauf-
Verdrängungsgehäuse 220 verschraubt ist, und Kugelgehäuse 298 in
Berührung gehalten. Das Kugelgehäuse 298 hat eine größtenteils rohrartige
Konfiguration, mit oberem kleinerem Durchmesserteil 300 und unterem
größerem Durchmesserteil 302, durch dessen Wand zwei Fenster 304 zur
Aufnahme der nach innen verlaufenden Vorsprünge von Nasen 306 von
jedem der zwei kugelaktivierten Armen 292 geschnitten sind. Fenster 304
verlaufen von Ansatz 311 abwärts bis zu Ansatz 314 mit Kugelstütze 340
neben Gewinde 316. Auf der Außenseite von Kugelgehäuse 298 verlaufen
zwei längsläufige Kanäle (Lage durch Pfeil 308 gekennzeichnet) akkuraten
Querschnitts und im Umfang mit Fenster 304 abgestimmt abwärts von
Ansatz 310 bis Ansatz 311. Die kugelaktivierenden Arme 292, die
größtenteils den gleichen akkuraten Querschnitt wie die Kanäle 308
aufweisen und der untere Teil 302 von Kugelgehäuse 298 liegen in Kanälen
308 und über Fenster 304 und werden durch die Innenwand von
Kugelmantel 294 und Außenseite von Kugelstütze 340 in ihrer Position
gehalten.
-
Die Innenseite von Kugelgehäuse 298 hat eine obere ringförmige
Sitzaussparung 320, in der sich der ringförmige Kugelsitz 322 befindet, der
durch Ringfeder 324 abwärts gegen Kugel 330 gespannt wird. Die
Oberfläche 326 des oberen Sitzes 322 besteht aus einer metallischen
Dichtfläche, die eine gleitende Dichtung mit der Außenseite 332 von
Ventilkugel 330 vermittelt.
-
Durch Ventilkugel 330 verläuft eine diametrische Bohrung 334, die
größtenteils den gleichen Durchmesser wie Bohrung 328 von Kugelgehäuse
298 hat. Zwei Nasenaussparungen 336 verlaufen von der Außenseite 332
von Ventilkugel 330 bis Bohrung 334.
-
Das obere Ende 342 von Kugelstütze 340 verläuft in das
Kugelgehäuse 298 und trägt die untere Kugelsitzaussparung 344, in der sich
der ringförmige untere Kugelsitz 346 befindet. Der untere Kugelsitz 346 hat
eine akkurate metallische Dichtfläche 348, die gleitend gegen die Außenseite
332 von Ventilkugel 330 dichtet. Wenn das Kugelgehäuse 298 mit
Kugelstütze 340 zusammengestellt wird, werden die oberen und unteren
Kugelsitze 322 und 346 durch Feder 324 in abdichtende Berührung mit
Ventilkugel 330 gespannt.
-
Der äußere ringförmige Ansatz 350 an Kugelstütze 340 berührt die
oberen Enden 352 von Nuten 354 an der Außenseite von Kugelmantel 294,
wodurch die Gruppe bestehend aus Kugelmantel 294, kugelaktivierten
Armen 292, Ventilkugel 330, Kugelsitzen 322 und 346 sowie Feder 324 in
ihrer Position im Inneren von Kugelmantel 294 gehalten werden. Nuten 354
greifen in Nuten 356 an der Außenseite der Kugelstütze 340 ein und
verhindern somit das Drehen von Kugelstütze 340 und Kugelgehäuse 298 im
Kugelmantel 294.
-
Der untere Adapter 360 steht an seinem oberen Ende 362 zwischen
Kugelmantel 294 und Kugelstütze 340 abdichtend vor, wenn er an Gewinde
364 mit Kugelstütze 340 verbunden wird. Das untere Ende des unteren
Adapters 360 trägt an seiner Außenseite Gewinde 366 zum Absichern an
Teilen einer Testerkette unter Werkzeug 50.
-
Wenn sich Ventilkugel 330 in ihrer geöffneten Stellung befindet, siehe
Fig. 2G, verläuft eine "vollständig offene" Bohrung 370 durch Werkzeug 50,
die einen ungehinderten Pfad für Formationsflüssigkeiten und/oder
Perforationsschußvorrichtungen, Drahtleitungsmeßgeräte, usw. vermittelt.
FUNKTION DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG DIESER ERFINDUNG
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 wird die Funktionsweise des
Kombinationswerkzeuges 50 dieser Erfindung näher erläutert.
-
Während Werkzeug 50 in Testerkette 30 in das Bohrloch abgelassen wird,
befindet es sich normalerweise in der in Fig. 3A-H dargestellten
Gestängerohrprüfbetriebsart, d. h. Kugel 330 befindet sich in geschlossener
Stellung und Kugelbohrung 334 befindet sich vertikal zur Werkzeugbohrung
370. In dieser Stellung sind die Umlaufports 224 nicht mit Umlauföffnungen
232 abgestimmt, während Dichtung 234 eine Verbindung zwischen diesen
verhindert. Auf ähnliche Weise sind Stickstoffverdrängungsports 226 versetzt
von den Verdrängungsöffnungen 256, während Dichtung 266 beide
voneinander abtrennt. Bezüglich Fig. 6 befinden sich Kugeln 186 in Stellung
"a" in Schlitz 164, während Werkzeug 50 in das Bohrloch eingefahren wird.
-
Während Werkzeug 50 abwärts auf Höhe der zu prüfenden Formation
8 geht, wo Packer 44 gesetzt ist, geht der schwimmende Kolben 212 unter
hydrostatischem Druck aufwärts, wodurch die Kugelhülsengruppe 166
aufwärts gedrückt wird und Kugeln 186 auf Stellung "b" gebracht werden.
Dadurch ändert sich weder die Betriebsart des Werkzeuges noch öffnen sich
irgendwelche Ventile. Dann läßt sich ein Druckintegritätstest der Testerkette
30 über Werkzeug 50 durchführen, bevor die Formation einer
Strömungsprüfung ausgesetzt wird.
-
Um Ventilkugel 30 zum Durchführen einer Formationsprüfung zu
öffnen, wird der Druck in Ringraum 46 durch Pumpe 24 über Regelleitung 26
erhöht. Diese Drucksteigerung wird über die Drucköffnungen 154 an die
Flüssigkeitskammer 214 übertragen, wo sie sich auf den schwimmenden
Kolben 21 auswirkt. Kolben 212 wirkt wiederum auf eine Flüssigkeit, wie
beispielsweise Siliziumöl, in der unteren Ölkammer 210 ein, die mit der
Ratschenkammer 158 verbunden ist. In der Ratschenkammer 158 drückt
das unter Druck gestellte Öl gegen den oberen Ratschenkolben 190. Das Öl
wird durch die Metall-auf-Metall-Dichtung der dichtenden Oberfläche 196
von Kolbensitz 172 am Umlaufen gehindert. Kolben 190 drückt deshalb
gegen Ansatz 170 an der oberen Hülse 168, die wiederum die untere Hülse
174, Kugelhülse 180 und Kugeln 186 in Schlitzen 164 aufwärts zieht. Auf
diese Weise werden Kugeln 186 in Stellung "c" gebracht, die auf die
Werkzeugfunktion keinen Einfluß ausübt, da Kugeln 186 in dieser Position
nicht in den Schlitzenden 164 anschlagen. Dieses Merkmal ist vorteilhaft, da
es Ansetzen von Druck auf den Bohrlochringraum 46 zum Prüfen der
Packerdichtung 44 über die gesamte Bohrlochbohrung ermöglicht, ohne die
Ventilkugel 330 öffnen zu müssen. Um diese Vorgangsweise näher zu
erörtern: Wenn Kolben 190 Überlauf 127 erreicht, wird weiteres
Aufwärtsbewegen des Kolbens verhindert, Flüssigkeit wirkt jedoch weiterhin
auf Ansatz 170 der oberen Hülse 168 ein, wodurch der Kolbensitz 172 von
der Sitzfläche 196 ausgedehnt wird, die Dichtung gebrochen und Flüssigkeit
an der oberen Hülse 168 vorbei in Ölkanäle 130 und die obere Ölkammer
122 abgelassen wird, wodurch der Druck auf beiden Seiten des Kolbens 190
ausgeglichen und die Bewegung der Kugelhülsengruppe 166 sowie der
Kugeln 186 in Schlitzen 164 zum Stillstand gebracht wird. Da die Schlitze
länger sind, als die Bewegung der Kugelhülsengruppe, kommen die Kugeln
186 vor dem Ende des Schlitzes zum Stillstand. Wenn der Ringraumdruck
abgelassen wird, drückt unter Druck stehender Stickstoff in Kammer 120
gegen den schwimmenden Kolben 124. Dieser Druck wird durch die obere
Ölkammer 122, Kanäle 130 und Ratschenkammer 158 auf den unteren
Ratschenkolben 192 übertragen. Während der Ratschenkolben 192 gegen
den Kolbensitz 176 gedrückt wird, ergibt sich zwischen der radialen
Dichtfläche 198 und Sitz 176 eine Metall-auf-Metall-Dichtung. Die
Kugelhülsengruppe 166 wird deshalb abwärts gespannt und die
Ratschenkugeln 186 folgen den Schlitzpfaden 164 auf Position d&sub1;, wo sie in
den Schlitzenden anschlagen. Jetzt befindet sich Werkzeug 50 in der
Formationsprüfventilbetriebsart, siehe Fig. 2A-2H, wobei Ventilkugel 330
jedoch geschlossen ist. Wenn der untere Ratschenkolben 192 in seinem
Abwärtslauf den ringförmigen Ansatz 146 erreicht, wirkt Flüssigkeit weiterhin
auf die Kugelhülsengruppe 166 ein, wodurch die Dichtfläche 198 aus Sitz
176 ausgedehnt wird. So wird Flüssigkeit unter die Kugelhülsengruppe 166
abgelassen und ausgeglichen, was den Lauf der Kugelhülsengruppe 166,
Kugeln 186 und Ratschenspindel 156 zum Stillstand bringt.
-
Wenn der Bohrlochringraum wieder unter Druck gesetzt wird, geht die
Kugelhülsengruppe aufwärts und die Kugeln 186 kommen in Schlitzen 164
bei Position e&sub1; zum Stillstand. Dadurch geht die Ratschenspindel 156
aufwärts, was die Verlängerungsspindel 204, die Umlaufventilhülse 228, die
Verdrängungsventilhülse 238 und die Betriebsspindel 260 aufwärts bewegt.
Die Betriebsspindel 260 zieht die Spannhülse 270 nach oben, wodurch Arme
192 angezogen und Ventilkugel 330 gedreht werden, um Kugelbohrung 334
mit der Werkzeugbohrung 370 abzustimmen und die Formationsflüssigkeit
über Werkzeug 50 in die Testerkette 30 einströmen zu lassen. Dann
befindet sich Werkzeug 50 in der Prüfventilbetriebsart, die in Fig. 2A-2H
dargestellt wird, während Ventilkugel 330 offen ist. Wird der Ringraumdruck
330 nachgelassen, gehen Kugeln 186 auf Position d&sub2; und Ventilkugel 330
schließt sich, Werkzeug 50 befindet sich jedoch weiterhin in der
Prüfventilbetriebsart von Fig. 2A-2H. Die Vorgangsweise des
Unterdruckstellens und Druckablassens kann zum Öffnen und Schließen von
Kugel 330 zur Strömungsprüfung der Formation fortgesetzt werden, bis die
Kugeln Positionen d&sub6; erreichen.
-
Eine nachfolgende Drucksteigerung im Ringraum läßt Kugeln 186
vorübergehend auf steigenden Kanten 164a ruhen, bis sie weiter entlang
Schlitzen 164 auf Position f weiterbewegt werden; Ventilkugel 330 öffnet sich
jedoch nicht. Wenn der Druck wieder nachgelassen wird, bewegen sich die
Kugeln 186 abwärts und kommen auf Position f zum Stillstand, bewegen die
Ratschenspindel 156 abwärts und Werkzeug 50 aus
Formationsprüfbetriebsart in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart von Fig.
-
4A-4H. Wie sich ohne weiteres aus Fig. 4G erkennen läßt, sind bei dieser
Betriebsart die Vorsprünge 274 an den Spannhülsenfingern 272 aus der
Betriebsspindel 260 ausgerastet, wodurch Drehen und erneutes Öffnen von
Kugel 330 verhindert wird.
-
Eine nachfolgende Steigerung und Reduktion des Ringraumdrucks
führt zum weiteren Ansteigen der Kugeln 186 in Schlitzen 164 an Stellen g
vorbei und dann zum Drücken der Ratschenspindel 156 nach unten,
wodurch Werkzeug 50 in die in Fig. 5A-H dargestellte
Umlaufventilbetriebsart versetzt wird. Flüssigkeit kann von Ringraum 46
durch die Umlaufports 224, die mit den Umlauföffnungen 232 abgestimmt
sind, in die Testerkette 30 eingeströmt werden, während Ventilkugel 330 in
ihrer geschlossenen Stellung ist und Stickstoffverdrängungsports 226
versetzt zu Öffnungen 256 sind. Flüssigkeit kann gleichfalls aus der
Testerkette 30 in den Ringraum 46 in Umlauf gebracht werden, wie z. B.
dann, wenn es wünschenswert ist, Behandlungschemikalien vor Ansäuern
oder Spaltmaßnahmen in die Kette einzutröpfeln. Wie sich ohne weiteres
aus Fig. 5G erkennen läßt, ist die Betriebsspindel 156 in der Spannhülse
270 weiter abwärts gegangen, jedoch gleichzeitig aus den Vorsprüngen 274
ausgerastet.
-
Nachfolgende Drucksteigerungen und -reduktionen im Ringraum
bewegen die Kugeln nacheinander auf Positionen h&sub1;, i&sub1;, h&sub2;, i&sub2; und h&sub3;, ohne
Werkzeug 50 aus seiner Umlaufbetriebsart zu wechseln, da die Kugeln 186
nie den Anschlag in Schlitzen 164 erreichen. So ergibt sich ein
Sicherheitsspielraum gegen Wechsel der Werkzeugbetriebsart infolge
unabsichtlicher Druckschwankungen im Ringraum während des Umlaufs.
-
Wenn der Ringraumdruck reduziert wird, nachdem die Kugeln 186
Position h&sub3; erreicht haben, gehen sie abwärts an Positionen j vorbei, wonach
eine nachfolgende Drucksteigerung zum Stillstand der Kugeln 186 auf
Positionen j, Bewegen der Ratschenspindel 156 nach oben und Werkzeug
50 in seine Verdrängungsbetriebsart in Fig. 4A-H führt. Wenn keine
Behandlungschemikalien in die Kette eingetröpfelt wurden und es
wünschenswert ist, Flüssigkeit vor weiterem Test aus der Testerkette 30 zu
verdrängen, wie z. B. wo die Formation zunächst noch nicht wegen des
hydrostatischen Drucks der Flüssigkeit in der Kette gefördert hat, kann
Stickstoff unter Druck in die Testerkette 40 eingeführt werden. Bei dieser
Betriebsart ist Ventilkugel 330 geschlossen und die Umlaufports 224
gegenüber Öffnungen 232 versetzt, die Stickstoffverdrängungsports 226 sind
dagegen mit den Öffnungen 256 abgestimmt. Der unter Druck stehende
Stickstoff wirkt auf den Verdrängungskolben 248 ein, der von Sitz 254
abgehoben wird und ein Ablaufen von Flüssigkeit in der Kette in den
Bohrlochringraum zuläßt. Wenn der Druck in der Kette reduziert wird, wirkt
der Ringraumdruck außerhalb von Werkzeug 50 durch Umlaufports 224 auf
das obere Ende von Verdrängungskolben 248 ein und drückt die
Ventiloberfläche 250 fest gegen Sitz 254, wodurch erneutes Einströmen von
Flüssigkeit in die Kette verhindert wird.
-
Wie bei der Umlaufbetriebsart bewegen nachträgliche
Drucksteigerungen und -reduktionen die Kugeln 186 in Schlitzen 164, führen
jedoch zu keiner Veränderung der Betriebsart von Werkzeug 50. Wenn
Druck nacheinander reduziert und gesteigert wird, während sich Kugeln 186
auf Positionen j befinden, gehen diese auf Positionen k&sub1;, l&sub1;, k&sub2; und l&sub2;. Wird
der Druck wieder reduziert, während die Kugeln auf Position l&sub2; sind, gehen
sie abwärts in Schlitzen 164, an Position m vorbei, wo nachträgliche
Drucksteigerung die Kugeln 186 in den Schlitzen 164 auf Positionen m
anschlagen läßt, wodurch sich die Betriebsart des Werkzeuges auf
Gestängerohrprüfbetriebsart in Fig. 3A-H ändern und die
Stickstoffverdrängungsports und -öffnungen versetzen, was die Umlaufports
und -öffnungen versetzt und Ventilkugel 330 geschlossen hält. Eine weitere
Druckreduktion bringt die Kugeln 186 auf Positionen a zurück, wonach
Bediener den nächsten Funktionsablauf von Werkzeug 50 zum Behandeln
der Formation und erneutem Prüfen nach Behandlung einleiten oder die
Formation bei flüssigkeitsloser Kette prüfen können.
-
Zur weiteren Erläuterung des Wechsels der Betriebsart und des
Betriebsablaufs von Werkzeug 50 sollten Leser beachten, daß das
Werkzeug seine Betriebsart nur dann wechselt, wenn die Kugeln 186
während des Vortaktens des Werkzeuges in speziellen verkürzten Positionen
von Schlitz 164 anschlagen. So wechselt das Werkzeug 50 seine Betriebsart
auf Positionen d&sub1;, d&sub6;, f, g, j und m. Vier Betriebsartwechsel werden durch
Reduktion des Ringraumdrucks bewirkt und zwei durch Drucksteigerung. Die
Drucksteigerungen, wodurch die Kugeln 186 auf Positionen e&sub1; bis e&sub5;
anschlagen, erzeugen keine Änderung der Betriebsart, weil sich die Kugeln
186 in einem beschränkten längsläufigen Bereich bewegen, der durch
Ablassen der Betriebsflüssigkeit im Werkzeug durch Kolben 190 und 192
begrenzt wird. Infolge der Konfiguration von Schlitz 164 von Positionen e&sub1;
bis e&sub5; können Kugeln 186 nicht in Schlitzen 164 ansteigen, um die
Betriebsart des Werkzeuges zu verändern.
-
Wie schon erwähnt kann das Werkzeug 50 dieser Erfindung zur
Funktion in drei verschiedenen Betriebsarten als Gestängerohrtester,
Umlaufventil und Stickstoffverdrängungsventil sowie zusammen mit einem
darunter in der Testerkette angeordneten separaten Prüfventil eingesetzt
werden, indem einfach die Ratschenspindel 156 entfernt und eine andere
Spindel 156' mit unterschiedlichem Schlitzprogramm 164' eingebaut wird.
Ein solches Spindelschlitzprogramm 164' erscheint in Fig. 8. In allen
Gesichtspunkten, mit Ausnahme der Substitution von Spindel 156' anstelle
von Spindel 156, bleibt Werkzeug 50 in seinen Betriebsarten konstruktiv
identisch, selbst wenn sich die Funktionsweise verändert hat.
-
Mit Schlitz 164' wird Werkzeug 50 in seiner
Gestängerohrprüfbetriebsart in das Bohrloch eingelassen, während Kugeln
186 wie auf Fig. 8 dargestellt positioniert sind. Dabei ist Werkzeug 50 in
der in Fig. 3A-H dargestellten Betriebsart. Während Werkzeug 50 im
Bohrloch abgesenkt wird, führt der hydrostatische Ringraumdruck zum
Bewegen der Kugeln 186 auf Position b. Da Ventilkugel 330 geschlossen
bleibt, läßt sich ein Integritätstest des Gestängerohrs durchführen. Die erste
Drucksteigerung nach Abschluß des Integritätstests bewegt die Kugeln 186
auf Positionen c, wodurch sich keine Änderung der Werkzeugbetriebsart
ergibt. Nachfolgende Druckreduktionen und -steigerungen lassen die Kugeln
in Schlitz 164' auf Position d anschlagen, wodurch sich die Ventilkugel 330
in geöffnete Position dreht und Bohrung 334 mit Werkzeugbohrung 370
abstimmt, siehe Fig. 2A-2H. Diese gleiche Drucksteigerung führt zum
Öffnen der Kugel des darunterliegenden Prüfventils, wobei es sich um ein
Ventil handeln kann, wie in US Patentschriften Nr. 3,964,544, 3,976,125,
4,422,506, 4,429,748 eröffnet wird sowie um andere einschlägig bekannte
Typen. Die Formationsflüssigkeit strömt dann während der Prüfung durch
Prüfventil und Werkzeug 50. Wenn der Ringraumdruck zum Schließen des
Prüfventils reduziert wird, bewegt diese Reduktion Kugeln 186 auf Positionen
e&sub1;, wodurch Ventilkugel 330 nicht geschlossen wird, weil Kugeln 186 nicht in
Schlitzen 164' anschlagen. Nachfolgende Drucksteigerungen und
-reduktionen zum Durchführen von Strömungsprüfungen mittels des
Prüfventils bewegen die Kugeln 186 nacheinander auf Positionen f&sub1;, e&sub2;, f&sub2;,
e&sub3;, f&sub3; und e&sub4;; Ventilkugel 330 von Werkzeug 50 bleibt dabei offen. Wenn sich
die Kugeln 186 während der nächsten Ringraumdrucksteigerung auf Position
e&sub4; befinden, gehen diese aufwärts in Schlitz 164' an Positionen g vorbei;
Ventilkugel 330 bleibt dabei offen. Wird der Ringraumdruck dagegen
abgelassen, schlagen die Kugeln 186 auf Positionen g auf und bewegen die
Ratschenspindel 156' abwärts, was zum Schließen von Ventilkugel 330 und
Rückkehr von Werkzeug 50 in seine Gestängerohrprüfbetriebsart bewirkt,
die in Fig. 3A-H dargestellt wird.
-
Eine weitere Drucksteigerung und -reduktion des Ringraumdrucks
bewegt die Kugeln 186 zum Anschlag auf Positionen h, wodurch das
Werkzeug in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart versetzt wird, siehe Fig.
4A-H. Ein zweites Drucksteigerungs-/Reduktionsspiel bewegt die Kugeln
186 auf Positionen i und versetzt Werkzeug 50 in die Umlaufbetriebsart von
Fig. 5A-H.
-
Nachfolgende Drucksteigerungen und -reduktionen im Ringraum
bewegen die Ratschenkugeln 186 durch Positionen j&sub1;, i&sub2;, j&sub2;, i&sub3;, j&sub3; und abwärts
an k&sub1; vorbei, ohne die Betriebsart des Werkzeuges zu verändern. Dann führt
die nächste Drucksteigerung zum Anschlagen der Kugeln 186 auf Positionen
k&sub1;, was zum Wechsel der Betriebsart von Werkzeug 50 auf
Stickstoffverdrängung bewirkt, siehe Fig. 4A-4H.
-
Weitere Ringraumdruckspiele in der Steigerungs-/Reduktionsfolge
bewegen die Kugeln 186 auf Positionen l&sub1;, k&sub2;, l&sub2;, k&sub3; und abwärts an
Positionen m vorbei, ohne die Betriebsart des Werkzeuges zu verändern.
-
Eine nachfolgende Drucksteigerung führt zum Anschlagen der Kugeln
186 auf Positionen m und wechselt die Betriebsart von Werkzeug 50 auf
Gestängerohrprüfung, siehe Fig. 3A-H. Das nächste Druckspiel im
Ringraum leitet dann einen neuen Werkzeugzyklus ein.
-
Wie schon bezüglich Schlitz 164 erwähnt, wechselt Werkzeug 50
seine Betriebsart nur dann, wenn die Kugeln 186 in den kürzeren
Schlitzwegen anschlagen. So verändert sich die Betriebsart von Werkzeug
50 in Schlitz 164' nur auf Kugelpositionen d, g, h, i&sub1;, k&sub1; und m. In allen
anderen Fällen laufen die Kugeln 186 nur in Schlitzen 164' um, ohne die
Werkzeugfunktion zu beeinflussen.
-
Außerdem läßt sich das Werkzeug 50 dieser Erfindung neu
programmieren, um Betriebsarten anders als die hier im Rahmen der ersten
und zweiten bevorzugten Ausführung eröffneten herbeizuführen.
-
So wird beispielsweise in Fig. 9 der Programmschlitz 164'' gezeigt.
Unter Verwendung von Spindel 156'' mit Schlitz 164'' wird Werkzeug 50 in
der Gestängerohrprüfbetriebsart von Fig. 3A-3H in das Bohrloch
eingelassen, wobei sich Kugeln 186 auf Positionen a in Schlitzen 164
befinden. Während des Abwärtslaufs werden Kugeln 186 vom
hydrostatischen Druck im Ringraum aufwärts auf Positionen b getrieben.
-
Wenn Werkzeug 50 die Prüfebene im Bohrloch erreicht, kann ein
Gestängerohrintegritätstest durchgeführt werden.
-
Nachdem der Packer gesetzt ist, kann eine Strömungsprüfung der
Formation durch Steigern des Ringraumdrucks, nachträgliche Reduktion und
wiederholte Steigerung durchgeführt werden, wodurch die Kugeln aufwärts
durch Positionen c, abwärts durch Positionen d&sub1; und wieder aufwärts bis d&sub1;
laufen, wo Kugeln 186 anschlagen und die Ventilkugel 330 öffnen, d. h.
Werkzeug 50 wird in die Prüfventilbetriebsart von Fig. 2A-H versetzt. Eine
nachfolgende Druckreduktion im Ringraum bewegt die Kugeln 186 auf
Position e&sub1;, wobei die Ventilkugel 330 in geöffneter Position verbleibt. Ein
weiteres Drucksteigerungs-/-reduktionsspiel schließt Ventilkugel 330 infolge
des Anschlagens von Kugeln 186 auf Positionen f&sub1; und Abwärtsbewegung
der Ratschenspindel 156. Ein weiteres Drucksteigerungs-/-reduktionsspiel
resultiert in einer Kugelbewegung auf Positionen g&sub1; und abwärts an d&sub2;
vorbei, währenddessen die Ventilkugel 330 verschlossen bleibt. Die nächste
Drucksteigerung/Reduktion öffnet Ventilkugel 330, sobald Kugeln 186 auf
Positionen d&sub2; anschlagen, wobei Ventilkugel 330 offen bleibt, wenn Kugeln
186 auf Positionen e&sub2; gehen. Das nächste Steigerungs-/Reduktionsspiel läßt
die Kugeln 186 auf Positionen f&sub2; anschlagen, während der Ringraumdruck
abgelassen und Ventilkugel 330 geschlossen wird. Eine weitere
Drucksteigerung/Reduktion bewegt Kugeln 186 auf Position g&sub2; und abwärts
zurück an d&sub3; vorbei, wonach das nächste Steigerungs-/Reduktionsspiel
Kugeln 186 auf Positionen d&sub3; anschlagen läßt, Ventilkugel 330 öffnet und
offen läßt, während Kugeln 186 auf Position e&sub3; landen.
-
Zum Fortsetzen des Werkzeugzyklus bewegt eine
Ringraumdrucksteigerung/-reduktion Kugeln 186 auf f&sub3;, wodurch Ventilkugel
330 geschlossen wird. Kugeln 186 gehen mit der nächsten
Steigerung/Reduktion in Schlitz 164'' auf Position h, wo Werkzeug 50 in
seine Stickstoffverdrängungsbetriebsart gewechselt wird, siehe Fig. 5A-H;
dann erfolgt ein erneutes Ringraumdruckspiel und Kugeln 186 schlagen auf
Positionen i&sub1; an.
-
Die nächsten drei Steigerungs-/Reduktionsspiele des Ringraumdrucks
bewegen Kugeln 186 durch Positionen j&sub1;, i&sub2;, j&sub2;, i&sub3;, j&sub3; und zurück abwärts an
Position k&sub1; vorbei. Bei diesem Laufspiel schlagen die Kugeln 186 nirgendwo
an und Werkzeug 50 wechselt nie seine Betriebsart. Die nächste
Drucksteigerung läßt Kugeln 186 dagegen auf Positionen k&sub1; anschlagen und
wechselt die Werkzeugbetriebsart auf Stickstoffverdrängung, siehe Fig. 4A-
H.
-
Die nächsten zwei Druckreduktions-/-steigerungsspiele bewegen
Kugeln 186 durch Positionen l&sub1;, k&sub2;, l&sub2; und k&sub3;, ohne die Werkzeugbetriebsart
zu wechseln. Während des nächsten Druckreduktions-/-steigerungsspiels
wird das Werkzeug dagegen in seine Gestängerohrprüfbetriebsart
zurückversetzt, siehe Fig. 3A-H, wenn die Kugeln 186 bei Druckreduktion
abwärts unter Positionen m gehen und dann bei Drucksteigerung
anschlagen. Wenn der Ringraumdruck das nächste mal reduziert wird,
gehen Kugeln 186 zurück auf Positionen a, wo ein neuer Werkzeugzyklus
eingeleitet werden kann.
-
Wie schon bezüglich der vorher erwähnten Betriebsspindeln 156 und
156' erwähnt, bewegt sich Spindel 156'' nicht längsweise, um Ventilkugel
330 zu aktivieren und die Betriebsart des Werkzeuges zu wechseln, wenn
die Kugeln 186 nicht in den kürzeren Beinen von Schlitzen 164'' anschlagen.
In Schlitzen 164'' realisieren nur Positionen d&sub1;, f&sub3;, h, i&sub1;, k&sub1; und m eine
Änderung der Betriebsart. Dagegen dienen Positionen d&sub1;, f&sub1;, d&sub2;, f&sub2;, d&sub3; und f&sub3;
alle dem jeweiligen Öffnen und Schließen von Ventilkugel 330.
-
Für das in Schlitz 164'' verwendete Schlitzprogramm muß der
Testbediener den Ringraum unter positiven Druck stellen und dann den
Druck ablassen, um die Ventilkugel 330 von der geöffneten in die
geschlossene Position und umgekehrt zu versetzen. Dieses Merkmal
verhindert ein Absperren halbwegs durch eine Strömungsprüfung, wenn der
Ringraumdruck versehentlich reduziert wird. Weiterhin kann die Ventilkugel
330 nach Formationsprüfung und Umlauf offen bleiben, um Ablassen von
Flüssigkeit aus der Testerkette 30 beim Entfernen aus Bohrloch 4 zu
bewirken.
-
Eine weitere Ausführung dieser Erfindung kann durch Verwendung
eines weiteren Schlitzprogramms herbeigeführt werden, das in Fig. 10 als
Schlitz 164''' auf Spindel 156''' dargestellt wird. Mit Schlitzen 164'''
beschränkt sich Werkzeug 50 auf ein Umlaufventil mit zwei Betriebsarten,
was in gewissen Teilen der Welt bevorzugt wird, wo keine
Gestängerohrprüfungen vor Durchführung von Strömungsprüfungen in
Bohrlöchern erfolgen und wo ein getrenntes Prüfventil unter Werkzeug 50
Verwendung findet.
-
Bei Schlitzen 164''' beginnen Ratschenkugeln 186 ihren Lauf bei
Positionen a und bewegen sich im laufe der Abwärtsbewegung des
Werkzeuges. Ventilkugel 330 ist offen. Eine erste Ringraumdrucksteigerung
nach Setzen von Packer 44 resultiert in einer Kugelbewegung auf Position
c&sub1;, nachfolgendes Reduktions-/Steigerungsspiel führt zur Bewegung der
Kugeln 186 durch Positionen d&sub1;, c&sub2;, d&sub2; und c&sub3; bis d&sub3;. Die nächsten drei
Drucksteigerungs-/-reduktionsspiele resultieren im Steigen der Kugeln 186
in Schlitzen 164''' auf Positionen e, wodurch Ventilkugel 330 geschlossen
wird; auf Positionen f, wo das Werkzeug 50 in seine
Verdrängungsbetriebsart versetzt wird und Position g&sub1;, wo Werkzeug 50 in
seine Umlaufbetriebsart wechselt. Die nächsten drei Drucksteigerungs-
/-reduktionsspiele resultieren in freiem Kugellauf durch Positionen h&sub1;, g&sub2;, h&sub2;,
g&sub3;, h&sub3; und an i&sub1; vorbei, ohne Werkzeug 50 aus seiner Umlaufbetriebsart zu
wechseln. Eine nachfolgende Drucksteigerung wechselt dagegen die
Betriebsart des Werkzeuges auf Umlaufventil, wenn Kugeln 186 auf
Positionen i&sub1; anschlagen. Diese Betriebsart wird für die nächsten zwei
Reduktions-/Steigerungsspiele bei freiem Kugellauf beibehalten. Dann
bewegt das nächste Reduktions-/Steigerungsspiel die Kugeln 186 bis zum
Anschlag auf Positionen k, wo beide Verdrängungsports 226 gegenüber den
Verdrängungsöffnungen 256 und Umlaufports 24 gegenüber
Umlauföffnungen 232 versetzt werden, während die Ventilkugel 330
geschlossen bleibt. Das nächste Reduktions-/Steigerungsspiel führt wieder
zum Öffnen von Ventilkugel 330, während Kugeln 186 auf Positionen 1 sind
und eine Ringraumdruckreduktion die Kugeln für den nächsten Zyklus auf
Positionen a zurückversetzt. In Schlitzen 164''' schlagen Kugeln 186 auf
Positionen e, f, g&sub1;, i&sub1;, k und l an.
ALTERNATIVE AUSFÜHRUNG DES VERDRÄNGUNGSVENTILS DIESER ERFINDUNG
-
Fig. 7A und 7B zeigen eine alternative Konstruktionsweise einer
Stickstoffverdrängungsventilgruppe, die in Werkzeug 50 eingesetzt werden
kann. Ventilgruppe 400 umfaßt ein äußeres Umlauf-Verdrängungsgehäuse
220' mit etwas längeren Abständen zwischen Umlaufports 224 und
Verdrängungsports 226, als im Standardgehäuse. An seinen oberen Enden
ist Gehäuse 220' über Gewinde 222 mit Verlängerungsmantel 216
verbunden, während es am unteren Enden (ohne Darstellung) mit
Kugelmantel 294 verbunden ist. In Werkzeug 50 ist Verlängerungsspindel
204 über Gewinde 230 mit der Umlaufventilhülse 228 verbunden, durch die
Umlauföffnungen 232 verlaufen. Hülse 228 ist mit Verdrängungsventilhülse
238' verschraubt, wobei Dichtung 226 in einer ringförmigen Aussparung 236
zwischen beiden ausgeführt ist, um die Umlauföffnungen 232 von den
Umlaufports 224 abzutrennen.
-
An der Außenseite der Verdrängungsventilhülse 238' liegen
ringförmige Markierungsrillen 420 (drei Rillen), 422 (zwei Rillen) und 424
(eine Rille), deren Zweck nachfolgend erläutert wird. Unterhalb der
Markierungsrillen verlaufen neben schräg geneigter ringförmiger Wand 416,
die zur Verdrängungsgruppe 400 zählt, Verdrängungsöffnungen 256 durch
die Wand von Hülse 238'.
-
Klappenspindel 406 gleitet unter Wand 416 auf der Außenseite von
Hülse 238' und wird im Längslauf durch Anstoß der elastomerischen
Dichtung 414 gegen Wand 416 an seiner oberen Seite und durch Anstoß
von Ansatz 408 gegen Anschlag 404, der von Ansatz 402 aufwärts auf
Betriebsspindel 260' verläuft, eingeschränkt. Anschläge 404 verhindern ein
Drucksperren von Ansatz 408 auf Ansatz 402. Dichtung 266 wird in einer
Aussparung zwischen dem ringförmigen Ansatz 258' auf Spindel 260' und
Dichtungsträger 264 gehalten, der die Gewindeverbindung 262 zwischen
Hülse 238' und Betriebsspindel 260' umgibt und selbst über Gewinde 265
mit Betriebsspindel 260' verbunden ist.
-
Klappenspindel 406 trägt eine Mehrzahl von kegelstumpfen
Ventilklappen 412, die neben Ansätzen 410 mit Spindel 406 verbunden sind.
-
Die Verdrängungsspindel 400 wird auf gleiche Weise in ihre
Betriebsart versetzt, wie die Betriebsart von Werkzeug 50 in Fig. 2-5, d. h.
durch Längsbewegung der internen Gruppe, die durch Zusammenwirken der
Kugeln 186 in Schlitzen 164 mit der Ratschenspindel 156 verbunden ist. Im
Gegensatz zum Verdrängungskolben 248, der unter Federdruck in Richtung
der geschlossenen Stellung gegen Sitz 254 (Fig. 2E-F, 3E-F) gedrückt wird
und durch unter Druck aus Öffnungen 256 (Fig. 4E-F) strömendes
Stickstoff aus dieser Stellung bewegt wird, wird Spindel 406 neben Ports 226
(Fig. 7A-B) aktiviert durch Abwärtsbewegung gegen Anschläge 404, gefolgt
von einem Zusammenfalten der Klappen 412 gegen Spindel 406, die das
Ausströmen von Flüssigkeit in der Kette durch Ports 226 ermöglicht, die
durch den unter Druck stehenden Stickstoff in den Bohrlochringraum
befördert wird.
-
Wird der Druck aus Bohrung 370 von Werkzeug 50 abgelassen, führt
der hydrostatische Druck im Ringraum zum Ausdehnen der Klappen 412
gegen das Umlauf-Verdrängungsgehäuse 220' und Bewegen der Spindel
406 aufwärts gegen Wand 416, wonach die elastomerische Dichtung 414
aufsitzt und erneutes Eindringen von Ringraumflüssigkeit in Bohrung 370
verhindert.
-
Ein weiteres Merkmal von Gruppe 400 ist die Leichtigkeit der
Betriebsweise des Werkzeuges durch Verwendung von Markierungsrillen
402, 422 und 424. Wenn sich Werkzeug 50 beispielsweise in der
Umlaufbetriebsart befindet, sind die Umlaufports 224 mit den
Umlauföffnungen 232 abgestimmt und keine Rillen sind sichtbar. Wenn sich
Werkzeug 50 in der Verdrängungsbetriebsart befindet (Fig. 7A-B), sind
Rillen 420 sichtbar. Wenn Ventilkugel 330 geschlossen ist, sind Rillen 422
sichtbar und wenn Ventilkugel 330 geöffnet ist, ist Rille 420 sichtbar. Bei
Kenntnis, welche Ratschenspindel in Werkzeug 50 benutzt wird und dem
ersten gewünschten Teil kann das Werkzeug ohne weiteres das Versetzen
von Werkzeug 50 in die zutreffende Betriebsart zum Einlauf in das Bohrloch
sicherstellen.
-
So läßt sich erkennen, das ein neues und nicht offensichtliches
Mehrzwecktesterwerkzeug entwickelt wurde, das weiterhin neue und nicht
offensichtliche Mechanismen und Ventile beinhaltet. Fachkundige können
ohne weiteres die vielzähligen Zusätze, Reduktionen und Änderungen
erkennen, die bei der eröffneten Erfindung und den hier dargelegten
bevorzugten und alternativen Ausführungen zum Zuge kommen. So kann
Werkzeug 50 beispielsweise einen ölbasierenden Spannmechanismus
verwenden, wie er in US Patentschrift Nr. 4,109,724, 4,109,725 und US
Patentanträgen Nr. 354,529 und 417,947 eröffnet wird; das
Stickstoffverdrängungsventil kann über dem Umlaufventil im Werkzeug
ausgeführt werden; alternative Ausführungen der druckreaktiven
Rückschlagventile können als Verdrängungsventile verwendet werden;
Belleville oder andere Federn können anstelle der Sprungfedern
Verwendung finden, die in Werkzeug 50 dargestellt sind; der
Betriebsmechanismus des Werkzeuges, incl. der Stickstoff- und/oder
Ölkammern, die Ratschenspindel und die Kugelhülsengruppe können an der
Unterseite des Werkzeuges oder zwischen seinen Enden ausgeführt werden;
die Ratschenkugeln können in Aussparungen auf einer Spindel eingelassen
sein und eine drehbare Ratschenhülse mit Schlitzen, die in deren Innenseite
geschnitten sind, können um die Spindel eingesetzt und über eine
Schwenkeinrichtung mit einer Hülsengruppe verbunden werden, auf der die
ringförmigen Kolben 190 und 192 getragen werden; eine Ratschenhülse
kann drehbar auf einer getrennten Spindel befestigt werden, auf der
Ratschenkugeln in einer nicht drehbaren Hülsengruppe ausgeführt sein
können; ein hülsenartiges Ventil, wie das in US Patentschrift RE 29,562
eröffnete, kann anstelle eines Kugelventils zum Schließen von Bohrung 370
durch Werkzeug 50 verwendet werden; eine ringförmige Probekammer kann
Werkzeug 50 hinzugefügt werden, wie sie gleichfalls in der o.g. Patentschrift
RE 29,562 eröffnet wird; eine zweite Ventilkugel kann im Längsabstand von
Ventilkugel 330 ausgeführt und mit Betriebsspindel 260 zum Bilden eines
kugelförmigen Probenehmers abgesichert werden. Dieser würde einen
Mechanismus, ähnlich dem in US Patentschriften 4,064,937, 4,270,610 und
4,311,197 eröffneten, haben. Die Ventilkugel 330 kann an der Oberseite des
Werkzeuges ausgeführt und für Gestängerohrprüfzwecke nur im
Zusammenhang mit einem anderen Prüfventil benutzt werden, das unter
dem Werkzeug ausgeführt ist, wie schon im Vortext erwähnt wurde; ein
ringförmiger Kolben mit längsläufigem Kanal im Inneren und einem
widerstandsfähigen, gefederten Rückschlagventilteil und Ventilsitzen an
beiden Enden kann anstelle der Kolbenhülse und Kolben der bevorzugten
Ausführung Verwendung finden, wobei ein Stift oder eine Stange als
Anschlag benutzt wird, um das Rückschlagventilverschlußteil am Anschlag
jedes Kolbenlaufs von seinem Sitz zurück zu drücken, um Flüssigkeit am
Teil vorbei abzulassen.