DE3044046C2

DE3044046C2 - Spülsystem zum Durchspülen einer druckbeaufschlagten Kernbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE3044046C2
Application number: DE3044046A
Authority: DE
Inventors: James Thomas Aumann; Harold Gerry Salt Lake City Utah White
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1980-11-22
Publication date: 1985-01-10
Also published as: GB2063963A; FR2477217B1; DE3044046A1; CA1120027A; BE885183A; FR2477217A1; US4272987A; GB2063963B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spülsystem zum Durchspülen einer druckbeaufschlagten Kernbohrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die gegenwärtige Praxis zur Entnahme einer Kernprobe bei einem Dr jck, wie er an der gebohrten Erdformation herrscht, erfordert, daß die Kernprobe unter Druck eingefroren wird, um die in der Kernprobe vorhandenen Flüssigkeiten einzuschließen, so daß bei einem Aufheben des Druckes der Flüssigkeitsgehalt der Kernprobe nicht verändert wird.

Um die Kernbohrvorrichtung auseinandernehmen und die gefrorene Kernprobe zum Analysieren entfernen zu können, muß die in der Vorrichtung vorhandene, Bohrschlamm und Bohrklein enthaltende Flüssigkeit von einer Flüssigkeit, wie z. B. geliertem Kerosin, verdrängt werden, die nicht bei Trockeneistemperaturen gefriert.

Bekannte Kernbohrvorrichtungen (US-PS 35 48 958) sind mit inneren Kanälen und Ventilen ausgestattet, so daß das Durchspülen unter Aufrechterhaltung des Drucks auf die Kernprobe vorgenommen werden kann. Diese inneren Ventile sind eine häufige Ursache für Leck- und Druckverluste. Außerdem sind die inneren

Kanäle der begrenzten Raumverhältnisse wegen klein und werden beim Spülen häufig durch Bohrschlamm oder Bohrklein verstopft Dies führt zu einem nur teilweisen Ausspülen und einem anschließenden Gefrieren des Bohrschlamms zwischen dem Innen- und dem Außenrohr und um die Ventileinrichtung herum, die während des Ausspülens und Gefrierens ebenfalls geschlossen bleiben muß. Die Ventifeinrichtung und deren Betätigungseinrichtung sind wegen unzureichender Durchspülung in diesem Bereich des Werkzeugs häufig in der Kernbohrvorrichtung festgefroren. Dies führt zu Beschädigungen an der Ventilbetätigungseinrichtung und dem Ventiigestänge, wenn die Ventileinrichtung nach dem Gefrieren zum Entfernen der Kernprobe geöffnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spülsystem zum Durchspülen einer druckbeaufschlagten Kernbohrvorrichtung zur Entnahme einer aus einem Bohrloch erbohrten Kernprobe im abgedichteten Zustand zu schaffen, das auf zuverlässige Weise ein vollständiges Ausspülen der Kernbohrvorrichtung vor dem Einfrieren der Kernprobe gewährleistet und Beschädigungen der Kernbohrvorrichtung vermeidet

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung des Spülsystems entsprechend dem Patentanspruch 1 gelöst

Die Kernbohrvorrichtung wird hiernach dadurch nach außen abgedichtet daß an dem einen Ende eine Einlaßspüleinrichtung und an dem anderen Ende eine Auslaßspüleinrichtung angebracht wird. Die Auslaßspüleinrichtung wird alsdann unter Druck gesetzt und kann auf Lecks geprüft werden. Ein die Kernprobe abdichtendes Drehventil wird alsdann in die offene Stellung gedreht und der Innendruck wird an einem Druckmesser in der Auslaßspüleinrichtung abgelesen. Die Einlaßspüleinrichtung wird alsdann mit Druck beaufschlagt und auf Lecks geprüft. Das Ausspülen beginnt damit, daß geliertes Varsol (eingetr. Warenzeichen von Exxon) oder Kerosin durch die Einlaßspüleinrichtung gepumpt wird, wodurch die Abdichteinrichtung aus ihrem Dichtungseingriff gelöst und Bohrschlamm aus der Vorrichtung durch die Auslaßspüleinrichtung verdrängt wird, wobei der dieser zugeordnete Druckregler einen Gegendruck auf dem verdrängten Bohrschlamm und der Kernprobe entsprechend deren Innendruck bei Abschluß im Bohrloch aufrechterhält Anschließend werden die Einlaß- und die Auslaßspüleinrichtung geschlossen, um die Spülung zu beenden und den Druck in der Kernbohrvorrichtung aufrechtzuerhalten, woraufhin die Vorrichtung in Trockeneis gepackt und die Kernprobe eingefroren wird, während sich die Abdichteinrichtungen in offenen Stellungen befinden. Nach dem Einfrieren wird die Auslaßspüleinrichtung zum Ablassen von Druck geöffnet und anschließend entfernt. Das Innenrohr mit der gefrorenen Kernprobe kann dann leicht zu Analysezwecken durch das offene Dreh ventil entfernt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachstehenden Beschreibung ist in Verbindung mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung näher veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung einer abgedichteten Kernbohrvorrichtung bei Anbringung in einem Druckspülsystem zum Herausspülen von Bohrschlamm aus der Kernbohrvorrichtung vor deren Einfrieren zum Auseinandernehmen und Analysieren des Bohrkerns,

F i g. 2 einen Schnitt durch das Drehventi! nach der Linie 2-2 der F i g. 1.

Die in F i g. 1 veranschaulichte Konstruktion einer Kernbohrvorrichtung iO umfaßt ein Außenrohr 11 und ein Innenrohr 12, die durch eine Gleitverbindung bzw. Schiebekupplung miteinander verbunden sind. Das Außenrohr 11 umfaßt Abschnitte 17,18 und Verbindungsrohre 19,20. Das untere Ende des Außenrohrs 11 ist mit einem Verbindungsrohr 22 versehen, das an die (nicht

ίο dargestellte) Kernbohrkrone angeschlossen werden kann. Das Innenrohr 12 ist so angeordnet, daß es mittels einer (nicht dargestellten) Verbindung am oberen Ende des Bohrstrangs abgestützt ist

Das Spülsystem umfaßt einen Behälter 40 für unter Druck stehenden Stickstoff, einen Druckregler 41, ein Absperrventil 42 und eine Ventilbetätigungseinrichtung 43 in Form einer Schulter 43 des Außenrohrs 11, die derart angeordnet ist, daß sie das Absperrventil 42 nach unten bewegt wenn das Außenrohr 11 seine untere Stellung erreicht hat Dies ermöglich' eine Druckbeaufschlagung der Kernbohrvorrichtung «i-st dann, wenn sie in ihren abgedichteten Zustand kommt.

Der untere Abdichtbereich der Kernbohrvorrichtung 10 umfaßt ein Drehventil nach Art eines Kugelventils, das bei 44 veranschaulicht und mit einem üblichen Zahnstangentrieb 46 zu seiner Betätigung ausgestattet ist, der von einem Ventilbetätigungszylinder 47 getragen ist, wobei diese Teile sämtlich am Außenrohr 11 abgestützt sind.

Entsprechend der Darstellung in F i g. 2 ist das Drehventil 44 an in axialer Richtung miteinander fluchtenden Ansatzschwenkschrauben PS mit Außenkopf oder Lagerteilen befestigt, die in fluchtenden lagerartigen Öffnungen im Abschnitt 18 des Außenrohrs 11 drehbar gelagert sind. Jeder von außerhalb des Außenrohrabschnitts 18 her zugängliche Kopfteil hat eine Vieleck-Aussparung, die einen geeigneten Schlüssel zum Drehen der Schwenkschrauben PS mitsamt dem darin befestigten Drehventil 44 aufnehmen kann. Statt dessen können die Köpfe auch geschlitzt sein, um einen Schrauber7ieher oder ein anderes geeignetes Werkzeug bzw. einen anders-gearteten Schlüssel aufzunehmen.

Dem großen Außenkopf benachbart hat jede Schwenkschraube PS einen teilweise mit Gewinde versehenen Bereich, der sich durch ein Ritzel hindwcherstreckt, das durch Stifte jeweils an den gegenüberliegenden Seiten des Drehventils 44 befestigt und durch axiale Bewegung der mit ihm in Eingriff stehenden Zahnstange des Zahnstangentriebs 46 zusammen mit dem Drehventil 44 drehbar ist. Vorzugsweise hat eine der Schwenkschrauben Rechtsgewinde und die andere entgegengesetztes bzw. Linksgewinde, was deren Lösen während des Drehens durch den Zahnstangentrieb 46 verhindert. Somit ergibt sich, daß die Schwenkschrauben PSmitsamt dem daran befestigten Drehventil 44 und dem Ritzel in Richtung zu und von dem Äußeren dts Außenrohrabschnitts 18 gedreht werden können, indem ein geeigneter Schlüssel in die Aussparung einer Schwenkschraube P5einge^rührt und diese entweder zum Schlie-Ben oder zum Öffnen des Drehventils 44 gedreht wird.

Während des Abdiehtvorganges kommt bsim Abwärtsbewegen des Außenrohrs 11 am Ende des Innenrohrs 12 vorbei ein vergrößerter Abschnitt 48 am Ende des Innenrohrs 12 mit einer Schulter 49 am oberen Bereich des Ventilbetä.igungszyliriders 47 in Eingriff, der sich bei fortgesetzter Abwärtsbewegung des Außenrohrs 11 zum Drehventil 44 bewegt und somit den Zahnstangentrieb betätigt und das Drehventil in Schließstel-

lung bringt. Im Falle einer Störung bzw. Verstopfung wird das Schließen des Drehventils durch das Zusammendrücken einer Feder verhindert, die den Boden des Innenrohrs abstützt und bei normalem Ablauf der Ventilschließbewegung nur teilweise zusammengedrückt wird. Die Kernprobe ist bei 51 veranschaulicht.

In Verbindung mit der Anordnung der Teile in der vorstehend im einzelnen beschriebenen Weise ist zu beachten, daß der obere Durchmesser des Außenrohrs 11, der dem vollen Spülungsdruck ausgesetzt ist, größer ist als der Durchmesser des Innenrohrs 12 dort, wo es an einer oberhalb des Verbindungsrohrs 19 angeordneten Dichtung in Abdichtverbindung mit dem Außenrohr 11 steht. Dementsprechend ist eine größere nach unten auf das Außenrohr 11 als auf das Innenrohr 12 drückende hydraulische Kraft vorhanden. Somit wird das Außenrohr 11 nicht nur durch die Schwerkraft, sondern auch durch diesen hydraulischen Differenzdruck nach unten gedrückt. Dies hsi ό~!\ Verteil sicherzustellen, d?iß de^ Außenrohr U trotz Reibung im Bohrloch oder anderer Hindernisse, die den freien Lauf des Außenrohrs 11 nach unten in die geschlossene Stellung verhindern könnten, in seine abgedichtete Stellung nach unten bewegt wird.

Es sind mit Druck beaufschlagbare Einlaß- und Auslaßspüleinrichtungen vorgesehen, um Bohrspülung aus der abgedichteten Kernbohrvorrichtung 10 herauszuspülen, nachdem diese zur Erdoberfläche hochgezogen und von dem Bohrstrang und der Kernbohrkrone abmontiert worden ist und bevor der Kern zu Analysezwecken eingefroren wird.

Die Einlaßspüleinrichtung umfaßt, wie aus F i g. 1 ersichtlich, eine Endkappe 56, die auf das Ende des abgedichteten Verbindungsrohres 19 aufgeschraubt ist und das obere Ende der Kernbohrvorrichtung 10 über einer von ihr aufgenommenen oberen Abdichteinrichtung 52 abdichtet. Die Endkappe 56 ist durch eine Einlaßleitung 58 mitsamt Einlaßventil an eine übliche Pumpeinrichtung und einen Vorrat an Spülflüssigkeit oder -medium, wie z. B. geliertem Varsoi oder Kerosin, das beim Einfrieren des Kerns nicht ebenfalls gefriert, angeschlossen. An das untere gegenüberliegende Ende der Kernbohrvorrichtung 10 ist die Auslaßspüleinrichtung angeschlossen, die einen Auslaßspülungsstopfen FP mit einem darin vorgesehenen Durchgang umfaßt, der in dem Verbindungsrohr 22 durch eine auf dieses aufgeschraubte Endkappe 60 gehalten ist. An den Spülungsstopfen FP und den durch diesen hindurchführenden Kanal bzw. Durchgang angeschlossen sind die übliche Auslaßleitung 62, ein Druckmesser g, ein Auslaßventil und ein geeigneter Druckregler R, durch den die verdrängte Bohrspülung aus der auf Erdformationsdruck gehaltenen Kernbohrvorrichtung 10 austreten· kann. Der Druckregler R ist von herkömmlicher Art und kann derart eingestellt werden, daß der Druck der Kernformation innen in der Kernbohrvorrichtung 10 erhalten bleibt, während die Bohrspülung aus diesem und aus dem unteren Auslaßspülventil herausgespült werden kann, obwohl das Drehventil 44 in die offene Stellung gedreht ist

Um Bohrspülung zu verdrängen und den Druck, bei dem die Keimprobe 51 im Bohrloch abgedichtet worden ist, auf der Kernprobe 51 nach Öffnen des Drehventils 44 aufrechtzuerhalten, wird das Spülmedium üblicherweise bei einem Druck in die Kernbohrvorrichtung 10 gepumpt oder gedrückt der größer als der Druck auf den Kern ist, auf den der Druckregler R eingestellt wurde, um das Hindurchtreten von verdrängter Bohrspülung zu ermöglichen.

Nach dem Erbohren der Kernprobe 51 wird die gesamte Vorrichtung in Vorbereitung des Verschließens bzw. Abdichtens der Kernprobe 51 um wenige Fuß von der Sohle des Bohrlochs angehoben. Sodann wird eine Kugel den Bohrstrang hinuntergepumpt, die den axialen Durchtritt der Bohrspülung durch die Vorrichtung unterbricht. An diesem Punkt steigt der Druck in der Bohrspülung an und löst die Verriegelung des Außenrohrs to 11, so daß dieses für eine Abwärtsbewegung sowohl unter Schwerkraft als auch unter dem hydraulischen Differenzdruck freigegeben wird. Bei der Abwärtsbewegung des Außenrohrs 11 kommt die Schulter 43 mit dem oberen Teil des Absperrventils 42 in Eingriff und bewegt es nach unten in die in Fig. 1 veranschaulichte Stellung, wobei die Kernbohrvorrichtung unter Druck gesetzt und die Abwärtsbewegung des Außenrohrs 11 beendet wird. Zur gleichen Zeit hat sich die Abdichteinrirhtnng 52 in einen einen Dichtungseingriffsflächenbereich 54 darbietenden verengten zylindrischen Teil des Außenrohrs Il hineinbewegt und bildet die obere Dichtung für den Bereich der Kernbohrvorrichtung, der mit Stickstoff unter Druck gesetzt werden soll. Der Dichtungsflächeneingriffsbereich 54 ist von der inneren zylindrischen Fläche des Verbindungsrohrs 19 gebildet. Wie oben erwähnt, erfolgt die Druckbeaufschlagung des Raumes unterhalb der durch die Abdichteinrichtung 52 und d'."n Dichtungseingriffsflächenbereich 54 gebildeten Dichtung erst, wenn sich das Außenrohr 11 im we· sentlichen bis zum unteren Ende seiner Bewegungsbahn bewegt hat.

Wie bereits erwähnt, hat die Abwärtsbewegung des Außenrohrs 11 zu einem Schließen des Drehventils 44 und einem Abschließen der Kernbohrvorrichtung geführt. Die Kernbohrvorrichtung 10 befindet sich nun auf dem für die Kernprobe 51 angesetzten vorbestimmten Druck. Die Kernprobe 51 wird sodann im abgedichteten bzw. verschlossenen druckbeaufschlagten Zustand zur Erdoberfläche hochgefördert. An der Erdoberfläche wird sowohl der gesamte oberhalb des Verbindungsrohres 19 befindliche Außenrohraufbau, als auch der gesamte oberhalb der Abdichteinrichtung 52 befindliche Innenrohraufbau entfernt Die Kernbohrvorrichtung 10 wird dann außen abgedichtet indem die Einlaßspüleinrichtung einschließlich der Endkappe 56 an das obere Ende und die Auslaßspüleinrichtung einschließlich des Stopfens FP und der Endkappe 60 an das untere Ende angeschlossen werden, wie dies in F i g. 1 veranschaulicht ist Die Auslaßspüleinrichtung wird dann mit Druck beaufschlagt Mit einem in eine Schwenkschraube PS eingeführten Schlüssel wird das Drehventil 44 alsd nn in die offene Stellung gedreht der Innendruck mit dem Druckmesser # bestimmt und der Druckregler R hierauf eingestellt Sodann wird die Einlaßspüleinrichtung mit Druck beaufschlagt Das Spülen wird dann durch Einpumpen von geliertem Varsoi (eingetr. Warenzeichen von Exxon) oder Kerosin in die Kernbohrvorrichtung begonnen, wobei die Abdichteinrichtung 52 ihrerseits soweit nach unten gepumpt wird, bis sie sich vom Verbindungsrohr 19 löst um die obere, bewegliche Abdichteinrichtung zu öffnen. Bei fortschreitendem Spülen entweicht die verdrängte Spülung durch den Spülstopfen fPund aus dem Auslaßventil, während der Druckregler R den im Inneren der Kernbohrvorrichtung herrschenden Innendruck aufrechterhält

Nach ausreichendem Spülen werden das fciniaß- und das Auslaßventil geschlossen, um den Innendruck aufrechtzuerhalten und den Spülvorgang zu beenden; die

Kernbohrvorrichtung wird in Trockeneis gepackt und die Kernprobe Sl mit ihrem Inhalt bei dem Innendruck eingefroren. Das Drehventil verbleibt in der offenen Stellung. Nach erfolgtem Einfrieren wird das Auslaßventil geöffnet, Druck abgelassen und der Auslaßspülstopfen FPentfernt. Das Innenrohr 12 mit dem gefrorenen Kern kann dann ohne weiteres für ein Analysieren durch das offene Drehventil 44 entfernt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Spülsystem zum Durchspülen einer druckbeaufschlagten Kernbohrvorrichtung zur Entnahme einer aus einem Bohrloch erbohrten Kernprobe im abgedichteten Zustand unter einem gesteuerten Druck, der im wesentlichen dem in jener Tiefe des Bohrlochs herrschenden Druck entspricht, in der die Kernprobe für ein Einfrieren zu Analysezwecken abgedichtet wird, bestehend aus einer mit Druck beaufschlagbaren, an einen Endteil der Kernbohrvorrichtung anschließbaren, eine Abdichteinrichtung umfassenden Einlaßspüleinrichtung zum Ausspulen und Verdrängen von Bohrschlamm aus der Kernbohrvorrichtung mittels eines Spülmediums sowie einer mit Druck beaufschlagbaren, an dem gegenüberliegenden Endteil der Kernbohrvorrichtung anschließbaren Auslaßspüleinrichtung mit einer Ventilabdichteinrichtung, die von außerhalb der K.ernbohrvorricMung her in eine offene oder geschlossene Stellung bewegbar ist dadurch gekennzeichnet; daß die Abdichteinrichtung (52) zum Einleiten des Syülmediums in die Kernbohrvorrichtung durch das unter Druck stehende Spülmedium selbsttätig unter Ausführung einer Längsbewegung aus ihrem Dichtungseingriff lösbar ist und daß die Auslaßspüleinrichtung einen Druckregler (R) zur Aufrechterhaltung eines Gegendrucks auf dem verdrängten Bohrschlamm und der Kernprobe innerhalb der Kernbohrvorrichtung umfaßt, der im wesentlichen zumindest deren Innendruck bei Abschluß der Kernprobe im Bohrloch entspricht.

2. Spülsystem nach Ansprt-Ji 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Dr jck beaufschlagbare Einlaßspüleinrichtung eine an das ein»: 2nde der Kernbohrvorrichtung anschließbare Endkappe (56) mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung, eine an die Endkappe angeschlossene Einlaßleitung (58) zum Weiterleiten von Spülmedium zu der Kernbohrvorrichtung, eine an die Einlaßleitung angeschlossene Spülmediumquelle zum Zuführen von Spülmedium unter Druck zu dem Kernrohr und ein in der Einlaßleitung vorgesehenes Einlaßventil zum Schließeil oder Öffnen der Einlaßleitung aufweist.

3. Spülsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druck beaufschlagbare Auslaßspüleinrichtung einen an den gegenüberliegenden Endteil der Kernbohrvorrichtung angeschlossenen Auslaßspülstopfen (FP) mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung, eine an den Auslaßspülstopfen angeschlossene Auslaßleitung (62) zum Abführen von verdrängtem Bohrschlamm aus der Kernbohrvorrichtung, einen an die Auslaßleitung angeschlossenen Druckmesser (g) zum Bestimmen des Innendrucks auf der Kernprobe (51) innerhalb der Kernbohrvorrichtung (10) und ein in der Auslaßleitung zu deren Schließen oder öffnen vorgesehenes Auslaßventil umfaßt.

4. Spülsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbohrvorrichtung ein Außenröhr (11) mit einem an seinem einen Ende vorgesehenen Abdichtverbindungsrohr (19) mit einem inneren Dichtungseingriffsflächenbereich (54) und einem an die Endkappe (56) angeschlossenen Endbereich sowie ein im Außenrohr verschiebbar angeordnetes und in axialer Richtung zu diesem bewegbares Innenrohr (12) mit einem Abdichtdorn umfaßt, an dem die Abdichteinrichtung (52) angebracht ist, die zum Abdichten eines Endes einer Druckkammer zwischen dem Innen- und dem Außenrohr mit dem Dichtungseingriffsflächenbereich (54) in Eingriff bringbar ist.

5. Spülsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Ventilabdichteinrichtung ein Drehventil (44) umfaßt, das für ein Drehen in einen Eingriff mit einer mit dem Drehventil zusammenwirkenden Abdichteinrichtung in einem Bert ich des Außenrohrs (11) zwischen dem an die Auslaßspüleinrichtung angeschlossenen gegenüberliegenden Endbercich und einem gegenüberliegenden Ende der Druckkammer drehbar gelagert ist

6. Spülsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß das Innenrohr (12) ein Kernrohr zum Aufnehmen und Festhalten der Kernprobe (51) und eine an das Kernrohr und den Abdichtdorn angeschlossene und axial dazu bewegliche pneumatische Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung des gesteuerten Drucks in der abgedichteten Druckkammer und auf der darin enthaltenen Kernprobe aufweist

7. Spülsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Drehventilabdichteinrichtung zum Schließen und Abdichten des gegenüberliegenden Endbereichs, des Außenrohrs (11), der Druckkammer und der darin enthaltenen Keniprobe (51) mittels einer auf die axiale Bewegung des Außenrohrs ansprechenden Betätigungseinrichtung betätigbar ist

8. Spülsysteid nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Drehventilabdichteinrichtung eine daran befestigte und sich von dieser in in dem Außenrohr (11) vorgesehene Lageraufnahmeöffnungen hineinerstreckende Lagereinrichtung und eine an einem Ende der Lagereinrichtung vorgesehene, mit einem Werkzeug in Eingriff bringbare Einrichtung aufweist, die von außerhalb des Außenrohres her zum Drehen der Drehventilabdichteinrichtung in eine offene oder geschlossene Stellung zugänglich ist.