DE3123630A1 - Ausgleichsventil- und stossdaempfer-einheit - Google Patents
Ausgleichsventil- und stossdaempfer-einheitInfo
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Description
·5 Die Erfindung betrifft eine Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit,
insbesondere als Teil eines Gerätezuges bzw. einer Gerätekette in einem Bohrloch, die einen Druckausgleich
innerhalb des Bohrloches über eine Druckbarriere hinweg herbeiführt und mechanische Stöße innerhalb der
Gerätekette aufnimmt.
Es ist häufig erforderlich, die Betriebsbedingungen in Bohrlöchern zu messen, insbesondere, wenn durch diese Bohrlöcher Erdöl und Erdgas gefördert wird. Häufig gemessene
Bedingungen sind beispielsweise Druck, Temperatur und die Geschwindigkeit der Fluidströmung. Beim Prüfen eines Bohrloches
zum Bestimmen derartiger Bedingungen ist es meist erforderlich, einen tiefer gelegenen Teil des Bohrloches
unterhalb des Prüfgerätes, durch das die Betriebsbedingungen
20
gemessen werden sollen, zu isolieren bzw. abzudichten.
Es sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt, den Teil des Bohrloches zu isolieren, in dem die Betriebsbedingungen
gemessen werden sollen. Beispielsweise ist eine
25
mit der Wand des Bohrloches, der Verrohrung oder dem Futterrohr
des Bohrloches in Eingriff stehende und von einem Verrohrungsgestänge getragene. Dichtung (Packer) bekannt.
Das Verrohrungsgestänge wird durch ein Rohr- oder Hilfsgestell
betätigt, was einen erheblichen Aufwand an Kosten
und Zeit bedeutet. Andere bekannte Dichtungen zum Isolieren eines Bohrlochabschnittes werden von mechanisch betriebenen
Drahtsträngen getragen oder umfassen Vorrichtungen, die elektrische Leitungen erforderlich machen. Die letztgenannten
Dichtungen sind wegen ihrer beträchtlichen Länge
35
und des sehr geringen Zwischenraumes zwischen der Bohrloch-Verrohrung
und der Dichtung schwierig handzuhaben.
γ -ι
Die genannten Meßsysteme werden insbesondere in ölfeldern
verwendet, die einen sehr niedrigen oder praktisch keinen Lagerstättendruck aufweisen und in denen die ölgewinnung
mit sekundären Förderverfahren erfolgen muß, beispielsweise Wasserflutungsverfahren, bei denen Wasser in bestimmte Bohrlöcher
des Feldes gepumpt und durch die Lagerstätte zu den Förderbohrlöcher gepreßt wird, um das öl an die Oberfläche
zu befördern. In derartigen ölfeldern muß das Ausmaß der gegebenenfalls vorhandenen Verbindung (Kommunikation>
zwischen den als Pumpbohrlöchern und den als Förderbohrlöchern verwendenden Bohrlöchern bestimmt werden. Bei derartigen Prüfverfahren
werden die Prüfgeräte in die Förderbohrlöcher eingebracht, Fluide, wie Wasser, in die Pumpbohrlöcher eingepumpt,
und Druckmessungen in den Förderbohrlöchern zur Er-
mittlung der Kommunikation zwischen den Bohrlöchern vorgenommen.
Für derartige Messungen wurden früher elektrisch betriebene Packer verwendet. Dabei sind üblicherweise verschiedene
Packergrößen für verschiedene Bohrlöcher erforderlich und die Packer weisen kein Druckausgleichssystem
auf. Deshalb treibt ein genügend großer Druck im Bohrloch unterhalb des Prüfgerätes den Packer nach, dessen Freigabe
durch das Bohrloch nach oben.
Insbesondere bei von einem Drahtstrang getragenen Bohrloch-25
Prüfsystenem,bei denen ein Prüfgerät lösbar im Bohrloch verriegelt
wird, wird das Prüfgerät unter solchen Bedingungen in das Bohrloch eingeführt und daraus entfernt, bei denen
ein Druckausgleich zwischen der Bohrung des Prüfgerätes und den das Prüfgerät umgebenden Bohrlochteilen erforderlieh
ist. Darüberhinaus treten Stoßkräfte auf, die das verwendete Meßsystem zerstören können. Das verwendete Prüfgerät
sollte deshalb als Druckausgleichsventil und als Stoßdämpfer in der das Prüfgerät umfassenden Gerätekette wir-
Γ ■ .
- 13 -
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät, insbesondere als Teil einer Gerätekette in einem
Bohrloch, bereitzustellen, das sowohl einen Stoßdämpfer zum Schutz der Meßgeräte in der Gerätekette als auch ein
Ventil zum Druckausgleich innerhalb des Prüfgeräts und des Bohrloches beim Ein- und Ausbau des Gerätes aufweist.
Dabei soll das Ausgleichsventil gegen die Fluidströmung geöffnet
und geschlossen werden können und während des Einbau und während des Verankerns des Gerätes in einem Bohrloch offengehalten werden.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche
gelöst.
15
15
Durch die erfindungsgemäße Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
wird der Druck innerhalb der Gerätekette in einem Bohrloch während des Ein- und Ausbaus ausgeglichen
und die während der Handhabung auftretenden Stöße
ausgeglichen (absorbiert), um innerhalb der Gerätekette angeordnete Meßgeräte zu schützen. In Längsrichtung der
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit ist eine durchgehende Fluid-Durchführung vorgesehen, durch die die
Betriebsbedingungen des Bohrloches, wie Druck, Strömungs-
rate und Temperatur, direkt nach oben an eine mit der Gerätekette verbundene Meßstation übertragen werden. Die er
findungsgemäße Äusgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit ist in sich teleskopartig verschiebbar und ein Durchfluß
durch die Vorrichtung wird in Abhängigkeit von der Relativ
stellung der einzelnen Teile geöffnet oder geschlossen.
Bei einer Äusführungsform wird der Durchfluß durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung von einer Feder zum Druckausgleich offengehalten und nach der Dehnung der Feder durch
eine Zugkraft aufgrund der Federkraft wieder geöffnet. Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird der Durchfluß durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer Feder geschlos-r
sen gehalten; dabei kann das Ventil gegen eine Fluidströmung im Bohrloch geöffnet und wieder geschlossen werden.
Die Ventilbetätigungsfeder ist gleichzeitig·als Stoßdämpfer
ausgebildet- Die Feder kann aufgrund ihrer Dehnung sowohl die beim Herausziehen des Prüfgerätes auftretenden Kräfte
aufnehmen als auch diejenigen Kräfte, die beim teleskopartigen Zusammenschieben der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
als Folge der Freigabe des Gerätezuges beim Herausziehen auftreten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise geschnittene schematische Längsansicht einer an einem Hängebank-Nippel im Verrohrungsgestänge-
eines Bohrloches verriegelten Bohrloch-Prüfvorrichtung,
9n Fig. 2A zusammen " eine teilweise geschnittene
bis 2f
Längsansicht eines Ausgleichsventils, eines Stoßdämpfers, eines einstellbaren Domes, einer Sonde,
eines Verriegelungs-Übergangsstückes und eines Verriegelungsdornes einer Prüfvorrichtung,
Figur 3 einen Querschnitt des Ausgleichsventils und Stoßdämpfers entlang der Linie 3-3 von Figur 2A;
Figur 4 einen Querschnitt des Ausgleichsventiles und Stoßdämpfers entlang der Linie 4-4 von Figur 2A,
Figur 5 einen Querschnitt eines unteren Abschnitts des Ausgleichsventiles und Stoßdämpfers entlang der
Linie 5-5 von Figur 2B,
Figur 6 einen Querschnitt der Sonde und des Verriegelungs-Übergangsstückes
entlang der Linie 6-6 von Figur 2D,
Figur 7 einen Teillängsschnitt des Ausgleichsventils und des ausgefahrenen Stoßdämpfers mit geöffnetem Ausgleichsventil
während des Senkens des Gerätezuges in ein Bohrloch und während des
L- J
γ _ 15 _
Vorganges, bei dem der Zug aus verriegelterStel-
lung vom Verriegelungs-Übergangsstück gezogen
wird,
Figur 8 einen Teillängsschnitt des Ausgleichsventils und des ' ineinandergeschobenen Stoßdämpfers in der Stellung,
in. der der Gerätezug anfänglich "landet" und sich im Verriegelungs-Übergangsstück verriegelt und in dis
die Vorrichtung nach Zug und Freigabe des Gerätezuges durch eine Gegenkraft zusammengedrückt wird,
10
Figur 9 einen Teillängsschnitt des unteren Abschnitts der
Sonde und des Verriegelungs-übergangsstücks mit ausgefahrenen Nasen des Verriegelungs-übergangsstückes
in der Stellung, in der die Sonde in das Verriegelungs-übergangsstück
eingeführt und davon gelöst und
daraus herausgezogen wird,
Figur 10 einen vergrößerten Teilschnitt einer der Verriegelungsnasen
des Verriegelungs-übergangsstückes zusammen mit der Sonde und dem ringförmigen Kolben
und den Nockenbüchsen des Verriegelüngs-Übergangs-
stückes, in dem die Winkel zwischen den Nockenoberflächen
auf der Verriegelungsnase und auf der oberen Nockenbüchse des Verriegelungs-Übergangsstückes sowie
auf der Auslösefläche der Sonde dargestellt · sind,
Figur 11 einen Teillängsschnitt des Ausgleichsventiles
und des Stoßdämpfers, der die Betriebsweise der Vorrichtung beim Hochziehen des Gerätezuges zeigt,
beispielsweise beim Prüfen, ob der Zug im Bohrloch verriegelt ist, und beim Ziehen des· Gerätezuges
z,ur Freigabe des Zuges aus dem Verriegelungs-übergangsstücks,
Figur 12 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen AusfUhrungsform des Ausgleichsventils und
des Stoßdämpfers, wenn das Gerät mit teilweise ge
öffnetem Ventil in das Bohrloch eingeführt wird,
L J
Figur 13 eine in Einzelteile zerlegte, perspektivische Ansicht des Puffers, . der Hülsen und Nasen des
Ausgleichsventils und Stoßdämpfers von Figur 12,
Figur 14 einen Längsschnitt des Ausgleichsventils und Stoß- ^ dämpfers von Figur 12, die bei vollständig ge
öffnetem Ventil telesJcopartig aus einander gezogen
sind,
Figur 15 einen Längsschnitt des Ausgleichsventils und
Stobdämpfers von Figur 12, die in eine Stellung
mit geschlossenem Ventil ineinandergeschoben sind,
Figur 16 einen Längsschnitt des Ausgleichsventils und Stoßdämpfers
von Figur 12, die zum Erzielen maximaler Stoßdämpferwirkung auf eine minimale Länge zusammengeschoben
sind,
Figur 17 einen Teillängsschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ausgleichsventils und
Stoßdämpfers mit geöffneten Ventil,
Figur 18 einen Teillängsschnitt des Ventils und Stoßdämpfers
von Figur 17 mit geschlossenem Ventil,
Figur 19 einen Querschnitt entlang der Linie 19-19 von
Figur 17,
Figur 20 einen Querschnitt entlang der Linie 20-20 von Figur 17 und
Figur 21 eine teilweise geschnittene Teillängsansicht des
unteren Endes einer modifizierten Ausführungsform
des Ventils und Stoßdämpfers der Figuren 17 und 18.
In Figur 1 ist ein Bohrloch 20 mit einem Futterrohr 21 dar-30
gestellt, das Perforationen 22 aufweist, so daß die in der Lagerstätte enthaltenden Fluide durch das Futterrohr
in das Bohrloch 20 fließen können. Das Futterrohr 21 erstreckt sich bis zum Bohrlochkopf 23, der Ventile 24 und
aufweist und ein Verrohrungsgestänge 30 trägt, das sich
35
bis zu einer Tiefe in der Nähe der Perforationen 22 in
das Bohrloch nach unten erstreckt. Das Verrohrungsgestänge weist einen Hängebank-Nippel 31 auf, in dem ein Ver-
L ' J
- 17 -
riegelungsdorn 32 lösbar verriegelt ist. Am unteren Ende des Verriegelungsdorns 32 ist ein Verriegelungs-Übergangsstück
(Gewindeschutz) 33 befestigt. Ein unter der Oberfläche liegendes Meßgerät (Signalwandler) 34 wird von
einem Drahtstrang· 35 gehalten, der vorzugsweise eine elektrische Leitung ist, die durch den Bohrlochkopf 23 mit einem
Aufzeichnungsgerät 40 verbunden ist. Das an der Oberfläche befindliche Aufzeichnungsgerät zeichnet die vom Ifeßgerät aufgenommenen
Messungen auf. Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausgleichsventils und Stoßdämpfers 41 ist
durch ein Kopplungsstück 42 mit dem Meßgerät 34 verbunden.
Das Ausgleichsventil und der Stoßdämpfer 41 tragen eine einstellbare Sonde 43, die mit einer Stützvorrichtung 44
verbunden ist, die in das obere Ende des Verriegelungsdorns 32 eingreift. Eine in Figur 1 nicht dargestellte Verriegelungssonde
wird vom unteren Ende der einstellbaren Sonde 43 getragen und ist lösbar mit dem Verriegelungs-Übergangsstück
33 verbunden.
Normalerweise umfaßt eine Bohrloch-Komplettierung wie die
in Figur 1 dargestellte die Installation des Verrohrungsgestänges 30 mit einem oder mehreren Hängebank-Nippeln 31
entlang der Länge des Verrohrungsgestänges für die nachfolgende Installation mehrerer Geräte, . die beim Be-
'
trieb des Bohrloches benötigt werden können. Der Hängebank-Nippel 31 weist ein inneres Verriegelungsprofil auf, das an
die Verriegelungsnasen des Verriegelungsdornes 32 angepaßt ist. Der Verriegelungsdorn 32 kann typischerweise ein
Verriegelungsdorn Type X der Otis Engineering Corporation
sein, wie er auf Seite 3958 von"The Composit Catalog of Oil
Field Equipment and Services", Ausgabe 1974-75, Herausgeber World Oil, Houston, Texas, dargestellt und beschrieben ist.
Der Verriegelungsdorn 32 weist, wie in Figur 2D detailliert dargestellt, ausfahrbare (dehnbare) Verriegelungsnasen 32a
und eine Dichtung 32 b auf. Andere Ausführungsformen von
Verriegelungsdornen können je nach den vom jeweiligen Hänge-
Γ ·· π
bank-Nippel 31 des Verrohrungsgestänges 30 gestellten Anforderungen
verwendet werden. Da die Verriegelungs-Ubergangsstücke
33 auf verschiedenen Verriegelungsdornen 32 installiert werden können, können das Meßgerät 34 zusammen
^ mit dem Ventil und dem Stoßdämpfer 41 und der von der Ventil- und
Stoßdämpfer-Einheit gehaltenen Sondenvorrichtung in mehreren verschiedenen Bohrlöchern mit unterschiedlicher Verrohrungsgröße
und unterschiedlichen Hängebank-Nippeln verwendet werden. Dadurch wird die notwendige Prüfausrüstung zur
Unterhaltung mehrerer Bohrlöcher verringert.
Beim Betrieb des Systems wird ein ursprünglich mit dem
Verrohrungsgestänge 30 und dem Hängebank-Nippel 31 ausgerüstetes
Bohrloch'in einem ersten Schritt mit dem Verriegelungsdorn
32 versehen, an dem das erfindungsgemäße Verriegelungs-Übergangsstück
33 befestigt wurde. In einem nach-
i
folgenden Schritt wird ein Gerätezug mit dem Meßgerät 34,
folgenden Schritt wird ein Gerätezug mit dem Meßgerät 34,
der erfindungsgemäßen'Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41
und der Sonde 43 am Drahtstrang 35 befestigt und durch den
Bohrlochkopf 23 in das Verrohrungsgestänge 30 abgesenkt, bis die Sonde in das Übergangsstück 33 eingeführt und darin
verriegelt wird. Zum Einführen der Sonde 43 in das Übergangsstück 33 wird nur eine geringe Kraft benötigt. Während
des Absenkens des Gerätezuges und der Einführung der Sonde
in das Übergangsstück bleibt das Ausgleichsventil des
Gerätes geöffnet, so daß die Sonde in' eine geschlossene, abgedichtete
Stellung · in das Übergangsstück eingeführt werden kann. Die Stoßdämpferfunktion des erfindungsgemäßen Ausgleichsventils
und Stoßdämpfers schützt das Meßgerät 34
während der Installation und während des Ziehens des Gerätezuges. Die zum Herausziehen der Verriegelungssonde aus dem
Verriegelungs-übergangsstück erforderliche, wesentlich größere Kraft ermöglicht es 4 dem Bohrlochbediener festzustellen,
ob der Gerätezug ordnungsgemäß in der Arbeitsposi-
tion verriegelt ist. Nach dem richtigen Verriegeln werden die gewünschten Messungen durch das Meßgerät 34 aufgenommen
und durch das Kabel an das Aufzeichnungsgerät 40 an der
Oberfläche weitergeleitet. Während des Betriebs bewirken die
hohen Drücke innerhalb des Bohrloches unterhalb des Verriegelungs-UbergangsStückes
33 lediglich eine- Erhöhung der Haltewirkung des Übergangsstückes auf der Verriegelungssonde des Gerätezuges. Nach Beendigung der Prüfungen löst
eine nach oben auf das Kabel 35 ausgeübte Kraft den Gerätezug
vom Verriegelungs-Ubergangsstück 33. Während des Ent-■fernens
des Gerätezuges sind das Ausgleichsventil und der Stoßdämpfer in Betrieb. Danach können gegebenenfalls der
Verriegelungsdorn 32 mit dem Verriegelungs-Ubergangsstück 33 in einem getrennten Vorgang wieder aus dem Bohrloch gewonnen
werden.
Die Details des Aufbaus des Ausgleichsventils und Stoßdämpfers
41 und des Kupplungsstückes 42 sind in den Figuren 2A und 2B dargestellt. Das Kupplungsstück 42 von Figur
2A weist ein oberes Verbindungsstück 45 auf, dessen oberes Ende 50 ein Innengewinde und dessen verjüngtes unteres
Ende 51 ein Außengewinde aufweisen. Das Verbindungsstück
hat eine Längsbohrung 52 und ist in ein Mittelstück 53 geschraubt, dessen oberes Ende ein Innengewinde 54 und dessen
unteres Ende ein Außengewinde 55 aufweisen. Das Mittelstück 53 hat eine Längsbohrung 60, die mit der Bohrung 52 des
oberen Verbindungsstückes 45 in Verbindung steht. Auf das Mittelstück 53 ist eine vergrößerte Hülse 61 mit im Abstand
entlang ihres ümfanges angeordneten Längsschlitzen 62 montiert.
Ein Dichtungsring 63 in einer äußeren ringförmigen Ausnehmung des. verjüngten unteren Endes 51 des oberen Verbindungsstückes
45 dichtet zwischen dem Verbindungsstück 45 und dem Mittelstück 53 ab. Das untere Ende des Mittelstückes
53 ist mit dem Außengewinde 55 in das obere Ende des Ausgleichsventils .und Stoßdämpfers 41 eingeschraubt.
Ein Dichtungsring 64 in einer äußeren ringförmigen Ausnehmung des Mittelstückes 53 dichtet zwischen dem Kupplungsstück
42 und dem Ausgleichsventil und Stoßdämpfer 41 ab.
L
Γ ;
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 ist eine ineinanderschiebbare
Vorrichtung mit mehreren verschiedenen Relativ-Längsstellungen der ineinander geschobenen Teile
zur Durchführung von Ventil- und Stoßdämpferfunktionen.
Die Vorrichtung 41 weist ein von einem Übergangskopf 70 und
einer Hülse 71 gebildetes Außengehäuse auf. Der Übergangskopf 70 weist eine Ventilführung (Verteiler) 72 auf, die,
beispielsweise durch eine Schweißnaht 73, mit einem Gehäuse· 74 verbunden ist. Das Gehäuse 74 weist ein verjüngtes unteres
'° Ende 74a mit Außengewinde auf, das in den oberen Endabschnitt
der Gehäusehülse 71 geschraubt ist. Der obere Endabschnitt des Verteilers 72 weist ein Innengewinde auf, und
ist, wie in Figur 2A dargestellt, mit dem Außengewinde 55 des unteren Abschnitt des Kupplungsstückes 42 verbunden. Das
obere Ende des Verteilers 72 weist eine sich nach oben öffnende Blindbohrung 75 auf, die sich nach oben in die
Bohrung 16 des Kupplungsstückes 42 öffnet und seitlich mit mehreren, im Abstand entlang des Umfanges angeordneten radialen
öffnungen 80 in Verbindung steht, die mit ihren
äußeren Enden in eine Ringkammer 81 münden. Die Ringkammer 81 ist zwischen der Innenwand des Gehäuses (Hülse) 74 und
einer Außenfläche 82 eines verjüngten Längsteiles des Verteilers
72 ausgebildet. Die verjüngte Außenfläche 82 des Verteilers 72 erstreckt sich von einer konischen Schulter 83
nach unten bis zu einem unteren Außenflansch 84 des Verteilers 72, dessen Durchmesser größer ist, als derjenige des
die Außenfläche 82 aufweisenden Abschnittes, der aber hinreichend kleiner ist als die Innenwand des Gehäuses 74.
Dadurch wird innerhalb des Gehäuses.74 ein ringförmiger Ver-
bindungsweg um den unteren Endabschnitt des Verteilers 72 in den Ringraum 81 ausgebildet, und zwar zwischen dem Gehäuse
74 und dem Verteiler 72. Der Verteiler 72 weist eine sich nach unten öffnende, von einem oberen Endabschnitt 85,
einem Mittelabschnitt 90 und einem geringfügig verjüngten
unteren Endabschnitt 91 ausgebildete, abgestufte Bohrung auf. Der Mittelabschnitt 90 dieser Bohrung weist, wie in den
' - 21 -
Figuren 2A und 3 dargestellt, eine einzige Seitenöffnung
durch die Seitenwand des Verteilers 72 und des Gehäuses auf. Die Öffnung 92 erstreckt sich durch einen außen verbreiterten
Wandteil 93 des Verteilers 92 und eine ringförmige
Schweißnaht 94, die an der Verbreiterung 93 des Verteilers 72' das Gehäuse 74 mit dem Verteiler 72 verbindet.
Dieser Aufbau zum Verbinden der Teile miteinander und zum Ausbilden der seitlichen Öffnung weist eine in der Außenwand
der Verbreiterurig 93 des Verteilers 72 ausgebildete, nach außen mündende ringförmige Ausnehmung 95 und eine
ringförmige Öffnung 100 in der Büchse 74 auf. Beim Befestigen des Verteilers 72 in der Büchse /4 ist der Verteiler
korrekt in der Büchse ausgerichtet, wenn die Ausnehmung
des Verteilers 72 mit der Öffnung 100 der Büchse 94 ausgerichtet
ist. Danach wird der durch die Ausnehmung y5 und die Öffnung 100 ausgebildete Zwischenraum mit der Schweiße
94 gefüllt und danach zur Ausbildung der Seitenöffnung 92 gebohrt. Die Öffnung y2 erstreckt sich von der Außenseite
des Geräts bis zur Bohrung im Mittelabschnitt 90 des Verteilers
.72. Der untere Außenflansch 84 des Verteilers 72 weist eine innere, ringförmige Ausnehmung 101 auf, die eine 0-Ringdichtung
102 zum Abdichten gegenüber dem Ventilteil der Ausgleichsventil-Stoßdämpfer-Einheit 41 enthält. Wie in
Figur 3 dargestellt, ist die gegenüberliegende Seite des verbreiterten Wandteiles 93 des Verteilers 72 mit einer flachen
Oberfläche 103 versehen, die mit einem gekrümmten Teil der Innenwand der Büchse 74 einen Durchlaß in Längsrichtung
entlang des Verteilers 72 vorbei an der Verbreiterung 93 ausbildet,
so daß sich eine Fluidströmung sowie Druck entlang des Verteilers 72 innerhalb der Ringkammer 81 an der Verbreiterung
93 vorbei ausbreiten können.
Wie aus den Figuren 2A, 2B, 3, 4 und 5 ersichtlich, steht eine Ventil-D.orn-Einhelt 104 in teleskopartigen Eingriff mit
dem Übergangskopf 70 und der Gehäusebüchse 74 und erfüllt sowohl die Ventil- als auch die Stoßdämpfungsfunktionen der
Γ - 22 -
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41. Der obere
Abschnitt iO4a der Ventll-Dorn-Einheit 104 ist innerhalb
der Bohrung des Mittelabschnitts 90 des Verteilers 72 verschiebbar und weist eine sich nach oben öffnende Blindbohrung 104b auf, die einen Teil einer Ventilfeder 105 aufnimmt. Die Ventilfeder 105 drückt die Ventil-Dorn-Einheit
104 (schräg) nach unten in eine Stellung, in der das Ventil geöffnet ist. Die Feder 105" ist zwischen der unteren
Stirnfläche der Bohrung 104b am unteren Ende der Feder und einem äußeren ringförmigen Flansch einer Federführung 110, die sich teleskopartig nach unten in die Feder 105 erstreckt, am oberen Ende der Feder eingeschlossen. Das obere Ende der Federführung 110 steht mit dem oberen. Ende der
Bohrung 85 im Verteiler 72 in' Eingriff. Die Federführung
Abschnitt iO4a der Ventll-Dorn-Einheit 104 ist innerhalb
der Bohrung des Mittelabschnitts 90 des Verteilers 72 verschiebbar und weist eine sich nach oben öffnende Blindbohrung 104b auf, die einen Teil einer Ventilfeder 105 aufnimmt. Die Ventilfeder 105 drückt die Ventil-Dorn-Einheit
104 (schräg) nach unten in eine Stellung, in der das Ventil geöffnet ist. Die Feder 105" ist zwischen der unteren
Stirnfläche der Bohrung 104b am unteren Ende der Feder und einem äußeren ringförmigen Flansch einer Federführung 110, die sich teleskopartig nach unten in die Feder 105 erstreckt, am oberen Ende der Feder eingeschlossen. Das obere Ende der Federführung 110 steht mit dem oberen. Ende der
Bohrung 85 im Verteiler 72 in' Eingriff. Die Federführung
110 hat die Funktion, die Feder ausgerichtet zu halten, wenn sie während des Betriebs komprimiert und expandiert wird.
Wie in Figur 2A dargestellt, dichtet die 0-Ring-Dichtung um das obere Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104 innerhalb des unteren Außenflansches 84 des Verteilers 72 ab. Der obere
Wie in Figur 2A dargestellt, dichtet die 0-Ring-Dichtung um das obere Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104 innerhalb des unteren Außenflansches 84 des Verteilers 72 ab. Der obere
Abschnitt 104a der Ventil-Dorn-Einheit 104 weist einen
kleineren Durchmesser als die Bohrung 90 im Mittelabschnitt des Verteilers 72 auf, so daß ein ringförmiger Raum um die
Ventil-Dorn-Einheit 104 vorgesehen ist. Dieser ringförmige Raum steht in freier Verbindung mit der Seitenöffnung 92,
so daß die Fluide (Flüssigkeiten bzw. Gase) frei in die
Bohrungsabschnitte 85 und 90 des Verteilers 72 hinein- und daraus herausfließen können, wenn sich die Ventil-Dorn-Einheit
während des Betriebs der Anlage hin- und herbewegt.
. Ohne die als Auslaßventil dienende Seitenöffnung 92 wurden in den Bohrungsabschnitten 85 und 90 eingeschlossene Fluide den Betrieb der Anlage beeinträchtigen. Wie den Figuren 2A und 2B zu entnehmen ist, weist die Ventil-Dorn-Einheit 104 eine nach unten offene Blindbohrung 111 auf, die sich über die Länge eines röhrenförmigen Abschnitts 104c der Ventil-Dom-Einheit 104 erstreckt. Der röhrenförmige Abschnitt 104c der Ventil-Dorn-Einheit 104 weist mehrere, im Abstand ent-
. Ohne die als Auslaßventil dienende Seitenöffnung 92 wurden in den Bohrungsabschnitten 85 und 90 eingeschlossene Fluide den Betrieb der Anlage beeinträchtigen. Wie den Figuren 2A und 2B zu entnehmen ist, weist die Ventil-Dorn-Einheit 104 eine nach unten offene Blindbohrung 111 auf, die sich über die Länge eines röhrenförmigen Abschnitts 104c der Ventil-Dom-Einheit 104 erstreckt. Der röhrenförmige Abschnitt 104c der Ventil-Dorn-Einheit 104 weist mehrere, im Abstand ent-
L -I
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lang des Umfangs angeordnete, gekrümmte Längsschlitze 112
auf, die zur Bohrung 111 hin offen sind. Die Wandstärke der Büchse 74 ist entlang eines Abschnittes 74a vergrößert.
Der Abschnitt 74a weist eine Längsbohrung 74b mit geringfügig größerem Durchmesser als der röhrenförmige Abschnitt
104c der Ventil-Dprn-Einheit 104 auf, wodurch ein ringförmiger
Durchfluß 113 um die Ventil-Dorn-Einheit 104 innerhalb
des Büchsenabschnittes 74a entlang der Schlitze 112 aus
gebildet wird. Wie in Figur 2B dargestellt, ist die Wandstärke der Büchse 74 an ihrem unteren Ende 74c vergrößert„
wodurch ein- innerer, ringförmiger Flansch ausgebildet wird,
der dicht um den Ventil-Dorn-Abschnitt 104c anliegt, und mit einer inneren, ringförmigen Ausnehmung 114 versehen
ist. Die Ausnehmung 114 enthält.einen Dichtring 115, der
zwischen der Büchse 74 und der Ventil-Dorn-Einheit 104 abdichtet.
Wie nachstehend ausführlicher erläutert, wird die offene oder geschlossene Stellung des Ventils der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41 durch die Stellung der Schlitze 112-.in Längsrichtung relativ zum Dichtring
115 bestimmt, während sich die Ventil-Dorn-Einheit während
des Betriebs der Anlage ineinanderschiebt. Wie aus Figur 2B ersichtlicht, ist eine Stoßdämpfungsfeder
120 um den Ventil-Dorn-Abschnitt 104c herum innerhalb der Büchse 71 angeordnet. Die Feder 120 ist zwischen einem oberen Federan-
schlag 121, der als Spaltring ausgebildet ist, und einem unteren
Federanschlag 122, der als Hülse ausgebildet ist, eingeschlossen. Der obere Federanschlag 121 weist zwei halbringförmige
Segmente auf, die um den röhrenförmigen Abschnitt iO4c der Ventil-Dorn-Einheit 104 gepaßt sind. Der röhren-
förmige Abschnitt 104c weist einen verjüngten Abschnitt 104d
auf? in die dadurch ausgebildete äußere, ringförmige Ausnehmung
greift ein innerer Flansch 121a der Spaltringsegmente verschiebbar ein. Eine nach unten gerichtete Anschlagschulter
104e am oberen Ende der durch den Abschnitt 104d 35
ausgebildeten Ausnehmung begrenzt die Aufwärtsbewegung des oberen Federanschlages 121. Der untere, hülsenförmige Fe-
deranschlag 122 ist entlang eines geringfügig verbreiterten Abschnittes 104f des Ventil-Dorn-Abschnittes 1O4c oberhalb
einer nach oben gerichteten, unteren Anschlagschülter 104g
verschiebbar. Die Anschlagschulter 104g begrenzt die Ab-
wärtsbewegung des unteren Federanschlages 122 auf der
Ventil-Dorn-Einheit 104. Die Gehäusehülse 71 weist eine Reihe im Abstand entlang des Umfangs angeordneter oberer
Seitenöffnungen 123 und entsprechender unterer Seitenöffnungen 124 auf. Unterhalb der Schulter 104g weist der Ventil-Do
rn-Abschnitt 104c auf gegenüberliegenden Seiten ebene Flächen 125 auf, die beim Zusammenbau oder Auseinanderbau
der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 mit einem Schraubenschlüssel oder einem ähnlichen Werkzeug in Eingriff
gebracht werden können. Das untere Ende des Ventil-Dorn-Abschnittes 104c ist verbreitert und weist ein Außengewinde
104h zum Eingriff in das obere Ende der Sonde 43 auf, deren verbreiterter oberer Endabschnitt 130 mit einem
Innengewinde versehen ist. Ein Dichtring 131 in einer äußeren ringförmigen Ausnehmung des unteren Endabschnittes der
Ventil-Dorn-Einheit 104 dichtet zwischen der Ventil-Dorn-Einheit 104 und dem oberen Endabschnitt 130 der Sonde ab
und verhindert ein Lecken zwischen diesen beiden Teilen, wenn die gewünschten Daten; wie beispielsweise der Druck,
durch die Sonde und die Ventil-Dorn-Abschnitte nach oben
übermittelt werden.
Wie aus den Figuren 2B, 2C, 2D und 2E ersichtlich, weist die Sonde 43 einen oberen Abschnitt 43a mit Außengewinden,
einen langen Mittelabschnitt 43b und einen unteren Verrie-
- ·*
gelungsabschnitt 43c.auf. Jeder der Sondenabschnitte ist
röhrenförmig ausgebildet, wodurch ein Durchfluß 132 entlang der gesamten Länge der Sonde 43 ausgebildet wird,
dem sich beispielsweise der Fluiddruck von unterhalb der Sonde nach oben in die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41 ausbreiten kann. Die verschiedenen Abschnitte
L -I
312 3.5 3 O
Γ -25-
der Sonde sind miteinander, wie aus den Figuren 2B und 2D
ersichtlich, verschraubt. Ein Dichtring 133 in einer äußeren ringförmigen Ausnehmung des Sondenabschnittes 43b dichtet
zwischen dem Sondenabschnitt 43b und dem Sondenabschnitt 43a ab. Die Schraubverbindung zwischen den Sondenabschnitten
43b und 43c weist, wie in Figur 2D gezeigt, eine Schweiß
naht 134 auf, so daß eine dauerhafte, flüssigkeits- bzw. gasdichte Verbindung ausgebildet wird. Wie nachstehend ausführlicher
erläutert, ermöglicht der mit einem Außengewinde versehene Abschnitt 43a die Anpassung der Sonde an verschiedene
Verriegelungsdornen durch Einstellen der Längsstellung des unteren Verriegelungsabschnittes 43c der Sonde.
Wie aus den Figuren 2B und 2C ersichtlich, ist die Hängebank-Büchse
(Stützvorrichtung) 44, die den Gerätezug auf dem Verriegelungsdorn 32 hält, mit dem mit einem Außengewinde
versehenen oberen Abschnitt 43a der Sonde 43 verbunden, so daß die Relativstellung der Sonde 43 in der Stützvorrichtung
44 einstellbar ist. Die Stützvorrichtung weist ein mit einem Innengewinde versehenes, ringförmiges Kopfteil 44a,
das in eine Längsbüchse 44b geschweißt ist, einen auf die Längsbüchse 44b montierten Haltering (Stopring) 44c
und einen Feststellring 44d zum Halten des Halteringes 44c auf der Büchse 44 auf. Der Ring 44c ist auf einem verjüngten
Abschnitt 44e der Längsbüchse 44b angeordnet, durch den eine nach unten gerichtete Anschlagsschulter 44f ausgebildet
wird, die den Haltering 44c gegen eine Aufwartsbewegung
auf der Büchse 44 sichert. Der Feststellring 44d ist auf einen noch weiter verjüngten Abschnitt 44g der Längsbüchse
44b aufgeschraubt. Der Feststellring 44d weist ein Gewinde-^ loch 44h für eine in Figur 2C nicht dargestellte Feststellschraube
(Gewindestift) auf, die den Feststellring 44d auf seinem Platz auf dem stark verjüngten Büchsenabschnitt 44g
blockiert. Die Längsbüchse 44b weist an ihrem unteren Ende einen Innenflansch 44i auf, der dicht auf den Mittelabschnitt
43b der Sonde aufgepaßt ist und mit der Schraubverbindung zwischen dem Kopfteil 44a der Stützvorrichtung 44
L .
und der Sonde 43 zusammenwirkt, um die Ausrichtung der Sonde durch die Stützvorrichtung zu gewährleisten. Der Innenflansch
44a der Längsbüchse 44b weist ein Gewindeloch 44j für eine Feststeilschraube (Gewindestift) auf, um die
Längsbüchse 44b mit dem Mittelabschnitt 43b der Sonde 43 am Flansch 44i zu verriegeln. Der Haltering 44c weist im
Abstand entlang des Umfangs angeordnete Längsschlitze 44k auf, die eine Fluidströmung entlang des Halteringes 44c ermöglichen, wenn der Gerätezug im Bohrungsgestänge des Bohrloches
angehoben und/oder abgesenkt wird.
Wie aus den Figuren 2d und 2e zu entnehmen, ist der untere
Verriegelungsabschnitt 43c der Sonde derart ausgebildet, daß er bei einer nach unten gerichteten Kraft auf die Sonde
im Verriegelungs-übergangsstück 33 lösbar verriegelt und
bei Anwendung einer wesentlich größeren, nach oben gerichteten Kraft auf die Sonde freigegeben wird. Der Verriegelungsabschnitt 43c der Sonde 42 weist einen durch einen sich nach
unten und innen verjüngenden Mitnehmer 43d ausgebildeten,
konischen unteren Abschnitt auf. Der Mitnehmer 43d weist
einen sehr geringen Neigungswinkel von etwa 10° zur Längsachse der Sonde auf, so daß die Mitnehmerfläche als Folge
einer relativ kleinen, nach unten gerichteten Kraft auf die Sonde eine beträchtliche seitliche Kraft senkrecht zur Längs-
achse der Sonde ausübt. So bewirkt beispielsweise eine- nach
unten gerichtete Kraft von etwa 67N auf die Sonde eine auf
das Verriegelungs-Übergangsstück 33 ausgeübte, seitliche Kraft von etwa 383N. Wie in Figur 2D dargestellt, weist der
Verriegelungsabschnitt 43c oberhalb der Mitnehmerfläche 43d
eine äußere, ringförmige Verriegelungs-Ausnehmung 43e auf,
die durch eine untere Nockenfläche 43f und eine obere Nockenfläche 43g begrenzt wird. Die untere Nockenfläche 43f
bewirkt das Auslösen bzw. die Freigabe der Sonde, und der
Neigungswinkel der Nockenfläche ist wichtig für den Be-
trieb der Sonde, beispielsweise was die zum Herausziehen der Sonde nach oben aus dem Verriegelungs-übergangsstück
Γ Π
- 27 -
* 33 erforderliche Kraft betrifft. Im Gegensatz zur niedrigen,
zum Einführen der Sonde erforderlichen Kraft von etwa 67N beträgt die nach oben gerichtete, zum Auslösen der Sonde
erforderliche Kraft vorzugsweise etwa 9OON. Oberhalb der
Verriegelungsausnehmung 43e weist der Verriegelungsabschnitt 43c einen äußeren, ringförmigen Vorsprung 43h auf, der mit
einer äußeren, ringförmigen Ausnehmung 43i versehen ist.
Die Ausnehmung 43i enthält einen Dichtring 135 zum Abdichten
der Bohrung durch das Verriegelungs-übergangsstück 33, so daß sich nur in der Bohrung durch die Sonde Flüssigkeit
befindet, wenn die Sonde richtig eingebracht und mit dem
Verriegelungs-Übergangsstück 33 verriegelt ist.
Wie -in den Figuren 2D, 2E und 9 dargestellt, weist das
Übergangsstück 33 ein röhrenförmiges Gehäuse 140, ein Abschlußstück
141, einen Ringkolben 142, mehrere im Abstand entlang des Umfangs angeordnete Verriegelungsnasen 143,
obere und untere Verriegelungs-Nockenhülsen 144 und 145, ein röhrenförmiges Betätigungsteil 150 und eine Betätigungs-
feder 151 auf. Wie in Figur 2D dargestellt, weist das Gehäuse
140 einen verjüngten oberen Abschnitt 140a auf, dessen Gewinde mit dem unteren Ende des Verriegelungsdorns
32 in Eingriff steht, so daß das Verriegelungs-Übergangsstück 33 vom Verriegelungsdorn 32 getragen wird. Ein Dicht-
ring 149 in einer äußeren, ringförmigen Ausnehmung 140b des Gehäuses 140 dichtet zwischen dem Gehäuse 140 und dem Gehäuse
des Verriegelungsdorns ab. Der Kolben 142 ist in eine aufgeweitete Bohrung des Gehäuses 140 eingepaßt, die eine
innere ringförmige Dichtfläche 140c aufweist, wodurch eine
verschiebbare Abdichtung mit der oberen äußeren Wandfläche
des Kolbens 142 ermöglicht wird. Durch einen Dichtring 152 in einer äußeren ringförmigen Ausnehmung entlang dem oberen
Endabschnitt des Kolbens 142 wird eine fluiddichte,
verschiebbare Abdichtung zwischen dem Kolben und der Dicht-35
fläche 140c des Gehäuses ausgebildet. Die obere Nockenfläche 144 sitzt verschiebbar auf dem verjüngten Abschnitt 142a
r -
* - 28
des Kolbens 142. Der obere Rand der Nockenhülse 144 steht mit einer nach unten gerichteten, inneren i^nschlagschulter
14Od in Eingriff/ wodurch eine Aufwärtsbewegung der Nockenhülse 144 im Gehäuse verhindert wird. Die untere Nockenhülse
145 sitzt ebenfalls verschiebbar auf dem verjüngten Abschnitt 142a des Kolbens 142 unterhalb der Verriegelungsnasen 143. Die untere Nockenhülse 145 ist auch im Gehäuse
140 verschiebbar und sitzt entlang ihres unteren Abschnitts in einer äußeren', ringförmigen Ausnehmung 150a auf der
Oberfläche eines äußeren, ringförmigen Flansches 150b des Betätigungsteiles 150. Dadurch bewegen sich die Nockenhülse
145undrdas Betätigungsteil 150 während des Verriegeins
und des Freigebens der Sonde in und aus dem Verriegelungsübergangsstück 33 gemeinsam nach oben bzw. unten. Die Feder
151 ist in ihrem oberen bzw. unteren Ende zwischen der unteren Fläche des Flansches 150b und einer inneren, ringförmigen
Anschlagschulter 141a des AbschlußStückes 141 eingeschlossen,
so daß die Feder das Betätigungsteil 150 nach oben drückt. Der untere Endabschnitt des Betätigungsteiles
150 ist in einem sich verjüngenden unteren Endabschnitt 141b
des AbschlußStückes 141 verschiebbar.
Wie in den Figuren 2D und 6 dargestellt, weisen die Verriegelungsnasen
143 im Querschnitt jeweils die.Form eines sich über etwa 90° erstreckenden Kreisringes auf. und sind in einem
Fenster 142b des Ringkolbens 142 verschiebbar angeordnet. Wie aus Figur 6 ersichtlich, sind drei dieser 90°-Verr"iegelungsnasen
entlang des Umfangs durch drei Fenster 142b des
Ringkolbens 142 angeordnet. Die Seitenwände der Verriegeln
lungsnasen sind ebenso wie die Seitenwände der Fenster, in denen die Verriegelungsnasen verschiebbar sind, nach innen
geneigt. Die oberen und unteren Flächen der Verriegelungsnasen sind zueinander parallel und senkrecht zur vertikalen
Achse der Verriegelungsnasen. Wie aus Figur 2D hervorgeht, sind die oberen und unteren Flächen der Fenster 142b zueinander
parallel und senkrecht zur Längsachse des Kolbens
- 29
142. Die Verriegelungsnasen 143 sitzen fest, aber verschiebbar
in den Fenstern 142b, so daß sich die Verriegelungsnasen seitlich bzw. radial nach innen und außen, aber
nicht vertikal bzw. in Längsrichtung relativ zum Kolben 142 bewegen können. Die Verriegelungsnase 143 und der Kolben
142 können sich in Längsrichtung· nur gemeinsam bewegen.
Die Figur 10 zeigt eine der Verriegelungsnasen 143 mit Teilen ' des Ringkolbens 142, der oberen und unteren
Nockenhülsen 144 und 145 und des Verriegelungsabschnittes 43c der Sonde 43 in der Nähe der Verriegelungs-Ausnehmung
43e dieses Sondenabschnittes. Figur 10 ist aus Gründen der besseren Erläuterung und Darstellung um 90° entgegen dem
Uhrzeigersinn aus der tatsächlichen Betriebsstellung der
dargestellten Teile verdreht; die normale Betriebsstellung in senkrechter Bohrstellung ist beispielsweise in den
Figuren 2D und 2E sowie in Figur 9 dargestellt. Jede der
. Verriegelungsnasen 143 weist innere, konische Nockenflächen
20
143a auf, die geometrisch Kreissegmente sind und Segmente
konischer, gegeneinander geneigter Oberflache.darstellen.,
In ähnlicher Weise weist jede der Verriegelungsnasen 143 äußere gekrümmte Nockenflächen 143b auf, die sowohl nach
außen als auch gegen die anderen Flächen der Verriegelungsnase geneigt sind. In ähnlicher Weise weisen die beiden
oberen und unteren Verriegelungs-Nockenhülsen 144 und 145 eine geneigte, innere,ringförmige Nockenfläche auf. Die
Nockenfläche 144a der Hülse 144 ist mit der oberen Nockenfläche 143a der Verriegelungsnase in Eingriff bringbar.
Die Nockenfläche 145a der unteren Nockenhülse 145 ist mit der unteren Nockenfläche 143b der Verriegelungsnase in Eingriff
bringbar. Die inneren Nockenflächen 143a der Verriegelungsnasen 143 sind unter demselben Winkel ausgerichtet, wobei diese Winkel etwa den Winkeln der Nockenflächen
43f und 43g der Sonde entsprechen. Auch die äußeren Nockenflächen
143b der Verriegelungsnasen sind unter demselben
L J
r π
Winkel ausgerichtet, wobei diese Winkel etwa den Winkeln der Nockenflächen 144a und 145a der Nockenhülsen 144 und
145 entsprechen. Das. Verhältnis zwischen den Winkelnd und θ
ist so gewählt, daß die Sonde aus einer verriegelten Stel- ^ lung innerhalb der Verriegelungsnasen entfernt werden kann.
Dies bedeutet, daß, wenn die Sonde nach oben gezogen wird, also nach links in Figur 10, die Nockenfläche 43f der Sonde
die Verriegelungsnasen 143 nach außen drückt, wobei die Nokkenfläche 143b der Verriegelungsnasen entlang der Nockenfläche
144a der Nockenhülse nach außen und unten gleitet. Der Winkel A muß um einen bestimmten Wert größer sein, als
der Winkel Θ, wobei die Reibung der jeweiligen Materialien in Betracht gezogen werden muß. Dadurch läßt sich ein
Blockieren der Sonde innerhalb der Verriegelungsnasen verhindern, bei dem die Sonde nicht in der Lage ist, die Verriegelungsnasen
nach außen mitzunehmen, und deshalb nicht aus dem Verriegelungs-übergangsstück 33 herausgezogen werden
kann. Der Reibungswinkel zwischen geschmierten, in Kontakt stehenden harten Stahloberflächen beträgt bei-
spielsweise etwa 10 bis 12°. Die in Figur 10 eingezeichneten Winkel 9 und A werden wie folgt bestimmt:
Der Winkel θ entspricht dem Wert eines vorbestimmten Winkels abzüglich des Reibunqswinkels. Der Winkel ^\entspricht einem
vorbestimmten Winkel zuzüglich des Reibunqswinkels. Die
Werte der vorbestimmten Winkel sind durch technische Überlequnqen qeqeben, die auf den zum Einführen und Entfernen
der Sonde gewünschten Kräften beruhen. Vorzugsweise sollte der Winkel Δ etwa 30° größer sein als der Winkel Θ. Bei einem
betriebsbereiten Versuchsaufbau beträgt der in derselben
Weise wie der Winkel Δ gemessene Winkel der inneren Nockenflächen
143a der Verriegelungsnasen 143 etwa 55°, während der in derselben Weise wie der Winkel θ gemessene Winkel
der äußeren Nockenflächen 143b der Verriegelungsnasen etwa
25° beträgt. Dadurch stellt sich eine zum Freigeben der 35
Sonde beim Herausziehen der Sonde erforderliche Kraft von etwa 900 N ein. Während der Winkel^ nicht unter einen vor-
Γ
- 31 -
bestimmten Wert absinken sollte t der um die erforderliche
Differenz größer ist als der Winkel Θ, verringert jede Zunahme
des Winkels A über den erforderlichen Minimalwert hinaus
die Größe der zum Herausziehen der Sonde aus dem Verriegelungs-übergangsstück
33 erforderlichen Kraft. Zu den anderen Faktoren, die die zum Einführen und Herausziehen
der Sonde erforderliche Kraft beeinflussen, gehört die zum Zusammendrücken der Feder 151 erforderliche Kraft.
Um die Sonde 43 in das Verriegelungs-übergangsstück 33 einführen
oder daraus herausziehen zu können, müssen sich die Verriegelungsnasen 143 radial nach außen bewegen. Da die
Nockenhülsen 144 nicht nach oben bewegbar sind, besteht die einzige Möglichkeit zur Durchführung dieser Bewegung durch
die Verriegelungsnasen 143 darin, daß sich die unteren Nockenhülsen 145 gegen die Kraft der Feder 151 nach unten
bewegen. Wenn somit die Sonde 43 in die Verriegelung eingeführt oder aus ihr herausgezogen wird, drücken die Nockenflächen
der Sonde die Verriegelungsnasen 143 nach außen, '
wobei die oberen äußeren Nockenflächen 143b der Verriegelungsnasen
143 entlang der Nockenfläche 144a der oberen Nockenhülse 144 nach außen und nach unten gleiten. Die
Auswärts-Abwärts-Bewegung der Verriegelungsnasen führt den Ringkolben 142 nach unten und drückt die unteren Nockenhülsen
145 nach unten, wobei das !,■> \ö .tigungsteil 150 sich
nach unten bewegt und die Feder 151 zusammendrückt. Entgegen
der nach oben gerichteten Federkraft der Feder 151 wirkt während des Einführens der Sonde eine nach unten gerichtete
Kraft über die obere Nockenfläche 43g auf die oberen
Verriegelungsflächen 143a der Verriegelungsnasen 143. Diese Kraft weist eine nach unten gerichtete Komponente auf, die
über die Verriegelungsnasen 143 übertragen wird und die unteren Verriegelungshülsen 145 nach unten drückt. Gleichzeitig
erzeugt, die durch die oberen Nockenflächen 43g aus-
geübte Kraft eine radiale Kraft, die die Verriegelungsnasen gegen die Nockenflächen 143a der oberen Nockenhülsen 144
L- -I
nach außen drückt, und die Auswärts-Bewegung der Verriegelungsnasen
drückt die Nockenhülse 145 ebenfalls nach unten.
Eine etwas unterschiedliche Bedingung herrscht während des Herausziehens der Sonde. Dabei wiederstrebt die.obere
Nockenhülse 144 der nach oben gerichteten Komponente der
auf die unteren inneren Nockenflächen 143a ausgeübten Kraft auf die Verriegelungsnasen 143, während die horizonta
Ie Komponente der auf die Verrxegelungsnasen 143 ausgeübten
Kräfte die Verrxegelungsnasen entlang der Nockenfläche 144a nach außen und unten drückt, wobei ebenfalls die
Nockenhülse 145 nach unten gedrückt wird.
Ein besonders wichtiges Merkmal des Verriegelungs-Übergangsstücks
33 besteht darin, daß das Verriegelungs-Übergangsstück 33 beim Anwachsen des Fluiddruck-Unterschiedes
entlang des Ringkolbens 122 mit dem innerhalb des Verrohrungsgestänges unterhalb der Dichtung 32b herrschenden
höheren Druck in festeren Eingriff mit der Sonde kommt, so daß die Sonde durch diesen höheren Druck nicht nach oben
aus dem Verriegelungs-* Übergangs stück 33 herausgetrieben wird. Die Aufwärtsbewegung des Ringkolbens 142 in Längsrich
tung innerhalb des Gehäuses 140 ist begrenzt. Die Verrie-
gelungsnasen 143 können innerhalb der Fenster des Ringkolbens
lediglich eine Radialbewegung ausführen. Die obere Nockenhülse 144 kann sich wegen der Anschlagschulter 140d
nicht nach oben bewegen. Somit zwingt ein höherer Fluiddruck, der .entlang der durch die Abdichtlinie des Dicht-
rings 135 mit der Innenwand des Kolbens 142 und durch die
Abdichtlinie des Dichtrings 152 mit der Dichtfläche 140a des Gehäuses 140 begrenzten ringförmigen Fläche wirkt, den
Ringkolben 142 nach oben. Die nach oben gerichtete Kraft
nimmt die Verrxegelungsnasen 143 mit dem Ringkolben 142
35
nach oben mit, so daß die oberen äußeren Nockenflächen 143b der Verrxegelungsnasen gegen die untere Nockenfläche 144a
312363Q
- - 33 -
der Nockenhülse 144 gedrückt werden, wodurch die Verriegelungsnasen
noch fester nach innen in die Verriegelungsausnehmung 43e des Verriegelungsabschnitts 4 3c der Sonde 43
gedrückt werden. Wenn also der Druckunterschied entlang des Ringkolbens 142 zunimmt, wird auch der Eingriff der Verriegelungsnasen
mit der Sonde stärker.
Das Verriegelungs-Übergangsstück 33 ist mit einer Kupplung
160, die unterhalb der Dichtung 32b auf den Verriegelungsdorn 32 aufgeschraubt ist, auf dem Verriegelungsdorn befestigt.
Wie erwähnt, kann als Verriegelungsdorn 32 ein handelsüblicher Verriegelungsdorn Type X der Otis Engineering
Corporation verwendet werden. Der Verriegelungsdorn weist eine obere, röhrenförmige Lasche 161 auf, die an ihrem
unteren Ende mit einem verschiebbaren Reckdorn 162 verbunden ist, der, wie in den Figuren 2C und 2D dargestellt,
auf einem Hauptdorn 163 montiert ist. Der Hauptdorn 163 ist mit der Kupplung 160 verbunden und trägt die
Dichtung 32b. Mehrere radial ausfahrbare Verriegelungsansätze 164 sind in Fenstern 165 einer Haltebüchse 17Ö für
die. Verriegelungsansätze 164 montiert, die ihrerseits auf dem Hauptdorn Ί63 angeordnet ist. Jeder der Verriegelungsansätze 164 wird von einer Feder 171 nach außen gedrückt.
Die. Verriegelungsansätze 164 werden durch eine Abwärtsbewegung des Reckdorns 162 als Folge einer Abwärtsbewegung
der Lasche 161 ausgefahren und außen verriegelt. Wenn der Verriegelungsdorn 32 aus dem Hängebank-Nippel 31 entfernt
werden soll, wird der Reckdorn 162 durch eine Aufwärtsbewegung
der Lasche 161 angehoben und die Verriegelungsansätze 164 damit gelöst. Das obere Ende der Lasche 161 weist
■ eine innere, nach unten und innen abgeschrägte Stützschulter 162 auf, auf der der Haltering 44c der Stützvorrichtung
44 aufliegt, wenn die Sonde 43 in das Verriegelungs-Übergangsstück
33 eingeführt und mit diesem verriegelt ist. Ein
besonderer Vorteil des aufgrund des Gewindes einstellbaren Abschnittes der Sonde 43 ist die Möglichkeit, die Entfernung
zwischen dem Haltering 44c und dem unteren Verriegeln -J
r - 34 - I
lungsabschnitt der Sonde einzustellen und ihn an den Abstand
zwischen der Stützschulter 172 auf der Lasche 161 und den Verriegelungsnasen 143 im Verriegelungs-Übergangsstück
33 am unteren Ende des Verriegelungsdorns 32 anzupassen.
Typischerweise weisen, wie vorstehend erläutert, die äußeren Nockenflächen 143b des Verriegelurigs-Übergangsstückes
33 einen Neigungswinkel von 25° und die inneren Nockenflächen 143a einen Neigungswinkel von 55° auf, mit entsprechenden
Winkeln auf der Sonde und den Nockenhülsen 144. Die Feder 151 übt eine Kraft (Last) von etwa 335 N auf das
Betätigungsteil 150 aus. Ein derartiges Verriegelungsübergangsstück 33 erfordert eine nach unten gerichtete
Kraft von etwa 67N auf die Sonde 43, um die Sonde in die Verriegelungsstellung einzuführen, und eine nach oben gerichtete
Kraft von etwa y00N,um die Sonde auszulösen. In der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 wird eine
Ventilfeder 105 verwendet, bei der zum Zusammendrücken der Feder und zum Schließen des Ausgleichsventils eine Kraft
von etwa 111N erforderlich ist, und eine Stoßdämpferfeder 120,
bei der zum vollständigen Zusammendrücken zum Dämpfen (Abfangen) eines Stoßes durch die Einheit 41 eine Kraft von
etwa 670 N erforderlich ist.
. .
Der erste Schritt beim Betrieb des Systems in einem Bohrloch,
in dem die Verrohrung 30 und die Hängebank 31 vorgesehen sind, ist die Verbindung des Verriegelungs—Übergangsstückes
33 mit dem unteren Ende des Verriegelungsdorns 32, wie ausführlich anhand der Figuren 2D und 2E dargestellt,
und das "Landen" und Verriegeln des Verriegelungsdorns 32 in der Hängebank.31 in der Verrohrurig 30. Dieses Verfahren
wird auf übliche Weise durchgeführt, wobei eine Einbauvorrichtung mit der Lasche 161 des Verriegelungsdorns 32 in
Eingriff gebracht wird. Die mit einem Kabelstrang versehene Einbauvorrichtung und das Verfahren zum Betrieb dieser Vor-
L . J
. 1 richtung sind bekannt- Der jeweils verwendete Verriegelungsdorn
32 ist dadurch an die Hängebank 31 angepaßt, daß die Einbau- und Verriegelungsprofile der Verriegelungsnasen 32a
des. Verriegelungsdorns 32 an die inneren Profile der Hängebank bzw. des Hängebank-NippeIs 31 angepaßt sind. Durch Wahl
der geeigneten Kupplung 160 ist das Verriegelungs-übergangsstück,
wie in Figur 2D dargestellt, an einem Verriegelungsdorn
jeder beliebigen Größe und Form befestigbar.
Nach dem Einbau des Verriegelungsdorns 32 wird der Gerätezug
mit dem Meßgerät 32, dem Kupplungsstück 42, der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41, der Sonde 43 und der
Stützvorrichtung 44 zusammengebaut und mit der üblichen Einbauvorrichtung
am elektrischen Drahtstrang 35 in die Verrohrung 30 des Bohrloches abgesenkt. Während des Absenkens
des Geratezüges,ist die Äusgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41 ausgefahren,und das Ausgangsventil, wie in Figur 7 dargestellt, geöffnet. Das Gewicht der Sonde 43 zusammen
mit den damit verbundenen Teilen, wie der mit der Kraft der Ventilfeder 105 angekoppelten Ventil-Dorn-Einheit 104,
schiebt die Ventil-Dorn-Einheit 104 in eine untere Stellung innerhalb des Übergangskopfes 70 und der Gehäusehülse 71 der
Ausgleichsventil·- und Stoßdämferventil-Einheit 41, wie in Figur 7 dargestellt. Die Ventil-Dorn-Einheit 104 schiebt
sich nach unten, bis die Anschlagschulter 122a des Federanschlags 122 mit der inneren ringförmigen Anschlagschulter
71a innerhalb des mit einem .Innenflansch versehenen unteren ■
Endes der Gehäusehülse 71 in Eingriff kommt. In dieser Stellung der Ventil-Dorn-Einheit wird eine Umgehungs-Verbindung
(By-pass) von der Bohrung 111 radial nach außen durch die
Schlitze 112 und nach unten innerhalb der Schlitze vorbei am unteren Dichtring 115 in die Gehäusehülse 71 unterhalb
des unteren Endes des Gehäuses 74 oberhalb des spaltringförmigen Federanschlags 121 und nach außen durch die Seiten-
■
öffnungen 123 ausgebildet. Das untere Ende der Bohrung 111
steht mit dem Durchfluß 132 der Sonde 43 in Verbindung,
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- 36 -
der sich durch das untere Ende der Sonde hindurch erstreckt, so daß eine Fluidströmung (By-pass) von.unterhalb
der Sonde durch die gesamte Länge der Sonde und die Ventil-Dorn-Einheit nach außen durch die Seitenöffnungen 123
der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 ausgebildet wird. Dadurch wird das Absenken des Gerätezuges
unterstützt und das Einbringen der Sonde in eine abgedichtete, verriegelte Stellung innerhalb des Verriegelungs-Übergangsstückes
33 ermöglicht, wie in den Figuren 2D und 2E dargestellt. Wenn sich·die Ventil-Dorn-Einheit nach
unten schiebt, ermöglichen die Seitenöffnungen 92 der Einheit 41 das Einströmen von Fluiden in die durch die Bohr—
abschnitte 85 und 90 innerhalb des Übergangskopfes 70 begrenzte Kammer am oberen Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104.
Wie in Figur 7 dargestellt, bleibt die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 geöffnet, bis die Sonde vollständig
in das Verriegelungs-Übergangsstück 33 eingeführt und darin verriegelt ist, weil zum Zusammendrücken der Feder
105 eine Kraft von etwa 111N erforderlich ist, während zum Einführen des Verriegelungsabschnitts 43c der Sonde in
eine vollständig verriegelte Stellung, wie in den Figuren 2D und 2E dargestellt, eine Kraft von nur etwa 67N erforderlich
ist. Der Verriegelungsabschnitt der Sonde wird durch die Bohrung des Verriegelungsdorns 32 in die Bohrung des
Verriegelungs-übergangsstückes 33 innerhalb der Verriegelungsnasen 143 dieses Übergangsstückes eingeführt. Die konische
Nockenfläche 43d am unteren Ende der Sonde kommt mit den Innenflächen der Verriegelungsnasen 143 in Eingriff und kämmt
die Nasen, wie in Figur 9 dargestellt, nach außen, wodurch die Sonde nach unten geführt werden kann, bis die Verriegelungsnasen
143 mit der Verriegelungs-Ausnehmung 43e der Sonde
ausgerichtet sind. Das Ausfahren der Verriegelungsnasen 143 bewirkt, wie aus Figur 10 ersichtlich, daß die Nockenflächen
143b der Verriegelungsnasen entlang der Nockenflächen
144a und 145a der Nockenhulsen 144 bzw. 145 nach außen gleiten. Zu dieser Auswärtsbewegung der Verriege-
L _J
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lungsnasen zwischen den Hülsen 144 und 145 muß die untere
Hülse 145 gegen die Kraft der Feder 151 nach unten bewegt
werden, weil die obere Hülse 144 durch die Anschlagschulter
14Od gegen eine Aufwärtsbewegung gesichert ist. Das die Hülse 145 tragende Betätigungsteil 150 wird soweit nach
unten gedrückt und drückt dabei die Feder 151 zusammen, daß die Verriegelungsnasen 143 vollständig nach außen ausfahren
können, so daß der Verriegelungsabschnitt 43c der Sonde 43 innerhalb der Nasen passieren kann, bis die Ausnehmung
43e des Verriegelurigsabschnitts 43 mit den Nasen 143 ausgerichtet ist. Die nach oben auf das Betätigungsteil
150 wirkende Kraft der Feder 151 hebt die Nockenhülse 145 gegen die obere Hülse 144 und drückt die Verriegelungsnasen
143 nach innen in die in den Figuren 2D und 10
'° dargestellten Verriegelungsstellungen zurück.
Während des normalen Einbaus des Systems wirkt die Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41 nicht als Stoßdämpfer. Wenn jedoch eine größere als die normale, nach
unten gerichtete Kraft auf das System ausgeübt wird, was beispielsweise als Folge eines zu raschen Absenkens des
Gerätezuges auftreten kann, wobei sich der Gerätezug einschließlich des Meßgerätes 34 und des KupplungsStückes 42
beim Auftreffen auf den Verriegelungsdorn 32 nach unten zusammenschiebt,
bewegt sich der Übergangskopf 70 zusammen mit der Gehäusehülse 71 nach unten, während die Sonde 43
mit der an der Sonde befestigten Ventil-Dorn-Einheit 104 durch den Eingriff des Halterings 44c mit der Stützschulter
172, wie in Figur 2C dargestellt, gegen eine Abwärtsbewegung
gesichert ist. Der Ubergangskopf 70 und die Gehäusehülse
71 bewegen sich solange nach unten, bis der untere Rand 71b der Gehäusehülse 71 mit dem oberen Rand 130a des
Kopfteils des oberen Sondenabschnittes 43a in Eingriff
kommt. Durch die Abwärtsbewegung des Übergangskopfes 70 und
der Gehäusehülse 71 drückt der untere Rand des Gehäuseteiles 74a den spaltringförmigen Federanschlag 121 nach unten
r π
gegen die Stoßdämpfungsfeder 120. Die Teile des Spaltringes
bewegen sich entlang des verjüngten Abschnittes bzw. der Ausnehmung 104d der Ventil-Dorn-Einheit 104 nach unten,
wie in Figur 8 dargestellt. Die Stoßdämpfungsfeder 120
nimmt somit die Stoßbelastung auf und schützt das Meßgerät 34 vor einer Stoßbeschädigung.
Ein Hauptgrund für die erheblichen Anforderungen an die zum Auslösen der Sonde aus dem Verriegelungs-übergangstück
33 erforderliche Last (Kraft) liegt darin, daß die richtige Verriegelung der Sonde für das Bedienungspersonal des
Systems vor den weiteren Schritten des Einbaus gewährleistet sein muß. Bei diesen weiteren Schritten könnte ein Druckunterschied
entlang des Systems auftreten, durch den die Sonde wieder durchdas Bohrloch hochgetrieben wird. Die wesentlich
größere zum Auslösen der Sonde erforderliche Kraft, wie die vorstehend erläuterten 900N, erlaubt es dem Bedienungspersonal,
eine hinreichend große, an der Oberfläche
2Q zu messende Kraft nach oben auf den Drahtstrang auszuüben,
um sicherzustellen, daß die Sonde 43 richtig verriegelt ist. Wenn eine derartige, nach oben gerichtete Kraft auf
den Drahtstrang 35 ausgeübt wird, wird die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit in eine Stellung zusammengeschoben,
die von der in Figur 7 dargestellten bis zu der in Figur 11 dargestellten Stellung, in der die Stoßdämpfungsfeder
120 nach oben zusammengedrückt ist, reichen kann. Wenn die nach oben gerichtete Kraft zum Prüfen der Sondenverriegelung
kleiner ist als die zum Zusammendrücken der Stoßdämpfungsfeder 120 erforderliche Kraft, schiebt sich
das System in die in Figur 7 dargestellte Stellung zusammen. Nach dem richtigen, vorstehend beschriebenen "Landen"
können gegebenenfalls die Messungen mit dem Meßgerät 34 durchgeführt werden. Wenn beispielsweise der Druck in
einem Bohrloch gemessen werden soll, das als Förderbohrloch bei der Sekundär- Gewinnung verwendet werden soll,
L J
- 39 -
wird der Druck in der Lagerstätte im Pumpbohrloch bzw. in
den Pumpbohrlöchern erhöht, während die Messungen dann mit dem erfindungsgemäßen System im Förderbohrloch, in dem das
System eingebaut ist, durchgeführt werden. Der Druck innerhalb des Bohrlochs wirkt nach oben durch den Durchfluß 132
der Sonde" 4 3., durch die Bohrung 111 der Ausgleichsventil- und Stoßdämpf er-E.inheit 41 und nach außen durch die radialen
Schlitze 112 in den ringförmigen Raum (Durchfluß 113 zwischen der Ventil-Dprn-Einheit 104 und dem Gehäuse 74. Der
"Ό Druck breitet sich in dem ringförmigen Durchfluß 113 nach
oben in die Ringkammer 81 im Übergangskopf 70 entlang der ebenen Oberfläche 103 aus, wie in Figur 3 dargestellt, und
danach nach oben entlang der Ringkammer 81 in die radialen öffnungen ÖO und zur Längsbohrung 60 im KupplungSstück 42,
1^ und schließlich ins Meßgerät 34. Eine derartige Druckausbreitung
wird durch die Tatsache ermöglicht, daß das Ausgleichsventil geschlossen ist, wenn das Gewicht des Gerätezuges
nach Abschluß der Verriegelung der Sonde im Verriegelungs-Übergangsstück
33 auf dem Verriegelungsdorn 32 auf-
liegt. Das Gewicht des Gerätezuges oberhalb der Ausgleichsventil- μηφ Stoßdämpfer-Einheit 41 reicht zum Zusammendrücken
der Ventilfeder 105 aus, wodurch das Ausgleichsventil und der Stoßdämpfer in den in den Figuren 2A und 2B dargestellten
Zustand gebracht werden, in dem die Schlitze 112 des
Ventils sich in Längsrichtung zwischen der oberen O-Ring-Dichtung
102 und dem unteren Dichtring"115 erstrecken. Dadurch
wird die Druckausbreitung auf den ringförmigen Durchfluß 113 beschränkt, durch den sich der Druck, wie beschrieben,
nach oben ausbreitet.
30
30
Wie vorstehend in Verbindung mit der Beschreibung des Verriegelungs-Übergangsstückes
33 ausführlich erläutert, werden durch eine Druckdifferenz entlang des Ringkolbens 142
des Verriegelungs-Übergangsstückes 33 der Ringkolben 142
und die Verriegelungsnasen 143 nach oben gedrückt und üben dabei aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Nockenflächen
- 40 -
144a der oberen Nockenhülsen 144 und den oberen äußeren Nockenflächen 143b der Verriegelungsnasen 143 eine radiale,
nach innen gerichtete Kraft auf alle Verriegelungsnasen aus. Je größer die Druckdifferenz ist, umso stärker ist der Eingriff
zwischen dem Verriegelungs-übergangsstück 33 und der Sonde 34. Dadurch kann, obwohl die Sonde von einer Kraft
in der Größenordnung von etwa 900N, abhängig von der speziellen Ausgestaltung von Sonde und Verriegelungs-übergangsstück,
vom Verriegelungs-Übergangsstück gelöst werden kann, ein Druck im Bohrloch unterhalb des Verriegelungs-übergangsstückes
wesentlich größere Drücke (Kräfte) auf bzw. über das Verriegelungs-Ubergangsstück und die verriegelte Sonde
ausüben, ohne daß die Sonde gelöst und nach oben getrieben wird. Der Grund liegt darin, daß der Eingriff zwischen dem
Verriegelungs-Übergangsstück und der Sonde in direkter Abhängigkeit
von der Zunahme der über den beiden Teilen liegenden Druckdifferenz ebenfalls stärker wird.
Nach der Durchführung der Messungen durch das Meßgerät 34 und gegebenenfalls deren Aufzeichnung durch das Meßgerät
40 an der Oberfläche kann das erfindungsgemäße System wieder aus dem Bohrloch entfernt werden. Am Bohrlochkopf 23
wird eine Kraft nach oben auf den Drahtstrang 35 ausgeübt, der das Meßgerät 34, das Kupplungsstück 42, den übergangskopf
70 und die Gehäusehülse 71 der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 anhebt. Da die Sonde 43 und die
Ventil-Dorn-Einheit 104 der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41 aufgrund der Verriegelung der Sonde 43 mit dem Verriegelungs-Ubergangsstück 33 gegen eine Aufwärtsbewegung
gesichert sind, bzw. festgehalten werden, wird die Einheit 41 zunächst in den in Figur 7 dargestellten Zustand
zusammengeschoben. Danach kommt die Anschlagschulter 71a mit
der Anschlagschulter 122a des Federanschlags 122 in Eingriff, wodurch der Federanschlag 122 angehoben und die Stoßdämpferfeder
120 gegen den spaltringförmigen Federanschlag 121 am oberen Ende der Stoßdämpferfeder gedrückt wird. Der
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312363Q .
γ ι
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Federanschlag 121 kann sich wegen seines Eingriffs mit der
Anschlagschulter 104e nicht auf der Ventil-Dorn-Einheit nach oben bewegen. Figur 11 zeigt die Relativstellung der
. verschiedenen Teile der Ausgleichsventil- und StoßdämpferEinheit
41, nachdem die Stoßdämpfungsfeder 120 erheblich zusammengedrückt wurde. Der Federanschlag 122 wird solange
gegen die Stoßdämpferfeder 120 angehoben, bis seine obere Kante mit dem unteren Rand bzw. dem Flansch 121a des Federanschlags 121 in Eingriff kommt/ wodurch die Ventil-Dorn-10
Einheit 104 mitgenommen und dadurch eine Kraft nach oben auf die Sonde 43 ausgeübt wird. Wenn die Kraft den erforderlichen
Wert, beispiels 900N, übersteigt, klemmt der Verriegelungsabschnitt 43c am unteren Ende der Sonde 43 die
Verriegelungsnasen 143 nach außen in die in Figur 9 dargestellten Stellungen und gibt damit die Sonde frei. Wie
aus den Figuren 7 und Π zu entnehmen, ist die Ventil-Dorn-Einheit
104 während des gesamten Hochziehens der Sonde in geöffneter Stellung. Dadurch ist das Ausgleichsventil geöffnet
und der mittlere Durchfluß 132 der Sonde mit den 20
Seitenöffnungen 123 verbunden, wodurch der Druck entlang und über die Sonde ausgeglichen wird, während sie aus
ihrer abgedichteten, verriegelten Stellung im Verriegelungs-übergangsstück
33 hochgezogen wird. Durch die nach oben gerichtete Zugkraft auf den Gerätezug neigt die Sonde
nach überwinden des ihrer Aufwärtsbewegung entgegengesetzten Verriegelungs- und Reibungswiderstandes dazu, sich
ruckartig aufwärtszubewegen bzw. hochzuschnappen, wodurch die Ventil-Dorn-Einheit nach oben sowohl gegen die Ventilfeder
105 als auch gegen die Stoßdämpfungsfeder 120 verschoben
wird, und zwar solange, bis die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 in die in Figur 8 dargestellte
Stellung zusammengeschoben ist· Dabei steht die Schulter am oberen Rand T30a der Sonde 43 mit der nach unten gerichteten
Anschlagschulter am unteren Rand 71b der GehäusehüT-se
71 der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 in
L ■ J
Γ - 42 -
Eingriff, wodurch die Aufwärtsbewegung begrenzt wird. Die Energieabsorptions-C.harakteristik der beiden Federn 105
und 120 schützt somit das Meßgerät 34 vor einer Stoßbeschädigung aufgrund der durch die ruckartige Aufwärtsbewegung
der Sonde wirkenden Kraft. Danach zieht das Gewicht der Son de und der mit ihr verbundenen Teile die Sonde und diese
Teile wieder nach unten in die in Figur 7 dargestellten Stellungen, in denen das Ausgleichsventil geöffnet ist,
während der Gerätezug im Bohrloch nach oben gezogen wird.
Wegen des teleskopartigen Aufbaus der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 ist eine Fluidströmung durch
die Seitenöffnung 92 in die und aus den Teilen der Bohrung lochs um das obere Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104 möglich.
Somit können während der Aufwärtsbewegung der Ventil-Dorn-Einheit alle Fluide in diesen Bohrungsteilen
durch die Seitenöffnung 92 ausgestoßen werden.
Nach dem Entfernen des Gerätezuges einschließlich der Sonde 43 aus dem Verriegelungsdorn 32 kann der Verriegelungs-
20■ dorn mit dem damit verbundenen Verriegelungs-übergangsstück
33 aus dem Nippel 31 der Hängebank entfernt werden. Dabei werden übliche Verfahren.und Vorrichtungen unter Verwendung
eines Drahtstranges angewandt, um einen Eingriff mit dem Verriegelungsdorn 32 an der Lasche 161 herzustellen
und den Verriegelungsdorn durch Hochziehen der Lasche 161 zu lösen, wobei sich die Verriegelungsansätze 164 nach
innen zurückziehen können. Das Entfernen des Verriegelungsdorns 32 versetzt das Bohrloch wieder in den ursprünglichen
Zustand.
Eine erfindungsgemäßa Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41A ist in den Figuren 12 bis 16 dargestellt. Die
Einheit 41A führt die gleichen Funktionen als Ausgangsventil und Stoßdämpfer durch wie die zuvor beschriebene
Einheit 41. Bei der Einheit 41 werden die ineinander verschiebbaren Teile der Einheit durch die Anordnung
der Federn derart verschoben, daß das Ausgleichsventil geöffnet wird. Im Gegensatz dazu werden bei der Einheit
- 43 -
41Α die ineinander verschiebbaren Teile der Einheit durch
die Federn derart verschoben, daß das Ausgleichsventil geschlossen wird und dadurch eine zusätzliche Kraft vorgesehen
ist, um das Ventil gegen die Fluidströmung geschlos-
sen zu halten. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der Gerätezug
einschließlich der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A in einem Bohrloch "gelandet" und verriegelt
wird, in dem Flüssigkeit rund um den Gerätezug nach oben
strömt. Unter- dieser besonderen Einsatzbedingung ist es schwierig, die Einheit 41 zur Ermöglichung einer By-pass
Strömung zu öffnen und die Ventil-Dorn-Einheit 104 und das
Gehäuse dieser Einheit in entgegengesetzten Richtungen wieder zu schließen, da beim Schließen des Ventils der Federkraft
zusätzlich zum Widerstand der Fluidströmung entgegengewirkt werden muß.
Die Feder der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A
zwingt das Ventilgehäuse nach unten in eine Stellung, in der das Ventil geschlossen ist und macht dadurch die Feder-
kraft zusammen mit dem Gewicht des Gerätezuges verfügbar, um den Gerätezug zum Schließen des Ventils gegen die Flüssigkeitsströmung
wieder nach unten abzusenken.
Mit Ausnahme einiger Teile sind die Teile der Ausgleichs-
ventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A mit denjenigen der vorstehend beschriebenen Einheit 41 vollständig oder im wesentlichen
identisch. Die identischen Teile werden nachstehend mit den gleichen, vorstehend verwendeten Bezugszeichen versehen,
während die Bezugszeichen der lediglich im wesentli-30
chen identischen Teile mit dem Zusatz "A" versehen werden.
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit 41A von Figur
ist eine ineinanderschiebbare Einheit, die wie die Einheit
mehrere Relativstellungen der ineinanderschiebbaren Teile 35
in Längsrichtung einnehmen kann, um ihre Funktionen als Ausgleichsventil
und Stoßdämpfer zu erfüllen. Die Einheit 41A
weist eine äußere Röhre mit der Ventilführung bzw. dem Verteiler 72, dem Gehäuse (Büchse) 74 und der Gehäusehülse 71
auf, die an ihrem oberen Ende mit dem unteren Abschnitt des Gehäuses 74 verschraubt ist. Der Verteiler 72 weist am oberen
Ende eine sich nach oben öffnende Blindbohrung 75 auf, durch die das obere Ende der Einheit 41A mit den radialen
öffnungen 80 in Verbindung steht, die ihrerseits in die Ringkammer 81 zwischen dem Gehäuse 74 und dem verjüngten
Abschnitt der Außenwand des Verteilers 72 münden. Wie vor- ^ stehend anhand der Einheit 41 beschrieben, erstreckt sich
die Ringkammer 81 innerhalb des Gehäuses 74 bis an das untere Ende des Verteilers 72 und ermöglicht eine Aufwärtsströmung
um den Verteiler 72 in der Ringkammer 81 zu den radialen öffnungen 80. Der Verteiler 72 und das Gehäuse 74
sind miteinander verschweißt, und es ist eine Seitenöffnung 92 zur Bohrung 90 vorgesehen, so daß beim Betrieb des Ventils keine Fluide eingeschlossen werden können, die das
teleskopartige Ineinanderschieben der Teile der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A·behindern würden. Inner-
halb des unteren Abschnitts des Verteilers 72 ist eine O-Ring-Dichtung 102 angeordnet, die eine fluiddichte Abdichtung
gegen den oberen Abschnitt der Ventil-Dorn-Einheit 104A ausbildet, so daß eine Fluidströmung nach oben
entlang des Ventils innerhalb des Gehäuses 74 in die Ring-
kammer 81 umgeleitet wird, die mit den in die obere mittlere
Bohrung 75 führenden radialen öffnungen 80 in Verbindung steht. Die Ventil-Dorn-Einheit 104A ist in die Hülse des Gehäuses
74 einschiebbar und dient dabei einerseits als Ventil und überträgt andererseits Längskräfte während der Funk-
tion der Einheit 41a als Stoßdämpfer. Der obere Abschnitt der Ventil-Dorn-Einheit 104A gleitet innerhalb der Bohrung
des Verteilers 72. Die oberhalb des Ventils in der Bohrung 90 eingeschlossenen Fluide . können durch die Seitenöffung
entweichen und behindern dadurch den Betrieb des Ventils
nicht. Die Ventil-Dorn-Einheit 104A weist radiale Schlitze
112 von der mittleren Bohrung 111 durch die Wand der Ventil-
L ' J
r . ■ . . ■
- 45 -
' Dorn-Einheit 1Ο4Α auf. Wenn sich das Ventil in der offenen
Stellung von Figur 12 befindet, fließt die Umgehungs-(Bypass-)
Strömung von der mittleren Bohrung 111 durch die Schlitze 112 nach außen und verläßt die Einheit 41A durch
die Seitenöffnung 123 der Gehäusehülse 71. Unterhalb der
Längsschlitze 112 ist ein spaltringföritiiger oberer Federanschlag
121 um die-Ventil-Dorn-Einheit 104A angeordnet.
Das obere Ende der Stoßdämpfungsfeder 120A steht mit der
unteren Fläche des Federanschlags 121 in Eingriff. Das
^ untere Ende der Feder 12OA steht mit der oberen Endfläche
eines röhrenförmigen Federanschlags (Puffers) 122A in Eingriff, der verschiebbar um die Ventil-Dorn-Einheit 104Ά gepaßt
ist und einen verbreiterten Kopfabschnitt aufweist, der mit einem am unteren Abschnitt der Gehäusehülse 71 ausgebildeten
inneren Flansch 71A in Eingriff bringbar ist, und damit die Abwärtsbewegung des Puffers innerhalb des
Gehäuses begrenzt. Der Puffer erstreckt sich unter das untere Ende der Gehäusehülse 71 und ist in seiner Funktion
als Stoßdämpfer mit dem Kopfteil der Kupplung 130 in Ein-
griff bringbar. Wie in Figur 13 dargestellt, weist der
Puffer 122A gegenüberliegende Fenster 122B in Längsrichtung
auf. In jedem Fenster 122B ist ein Verschlußlager 122C angeordnet.
In einem Fenster 122E in jedem der Verschlußlager
122C ist ein radial beweglicher Verschlußzapfen 122D ange-
ordnet. Der Innenteil jedes der Verschlußzapfen 122D ist
mit einem in der Ventil-Dorn-Einheit 104A ausgebildeten äußeren, ringförmigen Zapfenaufnehmer 104B in Eingriff
bringbar. Der Außenteil jedes der Verschlußzapfen. 122B ist
mit einem inneren Zapfenaufnehmer 71A im unteren Ende der
Gehäusehülse 71 in Eingriff bringbar. Die Fenster 122B des Puffers sind in Längsrichtung länger als die Verschlußlager
122C, so daß der Puffer in Längsrichtung unabhängig von den
Verschlußlagern 122C und den Verschlußzapfen 122D beweglich
ist«, Dadurch kann die Stoßdämpfung durch die Feder 120A
'
erfolgen, ohne daß sich Verschlußzapfen und Verschlußlager
bewegen. Durch die Verschlußzapfen 122D läßt sich die Ven-
til-Dorn-Einheit 104A während des Einbaus eines Gerätezuges
einschließlich der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A in ein Bohrloch in einer Mittelstellung in Längsrichtung
verriegeln, in der die Schlitze 112 des Ausgleichs-Ventils
teilweise geöffnet sind- Der Zapfenaufnehmer 104B
weist am oberen Ende eine nach oben und außen abgeschrägte Nockenfläche zum Ausfahren der Verschlußzapfen 122D auf, so
daß die Verschlußzapfen nach dem Einbringen des Gerätezuges
und dem Schließen des Ausgleichsventiles aus den in Figur 12 dargestellten Verriegelungsstellungen gelöst werden können.
Die Feder. 120A dient sowohl als Stoßdämpferfeder als auch als Rückholfeder, um das Ausgleichsventil durch Ausüben einer
Längskraft zwischen der Ventil-Dorn-Elnhelt 104A und der auf
die Einheit 104A teleskopartig nach unten strebenden Gehäuse
hülse 71 geschlossen zu halten.
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A ist vor
dem Einbringen eines Gerätezuges in ein Bohrloch in der glei
chen Weise wie die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit
41 mit dem Gerätezug verbunden. Die Ventil-Dorn-Einheit 1O4A
der Einheit 41Awird in die Einbausteilung gebracht, in der das Ausgleichsventil, wie in Figur 12 dargestellt, teilweise
geöffnet ist. Durch Verändern der Längsstellung der Ven-25
til-Dorn-Einheit 104A innerhalb des Gehäuses werden die Verschlußzapfen
122D mit dem Zapfenaufnehmer 104B um die Ventil-Dorn-Einheit 104A und mit dem Zapfenaufnehmer 71B der
Gehäusehülse 71 ausgerichtet. Danach wird ein Werkzeug, wie
ein Schraubenzieher, durch die Löcher 71C in die Gehäusehül-30
se 71 eingeführt, um die Verschlußzapfen.122D nach innen zu
drücken, bis die Innenteile der Zapfen mit dem Zapfenaufnehmer 104B auf der Ventil-Dorn-Einheit 104A in Eingriff
kommen und damit die Einheit in der Einbaustellung verriegeln. Die Feder 120A ist hinreichend stark zusammengedrückt,
um die Ventil-Dorn-Einheit 104A und die Gehäusehülse 71 mit ausreichender Kraft zum Festhalten der Zapfen 122D in der
Ψ- 1
Γ _ 47 -
inneren Verriegelungsstellung in unterschiedliche Richtungen
zu pressen. Die untere Endfläche des Zapfenaufnehmers 1O4B
stellt einen festen .Anschlag dar, der die Verschlußzapfen
122D nicht nach außen .kämmt, so daß diese verriegelt bleiben,
bis die Gehäusehplse zum Lösen der Verschluß zapfen angehoben
wird» Während sich die Einheit 41A in der" in Figur 12 dargestellten,
verriegelten, teilweise geöffneten Einbaustellung befindet, wird der Gerätezug in das Bohrloch abgesenkt, wobei
die im Bohrloch befindlichen Fluide in der mittleren
Bohrung 111 der Ventil-Dorn-Einheit 1O4A durch den Gerätezug
nach oben fließen. Die Fluide in der mittleren Bohrung 111
fließen durch die Schlitze 112 nach außen und nach unten in
die Gehäusehülse 71 oberhalb des oberen Federanschlags 121;
danach, verlassen die Fluide die Gehäusehülse durch die Seitenöffnungen
123. Die Fluide können auch in der Ringkammer .81 um die Ventil-Dorn-Einheit nach oben fließen, danach durch
die radialen Öffnungen 80 und durch die Bohrung 75 nach oben die Einheit verlassen. Der Gerätezug kann auf diese Weise
mühelos in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch abgesenkt werden, während die Flüssigkeit bzw. die Fluide durch
die Ventil-Dorn-Einheit 41A geleitet werden (By-pass).
Wenn der. Gerätezug, wie vorstehend beschrieben,· im Bohrloch
"gelandet1 und verriegelt ist, wird die Ausgleichsventil-urid
Stoßdämpfer-Einheit 41A aus der Verriegelungsstellung
von Figur 12 gelöst, bevor das Ausgleichsventil vollständig geschlossen wird, wobei die Fluide nur durch die
Einheit 41A zur Bohrung 75 am oberen Ende dieser Einheit
fließen können und nicht durch das Ausgleichsventil. Durch
eine nach oben gerichtete Kraft auf den Gerätezug werden der Verteiler 72 und der Übergangskopf 70 relativ zur Ventil-Dorn-Einheit
104A angehoben, die durch die Verbindung der Sonde mit dem Verriegelungsdorn 32, wie in den Figuren 1 und
2D dargestellt, gegen eine Aufwärtsbewegung gesichert ist.
Das untere Ende der Feder 120A drückt den Puffer 122A nach
unten und übt damit eine nach unten gerichtete Kraft über
L -J
die Verschlußlagcr 122C auf die Verschlußzapfen 122D auf,
die mit der unteren Fläche des Zapfenaufnehmers 71B der
Hülse 71 in Eingriff stehen. Die Aufwärtsbewegung des Gehäuses 74 einschließlich der Hülse 71 hebt die Verschlußzapfen
122D, die Verschlußlager 122C und den Puffer 122A
relativ zur Ventil-D.ofn-E.inheit 104A an, so daß die Ver—
schlußzapfen 122D von den Nockenflächen am oberen Ende des Zapfenaufnehmers 104B in der Außenfläche der Ventil-Dorn-Einheit
104A nach außen gekämmt werden. Wenn die Verschlußzapfen
vollständig aus dem Zapfenaufnehmer 104B nach außen gekämmt (mitgenommen) sind, kommt daa Gehäuse frei und bewegt
sich auf der Ventil-Dorn-E.inheit 104A teleskopartig nach oben und drückt dabei die Feder 12OA in die in Figur
14 dargestellte Stellung zusammen, in der das By-pass-Ventil der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit vollständig
geöffnet und die Feder 120A vollständig zusammengedrückt sind. Die Hubkraft wird danach weggenommen, so
daß sich die Feder 120A ausdehnen und dabei eine nach unten
gerichtete Kraft auf die " Geräte oberhalb der
nn
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A ausüben kann,
so daß sich das Gehäuse 74 zusammen mit dem Puffer 122A, den VerSchlußzapfen 122D und den Verschlußlagern 122C
teleskopartig nach unten in die in Figur 15 dargestellte Stellung bewegt. Der Kopf 70 mit dem Gehäuse 74 bewegt sich
25
über das obere Ende der Ventil-Dorn-E.inheit 104A hinaus nach unten in die in Figur 15 dargestellte Stellung, in
der der vom Gehäuse aufgenommene Dichtring 115 sich unterhalb der Schlitze 112 befindet, wodurch die Schlitze 112
von den By-pass-Seitenöffnungen 123 abgetrennt werden,
30
während sie gleichzeitig entlang des oberen Abschnitts der Ventil-Dorn-Einheit mit der Ringkammer 81 verbunden werden.
Die Ringkammer 81 führt zu den radialen Öffnungen 80/· die
mit der oberen mittleren Bohrung 75 des Ventils in Verbindung stehen, so daß das By-pass-Ventil geschlossen und
35
eine Verbindung mit der mitbleren Bohrung 75 am oberen
Ende der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41Aaus-
L- J
Γ - 49 -
gebildet wird. Beim Verschieben der einzelnen Teile der
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A zwischen der
gelösten, vollständig geöffneten Stellung von Figur 14 und der geschlossenen Stellung, von Figur 15 bewegen sich die
Verschlußzapfen i22D mit dem Gehäuse aus einer Stellung
oberhalb des Zapfenaufnehmers 1O4B nach unten in eine
Stellung unterhalb des Zapfenaufnehmers 1O4B. Die Verriegelungszapfen
122D bewegen sich nicht nach innen in die Ausnehmung bzw. den Zapfenaufnehmer 1O4B, weil sie zwischen
den oberen Enden der Fenster 122E der Verschlußlager 122C und dem unteren Ende des Zapfenaufnehmers 71B in der Hülse
71 eingeklemmt sind. Sobald die verriegelte Einbaustellung von Figur 12 gelöst ist, können die Verschlußzapfen 122D
nicht mehr wieder verriegelt werden. Die einzige Möglich-
1S keit, die Verschlußzapfen wieder zu verriegeln, besteht
darin, die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A
zur Oberfläche zu schaffen, wo ein durch die Löcher 71C eingeführtes
Werkzeug zum erneuten Verriegeln der Verschlußzapfen verwendet wird.
Falls aus irgendeinem Grunde das By-pass-Ventil wieder geöffnet
werden soll, wird eine Kraft nach oben auf den Gerätezug oberhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41A ausgeübt, wodurch der Kopf 70 mit Gehäuse 74 wieder
nach oben in die Stellung von Figur 14 angehoben wird, in der die Schlitze 112 mit den Seitenöffnungen 123 des
Ausgleichsventils in Verbindung stehen. Danach wird die Feder 120A zusammengedrückt, so daß sich die Feder nach dem
Wegnehmen der Hubkraft ausdehnt und das Gehäuse wieder nach unten in die Stellung von Figur 15 bewegt wird, in
der das Ausgleichsventil wieder geschlossen ist. Da die Feder 120A eine nach unten gerichtete Schließkraft ausübt,
kann das Ausgleichsventil sogar in Gegenwart nach oben strömender Flüssigkeit im Bohrloch geöffnet und wieder geschlossen
werden.
L \ -J,
Figur 16 zeigt den Betriebszustand der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A beim Aufnehmen eines Stoßes,
beispielsweise wenn der Gerätezug aus dem Bohrloch gezogen wird und das Verriegelungssystem plötzlich gelöst wird, wobei
der dadurch ausgelöste Rückstoß den Gerätezug ruckartig nach oben bewegt. Das gesamte Gehäuse mit dem oberen Federanschlag
121, den Verschlußzapfen 122D und den Verschlußlagern 122D kann in Längsrichtung fest bleiben. Die Ventil-Dorn-Einheit
104A bewegt sich nach oben in die in Figur 16
dargestellte obere Endstellung. Durch die Aufwärtsbewegung der Ventil-Dorn-Einheit kommt das obere Ende der Kupplung
130 mit der unteren Kante des Puffers 122A in Eingriff, drückt den Puffer nach oben und hebt das untere Ende der Feder
120A an, wodurch die Feder zusammengedrückt wird, bis sich die verschiedenen Teile in den in Figur 16 dargestellten
Stellungen befinden. Da die Fenster 122B des Puffers wesentlich länger sind als die Verschlußlager 122C, kann sich der
Puffer nach oben bewegen und die Feder zusammendrücken, während die Verschlußzapfen 122D und die Verschlußlager 122C
wegen des Eingriffs der Verschlußzapfen mit dem Zapfenaufnehmer 71B des Gehäuses in Längsrichtung festgehalten werden.
Die nach oben gerichtete Kraft auf die Kupplung 130 wird über den Puffer auf die sich zusammendrückende Feder ausgeübt,
so daß die Feder den Stoß aufnimmt und die Geräte, beispielsweise die im Gerätezug oberhalb der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit angeordneten Meßinstrumente, schützt.
Das System wurde vorstehend beispielsweise mit einem Meßgerät 34 zur Druckmessung beschrieben. Selbstverständlich
können aber auch andere Betriebszustände des Bohrloches gemessen werden, beispielsweise die Fluid-Strömungsrate? Dabei
kann ein Meßgerät, verwendet werden, das oberhalb des Meßgerätes eine Fluidströmung zurück in die Verrohrung 30 und in der
Verrohrung an die Oberfläche ermöglicht.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41B ist in den Figuren 17 bis 21 dargestellt. Diese Einheit erfüllt die gleichen Funktionen als Ausgleichsventil und Stoßdämpfer wie
die vorstehend beschriebenen Einheiten 41 und 4IA. Die Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfereinheit 41B ist unter Federdruck geöffnet, so daß das Ventil beim Einbringen der Einheit
in ein Bohrloch innerhalb eines Gerätezuges geöffnet bleibt, bis der Gerätezug, wie vorstehend erläutert, im Bohrloch
"gelandet" und verriegelt ist. Durch den Aufbau der Einheit 41B wird sichergestellt, daß das Ausgleichsventil beim Einfahren
der Sonde 43 in das Verriegelungs-Übergangsstück 33 geöffnet bleibt. Das Ventil wird beim Anheben des Gerätezuges
geschlossen, um Druckmessungen und dergleichen vornehmen zu können und kehrt in die geöffnete Stellung zurück, sobald
die Hubkraft weggenommen wird, wobei die Feder zusammen mit dem Gewicht der darüberliegenden Geräte das Gehäuse wieder
über das Ventil nach unten drückt und das Ausgleichsventil wieder öffnet. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
kann dabei sowohl während des Einbaus als auch während der Entnahme des Gerätezuges ein Stoß aufgenommen
werden. Sowohl die nach oben als- auch die nach unten gerichteten Stoßkräfte werden von der Feder der Einheit auf-•
genommen (gedämpft), die das Ventil betätigt und als Stoßdämpfer
dient.
In Figur 17 ist die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41B in der geöffneten Stellung dargestellt. Sie weist
einen Übergangskopf 200, ein Gehäuse-Kupplungsteil 202 und eine Stoßdämpferfeder-Führung 203 auf. Die Kopf- und Gehäuseteile
der Einheit passen teleskopartig über eine Ventil- - Dorn-Einheit 204 und sind in Längsrichtung darauf beweglich.
Die Ventil-Dorn-Einheit 204 und die Kopf- und Gehäuseteile
200, 202 und 203 sind unter Federspannung durch eine Feder 205, die auch als Stoßdämpfer dient, miteinander gekoppelt.
Die Feder drückt den Kopf 200, das Gehäuse 202 und die Feder-
L J
führung 203 auf der Vefitil-Dorn-Einheit 204 teleskopartig
nach unten bis in die in Figur 17 dargestellte Stellung mit geöffnetem Ventil. Der Kopf 200, das Gehäuse 202 und die
Federführung 203 können gegen die Federkraft auf der Ventil-Dom-Einheit 204 in die in Figur 18 dargestellte Stellung
mit geschlossenem Ventil angehoben werden. Das obere Ende des Übergangskopfes 200 ist auf den unteren, verjüngten Abschnitt
der Gerätezug-Kupplung 42 aufgeschraubt. Der von der Kupplung 42 aufgenommene Dichtring 64 dichtet zwischen
der Kupplung und dem Übergangskopf ab. Das untere Ende der
Ventil-Dorn-Einheit 204 ist in eine am oberen Endabschnitt 130 der Sonde 43 befestigte Kupplung 210 eingeschraubt.
Wie in Figur 17 dargestellt, weist der Übergangskopf 200 eine nach oben offene Blindbohrung 211 auf,die in die Bohrung
60 der Kupplung 42 mündet, um, wie vorstehend beschrieben, Fluiddruck und Temperaturmessungen an mit dem Gerätezug
verbundene Instrumente weiterzuleiten. Eine Seitenöffnung 212 mündet vom unteren Ende der Bohrung 211 in einen Längs—
schlitz 213, der im wesentlichen über die ganze Länge des
Übergangskopfes 200 gefräst und von einer an den Kopf angeschweißten Längsplatte 214 abgeschlossen ist. Der Längsschlitz
213 ist ein abgestufter Schlitz entlang der zur Aufnahme
der Abschlußplatte ausgebildeten Außenwand des Übergangskopfes, so daß der äußere Abschnitt des Schlitzes.geschlossen
ist, während der innere Längsabschnitt zur Ausbildung einer Verbindung von der Ventil-Dorn-Einheit 204 zur
Bohrung 211 entlang des Übergangskopfes 200 offen ist. Der Kopf 200 weist eine unten offene Blindbohrung 215 auf, in die
ou der obere Endabschnitt des Ausgleichsventiles hineinragt.
Die Bohrung 215 ist entlang ihres Mittelabschnittes 220 verbreitert,
wodurch ein ringförmiger Durchfluß innerhalb des Kopfes 200 um den oberen Abschnitt des Ausgleichsventiles
ausgebildet wird. Im Kopf 200 sind drei im Abstand entlang
des ümfangs angeordnete Fenster 221 ausgebildet, die in den
Durchfluß münden und damit eine erhebliche Strömungsausbrei-
tung von der Bohrung 215 des Kopfes nach außen um den Kopf
ermöglichen, so daß bei geöffnetem Ventil ein rascher Druckausgleich
innerhalb des Bohrloches stattfinden kann. Der Durchmesser der Bohrung 215 verjüngt sich entlang eines Abschnittes
unterhalb des durch den verbreiterten Abschnitt 220 ausgebildeten Durchflusses' wodurch ein ringförmiger Innenflansch
222 mit einer ringförmigen Ausnehmung ausgebildet wird, in der ein Dichtring 223 in abdichtendem Eingriff mit der äußeren
Oberfläche des Ausgleichsventiles 204 angeordnet ist. Der Übergangskopf weist eine Seitenöffnung 224 auf, die zwischen
dem durch die Längsschlitze 213 gebildeten Kanal und
der Bohrung 215 des Übergangskopfes unterhalb dem Innenflansch 222 und dem Dichtring 223 mündet, wodurch eine durchströmbare
Verbindung von der Bohrung 215 des Übergangskopfes um das Ausgleichsventil 204 entlang des Kanals 213 in die Bohrung
211 des Übergangskopfes ausgebildet wird. Wie aus den Figuren 17 bis 20 ersichtlich, weist der Übergangskopf 200 drei
oberhalb der Durchflußfenster 221 im Abstand entlang des Umfangs um den Kopf angeordnete und in Längsrichtung ebene
Außenflächen 225 auf. Wie beispielsweise aus den Figuren 17 und 19 ersichtlich, sind am oberen Endabschnitt des Kopfes
ebenfalls drei im Abstand entlang des Umfangs angeordnete
Abflachungen 230 vorgesehen, die entlang des Umfangs jeweils abwechselnd zwischen den ebenen Außenflächen 225 oberhalb
der Fenster 221 angeordnet sind. Die Abflachungen 230 sind
zum Zusammenbau und Auseinanderbau der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B mit einem Werkzeug, wie einem
Schraubenschlüssel, in Eingriff bringbar. Die durch die
ebenen Außenflächen 225 und die Abflachungen 230 bewirkte 30
. Verringerung des Querschnitts des Kopfes verringert die bei
hohen Strömungsraten von Fluiden durch die Fenster 221 nach oben auftretende Tendenz zum Anheben der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit, wobei gegebenenfalls der Gerätezug
nach oben gezogen und die Sonde aus dem Verriegelungs-35
Übergangstück gelöst wird. Bei allen getesteten Durchflußra-
ten verhinderten die Abflachungen am Übergangskopf das Anhöben
des Geräfcezuyes durch nach oben strömende Fluide.
Wie aus den Figuren 17 und 18 ersichtlich, ist das Gehäuse-Kupplungsteil
202 mit dem unteren Ende des Übergangskopfes. 200 verschweißt. Das Kupplungsteil weist einen verjüngten
oberen Endabschnitt 231 auf, der in einen verbreiterten unteren Endabschnitt der Bohrung 215 des Übergangskopfes um
das Ausgleichsventil 204 paßt. Der untere Abschnitt des Kupplungsteiles 202 weist einen inneren, ringförmigen Flansch
auf. In eine innere, ringförmige Ausnehmung dieses Flansches ist ein Dichtring 232 eingepaßt, der gegen die äußere Oberfläche
des Ausgleichsventils 204 abdichtet. Die Bohrung durch das Kupplungsteil 202 oberhalb des inneren Flansches des Kupplungsteiles und der obere Endabschnitt der Bohrung 215 des
Übergangskopfes weisen einen größeren Durchmesser als das Ausgleichsventil 204 auf, wodurch ein ringförmiger Durchfluß
innerhalb des Kupplungsteiles oberhalb des Dichtringes 232 und innerhalb des Übergangskopfes um das Ausgleichsven-
til herum ausgebildet wird. Der Durchfluß innerhalb der Bohrung 215 des Übergangskopfes um den oberen Endabschnitt
des Ausgleichsventiles herum verhindert den Einschluß von Fluiden, was die Auf- und Abwärtsbewegung des Ausgleichsventils
im Übergangskopf behindern würde. Der Durchfluß inner-
halb des KupplungsStückes 202 um das Ausgleichsventil herum
ermöglicht eine durchgehende Verbindung in die Seitenöffnung 224 am unteren Ende des Übergangskopfes, die in den
durch die Längsschlitze 213 ausgebildeten Durchflußkanal
führt. Dadurch wird eine durchgehende Fluidverbindung von
30
der Bohrung des Ausgleichsventiles in das Kopfende der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41B ausgebildet.
Die Ventil-Dorn-Einheit 204 weist eine unten offene Blindbohrung
233 auf, die mit ihrem oberen Ende im oberen Endabschnitt der Ventil-Dorn-Einheit endet. Weiterhin weist die
Ventil-Dprn-Einheit 204 mehrere im Abstand entlang des Um-
L J
fangs angeordnete Längsschlitzte 234 auf, die die Bohrung/
der Ventil-Dorn-Einheit mit dem durch die Bohrung 220 ausgebildeten Durchfluß verbinden, wenn das Ventil, wie in Figur
dargestellt, geöffnet ist, um einen Druckausgleich zwischen der Ventilbohrung und dem Aussenraum durch die Fenster 221
herbeizuführen. Die Durchflußschlitze 234 sind zwischen dem oberen Dichtring 223 und dem unteren Dichtring 232 innerhalb
des Übergangskopfes 200 und des Kupplungsteiles 202 angeordnet. Dadurch wird, wenn das Ventil, wie in Figur 19 dargestellt,
geschlossen ist, eine FIuidströmung von der Ventilbohrung
durch die Fenster 221 des Übergangskopfes in den Außenraum verhindert.
Wie in den Figuren 17 und 18 dargestellt, verjüngt sich die . Ventil-Dorn-Einheit 204 entlang eines Mittelabschnittes und
bildet dadurch eine äußere, ringförmige Ausnehmung 235 für einen spaltringförmigen Federanschlag 240, der mit dem oberen
Ende der Stoßdämpferfeder 205 in Eingriff steht. Die Ausnehmung 235 ist langer als die Flanschteile des Spaltringes
und ermöglicht eine begrenzte Bewegung des Spaltringes auf der Ventil-Dorn-Einheit in Längsrichtung. Die Oberkante des
spaltringförmigen Federanschlages 240 steht mit der Unterkante des Gehäuse-Kupplungsteiles 202 in Eingriff. Das untere
Ende der Feder 205 steht mit der oberen Kante eines Federan-Schlages
oder Puffers 241 in Eingriff, dessen mit einem Außenflansch versehener oberer Endabschnitt durch den mit
einem Innenflansch versehenen unteren Endabschnitt 242 der Federführung 203 innerhalb der Federführung gehalten wird.
Der Federanschlag 241 erstreckt sich bis über das untere Ende der Federführung 203 hinaus, so daß die Unterkante des Feder~
anschlags 241 mit der Oberkante der Kupplung 210 in Eingriff
bringbar ist, wodurch die Unterkante der Federführung 203 im Abstand von der Oberkante der Kupplung 210 gehalten wird, wie
aus Figur 17 ersichtlich. Die Ventil-Dorn-Einheit 204 weist
am unteren Ende der äußeren, ringförmigen Ausnehmung 235 eine nach oben gerichtete, äußere, ringförmige Anschlagschul-
ter 243 auf, die die Abwärtsbewegung des spaltringförmigen
Federanschlags 240 auf der Ventil-Dorn-Einheit 204 begrenzt.
Ebenso weist die Ventil-Dorn-Einheit 204 eine nach unten gerichtete, äußere, ringförmige Anschlagschulter 244
auf, die die Aufwärtsbewegung des Federanschlags oder Puffers 241 begrenzt. Die Feder 205 wird zwischen dem Spaltring
240 und dem Federanschlag 241 derart zusammengedrückt, daß die Feder auch dann, wenn sich der Spaltring 240 und die
Anschlagschulter 241 in. entgegengesetzten Endstellungen be-
finden, eine hinreichende Kraft zum Festhalten
der Ventil-Dorn-Einheit-204 in ihrer oberen, geöffneten
Stellung ausübt. Das gilt auch dann, wenn die in Figur 1 dargestellten Teile des Gerätezuges unterhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 bzw. 41B mit dieser Ein-
heit verbunden sind, so daß das Ausgleichsventil geöffnet bleibt, wenn der Gerätezug in ein Bohrloch eingefahren wird.
Die Ventil-Dorn-Einheit 204 weist an gegenüberliegenden Seiten Abflachungen 245 zum Eingriff mit einem zum Zusammenbau
oder Auseinanderbau der Einheit verwendeten Schraubenschlüssei
oder dergleichen auf.
In Betrieb ist die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer- Einheit 41B, wie in Figur 1 dargestellt, mit einem Gerätezug
verbunden. Sie stellt einerseits den Druckausgleich entlang des Bohrloches während des Einbaues und Ausbaues des Gerätezuges
her und wirkt andererseits als Stoßdämpfer zum Schutz der Instrumente während der Handhabung des Gerätezu-
! ges. Wenn die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit mit
dem Gerätezug verbunden ist und der Gerätezug in das Bohrloch abgesenkt wird, ist die Kraft der Feder 205 hinreichend
groß, um die Ventil-Dorn-Einheit 204 in der in Figur 17 dargestellten, oberen, geöffneten Stellung zu halten. Die Feder
205 ist zwischen dem Spaltring 240 am oberen Ende und dem Federanschlag 241 am unteren Ende eingeschlossen. Das obere
Ende der Feder hält den um die Ventil-Dorn-Einheit 204 gepaßten Spaltring 240, und die.Ventil-Dorn-Einheit 204 befin-
det sich in der in Figur 17 dargestellten oberen Endstellung
und trägt die einstellbare Sonde 43, die an der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer- Einheit 41B hängt. Während
des Absenkens des Gerätezuges einschließlich der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer- Einheit in das Bohrloch, gelangen die durch die Bohrung 233 der Ventil-Dorn-Einheit 204 nach
oben fließenden Fluide durch die Längsschlitze 234 nach außen in den durch die Bohrung 220 gebildeten Durchfluß
innerhalb des Übergangskopfes 200. Die Fluide treten durch die radialen Fenster 221 aus dem Übergangskopf wieder in das
Bohrloch aus. Dadurch wird der Aufbau einer Druckdifferenz zwischen dem Bohrloch und der Bohrung durch den Gerätezug,
die das Absenken des Gerätezuges beeinträchtigen würde, verhindert. Die nach dem Einbringen der Sonde in das Verriegelungs-Übergangstück
33 vom Verriegelungs-Übergangsstück 33 auf die Sonde ausgeübte, nach oben gerichtete Reaktionskraft
bewirkt eine nach oben gerichtete Kraft auf die Ventil-Dorn-Einheit 204, die zusammen mit der Kraft der
Feder 205 gewährleistet, daß das Ausgleichsventil geöffnet bleibt. Dies ist zu diesem Zeitpunkt der Handhabung des Gerätezuges
wichtig, da das Einbringen der Sonde in den begrenzten Durchfluß durch das Verriegelungs-übergangsstück
bei einem mit Flüssigkeit gefüllten Bohrloch eine Druckdifferenz
hervorrufen kann, die in Abwesenheit eines Druckausgleichsventiles
das Einführen der Sonde stören würde.
Die bei und nach dem Einbringen der Sonde in das Verriegelungs-Übergangsstück
auftretenden Stoßkräfte werden von der auch das Ventil betätigenden Stoßdämpferfeder 205 aufgenommen;
damit werden dielnstrumente im Gerätezug oberhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit 41B geschützt.
Eine derartige Stoßkraft kann beispielsweise durch das plötzliche Stoppen der Abwärtsbewegung der Sonde hervorgerufen
werden. Dies hat zur Folge, daß die direkt mit der Kupplung
210 verbundene Ventil-Dorn-Einheit 204 ebenfalls ihre Abwärtsbewegung
stoppt, während sich der Übergangskopf 200 zu-
L J
- 58 -
sammen mit dem durch das Kupplungsteil 202 und die Federführung
203 ausgebildeten Gehäuse teleskopartig nach unten über die Ventil-Dorn-Einheit schiebt, bis die untere Kante des unteren
Abschnitts 242 der Federführung 203 mit der oberen Kante der Kupplung 210 in Eingriff kommt. Die Unterkante des Kupplungsteils
202 drückt den Spaltring 240 nach unten auf die Ventil-Dorn-Einheit 2o4 und drückt die Feder 205 zusammen.
Das untere Ende der Feder 205 kann sich wegen des Eingriffs
mit dem oberen Ende des auf der Kupplung 210 ruhenden Federanschlags
241 nicht nach unten bewegen. Die Kompression der Feder 205 nimmt die Stoßkraft auf.
Nach dem korrekten "Landen" und Verriegeln des Gerätezuges einschließlich der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41B im Bohrloch können gegebenenfalls die vorstehend erläuterten Messungen durchgeführt werden. Dazu wird das Umgehungsventil
(By-pass-Ventil) geschlossen, so daß die verschiedenen Betriebszustände durch die Einheit 41 Ban die Meßgeräte
bzw. Instrumente weitergeleitet werden. Der Druck unterhalb des Ausgleichsventils wird jederzeit an die Geräte oberhalb
des Ventils weitergegeben, unabhängig davon, ob das Ausgleichsventil geöffnet oder geschlossen ist. Wenn das
Ausgleichsventil geöffnet und damit weite Auslaßöffnungen in das Bohrloch um den Gerätezug ausgebildet sind, werden die
Messungen durch die Instrumente die tatsächlichen Verhältnisse nicht genau wiedergeben. Bei dem in Figur 17 gezeigten
Betriebszustand mit geöffnetem Ausgleichsventil besteht eine Verbindung von der Bohrung 233 durch die Ventil-Dorn-Einheit
204 nach außen durch die Seitenöffnungen 224 unterhalb des
Dichtrings 223 in den durch die Längsschlitze 213 ausgebildeten
Kanal am oberen Ende der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B. Der Druck vom Kanal 213 wird in das
untere Ende der Bohrung 211 weitergeleitet, durch die der Druck auf die Geräte und Instrumente oberhalb der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit übertragen wird.
L -I
Γ -59-
Das Ausgleichsventil wird, wie in Figur 18 dargestellt/ durch Anheben des Gerätezuges oberhalb der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfereinheit 41B geschlossen, wobei der
Übergangskopf 200, das Kupplungsteil 202 und die Federführung
203 angehoben werden. Dadurch wird das Gehäuse der Einheit. 41B relativ zur Ventil-Dorn-Einheit 204 teleskopartig nach
oben bewegt, während die Ventil-Dorn-Einheit 204 wegen ihrer Verbindung mit der Kupplung 210, die ihrerseits, wie vorstehend
erläutert, mit der zuvor mit dem Verriegelungs-Übergangsstück verriegelten Sonde verbunden ist, gegen eine Aufwärtsbewegung
gesichert ist. Die Aufwärtsbewegung des Gehäuses der Einheit 41B bringt die Abstand angeordneten
Ringdichtungen 223 und 232 in Stellungen oberhalb und unterhalb der Leitungsschlitze 234 der Ventil-Dorn-Einheit 204,
so daß keine Fluidströmung nach außen in die Fenster 221 des Übergangskopfes auftreten kann. Die Strömung ist damit auf
den ringförmigen Raum um die Ventil-Dorn-Einheit 204 innerhalb des Gehäuse-Kupplungsteiles 202 begrenzt, so daß die
Fluidverbindung auf die Seitenöffnung 224 beschränkt ist.
Die Fluide strömen-danach durch die Längsschlitze 213 in das
untere Ende der Bohrung 211 des Übergangskopfes, und durch die
Bohrung 211 wird der Fluiddruck an die Instrumente oberhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B weitergeleitet.
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B kann gegebenenfalls
zum Druckausgleich und zur überprüfung der Durchflußrate in der Verrohrung oberhalb des Gerätezuges von der
in Figur 18 dargestellten Stellung mit geschlossenem Ausgleichsventil in die in Figur 17 dargestellte Stellung mit
geöffnetem Ausgleichsventil überführt werden. Das Ausgleichsventil wird durch Lösen der auf dem Gerätezug ausgeübten
Zugkraft wieder geöffnet, so daß das Gewicht des Gerätezuges oberhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41B zusammen mit der Kraft der komprimierten Feder 205
den Übergangskopf und das Gehäuse nach unten in die in Figur
- 60 - '
17 dargestellte Stellung bringt. Die beim Öffnen des Ausgleichsventils
gegebenenfalls auftretenden Stoßkräfte werden von der Feder 205 aufgenommen. Bei der Abwärtsbewegung
werden der Kopf und das Gehäuse teleskopartig nach unten über die Ventil-Dorn-Einheit 204 geschoben und der Spaltring
240 nach unten gegen das obere Ende der Feder bewegt. Der Federanschlag 241 hält während des Zusammendrückens der Feder
das untere Ende der Feder fest,und die Federführung "
203 bewegt sich teleskopartig nach unten, bis das untere Ende der Federführung mit dem oberen Ende der Kupplung 210
in Eingriff kommt. Nach der Aufnahme des Stoßes durch die Feder 205 dehnt sich die Feder normalerweise wieder aus und
bringt das Ventil in die in Figur 17 dargestellte, geöffnete Stellung.
Der Gerätezug einschließlich der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit
41B wird in der vorstehend beschriebenen Weise aus dem Bohrloch entfernt. Die gegebenenfalls als Folge
des Herausziehens der Sonde aus dem Verriegelungs-Übergangsstück auftretenden Stoßkräfte werden von der Feder 205 aufgenommen.
Wenn sich der untere Abschnitt des Gerätezuges einschließlich der Sonde ruckartig nach oben bewegt und
sich die Ventil-Dorn-Einheit 204 relativ zum Kopf und zum Gehäuse teleskopartig nach oben bewegt, wird die Feder 205
komprimiert, nimmt den durch die Reaktionskraft hervorgerufenen Stoß auf und schützt die Instrumente.
Falls Bohrmehl im Bohrloch die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit
41B durch Eindringen in die Federführung verschmutzt, ist die in Figur 21 dargestellte Ausführungsform
des unteren Endes der Einheit 41B besonders vorteilhaft.
Das untere Ende der Federführung 203 in Figur 21 weist ein Gewinde 250 zum Aufschrauben eines Fortsatzes 251
über das ■ untere . Ende der Federführung auf. Der Fortsatz 251 erstreckt sich teleskopartig nach unten über die Kupplung
L - J
210 und überlappt die Verbindung der Ventil-Dorn-Einheit
204 mit der Kupplung 210, wenn das Ventil, wie in Figur 18 dargestellt, geschlossen ist. Somit bildet der Federführungs-Fortsatz
251 eine dichte, verschiebbare Passung über die Kupplung 210 und den Sondenteil 130, und zwar sowohl bei
geöffnetem als auch bei geschlossenem Ventil. Dadurch wird die Gefahr des Eindringens von Bohrmehl in das Innere der
Federführung 203 um die Feder 205 minimalisiert. Figur 21 zeigt das Ventil in der in Figur 17 dargestellten
geöffneten Stellung, Wenn das Ventil, wie in Figur 18 dargestellt,
geschlossen ist, überlappt der Federführungs-Fortsatz 251 das obere Ende der Kupplung 210.
Die vorstehend beschriebenen und erläuterten Geräte zur Verwendung in Bohrlöchern weisen eine neue und verbesserte
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit auf, die auf eine teleskopartige Bewegung in Längsrichtung anspricht
und sowohl den Druck über eine durch einen Gerätezug im Bohrloch ausgebildete Dichtung hinweg ausgleicht als auch
die während des Einbaus und der Entnahme des Gerätezugs auftretenden Stöße aufnimmt. Die Ausgleichsventil- und
Stoßdämpfer-Einheit arbeitet unter Verwendung einer einzigen Feder zum Betätigen des Ventils und als Stoßdämpfer-Feder.
Allgemein weist somit die erfindungsgemäße Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit, insbesondere für einen Gerätezug in einem Bohrloch^folgende Bestandteile auf:
(a) ein äußeres Gehäuse mit Fluid-Durchführungen im Gehäusekopf, die mit einem mit dem Gehäuse gekoppelten Gerät
des Gerätezuges verbunden sind,
(b) eine im Gehäuse angeordnete, in Längsrichtung teleskopartig zwischen einer ersten geschlossenen Stellung und
einer zweiten geöffneten Stellung bewegliche Ventil-Dorn-Einheit
mit einer einseitig offenen Längsbohrung,
(c) eine Ventilbetätigungs- und Stoßdämpfer-Feder, die mit dem
Gehäuse und der Ventil-Dorn-Einheit in Eingriff steht und.
das Gehäuse und die Ventil-Dorn-Einheit in entgegenge-
L -I
1 setzte Längsrichtungen in die erste geschlossene oder in
die zweite geöffnete Stellung drückt, wobei ein Durchfluß im Gehäuse zumindest in der ersten geschlossenen
Stellung der Ventil-Dorn-Einheit eine Fluid-Verbindung
5 von der Bohrung der Ventil-Dorn-Einheit zu den Fluid-Durchführungen
im Kopf des Gehäuses ausbildet und eine Seitenöffnung im Gehäuse in der zweiten geöffneten Stellung
der Ventil-Dorn-Einheit mit deren Bohrung in Ver-
b indung s teht. 10
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Leerseite
Claims (1)
- VOSSIUS- VOSSl US · TAUCH N ER · H-BU.N Eiy|Ä;N N"; RAUH sPATENTANWÄLTE*"**"SI E B ERTSTRASS E 4 ■ BOOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 47+Ο75 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN -TELEX 5-29453 VOPAT D5 U.Z.: R 172 + HGMCase: 647-2041 GDCIP2FOTIS ENGINEERING CORPORATIONDallas, Texas, V.St.A. 1020 " Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit"P ä t e ri t a η s ρ r ü c h e25 1. Äusgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit (41, 41A, 41B)f insbesondere für einen Gerätezug in einem Bohrloch (20), gekennzeichnet durchL- J(a) ein äußeres, röhrenförmiges Gehäuse (74, 70> 71) mit" einem Kopf (70) mit Fluid-Durchführungen (81/80), die mit einem mit dem Gehäuse (74) gekoppelten Gerät (42) des Gerätezüges verbunden sind,(b) eine im Gehäuse (74) angeordnete, in Längsrichtung bewegliche Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) mit einer an dem dem Kopf (70) des Gehäuses (74) gegenüberliegenden Ende offenen Längsbohrung (111) und mit radialen öffnungen (112) vom anderen Ende der Bohrung (111) durch die Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) hindurch,wobei die Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) zwischen einer ersten geschlossenen Stellung und einer zweiten geöffneten Stellung beweglich ist,(c) im Abstand voneinander angeordnete Dichtungen (102, 115) zwischen dem Gehäuse (74) und der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A). die in der ersten geschlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) auf gegenüberliegenden Seiten der radialen öffnungen (112) angeordnet sind,(d) eine Seitenöffnung (123) im Gehäuse (74),die in der zweiten geöffneten Stellung der Ventil-Dorn-Einheit (1O4, 104A) mit den radialen öffnungen (112) in Verbindung steht,(e) einen Durchfluß (113) im Gehäuse (74), der in der ersten geschlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) mit den Fluid-Durchführungen (81, 80) im Kopf (70) des Gehäuses (74) in Verbindung steht, so daß eine Fluid-Verbindung von der Bohrung (111) der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) zu den Fluid-Durchführungen (81, 80) im Kopf (70) des Gehäuses (74) ausgebildet wird,(f) eine Ventxlbetätigungs- und Stoßdämpfer-Feder (120), die mit dem Gehäuse (74) und der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) in Eingriff steht und das Gehäuse (74) und die Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) in entgegengesetzte Längs-L -irichtungen drückt,wobei die Ventil-Dorn-Einheit (104, 1O4A)und das Gehäuse (74) teleskopartig gegeneinander verschiebbar sind und entgegengesetzt gerichtete, auf das Gehäuse (74) und die Ventil-Dorn-Einheit (104., 104A) ausgeübte Kräfte die Ventil-Dorn-Einheit (104, 1O4a) in die erste geschlossene oder in die zweite geöffnete Stellung bewegen.2. Vorrichtung nach Anspruch 1 / gekennzeichnet durch(a) einen ersten Federanschlag (121) zwischen dem Gehäuse (74, 70, 71) und der Ventil-Dorn-E.lnheit (104, 104A), der mit einem Ende der Feder (120) in Eingriff steht, in Längsrichtung relativ zur Ventil-Dorn-Einheit (1o4, 104A) und zum Gehäuse (74) beweglich ist und sowohl mit einer Anschlagschulter ' (104e) auf der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) als auch mit dem unteren Ende (74c) des Gehäuses (74) in Eingriff bringbar ist,(b) einen mit dem gegenüberliegenden Ende der Feder (12O) in Eingriff bringbaren zweiten Federanschlag (122) zwischen der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) und dem Gehäuse (74) der in Längsrichtung relativ zur Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) im Gehäuse (74) beweglich ist und mit den Anschlagschultern (104g; 71a) auf der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) bzw. im Gehäuse (74) in Eingriff bringbar ist,wobei die Feder (120) als Folge einer Relativbewegung zwischen der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) und dem Gehäuse (74) komprimiert wird und dadurch Stoßkräfte aufnehmen kann. 303. Vorrichtung nach · Anspruch 1 oder 2,1 ■ dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (120) zwischen dem Gehäuse (74) und der. Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) das Gehäuse (74) und die Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) .in die zweite, geschlossene Stellung drückt.L J4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (120) zwischen dem Gehäuse (74) und der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A) das Gehäuse (74)und die Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A), 5in die erste, geschlossene Stellung drückt.5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, gekennzeichnet durch(a) einen als zweiter Federanschlag (122) wirkenden röhrenförmigen Puffer (122Ά) mit gegenüberliegenden Fenstern (122B) in Längsrichtung,(b) ein Verschlußlager (122C) in jedem der Fenster (122B), wobei das Verschlußlager (122C) in Längsrichtung kürzer ist als das jeweilige Fenster (122B),(c) ein Fenster (122E) in jedem der Verschlußlager (122C),(d) einen Verschlußzapfen (122D) in jedem der Fenster (122E), der in radialer Richtung zwischen einer inneren Verriegelungsstellung und einer äußeren. Freigabestellung beweg-lieh ist,(e) einen äußeren, ringförmigen Zapfenaufnehmer (104B) auf der Ventil-Dorn-Einheit (104A), der in der Einbaustellung mit geöffnetem Ventil mit den Verschlußzapfen (122D) ausrichtbar ist, wobei die Verschlußzapfen (122D)in ihrer inneren Verriegelungsstellung mit dem Zapfenaufnehmer (104B) in Eingriff stehen und die Vorrichtung (41A) lösbar in dieser Einbaustellung festhalten, und(f) eine Nockenfläche an einem Ende des Zapfenaufnehmers(104B) der Ventil-Dorn-Einheit (104A), die bei einer Re-30lativbewegung zwischen dem Gehäuse (74, 70, 71) und der Ventil-Dorn-Einheit (104A) die Verschlußzapfen (122D) in ihre äußere Freigabestellung mitnimmt... Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 35(a) einen ersten mit einem den radialen Öffnungen .(.112) in der Ventil-Dorn-Einheit (104A) zugewandten ersten Ende der Feder (120, 120A) in Eingriff stehenden FederanschlagL ■ J(121) zwischen der Ventil-Dorn-Einheit (1Ο4Α) und dem Gehäuse (70 , 74, 71), der in Längsrichtung zwischen im Anstand angeordneten Anschlagschultern (104e) der Ventil-Dorn-Einheit (104A) beweglich und mit einer inneren Anschlagschulter (74a) des Gehäuses (74) in Eingriff bringbar ist,(b) einen röhrenförmigen Puffer (172A) um die Ventil-Dorn-Einheit (104A) innerhalb des Gehäuses (74), der mit einem Ende mit dem gegenüberliegenden zweiten Ende der Feder (120A) in Eingriff bringbar ist und eine äußere, ringförmige Anschlagschulter aufweist, die mit einer inneren, ringförmigen Anschlagschulter (71A) des Gehäuses (70, 74, 71) in Eingriff bringbar ist,(c) gegenüberliegende und sich in Längsrichtung erstreckende Fenster (122B) im Puffer (122A),(d) ein Verschlußlager (122C) in jedem der Fenster (122B) des Puffers (122A) zwischen der Ventil-Dorn-Einheit (104A) und dem Gehäuse (70, 74, 71),(e) einem Fenster (122E) in jedem der Verschlußlager (122C) und(f) einen Verschlußzapfen (122D) in jedem der Fenster (122E) der Verschlußlager (122C), der in radialer Richtung beweglich ist zwischen einer. Innenstellung, in der die Verriegelungszapfen (122D) zum lösbaren Verriegelnder. Ventil-Dorn-Einheit in einer teilweise geöffneten Einbaustellung im Gehäuse (70, 74, 71) mit einem Zapfenaufnehmer (1O4B) um die Ventil-Dorn-Einheit (104A) in Eingriff stehen, und einer Außenstellung, in der der Eingriff zwischen den Verschlußzapfen (122D) und dem Zap-fenaufnehmer (104B) gelöst und die Ventil-Dorn-Einheit (104a) zur Durchführung einer Bewegung zwischen der ersten, geschlossenen Stellung und der zweiten, geöffneten Stellung freigegeben ist,wobei sich ein Ende des Puffers (122A) über das Ende des Ge-35häuses (70, 74, 71) hinaus erstreckt und die Fenster (122B) des Puffers (122A) länger sind als die Verschlußlager (122C),Ι so daß der Puffer (122A) in Längsrichtung relativ zu den Verriegelungszapfen (122B), den Verschlußlagern (122C), der Ventil-Dorn-Einheit (104A) und dem Gehäuse (70, 74, 71) beweglich ist, wodurch eine durch eine teleskopartige Bewegung zwischen der Ventil-Dorn-Einheit (104A) und dem Gehäuse (70, 74, 71) ausgelöste Stoßkraft über den Puffer (122A) auf die Feder (120A) übertragbar ist.und damit Stoßkräfte auf die Vorrichtung (41A) von der Feder (120A) aufgenommen werden können.
107. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ■ , dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (70, 200) des Gehäuses im Abstand voneinander entlang des Umfangs angeordnete seitliche Fenster (221) aufweist, die in der zweite^geöffneten Stellung der Ventil-Dorn-Einheit (204) mit den radialen Öffnungen(112) und/oder Längsschlitzen (234) der Ventil-Dorn-Eiriheit (204) in Verbindung stehen.8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (70, 200) des Gehäuses oberhalb der. Fenster(221) im Abstand entlang des Umfangs angeordnete Abflachungen (225, 230) in Längsrichtung und -.eine geringere Querschnittsfläche als unterhalb der Fenster (221) aufweist, so daß der Hubeffekt aufgrund der Fluidströmung durch die Fenster (221) verringert wird.9. AuGqleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit (41B) für einen Gerätezug in einem Bohrloch (20), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:(a) Ein Übergangskopf (200) ist an einem ersten Ende mit einer ringförmigen Kupplung (42) des Gerätezuges verbindbar;(b) Eine erste Blindbohrung (211) mündet in dieses erste Ende des tibergangskopf es (200) ;(c) Eine zweite Blindbohrung (215) mündet in das zweite Ende des Übergangskopfes (200) und ist mit der ersten Blindbohrung (211),in einer gerneinsamen Längsachse des Übergangskopfes (200) ausgerichtetj(d) Ein Längsschlitz (213) erstreckt sich im Abstand entlang der beiden Blindbohrungen (211, 215);(e) Eine erste Seitenöffnung (212) verbindet die erste Blindbohrung (211) mit dem Längsschlitz (213)j(f) Eine in Längsrichtung im Abstand von der ersten Seitenöffnung (212) angeordnete zweite Seitenöffnung (224) mündet im Abstand von deren innerem Ende in die zweite Blindbohrung (215)^(g) Im Abstand entlang des Umfangs angeordnete seitliche Fenster (221) münden zwischen dem inneren Ende der zweiten Blindbohrung (215) und der zweiten Seitenöffnung (224) in die zweite Blindbohrung (215) j(h) Um die zweite Blindbohrung (215) ist zwischen der zweiten Seitenöffnung (224) und den Fenstern (221) ein Dichtring- (223) .angeordnetj(i) Ein mit dem zweiten Ende des Übergangskopfes (200) verbundenes Gehäuseteil (202) weist eine Längsbohrung entlang einer mit den Achsen der beiden Bohrungen (211,215) des Übergangskopfes (200) zusammenfallenden Achse_
auf j(j) Ein Dichtring (232) ist im Abstand vom Dichtring (223) des Übergangskopfes (200) um die Längsbohrung des Gehäuseteils (202) angeordnetf(k) Die Längsbohrung des Gehäuseteiles (202) ist entlang einesMittelabschnitts größer als die Bohrungen (211, 215,)des Übergangskopfes (200) und des Gehäuseteils (202) auf einander gegenüberliegenden.Seiten des Dichtrings (223) im Übergangskopf (200) und des Dichtrings (232) im Gehäuseteil (202);
30(1) An dem dem-übergangskopf (200) gegenüberliegenden Ende des Gehäuseteils (202) ist am Gehäuseteil (202) eine Stoßdämpferführung (203) befestigt, deren Achse mit der Längsachse des Übergangskopfes (200) und des Gehäuseteiles (202)zusammenfällt und die an ihrem der Verbindung mit dem 35Gehäuseteil (202) gegenüberliegenden Ende einen inneren,ringförmigen Flansch (242) aufweistj L ■ ■ ■ J(ro) Eine gestreckte Ventil-Dorn-Einheit (204) ist in Längsrichtung teleskopartig innerhalb des Übergangskopfes (200), des Gehäuseteiles (202) und der Stoßdämpferführung (203) beweglich und weist eine Blindbohrung (233) auf, ° die am ersten, sich in den Übergangskopf (200) erstreckenden Ende der. Ventil-Dorn-Einheit (204) blind und am gegenüberliegenden zweiten Ende offen istj(n) Mehrere im Abstand entlang des Umfangs angeordnete Längsschlitze (234) münden am inneren Ende der Bohrung (233) durch die Ventil-Dorn-Einheit (204) in die Bohrung (233) und sind in einer ersten, geöffneten Ventilstellung der Ventil-Dorn-Einheit (204) mit den Fenstern (221) des Übergangskopfes (200) ausgerichtet, während -sie in einer zweiten, geschlossenen Ventilstellung der Ventil-Dorn-Einheit (204) zwischen den beiden Dichtringen (223; 232) im Übergangskopf (200) und im Gehäuse (202) angeordnet sindj (o) Die Ventil-Dorn-Einheit (204) ist entlang eines die Längsschlitze (234) umfassenden oberen Abschnittes im Durchmesser kleiner als die Bohrungen (211; 215) durchden Übergangskopf (200) und den Gehäuseteil (202), so daß bei allen Längsstellungen der Ventil-Dorn-Einheit (204) innerhalb des Ubergangskopfes (200) und des Gehäuseteiles (202) eine Fluid-Durchführung von der Bohrung(233) der Ventil-Dorn-Einheit (204) entlang der Ventil-Dom-Einheit (204) innerhalb des Übergangskopfes (200)und des Gehäuseteiles (202) zu den zweiten Seitenöffnungen (224) im Übergangskopf (200) ausgebildet wirdy (p) Um einen Mittelabschnitt der Ventil-Dorn-Einheit (204)ist eine äußere, ringförmige Verriegelungs-Ausnehmung 30(235) ausgebildet;(q) Im Abstand von der Verriegelungsausnehmung (235) in Richtung auf das zweite, untere Ende der Ventil-Dorn-Einheit (204) ist auf der Ventil-Dorn-Einheit (204) eine äußere, ringförmige Anschlagschulter (244) ausgebildet; rL Jο ft «· *Ψ β · ·(r) Ein spältringförmiger Federanschlag (240) in der äußeren ringförmigen Ausnehmung (235) der Ventil-Dorn-Einheit (204) ist mit einem ersten Ende mit einer Kante des Gehäuseteils (202) in Eingriff bringbar, bildet mit dem zweiten Ende eine Anschlagschulter für eine Feder aus und ist in Längsrichtung entlang der Ventil-Dorn-Einheit (204) innerhalb der Verriegelungsausnehmung (235) beweglichj(s) Ein im Abstand vom ersten Federanschlag (240) innerhalb dar Stoßdämpferführung (203) um die Ventil-Dorn-Einheit (204) angeordneter zweiter Federanschlag (241) weist einen zürn Festhalten des zweiten Federanschlags (241) in der Führung (203) mit dem Flansch (242) derFührung (203) in Eingriff bringbaren äußeren, ring-förmigen Flansch auf und erstreckt sich über den Flansch (242) der Führung (203) hinaus, wenn der äußere Flansch des Federanschlags (241) mit dem inneren Flansch (242) der Führung (203) in Eingriff steht;(t) eine Ventilbetätigungs- und Stoßdämpferfeder (205) um die Ventil-Dorn-Einheit (204) innerhalb der Führung (203) ist mit einem ersten Ende mit dem ersten, spaltringförmigen Federanschlag (240) und mit einem zweiten, entgegengesetzten Ende mit dem zweiten Federanschlag(241) in Eingriff bringbar und drückt, wenn sie sich nach einer Kompression zwischen den beiden Federanschlägen (240, 241) ausdehnt, die Ventil-Dorn-Einheit (204) in Richtung auf die erste Endstellung, in der die Längsschlitze (234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) mit denFenstern (221) im Übergangskopf (200) ausgerichtet sind,während sich beim Komprimieren der Feder (205) die til-Dorn-Einheit (204) in Richtung auf eine zweite, entgegengesetzte Endstellung bewegt, in der die Längsschlitze (234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) zwischen 35dem Dichtring (223) des Übergangskopfes (200) und dem Dichtring (232) des Gehäuseteiles (202) angeordnet sindL -"-I^ und die Fluid-Durchführung von den Längssohlitzen(234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) zu den Fenstern (221) des Übergangskopfes (202) unterbrochen ist7(u) Der zweite Federanschlag (241) ist mit der Anschlagschulter (244) der Ventil-Dorn-Einheit (204) in Eingriff bringbar und begrenzt die Bewegung der Ventil-Dorn-Einheit (204) in Richtung auf die zweite Endstellung:^ (v) Der erste und der zweite Federanschlag (240; 241) sind entlang der Ventil-Dorn-Einheit (204) beweglich, so daß die Feder (205) bei einer Bewegung der Ventil-Dorn-Einheit (204) in einer der beiden Längsrichtungen als Stoßdämpfer wirkt:(w) Am über den zweiten Federanschlag (241) hinausragenden zweiten Ende der. Ventil-Dorn-Einheit (204) sind Vorrichtungen zum Verbinden dieses Endes mit einer benachbarten Kupplung (210) des Gerätezuges vorgesehen.1Q. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mehrere im Abstand entlang des ümfangs angeordnete Abflachungen (225) des Übergangskopfes (200) zwischen den Fenstern (221) und dem ersten, oberen Ende des Ubergangskopfes (200) , durch die der Querschnitt des iJbergangskopfes(200) zwischen den Fenstern (221) und diesem Ende des Übergangskopfes (200) verringert und damit die Kraftwirkung der Fluidströmung durch die Fenster (221) auf die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit (41B) minimalisiert wird.
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