DE69823081T2

DE69823081T2 - Bohrflüssigkeitszirkulationssystem

Info

Publication number: DE69823081T2
Application number: DE69823081T
Authority: DE
Inventors: Walter Houston Benson; Augdon Stafford Sampa; Danny Houston Hlavinka
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: EP0860583A2; AU5299198A; CA2229881A1; CN1192502A; DE69823081D1; EP0860583B1; EP0860583A3; NO980684D0; NO980684L; AU718595B2; US5927402A; EG22054A; CA2229881C; CN1082602C; NO315436B1; MX9801278A

Description

Diese Erfindung betrifft Seilarbeitwerkzeuge mit in der Ferne kuppelnden elektrischen Verbindern zur Verwendung bei Erdölbohrungen.
Sobald ein Erdölbohrloch gebohrt ist, werden gewöhnlich mit elektrischen Instrumenten Daten über bestimmte Abschnitte des Bohrlochs gesammelt. Diese Instrumente werden manchmal als "Seilarbeitsinstrumente" bezeichnet, da sie über ein elektrisches Drahtseil oder Kabel, an dem sie eingesetzt werden, mit der Bohrlochmesseinheit an der Oberfläche des Bohrlochs kommunizieren. Bei vertikalen Bohrlöchern werden die Instrumente häufig an dem Bohrlochmesskabel in das Bohrloch hinab gelassen. Bei horizontalen oder stark gekrümmten Bohrlöchern ist die Schwerkraft jedoch oft unzureichend, um die Instrumente in die zu untersuchenden Tiefen zu bringen. In diesen Fällen ist es manchmal notwendig, die Instrumente mit dem Gestängerohr durch das Bohrloch zu schieben.
Eine Seilarbeit-Bohrlochmessung mit dem Gestängerohr kann jedoch wegen der Gegenwart des Seils oder Kabels problematisch sein. Es ist mühsam und gefährlich, das elektrische Kabel vorab durch das gesamte Gestängerohr hindurch zu ziehen, bevor die Instrumente in das Bohrloch hinabgesenkt werden. Deshalb sind Vorrichtungen wie etwa jene, die in dem US-Patent Nr. 4.729.429 offenbart sind, entwickelt worden, die Vortriebssysteme enthalten, die es ermöglichen, Seilarbeit-Bohrlochmesswerkzeuge bei im Voraus angebrachter Drahtleitung durch das Gestängerohr hindurch in das Bohrloch hinab zu pumpen. Es sind weitere Einsatzsysteme wie etwa das System für raue Bohrlochmessbedingungen (TLCS = Tough Logging Conditions System) von Schlumberger entwickelt worden, die die elektrische Verbindung zwischen den Instrumenten und dem Kabel im Bohrloch herstellen, nachdem die Instrumente in die Tiefe hinab abgesenkt worden sind. Bei diesen Systemen werden die elektrischen Instrumente einfach mit dem Standardgestängerohr eingesetzt, wobei das Kabel dann an der Innenseite des Gestängerohrs hinab verlegt und verbunden wird. Nach der Bohrlochmessung lässt sich das Kabel leicht von dem Bohrlochmesswerkzeug lösen und entfernen, bevor das Werkzeug geborgen wird. Das TLCS ist sehr wirksam gewesen und hat breite kommerzielle Akzeptanz erzielt.
Bei dem TLCS und anderen Systemen wird das Kabel in der Ferne mit einem Bohrlochverbinder an die Messgeräteausrüstung angeschlossen. Ein Halbabschnitt dieses Verbinders ist an der Messgeräteausrüstung angebracht und wird an dem Gestängerohr in das Bohrloch hinab gelassen. Der andere Halbabschnitt des Verbinders ist am Ende des Kabels angebracht und wird mit dem zirkulieren den Schlamm, der aus unverrohrten Bohrlöchern am Boden des Gestängerohrs in das Bohrloch strömt, entlang des Gestängerohrs hinabgepumpt. Der Verbinder wird gelegentlich als "Nassverbinder" bezeichnet, weil die Verbindung in dem Bohrschlammstrom unter Bedingungen erfolgt, die eine Herausforderung an die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung darstellen.
Gelegentliche Wogen von Bohrlochfluiden, die durch die Schlammzirkulationslöcher in der Nähe des Bodens des Rohrs in das Gestängerohr eindringen, den Kabelverbinder wegdrücken oder beschädigen und durch das Gestängerohr in Richtung der Bedienungspersonen ausströmen, können den Einsatz solcher Systeme weiter erschweren. Schutt, der durch die gleichen Zirkulationslöcher eindringt, kann die Kopplung des Verbinders ebenfalls beeinträchtigen.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Bohrlochwerkzeug, das so konstruiert ist, dass es in einem Bohrloch mittels eines Rohrs aufgehängt werden kann, ein Gehäuse, einen Zirkulationskolben, ein Vorbelastungselement und ein Druckkompensationssystem. Das Gehäuse definiert eine Strömungskammer, die mit dem Rohrinnenraum in einer offenen Fluidverbindung steht, eine Bypassöffnung für eine Fluidströmung zwischen der Strömungskammer und dem Bohrloch, eine Schlammkammer, die mit dem Bohrloch in einer offenen Verbindung steht, und eine abgedichtete Kammer, die von der Strömungskammer durch eine abgedichtete Grenzfläche getrennt ist. Der Zirkulationskolben trennt die Strömungskammer und die Schlammkammer und ist so beschaffen, dass er sich in Reaktion auf den Druck in der Strömungskammer zwischen einer ersten Bypassöffnungs-Blockierposition und einer zweiten Bypassöffnungs-Freigabeposition bewegen kann. Das Vorbelastungselement belastet den Zirkulationskolben in seine erste Position vor, während das Druckkompensationssystem die Druckdifferenz zwischen der Strömungskammer und der abgedichteten Kammer begrenzt, um dadurch die Druckdifferenz über die abgedichtete Grenzfläche zu begrenzen.
In manchen Ausführungsformen umfasst das Druckkompensationssystem einen schwimmenden Kolben, der zwischen der Strömungskammer und der abgedichteten Kammer angeordnet ist, um den Druck zwischen der Strömungskammer und der abgedichteten Kammer zu übertragen.
In manchen Fällen umfasst das Werkzeug ferner einen elektrischen Leiter in der abgedichteten Kammer und ein isolierendes Fluid, mit dem die abgedichtete Kammer um den elektrischen Leiter gefüllt ist. Das isolierende Fluid umfasst in einigen Fällen Silikon oder ein anderes elektrisch isolierendes Hydrauliköl.
In einer Ausführungsform von besonderem Interesse umfasst die Grenzfläche einen elektrischen Kontakt, der mit dem elektrischen Leiter elektrisch verbunden ist. In dieser Ausführungsform begrenzt das Druckkompensationssystem die Druckdifferenz über dem Kontakt. In manchen Anordnungen umfasst die Grenzfläche eine Reihe der elektrischen Kontakte.
In manchen Ausführungsformen ist die Schlammkammer zwischen der Strömungskammer und der abgedichteten Kammer angeordnet. Dieses Werkzeug umfasst ferner ein Strömungskammer-Druckrohr, das durch die Schlammkammer verläuft, um Druck von dem Rohrinnenraum an den schwimmenden Kolben zu übertragen, sowie ein Leiterrohr, das sich durch den schwimmenden Kolben und die Schlammkammer erstreckt, um den Leiter durch die Schlammkammer unter dem Druck der abgedichteten Kammer zu dem Kontakt zu lenken. In manchen Fällen führt das Leiterrohr durch den Innenraum des Schlammkammer-Druckrohrs.
In manchen Fällen enthält das Vorbelastungselement eine Druckfeder.
Das Druckkompensationssystem umfasst in manchen Ausführungsformen ferner ein Rückschlag- oder Absperrventil zur Begrenzung des Drucks in der abgedichteten Kammer, der den Druck in der Strömungskammer übersteigt. In manchen Fällen begrenzt das Rückschlagventil die Druckdifferenz zwischen der Strömungskammer und der abgedichteten Kammer auf weniger als etwa 7 kg/cm² (100 Pfund pro Quadratfuß). Manche Ausführungsformen des Werkzeugs umfassen ferner einen Sensor, der eine Bohrlocheigenschaft misst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Verbesserungen an einem Bohrlochwerkzeug vorgenommen, das so konstruiert ist, dass es in einem Bohrloch mittels eines Rohrs aufgehängt werden kann. Das Bohrlochwerkzeug umfasst ein Gehäuse, das eine Strömungskammer, die mit dem Rohrinnenraum in einer offenen Fluidverbindung steht, eine Bypassöffnung für eine Fluidströmung zwischen der Strömungskammer und dem Bohrloch und eine Leiterkammer, die mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt ist, definiert. Das Werkzeug weist ferner einen abgedichteten elektrischen Kontakt, der zur Strömungskammer hin freiliegt, und einen elektrischen Leiter auf, der durch die Leiterkammer zu dem elektrischen Kontakt führt. In diesem Aspekt umfasst die Verbesserung, dass das Gehäuse ferner eine Schlammkammer definiert, wobei das Werkzeug ferner das Folgende umfasst:

a. einen Zirkulationskolben, der die Strömungskammer und die Schlammkammer trennt und so beschaffen ist, das er sich in Reaktion auf den Druck in der ersten Kammer zwischen einer erste Bypassöffnungs-Blockierposition und einer zweiten Bypassöffnungs-Freigabeposition bewegen kann;
b. ein Vorbelastungselement, das den Zirkulationskolben in seine erste Position vorbelastet; und
c. ein Druckkompensationssystem, das die Druckdifferenz zwischen der Strömungskammer und der Leiterkammer begrenzt, um dadurch die Druckdifferenz über dem abgedichteten elektrischen Kontakt zu begrenzen.

Die oben erwähnten Merkmale sind in verschiedenen Aspekten der Erfindung in verschiedenen Kombinationen angeordnet.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausführen einer Bohrlochfunktion in einem Bohrloch vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

1. Bereitstellen des oben beschriebenen Bohrlochwerkzeugs;
2. Absenken des Bohrlochwerkzeugs in das Bohrloch an einem Rohr; und
3. Ausführen der Bohrlochfunktion.

In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Nach dem Schritt des Absenkens des Werkzeugs in das Bohrloch Pumpen eines Verbindungswerkzeugs das Rohr abwärts an einem Seil, um mit dem Bohrlochwerkzeug in der Weise mechanisch gekoppelt zu werden, dass zwischen dem Bohrlochrohr und der Bohrlochoberfläche eine elektrische Verbindung gebildet wird. Das Verbindungswerkzeug wird das Rohr abwärts in einer durch die Bypassöffnung des Bohrlochwerkzeugs zirkulierenden Fluidströmung gepumpt, wenn der Zirkulationskolben durch den Rohrdruck in seine zweite Bypassöffnungs-Freigabeposition bewegt wird.
In manchen Anordnungen umfasst die Bohrlochfunktion eine Messung einer Bohrlocheigenschaft.
In manchen Fällen umfasst die Bohrlochfunktion das Bewegen des Bohrlochwerkzeugs längs des Bohrlochs und während des Bewegens des Werkzeugs das Protokollieren einer Messung einer Bohrlocheigenschaft.
Die Erfindung kann die Zuverlässigkeit von Bohrlochverbindungen in Nassumgebungen erhöhen, indem dem Einströmen von Schutt und Bohrfluiden in das Gestängerohr Widerstand entgegengebracht wird, und dadurch die Fähigkeit des Verbinders, eine elektrische Einschubverbindung herzustellen und verbunden zu bleiben, bis ein Lösen gewünscht ist, verbessern. Die Erfindung kann ferner, falls sie korrekt ausgeführt ist und korrekt verwendet wird, durch Verringern der Gefahr, dass Bohrlochfluide in unerwünschter Weise das Gestängerohr aufwärts strömen, die Werkzeug-Betriebssicherheit im Bohrloch erhöhen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die 1–5 zeigen nacheinander die Verwendung eines in der Ferne kuppelnden elektrischen Verbinders an einem Bohrlochmesswerkzeug.
Die 6A–6C zeigen die Konstruktion des Bohrloch-Halbabschnitts des Verbinders (des DWCH) von 1.
6D ist eine längs der Linie 6D-6D in 6B aufgenommene Querschnittsansicht.
Die 7A–7C zeigen die Konstruktion des Kabel-Halbabschnitts des Verbinders (des PWCH) von 1.
7D ist eine längs der Linie 7D-7D in 7B aufgenommene Querschnittsansicht.
8 zeigt eine alternative Anordnung des oberen Endes des PWCH.
9 zeigt eine Funktion des Putzbechers in einem Rohr.
9A zeigt einen am unteren Ende eines Werkzeugs angeordneten Putzbecher.
10 ist eine vergrößerte, auseinander gezogene Ansicht des Putzbechers und der verwandten Komponenten.
11 ist eine vergrößerte Ansicht der Verbinderhülseneinheit von 7B.
12 ist eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht einer Baugruppe der Verbinderhülseneinheit von 11.
13 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 13 in 11.
14 ist eine vergrößerte Ansicht des Mehrstiftverbinders von 7B.
15 ist eine aus der Richtung 15 in 14 gesehene Seitenansicht des Verbinders.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Wie zunächst in den 1 bis 5 gezeigt ist, ist das Bohrloch-Verbindungssystem geeignet für die Verwendung mit Seilarbeit-Bohrlochmesswerkzeugen 10 in einem unverrohrten Bohrloch oder einem verrohrten Bohrloch 12 und besonders nützlich in Fällen, in denen das Bohrloch gekrümmt ist und/oder sich die zu untersuchende Zone (z. B. die Zone 14) in großer Tiefe befindet. In diesen Figuren weist das Bohrloch 12 in der Zone 14 einen zu untersuchenden horizontalen Abschnitt 16 auf und ist mit einem Futterrohr 18 verkleidet, das sich von der Bohrlochoberfläche hinab zu einem Futterrohrschuh 20 erstreckt.
Wie in 1 gezeigt ist, sind Bohrlochmesswerkzeuge 10 mit einem Bohrloch-Nassverbinderkopf (DWCH = downhole wet-connector head) 22 ausgestattet, der eine Verbindung zwischen einem oberem Ende der Bohrlochmesswerkzeuge und dem Gestängerohr 24 herstellt. Wie weiter unten näher erläutert wird, bildet der DWCH 22 ein Steckteil einer elektrischen Bohrlochverbindung für die elektrische Verbindung zwischen Bohrlochmesswerkzeugen 10 und einer beweglichen Bohrlochmesseinheit 26. Während des ersten Schritts des Bohrlochmessverfahrens werden die Bohrlochmesswerkzeuge 10 und der DWCH 22 an verbundenen Längen eines Standardgestängerohrs 24 in das Bohrloch 12 abgesenkt, bis die Werkzeuge 10 das obere Ende des zu untersuchenden Bohrlochabschnitts (z. B. die Spitze der Zone 14) erreicht haben. Das Gestängerohr 24 wird mit Hilfe von Standardtechniken abgesenkt, wobei es, da es nicht offen ist und kein Fluid aus dem Bohrloch einströmen kann, in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 610 bis 915 Meter (2000 bis 3000 Fuß) mit Bohrfluid (d. h. Schlamm) gefüllt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, wird dann, wenn die Werkzeuge 10 die Spitze der Zone 14 erreicht haben, ein Hinabpump-Nassverbinderkopf (PWCH = pump-down wet-connector head) 28 an einem elektrischen Kabel 30, das von der Bohrlochmesseinheit 26 abgespult wird, in die Innenbohrung des Gestängerohr abgesenkt. Der PWCH 28 weist ein Verbinderhülsenteil auf, das zu dem Steckverbinderteil des DWCH passt. Eine Kabelzuführungsbaugruppe (CSES = cable side-entry sub) 32, durch die das Kabel 30 im Voraus so geführt ist, dass es seitlich aus dem zusammengesetzten Gestängerohr austritt, ist am oberen Ende des Gestängerohrs 24 angebracht, wobei eine Schlammkappe 34 (z. B. eines oberen Bohrgestell-Antriebsorgans oder eines Kelly-Schlammzirkulationssystems) über der CSES 32 angebracht ist, um Schlamm in die Gestängerohrbohrung hinabzupum pen. Für diesen Zweck wird eine Standard-Schlammpumpanlage (nicht gezeigt) verwendet. Wie später erläutert wird, trägt ein speziell konstruierter Putzbecher an dem PWCH dazu bei, eine durch den das Gestängerohr abwärts fließenden Schlamm bedingte Druckkraft auf den PWCH 28 zu entwickeln, die den PWCH in das Bohrloch hinab schiebt und ihn an dem DWCH 22 einrastet, um eine elektrische Verbindung zu bilden. In dem DWCH 22 ermöglicht ein (weiter unten erläutertes) spezielles Ventil, dass der Schlammfluss aus dem Gestängerohr in das Bohrloch zirkuliert.
Wie in 3 gezeigt ist, wird der PWCH 28 das Gestängerohr 24 hinabgepumpt, bis er mit dem DWCH 22 verriegelt ist und eine elektrische Verbindung zwischen den Bohrlochmesswerkzeugen 10 und der Bohrlochmesseinheit 26 bildet. An diesem Punkt kann der Schlammfluss gestoppt und die Schlammkappe 34 von der Oberseite des Gestängerohrs entfernt werden. Die Bohrlochmesswerkzeuge 10 können eingeschaltet werden, um Systemfunktionen zu prüfen oder einen vorläufigen Bohrbericht zu erstellen, wenn sie zum Boden des Bohrlochs hinuntergelassen werden.
Wie in 4 gezeigt ist, werden die Bohrlochmesswerkzeuge 10, der DWCH 22 und der PWCH 28 durch Standard-Gestängerohrverfahren zum Boden des Bohrlochs hinab abgesenkt oder geschoben, wobei, falls erforderlich, zusätzliche Abschnitte des Gestängerohrs 24 hinzugefügt werden. Während dieses Vorgangs bleibt die CSES 32 an dem Gestängerohr, das einen seitlichen Austritt des Kabels 30, bewirkt, angebracht. Über der CSES 32 liegt das Kabel 30 an der Außenseite des Gestängerohrs 24, wodurch sich das Vorverlegen des Kabels 30 durch andere Abschnitte des Gestängerohrs als die CSES 32 erübrigt. Der Absenkvorgang wird zwischen der Bedienungsperson für die Bohrlochmesseinheit und der Bedienungsperson für das Gestängerohr so koordiniert, dass das Gestängerohr und das Kabel gleichzeitig hinuntergelassen werden.
Am Boden des Bohrlochs werden die Sensorfinger oder Andrückvorrichtungen 36 der Bohrlochmesswerkzeuge (falls damit ausgerüstet) ausgefahren und die Bohrlochmesswerkzeuge entlang des Bohrlochs zur Spitze der Zone 14 zurückgezogen, wobei die Sensoranzeigen in der Bohrlochmesseinheit 26 aufgezeichnet werden. Während des Verfahrvorgangs wird das Hochfahren des Bohrlochmesswerkzeugs zwischen der Bedienungsperson für die Bohrlochmesseinheit und der Bedienungsperson für das Gestängerohr so koordiniert, dass das Kabel und das Gestängerohr gleichzeitig hochgefahren werden.
In 5 wird die Energie im Bohrloch nach Abschluss der Bohrlochmessung abschaltet und der PWCH 28 von dem DWCH 22 gelöst und das Bohrloch aufwärts zurückgebracht. Die CSES 32 und der PWCH 28 werden von dem Gestängerohr abgenommen und das übrige Gestängerohr einschließlich des DWCH und der Bohrlochmesswerkzeuge geborgen.
In den 6A bis 6C umfasst der DWCH 22 zwei Hauptbaugruppen, die Bohrloch-Nassverbinder-Ausgleichspatrone (DWCC = downhole wet-connector compensation cartridge) 38 und die Bohrloch-Nassverbinder-Einrasteinheit (DWCL = downhole wet-connector latch assembly) 40. Das untere Ende 41 der DWCC 38 stellt eine Verbindung mit den Bohrlochmesswerkzeugen 10 her (siehe 1).
Die DWCL 40 ist das obere Ende des DWCH 22 und besitzt ein äußeres Gehäuse 42, das an seinem unteren Ende eine Verbindung mit der DWCC 38 an einem Gewindeanschluss 44 herstellt (6B). An der Innenfläche des DWCL-Gehäuses 42 ist mit abgedichteten und mit Gewinde versehenen Befestigungen 46 eine Einrasteinheit angebracht, die zum Befestigen des PWCH 28 drei vorspringende Einrastfinger 48 aufweist, die sich radial nach innen zur DWCC hin erstrecken. Zwei axial beabstandete Zentralisierer 50 sind ebenfalls um die Innenseite des DWCL-Gehäuses 42 angebracht, um das untere Ende des PWCH so zu führen, dass es mit der Steckverbindereinheit 52 der DWCC zusammenpasst.
Die DWCC 38 enthält die elektrischen und hydraulischen Komponenten des DWCH. Sie besitzt ein äußeres Gehäuse 54, das über einen Gewindeanschluss 55 an einer unteren Schotteinheit 56 angebracht ist, die zur lösbaren Anbringung des DWCH an Bohrlochmesswerkzeugen an ihrem unteren Ende Innengewinde 57 aufweist. Am oberen Ende des Gehäuses 54 befindet sich ein Gewindeanschluss 58, der das Gehäuse 54 mit einer Kupplung 60 verbindet. Geschlitzte Gewindemuffen 62 an den Anschlüssen 44, 55 und 58 ermöglichen das Koppeln der DWCH-Gehäusekomponenten 54, 60, 42 und 56 ohne jegliches Drehen des DWCH. Die Schotteinheit 56 enthält einen abgedichteten elektrischen Schottverbinder 64, um den DWCH mit den Bohrlochmesswerkzeugen elektrisch zu verbinden.
Eine Funktion der DWCC 38 besteht in der Bereitstellung freiliegender elektrischer Kontakte (in Form der Steckverbindereinheit 52), die durch den Schottverbinder 64 mit den Bohrlochmesswerkzeugen elektrisch gekoppelt werden. Diese elektrische Kopplung wird durch ein mehradriges Kabel 66, das durch eine abgedichtete Leiter- oder Adernkammer 68 nach oben zu den einzelnen Kontakten 102 der Verbindereinheit 52 führt, bewirkt. Das Kabel 66 verläuft durch ein Ölrohr 71 durch die Mitte des DWCH nach oben. Die Kammer 68 ist durch einzelne O-Ring-Kontaktdichtungen 70 der Verbindereinheit 52, O-Ringdichtungen 72 an dem Ölrohr 71, O-Ringdichtungen 74 und 76 an dem Kolben 77 und O-Ring-Kontaktdichtungen 78 an der Schotteinheit 56 abgedichtet und mit einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Silikonöl gefüllt. Der Druck in der Kammer 68 wird durch das weiter unten näher beschriebene Druckkompensationssystem auf etwa dem Druck innerhalb des Gestängerohrs 24 (1) in der Nähe der Oberseite des DWCH 22 gehalten.
Eine Schlammkolbeneinheit 80 (6B), die aus einem Kolben 82, einem Kolbenring 84, einem Kolbenanschlag 86, Dichtungen 88 und Gleitreibungsminderer 90 zusammengesetzt ist, ist über eine Schlammkolbenfeder 94 in Aufwärtsrichtung gegen eine Kolbenanschlagmutter 92 vorbelastet. Wenn sich die Schlammkolbeneinheit in der gezeigten Position befindet und der Anschlag 86 an der Mutter 92 anliegt, blockiert der Kolben 82 wirksam eine Bewegung des Fluids zwischen dem Bohrlochringraum 96 (dem Bereich zwischen dem Gestängerohr und der Bohrlochwandung; siehe 1) und dem Inneren des Gestängerohrs (d. h. dem Innenbereich 98) durch drei Seitenöffnungen 100, die in einem Abstand um den Durchmesser des DWCH angeordnet sind. Im Betrieb bleibt die Schlammkolbeneinheit 80 in dieser Öffnungs-Blockierposition, bis ein ausreichender Druck im Innenbereich 98, der den Druck im Bohrlochringraum 96 übersteigt, (der gegen das obere Ende des Kolbens 82 wirkt) herrscht, um die Vorbelastungskraft der Feder 94 zu überwinden und die Schlammkolbeneinheit nach unten zu schieben, wodurch die Feder 94 zusammengedrückt wird und die Öffnungen 100 freigegeben werden. Die Öffnungen 100 ermöglichen, sobald sie freigeben sind, eine normale Vorwärtszirkulation des Schlamms durch das Gestängerohr hinab und durch die Öffnungen 100 hindurch in das Bohrloch. Sobald der Pumpdruck des Schlamms unterbrochen wird, zwingt die Schlammkolbenfeder 94 die Schlammkolbeneinheit 80 zurück in ihre Öffnungs-Blockierposition. Durch das Blockieren der Öffnungen 100 in dem DWCL-Gehäuse 42 bei ausbleibendem Schlammpumpdruck in dem Gestängerohr verhindert die Schlammkolbeneinheit 80 wirksam ein unerwünschtes Einströmen von dem Bohrloch in das Gestängerohr. Dies dient besonders dazu, eine Bohrlocheruption durch das Gestängerohr zu vermeiden und zu verhindern, dass von im Schlamm mitgeführter Schutt von dem Bohrloch die korrekte Funktion der Einrastteile und der elektrischen Teile des Systems beeinträchtigt. Es trägt auch zur Vermeidung einer "U-Verrohrung" bei, bei der ein plötzlicher Einbruch von Bohrlochfluiden und der daraus resultierende Aufwärtsfluss von Schlamm in dem Gestängerohr dazu führen können, dass sich der DWCH und der PWCH vorzeitig trennen.
Die Steckverbindereinheit 52 ist aus einer Folge von neun Kontaktringen 102 gebildet, wovon jeder durch zwei O-Ringdichtungen 70 abgedichtet und durch Isolatoren 104 getrennt ist. Der Innenraum dieser Gesamtheit von Kontaktringen und Isolatoren steht unter dem Druck der Kammer 68, während die äußere Umgebung dieser Gesamtheit dem Gestängerohrdruck (d. h. dem Druck des Innenbereichs 98) ausgesetzt ist. Um die strukturelle Unversehrtheit dieser Verbindereinheit sowie die Zuverlässigkeit der Dichtungen 70 zu bewahren, ist es wichtig, die Druckdifferenz über der Verbindereinheit (d. h. die Differenz zwischen dem Druck in der Kammer 68 und dem Druck im Bereich 98) klein zu halten. Eine zu große Druckdifferenz von z. B. über 7 kg/cm² (100 psi) kann dazu führen, dass Dichtungen 70 fehlerhaft werden oder in extremen Fällen die Verbindereinheit zusammengedrückt wird. Selbst ein minimales Entweichen von elektrisch leitendem Bohrschlamm durch die Dichtungen 70 in die Kammer 68, das teilweise durch eine zu große Differenz zwischen dem Gestängerohrdruck und dem Druck in der Kammer 86 bedingt ist, kann die Zuverlässigkeit der elektrischen Systeme beeinträchtigen.
Das Druckkompensationssystem hält das Druckgefälle über der Steckverbindereinheit in vernünftigen Grenzen und beeinflusst die Druckdifferenz so, dass der Druck in der Kammer 68 geringfügig, etwa um 3,5 bis 7 kg/cm² (50 bis 100 psi), höher als der Druck im Bereich 98 ist. Diese "Überkompensation" des Drucks in der Kammer 68 bewirkt, dass jede Tendenz hin zu einer Leckage dazu führt, dass nicht leitendes Silikonöl aus der Kammer 68 in den Bereich 98 eindringt, anstatt dass leitender Bohrschlamm in die Kammer 68 fließt. Ein Ringraum 106 um das Ölrohr 71, der teilweise zwischen dem Rohr und einem das Rohr konzentrisch umgebenden Schlammschacht 108 gebildet ist, befördert den Bohrschlammdruck vom Bereich 98 durch Löcher 110, derart, dass er gegen die Oberseite des Kolbens 77 wirkt. Der Schlammdruck wird durch den Kolben 77, der durch O-Ringdichtungen 74 und 76 abgedichtet ist, an die Ölkammer 68 übertragen.
Während des Zusammenbaus der DWCC wird die Ölkammer 68 über ein Einweg-Ölbefüllungs-Absperrventil 112 (6D) wie etwa das von The Lee Company of Westbrook, Connecticut, USA hergestellte Absperrventil mit der Teilenummer CKFA1876015A mit einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Silikonöl befüllt. Um die Ölkammer korrekt zu befüllen, wird die Kammer zuerst über eine Entnahmeöffnung 114 mit Unterdruck beaufschlagt. Wenn das Vakuum erzeugt ist, wird durch die Entnahmeöffnung 114 Öl in die Kammer 68 aufgefüllt. Dies wird einige Male wiederholt, bis die Kammer vollständig gefüllt ist. Danach wird der Unterdruck weggenommen, die Öffnung 114 mit einem Stopfen 116 verschlossen und weiteres Öl durch das Absperrventil 112 in die Kammer 68 gepumpt, wobei eine Ausgleichfeder 118 ausgedehnt wird, bis ein den Druck begrenzendes Einweg-Absperrventil 119 in dem Kolben 77 öffnet, was angibt, dass der Druck in der Kammer 68 einen gewünschten Pegel oberhalb des Drucks in der Kammer 98 erreicht hat (die während dieses Befüllvorgangs im Allgemeinen unter atmosphärischem Druck steht). Wenn das Ventil 119 angibt, dass der gewünschte Druck von vorzugsweise 3,5 bis 7 kg/cm² (50 bis 100 psi) erreicht ist, wird die Ölfüllleitung von dem Einweg-Absperrventil 112 abgenommen und die Kammer 68 unter Druck stehend hinterlassen.
Schlammkammer-Füllöffnungen 120 in der Kupplung 60 ermöglichen vor dem Einsatz vor Ort das Befüllen des Schlammringraums 106 und des Innenvolumens über dem Kolben 77 vorab mit einem empfohlenen Schmierfluid wie etwa Motoröl. Das Schmierfluid verbleibt während der Verwendung im Bohrloch üblicherweise in dem DWCH (speziell im Ringraum 106 und in dem Volumen über dem Kolben 77) und wird durch den Bohrschlamm nicht ohne weiteres verdrängt, was die Werkzeugwartung vereinfacht. Neben dem Schmierfluid wird für alle Gleitkontaktflächen ein reichliches Auftragen eines reibungsmindernden Materials wie etwa LUBRIPLATE^TM empfohlen.
In den 7A bis 7C enthält der PWCH 28 eine Verbinderhülseneinheit 140 zur Paarung mit der Steckverbindereinheit 52 des DWCH 22 im Bohrloch. Da der PWCH in das Bohrloch eingefahren wird, ohne mit dem DWCH in Eingriff zu sein, wird ein Shuttle 142 aus einem elektrisch isolierenden Material gegen das untere Ende des PWCH vorgespannt. Eine Vierfachdichtung 144 dichtet gegen den Außendurchmesser des Shuttles 142 ab, um Bohrlochfluide aus dem PWCH fernzuhalten, bis der Shuttle durch die Steckverbindereinheit des DWCH verschoben oder umgelegt wird. Eine verjüngte untere Nase 146 unterstützt das Ausrichten des DWCH zur Kopplung mit dem PWCH.
Wenn das untere Ende des PWCH durch eine ausreichende Inertiallast oder Schlammdrucklast in den DWCH geschoben wird, streckt es sich durch die Einrastfinger 48 des DWCH (6A), bis diese hinter einem zerbrechlichen Einrastring 148 an dem PWCH einschnappen. Sobald der Einrastring 148 von den Einrastfingern des DWCH erfasst ist, widersteht er einem Auskuppeln von DWCH und PWCH, z. B. infolge der Gestängerohrbewegung, einer Vibration oder einer U-Verrohrung. Der Einrastring 148 ist in Abhängigkeit von den erwarteten Bedingungen vor Ort aus einem Sortiment von Ringen mit unterschiedlichen maximalen Scherkraftwiderständen von z. B. 726 bis 1814 kg (1600 bis 4000 Pfund) wählbar, derart, dass der PWCH nach dem Datensammeln von dem DWCH gelöst werden kann, indem er an dem Einsatzkabel nach oben gezogen wird, bis der Einrastring 148 bricht und den PWCH freigibt.
Der PWCH besitzt ein äußeres Gehäuse 150 und eine Seilschloss-Gehäuse-Schweißkonstruktion 152, die mit einer Kupplung 154 und geeigneten geschlitzten Gewinderingen 156 verbunden ist. In dem äußeren Gehäuse 150 befindet sich eine Aderndornbaugruppe mit einem oberen Dom 158 und einem untern Dorn 160. Schlitze 162 in dem oberen Aderndorn und Löcher 163 (7D) durch das äußere Gehäuse bilden einen offenen Strömungspfad von dem Inneren des Gestängerohrs zu einer Schlammkammer 164 innerhalb der Aderndornbaugruppe. Die Signaladern 165 von der Verbinderhülseneinheit 140 sind zwischen dem äußeren Gehäuse 150 und dem Aderndorn längs axialer Rillen in der Außenfläche des unteren Dorns 160, durch Löcher 166 in dem oberen Dorn 158 und durch einen Adernhohlraum 168 geführt und einzeln mit den unteren Stiften der Verbindereinheit 170 verbunden.
Wie der DWCH besitzt der PWCH ein Druckkompensationssystem für den Druckausgleich über dem Shuttle 142, wobei die elektrischen Komponenten von einem elektrisch isolierenden Fluid wie etwa Silikonöl umgeben bleiben, bis der Shuttle verschoben wird. In dem unteren Dorn 160 ist eine Ölkammer 172 definiert, die durch einen Ausgleichskolben 174 mit einer O-Ringdichtung 175 von der Schlammkammer 164 getrennt ist. Der Kolben 174 kann sich in dem unteren Dorn 160 frei bewegen, so dass der Druck in der Schlammkammer und in der Ölkammer im Wesentlichen gleich ist. In der Schlammkammer 164 und in der Ölkammer 172 ist eine untere Feder 176 bzw. eine obere Feder 178 angeordnet, die den Shuttle 142 nach unten vorbelastet. Die Ölkammer 172 steht mit dem Leiter- oder Adernhohlraum 168 und über die Adernführungsrillen in dem unteren Dorn 160 und die Adernlöcher 166 in dem oberen Dorn 158 mit dem in Fluidverbindung und ist durch Dichtungen 180 um den oberen Dom gegen den Gestängerohrdruck abgedichtet. Deshalb wirkt das Gestängerohrfluid, wenn der Shuttle wie gezeigt positioniert ist, gegen das obere Ende des Ausgleichskolbens 174, der den Druck an die Ölkammer 172 und auf das obere Ende des Shuttles 174 überträgt, wodurch die Fluiddruckkräfte auf den Shuttle im Gleichgewicht gehalten werden. Füllöffnungen 162 und 184 am oberen bzw. unteren Ende des Ölfüllabschnitts des PWCH ermöglichen das Befüllen der Ölkammer 172 und des Adernhohlraums 168 nach dem Zusammenbau. Ein Überdruckventil 186 in dem Ausgleichskolben ermöglicht beim Zusammenbau das Beaufschlagen der Ölkammer mit bis zu 7 kg/cm² (100 psi) über dem Druck in der Schlammkammer 164 (d. h. dem atmosphärischen Druck während des Zusammenbaus).
Das obere Ende des PWCH bildet sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung mit dem Seilarbeitkabel 30 (2). Die Verbindereinheit 170 enthält neun elektrisch isolierte Stifte, wovon jeder eine entsprechende isolierte Anschlusslitze 188 für den elektrischen Anschluss an einzelne Adern des Kabels 30 aufweist. Ein Verbinderhalter 189 ist auf das freiliegende Ende der Kupplung 154 geschraubt, um den Verbinder an Ort und Stelle zu halten. Die spezifische Konstruktion der Verbindereinheit 170 wird weiter unten näher besprochen.
Um das obere Ende des PWCH mit dem Kabel zu verbinden, wird das Seilschlossgehäuse 152 zuerst zusammen mit einer geschlitzten Kabeldichtung 190, einer Dichtungsmutter 192 und einem oberen und einem unteren Putzbecher-Dorn 194 bzw. 196 über das Ende des Kabels geschoben. Um das Kabelende wird ein sich selbst festziehender Standard-Seilschlosshalter 197 gesetzt, der das Kabelende gegen eine innere Schulter 198 festhält. Die Adern des Kabels werden mit Anschlusslitzen 188 von der Verbindereinheit verbunden, während das Seilschlossgehäuse 152 mit einem geschlitzten Gewindering 156 an der Kupplung 154 angebracht wird und durch Abschmierbohrungen 200 mit elektrisch isolierendem Fett wie etwa Silikonfett vollgepumpt wird. Ein Putzbecher 202, der weiter unten näher besprochen wird, wird zwischen den oberen 194 und den unteren 196 Putzbecherdorn eingebaut, um die Strömung durch das Gestängerohr um den PWCH zu begrenzen und eine Druckkraft, die den PWCH längs des Gestängerohrs verschiebt und den PWCH an dem DWCH im Bohrloch einrastet, zu entwickeln. Der obere Putzbecherdorn 194 wird auf das Seilschlossgehäuse 152 ge schraubt, um den Putzbecher 202 an Ort und Stelle zu halten, und die Dichtungsmutter 192 wird angezogen.
In 8 enthält eine andere Anordnung für das obere Ende des PWCH zwei Putzbecher 202a und 202b, die um einen Abstand L getrennt sind, um die Strömung um den PWCH weiter zu begrenzen. Diese Anordnung ist nützlich, wenn beispielsweise leichte, dünnflüssige Schlämme zum Pumpen verwendet werden. Eine Seilschlossgehäuseverlängerung 204 verbindet geeigneterweise die Dorne der beiden Putzbecher. Es können auch mehr als zwei Putzbecher verwendet werden.
In 9 erzeugt der Putzbecher 202 eine Strömungsbegrenzung und einen entsprechenden Druckabfall am Punkt A. Da der stromaufwärtsseitige Druck (z. B. der Druck am Punkt B) größer als der stromabwärtsseitige Druck (z. B. der Druck am Punkt C) ist, entwickelt sich eine Kraft, die genutzt wird, um den Putzbecher und das daran befestigte Werkzeug stromabwärts zu schieben. Wie in 9A gezeigt ist, kann ein Putzbecher (z. B. der Putzbecher 202c) alternativ in der Nähe des Bodens eines Werkzeugs 206 positioniert sein, um das Werkzeug ein Rohr oder das Bohrloch hinab zu ziehen. Diese Anordnung kann beispielsweise zum Zentrieren des Werkzeugs besonders nützlich sein, um breite Merkmale in der Nähe seines stromabwärtsseitigen Endes oder mit großen Rohrdurchmesser/Werkzeugdurchmesser-Verhältnissen oder kleinen Werkzeuglänge/Werkzeugdurchmesser-Verhältnissen zu schützen. Der gewünschte radiale Spalt Δ_r zwischen der Außenfläche des Putzbechers und der Innenfläche des Rohrs hängt von mehreren Faktoren einschließlich der Fluidviskosität ab. Wir haben festgestellt, dass ein radialer Spalt von etwa 1,3 mm (0,05 Zoll) pro Seite, d. h. ein diametraler Spalt von 2,6 mm (0,10 Zoll), bei den zumeist verwendeten Bohrschlämmen gute Wirkung zeigt.
In 10 ist der Putzbecher 202 aus einem elastischen Material wie etwa VITON^TM oder einem anderen Fluorkohlenstoffelastomer spritzgegossen und weist einen an einer Seite nach unten laufenden Schlitz 210 auf, der das Einbauen und das Entfernen erleichtert, ohne das Kabel von dem Werkzeug abzunehmen. Konisch zulaufende Abschnitte 214 und 216 des Putzbechers sitzen in entsprechenden Bohrungen in dem oberen 194 bzw. dem unteren 196 Putzbecherdorn und weisen Außenflächen auf, die sich um etwa 7 Grad in Bezug auf die Längsachse des Putzbechers verjüngen. Die Länge der konisch zulaufenden Abschnitte tragen zum Halt des Putzbechers in den Bohrungen des Gehäuses bei. Außerdem erstrecken sich sechs Stifte 217 durch Löcher 218 in dem Putzbecher zwischen dem oberen und dem unteren Putzbecherdorn, um den Putzbecher während des Gebrauchs zu halten. In eine Oberfläche des Putzbechers sind kreisförmige Trimmführungen 219 gegossen, die das Zuschneiden des Bechers auf verschiedene Außendurchmesser, um an unterschiedliche Rohrgrößen angepasst zu sein, unterstützen. Für den Putzbecher können auch andere elastische Materialien verwendet werden, obwohl das Putzbechermaterial idealerweise dem starken Abrieb, der längs der Rohrwände entstehen kann, und einer großen Vielfalt an Chemikalien, die in Bohrlöchern angetroffen werden können, widerstehen können sollte. Andere, nichtelastische Materialien, die ebenfalls nützlich sind, sind Weichmetalle wie etwa Messing oder Aluminium oder harte Kunststoffe wie etwa Polytetrafluorethylen (TEFLON^TM) oder Acetal-Homopolymerisat-Harz (DELRIN^TM). Nichtelastische Putzbecher können zum Einbau über einem vormontierten Werkzeug in zwei sich überlappenden Teilen gebildet sein.
In 11 enthält die Verbinderhülseneinheit 140 des PWCH eine Reihe von aufnehmenden Kontakten 220, die um eine gemeinsame Achse 222 angeordnet sind. Die Kontakte besitzen einen linearen Abstand d, der dem Abstand der Steckkontakte der Steckverbindereinheit des DWCH (6A) entspricht, und eine Abstreifdichtung 224. Die Kontakte 220 und Abstreifdichtungen 224 sind jeweils in einem entsprechenden Isolator 226 gehalten. Der Stapel von Kontakten, Abstreifdichtungen und Isolatoren ist in einer äußeren Buchse 228 zwischen einem Endhalter 230 und einem oberen Dorn 232 aufgenommen.
In den 12 und 13 ist jeder Kontakt einzeln aus einem elektrisch leitenden Material wie etwa Berylliumkupfer herausgearbeitet worden und weist einen Buchsenabschnitt 234 mit acht (vorzugsweise sechs oder mehr) gestreckten Fingern 236 auf. Der Kontakt 220 ist vorzugsweise vergoldet. Die Finger 236 sind jeweils so geformt, dass sie sich radial nach innen biegen oder mit anderen Worten von dem Buchsenabschnitt 234 bis zu einem distalen Ende 237 einen ersten Abschnitt 238, der radial nach innen verläuft, und einen zweiten Abschnitt 240, der radial nach außen verläuft, aufweisen, wobei ein radial innerster Abschnitt 242 mit einer Kontaktlänge d_c von etwa 3,8 mm (0,150 Zoll) gebildet ist. Durch maschinelles Bearbeiten des Kontakts 220 aus einem Materialteil weisen die Finger 236 in ihrem gezeigten entspannten Zustand keine Rest-Biegespannungen auf, die dazu führen würden, dass sich ihre Dauerfestigkeit verschlechtert.
Der Innendurchmesser d₁ des Kontakts 220, der zwischen den Kontaktflä chen 242 gegenüberliegender Finger gemessen wird, ist etwas kleiner als der Außendurchmesser der elektrischen Steckkontakte 102 des DWCH (6A), so dass die Finger 236 während des Eingriffs mit dem Steckverbinder nach außen geschoben werden und einen Kontaktdruck zwischen den Kontaktflächen 242 und den Steckkontakten 102 hervorrufen. Die Umfangsweite w jedes Fingers verjüngt sich zu einem Minimum an der Kontaktfläche 242. Wir haben festgestellt, dass das maschinelle Bearbeiten des Kontakt in der Weise, dass die Länge d_c der Kontaktflächen 242 etwa ein Viertel der Gesamtlänge d_f der Finger beträgt, und die radiale Dicke t der Finger etwa 75 Prozent des radialen Abstands r zwischen der Innenfläche des Buchsenabschnitts 234 und den Kontaktflächen 242 entspricht, zu einer Kontaktkonstruktion führt, die ein wiederholtes Einkuppeln aushält.
Die Abstreifdichtungen 224 sind vorzugsweise aus einem elastischen Fluorkohlenstoffelastomer wie etwa VITON^TM gegossen. Der Innendurchmesser d₂ der Abstreifdichtungen 224 ist ebenfalls etwas kleiner als der Außendurchmesser der Steckkontakte, so dass die Abstreifdichtungen während ihres Eingriffs den Schutt gegebenenfalls von den Steckkontaktflächen wegwischen. Vorzugsweise sind die Innendurchmesser d₁ und d₂ der Kontakte und der Abstreifdichtungen etwa gleich. Die Abstreifdichtungen 224 sind aus einem elektrisch isolierenden Material gegossen, um die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen den Kontakten bei Gegenwart elektrisch leitender Fluide zu verringern.
Der Kontakt 220 weist eine Lötnase 244 auf, die für den elektrischen Anschluss einer Ader 246 an einer Seite seines Buchsenabschnitts 234 herausgearbeitet ist. Wie in 12 gezeigt ist, ist eine Ader 246, wenn der Drahtkontakt 220 in den Isolator 226 eingesetzt ist, durch ein Loch 248 in dem Isolator geführt. Ausrichtstifte 250 in weiteren Löchern 248 in dem Isolator sitzen in außen befindlichen Rillen 252 der Abstreifdichtung 224, um diese auf den Isolator auszurichten. Eine Kerbe 254 an der Abstreifdichtung passt um die Lötnase 224. Isolatoren 226 und Abstreifdichtungen 224 sind mit ausreichenden Löchern 248 bzw. Rillen 252 ausgebildet, um alle Adern 246 von jedem der Kontakte 220 in der Verbinderhülse zur Anbringung an der Dichtungseinheit 170 zum oberen Ende der Einheit zu führen (7B).
Wenn der Kontakt 220 in den Isolator 226 eingesetzt ist, liegen die distalen Enden 237 der Kontaktfinger in einer durch eine Innenlippe 258 des Isolators gebildeten Längsrille 256. Die Lippe 258 schützt die distalen Enden der Finger davor, während des Auskuppelns des PWCH aus dem DWCH an den Oberflächen der Steckverbindereinheit hängen zu bleiben.
In 14 enthält die Verbindereinheit 170 des PWCH einen gegossenen Verbinderkörper 280 aus einem elektrisch isolierenden Material wie etwa Polyethylketon, Polyethyletherketon oder Polyaryletherketon. Der Körper 280 ist so beschaffen, dass er einem hohen statischen Differenzdruck von beispielsweise bis zu 1055 kg/cm² (15.000 psi) über einem O-Ring in einer O-Ringrille 281 widersteht, und weist Durchgangslöcher 282 auf, in die elektrisch leitende Stifte 284, die an Zuleitungsdrähte 286 angefügt sind, gepresst sind. (Die Zuleitungsdrähte 286 bilden die Anschlusslitzen 188 von 7B.) Vergoldete Stifte 284 aus rostfreiem 17-4-Stahl sind eingepresst worden, bis ihre unteren Flanschen 288 an den Böden von Gegenbohrungen 290 in dem Verbinderkörper anliegen. Um die Grenzflächen zwischen dem Verbinderkörper und den Zuleitungsdrähten abzudichten, ist eine Aderndichtung 292 um die Drähte und den Verbinderkörper eingegossen worden, nachdem die Isolation an den einzelnen Zuleitungsdrähten zur besseren Haftung an dem Dichtungsmaterial geätzt worden ist. Die Dichtung 292 muss ebenso den hohen Differenzdrücken von bis zu 1055 kg/cm² (15.000 psi), die die Verbindereinheit erfährt, widerstehen. Wir haben festgestellt, dass einige Hochtemperatur-Fluorkohlenstoffelastomere wie etwa VITON^TM und KALREZ^TM als Aderndichtung 292 gut geeignet sind.
Um eine Lichtbogenbarriere zwischen benachbarten Stiften 284 und zwischen den Stiften und der Kupplung 154 (7B) an der Fläche 294 des Verbinderkörpers 280 zu bilden, sind einzelne Stiftisolatoren 296 um jeden der Stifte 284 zwischen ihren unteren und oberen Flanschen 288 bzw. 298 eingegossen. Die Isolatoren 296 stehen um etwa 3,0 mm (0,120 Zoll) aus der Ebene der Fläche 294 des Verbinderkörpers heraus und sind vorzugsweise aus einem Hochtemperatur-Fluorkohlenstoffelastomer wie etwa VITON^TM oder KALREZ^TM gegossen. Die Isolatoren 296 schützen gegen einen Überschlag, der längs der Fläche 294 des Verbinderkörpers auftreten kann, wenn beispielsweise feuchte Luft oder flüssiges Wasser in den Adernhohlraum 168 des PWCH (7B) eindringt. Neben dem Schutz gegen einen unerwünschten elektrischen Überschlag tragen die Isolatoren 296 zum Fernhalten von Feuchtigkeit von der Verbindung zwischen den Stiften 284 und den Zuleitungsdrähten 286 innerhalb des Verbinderkörpers während der Lagerung und des Transports bei.
In 15 wiederum besitzt der Verbinderkörper 280 einen Außendurchmesser d_b von etwa 24,1 mm (0,95 Zoll), damit er in die bis zu 25,4 mm (1,0 Zoll) kleinen Werkzeuginnendurchmesser, die für eine Bohrloch-Messgeräteausrüstung typisch sind, passt. Der zusammengebaute Verbinder besitzt ein kreisförmiges Feld von neun Stiften 284 mit jeweils entsprechenden Isolatoren 296 und Zuleitungsdrähten 286.

Claims

Bohrlochwerkzeug (22), das so konstruiert ist, dass es in einem Bohrloch (12) mittels eines Rohrs (24) aufgehängt werden kann, und das umfasst: ein Gehäuse (40), das eine Strömungskammer (98), die mit dem Rohrinnenraum in einer offenen Fluidverbindung steht, eine Bypassöffnung (100) für eine Fluidströmung zwischen der Strömungskammer (98) und dem Bohrloch (12), eine Schlammkammer (106), die mit dem Bohrloch (12) in einer offenen Verbindung steht, eine abgedichtete Kammer (68), die von der Strömungskammer (98) durch eine abgedichtete Grenzfläche (77) getrennt ist, und eine Vorbelastungskammer (94) definiert, gekennzeichnet durch einen Zirkulationskolben (82), der die Strömungskammer (98) und die Schlammkammer (106) trennt und so beschaffen ist, dass er sich in Reaktion auf den Druck in der Strömungskammer (98) zwischen einer ersten Bypassöffnungs-Blockierposition und einer zweiten Bypassöffnungs-Freigabeposition bewegen kann; und ein Druckkompensationssystem (80), das die Druckdifferenz zwischen der Strömungskammer (98) und der abgedichteten Kammer (68) begrenzt, um dadurch die Druckdifferenz über die abgedichtete Grenzfläche (77) zu begrenzen, wobei das Vorbelastungselement (94) den Zirkulationskolben (82) in seine erste Position vorbelastet.
Werkzeug (22) nach Anspruch 1, bei dem das Druckkompensationssystem (80) einen schwimmenden Kolben (77) umfasst, der zwischen der Strömungskammer (98) und der abgedichteten Kammer (68) angeordnet ist, um den Druck zwischen der Strömungskammer (98) und der abgedichteten Kammer (68) zu übertragen.
Werkzeug (22) nach Anspruch 1, das ferner einen elektrischen Leiter (66) in der abgedichteten Kammer (68) und ein isolierendes Fluid, mit dem die abgedichtete Kammer (68) um den elektrischen Leiter gefüllt ist, umfaßt.
Werkzeug (92) nach Anspruch 3, bei dem die Grenzfläche (77) einen elektrischen Kontakt (64) umfasst, der mit dem elektrischen Leiter (66) elektrisch verbunden ist, wobei das Druckkompensationssystem (80) die Druckdifferenz über dem Kontakt begrenzt.
Werkzeug (22) nach Anspruch 4, bei dem die Schlammkammer (106) zwischen der Strömungskammer (98) und der abgedichteten Kammer (68) angeordnet ist, wobei das Werkzeug (22) ferner umfasst: ein Strömungskammer-Druckrohr, das durch die Schlammkammer (106) verläuft, um Druck von dem Rohrinnenraum an den schwimmenden Kolben (77) zu übertragen; und ein Leiterrohr (71), das sich durch den schwimmenden Kolben (77) und die Schlammkammer (106) erstreckt, um den Leiter (66) durch die Schlammkammer (106) unter dem Druck der abgedichteten Kammer (68) zu dem Kontakt (64) zu lenken.
Werkzeug (23) nach Anspruch 1, das ferner einen Sensor (36) umfasst, der eine Bohrlocheigenschaft misst.
Verfahren zum Ausführen einer Bohrlochfunktion in einem Bohrloch (12), das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen des Bohrlochwerkzeugs (22) nach Anspruch 1; Absenken des Bohrlochwerkzeugs (22) in das Bohrloch an dem Rohr (24); und Ausführen der Bohrlochfunktion.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Nach dem Schritt des Absenkens des Werkzeugs (22) in das Bohrloch (12) Pumpen eines Verbindungswerkzeugs (28) das Rohr (24) abwärts an einem Seil (30), um mit dem Bohrlochwerkzeug (22) in der Weise mechanisch gekoppelt zu werden, dass zwischen dem Bohrlochwerkzeug (22) und der Bohrlochoberfläche eine elektrische Verbindung gebildet wird, wobei das Verbindungswerkzeug (28) das Rohr (24) abwärts in einer durch die Bypassöffnung (100) des Bohrlochwerkzeugs (22) zirkulierenden Fluidströmung gepumpt wird, wenn der Zirkulationskolben (82) durch den Rohrdruck in seine zweite Bypassöffnungs-Freigabeposition bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Bohrlochfunktion eine Messung einer Bohrlocheigenschaft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Ausführens der Bohrlochfunktion die folgenden Schritte umfasst: Bewegen des Bohrlochwerkzeugs (22) längs des Bohrlochs (12); und während der Bewegung des Werkzeugs (22) Protokollieren einer Messung einer Bohrlocheigenschaft.