DE2404828C3 - Ventileinrichtung für einen Bohrlochprüfstrang - Google Patents
Ventileinrichtung für einen BohrlochprüfstrangInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zirkulationsventilanordnung zum Einbau in einen Bohrlochprüfstrang, der in
einem Rohrstrang in den Bereich einer von einem Bohrloch durchsetzten zu untersuchenden Erdformation
absenkbar ist, wobei dieses Zirkulationsventil oberhalb eines den Ringraum zwischen Bohrlochwandung
und Rohrstrang abdichtenden Packers angeordnet und von über Tage betätigbar ist und eine Flüssigkeitsverbindung
zwischen dem Inneren des Rohrstranges und dem besagten Ringraum beherrscht.
Zur Untersuchung einer von e:nern Bohrloch durchsetzten
Formation auf mögliche Produktionsrate und Ergiebigkeit ist es bekannt, in das Bohrloch mittels
eines Rohrstranges einen Bohrlochprüfstrang bis in den Bereich der zu untersuchenden Formation abzusenken.
Durch einen Packer, d.h. eine an der Wandung des Bohrloches oder seiner Verrohrung anliegende Dichtung,
wird der oberhalb liegende Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrlochwandung gegen die Formation
abgedichtet. Der Bohrlochprüfstrang enthält beispielsweise eine Ventilanordnung (Prüfventil), welches
den Längsdurchgang durch den Rohr- bzw. Bohrlochprüfstrang beherrscht, einen Druckschreiber unterhalb
und einen Druckschreiber oberhalb des Prüfventils. Dieser Längsdurchgang steht unterhalb des unteren
Druckschreibers mit der zu untersuchenden Formation in Verbindung. Die Ventilvorrichtung enthält im allgemeinen
eine Probenkammer zum Auffangen einer Probe der aus der Formation austretenden Flüssigkeit. Es
wird dann der Bohrlochprüfstrang bei geschlossenem Prüfventil mittels eines Rohrstranges in das Bohrloch
abgesenkt. Wenn dann das Prüfventil geöffnet wird,
kann aus den Aufzeichnungen der Druckschreiber auf die Produktionsrate der Formation geschlossen werden.
Andere Informationen hinsichtlich der Ergiebigkeit der Formation können aus dem Verlauf des Druckanstieges
vor dem Prüfventil gewonnen werden, wenn s das Prüfventil wieder geschlossen wird. Diese Versuche
werden in der Regel mehrfach wiederholt. Schließlich kann die Ventilanordnung so gesteuert werden, daß
eine Probe der Fonnationsflüssigkeit aufgefangen wird.
Dann wird der Rohrstrang mit dem Bohrli'chprüfMrang >o
wieder aus dem Bohrloch ausgebaut.
Die Be»?,»igung des Prüfventils kann dadurch erfolgen,
daß der Rohrstrang nach Setzen des Packers, wenn der Bohrlochprüfstrang im Bohrloch festgeklemmt
ist nachgelassen wird, so daß das Prüfventil
durch das Gewicht des oberen Teils des Rohrstranges über irgendeinen Mechanismus betätigt wird. Bei einer
anderen bekannten Anordnung erfolgt die Betätigung des Prüfventils mittels eines hydraulischen Antriebs.
Das Prüfventil ist ein Schieberveniil mit einer in einem Schiebergehäuse axial verschiebbaren Schieberhülse.
Die Schieberhülse weist an ihrer Außenseite einen Ringkolben auf, der mit seiner Mantelfläche abdichtend
an der Innenwandung eines rohrförmigen Außengehäuses anliegt und eine zwischen diesem und dem
Schiebergehäuse gebildete Ringkammer in zwei ringförmige Zylinderräume unterteilt. In einem der Zylinderräume
ist ein vorgespanntes Gas eingeschlossen, während der andere Zylinderraum mit dem Ringraum
zwischen Rohrstrang und Bohrlochwandung in Verbindung steht. Durch wahlweises Erhöhen des Druckes
der in dem Ring vorhandenen Flüssigkeit, die Bohrschlamm
sein kann, über die Vorspannung des Gases und Wiederabsenken dieses Druckes kann das Prüfventil
wiederholt geöffnet und geschlossen werden. Bei einem weiteren Druckanstieg im Ringraum kann
schließlich die Schieberhülse in eine Stellung verschoben und in dieser Stellung verriegelt werden, in welcher
eine Probe von Formationsflüssigkeit in der Probenkammer der Ventilvorrichtung eingeschlossen ist
(DT-AS 21 45 474).
Bei der Betätigung des Prüfventils, tritt Formationsflüssigkeit,
z. B. Rohöl oder auch Gas, während des öffnens
des Prüfventils durch dieses hindurch in den Längsdurchgang des Rohrstranges. Diese Formationsflüssigkeit
im Inneren des Rohrstranges ist sehr störend, wenn der Rohrstrang wieder ausgebaut werden
soll, da sie Braüd- und Explosionsgefahr sowie eine unerwünschte Verschmutzung mit sich bringt. Es ist daher
erforderlich, nach Beendigung des Prüfvorgangs die Formationsflüssigkeit in kontrollierter Weise wieder
aus dem Inneren des Rohrstranges herauszuspülen, bevor der Rohrstrang ausgebaut wird. Zu diesem Zweck
ist im Prüfstrang oberhalb des Prüfventils und des Pakkers eine Zirkulationsventilanordnung vorgesehen,
durch welche nach Beendigung des Prüfvorganges eine Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Inneren
des Rohrstranges herstellbar ist. Über diese Verbindung kann Flüssigkeit aus dem Ringraum in den Rohrstrang
und durch diesen hindurch nach oben gedrückt werden. Es kann so eine Zirkulation z. B. von Bohrschlamm
durch das Innere des Rohrstranges erzeugt werden, durch welche die im Rohrstrang (außerhalb
der abgeschlossenen Probenkammer) angesammelte Formationsflüssigkeit herausgespült wird. Es muß allerdings
dafür gesorgt sein, daß die unter hohem hydrostatischen Druck stehende Flüssigkeit aus dem Ringraum
erst nach Beendigung des Prüfvorganges und endgültigem Absperren des Prüfventils in das Innere des Rohrstranges
gelangen kann und se von der Formation getrennt ist.
Es ist bekannt, die Zirkulationsventilanordnung durch im Rohrstrang herabfallende Teile zu betätigen.
Beispielsweise wird bei einer bekannten Anordnung eine Buchse, die durch Scherstifte gehalten ist und seitliche
öffnungen abdeckt, durch eine herabfallende Gewichtsstange
abgesehen, so daß sie die öffnungen freigibt. Diese und ähnliche Einrichtungen sind jedoch in
ihrer Funktion unsicher, da der Fall der Gewichtsstange durch verschiedene Einflüsse so abgebremst werden
kann, daß kein Abscheren der Scherstifte erfolgt.
Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, die Zirkulationsventilanordnung
einfach durch Druckerhöhung der Flüssigkeit im Ringraum zu betätigen, da diese Steuermittel schon für die Betätigung des Prüfventils
verbraucht sind. Es ist ja nicht erwünscht, bei jedem öffnen und Schließen des Prüfventils auch das Zirkulationsventil
synchron damit zu öffnen und zu schließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zirkulationsventilanordnung
zu schaffen, weiche durch die zur Betätigung des Prüfventils dienenden Steuermittel
so betätigbar ist, daß sie nach Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Prüfvorgängen die Verbindung
zwischen dem Inneren des Rohr bzw. Bohrlochprüfstranges und dem Ringraum öffnet
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zirkulationsventil hydraulisch durch eine vorgegebene
Mehrzahl von Druckpulsationen einer im Ringraum enthaltenen Flüssigkeit betätigbar ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Paar von begrenzt axial gegeneinander
bewegliche rohrförmige Teile und einen hydraulischen Antrieb mit einem vom Druck der Flüssigkeit im
Ringraum gegen die Wirkung einer Rückstellkraft beaufschlagten Hubglied zur beliebig wiederholbaren
axialen hin- und hergehenden Relativbewegung dieser Teile, wobei das Zirkulationsventil durch diese Relativbewegung
über ein Gesperre schrittweise nach einer vorgegebenen Mehrzahl von Schaltschritten aus einer
Schließstellung in eine Offenstellung bewegbar ist.
Es können dann durch den Antrieb während der Betätigung des Prüfventils mehrere solcher axialer Relativbewegungen
hervorgerufen werden, ohne daß das Zirkulationsventil schon öffnet. Erst nach einer vorgegebenen
Anzahl solcher Relativbewegungen, die jede mit einer Betätigung des Prüfventils einhergehen, gelangt
das Zirkulationsventil in die Offenstellung.
Es ist bekannt, einen Packer über ein Gesperre durch wiederholtes Erhöhen und Absenken des Druckes einer
Flüssigkeit in dem Inneren des Roh^stranges zu setzen
(US-PS 34 56 723). Es erfolgt dort aber nicht die Steuerung zweier verschiedener Funktionen, nämlich sowohl
des Prüfventils als auch des Zirkulationsventils, durch die gleichen Druckerhöhungen der Flüssigkeit. Außerdem
erfolgt nicht eine Steuerung über den Druck einer im Ringraum enthaltenen Flüssigkeit
Ein hydraulischer Antrieb, der einen Längsdurchgang des Bohrlochprüfstranges freiläßt, kann so aufgebaut
sein, daß der eine der rohrförmigen Teile ein mit beiden Enden in den Rohr- bzw. Bohrlochprüfstrang
eingebauter Außenteil und der andere eine darin axial begrenzt verschiebbare Zughülse ist, die über das Gesperre
mit dem Ventil in Antriebsverbindung steht, in zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten,
nach innen vorspringenden, hohlzylindrischen Verdikkungen des Außenteils abdichtend geführt ist und zwi-
it T \J "T VJ Cu \J
sehen diesen Verdickungen einen an der Wandung des
Außenteils abdichtend anliegenden, das Hubglied des hydraulischen Antriebs bildenden Ringkolben aufweist,
wobei zwischen den Verdickungen und dem Ringkolben zwei Zylinderkammern gebildet sind, von denen
die eine ein Druckgas enthält und die andere über eine Öffnung des Außenteils mit dem Ringraum in Verbindung
steht.
Um auf bequeme Weise den bei jeder Betätigung des hydraulischen Antriebs auszuführenden Hub und damit
die Anzahl der gleichzeitigen Betätigungen des Prüfventils bestimmen zu können, die erfolgen, bevor das
Zirkulationsventil öffnet, kann zwischen einem nach innen ragenden Anschlag des Außenteils und einem nach
außen ragenden Anschlag der Zughüise eine Abstandshülse
m«t Spiel eingesetzt sein, wobei dieses Spiel die Begrenzung der axialen Verschiebung bestimmt.
Um die Bewegung der Zughülse in Mitnahmerichtung des Gesperres zu dämpfen, ist es vorteilhaft, daß
zwischen zwei nach innen vorspringenden hohlzylindrisehen Verdickungen des Außenteils, in denen die Zughülse
abdichtend geführt ist, eine mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kammer gebildet ist, in der ein an
der Zughülse vorgesehener Dämpfungskolben beweglich ist, und daß der Dämpfungskolben einen gedrosselten
Flüssigkeitsdurchlaß bildet und einen Kanal mit einem Rückschlagventil enthält, das bei Bewegung der
Zughülse und des Dämpfungskolbens in der Freilaufrichtung des Gesperres öffnet.
Um einen freien Längsdurchgang des Bohrlochprüf-Stranges zu erhalten, kann das Zirkulationsventil eine
Schieberhülse enthalten, die eine Seitenöffnung des Außenteils abdeckt und von der Zughülse über das Gesperre
axial verschiebbar ist. Aus dem gleichen Grunde ist es vorteilhaft, wenn das Gesperre von einer Vielzahl
von im Querschnitt sägezahnförmigen Ringnuten an der Mantelfläche der Zughülse und mehreren, mit dazu
komplementären Nuten versehenen Schalenteilen gebildet ist, welche die Mantelfläche der Zughülse umgreifen
und radial federnd mit einer einwärts gerichteten Vorspannung an der Schieberhülse angebracht sind.
Dabei kann die Mantelfläche der Zughülse von einem Ende der Schieberhülse umgriffen und können die
Schalenteile in Fenstern der Schieberhülse radialbeweglich geführt und von darumgelegten Federspiralen
unter Vorspannung gehalten sein.
Um ein schlagartiges volles öffnen des Zirkulationsventils zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß zwischen der
Schieberhülse und dem Außenteil beiderseits der Seitenöffnung Ringdichtungen vorgesehen sind und
daß die Schieberhülse mit ihrer Innenseite abdichtend auf einer axial festliegenden Innenhülse gleitet, die mit
einer Verdickung um das der Zughülse abgewandte Ende der Schieberhülse herumgreift und abdichtend an
der Innenwandung des Außenteils anliegt.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 in Teilstücken la bis If eine Zirkulationsventilanordnung
nach der Erfindung teilweise im Längsschnitt,
F i g. 2 schaubildlich eine Einzelheit der Anordnung von Fig. 1,
F i g. 3 den Längsschnitt einer weiteren Einzelheit in größerem Maßstab um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Zirkulalionsventilanordnung 1 besteht aus einer Zughülse 2. die konzentrisch gleitend in einen in Abschnitten
geteilten Außenteil 3 eingesetzt ist, und an ihrem unteren Ende einen äußeren kegelförmigen
Rand 20 aufweist. Der Rand 20 liegt an einem inneren kegelförmigen Sitz 30 des Gehäuserohres 3 an, wodurch
die Abwärtsbewegung der Zughülse in dem Außenteil 3 begrenzt wird. Die Wandung des Außenteils
3 hat eine oder mehrere Seitenöffnungen 31, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen einem Innenraum
32 des Außenteils 3 und einem äußeren Ringraum
33 zwischen der Zirkulationsventilanordnung 1 und dem Bohrlochfutterrohr herstellen. Eine mit der Zughülse
2 zusammengeschraubte Schieberhülse 21 deckt in ihrer tiefsten Stellung die Seitenöffnungen 31 ab und
sperrt dadurch den Durchtritt von Flüssigkeit. Zwischen Außenteil 3 und Schieberhülse 21 sind oberhalb
und unterhalb der Seitenöffnungen 31 Ringdichtungen
34 in Ringnuten 35 angeordnet, die den Außenteil 3 und
die Schieberhülse 21 flüssigkeitsdicht voneinander trennen.
Die Schieberhülse 21 umschließt eine Innenhülse 4, die aus einem Rohrstück mit einer oberen Verlängerung
40 und einer unteren Verdickung 41 besteht. Die obere Verlängerung 40 ist koaxial gleitend in der Schieberhülse
21 geführt und ist durch eine in eine Ringnut 43 eingesetzte Ringdichtung 42 gegen die Schieberhülse
21 abgedichtet. Die Verdickung 41 der Innenhülse 4 ragt unten über die untere Kante 60 der Schieberhülse
21 und hat einen größeren Außendurchmesser als diese. Dadurch erhält die Schieberhülse 21 einen die Abwärtsbewegung
der Zughülse 2 begrenzenden Anschlag. Die Verdickung 41 greift ferner in eine im unteren
Außenteil 3 angebrachte Hinterdrehung 36 und begrenzt dadurch die Auf- und Abwärtsbewegung der Innenhülse
4 im Außenteil 3.
In der Wandung der Zughülse 2 sind in der Nähe
ihres oberen Randes 23 ein oder mehrere Fenster 22 angebracht, in denen mit einem Innengewinde 25 versehene
Schalenteile 24 angeordnet sind, an deren Kanten Führungszapfen 26 befestigt sind, die in Vertiefungen
27 der Fenster 22 passen und so die Einwärtsbewegung der Schalenteile 24 begrenzen.
Die Schalenteile 24 können sich durch eine nach außen gerichteten Keilwirkung nach außen bewegen
und sind von Ringfedern 28 umschlossen, die in Rillen 29 der Schalenteile 24 und der Zughülse 2 angeordnet
sind und die Schalenteile 24 mit einer konstanten Kraft elastisch in die Fenster 22 hineindrücken.
Die Zughülse 2 umschließt eine rohrförmige Buchse 5, die mit einem Außengewinde 50 versehen ist. Das
Außengewinde 50 ist mit dem Innengewinde 25 der Schalenteile 24 in Eingriff. An Stelle der Schraubengewinde
25 und 50 können in den Schalenteilen 24 und der Buchse 5 auch parallele Ringnuten vorgesehen sein.
Die Ausbildung der Gewinde ist in F i g. 3 in größerem Maßstab veranschaulicht, wobei die Figur um 90°
entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt ist Das Profil des Außengewindes 50 hat an seiner Unterseite eine
schräge Flanke 62 und an seiner Oberseite eine steile Flanke 63. Das Innengewinde 25 der Buchse 5 hat an
seiner Unterseite eine steile Ranke 64 und an seiner Oberseite eine schräge Flanke 65. Dieses Gewindeprofil
ermöglicht infolge der Keilwirkung der schrägen Flanken 62 und 65 eine teleskopartige Abwärtsbewegung
der Buchse 5 in Richtung ihrer Längsachse durch die Zughülse 2 hindurch, wobei die Schalenteile
durch die Keilwirkung nach außen gedrückt werden. Die hierbei erforderlichen Keilkräfte missen notwendigerweise
kleiner sein als die Kräfte, welche die Schie-
3
υ«* o/io
berhülse 21 in seiner Stellung in dem Außenteil 3 festgehalten, d. h. kleiner sein als die Reibungskräfte der
Ringdichtungen 34 und 42.
Bei einer Aufwärtsbewegung der Buchse 5 gelangen die rückseitigen steilen Flanken 63 und 64 der Gewinde
50 und 25 miteinander in Eingriff, was in gleicher Weise eine Aufwärtsbewegung der Zughülse 2 zur Folge hat.
Eine anschließende Aufwärtsbewegung der Buchse 5 in der Zughülse 2 bewirkt wieder ein Ausweichen der
Schalenteile 24 und ermöglicht der Buchse 5 einen neuen Schritt in der Zughülse 2. Durch dieses Gesperre
bewirkt eine wiederholte Auf- und Abwärtsbewegung der Buchse 5 eine schrittweise Verschiebung der Zughülse
2 und der Schieberhülse 21 aus dem Ringraum zwischen der Innenhülse 4 und dem Außenteil 3.
Die Aufwärtsbewegung der Zughülse 2 über die Buchse 5 hinaus wird begrenzt durch Anlage des oberen
Endes 23 der Zughülse 2 an dem unteren Rand eines Verbindungsstückes 51. Dieses Verbindungsstück
51 kann mit der Buchse 5 aus einem Stück hergestellt oder als Gewindebuchse auf das obere Ende der Buchse
5 geschraubt sein. Auf das obere Ende des Außenteils 3 ist ein Verbindungsstück 6 geschraubt, das eine
nach innen vorspringende Stirnfläche 61 aufweist. In den Außenteil 3 ist rund um eine obere Verlängerung 8
der Buchse 5 eine Abstandshülse 7 gleitend eingesetzt. Auf diese Weise wird die Aufwärtsbewegung der Buchse
5 durch Verbindungsstück 51, Abstandshülse 7 und Stirnfläche 61 begrenzt.
Die F i g. Id bis If zeigen zusammen die Zirkulationsventilanordnungen.
In diesen Figuren ist das Verbindungsstück 6 mit dem Gehäuserohr 9 verschraubt dargestellt,
das in Verbindung mit dem Gehäuserohr 10 ein Druckkammersystem 11 zum Betätigen der Zirkulationsventilanordnung
1 bildet.
Durch das Verbindungsstück 6 und das Gehäuserohr 9 hindurch erstreckt sich eine Verlängerungshülse 8
aufwärts, die mit einem Dämpfungskolben 12 verschraubt ist, mit deren oberem Ende über eine untere
Verbindungshülse 14 ein rohrförmiger Differentialkolben 13 verschraubt ist. Der Differentialkolben 13 ist mit
einer oberen Verlängerungshülse 15 versehen.
Mit dem oberen Gehäuserohr 10 ist ein Verbindungsstück 16 von kleinerem Innendurchmesser verschraubt,
an dessen oberen Ende ein äußeres Gehäuserohr 17 geschraubt ist An dem Verbindungsstück 16 ist
ferner ein innerer konzentrischer Gehäusemantel 18 befestigt
Das Druckkammersystem 11 (Fig. Id und Je) besteht
im wesentlichen aus einem feststehenden äußeren Gehäuse und einem beweglichen Innenteil. Das äußere
Gehäuse besteht aus dem Verbindungsstück 6, den Gehäuserohren 9 und 10, dem Verbindungsstück 16, dem
Gehäuserohr 17 und dem inneren Gehäusemantel 18. Der bewegliche Innenteil besteht aus der Verlängerung
8, dem Dämpfungskolben 12, dem Differentialkolben 13, der Verbindungshülse 14 und der angeschraubten
oberen Verlängerung 15.
Eine Ringfläche 19 am oberen Ende des Differentialkolbens 13 arbeitet mit einer für das Druckkammersystem
11 einen Kraftspeicher bildenden Druckkammer 37 zusammen, die durch den relativ großen Innendurchmesser
des Gehäuserohres 10 und den kleinen Innendurchmesser des Verbindungsstücks 16 und Gehäuserohrs
15 gebildet wird und deren gasdichter Abschluß durch in die äußeren Ringnuten 39 des Differentialkolbens
13 eingelegte Ringdichtung 33 erzielt wird. Druckflüssigkeit gelangt zu der Ringfläche 19 durch
eine oder mehrere in der Wandung des Gehäuserohrs 10 angebrachte Ausgleichsöffnungen 45, die mit dem
zwischen dem oberen dickeren Teil des Differentialkolbens 13 und dem Gehäuserohr 10 gebildeten Ringraum
46 in Verbindung stehen. Die Druckkammer 37 ist abgebrochen dargestellt. In Wirklichkeit ist sie beträchtlich
länger als dargestellt, um ein ausreichendes Volumen für den gewünschten Federungseffekt zu erhalten.
Sie enthält ein inertes Gas unter Druck. Durch diesen Druck wird eine solche Rückholkraft auf die volle
Stirnfläche 47 des Differentialkolbens 13 ausgeübt, da nach dem Entweichen des Drucks aus dem Ringraum
46 das komprimierte Gas in der Druckkammer 37 den Differentialkolben 13 in seine untere Stellung zurückbewegt.
Eine stoßartige Aufwärtsbewegung des beweglichen Innenteils innerhalb des feststehenden äußeren Gehäuses
wird durch die Bremswirkung des Dämpfungskolbens 12 in der Bremsflüssigkeitskammer 48 verhindert,
die von dem Gehäuserohr 9 und dem schmaleren Bereich 52 des Dämpfungskolbens 12 gebildet wird. Der
Dämpfungskolben 12 besitzt einen Düsenring 49, der sich gleitend in der Bremsflüssigkeitskammer 48 bewegen
kann. Die Kammer 48 ist mit einer beständigen, nicht korrodierenden Flüssigkeit, wie z. B. Hydrauliköl,
gefüllt und flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Wenn sich der Dämpfungskolben 12 in dem Gehäuserohr 9 aufwärts
bewegt, muß der Düsenring 49 die mit Bremsflüssigkeit gefüllte Bremsflüssigkeitskammer 48 durchqueren,
wobei die Flüssigkeit oberhalb des Düsenringes 49 durch einen Flüssigkeitsdurchlaß 53 in den Ringraum
58 unterhalb des Düsenringes übertreten muß. Die in Ringnuten 55 des Düsenringes 49 eingelegten Ringdichtungen
54 dichten gegen die Innenseite des Gehäuserohres 9 ab und verhindern ein Austreten von
Flüssigkeit um den Düsenring 49 herum. Da bei der Bewegung des Düsenringes 49 in der Bremsflüssigkeitskammer 48 Flüssigkeit nur durch den engen Flüssigkeitsdurchlaß
53 strömen kann, wird die Bewegung des Dämpfungskolbens 12 in dem äußeren Gehäuserohr
gedämpft und eine stoßartige plötzliche Bewegung verhindert.
Wenn die Druckkraft auf die Differenzringfläche 19 weggenommen wird, sollen sich der Dämpfungskolben
12 und der Differentialkolben 13 unbehindert abwärts bewegen, zu welchem Zweck ein Rückschlagventil 5€
vorgesehen ist das die Flüssigkeit von der Unterseite des Düsenringes 49 durch einen Kanal 57 unter Bildung
eines Nebenschlusses zu dem Flüssigkeitsdurchlaß 53 ungehindert zu der oberen Seite der Bremsflüssigkeitskammer übertreten läßt Das ist notwendig, weil die
Federkonstante der Gasfeder in der Druckkammer 35 auf einen nicht allzu hohen Wert eingestellt ist, um ein«
Beschädigung der Zirkulationsventilanordnung durch einen plötzlichen Stoß bei Rückkehr des Differential
kolbens 13 in seine Ausgangsstellung zu vermeiden Der Flüssigkeitsdurchlaß 53 und der Kanal 57 sind ii
ständiger Verbindung mit der Flüssigkeit auf der Un terseite des Düsenringes 49 durch den Ringraum 58
der sich ebenso wie die Bremsflüssigkeitskammer 4i vollständig außen rund um die Verlängerung 8 er
streckt Es können auch mehrere Flüssigkeitsdurchlässi 53 und mehrere Kanäle 57 vorgesehen sein.
Im Betrieb wird die ganze Zirkulationsventilanord nung mit einem Prüfstrang verbunden, in den z. B. da:
obere Ende des Gehäuserohrs 17 sowie des Innerei Gehäusemantels 18 und die untere Endverschraubuni
59 der Zirkulationsventilanordnung 1 eingeschraub
609642/27'
UfI- ÖZÖ
ίο
werden.
Der Prüfstrang kann dann in das Bohrloch abgesenkt und die Formation getestet werden. Die Benutzung dieser
Ventileinrichtung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem durch den Druck im Ringraum zwischen
Prüfstrang und Futterrohr betätigten Probennehmer entsprechend dem US-Patent 36 64 415. Derartige
mit Druck betätigte Werkzeuge sind insbesondere bei Untersee-Bohrungen von Vorteil, bei denen die Preventer
der Bohrstangen dauernd verschlossen gehalten werden. In diesem Fall ist nämlich jede Art von Handhabung
des Priifstrangs zum Betätigen verschiedener Werkzeuge in dem Bohrloch unmöglich. Eine derartige
Handhabung besteht gewöhnlich aus Drehbewegungen sowie Hin- und Herbewegungen oder aus einer Kombination
beider Bewegungsarten, die nicht durchgeführt werden können, wenn die Preventer in Betrieb sind.
Deshalb ist die erfindungsgemäße Einrichtung bei Untersee-Bohrungen und Festlandbohrungen, bei denen
unvorhergesehen hohe Drucke auftreten, äußerst sicher und vorteilhaft. Wenn der Prüfstrang in das
Bohrloch eingesetzt ist und die Preventer nach Einbau der Prüfwerkzeuge geschlossen werden, kann der Probenentnehmer
betätigt werden, indem auf den Ringraum 33 zwischen Prüfstrang und Futterrohr ein hydraulischer
Druck ausgeübt wird.
Die Druckerhöhung in diesem Ringraum wirkt durch die öffnungen 45 auf die Ringfläche 19 und treibt den
Differentialkolben 13 nach oben gegen die Federwirkurg der Druckkammer 37. Bei seiner Aufwärtsbewegung
nimmt er gleichzeitig den Dämpfungskolben 12, die Verlängerung 8, die Buchse S, die Zughülse 2 und
die Schieberhülse 21 mit, bis das Verbindungsstück 51 die lose Abstandshülse 7 berührt und damit eine weitere
Aufwärtsbewegung der beweglichen Innenteile verhindert Nach Durchführung der Prüfung oder anderer
Vorgänge in den verschiedenen Teilen des Prüfstranges wird der Druck im Ringraum abgelassen. Dadurch
bringt der in der Druckkammer 37 auf die Stirnfläche 47 des Differentialkolbens 13 wirkende Druck die Innenteile
in ihre Anfangsstellung zurück. Bei dieser Umkehrbewegung nach abwärts wird die Buchse 5 mit der
beschriebenen Gesperrwirkung in die Zughülse 2 hineingeschoben. Bei jeder Druckpulsation mit Anheben
und Wiederabsenken der Innenteile wird die Zughülse 2 durch das Gesperre um einen vorgegebenen Schritt
nach oben bewegt, bis nach einer vorgegebenen Anzahl solcher Pulsationen die Seitenöffnung 31 freigegeben
wird. Der Ringraum kann daher mehrmals einem Druckstoß ausgesetzt werden, um mit den anderen
Werkzeugen des Prüfstranges andere Prüfvorgänge auszuführen, ohne die Zirkulationsventilanordnung zu
öffnen, die vorzugsweise nach Erledigung aller Prüfvorgänge und Entnahme aller Proben unmittelbar vor dem
Ausbau des Prüfstranges aus dem Bohrloch geöffnet wird.
Die Anzahl der zum öffnen der Ventileinrichtung erforderlichen
Druckschwankungen kann leicht auf verschiedene Arten geändert werden. Beispielsweise verringert
eine Verlängerung der Abstandshülse 7 die Länge der Schritte und erfordert daher eine größere Zahl
von Schritten, um das öffnen zu bewerkstelligen. Sollte es wünschenswert sein, die Zahl der Schritte zu verringern,
könnte die Abstandshülse verkürzt werden, um die Arbeitsschritte der Zughülse 2 nach oben zu vergrößern.
Die Anzahl der Schritte könnte auch geändert werden, indem der Abstand zwischen den Seitenöffnungen
31 und dem unteren Rand 60 der Schieberhülse 21 geändert wird, entweder indem die Seitenöffnung 31 in
dem Außenteil 3 nach oben oder unten verschoben wird und/oder indem die Länge der Schieberhülse 21
unterhalb der Seitenöffnung 31 geändert wird.
Die beschriebene Zirkulatiorisventilanordnung hat den weiteren Vorteil, daß sie unmittelbar nach einer
Betätigung geöffnet wird. Wenn der letzte Aufwärtsschritt der Schieberhülse vollzogen ist, um die Seitenöffnung
31 zu öffnen, kommt das untere Ende 60 der Schieberhülse 21 außer Berührung mit der untersten
Ringdichtung 34. Dadurch wird die unter hohem Druck stehende Ringraumflüssigkeit faüt unmittelbar den Zugang
zu dem Raum zwischen der Schieberhülse 21 sowie dem Außenteil 3 und der Innenhülse 4 freigeben.
Die Flüssigkeit kann aber nicht in das Bohrloch gelangen, weil die Schieberhülse 21 noch mit den oberen
Ringdichtungen 34 und 42 in Berührung steht. Daher
wirkt die Hochdruckflüssigkeit des Ringraumes gegen die untere Stirnfläche 60 der Schieberhülse 21, während
auf deren obere Stirnfläche der reltiv niedrige Druck im Innenraum 32 wirkt Daraus ergibt sich eine plötzliche
schlagartige Aufwärtsbewegung der Zughülse 2,
was ein vollständiges und unverzügliches öffnen des Zirkulationsventils bewirkt.
Für eine einwandfreie Funktion der Zirkulationsventilanordnung dürfen die Ringfedern 28 nicht stärker
sein als notwendig ist, um das Gewinde der Schalentei-Ie 24 in Eingriff mit der sich aufwärts bewegenden
Buchse 5 zu halten. Auf diese Weise ist eine Abwärtsbewegung der Buchse 5 innerhalb der Zughülse 2 möglich,
ohne daß letztere nach unten mitgenommen wird, weil die Reibungskräfte der Ringdichtungen 34 und 42
wesentlich größer sind als die von der Zughülse 2 auf
die Buchse 5 ausgeübte Kraft.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
- Patentansprüche:t. Zirkulationsventilanordriung zum Einbau in einen Bohrlochprüfstrang, der in einem Rohrstrang in den Bereich einer von einem Bohrloch durchsetzten zu untersuchenden Erdformation absenkbar ist. wobei dieses Zirkulationsventil oberhalb eines den Ringraum zwischen Bohrlochwandung und Rohrstrang abdichtenden Packers angeordnet und von über Tage betätigbar ist und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem inneren des Rohrstranges und dem besagten Ringraum beherrscht, d a durch gekennzeichnet, daß das Zirkulationsventil hydraulisch durch eine vorgegebene Mehrzahl von Druckpulsationen einer im Ringraum (33) enthaltenen Flüssigkeit betätigbar ist.
- 2. Zirkulationsventilanordr.ung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Paar von begrenzt axial gegeneinander bewegliche rohrförmige Teile und einen hydraulischen Antrieb mit einem vom Druck der Flüssigkeit im Ringraum gegen die Wirkung einer Rückstellkraft beaufschlagten Hubglied zur beliebig wiederholbaren axialen hin- und hergehenden Relativbewegung dieser Teile, wobei das Zirkulationsventil durch diese Relativbewegung über ein Gesperre schrittweise nach einer vorgegebenen Mehrzahl von Schaltschritten aus einer Schließstellung in eine Offenstellung bewegbar ist.
- 3. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der eine der rohrförmigen Teile ein mit beiden Enden in den Rohr- bzw. Bohrlochprüfstrang eingebauter Außenteil (3) und der andere eine darin axia! begrenzt verschiebbare Zughülse (2) ist, die über das Gesperre mit dem Ventil in Antriebsverbindung steht, in zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, nach innen vorspringenden, hohlzylindrischen Verdickungen des Außenteils (3) abdichtend geführt ist und zwischen diesen Verdickungen einen an der Wandung des Außenteils abdichtend anliegenden, das Hubglied des hydraulischen Antriebs bildenden Ringkolben aufweist, wobei zwischen den Verdickungen und dem Ringkolben zwei Zylinderkammern gebildet sind, von denen die eine ein Druckgas enthält und die andere über eine öffnung (45) des Außenteils (3) mit dem Ringraum (33) in Verbindung steht.
- 4. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem nach innen ragenden Anschlag des Außenteils (3) und einem nach außen ragenden Anschlag der Zughülse (2) eine Abstandshülse (7) mit Spiel eingesetzt ist, wobei durch dieses Spiel die Begrenzung der axialen Verschiebung bestimmt ist.
- 5. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei nach innen vorspringenden hohlzylindrischen Verdickungen des Außenteils (3), in denen die Zughülse (2) abdichtend geführt ist, eine mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kammer (48) gebildet ist, in der ein an der Zughülse (2) vorgesehener Dämpfungskolben (12) beweglich ist, und daß der Dämpfungskolben einen gedrosselten Flüssigkeitsdurchlaß (53) bildet und einen Kanal (57) mit einem Rückschlagventil (56) enthält, das bei Bewegung der Zughülse (2) und des Dämpfungskolbens in der Freilaufrichtung des Gesperres öffnet.
- 6. Zirkulationsventilanordnung nach einem derAnsprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulationsventil eine Schieberhülse (21) enthält, die eine Seitenöffnung (31) des Außenteils (3) abdeckt und von der Zughülse (2) über das Gesperre axial verschiebbar ist.
- 7. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Gesperre von einer Vielzahl von im Querschnitt sägezah.nförmigen Ringnuten (50) an der Mantelfläche der Zughülse (2) und mehreren, mit dazu komplementären Nuten versehenen Schalenteilen (i!4) gebildet ist, welche die Mantelfläche der Zughülse (2) umgreifen und radial federnd mit einer einwärts gerichteten Vorspannung an der Schieberhülse (21) angebracht sind.
- 8. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Zughülse (2) von einem Ende der Schieberhülse (21) umgriffen wird und die Schalenteile (24) in Fenstern (22) der Schieberhülse (21) radialbeweglich geführt und von darumgelegten Federspiralen (28) unter Vorspannung gehalten sind.
- 9. Zirkulationsventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schiaberhülse (21) und dem Außenteil (3) beiderseits der Seitenöffnung (31) Ringdichtungen (34) vorgesehen sind und daß die Schieberhülse (21) mit ihrer Innenseite abdichtend auf einer axial festliegenden Innenhülse (4) gleitet, die mit einer Verdickung (41) um das der Zughülse (2) abgewandte Ende der Schieberhülse (21) herumgreift und abdichtend an der Innenwandung des Außenteils (3) anliegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742404828 DE2404828C3 (de) | 1974-02-01 | Ventileinrichtung für einen Bohrlochprüfstrang |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742404828 DE2404828C3 (de) | 1974-02-01 | Ventileinrichtung für einen Bohrlochprüfstrang |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2404828A1 DE2404828A1 (de) | 1975-08-14 |
DE2404828B2 DE2404828B2 (de) | 1976-02-26 |
DE2404828C3 true DE2404828C3 (de) | 1976-10-14 |
Family
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