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Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben in geologischen Formationen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben
in geologischen Formationen. Es ist bereits eine Vorrichtung dieser Art in Vorschlag
gebracht worden, die aus einem Hohlgeschoß besteht, das gegen die Formation, d.
h. die Wand des Bohrlochs, wo man eine Flüssigkeitsprobe entnehmen will, abgeschossen
wird. Ein solches Hohlgeschoß besitzt einerseits einen Verschluß, der sich selbst
eindrückt, und andererseits ein Ventil, das sich nach dem Eindringen der Flüssigkeit
wieder schließt, um diese während des Hochziehens des Geschosses an die Erdoberfläche
zurückzuhalten. Hierbei bleibt das Geschoß in an sich bekannter Weise mit der Vorrichtung,
von der aus der Abschuß bewirkt wurde, durch Kabel oder ähnliche Mittel verbunden.
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Eine der Eigenheiten der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß
der Vorderteil des Geschosses eine verhältnismäßig breite Aufschlagfläche und eine
kegelstumpfförmige Gestalt mit großem Spitzenwinkel besitzt. Außerdem weist dieser
Vorderteil eine Härte auf, die derjenigen der Formationen, gegen die das Geschoß
gerichtet wird, angepaßt ist. Diese Eigenheit hat zur Folge, daß, wenn das Geschoß
gegen die Wand des Bohrlochs abgeschossen wird, der Vorderteil sich eng an die Wand
anzuschmiegen sucht und nicht etwa
zurückprallt, so daß er durch
die erzielte Dichtwirkung zu der Bildung einer Art Saugkopf führt, der die Dauer
des Soges verlängert und den Zutritt der das Bohrloch anfüllenden Flüssigkeit zur
Öffnung in das Geschoßinnere, währenddem nach dem Eindrücken des Verschlusses die
Verbindung zwischen dem Geschoßinneren und der Wand des Bohrlochs offen ist, verhindert.
Das Vorhandensein der Spülungskruste begünstigt im übrigen die Bildung einer natürlichen
Abdichtung.
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Die Erfindung bezweckt, diesen geschilderten Dichtungseffekt noch
weiter zu vervollkommnen. Sie besteht im wesentlichen darin, in der Vorderfläche
des Geschosses eine vorzugsweise kreisförmig verlaufende Rille vorzusehen, die die
zum Eintritt der Flüssigkeit bestimmte Öffnung umgibt In diese Rille wird erfindungsgemäß
bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Dichtungsring eingelegt. Die Erfindung
hat erwiesen, daß man auf diese Weise wesentlich günstigere Ergebnisse erzielen
konnte, als dies bisher möglich gewesen ist.
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. i ist ein waagerechter Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß der
Erfindung, die sich im Innern eines Bohrlochs befindet, Fig.2 ist ein Längsschnitt
durch ein. Werkzeug gemäß der Erfindung in vergrößertem Maßstab.
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In der Fig. i bezeichnet i ein mit Spülung angefülltes Bohrloch, das
in das Innere von Erdformationen 2 gebohrt ist, die beispielsweise Flüssigkeiten
oder Gas führende Sandschichten darstellen mögen, von denen man Proben entnehmen
will. In dieses Bohrloch ist die Vorrichtung 3 für die seitliche Probeentnahme hinabgesenkt,
die in an sich bekannter Weise Aushöhlungen q. besitzt, um eine Pulverladung 5 aufzunehmen,
die zum Abschießen der Probeentnahmewerkzeuge 6 gegen die Wand des Bohrlochs dient.
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In der Fig. i, -die einen Querschnitt der Vorrichtung darstellt, ist
nur ein einziges Probeentnahmewerkzeug ersichtlich, während das Gerät in der Praxis
meist mehrere derartige übereinander angeordnete Werkzeuge trägt. Die Werkzeuge
sind durch Kabel 7 mit dem Tragkörper der Vorrichtung verbunden, so daß, wenn man
das Gerät über Tage fördert, die Werkzeuge mit herausgezogen werden. Diese Einrichtung
ist im Grundprinzip, was die seitliche Entnahme von Proben angeht, bereits bekannt.
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Das Probeentnahmewerkzeug, wie es im nachfolgenden des näheren beschrieben
wird, hat die Aufgabe, Flüssigkeitsproben aus dem Bohrloch zu entnehmen. Zu diesem
Zweck besteht es aus einem zylindrischen Hohlkörper (Fig. 2), der von zwei miteinander
verschraubten Teilen 8 und 9 gebildet wird, um die Fertigung und Montage zu vereinfachen.
Mit io ist die Innenkammer dieses Hohlkörpers bezeichnet, die zur Aufnahme der aus
der betreffenden Erdformation entnommenen Flüssigkeit dient. Diese Kammer io ist
nach vorn hin durch ein Ventil ii verschlossen, das aus einem zylindrischen Teil
12, der sich auf einem von dem Teil 9 unter Zwischenschaltung einer gelochten Scheibe
1q. getragenen feststehenden Kolben 13 verschieben kann,.. und einem Dichtungsring
15 besteht, der die Abdichtung zwischen dem Kolben und der Hohlkammer im Innern
des Zylinders 12 gewährleistet. Nach vorn hin besitzt der Zylinder 12 weiterhin
einen überstehenden Rand 16, der in einer Rille einen Dichtungsring 17 aufnimmt,
der sich gegen die Wand 18 anlegt, die die Kammer io nach vorn hin begrenzt.
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Ein Anschlag 27, der von dem Teil 8 des zylindrischen Körpers getragen
wird, dient zur Begrenzung der Hubbewegung des Ventils ii.
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Auf das Vorderende i9 des Teiles 9 ist das Frontelement 2o von gleichfalls
zylindrischer Form aufgebracht, wodurch ein Hohlraum 21 zwischen dem Frontelement
2o und dem Vorderende i9 des Teiles 9 gebildet wird. Ein Dichtungsring 22 gewährleistet
die Abdichtung zwischen den Elementen i9 und 2o.
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Das Frontelement 2o besteht aus einem verhältnismäßig weichen Metall,
wie feinem Aluminium. Es besitzt vorn eine Öffnung 23, die durch einen mit dem Frontelement
2o aus einem Stück bestehenden Verschluß 24 verschlossen ist. Der Teil dieses Elements
2o, der den Verschluß umgibt, ist verhältnismäßig breit gehalten, und seine Vorderseite
25 ist vorzugsweise unter Bildung eines großen Spitzenwinkels kegelstumpfförmig
gestaltet. In diese Vorderseite ist gemäß der Erfindung eine ringförmige Rille 26
eingelassen, in die ein Dichtungsring 28 eingelegt ist.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist kurz folgende: Nachdem das Gerät
in das Bohrloch bis auf die gewünschte Tiefe hinabgesenkt ist, wird in bekannter
Weise durch Zündung der Pulverladung das Probeentnahmewerkzeug gegen die Wand des
Bohrlochs abgeschossen. Das Werkzeug dringt nur verhältnismäßig gering in die Bohrlochwand
ein, wie dies aus Fig. i ersichtlich ist, wobei die Eindringtiefe mit von der Struktur
der Bohrlochwand abhängig ist. Durch den heftigen Aufschlag des Werkzeuges auf die
Wand des Bohrlochs verformt sich die Vorderfläche 25 des Frontelements 2o und paßt
sich hierbei in ihrer Verformung in gewissem Ausmaß den Konturen der Schichtstruktur
der Bohrlochwand an, wodurch eine Abdichtwirkung erzielt wird. Dieser Effekt wird
erfindungsgemäß durch den Dichtungsring 28 in der Rille 26 wesentlich gesteigert.
Zugleich wird infolge des Außendruckes, der auf den Verschluß 24 zur Auswirkung
kommt, dieser eingedrückt, und es findet dann der Einbruch der die Wand des Bohrlochs
bildenden Substanz, beispielsweise mit Flüssigkeit getränkter Sand, in das Innere
der Kammer 21 statt.
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Dadurch, daß sich die Vorderfläche des Frontelements, wie. bereits
ausgeführt wurde, an die Wand des Bohrlochs anschmiegt, kann die das Bohrloch anfüllende
Flüssigkeit nicht zur Öffnung 23 gelangen, und in der Tat sind es fast ausschließlich
von der Erdformation selbst herrührende Substanzen, die in j die Kammer 21 eindringen.
Die so in die Kammer 21: eingedrungenen Substanzen drücken infolge des von ihnen
ausgeübten starken Druckes das Ventil ii zurück und dringen schließlich in die Kammer
io vor, die sie vollständig anfüllen. Diese Rückstoßbewegung des Ventils, die im
übrigen durch den Anschlag 27
begrenzt ist, hat gleichzeitig zur
Folge, daß ein Vakuum in dem Raum zwischen dem Kolben 13 und dem Boden des zylindrischen
Teils i2 entsteht. Wenn sich der Raum io angefüllt hat, wird -das Ventil durch den
von den eingedrungenen Substanzen nunmehr ausgeübten Gegendruck wieder geschlossen.
Nach dem Hochziehen des Geräts an die Erdoberfläche stehen die in dem Hohlraum io
enthaltenen Substanzen für die weiteren Untersuchungen z,ir Verfügung.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das beschriebene und dargestellte
Ausführungsbeispiel, sondern diese umfaßt auch konstruktive Abänderungen, sofern
sie im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen.