-
Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Prüfen von Untergrundformationen
und -speichern.
-
Beim Bohren eines Bohrlochs für die kommerzielle
Entwicklung von Kohlenwasserstoffreserven trifft man auf zahlreiche
unterirdische Speicherschichten und Formationen. Um über die
Formationen Informationen herauszufinden, beispielsweise ob die
Speicherschicht Kohlenwasserstoffe enthält, hat man in Bohrstränge Aufzeichnungsvorrichtungen eingeschlossen,
um mehrere Eigenschaften dieser Speicherschichten zu bewerten. Man
hat Systeme, die messen, während
sie bohren (im Folgenden MWB), entwickelt, die spezifische Widerstands-
und nukleare Aufzeichnungsvorrichtungen enthalten, die einige dieser
Charakteristika während
der Ausführung
der Bohrung dauernd überwachen
können.
Die MWB-Systeme
können
Daten erzeugen, zu denen das Vorhandensein von Kohlenwasserstoff,
Sättigungspegel
und Porositätsdaten
gehören.
Darüber hinaus
hat man Telemetriesysteme zum Einsatz mit den MWB-Systemen entwickelt,
um die Daten zur Oberfläche
zu übermitteln.
Ein übliches
Telemetrieverfahren ist das gepulste Bohrflüssigkeitssystem, wovon ein
Beispiel in dem US-Patent 4,733,233 zu finden ist. Ein Vorteil eines
MWB-Systems ist die Realzeitanalyse der unterirdischen Speicher
für eine weitere
kommerzielle Ausnutzung.
-
Das US-Patent 5,233,866 beschreibt
eine Prüfvorrichtung
und ein Verfahren der gattungsgemäßen Arten zum genauen und schnellen
Messen des Formationsdrucks und der Permeabilität in öl- und gaserzeugenden Formationen,
insbesondere in Formationen mit geringer oder hoher Durchlässigkeit.
Die Prüfvorrichtung
kann an einem Bohrstrang oder an einem Kabel transportiert werden.
Gewöhnlich
wird sie als eine Komponente einer kabelgebundenen Prüfvorrichtung
verwendet. Die Prüfvorrichtung
hat als Teil und Paket der Kombination eine ausgefahrene Subanordnung
für das
Nach-unten-Ziehen oder eine Formationsdruckprüfeinheit, die der Strömungsleitung
des Bohrmeissels direkt zugeordnet ist. Durch Anlegen einer sehr
langsamen Rate der Druckabsenkung in der Strömungsleitung des Bohrmeissels
können
der Formationsdruck und die Formationsdurchlässigkeit schnell bestimmt werden,
im Allgemeinen während
der ersten Prüfminute.
Bei hoher Durchlässigkeit
und weichen Formationen wird der Formationsdruck auch dann bestimmt,
wenn die Abdichtung während
des Fließzeitraums
verloren geht. In Formationen mit niedriger Durchlässigkeit können Korrekturen
für den Überladungseffekt
bei Nutzung der gesammelten Daten ge macht werden. Zur Bestimmung
des Formationsdrucks, der Formationsdurchlässigkeit, der Überladung
und der Bohrflüssigkeitskucheneigenschaften
aus den erhaltenen Daten kann ein einfaches mathematisches Modell verwendet
werden.
-
Das US-Patent 4,635,717 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Einsatz an einem Aufzeichnungsdrahtkabel
für die
Probenahme und das Prüfen
von Bohrlochfluiden, wobei die aus einer solchen Prüfung erhaltenen
Ergebnisse zur Oberfläche
zur Bestimmung übertragen
werden, ob die spezielle Probe, die der Prüfung unterliegt, gesammelt
und zur Oberfläche
gebracht werden soll oder nicht. Die Vorrichtung hat ein im Bohrloch
befindliches Werkzeug mit einem aufblähbaren Doppelpacker zum Isolieren
eines Intervalls des mit einer Hydraulikpumpe verbundenen Bohrlochs,
wobei die Pumpe nacheinander dazu verwendet wird, den Doppelpacker
aufzublähen
und ein Intervall des Bohrlochs zu isolieren und Fluide aus dem
isolierten Intervall zu Prüfkammereinrichtungen
zu entfernen, wo der spezifische Widerstand, das Redoxpotenzial
(Eh) und der Säuregrad
(pH) bestimmt wird, um abschließend
ausgewählte
Proben zu einem oder mehreren Probenbehälterkammern in dem Bohrmeissel
anzubringen oder sie in das Bohrloch zurückzuführen, wenn sie nicht ausgewählt werden.
-
Die kommerzielle Entwicklung von
Kohlenwasserstofffeldern erfordert beträchtliche Kapitalmengen. Bevor
eine Entwicklung des Feldes beginnt, möchten die Betreiber so viele
Daten wie möglich
haben, um das Reservoir bezüglich
der kommerziellen Entwicklungsfähigkeit
zu bewerten. Trotz der Vorteile bei der Datenerfassung während des
Bohrens durch Verwendung der MWB-Systeme ist es häufig erforderlich,
eine weitere Untersuchung der Kohlenwasserstoffspeicher durchzuführen, um
zusätzliche
Daten zu erhalten. Deshalb werden die Kohlenwasserstoffzonen nach
dem Bohren des Bohrlochs häufig mittels
einer anderen Prüfausrüstung untersucht.
-
Zu einer Art eines nach dem Bohren
durchgeführten
Tests gehört
die Erzeugung von Fluid aus dem Speicher, das Sammeln von Proben,
das Abschließen
des Bohrlochs und das Zulassen des Druckaufbaus auf einen statischen
Pegel. Diese Folge kann mehrere Male in mehreren unterschiedlichen
Speichern innerhalb eines gegebenen Bohrlochs wiederholt werden.
Diese Art des Tests ist als Druckaufbautest bekannt. Einer der wesentlichen
Aspekte der während
eines solchen Tests gesammelten Daten sind die Druckaufbauinformationen,
die nach dem Absenken des Drucks gesammelt werden. Aus diesen Daten
können
Informationen bezüglich
der Durchlässigkeit
und der Größe des Speichers
abgeleitet werden. Weiterhin muss man aktuelle Proben des Speicherfluids
erhalten, und diese Proben müssen geprüft werden,
um Druck-Volumen-Temperatur-Daten zu sammeln, die für die Kohlenwasserstoffverteilung
des Speichers relevant sind.
-
Zur Durchführung dieser wichtigen Tests
ist es zurzeit erforderlich, den Bohrstrang aus dem Bohrloch wieder
herauszuziehen. Danach wird ein anderes Werkzeug, das für die Untersuchung
ausgelegt ist, in das Bohrloch geführt. Häufig wird ein Kabel verwendet,
um das Prüfwerkzeug
in das Bohrloch abzusenken. Das Prüfwerkzeug verwendet manchmal Packer
zur Isolierung des Speichers. Man hat zahlreiche Kommunikationsvorrichtungen
konstruiert, die für
die Handhabung der Testanordnung oder alternativ für die Datenübertragung
aus der Testanordnung sorgen. Zu einigen dieser Konstruktionen gehören das
Signalisieren mit Druckimpulsen von der Erdoberfläche aus
durch das Fluid in dem Bohrloch zu einem im Bohrloch befindlichen
Mikroprozessor oder von diesem aus oder in Zuordnung zu der Prüfanordnung.
Alternativ kann ein Kabel von der Oberfläche in ein Landebehältnis abgesenkt
werden, das sich in einer Testanordnung befindet, wobei eine elektrische Signalkommunikation
zwischen der Oberfläche
und der Testanordnung hergestellt wird. Unabhängig von der Art des gegenwärtig verwendeten
Prüfgeräts und unabhängig von
der Art des eingesetzten Kommunikationssystems ist der Aufwand an
Zeit und Geld, der für
das Herausziehen des Bohrstrangs und das Einbringen eines zweiten
Prüfgeräts in das
Loch erforderlich ist, beträchtlich.
Wenn das Loch in hohem Maße
abweicht, kann zur Durchführen
der Prüfung ein
Kabel nicht mehr verwendet werden, da das Prüfwerkzeug nicht tief genug
in das Loch eindringen kann, um die gewünschte Formation zu erreichen.
-
Es gibt noch eine weitere Art von
Problem, die auf die Druckbedingungen im Bohrloch bezogen sind,
die während
des Bohrens auftreten können. Man
berechnet die Dichte des Bohrfluids, um einen maximalen Bohrwirkungsgrad
zu erreichen, während die
Sicherheit aufrechterhalten wird, wobei die Dichte von der gewünschten
Beziehung zwischen dem Gewicht der Bohrflüssigkeitssäule und dem Bohrlochdruck,
auf den man trifft, abhängt.
Da unterschiedliche Formationen des Bohrens durchdrungen werden,
kann sich der Bohrlochdruck beträchtlich ändern. Mit
der gegenwärtig
verfügbaren
Ausrüstung gibt
es keine Möglichkeit,
den Formationsdruck genau zu erfassen, wenn das Bohrwerkzeug die
Formation durchdringt. Der Formationsdruck kann niedriger als erwartet
sein, was eine Verringerung der Bohrflüssigkeitsdichte ermöglicht,
oder der Formationsdruck kann höher
als erwartet sein, was möglicherweise
auch zu einem Druckkick führt.
Da diese Informationen für
den Betreiber nicht leicht verfügbar
sind, kann als Folge das Bohrlochfluid auf einer zu hohen oder einer
zu geringen Dichte für
einen maximalen Wirkungsgrad und eine maximale Sicherheit gehalten
werden.
-
Es besteht deshalb ein Bedürfnis für ein Verfahren
und eine Vorrichtung, die die Druckprüfung und Fluidprobenahme von
potenziellen Kohlenwasserstoffspeichern ermöglichen, sobald das Bohrloch in
den Speicher gebohrt worden ist, ohne dass der Bohrstrang entfernt
wird. Ferner besteht ein Bedürfnis
für ein
Verfahren und eine Vorrichtung, die die Einstellung der Bohrlochfluiddichte
ansprechend auf Änderungen
im Bohrlochdruck ermöglichen,
um einen maximalen Bohrwirkungsgrad zu erreichen. Schließlich besteht
ein Bedürfnis
für ein
Verfahren und eine Vorrichtung, die ein Ausblasen des Bohrlochs
verhindern, um die Bohrsicherheit zu begünstigen.
-
Es werden ein Formationsprüfverfahren
und eine Formationsprüfvorrichtung
offenbart. Die Prüfvorrichtung
ist an einem Arbeitsstrang zur Verwendung in einem mit Fluid gefüllten Bohrloch
angebracht. Der Arbeitsstrang kann ein herkömmlicher verschraubter, rohrförmiger Bohrstrang
oder ein gewickeltes Steigrohr sein. Es kann ein Arbeitsstrang sein,
der für
das Bohren, die Wiedereinführungsarbeit
oder Überarbeitungsanwendungen
ausgelegt ist. Wie bei vielen dieser Anwendungen gefordert ist, muss
der Arbeitsstrang in der Lage sein, auch in stark abweichende Löcher oder
sogar horizontal zu gehen. Um zum Erzielen der Zwecke der vorliegenden
Erfindung voll einsatzfähig
zu sein, muss deshalb der Arbeitsstrang in der Lage sein, anstatt
wie ein Kabel abgesenkt zu werden, zwangsweise in das Loch geführt zu werden.
Der Arbeitsstrang kann ein System zum Messen während des Bohrens und einen
Bohrmeißel
oder andere Arbeitselemente enthalten. Die Formationsprüfvorrichtung
hat wenigstens einen expandierbaren Packer oder einen anderen ausdehnbaren
Aufbau, der für
den Kontakt mit der Wand des Bohrlochs expandiert oder ausgefahren werden
kann, Einrichtungen zum Bewegen eines Fluids, beispielsweise eine
Pumpe, für
die Aufnahme von Formationsfluid und wenigstens einen Sensor zum
Messen einer Eigenschaft des Fluids. Die Prüfvorrichtung enthält auch
Steuereinrichtungen zum Steuern verschiedener Ventile oder Pumpen,
die zur Steuerung des Fluidstroms verwendet werden. Die Sensoren
und andere Instrumenten- und Steuerausrüstungen müssen von dem Bohrmeissel getragen werden.
Der Bohrmeissel muss ein Kommunikationssystem haben, das in der
Lage ist, mit der Oberfläche zu
kommunizieren, während
Daten zur Oberfläche telemetriert
oder in einem Bohrlochspeicher für
späteres
Herausziehen gespeichert werden können.
-
Zu dem Verfahren gehört das Bohren
eines Bohrlochs oder das Wiedereinführen in ein solches und die
Auswahl eines geeigneten Untergrundspeichers. Der Druck oder irgendeine
andere Eigenschaft des Fluids in dem Bohrloch an dem Speicher kann dann
gemessen werden. Das ausfahrbare Element, beispielsweise ein Packer
oder eine Prüfsonde,
wird gegen die Wand des Bohrlochs gesetzt, um einen Teil des Bohrlochs
oder wenigstens einen Teil der Bohrlochwand zu isolieren. Wenn zwei
Packer verwendet werden, erzeugt dies ei nen oberen Ringraum, einen unteren
Ringraum und einen Zwischenringraum in dem Bohrloch. Der Zwischenringraum
entspricht dem isolierten Teil des Bohrlochs und ist an dem zu untersuchenden
Speicher positioniert. Als Nächstes wird
der Druck oder eine andere Eigenschaft in dem Zwischenringraum gemessen.
Das Bohrlochfluid, primär
Bohrflüssigkeit,
kann dann aus dem Zwischenringraum mit der Pumpe abgezogen werden.
Das Niveau, auf dem sich der Druck in dem Zwischenringraum stabilisiert,
kann dann gemessen werden. Er entspricht dem Formationsdruck.
-
Alternativ kann ein Kolben oder eine
andere Testsonde aus der Prüfvorrichtung
ausgefahren werden, um in einer abdichtenden Beziehung mit der Bohrlochwand
zu treten, oder es kann irgendein anderes expandierbares Element
ausgefahren werden, um eine Zone zu erzeugen, aus der im Wesentlichen unberührtes Formationsfluid
abgezogen werden kann. Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass ein
Positionierarm oder eine -rippe von einer Seite des Prüfwerkzeugs
aus ausgefahren wird, um die gegenüberliegende Seite des Prüfwerkzeugs
in Kontakt mit der Bohrlochwand zu drücken, wodurch ein Probenkanal
dem Formationsfluid ausgesetzt wird. Unabhängig von der verwendeten Vorrichtung
besteht das Ziel darin, eine Zone für unberührtes Formationsfluid herzustellen,
aus der eine Probe genommen werden kann oder in der Eigenschaften
des Fluids gemessen werden können.
Dies kann durch verschiedene Einrichtungen erreicht werden. Das
zuerst erwähnte
Beispiel besteht darin, aufblasbare Packer zu verwenden, um einen
vertikalen Abschnitt des gesamten Bohrlochs zu isolieren, wonach
Bohrfluid von dem isolierten Abschnitt abgezogen wird, bis er sich mit
Formationsfluid füllt.
Die anderen aufgeführten Beispiele
erreichen das Ziel dadurch, dass ein Element gegen einen Flecken
auf der Bohrlochwand expandiert wird, wodurch die Formation direkt
kontaktiert und Bohrfluid entfernt wird.
-
Unabhängig von der verwendeten Vorrichtung
muss diese so gebaut sein, dass sie während der Ausführung der
primären
Operationen geschützt ist,
für die
der Arbeitsstrang vorgesehen ist, beispielsweise das Bohren, das
Wiedereinführen
oder das Überarbeiten.
Wenn eine ausdehnbare Sonde verwendet wird, kann sie sich in den
Bohrmeissel zurückziehen
oder kann durch benachbarte Stabilisatoren geschützt werden oder beides. Ein
Packer oder ein anderes ausdehnbares elastomere Element können in
eine Aussparung in dem Bohrmeissel eingezogen oder können durch
eine Hülse
oder irgendeine andere Art von Abdeckung geschützt werden.
-
Zusätzlich zu dem oben erwähnten Drucksensor
kann die Formationsprüfvorrichtung
einen spezifischen Widerstandssensor zum Messen des spezifischen
Widerstands des Bohrlochfluids und des Formationsfluids oder andere
Arten von Sensoren enthalten. Der spezifi sche Widerstand des Bohrfluids
unterscheidet sich beträchtlich
von dem spezifischen Widerstand des Formationsfluids. Wenn zwei Packer
verwendet werden, kann der spezifische Widerstand des aus dem Zwischenringraum
gepumpten Fluids überwacht
werden, um zu bestimmen, wann das gesamte Bohrfluid aus dem Zwischenringraum
abgezogen ist. Wenn der Strom aus der isolierten Formation in den
Zwischenringraum eingeführt
wird, wird der spezifische Widerstand des aus dem Zwischenringraum
gepumpten Fluids überwacht.
Wenn der spezifische Widerstand des austretenden Fluids sich ausreichend
von dem spezifischen Widerstand des Bohrlochfluids unterscheidet, geht
man davon aus, dass das Formationsfluid den Zwischenringraum gefüllt hat
und der Zustrom beendet ist. Dies kann auch dazu verwendet werden,
eine geeignete Abdichtung der Packer festzustellen, da eine Leckage
von Bohrfluid an den Packern vorbei dazu führen würde, den spezifischen Widerstand
auf dem Niveau des Bohrfluids zu halten.
-
Nach dem Einschließen der
Formation kann der Druck in dem Zwischenringraum überwacht
werden. Es kann auch das Pumpen wieder aufgenommen werden, um Formationsfluid
aus dem Zwischenringraum mit einem gemessenen Durchsatz abzuziehen.
Das Pumpen von Formationsfluid und das Messen des Drucks kann wie
gewünscht
abfolgen, um Daten bereitzustellen, die dazu verwendet werden können, verschiedene
Eigenschaften der Formation zu berechnen, beispielsweise die Durchlässigkeit und
die Größe. Wenn
ein direkter Kontakt mit der Bohrlochwand verwendet wird, anstatt
den vertikalen Abschnitt des Bohrlochs zu isolieren, können ähnliche
Untersuchungen dadurch ausgeführt
werden, dass Prüfkammern
in die Prüfvorrichtung
eingeschlossen sind. Die Prüfkammern
können
auf Atmosphärendruck
gehalten werden, während
der Arbeitsstrang in das Bohrloch gebohrt oder abgesenkt wird. Wenn
das ausfahrbare Element in Kontakt mit der Formation platziert worden
ist, wobei dem Formationsfluid ein Prüfkanal ausgesetzt wird, kann
eine Prüfkammer
selektiv in Fluidverbindung mit dem Prüfkanal gebracht werden. Da
sich das Formationsfluid auf einem viel höheren Druck als dem Atmosphärendruck
befindet, strömt
das Formationsfluid in die Prüfkammer.
Auf diese Weise können
mehrere Prüfkammern
verwendet werden, um unterschiedliche Druckprüfungen auszuführen oder
Fluidproben zu nehmen.
-
Bei einigen Ausführungen, die zwei expandierbare
Packer verwenden, sind in der Formationsprüfvorrichtung ein Bohrfluid-Rückführströmungskanal
enthalten, um einen Rückstrom
des Bohrfluids von dem unteren Ringraum zum oberen Ringraum zu ermöglichen.
Ebenfalls eingeschlossen ist wenigstens eine Pumpe, bei der es sich
um eine Venturi-Pumpe oder einen anderen geeigneten Typ einer Pumpe
handeln kann, um einen zu starken Druckaufbau in dem Zwischenringraum
zu verhindern. Ein zu starker Druckaufbau kann unerwünscht sein,
da die Packerabdichtung verloren gehen kann, oder weil die Betätigung von expandierbaren
Elementen beeinträchtigt
werden kann, die durch Differenzdruck zwischen der inneren Bohrung
des Arbeitsstrangs und dem Ring betrieben werden. Um die Ausbildung
eines zu hohen Drucks zu verhindern, wird Bohrfluid nach unten längs der
Innenbohrung des Arbeitsstrangs vorbei an dem unteren Ende des Arbeitsstrangs
(das gewöhnlich
der Bohrmeißel
ist) und den Ring nach oben gepumpt. Dann wird das Fluid durch einen
Rückstromkanal
und durch die Venturi-Pumpe geleitet, wodurch eine Niederdruckzone
an dem Venturi-Rohr
erzeugt wird, so dass das Fluid in dem Zwischenring auf einem niedrigeren
Druck als das Fluid in dem Rückstromkanal
gehalten wird.
-
Die Vorrichtung kann auch ein Umlaufventil zum Öffnen und
Schließen
der inneren Bohrung des Arbeitsstrangs aufweisen. In dem Arbeitsstrang
kann ein Querventil vorgesehen sein, das funktionsmäßig dem
Umlaufventil zugeordnet ist, um einen Strom aus der inneren Bohrung
des Arbeitsstrangs zum Ringraum um den Arbeitsstrang herum zu ermöglichen,
wenn das Umlaufventil geschlossen ist. Diese Ventile können in
Betrieb der Prüfvorrichtung
als Einrichtungen zum Verhindern eines Bohrlochausblasens verwendet
werden.
-
In dem Fall, in dem ein Zustrom von
Reservoir-Fluiden in das Bohrloch eindringt, worauf manchmal als "Kick" Bezug genommen wird,
weist das Verfahren die Schritte auf, die expandierbaren Packer
zu setzen und dann das Umlaufventil in die Schließstellung
zu bringen. Die Packer werden an einer Position gesetzt, die sich über der
Zustromzone befindet, so dass die Zustromzone isoliert wird. Als Nächstes wird
das Querventil in die Offenstellung gebracht. Dann können dem
Bohrfluid Zusatzstoffe zugesetzt werden, wodurch die Dichte der
Bohrflüssigkeit
erhöht
wird. Die schwerere Bohrflüssigkeit
zirkuliert unten im Arbeitsstrang durch das Querventil und füllt den
Ring. Wenn einmal die Zirkulation des dichteren Bohrfluids abgeschlossen
ist, kann der Sitz des Packers gelöst und das Umlaufventil geöffnet werden.
Dann kann das Bohren wieder aufgenommen werden.
-
Zu einem Vorteil der vorliegenden
Erfindung gehört
die Verwendung von Sensoren für
den Druck und den spezifischen Widerstand mit dem MWB-System, um
die Realzeitdatenübertragung
dieser Messungen zu ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die vorliegende Erfindung
das Erhalten von statischen Drucken, Druckaufbauten und Druckabbauten
mit dem Arbeitsstrang, beispielsweise dem Bohrstrang, vor Ort ermöglicht.
Eine Berechnung von Durchlässigkeits-
und anderen Speicherparametern basierend auf den Druckmessungen
kann ohne Ziehen des Bohrstrangs erreicht werden.
-
Die Packer können mehrfach gesetzt werden,
so dass das Prüfen
mehrerer Zonen möglich
ist. Dadurch, dass die Messung von Bohrlochbedingungen in Realzeit
möglich
ist, können
optimale Bohrfluidzustände
bestimmt werden, die zur Bohrlochreinigung, zur Bohrsicherheit und
zur Bohrgeschwindigkeit beitragen. Wenn ein Zustrom von Fluid und
Gas aus dem Reservoir in das Bohrloch eintreten, besteht der hohe
Druck in dem unteren Teil des Bohrlochs, was die Gefahr beträchtlich
reduziert, dass man diesen Drucken an der Oberfläche ausgesetzt ist. Durch Abschließen des
Bohrlochs unmittelbar über
der kritischen Zone wird das Volumen des Zustroms in das Bohrloch
beträchtlich
reduziert.
-
Die neuen Merkmale dieser Erfindung
sowie die Erfindung an sich lassen sich am besten aus den beiliegenden
Zeichnungen zusammen mit der folgenden Beschreibung verstehen, wobei
gleiche Bezugszeichen für
gleiche Teile stehen und in denen
-
1 eine
geschnittene Teilansicht der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
ist, wie sie mit einem schwimmenden Bohrgestellt verwendet wird,
-
2 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit expandierbaren Packern ist,
-
3 eine
Schnittansicht der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung von 2 ist,
-
4 eine
Schnittansicht der in 3 gezeigten
Ausgestaltung durch Zufügung
einer Probenkammer ist,
-
5 eine
Schnittansicht der in 3 gezeigten
Ausgestaltung ist, wobei der Strömungsweg des
Bohrfluids gezeigt ist,
-
6 eine
Schnittansicht eines Umlaufventils und eines Querventils ist, das
in die in 3 gezeigte
Ausgestaltung eingeschlossen werden kann,
-
7 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist, die die Verwendung einer Zentrifugalpumpe zum Entleeren des
Zwischenrings zeigt, und
-
8 schematisch
das Steuersystem und das Kommunikationssystem zeigt, das bei der
vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
-
In 1 ist
ein typischer Bohrturm 2 mit einem davon ausgehenden Bohrloch 4 gezeigt,
wie dies allgemein bekannt ist. Der Bohrturm 2 hat einen Arbeitsstrang 6,
der bei der gezeigten Ausgestaltung ein Bohrstrang ist. An dem Arbeitsstrang 6 ist
ein Bohrmeißel 8 zum
Bohren des Bohrlochs 4 befestigt. Die vorliegende Erfindung
ist auch bei anderen Arten von Arbeitssträngen anwendbar und zusammen
mit einem verbundenen Steigrohr sowie mit einem Wickelsteigrohr
oder einem anderen Arbeitsstrang mit kleinem Durchmesser, beispielsweise
einem Ausfahrrohr, einsetzbar. 1 zeigt
den Bohrturm 2 auf einem Bohrschiff S mit einem Steigrohr,
das sich von dem Bohrschiff S zum Meeresboden F erstreckt.
-
Wenn es anwendbar ist, kann der Arbeitsstrang 6 einen
Bohrloch-Bohrmotor 10 haben. In dem Bohrstrang 6 ist über dem
Bohrmeißel 8 ein
Bohrflüssigkeitsimpuls-Telemetriesystem 12 eingeschlossen, das
wenigstens einen Sensor 14, beispielsweise ein nukleares
Aufzeichnungsinstrument hat. Die Sensoren 14 erfassen die
Bohrlocheigenschaften in dem Bohrloch, an dem Meißel und
an der Speicherschicht, wobei solche Sensoren an sich bekannt sind. Die
Bohrlochsohlenanordnung hat weiter eine Formationsprüfvorrichtung 16 der
vorliegenden Erfindung, die nachstehend im Einzelnen beschrieben wird.
Wie zu sehen ist, wird von dem Bohrloch 4 eine oder mehrere
unterirdische Speicherschichten 18 durchschnitten.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
der Formationsprüfvorrichtung 16 in
perspektivischer Ansicht mit den expandierbaren Packern 24, 26,
die in Aussparungen in dem Körper
des Werkzeugs eingezogen sind. Ferner sind zwischen den Packern 24, 26 Stabilisatorrippen 20 gezeigt,
die um den Umfang des Werkzeugs herum angeordnet sind und sich radial
nach außen
erstrecken. Weiterhin sind die Einlasskanäle zu mehreren Bohrfluid-Rückstromkanälen 36 und ein nach
unten abführender
Kanal 41 gezeigt, was nachstehend im Einzelnen beschrieben
wird.
-
In 3 ist
eine Ausgestaltung der Formationsprüfvorrichtung 16 gezeigt,
die angrenzend an die Speicherschicht 18 angeordnet ist.
Die Prüfvorrichtung 16 hat
einen oberen expandierbaren Packer 24 und einen unteren
expandierbaren Packer 26 zum dichtenden Eingriff mit der
Wand des Bohrlochs 4. Die Packer 24, 26 sind
durch bekannte Einrichtungen expandierbar. Aufblähbare Packereinrichtungen sind bekannt,
wobei das Aufblähen
mittels Einpressen von Druckfluid in den Packer erreicht wird. Wahlweise
können
auch Abdeckungen für
die expandierbaren Packerelemente vorgesehen werden, um sie vor schädlichen
Einflüssen
bei einer Drehung im Bohrloch, einer Kollision mit der Wand des
Bohrlochs und durch andere Kräfte,
die während
des Bohrens auftreten, durch eine andere, von dem Bohrstrang ausgeführte Arbeit
abzuschirmen.
-
Zwischen der inneren Längsbohrung 7 und einem
Expansionselementsteuerventil 30 ist ein Hochdruck-Bohrfluidkanal 27 ausgebildet.
Ein Aufblähfluidkanal 28 leitet
Fluid von dem ersten Kanal des Steuerventils 30 zu den
Packern 24, 26. Der Aufblähfluidkanal 28 zweigt
in einen ersten Zweig 28A, der mit dem aufblähbaren Packer 26 verbunden
ist, und in einen zweiten Zweig 28B ab, der mit dem aufblähbaren Packer 24 verbunden
ist. Mit einem Fluidkanal 29, der zu einem Zylinder 35 führt, der
in dem Körper
des Prüfwerkzeugs 16 ausgebildet
ist, ist ein zweiter Kanal des Steuerventils 30 verbunden.
Ein dritter Kanal des Steuerventils 30 ist mit einem Niederdruckkanal 31 verbunden,
der zu einem der Rückstromkanäle 36 führt. Alternativ
könnte
der Niederdruckkanal 31 zu einer Venturi-Pumpe 38 oder
zu einer Zentrifugalpumpe 53 führen, was nachstehend weiter
erörtert
wird. Das Steuerventil 30 und die weiteren diskutierten
Steuerelemente sind durch ein elektronisches Steuersystem 100 im
Bohrloch, wie in 8 zu
sehen, betätigbar,
was im Einzelnen später erläutert wird.
-
Man sieht, dass das Steuerventil 30 wahlweise
so positioniert werden kann, dass es den Zylinder 35 oder
die Packer 24, 26 mit Hochdruckbohrfluid unter
Druck setzt, das in der Längsbohrung 7 strömt. Dies
kann den Kolben 45 oder die Packer 24, 26 zu einer
Ausdehnung in Kontakt mit der Wand des Bohrlochs 4 führen. Wenn
diese Ausdehnung einmal erreicht ist, kann die Neupositionierung
des Steuerventils 30 das ausgefahrene Element an Ort und
Stelle arretieren. Man sieht ebenfalls, dass das Steuerventil 30 selektiv
so positioniert werden kann, dass der Zylinder 35 oder
die Packer 24, 26 in Fluidverbindung mit einem
Kanal mit Niederdruck, wie beispielsweise dem Rückstromkanal 36, gebracht
werden können. Wenn
Federrückführeinrichtungen
in dem Zylinder 35 oder in den Packern 24, 26 verwendet
werden, wie es beim Stand der Technik bekannt ist, zieht sich der Kolben 45 in
den Zylinder 35 und ziehen sich die Packer 24, 26 in
ihre jeweiligen Aussparungen zurück. Alternativ
kann, wie nachstehend anhand von 4 erläutert wird,
der Niederdruckkanal 31 mit einer Saugeinrichtung, beispielsweise
einer Pumpe, verbunden werden, um den Kolben 45 in den
Zylinder 35 oder die Packer 24, 26 in
ihre Aussparungen zurückzuziehen.
-
Wenn die aufblähbaren Packer 24, 26 aufgebläht sind,
werden ein oberer Ringraum 24, ein Zwischenringraum 33 und
ein unterer Ringraum 34 gebildet. Dies ist deutlicher in 5 zu sehen. Die aufgeblähten Packer 24, 26 trennen
einen Teil des Bohrlochs 4 angrenzend an die Speicherschicht 18,
die zu untersuchen ist. Wenn die Packer 24, 26 einmal
gegen die Wand des Bohrlochs 4 gesetzt sind, kann ein genaues
Volumen innerhalb des Zwischenringraums 33 berechnet werden,
was bei den Druckprüfverfahren
zweckmäßig ist.
-
Die Prüfvorrichtung 16 enthält auch
wenigstens ein Fluidsensorsystem 46 zum Erfassen von Eigenschaften
der verschiedenen auftretenden Fluide. Das Sensorsystem 46 kann
einen spezifischen Widerstandssensor zur Bestimmung des spezifischen Widerstands
des Fluids aufweisen. Es kann auch ein dielektrischer Sensor zum
Erfassen der dielektrischen Eigenschaften des Fluids sowie ein Drucksensor
zur Erfassung des Fluiddrucks geschlossen sein. Ferner ist eine
Reihe von Kanälen 40A, 40B, 40C und 40D zum
Erreichen verschiedener Ziele vorgesehen, beispielsweise zum Abziehen
einer ursprünglichen
Formationsfluidprobe durch den Kolben 45, das Leiten des
Fluids zu einem Sensor 46 und das Rückführen des Fluids zum Rückstromkanal 36. Durch
den Kolben 45 geht von seiner Außenfläche 47 zu einem Seitenkanal 49 ein
Probenfluidkanal 40A hindurch. An der Außenfläche 47 des
Kolbens 45 kann ein Dichtungselement vorgesehen werden,
um zu gewährleisten,
dass die Probe ursprüngliches
Formationsfluid ist. Dies trennt einen Teil des Bohrlochs von dem
Bohrfluid oder von anderen Verunreinigungen oder Druckquellen ab.
-
Wenn der Kolben 45 aus dem
Werkzeug ausgefahren ist, kommt der Kolbenseitenkanal 49 in Fluchtung
mit dem Seitenkanal 51 in dem Zylinder 35. Ein
Pumpeneinlasskanal 40B verbindet den Zylinderseitenkanal 51 mit
dem Einlass einer Pumpe 53. Die Pumpe 53 kann
eine Zentrifugalpumpe sein, die von einem Turbinenrad 55 oder
durch eine andere geeignete Antriebsvorrichtung angetrieben wird. Das
Turbinenrad 55 kann von einem Strom durch einen Umgehungskanal 84 zwischen
der Längsbohrung 7 und
dem Rückflusskanal 36 angetrieben
werden. Alternativ kann die Pumpe 53 irgendein anderer Typ
einer geeigneten Pumpe sein. Zwischen dem Auslass der Pumpe 53 und
dem Sensorsystem 46 ist ein Pumpenauslasskanal 40C angeschlossen.
Zwischen dem Sensor 46 und dem Rückflusskanal 36 ist ein
Probenfluid-Rückführkanal 40D angeschlossen. Der
Kanal 40D hat hier ein Ventil 48 zum Öffnen und Schließen des
Kanals 40D.
-
Wie in 4 zu
sehen ist, kann ein Probensammelkanal 40E vorgesehen werden,
der die Kanäle 40A, 40B, 40C und 40D mit
dem unteren Probenmodul verbindet, das insgesamt bei 52 zu
sehen ist. Der Kanal 40E führt zu der einstellbaren Drosseleinrichtung 74 und
zu der Probenkammer 56 zum Sammeln einer Probe. Der Probensammelkanal 40E hat hier
ein Kammereinlassventil 58 zum Öffnen und Schließen des
Einlasses in die Probenkammer 56. Die Probenkammer 56 kann
eine bewegliche Zwischenwand 72 zum Trennen des Probenfluid
von einem kompressiblen Fluid, wie Luft, aufweisen, um das Ziehen
der Probe zu erleichtern, was nachstehend erläutert wird. Ein Auslasskanal
aus der Probenkammer 56 ist ebenfalls mit einem Kammerauslassventil 62 versehen,
welches ein Ventil für
Handbetätigung
sein kann. Ferner ist ein Probenauspressventil 60 vorgesehen,
das ein Ventil für
Handbetätigung
sein kann. Die Kanäle
von den Ventilen 60 und 62 sind mit externen Kanälen (nicht
gezeigt) an dem Bohrmeissel versehen. Die Ventile 62 und 60 ermöglichen
das Entfernen von Probenfluid, wenn der Arbeitsstrang 6 einmal
aus dem Bohrloch gezogen worden ist, was später erläutert wird.
-
Wenn die Packer 24, 26 aufgebläht werden, dichten
sie an der Wand des Bohrlochs 4b, und wenn sie sich weiter
zu einem festen Sitz ausdehnen, expandieren die Packer 24, 26 etwas
in den Zwischenringraum 33. Wenn in dem Zwischenringraum 33 Fluid
eingeschlossen ist, kann diese Ausdehnung dazu führen, den Druck in dem Zwischenringraum 33 auf ein
Niveau über
dem Druck in dem unteren Ringraum 34 und dem oberen Ringraum 32 steigern.
Für die
Arbeitsweise von ausfahrbaren Elementen, wie den Kolben 45,
soll der Druck in der Längsbohrung 7 des Bohrstrangs 6 höher sein
als der Druck in dem Zwischenringraum 33. Deshalb verwendet
man eine Venturi-Pumpe 38, um die Ausbildung eines zu hohen
Drucks in dem Zwischenringraum 33 zu verhindern.
-
Der Bohrstrang 6 enthält mehrere
Rückflusskanäle 36 für das Bohrfluid,
die den Rückfluss
des Bohrfluids aus dem unteren Ringraum 34 zum oberen Ringraum 33 ermöglichen,
wenn die Packer 24, 26 expandiert werden. Wenigstens
an einem der Rückflusskanäle 36 ist
eine Venturi-Pumpe 38 mit einem Aufbau vorgesehen, der
so ausgelegt ist, dass eine Zone mit niedrigerem Druck erzeugt wird,
die dazu benutzt werden kann, über
den nach unten abführenden
Kanal 41 und das unten abführende Steuerventil 42 eine übermäßige Drucksteigerung
in dem Zwischenringraum 33 zu verhindern. Auf ähnliche Weise
könnte
die Venturi-Pumpe 38 mit dem Niederdruckkanal 31 verbunden
werden, so dass die von der Venturi-Pumpe 38 erzeugte Niederdruckzone dazu
verwendet werden könnte,
den Kolben 45 oder die Packer 24, 26 zurückzuziehen.
Alternativ kann, wie nachstehend anhand von 7 erläutert
wird, eine andere Pumpenart für
diesen Zweck verwendet werden.
-
Wie in 2 gezeigt
ist, können
mehrere Rückflusskanäle vorgesehen
werden. Ein Rückflusskanal 36 wird
für den
Betrieb der Venturi-Pumpe 38 verwendet. Wie in 3 und 4 zu sehen ist, hat der Rückflusskanal 36 einen
insgesamt konstanten Innendurchmesser, bis die Venturi-Verengung 70 auftritt.
Wie in 5 gezeigt ist,
wird das Bohrfluid der Längsbohrung 7 des
Bohrstrangs 6 nach unten gepumpt, tritt nahe an dem untere
Ende des Bohrstrangs am Bohrmeißel 8 aus
und wird nach oben in den Ringraum zurückgeführt, was durch die Strömungspfeile
angezeigt ist. Nimmt man an, dass die aufblähbaren Packer 24, 26 gesetzt
sind und eine Abdichtung an dem Bohrloch 4 erreicht worden
ist, wird die Ringströmung
durch den Rückflusskanal 36 umgeleitet.
Wenn sich der Strom der Venturi-Verengung 70 nähert, tritt
ein solcher Druckabfall auf, dass der Venturi-Effekt in dem Venturi-Rohr
eine Niederdruckzone verursacht. Diese Niederdruckzone steht in
Verbindung mit dem Zwischenringraum 33 durch den nach unten
abführenden
Kanal 41, wodurch jegliche Ausbildung eines zu hohen Drucks
in dem Zwischenringraum 33 verhindert wird.
-
Der Rückflusskanal 36 enthält auch
ein Einlassventil 39 und ein Auslassventil 80 zum Öffnen und
Schließen
des Rückflusskanals 36,
so dass der obere Raum 32 von dem unteren Ringraum 34 getrennt
werden kann. Der Umgehungskanal 84 verbindet die Längsbohrung 7 des
Arbeitsstrangs 6 mit dem Rückflusskanal 36.
-
In 6 ist
eine weitere mögliche
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der in dem
Arbeitsstrang 6 ein Umlaufventil 90 zum Öffnen und
Schließen
der inneren Bohrung 7 des Arbeitsstrangs 6 installiert
ist. Ferner ist ein Querventil 93 vorgesehen, das in dem
Querkanal 94 sitzt, damit der Strom aus der inneren Bohrung 7 des
Arbeitsstrangs 6 zum oberen Ringraum 72 gelangen
kann. Die übrige
Ausgestaltung des Formationsprüfers
ist die gleiche wie vorher beschrieben.
-
Das Umlaufventil 90 und
das Querventil 92 sind funktionsmäßig dem Steuersystem 100 zugeordnet.
Für das
Arbeiten des Umlaufventils 90 wird ein Bohrflüssigkeitsimpulssignal
nach unten ins Bohrloch übertragen,
wodurch dem Steuersystem 100 signalisiert wird, die Position
des Ventils 90 zu ändern.
Die gleiche Folge wäre
erforderlich, um das Querventil 92 zu betätigen.
-
7 zeigt
eine alternative Einrichtung zur Ausführung der Funktionen, die von
der Venturi-Pumpe 38 ausgeführt werden. Die Zentrifugalpumpe 53 kann
mit ihrem Einlass an den nach unten abführenden Kanal 41 und
an den Niederdruckkanal 31 angeschlossen sein. In dem Pumpeneinlasskanal
zu dem Zwischenringraum bzw. dem Kolben sind ein nach unten abführendes
Ventil 57 und ein Probeneinlassventil 59 vorgesehen.
Der Pumpeneinlasskanal ist auch mit der Niederdruckseite des Steuerventils 30 verbunden.
Dies ermöglicht
den Einsatz der Pumpe 53 oder einer ähnlichen Pumpe zum Abziehen
von Fluid aus dem Zwischenringraum 33 über das Ventil 57,
um eine Probe des Formationsfluids direkt aus der Formation über das
Ventil 59 abzuziehen oder den Zylinder 35 oder
die Packer 24, 26 abzupumpen.
-
Wie in 8 gezeigt
ist, gehört
zur Erfindung der Einsatz eines Steuersystems 100 zum Steuern der
verschiedenen Ventile und Pumpen und für den Empfang des Ausgangssignals
des Sensorsystems 46. Das Steuersystem 100 ist
in der Lage, die Sensorinformation mit dem im Bohrloch befindlichen
Mikroprozessor/Steuereinrichtung 102 zu verarbeiten und die
Daten zu dem Kommunikationsinterface 104 zu liefern, so
dass die verarbeiteten Daten zur Oberfläche unter Verwendung herkömmlicher
Technologie telemetriert werden können. Zu vermerken ist, dass verschiedene
Formen der Energieübertragung
verwendet werden können,
beispielsweise Bohrflüssigkeitsimpuls-,
akustische, optische oder elektromagneti sche Energie. Das Kommunikationsinterface 104 kann
von einer im Bohrloch befindlichen elektrischen Stromquelle 106 versorgt
werden. Die Stromquelle 106 versorgt auch das Strömungsleitungs-Sensorsystem 46,
den Mikroprozessor/Steuereinrichtung 102 und die verschiedenen
Ventile und Pumpen.
-
Die Kommunikation mit der Erdoberfläche kann über den
Arbeitsstrang 6 in Form von Druckimpulsen und anderen Einrichtungen,
wie sie bekannt sind, bewirkt werden. Im Falle der Bohrflüssigkeitsimpulserzeugung
wird der Druckimpuls an der Oberfläche über das Zwei-Weg-Kommunikationsinterface 108 empfangen.
Die so empfangenen Daten werden zu dem Oberflächenrechner 110 für die Auswertung und
Anzeige transportiert.
-
Durch das Kommunikationsinterface 108 können Befehlssignale
in der Fluidsäule
nach unten geschickt werden, wo sie von dem im Bohrloch befindlichen
Kommunikationsinterface 104 empfangen werden. Die so empfangenen
Signale werden zu dem im Bohrloch befindlichen Mikroprozessor/Steuereinrichtung 102 transportiert.
Die Steuereinrichtung 102 gibt dann Signale an die entsprechenden
Ventile und Pumpen für
deren gewünschte
Funktion.
-
Der im Bohrloch befindlichen Mikroprozessor/Steuereinrichtung 102 kann
auch eine vorprogrammierte Sequenz von Schritten basierend auf vorgegebenen
Kriterien enthalten. Deshalb, da Bohrlochdaten, wie Druck, spezifischer
Widerstand oder dielektrische Konstanten empfangen werden, sendet der
Mikroprozessor/Steuereinrichtung automatisch Befehlssignale über die
Steuereinrichtung zur Betätigung
der verschiedenen Ventile und Pumpen.
-
Für
seine Funktion ist der Formationstester 16 angrenzend an
eine ausgewählte
Formation oder Speicherschicht angeordnet. Als Nächstes wird ein hydrostatischer
Druck gemessen, wobei der Drucksensor verwendet wird, der sich in
dem Sensorsystem 46 befindet, außerdem wird der spezifische
Widerstand des Bohrfluids an der Formation bestimmt. Dies wird dadurch
erreicht, dass Fluid in das Probenahmesystem 46 gepumpt,
dann die Messung des Drucks und des spezifischen Widerstands unterbrochen
wird. Die Daten werden im Bohrloch verarbeitet und dann gespeichert
oder nach oben unter Verwendung des MWB-Telemetriesystems übertragen.
-
Danach lässt die Bedienungsperson die
aufblähbaren
Packer 24, 26 expandieren und setzen. Dies erfolgt
dadurch, dass der Arbeitsstrang 6 stationär gehalten
und das Bohrfluid der inneren Bohrung 7 nach unten durch
den Bohrmeißel 8 und
nach oben zu dem Ringraum umlaufen gelassen wird. Die Ventile 39 und 80 sind
offen, wodurch auch der Rückflusskanal
36 offen
ist. Das Steuerventil 30 ist so positioniert, dass der
Hochdruckkanal 27 fluchtend zu dem Kanal 28A, 28B für das Aufblähfluid ausgerichtet
ist und Bohrfluid in die Packer 24, 26 fließen kann. Aufgrund
des Druckabfalls von dem Innenraum der inneren Bohrung 7 aus
zu dem Ringraum hin quer über
den Bohrmeißel 8 ergibt
sich eine beträchtliche Druckdifferenz
für das
Expandieren der Packer 24, 26 und für die Schaffung
einer guten Abdichtung. Je höher
der Durchsatz des Bohrfluids ist, desto höher ist der Druckabfall und
desto höher
ist die Expansionskraft, die an die Packer 24, 26 angelegt.
Alternativ oder zusätzlich
kann ein weiteres expandierbares Element, beispielsweise der Kolben 45,
in Kontakt mit der Wand des Bohrlochs durch geeignetes Positionieren
des Steuerventils 30 ausgefahren werden.
-
Das obere Packerelement 24 kann
breiter als das untere Packerelement 26 sein, wodurch man mehr
Volumen erhält.
Dadurch wird der untere Packer 26 zuerst gesetzt. Dies
kann verhindern, dass Bruchstücke
zwischen den Packern 24, 26 eingeschlossen werden.
-
Die Venturi-Pumpe 38 kann
dann dazu verwendet werden, die Ausbildung eines zu hohen Drucks
in dem Zwischenringraum 33 verhindern, oder die Zentrifugalpumpe 53 kann
betätigt
werden, um das Bohrfluid aus dem Zwischenringraum 33 zu entfernen.
Dies wird durch Öffnen
des nach unten abführenden
Ventils 41 in der in 3 gezeigten
Ausführungsform
oder durch Öffnen
der Ventile 82, 57 und 48 bei der in 7 gezeigten Ausführungsform erreicht.
-
Wenn das Fluid aus dem Zwischenringraum 33 herausgepumpt
wird, kann der spezifische Widerstand und die Dielektrizitätskonstante
des Fluids bei einem Abziehen von dem Sensorsystem 46 konstant überwacht
werden. Die so gemessenen Daten können im Bohrloch verarbeitet
und im Bohrloch nach oben über
das Telemetriesystem übertragen
werden. Der spezifische Widerstand und die Dielektrizitätskonstante
des durchgehenden Fluids ändern
sich von denen des Bohrfluids zu denen des Bohrfluidfiltrats und
zu denen des unberührten
Formationsfluids.
-
Zur Durchführung des Formationsdruckaufbaus
und der Nach-unten-Abzieh-Prüfungen schließt die Bedienungsperson
das Pumpeneinlassventil 57 und das Umgehungsventil 82.
Dies unterbricht das Entleeren des Zwischenringraums 33 und
ermöglicht unmittelbar
den Druckaufbau auf den unberührten Formationsdruck.
Die Bedienungsperson kann die Fortsetzung der Umwälzung wählen, um
die Druckergebnisse im Bohrloch nach oben telemetrisch zu übertragen.
-
Für
die Entnahme einer Probe des Formationsfluids kann die Bedienungsperson
das Kammereinlassventil 58 öffnen, so dass das Fluid in
dem Kanal 40E in die Probenkammer 56 eintreten
kann. Da die Probenkammer 56 leer ist und in ihr Atmosphärenbedingungen
herrschen, wird die Zwischenwand 72 nach unten gedrückt, bis
die Kammer 56 gefüllt
ist. Zur Regulierung der Strömung
in die Kammer 56 ist dabei eine einstellbare Drossel 74 vorgesehen.
Der Zweck der einstellbaren Drossel 74 besteht darin, die Änderung
im Druck quer über
die Packer zu steuern, wenn die Probenkammer geöffnet ist. Wenn die Drossel 74 nicht
vorhanden wäre,
könnte
die Packerabdichtung aufgrund der plötzlichen Druckänderung verloren
gehen, die durch das Öffnen
des Probenkammer-Einlassventils 58 erzeugt wird.
-
Wenn die Probenkammer 56 einmal
gefüllt ist,
kann das Ventil 58 wieder geschlossen werden, wodurch ein
weiterer Druckaufbau möglich
wird, der von dem Drucksensor überwacht
wird. Gewünschtenfalls
können
mehrmalige Druckaufbauprüfungen durch
wiederholtes Abpumpen des Zwischenringraums 33 oder durch
wiederholtes Füllen
zusätzlicher
Probenkammern ausgeführt
werden. Die Durchlässigkeit
der Formation kann dadurch berechnet werden, dass später der
Druck über
den Zeitdaten analysiert wird, beispielsweise durch ein bekanntes Horner-Diagramm.
In Übereinstimmung
mit den Lehren der vorliegenden Erfindung können die Daten natürlich auch
analysiert werden, bevor die Packer 24 und 26 entleert
werden. Um ein festes, gesteuertes, nach unten abgeführtes Volumen
zu erhalten, könnte die
Probenkammer 56 verwendet werden. Das abgezogene Fluidvolumen
kann auch aus einem im Bohrloch befindlichen Turbinenmessgerät erhalten
werden, das in dem geeigneten Kanal angeordnet ist.
-
Wenn die Bedienungsperson entweder
weiterbohren oder alternativ eine weitere Speicherschicht prüfen möchte, können die
Packer 24, 26 entleert und zurückgezogen werden, wodurch die
Prüfvorrichtung 16 in
einen Standby-Modus zurückkehrt. Falls
ein Kolben 45 verwendet wurde, kann er zurückgezogen
werden. Die Packer 24, 26 können dadurch entleert werden,
dass das Steuerventil 30 so positioniert wird, dass der
Niederdruckkanal 31 mit dem Aufblähkanal 28 fluchtet.
Der Kolben 45 kann dadurch zurückgezogen werden, dass das
Steuerventil 30 so positioniert wird, dass der Niederdruckkanal 31 mit
dem Zylinderkanal 29 fluchtet. Um die Packer oder Zylinder
vollständig
zu entleeren, kann die Venturi-Pumpe 38 oder die Zentrifugalpumpe 53 verwendet
werden.
-
Wenn sich die Probenkammer 56 einmal
an der Oberfläche
befindet, kann sie von dem Arbeitsstrang 6 getrennt werden.
Um die Probenkammer zu entleeren, wird ein Behälter zum Halten der Probe (die
sich noch auf Formationsdruck befindet) an dem Auslass des Kammerauslassventils 62 befestigt.
An dem Auspressventil 60 wird eine Druckluftquelle an gebracht.
Beim Öffnen
des Auslassventils 62 wird der Innendruck freigegeben,
die Probe bleibt jedoch noch in der Probenkammer. Die an dem Auspressventil 60 angelegte
Druckluft drückt
die Zwischenwand 72 zum Auslassventil 62, wodurch
die Probe aus der Probenkammer 56 herausgedrückt wird.
Die Probenkammer kann dadurch gereinigt werden, dass sie mit Wasser
oder einem Lösungsmittel
durch das Auslassventil 62 gefüllt und die Zwischenwand 72 mit Druckluft über das
Auspressventil 60 im Kreislauf bewegt wird. Das Fluid kann
dann hinsichtlich Kohlenwasserstoff-Anzahlverteilung, Blasenbildungsdruck oder
anderer Eigenschaften analysiert werden.
-
Wenn die Bedienungsperson entscheidet, die
Bohrfluiddichte einzustellen, umfasst das Verfahren die Schritte,
den hydrostatischen Druck des Bohrlochs an der Zielformation zu
messen. Dann werden die Packer 24, 26 so gesetzt,
dass ein oberer Ringraum 32, ein unterer Ringraum 34 und
ein Zwischenringraum 33 innerhalb des Bohrloches gebildet werden.
Anschließend
wird Bohrlochfluid aus dem Zwischenringraum 33, wie vorher
beschrieben, abgezogen und der Formationsdruck in dem Zwischenringraum 33 gemessen.
Es können
auch die anderen Ausgestaltungen von ausfahrbaren Elementen zur Bestimmung
des Formationsdrucks verwendet werden.
-
Zu dem Verfahren gehören weiterhin
die Schritte, die Dichte des Bohrfluids entsprechend den Druckablesungen
der Formation so einzustellen, dass das Bohrflüssigkeitsgewicht des Bohrfluids
dem Druckgradienten der Formation sehr eng angepasst ist. Dies ermöglicht einen
maximalen Bohrwirkungsgrad. Danach werden die aufblähbaren Packer 24, 26 entleert,
wie vorher erläutert
wurde, und das Bohren bei der optimalen Dichte des Bohrfluids wird
wieder aufgenommen.
-
Wenn die Bedienungsperson mit dem
Bohren bis zu einem zweiten Untertagehorizont fortfährt und
an dem geeigneten Horizont eine weitere hydrostatische Druckmessung
ausführen
möchte,
werden die Packer 24, 26 aufgebläht und der
Zwischenringraum 33, wie vorher ausgeführt, entleert. Entsprechend
der Druckmessung kann die Dichte des Bohrfluids erneut eingestellt
werden, die aufblähbaren
Packer 24, 26 können aus ihrem Sitz gelöst werden
und das Bohren des Bohrlochs kann bei dem genauen Übergleichgewicht
wieder aufgenommen werden.
-
Die hier beschriebene Erfindung kann
auch als Verhinderungseinrichtung für ein Ausblasen nahe am Werkzeug
verwendet werden. Wenn ein Untergrundblasen auftreten würde, würde die
Bedienungsperson die aufblähbaren
Packer 24, 26 setzen, das Ventil 39 in
die Schließstellung
bringen und damit beginnen, Bohrfluid im Arbeitsstrang nach unten
durch die offenen Ventile 80 und 82 umlaufen zu
lassen. Bei der Anwendung der Unterbindung eines Ausblasens kann
der Druck in dem unteren Ringraum 34 durch Öffnen der
Ventile 39 und 48 und durch Schließen der
Ventile 57, 59, 30, 82 und 80 überwacht
werden. Der Druck in dem oberen Ringraum kann überwacht werden, während durch
das Umgehungsventil durch Öffnen
des Ventils 48 ein direkter Umlauf zum Ringraum erfolgt.
Der Druck in dem Innenraum 7 des Bohrstrangs kann während des
normalen Bohrens überwacht
werden, indem sowohl das Einlassventil 39 als auch das
Auslassventil 80 in dem Kanal 36 geschlossen und
das Umgehungsventil 82 geöffnet werden, wobei alle anderen
Ventile geschlossen sind. Schließlich würde es der Umlaufkanal 84 der Bedienungsperson
erlauben, Fluid mit größerer Dichte
umlaufen zu lassen, um den "Kick" zu steuern.
-
Wenn die in 6 gezeigte Ausgestaltung verwendet wird,
würde die
Bedienungsperson alternativ den ersten und zweiten aufblähbaren Packer 24, 26 setzen
und dann das Umlaufventil 90 in die Schließstellung
bringen. Die aufblähbaren
Packer 24, 26 werden an einer Position gesetzt,
die sich über der
Einströmzone
befindet, so dass die Einströmzone
abgetrennt ist. Das an dem Arbeitsstrang 6 enthaltene Querventil 92 wird
in die Offenstellung gebracht. Dann können dem Bohrfluid an der Oberfläche Zusatzstoffe
zugesetzt werden, wodurch dessen Dichte erhöht wird. Das schwerere Bohrfluid
wird in dem Arbeitsstrang 6 nach unten durch das Querventil 92 umlaufen
gelassen. Wenn das dichtere Bohrfluid einmal das leichtere Fluid
ausgetauscht hat, kann der Sitz der aufblähbaren Packer 24, 26 gelöst und das Umlaufventil 90 in
die Offenstellung gebracht werden. Anschließend kann das Bohren wieder
aufgenommen werden.
-
Obwohl die hierin im Einzelnen gezeigte
und offenbarte spezielle Erfindung voll in der Lage ist, die Ziele
zu erreichen und die hierin erwähnten
Vorteile bereitzustellen, dient natürlich diese Offenbarung lediglich
der Veranschaulichung der zurzeit bevorzugten Ausgestaltungen, so
dass keine Beschränkungen außer denen
beabsichtigt sind, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen beschrieben
sind.