DE69206238T2

DE69206238T2 - Vorrichtung zur Verwendung im Bohrloch, die durch Ringraumdruck betätigt wird.

Info

Publication number: DE69206238T2
Application number: DE69206238T
Authority: DE
Inventors: Kevin R Manke; Paul D Ringgenberg; Roger L Schultz
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-09-19
Also published as: CA2081083A1; EP0539020B1; EP0539020A1; US5180007A; DE69206238D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein auf Ringraumdruck ansprechendes Bohrlochwerkzeug.
Bekannte Technik umfaßt eine Vielzahl von Bohrlochwerkzeugen, wie beispielsweise Prüfventile, Umlaufventile und Probenehmer, die auf eine Veränderung des Ringraumdrucks ansprechen. Eine spezielle Art von auf Ringraumdruck ansprechendem Werkzeug wurde bereits von uns entwickelt und ist allgemein als auf Niederdruck ansprechendes Werkzeug bekannt. Ein Beispiel eines solchen auf Niederdruck ansprechenden Werkzeuges ist in US-A-4,667,743 (Ringgenberg u.a.) eröffnet. Das auf Niederdruck ansprechende Werkzeug umfaßt einen ersten Kolben mit ersten und zweiten Seiten, die mit dem Ringraum durch erste und zweite Druckleitwege, die im Werkzeug gebildet sind, in Verbindung steht. Eine Verzögerungseinrichtung, wie z.B. eine Dosieröffnung, befindet sich im zweiten Druckleitweg und dient dem Verzögern der Übertragung einer Druckänderung im Ringraum an die zweite Seite des Triebkolbens ausreichend lang, um ein Bewegen des Triebkolbens infolge des Druckunterschieds über dem Triebkolben zu ermöglichen. Die Bewegung des Triebkolbens wird typischerweise durch Verdichtung eines verdichtbaren Gases, wie beispielsweise Stickstoff, realisiert.
Bei solchen Werkzeugen ist es wünschenswert, den Triebkolben und das zugehörige Funktionsteil des Werkzeuges wahlweise in gegebener Position zu sperren, um so beide bei nachfolgenden Änderungen des Ringraumdrucks an einer Bewegung zu hindern. Bisherige Technik hat diese Problematik durch Vermittlung mechanischer Stellgeräte beantwortet, wie z.B. durch eine Nasen- und Schlitzratschengruppe, wie sie in US-A-4,667,743 eröffnet wird. Ein Nachteil der Verwendung mechanischer Stelleinrichtungen, wie z.B. das von Ringgenberg u.a., ist jedoch der Umstand, daß der Triebkolben durch eine festgelegte Anzahl von Bewegungsspielen laufen muß, um die ausgewählte Stellung zu erreichen, die von den verschiedenen Positionen der Ratschengruppe bestimmt werden. Außerdem wird das Werkzeug nur für eine festgelegte Anzahl von Bohrlochringraumdruckspielen in einer ausgewählten Position gehalten.
Jetzt haben wir ein verbessertes System zum beliebigen Sperren des Triebkolbens eines auf Ringraumdruck ansprechenden Werkzeuges in seiner jeweiligen Position für eine unbeschränkte Anzahl von Bohrlochringraumdruckspielen entwickelt. Der Triebkolben kann je nach Bedarf wieder aktiviert werden.
Nach dieser Erfindung wird ein auf Ringraumdruck ansprechendes Werkzeuggerät vermittelt, bestehend aus einem Werkzeuggehäuse mit darin gleitend ausgeführtem Triebkolben; einer ersten Druckleitwegeinrichtung zum Verbinden eines Bohrlochringraumes mit einer ersten Seite besagten Triebkolbens; einer zweiten Druckleitwegeinrichtung zur Verbindung besagten Bohrlochringraumes mit einer zweiten Seite besagten Triebkolbens; Verzögerungseinrichtung zum Verzögern der Übertragung eines ausreichenden Anteils einer Veränderung im Bohrlochringraumdruck an besagte zweite Seite besagten Triebkolbens für einen ausreichend langem Zeitraum, um es dem Druckunterschied zwischen besagter erster Seite und besagter zweiter Seite besagten Triebkolbens zu ermöglichen, diesen, im Verhältnis zum besagten Gehäuse, zu bewegen; ein zum besagten Triebkolben zählendes Funktionsteil zum Bewegen mit besagtem Triebkolben zwischen einer ersten und einer zweiten Position besagten Funktionsteils; sowie einer wahlweise aktivierbaren Bypaßeinrichtung zum Verbinden besagter erster und zweiter Leitwegeinrichtung und somit Umgehen besagten Triebkolbens, so daß besagtes Funktionsteil während nachfolgenden Änderungen besagten Bohrlochringraumdrucks in einer seiner besagten ersten und zweiten Positionen verbleibt.
In einer Ausführung der Erfindung kann das Werkzeug mit einem Funktionsteil des Werkzeuges, wie z.B. einem Prüfventil, in einer ersten Position, wie beispielsweise einer geschlossenen Position, in ein Bohrloch eingefahren werden. Nach Erreichen der gewünschten Bohrlochtiefe und Setzen eines zugehörigen Packersystems wird der Ringraumdruck auf ein erstes Niveau über dem hydrostatischen Druck gesteigert, um den Triebkolben und somit das Prüfventil in eine offene Stellung zu versetzen.
Während der normalen Betriebsweise des Werkzeuges kann der Bohrlochringraumdruck zwischen hydrostatischem und besagtem ersten Niveau gependelt werden, um den Triebkolben und das Prüfventil zwischen den geschlossenen und geöffneten Stellungen des Prüfventils zu bewegen.
Sollte es wünschenswert sein, das Prüfventil in einer geöffneten Stellung zu belassen, während nachher der Bohrlochringraumdruck auf hydrostatischen Druck zurück reduziert wird, läßt sich diese Maßnahme durch Öffnen eines Bypaß am Triebkolben vorbei realisieren, wodurch der Triebkolben vorübergehend umgangen wird. Bei offenem Bypaß läßt sich der Ringraumdruck reduzieren, ohne das Prüfventil wieder in seine geschlossene Stellung zurückzuversetzen.
Der Bypaß wird infolge der Steigerung des Bohrlochringraumdrucks auf ein zweites, höheres Niveau als das erste geöffnet. Der Triebkolben wird danach erst wieder aktiviert, wenn der Ringraumdruck nochmals auf das zweite Niveau angehoben wird.
So wird eine hydraulische Einrichtung vermittelt, mit der sich der Triebkolben eines auf Ringraumdruck ansprechenden Werkzeuges wahlweise deaktivieren und reaktivieren läßt.
Um ein besseres Verständnis der Erfindung herbeizuführen, werden nachfolgend Ausführungen davon beispielhaft beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
FIG. 1A-1I einen Seitenaufriß einer Ausführung des auf Ringraumdruck ansprechenden Strömungsprüfventils dieser Erfindung mit einer hydraulisch aktivierten Sperre zum Sperren des Prüfventils in geöffneter Stellung.
FIG. 2 eine schematische Darstellung eines Flußweges durch den Triebkolben mit zugehörigen Rückschlagventilen, Überdruckventilen und Dosiereinrichtungen zum Vermitteln der hydraulischen Sperrung.
FIG. 3 einen vergrößerten Aufriß eines Flußweges durch den Triebkolben, incl. eines vortaktenden Rückschlagventils, das zum Öffnen oder Schließen eines Bypaß durch den Triebkolben aktiviert werden kann.
FIG. 4 eine ausgelegte Darstellung des J-Schlitz-Mechanismus, der im vortaktenden Rückschlagventil von FIG. 3 zur Verwendung kommt, mit dem das Rückschlagventil lösbar in seiner offenen Stellung gehalten wird.
FIG. 5 einen kompletten Aufriß des Dosierpatronenteils des in FIG. 1H dargestellten Ventils.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf FIG. 1A-1H, wird dort ein Strömungsprüfventil 10 dargestellt, das auch allgemein als auf Ringraumdruck ansprechendes Werkzeuggerät 10 bezeichnet wird.
Das Werkzeug 10 wird in einer Formationstesterkette eines Ölbohrlochs zum Bestimmen der Förderfähigkeit einer unterirdischen Formation verwendet. Die Testerkette wird so in ein Bohrloch eingefahren, daß sich zwischen Testerkette und Bohrlochwand ein Ringraum bildet. Ein zu Prüfventil 10 zählender Packer wird zum Abdichten des unter Ventil 10 liegenden Bohrlochringraums gesetzt. Dieses Ventil wird nachträglich durch Druckveränderung im Bohrlochringraum aktiviert.
Eine solche Strömungstesterkette ist Fachkundigen einschlägig bekannt. Eine detaillierte Beschreibung der Anordnung einer solchen Testerkette in Offshore-Umgebungen mit Angabe der Position eines Prüfventils in solcher Kette, wird beispielhaft in US-A-4,537,258 nach Beck unter Bezugnahme auf FIG. 1 davon dargestellt. Deren Einzelheiten dienen diesbezüglich als Referenz.
Unter Bezugnahme auf FIG. 1A-1I dieser Anwendung umfaßt das Prüfventilgerät 10 dieser Erfindung ein Gehäuse 12 mit einem zentral ausgeführten Flußweg 14, der längs dadurch verläuft.
Gehäuse 12 umfaßt einen oberen Adapter 16, ein Ventilgehäuseteil 18, ein Scherstiftgehäuse 20, einen dazwischen liegenden Nippel 22, ein Triebgehäuseteil 24, ein oberes Gaskammergehäuseteil 26, einen Gasfüllnippel 28, ein unteres Gaskammergehäuseteil 30, einen Ölfüllnippel 32, ein unteres Ölkammergehäuseteil 34 sowie einen unteren Adapter 36. Die hier aufgeführten Bauteile werden in angegebener Reihenfolge von oben nach unten mit herkömmlichen Gewindeund Dichtungsverbindungen zusammengefügt. Das Gehäuse umfaßt gleichfalls ein oberes internes Rohrteil 38, ein internes Verbindungsstück 40 und ein unteres internes Rohrteil 42.
Das obere interne Rohrteil 38 ist über Gewinde 44 mit Gasfüllnippel 28 verschraubt. Die oberen und unteren internen Rohrteile 38 und 42 sind jeweils über Gewinde 46 und 48 mit dem internen Verbindungsteil 40 verschraubt. Das untere interne Rohrteil 42 ist abdichtend in einer Bohrung 50 des unteren Adapters 36 verbunden; dazwischen ist eine O-Ringdichtung 52 ausgeführt.
Eine obere Sitzhalterung 54 ist über Gewinde 56 mit dem oberen Adapter 16 verschraubt. Die obere Sitzhalterung 54 hat eine Mehrzahl von radial nach außen gerichteten Nuten 58, die in eine Mehrzahl radial nach außen gerichteter Nuten 60 auf dem Ventilgehäuseteil 18 eingreifen. Die obere Sitzhalterung 54 umfaßt einen ringförmigen, aufwärts gerichteten Ansatz 62, der in die unteren Enden 64 von Nuten 60 des Ventilgehäuseteils 18 eingreift und somit Ventilgehäuseteil 18 festhält, wobei das untere Ende des oberen Adapters 16 im oberen Ende des Ventilgehäuseteils 18 aufgenommen wird. Dazwischen liegt eine Dichtung 66.
In der oberen Sitzhalterung 54 befindet sich ein ringförmiger oberer Ventilsitz 68 und ein sphärisches Kugelventilteil 70 sitzt im oberen Sitz 68. Durch Kugelventilteil 70 verläuft eine Bohrung 72. In FIG. 1 wird das Kugelventilteil 70 in seiner geöffneten Stellung gezeigt, so daß Bohrung 72 von Kugelventil 70 mit dem längsläufigen Flußweg 14 von Prüfventil 10 abgestimmt ist. Wie im Folgenden näher erörtert wird, trennt das Kugelventil 70 beim Drehen in seine geschlossene Stellung die Bohrung 72 vom zentralen Flußweg 14 von Prüfventil 10 ab.
Das Kugelventil 70 wird zwischen dem oberen Sitz 68 und einem unteren ringförmigen Sitz 74 gehalten. Der untere ringförmige Sitz 74 wird in einer unteren Sitzhaltespindel 76 aufgenommen. Die untere Sitzhaltespindel 76 ist von zylindrischer, käfigartiger Konstruktion, deren oberes Endteil 78 über Gewinde 80 mit dem oberen Sitzhalter 54 verschraubt ist, wodurch Kugelventilteil 70 und Sitze 68 sowie 74 dazwischen festgeklemmt werden. Unter dem unteren Sitz 74 befindet sich eine Belleville-Feder 82, die die erforderliche Klemmung des Kugelventilteils 70 zwischen den Sitzen 68 und 74 vermittelt.
Die zylindrische, käfigartige untere Sitzhalterung 76 hat zwei längsläufige Schlitze, wovon einer in FIG. 1 sichtbar und mit Nummer 84 gekennzeichnet ist. In jedem dieser Schlitze wie 84 wird ein Betätigungsarm aufgenommen, wie er beispielsweise in FIG. 1 mit Nummer 86 ausgewiesen wird. Betätigungsarm 86 trägt eine Betätigungsnase 88, die in eine exzentrische Bohrung 90 eingreift, die durch die Seite des Kugelventilteils 70 so verläuft, daß das Kugelventilteil 70 nach Bewegen des Betätigungsarms 86, im Verhältnis zu Gehäuse 12, in seine geschlossene Position gedreht werden kann, siehe FIG. 1. Tatsächlich gibt es zwei solcher Betätigungsarme 86 mit Nasen 88, die in zwei solcher exzentrischer Bohrungen wie 90 eingreifen. Die Einzelheiten der Kugelventilbewegung werden in US-A-3,856,085 nach Holden u.a. näher erläutert.
Eine Betriebsspindelgruppe 92 umfaßt ein oberes Betriebsspindelteil 94, ein zwischenliegendes Betriebsspindelteil 96 und ein unteres Betriebsspindelteil 98.
Das obere Betriebsspindelteil 94 umfaßt eine radiale äußere, ringförmige Rille 100, die darin gebildet ist und einen radialen, nach innen verlaufenden Ansatz 102 des Betätigungsarms 86 so greift, daß der Betätigungsarm 86 mit dem oberen Betriebsspindelteil 94 in Gehäuse 12 hin und her läuft.
Die untere Sitzhaltespindel 76 hat eine Außenseite 104, die eng in eine interne zylindrische Bohrung 106 des oberen Betriebsspindelteils 94 paßt. Dazwischen ist eine ringförmige Dichtung 108 ausgeführt.
Ein oberes Teil des zwischenliegenden Betriebsspindelteils 96 wird in einer kleiner Bohrung 110 des oberen Betriebsspindelteils 94 aufgenommen. Das obere Betriebsspindelteil 94 trägt eine Mehrzahl von Sperrklauen 112, die jeweils durch ein radiales Fenster 114 im oberen Betriebsspindelteil 94 verlaufen und eine Mehrzahl von ringförmigen Spannfedern 116 aufweisen, die um die radiale Außenseite der Sperrklauen 112 aufgenommen sind und diese radial nach innen durch Fenster 114 gegen den zwischenliegenden Betriebsspindelteil 96 drücken.
Die Betriebsspindelgruppe 92 ist in FIG. 1A-1F dargestellt, wo sich das Ventil in der anfänglichen Einlaufposition befindet, in der das Kugelventilteil 70 offen dargestellt ist. Das Prüfventilgerät 10 kann jedoch auch zunächst mit Kugelventilteil 70 in geschlossener Stellung in das Bohrloch eingefahren werden. Das läßt sich wie folgt bewerkstelligen.
Der zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 trägt eine ringförmige, radiale äußere Rille 118, die in FIG. 1 über den Sperrklauen 112 befindlich dargestellt wird. Das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 ist relativ zum oberen Betriebsspindelteil 94 frei gleitend, bis die Sperrklauen 112 in der ringförmigen Rille 118 aufgenommen werden. So könnte das Prüfventil 10, unter Bezugnahme auf die Ansicht in FIG. 1B, zunächst zusammengebaut werden, wobei das obere Betriebsspindelteil 94 relativ zu Gehäuse 12 aufwärts und das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 aus der in FIG. 1B gezeigten Position verdrängt wird, so daß die Sperrklauen 112 in Rille 118 aufgenommen und gesperrt werden und das Kugelventilteil 70 in eine geschlossene Stellung gedreht wird.
Wenn das Prüfventil 10 andererseits mit Ventilkugel 70 in offener Stellung in das Bohrloch eingefahren wird, siehe FIG. 1B, wird der zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 nachträglich auf eine Art und Weise, die unten näher erläutert wird, abwärts bewegt in Richtung der normalerweise offenen Stellung von Prüfventil 10. Wenn das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 weit genug nach unten gegangen ist, sperren sich die Sperrklauen 112 in der Rille 118, wodurch das obere Betriebsspindelteil 94 mit dem zwischenliegenden Betriebsspindelteil 96 so verriegelt wird, daß nachfolgende Bewegungen des zwischenliegenden Betriebsspindelteils 96 durch den Triebkolben, wie unten näher erläutert wird, dazu führen, daß das obere Betriebsspindelteil 94 mit den Betätigungsarmen 86 die Kugel 70 nach Bedarf zwischen ihren offenen und geschlossenen Stellungen bewegt. Die Betriebsspindelgruppe 92 bewegt sich, im Verhältnis zu Gehäuse 12, aufwärts, um das Kugelventil 70 auf geschlossene Stellung zu drehen sowie abwärts, im Verhältnis zu Gehäuse 12, um das Kugelventilteil 70 in die geöffnete Stellung zu drehen.
Das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 befindet sich in engem gleitenden Kontakt mit einer Bohrung 119 von Scherstiftgehäuse 20. Dazwischen ist eine O-Ringdichtung 120 ausgeführt. Das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 umfaßt einen radial nach außen verlaufenden Flansch 122, der zunächst direkt unter einem oder mehreren Scherstiften 124 steht, die fest mit dem Scherstiftgehäuseteil 20 verbunden sind. Die Scherstifte 124 halten zunächst das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96, um ein Abwärtsbewegen, im Verhältnis zu Gehäuse 12, zu verhindern. So wird ein vorzeitiges Öffnen des Kugelventils 70 verhindert, wenn dieses in geschlossener Stellung in das Bohrloch eingefahren wird.
Durch Scherstiftgehäuseteil 20 verlaufen Druckausgleichsöffnungen 126 und 128, die den Druckausgleich der internen Teile von Werkzeug 10 unterstützen.
Zwischen Trieböffnungsnippel 22 und dem zwischenliegenden Betriebsspindelteil 96 befindet sich eine ringförmige Schlammkammer 130. Durch den Trieböffnungsnippel 22 verlaufen eine oder mehrere Trieböffnung(en) 132, die der Verbindung des Ringraumes, der Werkzeug 10 umgibt und der Schlammkammer 130 dient.
Zwischen Triebgehäuseteil 24 und dem zwischenliegenden Betriebsspindelteil 96 befindet sich eine ringförmige Öltriebkammer 134. Im Inneren der Öltriebkammer 134 befindet sich ein Betätigungskolben 136, der dort gleitend ausgeführt ist. Eine äußere Dichtung 138 dichtet das Triebgehäuse 24 ab, während eine interne Dichtung 140 das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 abdichtet. Der Betätigungskolben 136 kann ebenfalls allgemein als schwimmender Kolben oder Trennkolben bezeichnet werden.
Der Betätigungskolben 136 dient dem Abtrennen von Bohrlochflüssigkeit, normalerweise Schlamm, der aus der hydraulischen Flüssigkeit, d.h. typischerweise in der Öltriebkammer 134 befindliches Öl, in die Trieböffnungen 132 einströmt. Wie nachfolgend näher beschrieben wird, wirkt der Betätigungskolben 136 gleichfalls als Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Aktivieren eines Bypaßventils im Triebkolben.
Ein ringförmiger Triebkolben 142 ist starr mit der Betriebsspindelgruppe 92 verbunden und wird zwischen einem abwärts gerichteten Ansatz 144 des zwischenliegenden Betriebsspindelteils 96 und einem oberen Ende 146 des unteren Betriebsspindelteils 98 gehalten. Das zwischenliegenden Betriebsspindelteil 96 ist über Gewinde 148 mit dem unteren Betriebsspindelteil 98 verschraubt, nachdem der Triebkolben 142 über das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 unter Ansatz 144 eingerichtet wurde.
Triebkolben 142 hat einen Ansatz 145, der in Ansatz 144 greift. In einer alternativen Ausführung (ohne Darstellung) kann Ansatz 144 des zwischenliegenden Betriebsspindelteils 96 durch einen Sperring realisiert werden, der in eine im zwischenliegenden Betriebsspindelteil 96 gebildete Rille greift.
Der Triebkolben 142 hat eine Oberseite 141 und eine Unterseite 143.
Triebkolben 142 trägt eine äußere ringförmige Dichtung 150, die gleitende Abdichtung der internen zylindrischen Bohrung 152 von Triebgehäuseteil 24 vermittelt. Triebkolben 142 führt eine interne Ringdichtung 154, die das zwischenliegende Betriebsspindelteil 96 abdichtet.
Wenn der Triebkolben, im Verhältnis zu Gehäuse 12, infolge des darauf angesetzten Druckunterschieds auf- oder abwärts bewegt wird, wie nachfolgend näher erörtert wird, läuft die Betriebsspindelgruppe 92 mit, um das Kugelventilteil 70 zwischen seinen geöffneten und geschlossenen Stellungen zu bewegen.
Das untere Betriebsspindelteil 98 trägt einen radial nach außen verlaufenden Flansch 156 mit einem darauf gebildeten unteren, kegelförmigen Ansatz 158 sowie einem oberen kegelförmigen Ansatz 160.
Eine Spannpatronen-Befestigungseinrichtung 162 hat ein unteres Ende, das über Gewinde 164 starr mit dem oberen Gaskammergehäuseteil 26 verschraubt ist. Eine Mehrzahl aufwärts verlaufender Spannfinger 166 ist radial nach innen gespannt. Jeder Finger 166 hat einen oberen Spannkopf 168, auf dem jeweils obere und untere kegelförmige Befestigungsansätze 170 und 172 gebildet sind.
In der Ausgangsposition des unteren Betriebsspindelteils 98, siehe FIG. 1, befindet sich der Spannkopf 168 direkt unter Flansch 156, wobei der obere kegelförmige Befestigungsnsatz 170 von Spannkopf 168 in den unteren kegelförmigen Ansatz 158 von Flansch 156 des unteren Betriebsspindelteils 98 greift. Diese Verbindung verhindert ein Abwärtsbewegen der Betriebsspindelgruppe 92 im Verhältnis zu Gehäuse 12, bis ausreichend Abwärtsdruck darauf ausgeübt wird, um die Spannfinger 166 nach außen zu drücken und über Flansch 156 zu führen, was eine Abwärtsbewegung von Betriebsspindel 92, im Verhältnis zu Gehäuse 12, ermöglicht. Ähnlich verhindert der nachfolgende Eingriff des oberen kegelförmigen Ansatzes 160 von Flansch 156 in den unteren kegelförmigen Ansatz 172 von Spannkopf 168 den Rücklauf der Betriebsspindelgruppe in ihre höchste Stellung im Verhältnis zu Gehäuse 12, bis ausreichend Druckunterschied darüber angesetzt wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist Spannpatrone 162 so ausgeführt, daß ein Druckunterschied im Bereich von 3,4 bis 4,8 MPa (500 bis 700 psi) über Triebkolben 142 erforderlich ist, um die Betriebsspindelgruppe 92 an Spannpatrone 162 vorbei zu bewegen. So verhindert die Spannpatrone 162 eine vorzeitige Bewegung der Betriebsspindelgruppe 92 als Reaktion auf unerwartete Ringraumdruckschwankungen.
Eine unregelmäßige ringförmige Ölausgleichskarnmer 174 befindet sich zwischen dem Triebgehäuseteil 24 und dem unteren Betriebsspindelteil 98 unter Triebkolben 142. Die Ölausgleichskammer 174 ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, gefüllt.
Zwischen dem oberen Gaskammergehäuseteil 26 und dem unteren Betriebsspindelteil 98 ist eine obere ringförmige Stickstoffkammer 176 gebildet. Ein ringförmiger Schwimmkolben oder Trennkolben 178 ist gleitend in Stickstoffkammer 176 ausgeführt.
Eine Mehrzahl von längs laufenden Wegen 180 ist um das obere Teil des oberen Gaskammergehäuseteils 26 ausgeführt, um die Ölausgleichskammer 174 mit dem oberen Ende der Stickstoffkammer 176 zu verbinden. Der schwimmende Kolben 178 trennt die darüberliegende hydraulische Flüssigkeit vom verdichteten Gas, wie z.B. dem darunterliegenden Stickstoff in der oberen Stickstoffkammer 176.
Eine ringförmige untere Stickstoffkammer 182 ist zwischen dem unteren Gaskammergehäuseteil 30 und dem oberen internen Rohrteil 28 gebildet. Eine Mehrzahl längsläufig ausgeführter Laufwege 184 geht durch den Gasfüllnippel 28 und verbindet die obere Stickstoffkammer 176 mit der unteren Stickstoffkammer 182. Eine quer ausgerichtete Gasfüllöffnung 186 überschneidet den Laufweg 184 so, daß die oberen und unteren Stickstoffkammern 176 und 182 auf bekannte Weise mit unter Druck stehendem Stickstoffgas befüllt werden können. In Gasfüllöffnung 186 befindet sich zum Regeln der Gasströmung in die Stickstoffkammern und zum Abdichten desselben darin ein Gasfüllventil (ohne Darstellung).
Ein schwimmender oder Trennkolben 188 ist gleitend im unteren Ende der unteren Stickstoffkammer 182 ausgeführt. Er trägt eine ringförmige äußere Dichtung 190, mit der die interne Bohrung 192 des unteren Gaskammergehäuseteils 30 abgedichtet wird. Kolben 188 trägt eine ringförmige interne Dichtung 193, mit der eine zylindrische Außenseite 195 des oberen internen Rohrteils 38 abgedichtet wird.
Der Trennkolben 18 trennt Stickstoffgas in der unteren Stickstoffkammer 182 von darunterliegender hydraulischer Flüssigkeit, wie z.B. Öl, das im unteren Teil von Kammer 182 unter Kolben 188 gehalten wird.
Eine ringförmige Dosierpatrone 194 verläuft längs zwischen dem internen Rohrteilanschluß 40 und dem Ölfüllnippel 32 und ist radial zwischen dem unteren Gaskammergehäuseteil 30 und dem unteren internen Rohrteil 42 ausgeführt. Die Dosierpatrone 194 wird in ihrer Lege durch die soeben benannten Bauteile festgehalten. Die Dosierpatrone 194 hat auf ihrer Außenseite eine ringförmige Dichtung 196, mit der die interne Bohrung 192 des unteren Gaskammergehäuseteils 30 abgedichtet wird. Die Dosierpatrone 194 trägt eine ringförmige interne Dichtung 198, mit der eine zylindrische Außenseite 200 des unteren internen Rohrteils 42 abgedichtet wird.
Ein oberes Ende der Dosierpatrone 194 befindet sich über eine Mehrzahl von Längslaufwegen 202, die in die radiale Außenseite des internen Rohrteilanschlußstücks 40 geschnitten sind, in Verbindung mit der unteren Stickstoffkammer 182.
Die Einzelheiten der Dosierpatronen 194 gehen am besten aus der vergrößerten Ansicht in FIG. 5 hervor.
Die Dosierpatrone 194 hat einen Überdrucklaufweg 204 sowie einen Unterdrucklaufweg 206, die längs durch die Patrone verlaufen und die jeweils die darüberliegenden Ölwege 202 mit den darunterliegenden ringförmigen laufwegen 209 verbinden, die zu einer unteren, ölgefüllten Ausgleichskammer 210 führen. Bin niedrigster schwimmender Kolben oder Trennkolben 212 ist gleitend in Ausgleichskammer 210 ausgeführt und trennt das darüberliegende Öl von den Bohrlochflüssigkeiten, wie beispielsweise Schlamm, der darunter durch eine Ausgleichsöffnung 214, die durch die Wand des unteren Ölkammergehäuseteils 34 verläuft, einströmt.
Im Überdrucklaufweg 204 befinden sich Geräte, die den Ölfluß aufwärts aus der Ausgleichskammer 210 bis zur Unterseite des Trennkolbens 188 regeln. Der Überdrucklaufweg 204 enthält ein Überdruck- oder Rückschlagventil 218 sowie eine Flußeinengung 220. Obere und untere Siebe 224 und 226 decken die Enden des Überdrucklaufwegs 204 ab.
Die Flußeinengung 220 besteht aus einer kleinen Öffnungsdüse, mit der die Flüssigkeitsströmung aus der Ausgleichskammer 210 in die Öllaufwege 202 so eingeengt wird, daß sich eine zeitliche Verzögerung der Übertragung von Drucksteigerungen im Bohrlochringraum an die Unterseite 143 von Triebkolben 142 ergibt.
Teil 218 ist normalerweise eine Überdruckventileinrichtung, die einen Fluß dadurch nach oben zuläßt, wenn der Druck in der Ausgleichskammer 210 um einen festgelegten Wert höher geht, als der Druck in der Stickstoffkammer 193, wie z.B. 2,8 MPa (400 psi). Das Überdruckventil 218 verhindert den Fluß nach unten durch den Überdrucklaufweg 204. In gewissen Fällen kann ein einfaches Rückschlagventil anstelle des Überdruckventils 218 verwendet werden.
Der Unterdrucklaufweg 206 enthält eine Flußeinengung 232 sowie ein Überdruck- oder Rückschlagventil 230.
Überdruckventil 230 ermöglicht ein Strömen dadurch nach unten, verhindert dagegen einen Fluß dadurch nach oben. Auch hier wird das Überdruckventil 230 typischerweise auf einen 2,8 MPa (400 psi) Druckunterschied nach unten eingestellt, der das Überdruckventil 230 öffnet.
Die Flußeinengung 232 behindert die Flüssigkeitsströmung abwärts durch den Unterdrucklaufweg 206 und vermittelt eine zeitliche Verzögerung der Übertragung einer Druckreduktion im Bohrlochringraum an die Unterseite 143 von Triebkolben 142.
Auch hier kann in gewissen Fällen ein einfaches Rückschlagventil anstelle von Überdruckventil 230 verwendet werden.
Obere und untere Siebe 228 und 234 decken die Enden des Unterdrucklaufwegs ab.
Die Funktion der Überdruckventile 218 und 230 läßt sich anhand des folgenden Beispiels besser veranschaulichen. Nachdem das Prüfventil 10 am gewünschten Einsatzort im Bohrloch gesetzt wurde, wird typischerweise eine Drucksteigerung von 6,89 MPa (1000 psi) auf den Bohrlochringraum angesetzt, um Ventil 10 zu aktivieren, so daß der Druck außerhalb von Gehäuse 12 6,89 MPa (1000 psi) höher als der hydrostatische Druck ist.
Das 2,8 MPa (400 psi) Überdruckventil 218 läßt nur 4,1 MPa (600 psi) dieser Drucksteigerung auf die Unterseite 143 von Triebkolben 142 einwirken.
Natürlich kommt es infolge der Flüssigkeitsflußeinengung 220 zu einer nennenswerten Zeitverzögerung einer Größenordnung von ca. zwei Minuten oder länger, bis die gesamte Drucksteigerung von 4,1 MPa (600 psi) an der Unterseite 143 von Triebkolben 142 feststellbar ist.
Wenn unter normalen Umständen, bei denen der Bypaß durch Triebkolben 142 geschlossen ist, wie nachfolgend näher beschrieben wird, der Bohrlochringraum auf hydrostatischen Druck zurückgeht, hält das 2,8 MPa (400 psi) Überdruckventil 230 den Druck zwischen Triebkolben 142 und der Dosierpatrone 194 auf einem Niveau von 2,8 MPa (400 psi) über dem hydrostatischen Druck.
Die Flüssigkeitseinengung 220 im Überdrucklaufweg 204 wird allgemein als Verzögerungseinrichtung 220 bezeichnet und dient der Verzögerung der Übertragung eines ausreichenden Bestandteils der Bohrlochringraumdrucksteigerung an die Unterseite 143 von Triebkolben 142 für einen ausreichenden Zeitraum, um es einem Druckunterschied zwischen der oberen ersten Seite 141 und der unteren zweiten Seite 143 von Triebkolben 142 zu ermöglichen, den Triebkolben und die damit verbundene Betriebsspindelgruppe 92, im Verhältnis zu Gehäuse 12, als Reaktion auf eine schnelle Steigerung des Ringraumdrucks abwärts zu bewegen.
Der Triebkolben 142 wird normalerweise in Gehäuse 12 infolge von Änderungen im Bohrlochringraumdruck auffolgende allgemeine Weise hin und her bewegt.
Eine schnelle Steigerung des Bohrlochringraumdrucks wird direkt auf die Oberseite 141 von Triebkolben 142 übertragen, wogegen die Übertragung an die Unterseite 142 von Triebkolben verzögert wird, so daß ein schneller Anstieg im Bohrlochringraumdruck ein abwärts wirkendes Druckdifferential über dem Triebkolben 142 erzeugt, wodurch dieser im Inneren von Gehäuse 12 abwärts getrieben wird.
Ähnlicherweise erzeugt eine nachfolgende schnelle Abnahme des Bohrlochringraumdrucks ein aufwärts wirkendes Druckdifferential über Triebkolben 142, wodurch dieser, im Verhältnis zu Gehäuse 12, aufwärts getrieben wird.
Diese Hin- und Herbewegungen von Triebkolben 142 in Gehäuse 12 werden mittels der Betriebsspindelgruppe 92 auf das Kugelventil 70 übertragen, das im Verhältnis zu Steigerungen des Bohrlochringraumdrucks geöffnet und normalerweise infolge einer Bohrlochringraumdruckreduktion geschlossen wird.
Gehäuse 12 läßt sich grundsätzlich als eine erste druckleitende Laufwegeinrichtung 236 umfassende Einrichtung bezeichnen, die der Übertragung von Ringraumdruck an die obere und erste Seite 141 von Triebkolben 142 dient. Die erste druckleitende laufwegeinrichtung 236 umfaßt eine Trieböffnung 132, eine ringförmige Schlammkammer und eine Öltriebkammer 134.
Gehäuse 12 kann gleichfalls als mit einer zweiten druckleitenden internen Laufwegeinrichtung 238 ausgeführte Einrichtung bezeichnet werden, die der Verbindung des Bohrlochringraumes mit der unteren oder zweiten Seite 143 von Triebkolben 142 dient. Die zweite druckleitende Laufwegeinrichtung 238 umfaßt eine Ölausgleichskammer 174, längslaufende Wege 180, eine obere Stickstoffkammer 176, längslaufende Wege 184, eine untere Stickstoffkammer 182, längslaufende Wege 202, die Über- und Unterdrucklaufwege 204 und 206, den ringförmigen Laufweg 208, die Ausgleichskammer 210 und die Ausgleichsöffnung 214.
Die Dosierpatrone 194 und die verschiedenen Laufwege sowie die darin befindlichen Bauteile, lassen sich allgemein als eine Verzögerungseinrichtung bezeichnen, die in der zweiten druckleitenden Laufwegeinrichtung 238 zum Verzögern der Übertragung eines ausreichenden Anteils einer Bohrlochringraumdruckänderung an die untere zweite Seite 143 von Triebkolben 142 für ausreichend langen Zeitraum dient, um es einem Druckunterschied zwischen der ersten Seite 141 und der zweiten Seite 143 von Triebkolben 142 zu ermöglichen, den Triebkolben 142, im Verhältnis zu Gehäuse 12, zu bewegen.
Auf das Kugelventil 70 kann allgemein als Funktionsteil 70 Bezug genommen werden, das funktionsmaßig zum Triebkolben 142 zählt und der Bewegung mit Triebkolben 142 zwischen einer ersten geschlossenen und einer zweiten offenen Stellung dient.
Eine wählbar aktivierbare Bypaßeinrichtung, die allgemein mit Nummer 240 gekennzeichnet ist, ist in Triebkolben 142 zur Verbindung der ersten und zweiten laufwegeinrichtungen 236 und 238 ausgeführt, wodurch der Triebkolben 142 umgangen wird, um das Kugelventilteil 70 in seiner geöffneten Stellung zu belassen. Generell kann Kugelventil 70 als während nachfolgenden Änderungen im Bohrlochringraumdruck in seinen geöffneten und geschlossenen Stellungen verbleibend bezeichnet werden. Zu verstehen sein wird, daß bei anderer Anordnung des Kugelventils und seines Betätigungsmechanismus Werkzeug 10 so ausgeführt werden kann, daß es durch Öffnen des Bypaß in seiner geschlossenen Stellung verbleiben kann.
Als Alternative läßt sich die zweite druckleitende Laufwegeinrichtung 238 als inklusive einer ersten Ölkammer 174, einer Kammer für verdichtetes Gas bestehend aus zwei Kammern 176 und 182, einer zweiten Ölkammer mit laufwegen 202 und Kammer 210 sowie einer Ausgleichsöffnung 238 bezeichnen. Kolben 178 läßt sich dann als ein erster Trennkolben 178 bezeichnen, der die erste Ölkammer 174 und die Kammern für das verdichtete Gas 176, 182 voneinander trennt. Der Kolben 188 läßt sich als ein zweiter Trennkolben 188 bezeichnen, der die Kammern für verdichtetes Gas 176, 182 von der zweiten Ölkammer 202, 210 trennt. Der Kolben 212 läßt sich ein dritter Trennkolben bezeichnen, der die zweite Ölkammer 210 von der Ausgleichsoffnung 238 trennt. Ähnlich läßt sich als erste druckleitende Laufwegeinrichtung 236 als inklusive der Trieböffnung 132 und einer dritten Ölkammer bezeichnen. Kolben 136 läßt sich als vierter Trennkolben 136 bezeichnen, der die Trieböffnung 132 und die dritte Ölkammer trennt. Somit läßt sich allgemein die Bypaßeinrichtung 240 als eine Einrichtung zum wahlweise Verbinden der dritten Ölkammer 134 mit der ersten Ölkammer 174 bezeichnen.
Abschnitte der Bypaßeinrichtung sind auf FIG. 1D dargestellt. Die hydraulischen Abschnitte der Bypaßeinrichtung sind in FIG. 2 im Schema dargestellt. FIG. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Bypaßventils von Bypaßeinrichtung 240 und FIG. 4 ist eine ausgelegte Ansicht einer Ratscheneinrichtung, die zum Bypaßventil zählt.
Die Bypaßeinrichtung 240 umfaßt erste, zweite und dritte hydraulisch parallele Flußwege 242, 244 und 246, die sich am besten in FIG. 2 erkennen lassen. Der zweite Flußweg 244 und die zugehörigen Bauteile werden in FIG. 1 dargestellt. Eine vergrößerte Ansicht des zweiten Flußweges 244 und seiner zugehörigen Bauteile erscheint in FIG. 3.
In ihrer Gesamtheit lassen sich die drei Flußwege und die darin enthaltenen Geräte am besten unter Bezugnahme auf das schematische hydraulische Flußbild in FIG. 2 erläutern.
Ein Dosiergerät oder eine Flußeinengung 248 sowie ein Überdruckventil 250 sind im ersten Flußweg 242 durch Kolben 142 ausgeführt. Das Überdruckventil 250 ist zum Entspannen von Druck aus der ersten Flußwegeinrichtung 236 in die zweite Flußwegeinrichtwig 238 ausgeführt, wenn der Druckunterschied dazwischen den Einstellwert des Überdruckventils 250 übersteigt. Das Überdruckventil 250 wird so eingestellt, daß es sich während des normalen Betriebs von Prüfventil 10 nicht öffnet. Wenn also Prüfventil 10 durch steigenden Bohrlochringraumdruck auf beispielsweise 6,89 MPa (1000 psi) über dem hydrostatischen Bohrlochringraumdruck aktiviert wird, verlangt die Ausführung von Überdruckventil 250 zum Öffnen einen Druck über 6,89 MPa (1000 psi).
Das Werkzeug 10 wurde so konstruiert, daß die wahlweise aktivierbare Bypaßeinrichtung 240 durch Steigern des Bohrlochringraumdrucks auf ein zweites Niveau über dem ersten Niveau aktiviert werden kann, auf dem das Werkzeug normalerweise betrieben wird. So kann das Werkzeug beispielsweise zum Aktivieren der Bypaßeinrichtung durch Erhöhen des Bohrlochringraumdrucks auf ein Niveau von 13,8 MPa (2000 psi) über dem hydrostatischen Druck ausgeführt werden. In diesem Beispiel würde das Überdruckventil zur Funktion bei einem Differentialdruck irgendwo zwischen dem ersten und zweiten Niveau ausgeführt, wie z.B. bei einem Druckdifferential im Bereich von 8,3 bis 9,6 MPa (1200 bis 1400 psi). Das Überdruckventil 250 öffnet sich, wenn ausreichend Druckdifferential darauf ausgeübt wird, um Flüssigkeit langsam aus der Öltriebkammer 134 durch das Dosiergerät 248 in die Ölausgleichskammer 174 strömen zu lassen.
Das geschieht auf folgende Weise: Angenommen wir beginnen mit Bohrlochringraumdruck auf hydrostatischem Niveau und Triebkolben 142 befindet sich in seiner höchsten Stellung im Verhältnis zu Gehäuse 12, was der geschlossenen Stellung von Kugelventil 70 entspricht, dann wird der Bohrlochringraumdruck beispielsweise auf 13,8 MPa (2000 psi) über dem hydrostatischen Druck angehoben. Diese Drucksteigerung wird unverzüglich an der Oberseite 141 von Triebkolben 142 feststellbar sein, erreicht die Unterseite 143 von Triebkolben 142 jedoch erst nach einer Verzögerung, so daß der Triebkolben 142, im Verhältnis zu Gehäuse 12, schnell abwärts bewegt wird, wodurch Kugelventil 70 in seine geöffnete Stellung versetzt wird. Während dieser ersten Bewegung geht der Betätigungskolben 136 um den gleichen Betrag abwärts, um die Verdrängung von Triebkolben 142 aufzunehmen. Während der Bohrlochringraumdruck auf 13,8 MPa (2000 psi) beibehalten wird, macht sich dieser Druckunterschied am Überdruckventil 250 bemerkbar und öffnet dieses, wodurch Flüssigkeit langsam durch Dosiergerät 248 dosiert wird, was es dem Betätigungskolben 136 ermöglicht, sich in Richtung Triebkolben 142 zu bewegen.
Dann kommt der zweite Flußweg 244 und die darin befindlichen Geräte zum Zuge. Im zweiten Flußweg 244 befindet sich ein Rückschlagventil 252 und ein vortaktendes Rückschlagventil 254. Das Rückschlagventil 252 verhindert jederzeit das Abwärtsströmen von Flüssigkeit durch den zweiten Flußweg 244. Das vortaktende Rückschlagventil 254 verhindert in seiner normalen, geschlossenen Stellung gleichfalls das Aufwärtsströmen von Flüssigkeit durch den zweiten Flußweg 244. Wenn sich Flußweg 244 in seinem normalen, geschlossenen Zustand befindet, spricht der Triebkolben 142 auf die Veränderung des Bohrlochringraumdrucks an. Das vortaktende Rückschlagventil 254 kann jedoch auf eine Stellung bewegt werden, wo es offen gehalten wird, was ein Strömen von Flüssigkeit aufwärts durch den zweiten Flußweg 244 möglich macht. Wenn das bewerkstelligt ist, wirkt der zweite Flußweg 244 als Bypaß durch den Triebkolben 142, wodurch dieser umgangen wird.
Somit läßt sich das vortaktende Rückschlagventil 254 als wahlweise aktivierbares Bypaßventil 254 bezeichnen. Weiterhin kann der zweite Flußweg 244 als Bypaßweg 244 bezeichnet werden.
Die Konstruktionsweise des vortaktenden Rückschlagventils 254 läßt sich am besten in FIG. 3 erkennen. Das Ventil 254 umfaßt eine Ventilnadel 256 mit spitz zulaufender, kegelförmiger Oberfläche 258, die abdichtend in einen kegelförmigen runden Sitz 260 eingreift, wenn sich das Ventil in einer geschlossenen Stellung befindet, siehe FIG. 3.
Eine untere Spindel 262 verläuft abwärts von Nadel 256 und wirkt als Federführung für eine zusammengedrückte Spiralrücklauffeder 264. Die Rücklauffeder 264 dient als Spanneinrichtung zum Spannen der Nadel 256 in Richtung ihrer geschlossenen Stellung.
Eine Betätigungsspindel 266 verläuft aufwärts von Nadel 256 aus dem zweiten Flußweg 244, siehe FIG. 1D.
Die Nadel hat eine zylindrische Außenseite 268, in die ein endloser Ratschenweg 270 geschnitten ist. Der Ratschenweg 270 kann gleichfalls als endloser J-Schlitz 270 bezeichnet werden.
Das vortaktende Rückschlagventil 254 umfaßt weiterhin eine drehbare Nasenhülse 272 mit einer Nase 274, die von dort radial nach innen in den endlosen Ratschenweg 270 verläuft.
Nach Hin- und Herbewegung der Nadel 256, was unten näher erläutert wird, bewegt sich Nase 274 abwechseln zwischen einer Reihe von geschlossenen Stellungen, die als gestrichelte Linien 275A in FIG. 4 dargestellt sind und einer Reihe von geöffneten Stellungen, die als gestrichelte Linien 274B in FIG. 4 dargestellt sind. Während jeder Aktivierungs- oder Deaktivierungsbewegung des Rückschlagventils 254 wechselt auch die Nase 274 ihre jeweilige Position vorübergehend auf eine Zwischenstellung, die als 272C in FIG. 4 dargestellt ist.
Der ringförmige Sitz 260 ist auf einer mit Gewinde versehenen Ventilhalterung 276 ausgeführt, die über Gewinde 278 mit Triebkolben 142 verschraubt ist. Dazwischen liegt eine O- Ringdichtung 280.
Das vortaktende Rückschlagventil 254 wird in FIG. 3 in seiner normalerweise geschlossenen Stellung gezeigt, wobei die kegelförmige Oberfläche 258 von Nadel 256 durch Feder 264 in abdichtenden Kontakt mit Sitz 260 gebracht wird. Die Nase 274 befindet sich in einer der Stellungen 274A.
Im vorher erwähnten Beispiel, bei dem der Ringraumdruck auf ca. 13,8 MPa (2000 psi) angehoben wurde, bewegt sich der Betätigungskolben 136 abwärts in Richtung von Triebkolben 142, während Flüssigkeit durch den ersten Flußweg 242 dosiert wird. Letztlich greift das untere Ende 282 des Betätigungskolbens 136 in Spindel 266 des vortaktenden Rückschlagventils 254 ein und drückt die Nadel 256 soweit nach unten, bis die Nase 274 auf Stellung 274C gegangen ist. Wird der Bohrlochringraumdruck nachträglich auf hydrostatischen Druck reduziert, bewegt sich der Betätigungskolben 136 aufwärts weg vom Triebkolben 142, wie unten näher beschrieben wird, und die Nase 274 geht auf Stellung 274B im Ratschenweg 270, wodurch die kegelförmige Fläche 258 der Nadel 256 außerhalb der Eingriffsposition mit Sitz 260 und das Ventil 254 so in geöffneter Stellung gehalten wird, so daß Flüssigkeit ungehindert aufwärts durch den zweiten Flußweg 244 strömen kann. So kommt es zu keinem aufwärts wirkenden Druckunterschied, der normalerweise nach Reduktion des Bohrlochringraumdrucks über Triebkolben 142 erzeugt wird und den Triebkolben 142 in eine Aufwärtsstellung führen würde, um Kugelventil 70 wieder zu schließen. Anstelle dessen kann Flüssigkeit durch den zweiten Flußweg 244 ungehindert aufwärts strömen.
Wenn der Bohrlochringraumdruck wieder auf das normale Niveau gesteigert wird, kann der Betätigungskolben 136 nicht zurück nach unten gehen, weil er hydraulisch blocklert ist. Abwärtsströmung wird für beide Flußwege 244 und 246 verhindert. Auch durch Weg 242 kann keine Abwärtsströmung erfolgen, es sei denn, der Druckunterschied geht über den Druck hinaus, der zum Öffnen des Überdruckventils 250 erforderlich ist.
Da der Auslösedruck von Überdruckventil 250 nur wenige MPa über dem normalen Betriebsdruck liegt, kann es dazu kommen, daß einige Funktionen, die bei offen gehaltenem Kugelventil 70 durchgeführt werden, über dem Auslösedruck von Überdruckventil 250 liegen, weshalb es während solchen Maßnahmen u.U. zum Dosieren nach unten von geringen Flüssigkeitsmengen kommen kann. Das ermöglicht geringe Bewegungen des Betätigungskolbens 136, die durch die normale Trennung zwischen Betätigungskolben 136 und Triebkolben 146 bewältigt werden, siehe FIG. 1D. Diese Drucksteigerungen dürfen natürlich nicht so hoch sein und nicht lang genug dauern, um das Eingreifen des Betätigungskolbens 136 in die Betätigungsspindel 266 zu ermöglichen, wenn das nicht absichtlich geschieht, um Triebkolben 142 neu zu aktivieren.
Dies kommt teilweise durch das Verhältnis zwischen der Dosierung durch den Triebkolben 142 und dem Dosieren durch die Dosierpatrone 194 zustande. Die Dosierpatrone 194 wird typischerweise so eingestellt, daß sich eine Flüssigkeitsströmungseinengung von ungefähr der zweifachen Auswirkung ergibt, wie die von Triebkolben 142, so daß das Überdruckventil 250 bei Bedarf die erforderliche Bewegung von Betätigungskolben 136 zuläßt, bevor sich der Druck ausreichend über der Dosierpatrone 194 ausgeglichen hat, um das Überdruckventil 250 zu schließen. Beispielsweise könnte es sich bei Dosiergerät 248 in Triebkolben 142 um Visco-Jet von The Lee Company, Westbrook, Connecticut handeln, das eine Gesamtleistung von 6000 l/Ohm aufweist, während das Dosiergerät 220 in der Dosierpatrone 194 ein Visco-JetTM sein kann, daß eine Gesamtwiderstandsleistung von ca. 12 000 l/Ohm hat.
So wird der Triebkolben 142 deaktiviert und kann nicht mehr auf Änderungen im Bohrlochringraumdruck ansprechen, bis dieser wieder ausreichend hoch gesteigert wurde, um das Überdruckventil 250 zu öffnen, was es dem Betätigungskolben 136 ermöglicht, abwärts in Spindel 266 einzugreifen, wodurch Nase 274 durch eine Position 274C vorgetaktet wird, so daß sie in eine Position 274A zurückgehen kann und es Ventil 254 ermöglicht, sich wieder zu schließen. Dadurch wird der Triebkolben 142 reaktiviert und kann wieder auf weitere Änderungen im Bohrlochringraumdruck ansprechen.
Der dritte Flußweg 246 enthält ein Dosiergerät 284 und ein Rückschlagventil 286, das eine dosierte Strömung aufwärts durch den dritten Flußweg 246 ermöglicht. So kann der Betätigungskolben 136 aufwärts und weg von Triebkolben 142 gehen, nachdem das Bypaßventil 254 in seine geschlossene Stellung zurückgeht.
Der Betätigungskolben 136 läßt sich allgemein als Betätigungseinrichtung 136 beschreiben, die wahlweise mit der Betätigungsspindel 266 in Eingriff gebracht werden kann, um das Bypaßventil 254 in seine geöffnete oder geschlossene Stellung zu versetzen. Der Betätigungskolben 136 kann tatsächlich als Bestandteil der Bypaßeinrichtung 240 betrachtet werden.
Der endlose Ratschenweg 270 und die zugehörige Nase 274 können allgemein als lösbare Befestigungseinrichtung 270, 274 bezeichnet werden, die dem Halten des Bypaßventils 254 in seiner geöffneten Stellung dient, nachdem der Eingriff des Betätigungskolbens 136 in die Betätigungsspindel 266 aufgehoben wurde.
Es läßt sich erkennen, daß wegen der Möglichkeit, das Bypaßventil 254 nur durch Steigerung des Bohrlochringraumdrucks auf ein zweites Niveau, wie z.B. 13,8 MPa (2000 psi) über dem hydrostatischen Druck, zwischen seinen geöffneten und geschlossenen Stellungen zu bewegen, das Bypaßventil 254 in seiner geöffneten Stellung belassen werden kann, wodurch Triebkolben 142 für die. dazwischenliegende Anzahl von Ringraumdruckspielen umgangen wird. So lassen sich unbeschränkte Bohrlochringraumdruckspiele zum Aktivieren anderer Werkzeuge in der Testerkette nutzen, währenddessen Werkzeug 10 infolge der Umgehung von Triebkolben 142 in seiner geöffneten Stellung hydraulisch versperrt bleibt. Genauer läßt sich das als Vermittlung einer Einrichtung beschreiben, die Kugelventil 70 mindestens während eines Hin- und Herspiels des Bohrlochringraumdrucks in seiner geöffneten Stellung hält.
Das Bypaßventil 254 kann beliebige Male geöffnet und geschlossen werden, um so das Werkzeug 10 wiederholt zu aktivieren und deaktivieren, ohne das Werkzeug aus dem Bohrloch entfernen zu müssen.

Funktionsweisen des Bohrlochwerkzeuges 10

Die allgemeinen Funktionsweisen von Bohrlochwerkzeug 10 sind die folgenden. Wie schon erwähnt wird Bohrlochwerkzeug 10 in eine Testerkette aufgenommen, die eine Anzahl weiterer Geräte umfaßt. Die Testerkette wird bis zur gewünschten Lege in das Bohrloch abgelassen. Dann wird der Packer der Testerkette gegen die Bohrlochseiten gesetzt, um den Bohrlochringraum zwischen Testerkette und Bohrlochwand über dem Niveau einer unterirdischen Formation, die geprüft werden soll, abzudichten. Dadurch wird der Bohrlochringraum über dem Packer vom darunterliegenden Bohrlochabschnitt abgetrennt. Drucksteigerungen im Bohrlochringraum über dem Packer können dann zur Kontrolle der verschiedenen Werkzeuge der Testerkette genutzt werden, um wahlweise Formationsflüssigkeit aus dem Bereich unter dem Packer durch die Testerkette strömen zu lassen. Die tatsächliche Strömungsprüfung des Bohrlochs wird durch das hier eröffnet Prüfventil 10 geregelt.
Obwohl das Strömungsprüfventil 10 in FIG. 1 in einer ersten Stellung dargestellt wird, in der es zunächst mit offenem Strömungsventil 10 in das Bohrloch eingefahren wird, erkennen Fachkundige ohne weiteres, daß eine herkömmlichere Vorgangsweise das Einfahren des Prüfventils 70 in das Bohrloch in geschlossener Stellung ist. Das läßt sich ohne weiteres durch solch ersten Zusammenbau von Werkzeug 10 realisieren, so daß die Sperrklauen 112 in Rillen 118 so eingreifen, daß das Kugelventil 70 in geschlossener Stellung ist, während die Betätigungsarme 92, im Verhältnis zu Gehäuse 12, aufwärts gehen, so daß die Sperrklauen 112 in Rille 118 aufgenommen werden.
Wenn das Werkzeug 10 in der soeben beschriebenen Stellung und das Kugelventil 70 geschlossen ist, wird die Testerkette bis zur gewünschten Lage in das Bohrloch eingefahren. Dann wird der Packer zum Abdichten des Bohrlochringraumes gesetzt.
Danach wird der Bohrlochringraumdruck mindestens auf das erste Niveau angehoben, wie z.B. 6,89 MPa (1000 psi) über dem hydrostatischen Bohrlochringraumdruck. Diese Drucksteigerung wird an die Oberseite 141 von Triebkolben 142 übertragen, während die Übertragung dieser Steigerung an die Unterseite 143 von Triebkolben 142 infolge der Auswirkung von Dosierpatrone 194 verzögert wird. Dadurch entsteht ein abwärts wirkender Druckunterschied über Triebkolben 142, der ihn zusammen mit Betriebsspindelgruppe 92, im Verhältnis zu Gehäuse 12, abwärts treibt, wodurch sich Kugelventil 70 in eine geöffnete Stellung dreht.
Solange der Bohrlochringraumdruck nur auf das erste Niveau erhöht wurde, kommt die Bypaßeinrichtung 240 nicht ins Spiel. Der Triebkolben 142 kann beliebige Male in Gehäuse 12 hin und her bewegt werden, um das Kugelventil 70 nach Wunsch zwischen seinen geöffneten und geschlossenen Stellungen zu bewegen.
Sollte es zu irgendeinem Zeitpunkt angebracht sein, das Kugelventil 70 offen zu halten, während der Bohrlochringraumdruck auf hydrostatischen Druck reduziert wird, läßt sich das durch erstes Steigern des Bohrlochringraumdrucks auf ein zweites Niveau, wie z.B. 13,8 MPa (2000 psi) über dem hydrostatischen Druck, realisieren; dieses Niveau liegt über dem ersten Niveau und ist gleichfalls höher als der Druck, der zum Öffnen des Überdruckventils 250 erforderlich ist. Das Überdruckventil 250 öffnet sich also und läßt den Betätigungskolben 136 abwärts gehen, bis es in die Betätigungsspindel 266 von Bypaßventil 254 eingreift, wodurch das Bypaßventil 254 in eine geöffnete Stellung versetzt wird und den zweiten Flußweg oder Bypaßweg 244 durch Triebkolben 142 öffnet. So wird der Triebkolben 142 vorübergehend umgangen.
Während das Bypaßventil 254 von der Ratschen- und Nasengruppe 270, 274 offen gehalten wird, kann der Bohrlochringraumdruck gesteigert werden, ohne den Triebkolben 142 aufwärts zu bewegen und ohne das Kugelventil 70 in seine geschlossene Stellung zurückzuversetzen.
Vorausgesetzt der Bohrlochringraumdruck wird nicht wieder auf ein Niveau erhöht, das ausreicht, um das Überdruckventil 250 zu öffnen, kann der Bohrlochringraumdruck zum Betätigen anderer Werkzeuge in der Testerkette oder aus anderen Gründen beliebige Male gesteigert und reduziert werden.
Wenn das Aktivieren des Triebkolbens 142 wieder gewünscht wird, um das Prüfventil 70 zu schließen, läßt sich das durch erneutes Steigern des Bohrlochringraumdrucks auf das zweite Niveau, wie z.B. 13,8 MPa (2000 psi) über dem hydrostatischen Druck realisieren. Als Folge der Steigerung im Bohrlochringraumdruck auf das zweite Niveau öffnet sich wieder das Überdruckventil 250, was es dem Betätigungskolben 136 ermöglicht, wieder abwärts in Eingriff mit der Betätigungsspindel 266 zu gehen, um Nase 274 im J-Schlitz 270 vorzutakten. Wenn der Bohrlochringraumdruck dann wieder auf hydrostatischen Druck zurückgeht, wird Ventil 254 erneut geschlossen und reaktiviert den Triebkolben 142.
Die Fähigkeit, den Triebkolben 142 zu umgehen und somit das Kugelventil 70 in geöffneter Stellung zu belassen, wenn der Bohrlochringraumdruck reduziert wird, ermöglicht gleichfalls das Entfernen der Testerkette aus dem Bohrloch mit offenem Kugelventil 70, was dem Ablassen der Testerkette bei der Entnahme aus dem Bohrloch dient.

Claims

1. Ein auf Ringraumdruck ansprechendes Werkzeug, bestehend aus einem Werkzeuggehäuse (12); einem Triebkolben (142), gleitend in besagtem Gehäuse ausgeführt; einer ersten druckleitenden Laufwegeinrichtung (236) zur Verbindung eines Bohrlochringraumes mit der ersten Seite (141) besagten Triebkolbens; einer zweiten druckleitenden Laufwegeinrichtung (238) zum Verbinden besagten Bohrlochringraumes mit einer zweiten Seite (143) besagten Triebkolbens; einer Verzögerungseinrichtung (194), ausgeführt in besagter zweiter druckleitender Laufwegeinrichtung (238) zum Verzögern eines ausreichenden Bestandteils der Anderung im Bohrlochringraumdruck an besagte zweite Seite (143) besagten Triebkolbens (142) für einen ausreichenden Zeitraum, um es einem Druckdifferential zwischen besagter erster Seite (141) und besagter zweiter Seite (143) besagten Triebkolbens zu ermöglichen, besagten Triebkolben, im Verhältnis zum besagten Gehäuse, zu bewegen; einem Betätigungsteil (70), betriebsmäßig verbunden mit besagtem Triebkolben, zum Bewegen mit besagtem Triebkolben (142) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung besagten Betätiguugsteils; einer wahlweise aktivierbaren Bypaßeinrichtung (240) zum Verbinden besagter erster (236) und zweiter (238) laufwegeinrichtung und somit Umgehen besagten Triebkolbens (142), so daß besagtes Betätigungsteil während einer nachfolgenden Änderung des besagten Bohrlochringraumdrucks in einer seiner besagten ersten und zweiten Stellungen verbleibt.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei besagte Bypaßeinrichtung (240) aus einem Bypaßlaufweg (244), der durch besagten Triebkolben (142) verläuft und mit besagter erster (236) und zweiter (238) Laufwegeinrichtung in Verbindung ist sowie einem wahlweise aktivierbaren Bypaßventil (254), ausgeführt in besagtem Bypaßlaufweg, besteht, wobei besagtes Bypaßventil eine widerstandsfähige Spanneinrichtung (264) mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung hat, mit der das Bypaßventil in Richtung seiner geschlossenen Stellung gedrückt wird. Das Gerät besteht weiterhin aus einer Betätigungsspindel (266), die von besagtem Bypaßventil (254) aus besagtem Bypaßlaufweg (244) verläuft; einer Betätigungseinrichtung (136), die wahlweise mit besagter Betätigungsspindel in Kontakt gebracht werden kann und mit der besagtes Bypaßventil in seine geöffnete Stellung versetzt wird sowie einer lösbaren Halteeinrichtung (270, 274) zum Halten besagten Bypaßventils in seiner geöffneten Stellung, nachdem besagte Betätigungseinrichtung (136) den Eingriff in besagte Betätigungsspindel (266) aufgehoben hat.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Flußweg (14) durch besagtes Werkzeuggehäuse (12) verläuft; besagtes Betätigungsteil (70) ein stellbares Ventil in besagtem Flußweg ist und besagte erste und zweite Stellungen die geöffnete und geschlossene Stellung besagten stellbaren Ventils ist; besagte wahlweise aktivierbare Bypaßeinrichtung (240) so ausgeführt ist, daß besagtes Betätigungsteil (70) während mindestens einem Hin- und Herspiel des Bohrlochringraumdrucks in seiner geöffneten Stellung bleiben kann.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich um ein Strömungsprüfventil mit zentralem Laufweg (14) handelt, das Betätigungsteil (70) ein Strömungsprüfventil ist und besagte wahlweise aktivierbare Bypaßeinrichtung (240) so ausgeführt ist, daß besagtes Strömungsprüfventil wahlweise in seiner geöffneten Stellung beibehalten werden kann und Druck in besagtem Bohrlochringraum ohne erneutes Schließen besagten Strömungsprüfventils reduziert werden kann.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei besagte zweite druckleitende Laufwegeinrichtung (238) aus einer ersten Ölkammer (174), die mit besagter zweiten Seite (143) besagten Triebkolbens (142) verbunden ist; einer Kammer für verdichtetes Gas (176, 183); einer zweiten Ölkammer (202, 210) und einer Ausgleichsöffnung, die durch besagtes Werkzeuggehäuse (12) verläuft und der Verbindung mit besagtem Bohrlochringraum dient, besteht. Besagtes Gerät umfaßt weiterhin einen ersten Trennkolben (178), der besagte erste Ölkammer (174) und besagte Kammer für das verdichtete Gas (176, 182) voneinander trennt; einen zweiten Trennkolben (188), der besagte Kammer für verdichtetes Gas (176m 182) und besagte Ölkammer (202, 210) voneinander trennt und einen dritten Trennkolben (212) hat, der besagte zweite Ölkammer (210, 202) und besagte Ausgleichsöffnung (238) voneinander trennt.

6. Gerät nach Anspruch 5, wobei besagte Verzögerungseinrichtung (194) in besagter zweiten Ölkammer (202, 210) ausgeführt ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, wobei besagte erste druckleitende Laufwegeinrichtung (236) eine Trieböffnung (132), die durch besagtes Werkzeuggehäuse (12) verläuft und der Verbindung mit besagtem Bohrlochringraum dient und eine dritte Ölkammer (134) umfaßt, die mit besagter erster Seite (141) besagten Triebkolbens (142) in Verbindung steht, wobei besagtes Gerät weiterhin einen vierten Trennkolben (136) vorsieht, der besagte Trieböffnung (132) und besagte dritte Ölkammer (134) voneinander trennt. Besagte Bypaßeinrichtung (240) ist bei dieser Ausführung zum beliebigen Verbinden besagter dritter Ölkammer (134) mit besagter erster Ölkammer (174) ausgeführt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei besagter Triebkolben (142), besagte Verzögerungseinrichtung (194) und besagtes Betätigungsteil (70) so ausgeführt sind, daß der Triebkolben besagtes Betätigungsteil (70) als Reaktion auf eine Steigerung des Ringraumdrucks auf mindestens ein erstes Niveau über dem hydrostatischen Bohrlochringraumdruck aus seiner ersten in seine zweite Stellung bewegt, so daß besagter Triebkolben (142) besagtes Betätigungsteil (70) infolge einer Reduktion des Bohrlochringraumdrucks von besagtem ersten Niveau auf hydrostatischen Bohrlochringraumdruck zurück von seiner zweiten zurück auf seine erste Stellung bewegt. Besagte Bypaßeinrichtung (240) verbindet besagte erste (236) und zweite (238) Laufwegeinrichtung als Reaktion auf eine Steigerung des Bohrlochringraumdrucks auf ein zweites Niveau über dem ersten Niveau.

9. Gerät nach Anspruch 8, wobei besagte erste (236) und zweite (238) Laufwegeinrichtung jeweils Abschnitte umfassen, die mit einer hydraulischen Flüssigkeit bei den besagten ersten (141) und zweiten (143) Seiten von besagtem Triebkolben (142) gefüllt sind und wobei besagtes Gerät einen Betätigungskolben (136) in besagter erster druckleitender Laufwegeinrichtung (236) umfaßt. Besagte Bypaßeinrichtung beinhaltet erste (242), zweite (244) und dritte (246) hydraulisch parallele Flußwege, die durch besagten Triebkolben (142) verlaufen; eine Dosier- (248) und Überdruckeinrichtung (250), die auf verschiedenen Druckwerten zwischen besagtem ersten und zweiten. Druckniveau ansprechen, sich in besagtem ersten Flußweg befinden und ein Dosieren der hydraulischen Flüssigkeitsströmung aus besagter erster Laufwegeinrichtung (236) durch besagten ersten Flußweg an besagte zweite Laufwegeinrichtung (244) ermöglichen, wodurch besagter Betätigungskolben (136) in Richtung besagter erster Seite von Triebkolben (142) laufen kann, wenn besagter Bohrlochringraumdruck auf besagtes zweites Niveau angehoben wird. Weiterhin vorgesehen ist ein wahlweise aktivierbares Bypaßventil (240), ausgeführt in besagtem zweiten Flußweg (244), wobei besagtes Bypaßventil eine geschlossene Stellung hat, bei der ein Strömen in beide Richtungen durch besagten zweiten Flußweg (24) so verhindert wird, daß besagter Triebkolben auf Änderungen im Bohrlochringraumdruck absprechen kann und eine geöffnete Stellung hat, auf der Strömen von hydraulischer Flüssigkeit aus besagter zweiter Laufwegeinrichtung (238) durch besagten zweiten Flußweg (244) an besagte erste Laufwegeinrichtung (236) ermöglicht wird, so daß besagter Triebkolben (142) nicht auf Reduktionen im Bohrlochringraumdruck anspricht, wenn sich besagtes Bypaßventil in geöffneter Stellung befindet. Besagtes Bypaßventil, incl. Betätigungsspindel (266), verläuft in Richtung Betätigungskolben (136) und dient dem Eingreifen darin, so daß, wenn besagte Betätigungsspindel in besagten Betätigungskolben eingreift, besagtes Bypaßventil zwischen besagter offener und geschlossener Stellung bewegt wird; sowie einer Dosiereinrichtung (284) und Rückschlagventileinrichtung (286), die in besagtem dritten Flußweg (246) ausgeführt sind und dem Dosieren von hydraulischer Flüssigkeit durch besagten dritten Flußweg nur in einer Richtung von besagter zweiter Laufwegeinrichtung (238) in besagte erste Laufwegeinrichtung (236) dienen, um besagtem Betätigungskolben (136) ein Bewegen von besagtem Triebkolben (142) weg zu ermöglichen, wenn besagtes Bypaßventil (240) in eine geschlossene Stellung zurückgeht.

10. Eine Formationstesterkette einschließlich einem auf Ringraumdruck ansprechenden Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9.