DE3685718T2

DE3685718T2 - Werkzeug im bohrloch mit einer kammer die mit einer als feder wirkenden kompressiblen fluessigkeit gefuellt ist.

Info

Publication number: DE3685718T2
Application number: DE8686308105T
Authority: DE
Inventors: Kevin Ray Manke
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1985-10-28
Filing date: 1986-10-20
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2006-10-21
Also published as: EP0221713A3; SG111192G; AU6442086A; DE3685718D1; EP0221713A2; EP0221713B1; AU601703B2; CA1271131A; NO864288D0; US4664196A; NO864288L

Description

Die Vorliegende Erfindung betrifft allgemein Bohrlochwerkzeuge, die eine kompressible Flüssigkeitsfeder verwenden und auf Ringraumdruck ansprechen.
Der Stand der Technik enthält eine Anzahl von Bohrlochwerkzeugen wie Durchflußprüfventile und Zirkulationsventile, die so ausgebildet sind, daß sie unter Ansprechen auf Änderungen des Drucks in einem Bohrlochringraum zwischen einem Rohrstrang und einer Bohrlochverkleidung arbeiten. Typischerweise enthalten diese Werkzeuge einen Stufenkolben, der allgemein als ein Antriebskolben bezeichnet werden kann, dessen eine Seite mit dem Bohrlochringraumdruck und dessen andere Seite mit einer Kammer in Verbindung steht, die eine kompressible Fluidfeder enthält. Die Kammer mit der kompressiblen Fluidfeder ist typischerweise mit einem komprimierbaren Gas wie Stickstoff oder einer komprimierbaren Flüssigkeit wie Silikonöl gefüllt Wenn der Bohrlochringraumdruck erhöht wird, um den Antriebskolben des Werkzeugs zu verstellen, wird das Fluid in der Federkammer komprimiert. Beim Herabsetzen des Bohrlochringraumdrucks dehnt sich das komprimierte Fluid in der Federkammer aus, um die Rückkehr des Antriebskolbens in seine ursprüngliche Stellung zu unterstützen.
Beispiele von Werkzeugen aus dem Stand der Technik, die kompressible Stickstoff-Federkammern verwenden, werden in unseren USA-Patenten 4,422,506; 4,429,748; 4,489,786 und 4,515,219 gesehen. Zwei Zirkulationsventile nach dem Stand der Technik, die kompressible Silikonöl-Federkammern verwenden, sind in unseren USA-Patenten 4,109,724 und 4,109,725 gezeigt. Zwei Prüfventile nach dem Stand der Technik, die Silikon-Federkammern verwenden, sind in unseren USA-Patenten 4,444,268 und 4,448,254 gezeigt.
In dem USA-Patent 4,444,268 wird ein Bohrlochwerkzeug beschrieben, das ein Gehäuse enthält; sowie auf den Bohrlochringraumdruck ansprechende Antriebskolbenmittel, die gleitbeweglich in dem Gehäuse angeordnet sind und auf eine kompressible Flüssigkeit einwirken, die eine Federkammer des Gehäuses im wesentlichen vollständig füllt, wobei die Federkammer ein Volumen der kompressiblen Flüssigkeit enthält, das groß genug ist, damit die Flüssigkeit um einen Betrag zusammengedrückt wird, der einer gleitenden Verschiebung der Antriebskolbenmittel gleich ist; eine flüssigkeitsgefüllte Ausgleichskammer, die in dem Gehäuse bestimmt ist und mit dem Bohrlochringraum in Verbindung steht; einen Drosselkanal, der mit der Federkammer und der Ausgleichskammer verbunden ist; einen Schwimmkolben, der in der Ausgleichskammer angeordnet ist und diese in eine erste Zone und eine zweite Zone unterteilt, wobei die erste Zone im wesentlichen vollständig mit der kompressiblen Flüssigkeit gefüllt ist und die zweite Zone (während des Gebrauchs des Werkzeugs) im Wesentlichen vollständig mit Bohrlochringraumfluid gefüllt ist und in Verbindung mit dem Äußeren des Gehäuses steht.
Wir haben nun gefunden, daß es in Werkzeugen dieser Art vorteilhaft ist, ein Einweg-Entlastungsventil vorzusehen, um eine Ausdehnung der kompressiblen Flüssigkeit durch Erwärmung zu gestatten, wenn das Werkzeug in eine Bohrung herabgelassen wird. Die Werkzeuge nach der vorliegenden Erfindung sind daher gekennzeichnet durch in dem Schwimmkolben angeordnete Einweg-Entlastungsventilmittel zur Abgabe von Flüssigkeit aus der ersten Zone in die zweite Zone, wenn der Druck der kompressiblen Flüssigkeit in der ersten Zone den Bohrlochringraum-Fluiddruck in der zweiten Zone übersteigt.
Entsprechend einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine besondere Ausgestaltung für ein Bohrlochwerkzeug vorgesehen, die eine Federkammer mit einer kompressiblen Flüssigkeit verwendet, vorzugsweise unter Verwendung von Silikonöl, und die eingesetzt werden kann, um ein typisches Werkzeug nach dem Stand der Technik, das ursprünglich für die Verwendung einer Federkammer mit kompressiblem Stickstoff ausgebildet war, in eine Ausbildung mit einer Federkammer mit einer kompressiblen Flüssigkeit umzuwandeln.
Daher schließt die Erfindung ein Verfahren zum Ersatz einer kompressiblen Gasfeder durch eine kompressible Flüssigkeitsfeder in einem Bohrlochwerkzeug ein, um ein Werkzeug nach der Erfindung herzustellen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
(a) Abändern eines Bohrlochwerkzeugs, das zum Betrieb durch einen auf den Bohrlochringraumdruck ansprechenden Antriebskolben konstruiert ist, der auf ein in einer Federkammer angeordnetes kompressibles Gas einwirkt, durch Vergrößern des Volumens der Federkammer;
(b) im wesentlichen vollständiges Füllen der Federkammer mit einem Volumen einer kompressiblen Flüssigkeit, derart, daß die Flüssigkeit um einen Betrag komprimierbar ist, der im Betrieb des Antriebskolbens einer Verschiebung des Antriebskolbens gleich ist.
Ein bevorzugtes Werkzeug nach der Erfindung ist eine Durchflußprüfventilvorrichtung, die ursprünglich so konstruiert war, daß sie in der Federkammer mit einem kompressiblen Gas anstelle einer kompressiblen Flüssigkeit arbeitete, wobei die Federkammer ein erstes Kammerteil der ursprünglich konstruierten Vorrichtung enthält, das so bemessen ist, daß es ein ausreichendes Gasvolumen enthält, um für die Durchflußprüfventilvorrichtung als eine kompressible Gasfeder zu dienen, und wobei die Federkammer ein zusätzliches Kammerteil enthält, das so bemessen ist, daß das erste Kammerteil und das zusätzliche Kammerteil zusammen ein ausreichendes Volumen einer kompressiblen Flüssigkeit enthalten, um als kompressible Flüssigkeitsfeder für die Durchflußprüfventilvorrichtung zu dienen.
Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft eine Ausführung davon unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Figuren 1A-1H eine Ansicht eines Bohrlochwerkzeugs, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht ist, wobei die rechte Seite des Werkzeugs im Schnitt gezeigt ist.
Im Laufe der Bohrung einer Ölquelle wird das Bohrloch mit einem Fluid gefüllt, das als Bohrfluid oder Bohrschlamm bekannt ist. Einer der Zwecke dieses Bohrfluids besteht darin, in durchsetzten Formationen darin gefundene Formationsfluide einzuschließen. Zum Einschluß dieser Formationsfluide ist der Bohrschlamm mit verschiedenen Zusätzen beschwert, so daß der hydrostatische Druck des Schlamms in der Formationstiefe ausreicht, um das Formationsfluid innerhalb der Formation zu halten, ohne sein Entweichen in das Bohrloch zu gestatten.
Wenn es erwunscht ist, die Produktionsfahigkeiten der Formation zu prüfen, wird ein Prüfstrang auf die Formationstiefe in das Bohrloch herabgelassen, und man läßt das Formationsfluid nach einem kontrollierten Prüfprogramm in den Strang einfließen. Im Inneren des Prüfstrangs wird ein niedrigerer Druck aufrechterhalten, während er in das Bohrloch herabgelassen wird. Dies geschieht üblicherweise dadurch, daß ein Ventil nahe dem unteren Ende des Prüfstrangs in der geschlossenen Stellung gehalten wird. Wenn die Prüftiefe erreicht wird, wird ein Packer gesetzt, um das Bohrloch abzudichten, wodurch die Formation gegen den hydrostatischen Druck des Bohrfluids im Bohrlochringraum abgeschlossen wird.
Das Ventil am unteren Ende des Prüfstrangs, das allgemein als ein Prüfventil bezeichnet wird, wird dann geöffnet, und das Formationsfluid kann dann frei von dem zurückhaltenden Druck des Bohrfluids in das Innere des Prüfstrangs einfließen.
Der Prüfstrang enthält eine Anzahl von Werkzeugen, von denen viele so konstruiert sein können, daß sie unter Ansprechen auf Änderungen des Drucks im Bohrlochringraum betrieben werden.
Zwei Werkzeuge, die typischerweise in einem Prüfstrang vorhanden sind und oft so konstruiert sind, daß sie unter Ansprechen auf Änderungen im Bohrlochringraumdruck betrieben werden, sind solche Werkzeuge, die allgemein als Prüfventile bezeichnet werden, und solche Werkzeuge, die allgemein als Zirkulationsventile bezeichnet werden.
Eine ins Einzelne geh ende Beschreibung des allgemeinen Aufbaus eines solchen Prüfstrangs, wie er in einer Meeresumgebung eingesetzt wird, und Angaben über die Anordnung von Prüfventilen und Zirkulationsventilen in einem solchen Strang finden sich beispielsweise in dem USA-Patent 4,444,254 von Barrington unter Bezugnahme auf Figur 1 darin, und dessen Einzelheiten sind durch die Bezugnahme hierin eingeschlossen.
Die Figuren 1A-1H der vorliegenden Anmeldung umfassen eine auf der rechten Seite geschnittene Ansicht einer Durchflußprüfventilvorrichtung 10 von der Art, wie sie in solch einem wie dem gerade beschriebenen Prüfstrang verwendet werden kann.
Die Ventilvorrichtung 10 enthält ein äußeres Gehäuse 12. Das äußere Gehäuse 12 selbst enthält einen oberen Gehäuseadapter 14, einen Ventilgehäuseabschnitt 16, einen Schernippel 18, einen Antriebsgehäuseabschnitt 20, einen Verbindernippel 22 für eine Federkammer, einen Gehäuseabschnitt 24 für eine obere Federkammer einschließlich konzentrischer inneren und äußerer rohrförmiger Glieder 26 und 28, einen oberen Füllernippel 30, einen Gehäuseabschnitt 32 für eine untere Federkammer mit konzentrischen inneren und äußeren rohrförmigen Gliederanordnungen 34 und 36, einen Verbindernippel 38 von der Federkammer zu einer Ausgleichskammer, einen Ausgleichskammergehäuseabschnitt 40 mit konzentrischen inneren und äußeren Gliedern 42 und 44, sowie einen unteren Gehäuseadapter 46.
Die inneren und äußeren konzentrischen rohrförmigen Anordnungen 34 bzw. 36 des Gehäuseabschnitts 32 für die untere Federkammer bestehen äeweils aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Elementen.
Die innere rohrförmige Anordnung 34 enthält erste, zweite, dritte und vierte miteinander verbundene Teile 48 bzw. 50 bzw. 52 bzw. 54.
Die äußere rohrförmige Anordnung 36 enthält einen ersten Gehäuseabschnitt 56, einen unteren Füllernippel 58 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 60.
Unter Bezugnahme auf Figur 1A ist das obere Ende eines Haltedorns 62 an einer Schraubverbindung 64 mit dem oberen Adapter 14 schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 66 vorgesehen ist.
Der Ventilgehäuseabschnitt 16 hat eine obere innere Zylinderfläche 38, in der eine untere äußere Zylinderfläche 70 des oberen Adapters 14 eng aufgenommen ist, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 72 vorgesehen ist.
Der Ventilgehäuseabschnitt 16 enthält eine Vielzahl von radial nach innen verlaufenden Keilen 74, die mit einer Vielzahl von radial nach außen verlaufenden Keilen 76 des Haltedorns 62 im Eingriff sind, um deren gegenseitige Verdrehung zu verhindern.
Der Haltedorn 62 enthält eine radial nach außen verlaufende, nach oben weisende Leiste 78, die sich unterhalb und in Anlage an unteren Enden 80 der radial nach innen verlaufenden Keile 74 befindet, so daß der Ventilgehäuseabschnitt 16 durch den Haltedorn 62 in Längsrichtung gegenüber dem oberen Gehäuseadapter 14 festgehalten wird.
Ein oberer ringförmiger Ventilsitz 82 ist in einer unteren Innenbohrung des Haltedorns 62 aufgenommen, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 84 vorgesehen ist.
Ein kugelförmiges Kugelventilglied 86 liegt dem oberen Sitz 82 abdichtend an und auch einem unteren ringförmigen Sitz 88.
Der untere Sitz 88 ist in einer oberen Innenbohrung eines unteren Sitzhalterdorns 90 aufgenommen, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 92 vorgesehen ist.
Der untere Sitzhalterdorn 90 wird gegenüber dem oberen Haltedorn 62 durch eine C-Klammer 94 an seinem Ort gehalten, die in Figur 1A sichtbare obere und untere Enden 96 und 98 hat.
Ein Paar von Tellerfedern 100 spannt den unteren ringförmigen Sitz 88 gegen das kugelförmige Kugelventilglied 86 vor.
Das Prüfventil 10 enthält einen in Längsrichtung durchgehenden Durchflußkanal 102. Das Kugelventilglied 86 ist in Figur 1A in einer geschlossenen Stellung gezeigt, die den Durchflußkanal 102 schließt.
Das Kugelventilglied 86 hat eine durchgehende zylindrische Kugelventilbohrung 104, die zu dem Durchflußkanal 102 ausgerichtet werden kann, um das Prüfventil 10 in eine offene Stellung zu stellen.
Ein Betätigungsarm 106 enthält einen daran angeordneten Betätigungsansatz 108, der in eine exzentrische Bohrung 110 eingreift, die seitlich in dem Kugelventilglied 86 angeordnet ist, so daß das Kugelventilglied 86 bei einer Abwärtsbewegung des Betätigungsarms 106 gegenüber dem Gehäuse 12 in eine offene Stellung verdreht werden kann.
Tatsächlich sind zwei solche Betätigungsarme 106 mit Ansätzen 108 vorgesehen, die in zwei exzentrische Bohrungen 110 in einer solchen Weise eingreifen, wie sie im einzelnen in dem USA-Patent 3,856,085 von Holden et al. dargestellt und beschrieben sind, das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist.
Antriebskolbenmittel 112 enthalten einen oberen Antriebsdornabschnitt 114 und einen unteren Antriebsdornabschnitt 116, die durch Gewinde bei 118 miteinander verbunden sind, wobei dazwischen eine Dichtung 119 vorgesehen ist. An dem unteren Antriebsdornabschnitt 116 ist ein Antriebskolben 120 ausgebildet, der in einer zylindrischen Innenbohrung 122 des Antriebsgehäuseabschnitts 20 aufgenommen ist. Gleitdichtmittel 124 dichten zwischen dem Antriebskolben 120 und der Bohrung 122 ab.
Der obere Antriebsdornabschnitt 114 enthält radial nach außen verlaufende Keile 126, die mit einer Vielzahl von radial nach innen verlaufenden Keilen 128 des Schernippels 18 ihn Eingriff sind, um deren gegenseitige Verdrehung zu verhindern.
Ein Zwischenteil des oberen Antriebsdornabschnitts 114 ist eng in einer Bohrung 130 des Schernippels 18 aufgenommen und dazwischen ist eine Dichtung durch Dichtungen 132 vorgesehen.
Ein Aufsatz 134 des Antriebsdorns ist bei 136 mit dem oberen Ende des oberen Antriebsdornabschnitts 114 mit Gewinde angebracht.
Eine Verbinderanordnung 138 enthält ein oberes Verbinderstück 140 und ein unteres Verbinderstück 142, die bei 144 miteinander schraubverbunden sind.
Das obere Verbinderglied 140 enthält eine Nut 146, in der eine Lippe 148 des Betätigungsarms 106 derart aufgenommen ist, daß sich der Betätigungsarm 106 und das obere Verbinderstück 140 zusammen in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses 12 bewegen.
Der Aufsatz 134 des Antriebsdorns ist zwischen nach oben und unten weisenden Flächen 150 und 152 der Verbinderanordnung 138 gehalten, so daß bei einer Längsbewegung der Antriebsdornmittel 112 die Verbinderanordnung 138 damit in Längsrichtung beweglich ist, was damit auch die Betätigungsarme 106 in Längsrichtung bewegt, derart, daß das Kugelventil 86 betätigt wird.
Der untere Sitzhalterdorn 90 hat eine zylindrische Außenfläche 154, die eng in einer Bohrung 156 des oberen Stücks 140 der Verbinderanordnung aufgenommen ist, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 158 vorgesehen ist.
Das untere Stück 142 der Verbinderanordnung hat eine innere Zylinderfläche 160 des oberen Antriebsdornabschnitts 114, die eng in dessen Bohrung 162 aufgenommen ist, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 164 vorgesehen ist.
Eine Außenfläche 166 des unteren Stücks 142 der Verbinderanordnung ist eng und gleitend in einer Bohrung 168 des Ventilgehäuseabschnitts 16 aufgenommen, wobei dazwischen eine Gleitdichtung durch einen O-Ring 170 vorgesehen ist.
Eine Vielzahl von radial verlaufenden Öffnungen 172 erstrecken sich durch den oberen Antriebsdornabschnitt 114, um eine hydraulische Blockierung zu verhindern, wenn die Antriebsdornmittel 112 die Verbinderanordnung 138 verstellen.
Der Ventilgehäuseabschnitt 16 ist mit dem Schernippel 18 bei 174 schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 176 vorgesehen ist.
Im oberen Schernippel 18 sind ein oder mehrere Scherstifte 178 angeordnet, die durch Scherstifthalter 180 am Ort gehalten werden, die in den oberen Schernippel 18 eingeschraubt sind.
Jeder der Scherstifte 178 ist anfänglich teilweise in einer äußeren Ringnut 182 des oberen Antriebsdornabschnittes 114 aufgenommen, derart, daß anfänglich die Antriebsdornmittel 112 in der in den Figuren gezeigten Stellung festgehalten sind und dadurch das Kugelventil 86 in einer geschlossenen Stellung gehalten ist. Wie weiter unten erläutert wird, scheren die Scherstifte 178 ab, wenn ein entsprechender Differenzdruck an den Antriebskolben 120 angelegt wird, wodurch die Antriebskolbenmittel 112 freigegeben werden und das Kugelventil 86 in eine offene Stellung verstellen können, in der seine Bohrung 104 zum Durchflußkanal 102 des Werkzeugs 10 ausgerichtet ist.
Der obere Schernippel 18 ist bei 184 mit dem Antriebsgehäuseabschnitt 20 schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung durch einen O-Ring 186 vorgesehen ist.
Durch die Wandung des Antriebsgehäuseabschnitts 20 erstrecken sich oberhalb der Dichtungen 124 des Antriebskolbens 120 ein oder mehrere Antriebsöffnungen 188, um eine Oberseite 190 des Antriebskolbens 120 mit dem Bohrlochringraum außerhalb des Gehäuses 12 zu verbinden.
Wie Fachleute in dieser Technik verstehen werden, ist der Antriebskolben 120 tatsächlich als eine Ringfläche zwischen einem durch die Dichtung 124, die der Bohrung 122 anliegt, bestimmten Außendurchmesser und einem durch eine Dichtung 206 bestimmten Innendurchmesser gegeben, die einer Außenfläche 202 des unteren Antriebsdornabschnitts 116 anliegt.
Eine Unterseite 192 des Antriebskolbens 120 ist mit einer Federkammer 194 verbunden, die innerhalb des Gehäuses 12 bestimmt ist.
Die Federkammer 194 enthält ein erstes Kammerteil 196, das sich zwischen dem Antriebskolben 120 und dem Verbindernippel 22 der ersten Federkammer befindet, ein zweites Federkammerteil 198, das zwischen dem Verbindernippel 22 der Federkammer und einem oberen Füllernippel 30 bestimmt ist, und ein drittes Federkammerteil 200, das in Längsrichtung zwischen dem oberen Füllernippel 30 und dem Verbindernippel 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer bestimmt ist.
Das erste Federkammerteil 196 ist radial zwischen dem unteren Antriebsdornabschnitt 116 und dem Antriebsgehäuseabschnitt 20 bestimmt.
Eine Außenfläche 202 des unteren Teils des unteren Antriebsdornabschnitts 116 ist eng und gleitend in einer Bohrung 204 des Verbindernippels 22 der Federkammer aufgenommen, wobei dazwischen zwei in Längsrichtung im Abstand angeordnete Dichtungen 206 und 208 vorgesehen sind.
Der Antriebsgehäuseabschnitt 20 ist mit dem Verbindernippel 22 der Federkammer bei 210 schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung durch die Dichtung 212 vorgesehen ist.
Ein oder mehrere Entlastungslöcher 214 verbinden den Bohrlochringraum mit einer inneren Ringnut 216 des Verbindernippels 22 der Federkammer zwischen den Dichtungen 206 und 208, um eine hydraulische Blockierung der Antriebsdornmittel 112 zu verhindern, wenn diese sich innerhalb des Verbindernippels 22 der Federkammer bewegen.
Das untere Ende des Verbindernippels 22 der Federkammer ist mit dem inneren Glied 26 des Gehäuseabschnitts 24 für die obere Federkammer an der Gewindeverbindung 218 schraubverbunden, wobei dazwischen bei 220 eine Dichtung vorgesehen ist.
Ein äußeres konzentrisches Glied 28 des Gehäuseabschnitts 24 der oberen Federkammer ist bei 222 mit dem unteren Ende des Verbindernippels 22 der Federkammer schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung durch Dichtmittel 224 vorgesehen ist.
Eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Öffnungen 226 erstreckt sich durch den Verbindernippel 22 der ersten Federkammer, um das erste Federkammerteil 196 und das zweite Federkammerteil 198 zu verbinden.
Das zweite Federkammerteil 198 ist radial zwischen den inneren und äußeren konzentrischen Gliedern 26 und 28 des Gehäuseabschnittes 24 der oberen Federkammer bestimmt.
Eine äußere Zylinderfläche 228 des inneren konzentrischen Gliedes 26 ist eng in einer Bohrung 230 des oberen Füllernippels 30 aufgenommen, wobei dazwischen ein Paar von Dichtungen durch die Dichtungen 232 und 234 vorgesehen ist. Der obere Füllernippel 30 besitzt eine Fluidfüllöffnung und darin einen (nicht gezeigten) Stopfen, wie es in der Technik wohlbekannt ist.
Eine Vielzahl von Entlastungslöchern 236 verbindet eine innere Ringnut 238 des Verbindernippels 30 der zweiten Federkammer mit dem Bohrlochringraum.
Das äußere konzentrische Glied 28 des Gehäuseabschnitts 24 der oberen Federkammer ist bei 240 mit dem oberen Füllernippel 30 schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung durch Dichtungen 242 vorgesehen ist.
Eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Öffnungen 244 erstreckt sich durch den oberen Füllernippel 30, um das zweite Federkammerteil 198 mit einem dritten Federkammerteil 200 zu verbinden.
Das dritte Federkammerteil 200 ist radial zwischen der inneren rohrförmigen Anordnung 34 und der äußeren rohrförmigen Anordnung 36 des Gehäuseabschnittes 32 für die untere Federkammer bestimmt. Wie vorstehend beschrieben, sind jedes der inneren und äußeren Anordnungen 34 und 36 des Gehäuseabschnittes 32 für die untere Federkammer aus einer Vielzahl von miteinader verbundenen Gliedern konstruiert.
Das erste Teil 48 der inneren Anordnung 32 ist bei 246 mit dem oberen Füllernippel 30 schraubverbunden, wobei dazwischen eine Dichtung bei 248 vorgesehen ist.
Erste und zweite Teile 48 und 50 der inneren Anordnung 34 sind bei 250 miteinander schraubverbunden, wobei dazwischen bei 252 eine Dichtung vorgesehen ist.
Eine äußere Zylinderfläche 254 des unteren Endes des zweiten Teils 50 ist eng in einer Bohrung 256 eines dritten Teils 52 aufgenommen, wobei dazwischen bei 258 eine Dichtung vorgesehen ist.
Dritte und vierte Teile 52 und 54 der inneren Anordnung 34 sind bei 260 miteinander schraubverbunden, wobei dazwischen bei 262 eine Dichtung vorgesehen ist.
Eine äußere Zylinderfläche 264 des vierten Teils 54 der inneren Anordnung 34 ist eng in einer Bohrung 266 des Verbindernippels 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer aufgenommen, wobei dazwischen bei 268 eine Dichtung vorgesehen ist.
Hinsichtlich der äußeren Anordnung 36 des Gehäuseabschnitts 32 für die untere Federkammer ist deren erster Gehäuseabschnitt 56 bei 270 mit dem oberen Füllernippel 30 schraubverbunden, wobei dazwischen bei 272 eine Dichtung vorgesehen ist.
Der erste Gehäuseabschnitt 56 ist an einer Schraubverbindung 274 mit dem unteren Füllernippel 58 schraubverbunden, wobei dazwischen bei 276 eine Dichtung vorgesehen ist.
Der untere Füllernippel 58 ist an einer Schraubverbindung 278 mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 60 der äußeren Anordnung 36 Schraubverbunden, wobei dazwischen bei 280 eine Dichtung vorgesehen ist.
Der zweite Gehäuseabschnitt 60 ist an einer Schraubverbindung 282 mit dem Verbindernippel 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer schraubverbunden, wobei dazwischen bei 284 eine Dichtung vorgesehen ist.
Der untere Füllernippel 58 hat eine durchgehende Füllöffnung 286, die durch einen Stopf en 288 verschlossen ist.
In Längsrichtung ist zwischen dem Verbindernippel 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer und dem unteren Adapter 46 eine Ausgleichskammer 290 bestimmt. Die Ausgleichskammer 290 ist radial als der Ringraum zwischen den inneren und äußeren Gliedern 42 und 44 des Ausgleichskammergehäuseabschnitts 40 bestimmt.
Das innere Glied 42 ist an der Schraubverbindung 292 mit dem Verbindernippel 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer schraubverbunden, wobei dazwischen bei 294 eine Dichtung vorgesehen ist.
Das äußere rohrförmige Glied 44 ist an der Schraubverbindung 296 mit dem Verbindernippel 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer schraubverbunden, wobei dazwischen bei 298 eine Dichtung vorgesehen ist.
Eine äußere Zylinderfläche 300 des inneren rohrförmigen Glieds 42 ist eng in einer Bohrung 302 des unteren Gehäuseadapters 46 aufgenommen, wobei dazwischen bei 304 eine Dichtung vorgesehen ist.
Das äußere rohrförmige Glied 44 ist an der Schraubverbindung 305 mit dem unteren Gehäuseadapter 46 schraubverbunden.
Eine Ausgleichsöffnung 306 erstreckt sich durch das äußere rohrförmige Glied 44 des Ausgleichskammergehäuseabschnitts 40, um die Ausgleichskammer 290 mit dem Bohrlochringraum außerhalb des Gehäuses 12 zu verbinden.
Ein ringförmiger Schwimmkolben 308 ist in der Ausgleichskammer 290 oberhalb der Ausgleichsöffnung 306 aufgenommen, um eine Sperre zwischen dem Bohrfluid, das durch die Ausgleichsöffnung 306 eintritt, und dem Öl oder einem anderen sauberen Fluid zu bilden, das die Ausgleichskammer 290 füllt, wie weiter unten beschrieben ist.
Im oberen Ende der Ausgleichskammer 290 ist eine Zumeßpatrone 310 angeordnet und eng zwischen den inneren und äußeren rohrförmigen Gliedern 42 und 44 aufgenommen, wobei Dichtungen 312 und 314 zwischen der Zumeßpatrone 310 und den inneren und äußeren Gliedern 42 bzw. 44 abdichten.
Die Zumeßpatrone 310 wird in Längsrichtung am Platz zwischen einem unteren Ende 316 des Verbindernippels 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer und einer radial nach außen verlaufenden Ringleiste 318 des inneren rohrförmigen Gliedes 42 des Ausgleichskammergehäuseabschnitts 40 gehalten.
Druckerhöhende Kanalmittel 320 erstrecken sich in Längsrichtung durch die Zumeßpatrone 310, um deren obere und untere Enden 324 und 325 zu verbinden. Die Zumeßpatronenmittel 310 enthalten auch Druckentlastungskanalmittel 322, die ebenfalls ihre oberen und unteren Enden 324 und 325 verbinden.
Das obere Ende 324 der Zumeßpatronenmittel 310 ist mit der Federkammer 194 durch eine Vielzahl von längsverlaufenden Öffnungen 326 verbunden, die sich durch den Verbindernippel 38 von der Federkammer zur Ausgleichskammer erstrecken.
Der Zweck der Druckerhöhungskanalmittel 320 liegt darin, einen Fluidfluß von der Ausgleichskammer 290 nach oben durch die Zumeßpatrone 310 zu der Federkammer 194 zu gestatten, um Zunahmen des Bohrlochringraumdrucks auf die Federkammer 194 zu übertragen.
Die Druckerhöhungskanalmittel 320 enthalten darin angeordnet ein oberes Filter 321, ein Druckentlastungs- oder Rückschlagventil 323, eine Strömungsdrossel 328 und ein unteres Filter 327.
Die Strömungsdrossel 328 enthält eine Düse mit kleiner Öffnung, die den Durchfluß von Fluid aus der Ausgleichskammer 290 zur Federkammer 194 behindert, derart, daß eine Zeitverzögerung in der Übertragung von Zunahmen des Bohrlochringraumdrucks von der Ausgleichskammer 290 zu der Federkammer 194 erzeugt wird.
Das Druckentlastungsventil 323 gestattet den Durchfluß in einer Aufwärtsrichtung, wenn der Druck in der Ausgleichskammer 290 den Druck in der Federkammer 194 um einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 2,76 MPa (400 psi) übersteigt. Das Druckentlastungsventil 323 erlaubt keinen Durchfluß in Abwärtsrichtung durch den Druckerhöhungskanal 320.
Der Druckentlastungskanal 322 enthält ein oberes Filter 329, eine Strömungsdrossel 330, ein Druckentlastungs- oder Rückschlagventil 331 und ein unteres Filter 332. Das Rückschlagventil 331 erlaubt einen Durchfluß nach unten, aber verhindert einen aufwärts gerichteten Durchfluß. Die Strömungsdrossel 330 behindert den Fluidfluß nach unten durch den Druckentlastungskanal 322 und erzeugt eine Zeitverzögerung bei der Übertragung von Abnahmen des Bohrlochringraumdrucks von der Ausgleichskammer 290 zu der Federkammer 194.
Die Federkammer 194 und die Ausgleichskammer 290 sind beide vorzugsweise mit Silikonöl gefüllt, so daß das gesamte Volumen des Silikonols von der Dichtung 124 an dem Antriebskolben 120 nach unten bis zu dem in Figur 1H zu sehenden Schwimmkolben 308 reicht.
Die Federkammer 194 muß ein Volumen an Silikonöl enthalten, das groß genug ist, um um einen Betrag komprimiert zu werden, der einer Verschiebung des Antriebskolbens 120 gleich ist. Diese Verschiebung ist gleich der Differenzfläche zwischen den Dichtungen 124 und 206 multipliziert mit dem Längshub des Kolbens 120, der notwendig ist, um das kugelförmige Ventilglied 86 aus seiner geschlossenen in seine offene Stellung zu verstellen.
Ein Problem bei Werkzeugen, die eine Federkammer mit kompressibler Flüssigkeit verwenden, besteht darin, daß Vorsorge für die Ausdehnung oder Kontraktion der kompressiblen Flüssigkeit infolge von Temperaturänderungen getroffen werden muß. Insbesondere, wenn die Vorrichtung 10 in ein Bohrloch herabgelassen wird, nehmen die Temperaturen typischerweise zu und das in der Federkammer 194 und der Ausgleichskammer 290 enthaltene Silikonöl dhent sich aus.
Typische Werkzeuge nach dem Stand der Technik, die Federkammern mit einer kompressiblen Flüssigkeit verwenden, wie die, die in den USA-Patenten 4,109,924; 4,109,725; 4,444,268 und 4,448,254 gezeigt sind, ermöglichen diese Ausdehnung dadurch, daß sie eine Änderung im Gesamtvolumen der die Flüssigkeit enthaltenden Kammern zulassen. Jedoch ist manchmal die Ausdehnung der Flüssigkeit größer als deren Kompression unter dem hydrostatischen Druck im Bohrlochringraum und erreicht und übersteigt den gesamten verfügbaren Raum für eine solche Ausdehnung infolge des Einschlusses in die Kammern. In solchen Fällen erreicht die Flüssigkeit als Folge dieses Einschlusses einen höheren Druck, woraus sich ein höherer Betriebsdruck für das Werkzeug ergibt, wenn der Ringraumdruck erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues und verbessertes Verfahren zur Verfügung, um diese überschüssige Volumenausdehnung der kompressiblen Flüssigkeit aufzunehmen.
Die vorliegende Erfindung sieht in dem Schwimmkolben 308 angeordnete Entlastungsventilmittel 336 vor, um Flüssigkeit aus der Ausgleichskammer 290 in den Bohrlochringraum abzulassen. Dies geschieht wie folgt.
Der ringförmige Schwimmkolben 308 enthält radial innere und äußere obere Dichtungen 338 und 340, die der Außenfläche 300 des inneren rohrförmigen Gliedes 42 und einer zylindrischen Innenfläche 342 des äußeren rohrförmigen Gliedes 44 eng anliegen.
Der Schwimmkolben 308 enthält einen Ablaßkanal 344, der eine Vielzahl von vertikal verlaufenden Bohrungen 346, eine innere Ringnut 348, eine innere Ringnut 350 von verringertem Durchmesser, eine Vielzahl von radial verlaufenden Öffnungen 352 und eine sich radial nach außen verjüngende Nut 354 enthält, die von den Radialöffnungen 352 geschnitten wird.
Die Entlastungsventilmittel 336 enthalten ein federndes Ringband 356, das in der sich verjüngenden Nut 354 so angeordnet ist, daß das Band 356 in einer zusammengezogenen Stellung die Radialöffnungen 352 schließt.
Das äußere Glied 44 des Ausgleichskammergehäuseabschnitts 40 enthält einen Bohrungsteil 358 von vergrößertem Durchmesser.
Wenn sich der Schwimmkolben 308 in seiner untersten Stellung befindet und sein unteres Ende auf das obere Ende des unteren Adapters 46 stößt, befindet sich das federnde Ringband 356 an dem Teil 358 mit vergrößertem Innendurchmesser des äußeren rohrförmigen Gliedes 44, so daß, wenn der Fluiddruck innerhalb der Ausgleichskammer 290 den Bohrlochringraumdruck übersteigt, Fluid aus der Ausgleichskammer 290 durch den Ablaßkanal 344 an dem federnden Ringband 356 vorbei in direktem Kontakt mit dem Bohrlochringraumfluid fließt, das in das Gehäuse 12 durch die Ausgleichsöffnung 306 eintreten kann.
Wenn sich das in der Federkammer 194 und der Ausgleichskammer 290 enthaltene Silikonöl infolge des hydrostatischen Drucks im Bohrlochringraum oder infolge einer Temperaturabnahme zusammenzieht, oder wenn Fluid aus der Ausgleichskammer 290 infolge einer Zunahme des Bohrlochringraumdrucks zur Betätigung des Werkzeugs in die Federkammer 194 gedrückt wird, bewegt sich der Schwimmkolben 308 innerhalb der Ausgleichskammer 290 nach oben und das federnde Ringband 356 verhindert den Durchfluß von Fluid durch den Ablaßkanal 344, da der Ringraumdruck das Band auf dessen Öffnung drückt. Radial innere und äußere untere Ringdichtungen 360 und 362 liegen dann abdichtend an den inneren und äußeren rohrförmigen Gliedern 42 und 44 an und verhindern einen Fluidfluß an dem Schwimmkolben 308 vorbei und somit zwischen dem Silikonöl und dem Fluid im Bohrlochringraum.
Man sieht daher, daß der Ablaßkanal 344 und das federnde Ringband 356 der Entlastungsventilmittel 336 so arbeiten, daß sie dem Fluid nur dann, wenn sich der Schwimmkolben in seiner untersten Stellung in der Ausgleichskammer 290 befindet, wie in Figur 1H gezeigt ist, ermöglichen, aus der Ausgleichskammer 290 in den Bohrlochringraum zu fließen.
Der Schwimmkolben 308 kann allgemein so beschrieben werden, daß er die Ausgleichskammer 290 in eine obere erste Zone oberhalb des Kolbens 308 und eine untere zweite Zone unterhalb des Kolbens 308 unterteilt.
Die Prüfventilvorrichtung 10, die in Figuren 1A-1H dargestellt ist, wird zunächst in einem Prüfstrang wie dem, der zum Beispiel im einzelnen in dem USA-Patent 4,444,254 beschrieben ist, zusammengebaut und wird dann mit den verschiedenen Teilen der Vorrichtung 10 in den in Figuren 1A-1H gezeigten Stellungen in ein Bohrloch herabgelassen.
Wenn die Vorrichtung 10 in das Bohrloch herabgelassen wird und auf höhere Temperaturen trifft, dehnt sich das in der Federkammer 194 und der Ausgleichskammer 290 enthaltene Silikonöl aus und kann aus der Ausgleichskammer 290 durch den Ablaßkanal 344 vorbei an dem federnden Ringband 356 der Entlastungsventilmittel 336 aus der Ausgleichskammer 290 heraustreten, wenn sich der Schwimmkolben 308 in seiner untersten Stellung befindet.
Die in Figur 1B zu sehenden Scherstifte 178 unterstützen anfänglich, daß das Prüfventil 10 in der geschlossenen Stellung gehalten wird, in der das kugelförmige Ventilglied 86 den Durchflußkanal 102 sperrt, wie in Figur 1A zu sehen ist, und verhindert dadurch eine vorzeitige Öffnung des Prüfventils 10, während das Werkzeug in die Bohrung eingefahren wird.
Nachdem der Prüfstrang am Ort innerhalb einer Bohrung ist, wird typischerweise ein Packer des Prüfstrangs in der Bohrlochauskleidung an einer Stelle unterhalb des Prüfventils 10 gesetzt. Alternativ kann der Prüfstrang in einen vorher gesetzten Packer eingebracht werden, wie es in der Technik wohlbekannt ist.
Um dann einen Fließtest an der Bohrung auszuführen, ist es notwendig, die Prüfventilvorrichtung 10 zu öffnen. Dies wird wie folgt erreicht.
Der Bohrlochringraumdruck wird sehr rasch erhöht, und dieser erhöhte Druck wird sofort durch die Antriebsöffnung 188 auf die Oberseite des Antriebskolbens 120 übertragen. Dieser erhöhte Druck wird auch im wesentlichen augenblicklich durch die Ausgleichsöffnung 306 auf die Ausgleichskammer 290 übertragen.
Die Zumeßpatrone 310 und insbesondere die Strömungsdrossel 328 in deren Druckerhöhungskanal 320 erzeugt eine Zeitverzögerung bei der Übertragung dieses erhöhten Bohrlochringraumdrucks von der Ausgleichskammer 290 auf die Federkammer 194. Typischerweise ist diese Zeitverzögerung so ausgestaltet, daß sie in der Größenordnung von ungefähr zwei Minuten liegt.
Wenn daher der Bohrlochringraumdruck rasch ansteigt, wird auf die Oberseite 190 des Antriebskolbens 120 Druck ausgeübt, während die Unterseite 192 des Antriebskolbens 120 noch dem relativ niedrigen Druck in der Federkammer 194 ausgesetzt ist. Diese Druckdifferenz, die auf die Differenzfläche zwischen den Dichtungen 124 und 206 einwirkt, drückt die Antriebsdornmittel 112 nach unten, wodurch die Scherstifte 178 abgeschert werden und die Antriebsdornmittel 112 innerhalb des Gehäuses 12 nach unten verstellt werden. Dadurch werden die Betätigungsarme 106 nach unten gezogen, und das Kugelventil 86 wird in eine offene Stellung verdreht, in der seine Bohrung 104 zu dem Durchflußkanal 102 der Vorrichtung 10 ausgerichtet ist.
Nachdem der erhöhte Bohrlochringraumdruck über eine Länge der Zeit aufrechterhalten worden ist, die größer ist als die Zeitverzögerung durch die Zumeßpatrone 310, erreicht der Druck innerhalb der Federkammer 194 einen Wert von ungefähr 2,76 MPa (400 psi) unter dem Bohrlochringraumdruck. Dieser Unterschied wird durch das Ablaßventil 323 von 2,76 MPa (400 psi) erzeugt, das in dem Druckerhöhungskanal 320 angeordnet ist.
Wenn es dann erwünscht ist, die Prüfventilvorrichtung 10 wieder zu schließen, wird der Bohrlochringraumdruck rasch abgesenkt Der verringerte Bohrlochringraumdruck wird sofort auf die Oberseite 190 des Antriebskolbens 120 übertragen.
Jedoch nimmt der Druck in der Federkammer 194 infolge der Strömungsdrossel 330 im Druckentlastungskanal 322 der Zumeßpatrone 310 nicht sofort ab, und daher entsteht eine nach oben gerichtete Druckdifferenz, die auf den Antriebskolben 120 einwirkt und diesen in seine in Fig. 1B gezeigte ursprüngliche Stellung zurückbewegt, so daß das Kugelventilglied 86 wieder in seine geschlossene Stellung zurückgestellt wird.
Wiederum wird nach einer Zeitdauer, die die Zeitverzögerung durch die Strömungsdrossel 330 in den Drucktlastungskanalmitteln 322 übersteigt, der Überdruck in der Federkammer 194 durch den Druckentlastungskanal 322 abgelassen, so daß am Ende der Druck in der Federkammer 194 wieder den Bohrlochringraumdruck erreicht.
Obwohl das in der vorliegenden Anmeldung nicht dargestellt ist, kann eine Anzahl von Vorrichtungen verwendet werden, um die Stellung der Antriebsdornmittel 112 gegenüber dem Gehäuse 12 aufrechtzuerhalten.
Zum Beispiel offenbart das USA-Patent 4,429,748 von Beck, das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist, eine ähnliche Struktur, die zur Verwendung mit einer Kammer mit kompressiblem Stickstoffgas ausgebildet ist. Diese enthält, wie darin in Figur 2G gezeigt ist, eine federnde Ringanordnung 206, die zwangsläufig die voll geöffnete und voll geschlossene Stellung des Kugelventils steuert.
Eine andere solche Vorrichtung ist in dem USA-Patent 4,444,268 gezeigt, indessen Figur 2D lösbare Haltemittel 198 gezeigt sind, um die zwangsläufige Einstellung der Antriebsdornmittel des dort beschriebenen Werkzeugs zu steuern.
Die besondere Konstruktion des in Figuren 1A-1H gezeigten Prüfventils 10 unter Verwendung einer Federkammer mit flüssigem Silikonöl ist eine solche, die durch Abänderung eines typischen Prüfventils nach dem Stand der Technik, das mit einem kompressiblen Gas betrieben wird, von der Art hergestellt werden kann, wie sie gegenwärtig vom Erwerber der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Eine typische Konstruktion eines solchen Prüfventils nach dem Stand der Technik, das ursprünglich zum Betrieb mit einer Federkammer mit komprimiertem Gas gebaut war, ist in USA-Patent 4,429,748 von Beck gezeigt, das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen worden ist. Speziell offenbaren die Figuren 2A-2G des Beck '748- Patents eine solche Struktur.
Wie sich aus einem Vergleich der Vorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung mit der, die in Figuren 2A-2G des '748-Patentes von Beck gezeigt ist, ergibt, sind die oberen Teile des in der vorliegenden Anmeldung gezeigten Werkzeugs, insbesondere die in Figuren 1A-1C gezeigten Teile vom oberen Adapter 12 nach unten durch den Verbindernippel 22 der ersten Federkammer im wesentlichen der Struktur ähnlich, die in Figuren 2A-2D des '748- Patentes von Beck gezeigt sind.
Im Ganzen finden sich die Unterschiede in den Werkzeugen im Volumen der Federkammer, in der Verschiebung des Antriebskolbens und der Düsenwirkung der Zumeßpatrone.
In Bezug auf die Änderungen im Volumen der Federkammer ist es notwendig, das Volumen der Federkammer stark zu vergrößern, um zu erreichen, daß das Werkzeug auf der Basis einer kompressiblen Flüssigkeit im Vergleich zu einem kompressiblen Gas betrieben werden kann.
Um eine Vorrichtung wie die, die in dem '748-Patent von Beck gezeigt ist, die ursprünglich zum Betrieb mit einem komprimierten Gas konstruiert ist, nun so abzuändern, daß sie ein ausreichendes Federkammervolumen hat, um mit einer kompressiblen Flüssigkeit zu arbeiten, ist es im Grunde notwendig, äene Teile des Werkzeuges nach dem '748-Patent von Beck zu entfernen, die sich unterhalb des Verbindernippels 258 der Federkammer befinden und dafür die Teile der vorliegenden Vorrichtung ein zusetzen, die sich unterhalb des Verbindernippels 22 der Federkammer befinden.
Nach der vorliegenden Erfindung ist das Volumen des ersten Kammerteils 196 und des zweiten Kammerteils 198 der Federkammer 194 ungefähr gleich dem Volumen der Federkammer in dem ursprünglichen Werkzeug, das so konstruiert war, daß es mit komprimiertem Stickstoff arbeitete.
Die vorliegende Erfindung fügt der Federkammer 194 das zusätzliche Kammerteil 200 zu, um ein ausreichendes Volumen zu schaffen, so daß das Werkzeug durch Komprimieren von Silikonöl anstelle der Kompression von Stickstoffgas arbeiten kann.
Zusätzlich wurde die Prüfventilvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer typischen Einrichtung nach dem Stand der Technik, die mit Stickstoffgas arbeitet, so verändert, daß die Differenzfläche des Antriebskolbens verkleinert wurde. Dies geschah, um die Verstellung des Antriebskolbens und damit das erforderliche Volumen von Silikonöl zu minimieren.
Dies wurde dadurch erreicht, daß ein abgeänderter unterer Antriebsdornabschnitt 116 vorgesehen wird, der einen Antriebskolben 120 von verringertem Durchmesser enthält, sowie ein abgeänderter Antriebsgehäuseabschnitt 20, der eine innere Zylinderfläche 122 von verringertem Durchmesser enthält.
Zum Beispiel ist in einer Abänderung eines typischen Werkzeugs nach dem Stand der Technik, das ursprünglich für eine Feder mit komprimiertem Stickstoffgas ausgebildet war, die wirksame Differenzfläche des Antriebskolbens 120 von 49,6 cm² (7,69 Quadrat-Zoll) auf 20,2 cm² (3,13 Quadrat-Zoll) verringert. Dieses bestimmte Werkzeug hat einen Betriebs-Differenzdruck von ungefähr 10,3 MPa (1500 psi) sowohl vor als auch nach der Abänderung der Kolbenfläche.
Weiterhin versteht sich, daß bei einer Abänderung eines Werkzeugs zum Betrieb durch Kompression von Silikonöl anstelle der Kompression von Stickstoffgas die Übertragung einer gegebenen Druckänderung auf das Silikonöl durch eine viel geringere Volumkompression des Silikonöls im Vergleich zu der Volumkompression erreicht wird, die notwendig ist, um eine gegebene Druckänderung auf Stickstoffgas zu übertragen.
So ist die Menge von Silikonöl, die aus der Ausgleichskammer 290 durch die Zumeßpatrone 310 in die Federkammer 194 und in umgekehrter Richtung bei Herabsetzung des Bohrlochringraumdrucks fließen muß, bei einem zum Betrieb durch Komprimierung von Silikonöl ausgebildeten Werkzeug viel geringer im Vergleich zu einem Werkzeug, das zum Betrieb durch Kompression von Stickstoffgas ausgebildet ist.
Um eine gleichwirkende Zeitverzögerung bei der Übertragung von Änderungen des Bohrlochringraumdrucks auf die Federkammer zu erzeugen, ist es daher notwendig, eine stärkere Drosselung des Fluiddurchflusses durch die Druckerhöhungsund Druckentlastungskanäle 320 und 322 der Zumeßpatrone 310 vorzusehen. Dies wird dadurch erreicht, daß Strömungsdrosseln 328 und 330 mit einem viel kleineren Durchtrittsquerschnitt in deren Düsen im Vergleich zu den Drosseln, die bei einem Stickstoffgaswerkzeug verwendet werden, vorgesehen sind.
Eine weitere Änderung ist erkennbar, wenn man das Werkzeug der vorliegenden Erfindung mit einer Einrichtung wie der, die in dem '948-Patent von Beck gezeigt ist, vergleicht. Diese Änderung besteht darin, daß die vorliegende Vorrichtung nicht notwendigerweise einen Schwimmkolben braucht, der sich oberhalb der Zumeßpatronenmittel 310 befindet, während ein durch die Kompression von Stickstoffgas betriebenes Werkzeug einen Schwimmkolben hat, der sich nahe dem unteren Ende seiner Federkammer befindet, um eine Grenze zwischen dem Stickstoffgas in der Federkammer und dem flüssigen Öl zu bilden, das sich unterhalb der Federkammer befindet (siehe den Kolben 210 in Figur 2e des '748-Patentes von Beck). Es versteht sich, daß die Zumeßpatrone 310 für den Durchlaß eines Ölflusses und nicht eines Gasflusses ausgestaltet ist.
Unter Bezugnahme auf das '748-Patent von Beck wird daher der darin in Figur 2e gezeigte Schwimmkolben 210 normalerweise weggelassen, wenn ein solches Werkzeug von Stickstoffgasbetrieb auf Silikonölbetrieb umgestellt wird.
Man kann sich äedoch vorstellen, daß auch in einem Werkzeug, das zum Betrieb durch Kompression von Silikonöl ausgebildet ist, erwünscht sein kann, einen zusätzlichen Schwimmkolben vorzusehen, der sich oberhalb der Zumeßpatrone 310 befindet. Wenn in der Vorrichtung, die in der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist, ein solcher Schwimmkolben vorgesehen werden würde, würde er sich nahe dem unteren Ende des dritten Kammerteils 200 befinden, der in Figur 1F zu sehen ist.
Ein zusätzlicher Schwimmkolben, der sich oberhalb der Zumeßpatrone 310 befindet, wird manchmal eingesetzt, wenn es erwünscht ist, eine andere Flüssigkeit als Silikonöl durch die Zumeßpatrone 310 fließen zu lassen.
Dieser zusätzliche Schwimmkolben könnte sich nahe dem unteren Ende des dritten Kammerteils 200 befinden, wobei die Federkammer 194 oberhalb dieses zusätzlichen Schwimmkolbens mit Silikonöl gefüllt ist und sich eine andere Art von Öl unterhalb des zusätzlichen Schwimmkolbens befindet.
Es versteht sich so, daß es nicht buchstäblich notwendig ist, daß die gesamte Federkammer 194 mit Silikonöl gefüllt ist, sondern lediglich notwendig ist, daß ein ausreichendes Volumen von Silikonöl zur Verfügung gestellt wird, um die Volumänderung zu ermöglichen, die erforderlich ist, um die Verstellung des Antriebskolbens 120 aufzunehmen.
Es versteht sich auch, daß, wenn im unteren Ende des dritten Kammerteils 200 der Federkammer 194 ein zusätzlicher Schwimmkolben vorgesehen würde, die Ausgleichs kammer 290 noch in Fluiddruckverbindung mit der Federkammer 194 stehen würde, obwohl das Fluid in der Ausgleichskammer 190 nicht in direktem Fluidkontakt mit dem Silikonöl in der Federkammer 194 wäre.
Man sieht so, daß die Vorrichtung und Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ohne weiteres die erwähnten und darin enthaltenen Zwecke und Vorteile erreichen. Während bestimmte bevorzugte Ausführungen der Erfindung zu Zwecken der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben worden sind, können durch Fachleute zahlreiche Änderungen in der Anordnung und Konstruktion von Teilen und Schritten vorgenommen werden, wobei die Änderungen vom Umfang der vorliegenden Ansprüche umfaßt werden.

Claims

1. Bohrlochwerkzeug enthaltend ein Gehäuse (12); auf den Druck im Ringraum der Bohrung ansprechende Antriebskolbenmittel (120), die gleitbar in dem Gehäuse angeordnet sind und auf eine kompressible Flüssigkeit einwirken, die eine Federkammer (194) des Gehäuses im wesentlichen vollständig füllt, wobei die Federkammer ein Volumen der kompressiblen Flüssigkeit enthält, das groß genug ist, damit die Flüssigkeit um einen Betrag zusammengedrückt wird, der einer gleitenden Verschiebung der Antriebskolbenmittel gleich ist; eine flüssigkeitsgefüllte Ausgleichskammer (290), die in dem Gehäuse bestimmt ist und mit dem Bohrungsringraum in Verbindung steht; ein Drosselkanal (320), der die Federkammer und die Ausgleichskammer verbindet; und ein Schwimmkolben (308), der in der Ausgleichskammer angeordnet ist und diese in eine erste Zone, die im wesentlichen vollständig mit der kompressiblen Flüssigkeit gefüllt ist, und eine zweite Zone unterteilt, die im wesentlichen vollständig mit Fluid aus dem Bohrungsringraum gefüllt ist und mit dem Äußeren des Gehäuses in Verbindung steht,

gekennzeichnet durch in dem Schwimmkolben angeordnete Einweg-Entlastungsventilmittel (336) zur Abgabe von Flüssigkeit aus der ersten Zone in die zweite Zone, wenn der Druck der kompressiblen Flüssigkeit in der ersten Zone den Druck des Fluids aus dem Bohrungsringraum in der zweiten Zone übersteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ein Durchflußprüfventil ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen durchgehenden Durchflußkanal (102) und darin angeordnete Durchflußventilmittel (86) enthält, die zum Öffnen und Schließen des Durchflußkanals bei Verschiebung des Kolbens im Gehäuse auf Änderungen des Drucks im Bohrungsringraum mit den Antriebskolbenventilmitteln (120) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Durchflußprüfventilvorrichtung ist, die ursprünglich mit einem kompressiblen Gas anstelle der kompressiblen Flüssigkeit in der Federkammer betrieben wurde, daß die Federkammer von der ursprünglich konstruierten Vorrichtung ein Kammerteil (196 und 198) enthält, der so bemessen ist, daß er ein Gasvolumen enthält, das ausreicht, um als kompressible Gasfeder für die Durchflußprüfventilvorrichtung zu dienen, und daß die Federkammer ein zusätzliches Kammerteil (200) enthält, das so bemessen ist, daß das Kammerteil und das zusätzliche Kammerteil zusammen ein Volumen der kompressiblen Flüssigkeit enthalten, das ausreicht, um als kompressible Flüssigkeitsfeder für die Durchflußprüfventilvorrichtung zu dienen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressible Flüssigkeit Siliconöl ist.

5. Eine Bohrlochprüfventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) in verbundener Folge enthält: einen oberen Adapter (14); einen Ventilgehäuseabschnitt (16); einen oberen Nippel (18); einen Antriebsgehäuseabschnitt (20); einen Federkammerverbindernippel (22); einen oberen Federkammergehäuseabschnitt (24) mit konzentrischen inneren und äußeren Rohrgliedern (26 bzw. 28); obere Füllernippelmittel (30); einen unteren Federkammergehäuseabschnitt (32) mit konzentrischen inneren und äußeren Rohrgliedern (34 bzw. 36); einen Verbindernippel (38) von der Federkammer zur Ausgleichskammer; einen Ausgleichskammergehäuseabschnitt (40) mit konzentrischen inneren und äußeren Rohrgliedern (42 bzw. 44); und einen unteren Adapter (46); daß die Vorrichtung ferner in dem Ventilgehäuseabschnitt angeordnete Durchflußventilmittel (86) aufweist; daß die Antriebskolbenmittel (120) in dem Antriebsgehäuseabschnitt angeordnet und mit den Durchflußventilmitteln verbunden sind; daß Zumeßpatronenmittel (310) mit dem Drosselkanal in einem oberen Ende des Ausgleichskammergehäuseabschnitts angeordnet sind; daß die Schwimmkolbenmittel (308) in dem Ausgleichskammergehäuseabschnitt zwischen den Zumeßpatronenmitteln und einer Ausgleichsöffnung (306) angeordnet sind, die sich durch das äußere Rohrglied des Ausgleichskammergehäuseabschnitts erstreckt; und daß die innerhalb des Antriebsgehäuseabschnitts bestimmte Federkammer untere und obere Federkammergehäuseabschnitte enthält, die im wesentlichen vollständig mit der kompressiblen Flüssigkeit gefüllt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohrglied (36) des unteren Federkammergehäuseabschnitts der Gehäusemittel obere und untere Rohrteile (56 bzw. 60) enthält, die durch untere Füllernippelmittel (58) miteinander verbunden sind, und daß die oberen und unteren Füllernippelmittel zum Gebrauch beim Füllen der Federkammer mit der kompressiblen Flüssigkeit bestimmt sind.

7. Verfahren zum Ersatz einer kompressiblen Gasfeder durch eine kompressible Flüssigkeitsfeder in einem Bohrlochwerkzeug zur Herstellung eines Werkzeugs nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Abändern eines Bohrlochwerkzeugs, das zum Betrieb durch einen auf den Bohrungsringraumdruck ansprechenden Antriebskolben konstruiert ist, der auf ein in einer Federkammer angeordnetes kompressibles Gas einwirkt, durch Vergrößern des Volumens der Federkammer;

(b) im wesentlichen vollständiges Füllen der Federkammer mit einem Volumen einer kompressiblen Flüssigkeit, derart, daß die Flüssigkeit um einen Betrag komprimierbar ist, der im Betrieb des Antriebskolbens einer Verschiebung des Antriebskolbens gleich ist.