DE69208959T2

DE69208959T2 - Bohrlochwerkzeug mit Betätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69208959T2
Application number: DE69208959T
Authority: DE
Inventors: Roger L Schultz; Craig L Zitterich
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2012-07-15
Also published as: DE69208959D1; EP0523951A3; EP0523951A2; CA2073801A1; EP0523951B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Bohrlochwerkzeug, wie beispielsweise ein Absperrwerkzeug, incl. eines dafür bestimmten Aktuators.
Sink- und Anstiegsgeschwindigkeitsprüfungen werden an fördernden Bohrlöchern regelmäßig durchgeführt, um die Leistung der fördernden Formationen in einem Bohrloch zu überwachen. Eine normale Prüfeinrichtung umfaßt gewöhnlich ein Bohrlochabsperrventil, wie z.B. ein Absperrventil, das in ein Bohrloch abgelassen und von einer Slickleine manipuliert wird. Unter dem Bohrlochabsperrventil befindet sich normalerweise ein Druckmeßgerät, womit das Ansprechen des Drucks der geprüften Formation, beim Öffnen und Schließen des Ventils aufgezeichnet wird. Ein Strömen der Formation wird lange genug zugelassen, um sicherzustellen, daß sie auf das gewünschte Niveau absinken kann. Nach Abschluß dieses Absinkens wird das Bohrloch mit Hilfe des Absperrventils versiegelt. Somit kann sich der Formationsdruck lange genug erholen, um wieder das gewünschte Niveau zu erreichen, bevor wieder ein weiteres Absinken eingeleitet wird. Häufig wird dieses Verfahren unverzüglich wiederholt, um zusätzliche Druckdaten aus weiterem Absenken/Ansteigen zu beziehen.
US-A-4094354V wobei es sich um bekannte Technik handelt, auf die im Vorkennzeichnungsabschnitt von Anspruch 1 Bezug genommen wird, beschreibt eine Bypaßuntereinheit zum Schwerstangenprüfen. Im Einsatz wird die Untereinheit an einem Serienwerkzeug in das Bohrloch abgelassen und über der zu prüfenden Formation verankert. Die Untereinheit beinhaltet ein Hülsenventilv das mit Hilfe eines Drahtseilwerkzeuges zwischen geöffneten und geschlossenen Stellungen bewegt werden kann.
Absperrventile bekannter Technik werden normalerweise mit einer mechanischen Vorrichtung betätigt, insbesondere mit mechanischen Aktuatoren die an einer Slickleine abgesenkt wurden.
Jetzt haben wir ein verbessertes Aktuatorgerät entwickelt, das besonders, jedoch nicht ausschließlich, im Zusammenhang mit Absperrventilwerkzeugen nützlich ist.
Laut dieser Erfindung wird ein Bohrlochwerkzeug vermittelt, das ein Aktuatorgerät zum Betätigen besagten Werkzeuges beinhaltet, wobei das Gerät besteht aus einer mechanischen Aktuatorvorrichtung zum Betätigen besagten Werkzeuges; sowie einer Antriebsvorrichtung, die funktionsmäßig mit besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung zusammenhängt und die dem Bewegen besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung dient; dadurch gekennzeichnet, daß das Aktuatorgerät eine Anschlagvorrichtung zum Anstoßen besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung beinhaltet, womit die Bewegung davon eingeschränkt wird und somit wenigsten eine Stellung besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung bildet; sowie eine Steuerung zum Regeln besagter Antriebsvorrichtung, wobei besagte Steuerung eine lastanstiegserkennende und darauf ansprechende Vorrichtung beinhaltet, mit der jede zunehmende Belastung besagter Antriebsvorrichtung festgestellt wird, wenn besagte Aktuatorvorrichtung auf besagte Anschlagvorrichtung stößt.
Die Erfindung wird zwar anschließend hauptsächlich in bezug auf Bohrloch werkzeuge beschrieben, incl. Absperrventile; zu verstehen ist dagegen, daß sich die Erfindung in keiner Weise darauf beschränkt.
Diese Erfindung vermittelt zwei nennenswerte Verbesserungen für Absperrventile, die in Bohrlochwerkzeugen eingesetzt werden. Zunächst wird ein verbessertes Absperrventil beschrieben, das sich eines Schaltventils bedient, mit dem ein Druckdifferential über einen Kolben gelenkt wird, der wiederum das Absperrventil schließt, so daß die Kraft zum Schließen des Absperrventils durch das Druckdifferential vermittelt wird, daß sich zwischen einer Niederdruckzone des Werkzeuges und dem höheren Druck der Bohrlochflüssigkeit im Förderrohr bildet. Eine zweite Verbesserung wird im Zusammenhang mit einem elektrischen Zeitelement [Timer] und einer Steuerung vermittelt, die das Schaltventil nach festgelegter Verzögerung öffnen. Der elektrische Timer und die Steuerung treffen gleichfalls auf Bohrlochwerkzeuge anderer Art zu, wie z.B. einen Probenehmer wie den in unserer Europäischen Patentspezifikation Nr. 0482748A gezeigten, woauf für weitere Einzelheiten Bezug genommen werden sollte.
Das Bohrlochabsperrgerät vermittelt eine Unterstützung des Absperrens einer Förderrohrkette in einem Bohrloch. Es beinhaltet ein Gehäuse mit einer Gehäusebohrung, in der eine Strömungsöffnungsvorrichtung zum Verbinden der Gehäusebohrung mit einem Innenraum der Förderkette ausgeführt ist, um ein Strömen der Förderflüssigkeit in die Strömungsöffnungsvorrichtung und aufwärts durch die Gehäusebohrung zuzulassen. Das Gehäuse hat eine darin gebildete Niederdruckzone.
In der Gehäusebohrung befindet sich ein Absperrventilelement, das zwischen einer offenen Stellung, bei der die Strömungsöffnungsvorrichtung offen steht und einer geschlossenen Stellung, bei der die Strömungsöffnungsvorrichtung geschlossen ist, bewegt wird
Ein auf Differentialdruck ansprechender Triebkolben hat erste und zweite Seiten, wobei die erste Seite mit der Niederdruckzone in Verbindung steht. Der Kolben hängt funktionsmäßig mit dem Absperrventilelement zusammen, um das Absperrventilelement zwischen seinen offenen und geschlossenen Stellungen, ansprechend auf eine Bewegung des Triebkolbens, zu bewegen.
Zum Verbinden der zweiten Seite des Triebkolbens mit dem Innenraum der Förderrohre, so daß ein Druckdifferential zwischen dem Innenraum der Förderrohre und der Niederdruckzone den Triebkolben und somit das Absperrventilelement in seine geschlossene Stellung bewegt, ist eine Schaltventilvorrichtung vorgesehen.
Zum Öffnen der Schaltventilvorrichtung ist eine Antriebs- und Steuerungsvorrichtung vorgesehen. Die Antriebs- und Steuerungsvorrichtung läßt sich u.U. besser als Aktuatorgerät für ein Bohrlochwerkzeug beschreiben und ist im Zusammenhang mit dem hier eröffneten Absperrwerkzeug und Bohrlochwerkzeugen anderer Art nützlich.
Das Aktuatorgerät beinhaltet eine mechanische Aktuatorvorrichtung zum Betätigen des Werkzeugs. Die mechanische Aktuatorvorrichtung kann beispielsweise das Schaltventil der oben beschriebenen Absperrventilvorrichtung betätigen.
Das Aktuatorgerät umfaßt weiterhin eine Elektromotorantriebsvorrichtung, die funktionsmäßig mit der mechanischen Aktuatorvorrichtung zusammenhängt und dem Bewegen der mechanischen Aktuatorvorrichtung dient. Das Gerät umfaßt weiterhin eine Anschlagvorrichtung zum Anstoßen der mechanischen Aktuatorvorrichtung bis zu ihrem Anschlag, die eine erste Stellung der mechanischen Aktuatorvorrichtung bildet. Eine lastanstiegserkennende Vorrichtung, vorzugsweise eine spannungsempfindliche Vorrichtung, ist zum Erkennen einer steigenden Last vorgesehen, die auf die Elektromotorantriebsvorrichtung angesetzt wird, wenn die mechanische Aktuatorvorrichtung auf die Anschlagvorrichtung stößt. Eine Steuerung ist zum Regeln der Elektromotorantriebsvorrichtung, ansprechend auf die lastanstiegserkennende Vorrichtung, vorgesehen.
Das Aktuatorgerät umfaßt vorzugsweise eine elektrische Timervorrichtungv die ihren Ablauf nach Zusammenba, des Gerätes beginnt. Die Steuerung leitet dann den Lauf der Elektromotorantriebsvorrichtung in einer erste Richtung ein, um die mechanische Aktuatorvorrichtung in eine erste Richtung zu bewegen, bis sie auf einen ersten Anschlag stößt, wodurch der Elektromotor anhält. Das wird von der lastanstiegserkennenden Vorrichtung erkannt, dann stellt die Steuerung den Elektromotor ab. Nach durch die Timervorrichtung festgelegter Verzögerung wird die Elektromotorantriebsvorrichtung wieder durch die Steuerung aktiviert, wodurch diese in eine zweite Richtung läuft, was zum Bewegen des mechanischen Aktuators und Betätigen des Werkzeuges führt, wie beispielsweise zum Öffnen des Schaltventils des Absperrventilgerätes. Wenn die mechanische Aktuatorvorrichtung auf einen zweiten Anschlag stößt, der die voll geöffnete Stellung der Schaltventilvorrichtung bildet, hält die Elektromotorantriebsvorrichtung wieder an. Diesen Zustand erkennt dann wieder die lastanstiegserkennende Vorrichtung und die Steuerung stellt den Elektromotor ab.
Eine Rückstellvorrichtung ist vorgesehen, mit deren Hilfe der Timer durch Abklemmen der Steuerung von ihrer Stromversorgung und nachfolgendes Wiederanklemmen ne, gestartet werden kann.
Um ein besseres Verständnis dieser Erfindung herbeizuführen, wird hiermit auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
FIG. 1A-1B einen schematischen Aufriß des Bohrlochwerkzeuges dieser Erfindung in einer Förderrohrkette eines Bohrlochs.
FIG. 2A-2E einen Teilaufriß des Bohrlochwerkzeuges dieser Erfindung.
FIG. 3 und 4 ähnliche Darstellungen wie FIG. 2C, aus denen die aufeinanderfolgenden Stellungen des Aktuatorgerätes hervorgehen, die einem Öffnen der Schaltventilvorrichtung folgen.
FIG. 5 eine Auflistung der Funktionsabläufe, die von der Steuerung durchgeführt werden.
FIG. 6 ein Blockschaltbild der Steuerung.
FIG. 7 ein schematisches Schaltbild der Implementation des Blockschaltbildes in FIG. 6.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und speziell auf FIG. 1A-1B, wird dort ein Bohrloch dargestellt und allgemein mit Nummer 10 gekennzeichnet. Das Bohrloch 10 wird von einer Verrohrung 12 gebildet, die in einem Bohrloch ausgeführt ist, das eine unterirdische, kohlenwasserstoffördernde Formation 14 durchläuft. Innerhalb der Bohrlochverrohrung 12 befindet sich eine Förderrohrkette 16, die durch obere und untere Packer 18 und 20 gegen die Verrohrung abgedichtet ist. Durch Verrohrung 12 verläuft eine Mehrzahl von Perforationen 22, die den Innenraum von Verrohrung 12 und einen unteren Innenraum 24 der Förderrohrkette 16 mit der unterirdischen Formation 14 so verbinden, daß Bohrlochflüssigkeiten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, auf Formation 14 durch die Perforationen 22 und aufwärts durch die Förderrohrkette 16 strömen können.
Ein Anschlagnippel 26 wird vor Einführen der Förderrohrkette 16 in Bohrloch 10 in die Förderrohrkette 16 eingebaut. Dargestellt wird ein Anschlagsperrwerkzeug 28 in Anschlagnippel 26 in gesperrtem Zustand. Das Anschlagsperrwerkzeug 28 führt Packung 30 mit, die in einer Dichtbohrung 32 von Anschlagnippel 26 abdichtet.
Das Absperrventilgerät 34 ist mit dem Anschlagsperrwerkzeug 28 verbunden und hängt daran in Verbindung mit Anschlagnippel 26. Ein Druckaufzeichnungsgerät 36 ist mit dem unteren Ende des Absperrventilgeräts 34 verbunden.
Das Absperrventilgerät 34 hat eine Mehrzahl von Strömungsöffnungen 38, die durch sein Gehäuse verlaufen, siehe FIG. 1A. Wenn sich das Absperrventilgerät in offener Stellung befindet, können Bohrlochflüssigkeiten aus Formation 14 aufwärts durch den Innenraum 24 der Förderrohrkette 16 strömen, siehe FIG. 1B, dann aufwärts durch einen Ringraum 40, der sich zwischen der Förderrohrkette 16 und jeweils Absperrgerät 34 und einem Druckaufzeichnungsgerät 36 bildet, dann nach innen durch die Strömungsöffnungen 38 und aufwärts durch eine innere Bohrung des Absperrventilgeräts 34 und das Anschlagsperrwerkzeug 28 aufwärts in einen oberen Innenabschnitt 42 der Förderrohrkette 16, mit dem die Flüssigkeit an die Oberfläche gebracht wird. Wenn die Strömungsöffnungsvorrichtung 38 des Absperrventilgerätes 34 geschlossen ist, kommt es zu keiner solchen Strömung und die Flüssigkeiten in der unterirdischen Formation 14 werden gestemmt, so daß sie nicht durch die Förderrohrkette 16 am Anschlag nippel 26 vorbei strömen können.
Anschlagnippel 26 und Anschlagsperrwerkzeug 28 gehören zur bekannten Technik und können beispielsweise ein Otis X Anschlagnippel und eine Sperrspindel sein, wie er von Otis Engineering Corp., Dallas, Texas angeboten werden.
Das Anschlagsperrwerkzeug 28, zusammen mit dem damit verbundenen Absperrventilgerät 34 sowie dem Druckaufzeichnungsgerät 36, werden an einer Slickleine (ohne Darstellung) in die Förderrohrkette 16 abgelassen und im Anschlagnippel 26 gesperrt, wenn das Fahren einer Sink-/Anstiegsprüfung wünschenswert ist. Nach abgeschlossener Prüfung wird die Slickleine wieder in das Bohrloch eingefahren und auf bekannte Weise am Anschlagwerkzeug 28 festgemacht, um das Anschlagsperrwerkzeug 28 mit dem daran befestigten Absperrventilgerät 34 sowie dem Druckaufzeichnungsgerät zu bergen.
Unter Bezugnahme auf FIG. 2A-2E wird ein Aufriß des Absperrgerätes 34 dargestellt.
Das Absperrventilgerät 34 umfaßt eine Gehäusegruppe 44, die von einer Oberseite 45 bis an eine Unterseite 48 verläuft. Die Gehäusegruppe umfaßt von oben bis unten eine Mehrzahl von Gehäuseabschnitten, die miteinander verschraubt sind. Diese Gehäuseabschnitte umfassen einen oberen Gehäuseadapter 50, einen mit Öffnungen versehenen Gehäuseabschnitt 52, einen Scherstiftgehäuseabschnitt 54, einen Zwischengehseadapter 58, einen Luftkammergehäuseabschnitt 60, einen Schaltventilgehäuseabschnitt 62, einen Führungsgehäuseabschnitt 64, einen Steuerungsgehäuseabschnitt 66 und einen unteren Gehäuseadapterabschnitt 68.
Gehäuse 44 hat eine Gehäusebohrung 70, die allgemein längs durch seine oberen Teilbereiche verläuft. Die schon erwähnten Strömungsöffnungen 38 sind im mit Öffnungen versehenen Gehäuseabschnitt 52 ausgeführt, siehe FIG. 2A und verbinden die Gehäusebohrung 70 mit dem Ringraum 40 des Innenraums 24 der Förderrohrkette 16.
Der obere Gehäuseadapter 50 hat Innengewinde 72 zum Anschluß an das Anschlagsperrwerkzeug 28. Der untere Gehäuseadapter 68 beinhaltet eine Gewindeverlängerung 74 zum Anschluß an das Druckaufzeichnungsgerät 36.
Wie aus FIG. 2A-2B hervorgeht, umfaßt eine Absperrventilgruppe 76 einen oberen Abschnitt 78, einen Zwischenabschnitt 80 und einen unteren Abschnitt 82, der gleitend in der Gehäusebohrung 70 unter den Strömungsöffnungen 38 aufgenommen wird. Die Scherstiftvorrichtung 84 häft die Absperrventilgruppe 76 zunächst in ihrer geschlossenen Stellung, siehe FIG. 2A-2B. Die Absperrventilgruppe 76 trägt jeweils obere und untere Packungen 85 und 86, die so abgemessen sind, daß die Gehäusebohrung 70 über und unter den Strömungsöffnungen 38 abdichtet, wenn die Absperrventilgruppe 76 aufwärts in eine geschlossene Stellung bewegt wird, wie nachfolgend näher erläutert wird. Wenn die Absperrventilgruppe 76 aufwärts in ihre geschlossene Stellung bewegt wird, schert die Scherstiftvorrichtung 84 ab und die Absperrventilgruppe 76 geht soweit nach oben, bis einer ihrer aufwärts gerichteten Ansätze 88 in eine Unterseite 90 des oberen Gehäuseadapters 50 eingreift, wodurch die Aufwärtsbewegung der Absperrventilgruppe 76 in einer als geschlossene Stellung definierten Position zum Stillstand kommt. Wenn sich die Absperrventilgruppe 76 in dieser geschlossenen Stellung befindet, werden die oberen und unteren Packungen 85 und 86 jeweils abdichtend in Gehäusebohrungsabschnitten 92 und 94 aufgenommen.
Ein auf Differentialdruck ansprechender Triebkolben 96 hat einen gestreckten oberen Abschnitt 98 und einen vergrößerten unteren Endabschnitt 100. Der vergrößerte untere Endabschnitt 100 trägt eine gleitende O-Ringdichtungsund Stützringgruppe 102V die abdichtend und gleitend in einer Bohrung 104 von Luftkammergehäuseabschnitt 60 aufgenommen ist. Der gestreckte obere Abschnitt 98 des auf Differentialdruck ansprechenden Triebkolbens 96 paßt eng in eine untere Bohrung 106 von Zwischengehäuseadapter 58; dazwischen ist eine O- Ringdichtung 108 vorgesehen. So bildet sich zwischen der oberen Dichtung 108 und der unteren Dichtung 102 sowie zwischen dem gestreckten oberen Abschnitt 98 des auf Differentialdruck ansprechenden Triebkolbens 96 und der Bohrung 104 von Luftkammergehäuseabschnitt 60 eine abgedichtete Ringraumkammer 110. Diese versiegelte Kammer 110 wird Luftkammer 110 oder Niederdruckzone 110 genannt und wird während des Zusammenbaus des Werkzeuges an der Oberfläche vorzugsweise mit Luft auf größtenteils atmosphärischem Druck gefüllt.
Durch die Seitenwand eines Schaltventilgehäuseabschnitts 66 ist eine Schaltventilöffnung 112 gebildet, die den Innenraum 24 der Förderrohrkette 16 mit einem Laufweg 114 verbindet, der aufwärts verläuft und mit einer Unterseite 116 des auf Differentialdruck ansprechenden Triebkolbens 96 verbindet.
Der auf Differentialdruck ansprechende Triebkolben 96 kann als mit ersten und zweite Seiten 118 und 116 versehen beschrieben werden. Die erste Seite 118 ist der ringförmige Bereich an der Oberseite des vergrößerten Abschnitts 100 und hat einen zwischen Dichtungen 108 und 102 gebildeten Bereich. Die erste Seite 118 befindet sich in Verbindung mit der Niederdruckluftkammer 110.
In Gehäuse 44 ist ein Schaltventilelement 120 gleitend ausgeführt, das trägt eine Schaltventildichtung 122 trägt, die in einer ersten Stellung des Schaltventilelements 120 abdichtend in einer unteren Bohrung 124 von Luftkammergehäuseabschnitt 60 aufgenommen ist, um die Unterseite 116 des Triebkolbens 96 von der Schaltventilöffnung 112 abzutrennen.
Auf eine Weise, die nachfolgend näher erläutert wird, kann das Schaltventilelement 120, im Verhältnis zu Gehäuse 44V aufwärts bewegt werden, um die Dichtung 122 aus Bohrung 124 zu bewegen, wodurch die Schaltventilöffnung 112 mit dem unteren Ende 116 des auf Differentialdruck ansprechenden Kolbens 96 verbunden wird, so daß ein Druckdifferential zwischen der Bohrlochflüssigkeit in der Förderrohrkette 16 und der Niederdruckzone 110 aufwärts auf den Triebkolben 96 einwirkt, um diesen in Gehäuse 44 aufwärts zu bewegen. Während sich der auf Differentialdruck ansprechende Triebkolben aufwärts bewegt, greift seine Oberseite 126 in die Unterseite 128 der Absperrventilgruppe 76 ein. Dann schert die Scherstiftvorrichtung 84 ab und der auf Differentialdruck ansprechende Triebkolben 96 bewegt sich aufwärts, wodurch die Absperrventilgruppe 76 soweit aufwärts geht, bis seine Ansätze 88 in die Unterseite 90 des oberen Gehäuseadapters 50 eingreifen, wodurch eine zweite Stellung des Triebkolbens 98V entsprechend der geschlossenen Stellung der Absperrventilgruppe 76, gebildet wird.
Unter dem Schaltventilelement 120 befinden sich eine Anzahl von Bauteilen, auf die insgesamt als Aktuatorgerät 130 für ein Bohrlochwerkzeug und insbesondere als Aktuatorgerät 130 zum Öffnen des Schaltventils 120 des Absperrventilgerätes 34 Bezug genommen werden kann.
Das Aktuatorgerät 130 umfaßt eine mechanische Aktuatorvorrichtung 132 zum Betätigen oder Öffnen des Schaltventils 120. Das Aktuatorgerät 130 beinhaltet gleichfalls eine Elektromotorantriebsvorrichtung 134V die funktionsmäßig zum Bewegen der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132 mit dieser zusammenhängt.
Die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 beinhaltet eine Leitspindel 136, die auf einer drehenden Welle 138 der Elektromotorantriebsvorrichtung 134 gebildet ist. Die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 beinhaltet weiter eine Gewindehülse 140, die in einer Bohrung 142 des Führungsgehäuseabschnitts 64 hin und her bewegt wird, während sich die Leitspindel 136 in einer inneren, zylindrischen Gewindefläche 144 von Hülse 140 dreht. Die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 läßt sich gleichfalls als untere Verlängerung 135 von Schaltventil 120 und einen ringförmigen Flansch beinhaltend bezeichnen, der davon radial nach außen verläuft.
Hülse 140 hat eine radial nach außen verlaufende Nase 146, die in einen längsläufigen Schlitz 148 aufgenommen wird, der in einem unteren Abschnitt von Führungsgehäuseabschnitt 64 gebildet ist, so daß die Hülse 140 zwar in Führungsgehäuseabschnitt 64 gleiten, sich jedoch nicht darin drehen kann. Ähnlich ist in Hülse 140 ein Schlitz 150 gebildet, in dem eine Nase 150 aufgenommen wird, die an der unteren Verlängerung 135 von Schaltventil 120 befestigt ist. Somit wird eine Leerlaufverbindung zwischen Hülse 140 und dem Schaltventilelement 120 vermittelt. Weiter übersetzt der Gewindeeingriff zwischen Hülse 140 und Leitspindel 136 die Drehbewegung von Welle 148 in eine Linearbewegung von Hülse 140V die wiederum an das Schaltventilelement 120 übertragen wird.
In FIG. 2C werden die soeben beschriebenen Bauteile in ihrer Ausgangsoder ersten Stellung dargestellt, in der das Schaltventilelement 120 geschlossen ist und spezieli, in der ein ringförmiger Ansatz 154 von Flansch 137 gegen einen ersten Anschlag 156 von Gehäuse 44 anstößt, der von einer Unterseite 156 des Luftkammergehäuseabschnitts 60 gebildet ist.
In der Ansicht von FIG. 2C wurden die Welle 138 und Leitspindel 136 zum Aufwärtsbewegen von Hülse 140 soweit gedreht, bis die Unterseite von Schlitz 150 Nase 152 aufnimmt, die dann wiederum zum Aufwärtsbewegen des Schaltventilelements 120 führt, bis Ansatz 154 auf den ersten Anschlag 156 von Gehäuse 44 stößt.
Der Anschlag 156 läßt sich allgemein als erste Anschlagvorrichtung 156 zum Anstoßen der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132 zum Einschränken ihrer Bewegung bezeichnen, wodurch eine erste Stellung der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132, entsprechend der geschlossenen Stellung von Schaltventil 120, gebildet wird.
Wie nachfolgend weiter erörtert wird, läuft die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 in einer folgenden Funktion in eine umgekehrte Richtung, so daß die Leitspindel 136 in umgekehrte Richtung gedreht wird, was zum Abwärtsbewegen von Hülse 140 in Gehäuse 44 führt. Die Hülse 140 läuft solange abwärts, bis die Oberseite 158 von Schlitz 150 die Nase 152 aufnimmt, wodurch das Schaltventilelement 120 soweit abwärts gezogen wird, bis der untere ringförmige Ansatz 160 auf einen zweiten, aufwärts gerichteten Anschlag 162 von Gehäuse 44 stößt. Der zweite, aufwärts gerichtete Anschlag 162 läßt sich allgemein als eine zweite Anschlagvorrichtung zum Anstoßen der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132 bezeichnen, die eine zweite Stellung davon bildet, die der geöffneten Stellung von Schaltventilelement 120 entspricht.
FIG. 3 und 4 sind ähnlich wie FIG. 2C und zeigen die Bewegung der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132 aus ihrer ersten oder geschlossenen Stellung in FIG. 2C durch eine Zwischenstellung in FIG. 3 bis zur zweiten oder geöffneten Stellung in FIG. 4.
In FIG. 3 hat sich die Hülse 140 soweit abwärts bewegt, daß die Oberseite 158 von Schlitz 150 Nase 152 so aufnimmt, daß weiteres Bewegen von Hülse 140 das Schaltventilelement 120 abwärts zieht.
FIG. 4 zeigt, daß sich Hülse 140 soweit wie möglich abwärts bewegt hat, wodurch das Schaltventilelement 120 vollkommen offen gezogen wurde, wobei Ansatz 160 auf den zweiten Anschlag 162 stößt.
Die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 beinhaltet eine Untersetzung (ohne Darstellung). Am unteren Ende der Elektromotorantriebsvorrichtung 134 ist ein Elektronikbausatz oder Steuerung 164 befestigt. Darunter befindet sich ein Elektroanschluß 166V der mit einer Batteriestromversorgung 168 und Steuerung 164 verbindet.
Elektromotor 134, Steuerung 164 und Stromversorgung 168 sind in FIG. 6 als schematisches Blockschaltbild dargestellt. FIG. 5 ist eine Auflistung der Funktionsabläufe, mit der die Funktionsschritte dargestellt werden, die von der Steuerung 164 durchgeführt werden. Zu erkennen ist, daß die Steuerung 164 auf Mikroprozessorbasis ausgeführt sein oder hartverdrahtete Schaltkreise umfassen kann.
Wie oben beschrieben, läuft die mechanische Aktuatorvorrichtung 132, während sie von der Elektromotorantriebsvorrichtung 134 in beide Richtungen gefahren wird, letztlich aufwärts gegen eine Anschlagvorrichtung, die eine weitere Bewegung davon unterbindet. Wenn es dazu kommt, kann sich die Welle 138 der Elektromotorantriebsvorrichtung 134 nicht mehr weiterdrehen und die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 hält an. Wenn die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 anhält, wird mehr Strom aus der Elektronik 164 aufgenommen, die den Stromfluß aus der Stromversorgung 168 zur Elektromotorantriebsvorrichtung 134 regelt.
Die Steuerung 164 beinhaltet eine lastanstiegserkennende Vorrichtung 174, die zusätzliche Belastung der Elektromotorantriebsvorrichtung 134 erkennt und vorzugsweise eine höhere Stromaufnahme feststellt, wenn die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 so auf einen Anschlag stößt, daß ihre weitere Bewegung verhindert wird. Die Steuerung 164 vermittelt eine Vorrichtung zum Regeln der Elektromotorantriebsvorrichtung 134, ansprechend auf die lastanstiegserkennende Vorrichtung 174, wie nachfolgend im Zusammenhang mit FIG. 5, 6 und 7 näher erläutert wird.
Die Steuerung 164 umfaßt weiterhin eine Timervorrichtung 176, die der Vermittlung einer zeitlichen Verzögerung vor Bewegen der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132 durch die Antriebsvorrichtung 134, um das Schaltventil 120 zu öffnen, dient.
Die Steuerung 164 umfaßt weiterhin eine Starteinleitungsvorrichtung 178, mit der die Timervorrichtung 176 gesetzt oder zurückgestellt sowie eine Zeitspanne des Zeitelements nach Zusammenbau von Gerät 34 gestartet wird, wie nachfolgend näher erläutert wird. nachfolgend näher erläutert wird.
Die Steuerung 164 umfaßt weiter eine Stromschaltvorrichtung 179, incl. Motorleistungsschaltkreis 181 und Logikschaltkreis 183.
Die Starteinleitungsvorrichtung 178 aktiviert gleichfalls eine erste Startvorrichtung 180 der Stromschaltvorrichtung 179, um die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 in eine erste Richtung zu bewegen, so daß die Hülse 140 aufwärts in eine Stellung bewegt wird, wie sie in FIG. 2C erscheint, wo Ansatz 154 auf einen ersten Anschlag 156 stößt. Die lastanstiegserkennende Vorrichtung 174 aktiviert eine erste Abstellvorrichtung 182 der Stromschaltvorrichtung 179, mit der die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 abgestellt wird, wenn diese in der in FIG. 2C gezeigten Stellung anhält.
Die Stromschaltvorrichtung 179 beinhaltet eine zweite Startvorrichtung 184 zum Starten der Elektromotorantriebsvorrichtung 134, die in eine zweite Richtung läuft, so daß die Hülse 140 nach Ablauf einer in die Timervorrichtung 176 programmierten Zeitspanne abwärts bewegt wird. Eine zweite Abstellvorrichtung 186 stellt die Elektromotorantriebsvorrichtung 134, ansprechend auf ein Signal von der lastanstiegserkennende Vorrichtung 174 ab, womit angezeigt wird, daß der Antriebsmotor 134 wieder angehalten hat, wenn die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 auf den zweiten Anschlag 162 gestoßen ist.
Die Start- und Abstellvorrichtungen 180, 182, 184 und 186 werden mittels verschiedener Kombinationen von logischen Zuständen A und B im detaillierten Schaltbild vermittelt, siehe FIG. 7. Diese logischen Zustände werden unten näher erörtert.

Funktionsübersicht

Der allgemeine Betrieb der Steuerung 164 läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die Auflistung der Funktionsabläufe in FIG. 5 erläutern.
Wenn Gerät 34 zum ersten Mal an der Oberfläche zusammengebaut wird, d.h. bevor es in die Förderrohrkette 16 eingeführt wird, startet der erste Anschluß der Stromversorgung 168 an Steuerung 164 über Anschlußteil 166 eine Anzahl von Funktionen, die in FIG. 5 dargestellt sind. Zunächst wird der Timer 174 zurückgestellt (siehe SETZEN und SETZEN in der Ausführung in FIG. 7) und beginnt dann seinen Ablauf. Zu verstehen sein wird, daß der Timer 174 vorher auf eine festgelegte Verzögerungszeit gesetzt wurde (siehe Programmierglied in FIG. 7), die verstreichen muß, bevor das Absperrgerät aktiviert werden soll. Diese Verzögerung muß ausreichen, um das Einführen des Absperrgerätes 34 in die Förderrohrkette 16 zu ermöglichen, siehe FIG. 1A-1B, sowie um es der Strömung der Förderfiüssigkeit aufwärts durch die Förderrohrkette 16 zu ermöglichen, einen beständigen Zustand zu erreichen; dann kann das Absperrgerät so geschlossen werden, daß die Staudruckprüfung durchgeführt werden kann.
Zusätzlich startet die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 nach erstem Anschluß der Steuerung 164 an die Stromversorgung 168 ihren Lauf in eine erste Richtung, um die Hülse 140 aufwärts zu bewegen (A = logisch 1 und B = logisch 0 in der Ausführung in FIG. 7).
Wenn die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 auf den ersten Anschlag 156 stößt, erkennt der Lastsensor 174, daß der Motor 134 angehalten hat und eine ersten Abstellvorrichtung 182 stellt den Elektromotor 134 ab (A = logisch 0 und B = logisch 0 in der Ausführung in FIG. 7).
Bis die Timervorrichtung 176 ein Befehlssignal ausgibt, womit darauf hingewiesen wird, daß die einprogrammierte Zeit ganz abgelaufen ist, kommt es zu keiner weiteren Funktion. Ansprechend auf dieses Befehlssignal führt die Steuerung 164 und insbesondere die zweite Startvorrichtung 184 der Steuerung dazu, die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 in die entgegengesetzte Richtung zu starten, aus der sie ursprünglich gedreht wurde, um Hülse 140 abwärts zu bewegen, wodurch das Schaltventilelement 120 in eine geöffnete Stellung gezogen wird (A = logisch 0 und B = logisch 1 in der Ausführung in FIG. 7).
Diese Bewegung wird solange fortgesetzt, bis die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 auf den zweiten Anschlag 162 stößt, zu welchem Zeitpunkt der Motor 134 wieder anhält. Der Lastsensor 174 erkennt dann wieder, daß der Motor 134 angehalten hat und, ansprechend auf ein Signal vom Lastsensor 174 stellt die zweite Abstellvorrichtung 186 die Elektromotorantriebsvorrichtung 134 (A = logisch 1 und B = logisch 1 in der Ausführung in FIG. 7) dar.
So bleibt das Schaltventil 120 in einer geöffnete Stellung, was es dem Druckdifferential zwischen der Förderflüssigkeit und der Niederdruckzone 110 ermöglicht, den auf Differentialdruck ansprechenden Kolben 96 aufwärts zu bewegen, wodurch die Absperrventilelementgruppe 76 zum Schließen der Strömungsöffnungen 38 aufwärts bewegt wird, was zum Versiegeln des Bohrloches führt.
Nachdem das Bohrloch versiegelt ist, steigt der Druck an. Diese Drucksteige rung wird vom Druckaufzeichnungsgerät 36 auf bekannte Weise als Zeitfunktion verfolgt und aufgezeichnet.
Danach wird ein Abzugswerkzeug (ohne Darstellung) in die Förderkette 36 eingelassen, die in das Anschlagsperrwerkzeug 28 eingreifen, um das Anschlagsperrwerkzeug 28, das Absperrgerät 34 und das Druckaufzeichnungsgerät 36 aus dem Bohrloch zu bergen.
Nach Bergen des Absperrgerätes 34 aus dem Bohrloch kann dieses so zurückgestellt werden, daß es später ohne weiteres wieder in das Bohrloch eingelassen werden kann. Es muß nur die Stromversorgung 168 von der Steuerung 164 erst abgetrennt und dann wieder angeschlossen werden. Wenn die Stromversorgung 168 wieder an die Steuerung 164 angeklemmt wird, stellt sich der Timer zurück, Motor 134 wird in eine erste Richtung gestartet, um die mechanische Aktuatorvorrichtung 132 und das Schaltventilelement 120 zurück in die geschlossene Stellung zu bewegen, siehe FIG. 2C, wonach die anderen Schritte, die in FIG. 5 dargestellt werden, nacheinander ablaufen. Natürlich müssen das Absperrventilgerät 34 und insbesondere die Absperrventilgruppe 76 per Hand zurückgestellt und die darin befindlichen Scherstifte 84 ausgetauscht werden.
Der Gebrauch der lastanstiegserkennenden Vorrichtung 174, mit der sich die Stellung der Elektromotorantriebsvorrichtung 134 und insbesondere der mechanischen Aktuatorvorrichtung 132 bestimmen läßt, ersetzt Grenzschalter, die normalerweise zum Bestimmen solcher Stellungen eingesetzt werden. Wie Fachkundige erkennen werden, sind Grenzschalter im Einsatz häufig unzuverlässig und nehmen in der Baugruppe nennenswerten Platz in Anspruch.
Zusätzlich verlangt der Einsatz von Grenzschaltern das Einhalten einigermaßen enger Toleranzen bei den verschiedenen mechanischen Bauteilen, um sicherzustellen, daß der Grenzschalter tatsächlich aktiviert wird, wenn die mechanischen Bauteile ihre gewünschte Stellung erreichen. Diese engen mechanischen Toleranzen werden durch Verwendung dieses Systems, das nur die Anschläge 156 und 162 verwendet, mit denen die Bewegung der beweglichen mechanischen Teile fest begrenzt wird, überflüssig. So können verschiedene mechanische Bauteile mit relati, lockeren Toleranzen hergestellt werden, da diese größenmäßig nur so abgestimmt sein müssen, daß sichergestellt wird, daß wirklich auf die Anschläge gestoßen wird.

Detaillierte Funktion der Schaltung in FIG. 7

Es folgt eine Beschreibung der Funktion der bevorzugten Schaltung der Steuerung 164, die in FIG. 7 dargestellt wird. FIG. 7 ist die Implementation einer Schaltung des Blockschaltbilds in FIG. 6. Funktionsteile der Schaltung, die dem Blockschaltbild in FIG. 6 entsprechen, werden in Scheinlinien eingefaßt und mit gleichen Kennummern bezeichnet, wie gleichwertige Elemente.
Bei Stromansatz wird vom NAND-Gatter U11 (PIN 10) ein positiver Impuls von ca. 20 ms erzeugt. Dieser Impuls wird mit SETZEN etikettiert und wird zum Einleiten von Flipflopfunktion U9 benutzt sowie für die Zählerteiler U2 und U3. Der SETZEN-Impuls wird von U5 invertiert, wodurch SETZEN erzeugt wird. SETZEN wird mit der Gatteranordnung U4 und U5 sowie der U6 Konfigurationsleitung "KB" benutzt, um Vorgabeanforderungen für U6 zu vermitteln, der Teilung durch N- Zähler. Während der ersten 20 ms werden U9, U2 und U3 eingeleitet und U6 mit der gewünschten Verzögerungszählung geladen, die aus dem Programmierglied U7 ausgewählt wurde. Der Oszillator U1 und Y1 kann sofort nach Stromeinschalten anlaufen, weil sein 32 khz Ausgang in den ersten 20 ms erforderlich ist, auch hier wieder für die Vorgabeanforderungen von U6. Das Timersystem U1, U2, U3 und U6 beginnt sein Abzählen nach Beendung des SETZEN-Impulses.
Die 1-Schuß U8a vermittelt eine Verzögerung von mehr als einer Sekunde nach Einstellen, bevor ein START-Signal ausgegeben wird. So kann sich die Schaltung initialisieren und stabilisieren, bevor die Motorlast angeschlossen wird. Beim START erzeugt die Flipfiopschaltung U9a einen Hochgang bei AV der die Umkehrung des Motors erzeugt. Mit dieser Betriebsweise können Bediener ohne weiteres die Ventilgruppe bei der Bereitstellung des Werkzeuges für eine Arbeit initialisieren.
Am Ende des Ventillaufs stößt dieses auf einen mechanischen Anschlag, der den Motor anhält, wodurch die Stromaufnahme des Motors ansteigt. Diese Stromsteigerung wird an einer Stelle stark genug, um den Transistor Q5 einzuschalten, wodurch ein Auslssen von 1-Schuß U8b erzeugt wird. U8b, zusammen mit den drei NAND-Gattern U11, bilden einen zeitlich abgestimmten Ereignisqualifizierer, der verlangt, daß die Anhalteanzeige von Q5 mindestens (ca.) 200 ms dauert, bevor ein START-Impuls erzeugt wird. So wird das System daran gehindert, infolge von Anlaufstößen oder anderen kurzfristigen Laststößen zum Anhalten zu kommen. Das erste legitime ANHALTEN stellt U9a zurück, wodurch A tief gestellt und der Strom vom Motor abgetrennt wird.
Der Timer zählt weiter ab, bis es zu T0 kommt, wodurch B hochgestellt und der Motor vorwärts gestartet wird, um die Ventugruppe zu öffnen. Wieder setzt sich die Ventilbewegung soweit fort, bis es auf einen mechanischen Anschlag stößt, wodurch wiederum ein ANHALTEN-Impuls erzeugt wird. Dieser zweite ANHALTEN-Impuls taktet den hohen Pegel bei B durch die Flipfiopschaltung U9b, die sich mit seinem hochgestellten Q-Ausgang in einen Zustand verriegelt. So wird für den Setzen-Eingang von U9a gleichfalls ein Hoch vermittelt, wodurch sein Q-Ausgang gleichfalls hoch verriegelt wird. Daraus ergibt sich ein hoher Pegel sowohl von A und BV wodurch der Strom wieder vom Motor entfernt wird.
Das System bleibt in diesem Zustand, bis Strom zuerst entfernt und dann wieder angesetzt wird. Die Zustände der A- und B-Ausgänge ergeben sich aus dem o.g. wie folgt: Ereignis Motor SETZEN START ANHALTEN TO Aus Rückwarts (Ventil schließen) Vorwärts (Ventil öffnen)

Claims

1. Ein Bohrlochwerkzeug, das ein Aktuatorgerät zum Betätigen besagten Werkzeuges beinhaltet, bestehend aus einer mechanischen Aktuatorvorrichtung (132) zum Betätigen besagten Werkzeuges: sowie eine Antriebsvorrichtung (134), die funktionsmäßig mit besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung zusammenhängt und dem Bewegen besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung dient; dadurch gekennzeichnet, daß das Aktuatorgerät eine Anschlagvorrichtung (156) zum Anstoßen besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung umfaßt, um ihre Bewegung einzuschränken und so wenigstens eine Stellung besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung zu bilden; und eine Steuerungsvorrichtung, incl. und ansprechend auf eine Lastanstiegerkennungsvorrichtung (174), die dem Erkennen einer steigenden Stromaufnahme der Antriebsvorrichtung dient, wenn besagte mechanische Aktuatorvorrichtung auf besagte Anschlagvorrichtung stößt.

2. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei besagte Steuerung eine Timervorrichtung (176) zum Vermitteln einer zeitlichen Verzögerung vor Bewegen mechanischen Aktuatorvorrichtung (132) zum Aktivieren besagten Werkzeuges durch besagte Antriebsvorrichtung (134) beinhaltet.

3. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei besagte Steuerung eine Einleitungsvorrichtung (178) zum Setzen besagter Timervorrichtung (176) umfaßt.

4. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 3, wobei besagte Initialisierungsvorrichtung (178) eine Vorrichtung zum Setzen besagter Timervorrichtung nach Zusammenbau besagten Gerätes ist.

5. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, wobei besagte Antriebsvorrichtung (134) eine Elektromotorantriebsvorrichtung ist; und besagtes Gerät weiterhin eine Stromversorgungsvorrichtung (168) umfaßt; und besagte Initialisierungsvorrichtung (178) eine Vorrichtung zum Setzen besagter Timervorrichtung nach Anschluß besagter Stromversorgung an besagter Steuerung darstellt.

6. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 5, wobei besagte Anschlagsvorrichtung erste (156) und zweite (162) Anschläge zum Bilden einer nichtaktivierten Stellung und einer aktivierten Stellung besagten Werkzeuges umfaßt, die nach Anstoßen besagter mechanischer Aktuatorvorrichtung jeweils auf besagte erste und zweite Anschläge zustandekommen; und besagte Steuerung weiter eine erste Startvorrichtung (180) zum Starten besagter Elektromotorantriebsvorrichtung (132) in eine erste Richtung umfaßt, um besagte mechanische Aktuatorvorrichtung (132), nach Anschluß besagter Stromversorgung (168) an besagte Steuerung (164), in Richtung des ersten Anschlages (156) zu bewegen sowie eine ersten Abstellvorrichtung (182) zum Abstellen besagter Elektromotorantriebsvorrichtung, ansprechend auf ein Signal aus besagter Lastsensorvorrichtung (174), wodurch angezeigt wird, daß besagte mechanische Aktuatorvorrichtung auf besagten ersten Anschlag gestoßen ist.

7. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, wobei besagte Steuerung eine zweite Startvorrichtung (184) zum Starten besagter Elektromotorantriebsvorrichtung in eine zweite Richtung umfaßt, um besagte mechanische Aktuatorvorrichtung (132) in Richtung des zweiten Anschlages (162) zu bewegen, um so, nach Ablauf besagter Verzögerung, ein Funktionselement zu aktivieren.

8. Ein Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 7, wobei besagte Steuerung eine Abstellvorrichtung (186) zum Abstellen besagter Elektromotorantriebsvorrichtung, ansprechend auf ein Signal aus besagter Lastsensorvorrichtung (174), beinhaltet, wodurch angezeigt wird, daß besagte mechanische Aktuatorvorrichtung (132) auf besagten zweiten Anschlag (162) aufgestoßen ist.

9. Ein Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, wobei besagtes Gerät durch Abtrennen besagter Stromversorgung (168) von besagter Steuerung (164) und Wiederanklemmen besagter Stromversorgung an besagte Steuerung zurückgestellt werden kann.

10. Ein Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei es sich um ein Bohrlochabsperrwerkzeug handelt.