DE3123630C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichsventil- und Stoß
dämpfer-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist häufig erforderlich, die Betriebsbedingungen in
Bohrlöchern zu messen, insbesondere, wenn durch diese Bohr
löcher Erdöl und Erdgas gefördert wird. Häufig gemessene
Bedingungen sind beispielsweise Druck, Temperatur und die
Geschwindigkeit der Fluidströmung. Beim Prüfen eines Bohr
loches zum Bestimmen derartiger Bedingungen ist es meist
erforderlich, einen tiefer gelegenen Teil des Bohrloches
unterhalb des Prüfgerätes, durch das die Betriebsbedingungen
gemessen werden sollen, zu isolieren bzw. abzudichten.
Es sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt,
den Teil des Bohrloches zu isolieren, in dem die Betriebs
bedingungen gemessen werden sollen. Beispielsweise ist eine
mit der Wand des Bohrloches, der Verrohrung oder dem Fut
terrohr des Bohrloches in Eingriff stehende und von einem
Verrohrungsgestänge getragene Dichtung (Packer) bekannt.
Das Verrohrungsgestänge wird durch ein Rohr- oder Hilfs
gestell betätigt, was einen erheblichen Aufwand an Kosten
und Zeit bedeutet. Andere bekannte Dichtungen zum Isolie
ren eines Bohrlochabschnittes werden von mechanisch betrie
benen Drahtsträngen getragen oder umfassen Vorrichtungen,
die elektrische Leitungen erforderlich machen. Die letzt
genannten Dichtungen sind wegen ihrer beträchtlichen Länge
und des sehr geringen Zwischenraumes zwischen der Bohr
loch-Verrohrung und der Dichtung schwierig handzuhaben.
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 Bohr
löcher 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 ver
wendenden Bohrlöchern bestimmt werden. Bei derartigen Prüf
verfahren werden die Prüfgeräte in die Förderbohrlöcher ein
gebracht, Fluide, wie Wasser, in die Pumpbohrlöcher ein
gepumpt, und Druckmessungen in den Förderbohrlöchern zur Er
mittlung der Kommunikation zwischen den Bohrlöchern vorge
nommen. Für derartige Messungen wurden früher elektrisch
betriebene Packer verwendet. Dabei sind üblicherweise ver
schiedene Packergrößen für verschiedene Bohrlöcher erfor
derlich 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-
Prüfsystemen,bei denen ein Prüfgerät lösbar im Bohrloch ver
riegelt 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 erforder
lich ist. Darüber hinaus treten Stoßkräfte auf, die das ver
wendete Meßsystem zerstören können. Das verwendete Prüfge
rät sollte deshalb als Druckausgleichsventil und als Stoß
dämpfer in der das Prüfgerät umfassenden Gerätekette wir
ken.
Aus der US-41 49 593 ist eine Einrichtung zum Messen der Be
triebsbedingungen in einem Bohrloch bekannt, die auch eine
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit aufweist. Diese be
steht aus einem Gehäuse mit einem Kopf mit Fluiddurchführun
gen, die mit einem mit dem Gehäuse gekoppelten Gerät verbun
den sind; einer im Gehäuse angeordneten in Längsrichtung
zwischen einer ersten geschlossenen und zweiten geöffneten
Stellung beweglichen Ventil-Dorn-Einheit mit einer Längsboh
rung, die nach unten offen ist und oben in Kopfnähe radiale
Öffnungen durch die Ventil-Dorn-Einheit hindurch aufweist;
im Abstand von einander angeordneten Dichtungen zwischen dem
Gehäuse und der Ventil-Dorn-Einheit, die in der ersten ge
schlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Einheit auf gegenüber
liegenden Seiten der radialen Öffnungen angeordnet sind, um
die radialen Öffnungen zum Gehäuse abzudichten; einer Sei
tenöffnung im Gehäuse, die in der zweiten geöffneten Stel
lung der Ventil-Dorn-Einheit mit den radialen Öffnungen in
Verbindung steht; und einem Durchfluß im Gehäuse, der in der
ersten geschlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Einheit mit
den Fluiddurchführungen im Kopf des Gehäuses in Verbindung
steht, so daß eine Fluidverbindung von der Bohrung der
Ventil-Dorn-Einheit mit der Fluiddurchführung im Kopf des
Gehäuses ausgebildet wird. Ferner sind zwei Federn, die in
Längsrichtung angeordnet sind vorhanden, von denen die eine
beim Öffnen und Schließen des Ausgleichsventils und die
andere als Stoßdämpfer eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders einfaches und
kostengünstiges 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 ge
öffnet und geschlossen werden können und während des Ein
baus und während des Verankerns des Gerätes in einem Bohr
loch offengehalten werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Ausgleichsventil- und Stoß
dämpfer-Einheit wird der Druck innerhalb der Gerätekette
in einem Bohrloch während des Ein- und Ausbaus ausgegli
chen 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 Ge
rätekette verbundene Meßstation übertragen werden. Die er
findungsgemäße Ausgleichsventil- 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 Ausführungsform wird der Durchfluß durch die er
findungsgemäße Vorrichtung von einer Feder zum Druckaus
gleich offengehalten und nach der Dehnung der Feder durch
eine Zugkraft aufgrund der Federkraft wieder geöffnet.
Bei einer anderen Ausführungsform wird der Durchfluß durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung von einer Feder geschlossen
gehalten; dabei kann das Ventil gegen eine Fluidströ
mung 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 teleskopar
tigen Zusammenschieben der Ausgleichsventil- und Stoß
dämpfer-Einheit als Folge der Freigabe des Gerätezuges
beim Herausziehen auftreten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Längsan
sicht einer an einem Hängebank-Nippel im Verroh
rungsgestänge eines Bohrloches verriegelten Bohr
loch-Prüfvorrichtung,
Fig. 2A bis 2E zusammen eine teilweise geschnittene
Längsansicht eines Ausgleichsventils, eines Stoß
dämpfers, eines einstellbaren Dornes, einer Sonde,
eines Verriegelungs-Übergangsstückes und eines
Verriegelungsdornes einer Prüfvorrichtung,
Fig. 3 einen Querschnitt des Ausgleichsventils und Stoß
dämpfers entlang der Linie 3-3 von Fig. 2A;
Fig. 4 einen Querschnitt des Ausgleichsventiles und Stoß
dämpfers entlang der Linie 4-4 von Fig. 2A,
Fig. 5 einen Querschnitt eines unteren Abschnitts des
Ausgleichsventiles und Stoßdämpfers entlang der
Linie 5-5 von Fig. 2B,
Fig. 6 einen Querschnitt der Sonde und des Verriegelungs-
Übergangsstückes entlang der Linie 6-6 von Fig.
2D,
Fig. 7 einen Teillängsschnitt des Ausgleichsventils und des
ausgefahrenen Stoßdämpfers mit geöffnetem Aus
gleichsventil während des Senkens des Gerätezuges
in ein Bohrloch und während des
Vorganges, bei dem der Zug aus verriegelter Stel
lung vom Verriegelungs-Übergangsstück gezogen
wird,
Fig. 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 die
die Vorrichtung nach Zug und Freigabe des Geräte
zuges durch eine Gegenkraft zusammengedrückt wird,
Fig. 9 einen Teillängsschnitt des unteren Abschnitts der
Sonde und des Verriegelungs-Übergangsstücks mit aus
gefahrenen Nasen des Verriegelungs-Übergangsstückes
in der Stellung, in der die Sonde in das Verriege
lungs-Übergangsstück eingeführt und davon gelöst und
daraus herausgezogen wird,
Fig. 10 einen vergrößerten Teilschnitt einer der Verriege
lungsnasen des Verriegelungs-Übergangsstückes zu
sammen mit der Sonde und dem ringförmigen Kolben
und den Nockenbüchsen des Verriegelungs-Übergangs
stückes, in dem die Winkel zwischen den Nockenober
flächen auf der Verriegelungsnase und auf der oberen
Nockenbüchse des Verriegelungs-Übergangsstückes sowie
auf der Auslösefläche der Sonde dargestellt
sind,
Fig. 11 einen Teillängsschnitt des Ausgleichsventiles
und des Stoßdämpfers, der die Betriebsweise der Vor
richtung beim Hochziehen des Gerätezuges zeigt,
beispielsweise beim Prüfen, ob der Zug im Bohrloch
verriegelt ist, und beim Ziehen des Gerätezuges
zur Freigabe des Zuges aus dem Verriegelungs-Über
gangsstück,
Fig. 12 einen Längsschnitt einer erfindungs
gemäßen Ausführungsform des Ausgleichsventils und
des Stoßdämpfers, wenn das Gerät mit teilweise ge
öffnetem Ventil in das Bohrloch eingeführt wird,
Fig. 13 eine in Einzelteile zerlegte, perspektivische An
sicht des Puffers, der Hülsen und Nasen des
Ausgleichsventils und Stoßdämpfers von Fig. 12,
Fig. 14 einen Längsschnitt des Ausgleichsventils und Stoß
dämpfers von Fig. 12, die bei vollständig ge
öffnetem Ventil teleskopartig auseinandergezogen
sind,
Fig. 15 einen Längsschnitt des Ausgleichsventils und
Stoßdämpfers von Fig. 12, die in eine Stellung
mit geschlossenem Ventil ineinandergeschoben sind,
Fig. 16 einen Längsschnitt des Ausgleichsventils und Stoß
dämpfers von Fig. 12, die zum Erzielen maximaler
Stoßdämpferwirkung auf eine minimale Länge zusam
mengeschoben sind,
Fig. 17 einen Teillängsschnitt einer weiteren Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Ausgleichsventils und
Stoßdämpfers mit geöffneten Ventil,
Fig. 18 einen Teillängsschnitt des Ventils und Stoßdämpfers
von Fig. 17 mit geschlossenem Ventil,
Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Linie 19-19 von
Fig. 17,
Fig. 20 einen Querschnitt entlang der Linie 20-20 von
Fig. 17 und
Fig. 21 eine teilweise geschnittene Teillängsansicht des
unteren Endes einer modifizierten Ausführungsform
des Ventils und Stoßdämpfers der Fig. 17 und
18.
In Fig. 1 ist ein Bohrloch 20 mit einem Futterrohr 21 dar
gestellt, das Perforationen 22 aufweist, so daß die in
der Lagerstätte enthaltenden Fluide durch das Futterrohr
21 in das Bohrloch 20 fließen können. Das Futterrohr 21 er
streckt sich bis zum Bohrlochkopf 23, der Ventile 24 und
25 aufweist und ein Verrohrungsgestänge 30 trägt, das sich
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
riegelungsdorn 32 lösbar verriegelt ist. Am unteren Ende
des Verriegelungsdorns 32 ist ein Verriegelungs-Übergangs
stück (Gewindeschutz) 33 befestigt. Ein unter der Ober
fläche liegendes Meßgerät (Signalwandler) 34 wird von
einem Drahtstrang 35 gehalten, der vorzugsweise eine elektri
sche Leitung ist, die durch den Bohrlochkopf 23 mit einem
Aufzeichnungsgerät 40 verbunden ist. Das an der Oberfläche be
findliche Aufzeichnungsgerät zeichnet die vom Meßgerät aufge
nommenen Messungen auf. Eine Ausführungsform eines erfin
dungsgemäßen 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 Verriegelungs
dorns 32 eingreift. Eine in Fig. 1 nicht dargestellte Ver
riegelungssonde wird vom unteren Ende der einstellbaren Sonde
43 getragen und ist lösbar mit dem Verriegelungs-Übergangs
stück 33 verbunden.
Normalerweise umfaßt eine Bohrloch-Komplettierung wie die
in Fig. 1 dargestellte die Installation des Verrohrungs
gestänges 30 mit einem oder mehreren Hängebank-Nippeln 31
entlang der Länge des Verrohrungsgestänges für die nach
folgende 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 ange
paßt 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 Fig. 2D detailliert
dargestellt, ausfahrbare (dehnbare) Verriegelungsnasen 32a
und eine Dichtung 32 b auf. Andere Ausführungsformen von
Verriegelungsdornen können je nach den vom jeweiligen Hänge
bank-Nippel 31 des Verrohrungsgestänges 30 gestellten An
forderungen verwendet werden. Da die Verriegelungs-Über
gangsstücke 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 Verroh
rungsgröße und unterschiedlichen Hängebank-Nippeln verwen
det 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 ausge
rüstetes Bohrloch in einem ersten Schritt mit dem Verrie
gelungsdorn 32 versehen, an dem das erfindungsgemäße Ver
riegelungs-Übergangsstück 33 befestigt wurde. In einem nach
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 Über
gangsstück 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, abge
dichtete Stellung in das Übergangsstück eingeführt werden
kann. Die Stoßdämpferfunktion des erfindungsgemäßen Aus
gleichsventils und Stoßdämpfers schützt das Meßgerät 34
während der Installation und während des Ziehens des Gerä
tezuges. Die zum Herausziehen der Verriegelungssonde aus dem
Verriegelungs-Übergangsstück erforderliche, wesentlich
größere Kraft ermöglicht es dem Bohrlochbediener festzu
stellen, 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 Ver
riegelungs-Übergangsstückes 33 lediglich eine Erhöhung der
Haltewirkung des Übergangsstückes auf der Verriegelungs
sonde des Gerätezuges. Nach Beendigung der Prüfungen löst
eine nach oben auf das Kabel 35 ausgeübte Kraft den Geräte
zug vom Verriegelungs-Übergangsstück 33. Während des Ent
fernens des Gerätezuges sind das Ausgleichsventil und der
Stoßdämpfer in Betrieb. Danach können gegebenenfalls der
Verriegelungsdorn 32 mit dem Verriegelungs-Übergangsstück
33 in einem getrennten Vorgang wieder aus dem Bohrloch ge
wonnen werden.
Die Details des Aufbaus des Ausgleichsventils und Stoß
dämpfers 41 und des Kupplungsstückes 42 sind in den Fig.
2A und 2B dargestellt. Das Kupplungsstück 42 von Fig.
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 ge
schraubt, 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 Umfanges angeordneten Längsschlitzen 62 mon
tiert. Ein Dichtungsring 63 in einer äußeren ringförmigen
Ausnehmung des verjüngten unteren Endes 51 des oberen Ver
bindungsstückes 45 dichtet zwischen dem Verbindungsstück
45 und dem Mittelstück 53 ab. Das untere Ende des Mittel
stückes 53 ist mit dem Außengewinde 55 in das obere Ende
des Ausgleichsventils und Stoßdämpfers 41 eingeschraubt.
Ein Dichtungsring 64 in einer äußeren ringförmigen Aus
nehmung des Mittelstückes 53 dichtet zwischen dem Kupp
lungsstück 42 und dem Ausgleichsventil und Stoßdämpfer 41
ab.
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 ist eine ineinander
schiebbare 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 Übergangs
kopf 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 Endab
schnitt der Gehäusehülse 71 geschraubt ist. Der obere End
abschnitt des Verteilers 72 weist ein Innengewinde auf, und
ist, wie in Fig. 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 60 des Kupplungsstückes 42 öffnet und seitlich mit
mehreren, im Abstand entlang des Umfanges angeordneten ra
dialen 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 Ver
teilers 72 ausgebildet. Die verjüngte Außenfläche 82 des Ver
teilers 72 erstreckt sich von einer konischen Schulter 83
nach unten bis zu einem unteren Außenflansch 84 des Vertei
lers 72, dessen Durchmesser größer ist, als derjenige des
die Außenfläche 82 aufweisenden Abschnittes, der aber hin
reichend 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 Ge
häuse 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
Fig. 2A und 3 dargestellt, eine einzige Seitenöffnung 92
durch die Seitenwand des Verteilers 72 und des Gehäuses 74
auf. Die Öffnung 92 erstreckt sich durch einen außen ver
breiterten Wandteil 93 des Verteilers 92 und eine ringför
mige Schweißnaht 94, die an der Verbreiterung 93 des Ver
teilers 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 Außen
wand der Verbreiterung 93 des Verteilers 72 ausgebildete,
nach außen mündende ringförmige Ausnehmung 95 und eine
ringförmige Öffnung 100 in der Büchse 74 auf. Beim Befesti
gen des Verteilers 72 in der Büchse 74 ist der Verteiler 72
korrekt in der Büchse ausgerichtet, wenn die Ausnehmung 95
des Verteilers 72 mit der Öffnung 100 der Büchse 74 ausge
richtet ist. Danach wird der durch die Ausnehmung 95 und
die Öffnung 100 ausgebildete Zwischenraum mit der Schweiße
94 gefüllt und danach zur Ausbildung der Seitenöffnung 92
gebohrt. Die Öffnung 92 erstreckt sich von der Außenseite
des Geräts bis zur Bohrung im Mittelabschnitt 90 des Vertei
lers 72. Der untere Außenflansch 84 des Verteilers 72 weist
eine innere, ringförmige Ausnehmung 101 auf, die eine
O-Ringdichtung 102 zum Abdichten gegenüber dem Ventilteil
der Ausgleichsventil-Stoßdämpfer-Einheit 41 enthält. Wie in
Fig. 3 dargestellt, ist die gegenüberliegende Seite des
verbreiterten Wandteiles 93 des Verteilers 72 mit einer fla
chen 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 aus
bildet, so daß sich eine Fluidströmung sowie Druck entlang
des Verteilers 72 innerhalb der Ringkammer 81 an der Ver
breiterung 93 vorbei ausbreiten können.
Wie aus den Fig. 2A, 2B, 3, 4 und 5 ersichtlich, steht
eine Ventil-Dorn-Einheit 104 in teleskopartigen Eingriff mit
dem Übergangskopf 70 und der Gehäusebüchse 74 und erfüllt
sowohl die Ventil- als auch die Stoßdämpfungsfunktionen der
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41. Der obere
Abschnitt 104a der Ventil-Dorn-Einheit 104 ist innerhalb
der Bohrung des Mittelabschnitts 90 des Verteilers 72 ver
schiebbar und weist eine sich nach oben öffnende Blindboh
rung 104b auf, die einen Teil einer Ventilfeder 105 auf
nimmt. Die Ventilfeder 105 drückt die Ventil-Dorn-Einheit
104 (schräg) nach unten in eine Stellung, in der das Ven
til 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 er
streckt, 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 Fig. 2A dargestellt, dichtet die O-Ring-Dichtung 102
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-Ein
heit während des Betriebs der Anlage hin- und herbewegt.
Ohne die als Auslaßventil dienende Seitenöffnung 92 würden
in den Bohrungsabschnitten 85 und 90 eingeschlossene Fluide
den Betrieb der Anlage beeinträchtigen. Wie den Fig. 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-
Dorn-Einheit 104 erstreckt. Der röhrenförmige Abschnitt 104c
der Ventil-Dorn-Einheit 104 weist mehrere, im Abstand ent
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 gering
fügig größerem Durchmesser als der röhrenförmige Abschnitt
104c der Ventil-Dorn-Einheit 104 auf, wodurch ein ringför
miger Durchfluß 113 um die Ventil-Dorn-Einheit 104 inner
halb des Büchsenabschnittes 74a entlang der Schlitze 112 aus
gebildet wird. Wie in Fig. 2B dargestellt, ist die Wand
stärke 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 ab
dichtet. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, wird die
offene oder geschlossene Stellung des Ventils der Aus
gleichsventil- 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 Fig. 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, einge
schlossen. Der obere Federanschlag 121 weist zwei halbring
förmige Segmente auf, die um den röhrenförmigen Abschnitt
104c der Ventil-Dorn-Einheit 104 gepaßt sind. Der röhren
förmige Abschnitt 104c weist einen verjüngten Abschnitt 104d
auf; in die dadurch ausgebildete äußere, ringförmige Aus
nehmung greift ein innerer Flansch 121a der Spaltringseg
mente verschiebbar ein. Eine nach unten gerichtete Anschlag
schulter 104e am oberen Ende der durch den Abschnitt 104d
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 104c oberhalb
einer nach oben gerichteten, unteren Anschlagschulter 104g
verschiebbar. Die Anschlagschulter 104g begrenzt die Ab
wärtsbewegung des unteren Federanschlages 122 auf der
Ventil-Dorn-Einheit 104. Die Gehäusehülse 71 weist eine Rei
he im Abstand entlang des Umfangs angeordneter oberer
Seitenöffnungen 123 und entsprechender unterer Seitenöff
nungen 124 auf. Unterhalb der Schulter 104g weist der Ven
til-Dorn-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 Ein
griff gebracht werden können. Das untere Ende des Ventil-
Dorn-Abschnittes 104c ist verbreitert und weist ein Außen
gewinde 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 äuße
ren 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 Fig. 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 ent
lang der gesamten Länge der Sonde 43 ausgebildet wird,
dem sich beispielsweise der Fluiddruck von unterhalb
der Sonde nach oben in die Ausgleichsventil- und Stoßdämp
fer-Einheit 41 ausbreiten kann. Die verschiedenen Abschnitte
der Sonde sind miteinander, wie aus den Fig. 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 Sondenabschnit
ten 43b und 43c weist, wie in Fig. 2D gezeigt, eine Schweiß
naht 134 auf, so daß eine dauerhafte, flüssigkeits- bzw.
gasdichte Verbindung ausgebildet wird. Wie nachstehend aus
führlicher erläutert, ermöglicht der mit einem Außengewin
de versehene Abschnitt 43a die Anpassung der Sonde an ver
schiedene Verriegelungsdornen durch Einstellen der Längs
stellung des unteren Verriegelungsabschnittes 43c der Sonde.
Wie aus den Fig. 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 verjüng
ten Abschnitt 44e der Längsbüchse 44b angeordnet, durch den
eine nach unten gerichtete Anschlagsschulter 44f ausgebil
det wird, die den Haltering 44c gegen eine Aufwärtsbewegung
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 Fig. 2C nicht dargestellte Feststell
schraube (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 Mittelab
schnitt 43b der Sonde aufgepaßt ist und mit der Schraubver
bindung zwischen dem Kopfteil 44a der Stützvorrichtung 44
und der Sonde 43 zusammenwirkt, um die Ausrichtung der Son
de durch die Stützvorrichtung zu gewährleisten. Der Innen
flansch 44a der Längsbüchse 44b weist ein Gewindeloch 44j
für eine Feststellschraube (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 er
möglichen, wenn der Gerätezug im Bohrungsgestänge des Bohr
loches angehoben und/oder abgesenkt wird.
Wie aus den Fig. 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 gerichte
ten Kraft auf die Sonde freigegeben wird. Der Verriegelungs
abschnitt 43c der Sonde 43 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 Längs
achse 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 Fig. 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
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 900N. 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 Abdich
ten 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 Fig. 2D, 2E und 9 dargestellt, weist das
Übergangsstück 33 ein röhrenförmiges Gehäuse 140, ein Ab
schlußstück 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 Fig. 2D dargestellt, weist das Ge
häuse 140 einen verjüngten oberen Abschnitt 140a auf, des
sen Gewinde mit dem unteren Ende des Verriegelungsdorns
32 in Eingriff steht, so daß das Verriegelungs-Übergangs
stück 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 Ge
häuse 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 obe
ren Endabschnitt des Kolbens 142 wird eine fluiddichte,
verschiebbare Abdichtung zwischen dem Kolben und der Dicht
fläche 140c des Gehäuses ausgebildet. Die obere Nockenflä
che 144 sitzt verschiebbar auf dem verjüngten Abschnitt 142a
des Kolbens 142. Der obere Rand der Nockenhülse 144 steht
mit einer nach unten gerichteten, inneren Anschlagschulter
140d in Eingriff, wodurch eine Aufwärtsbewegung der Nocken
hülse 144 im Gehäuse verhindert wird. Die untere Nockenhül
se 145 sitzt ebenfalls verschiebbar auf dem verjüngten Ab
schnitt 142a des Kolbens 142 unterhalb der Verriegelungs
nasen 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 Nockenhül
se 145 und das Betätigungsteil 150 während des Verriegelns
und des Freigebens der Sonde in und aus dem Verriegelungs
übergangsstück 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, ring
förmigen Anschlagschulter 141a des Abschlußstückes 141 ein
geschlossen, 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 Fig. 2D und 6 dargestellt, weisen die Verrie
gelungsnasen 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 Fig. 6 ersichtlich, sind drei dieser 90°-Verriege
lungsnasen entlang des Umfangs durch drei Fenster 142b des
Ringkolbens 142 angeordnet. Die Seitenwände der Verriege
lungsnasen sind ebenso wie die Seitenwände der Fenster, in
denen die Verriegelungsnasen verschiebbar sind, nach innen
geneigt. Die oberen und unteren Flächen der Verriegelungs
nasen sind zueinander parallel und senkrecht zur vertikalen
Achse der Verriegelungsnasen. Wie aus Fig. 2D hervorgeht,
sind die oberen und unteren Flächen der Fenster 142b zu
einander parallel und senkrecht zur Längsachse des Kolbens
142. Die Verriegelungsnasen 143 sitzen fest, aber ver
schiebbar in den Fenstern 142b, so daß sich die Verriege
lungsnasen seitlich bzw. radial nach innen und außen, aber
nicht vertikal bzw. in Längsrichtung relativ zum Kolben
142 bewegen können. Die Verriegelungsnase 143 und der Kol
ben 142 können sich in Längsrichtung nur gemeinsam bewe
gen.
Die Fig. 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. Fig. 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
Fig. 2D und 2E sowie in Fig. 9 dargestellt. Jede der
Verriegelungsnasen 143 weist innere, konische Nockenflächen
143a auf, die geometrisch Kreissegmente sind und Segmente
konischer, gegeneinander geneigter Oberfläche 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 Verriegelungs
nase 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 Nocken
fläche 143a der Verriegelungsnase in Eingriff bringbar.
Die Nockenfläche 145a der unteren Nockenhülse 145 ist mit
der unteren Nockenfläche 143b der Verriegelungsnase in Ein
griff bringbar. Die inneren Nockenflächen 143a der Ver
riegelungsnasen 143 sind unter demselben Winkel ausgerich
tet, wobei diese Winkel etwa den Winkeln der Nockenflächen
43f und 43g der Sonde entsprechen. Auch die äußeren Nocken
flächen 143b der Verriegelungsnasen sind unter demselben
Winkel ausgerichtet, wobei diese Winkel etwa den Winkeln
der Nockenflächen 144a und 145a der Nockenhülsen 144 und
145 entsprechen. Das Verhältnis zwischen den Winkeln Δ und R
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 Fig. 10, die Nockenfläche 43f der Sonde
die Verriegelungsnasen 143 nach außen drückt, wobei die Noc
kenfläche 143b der Verriegelungsnasen entlang der Nocken
fläche 144a der Nockenhülse nach außen und unten gleitet.
Der Winkel Δ muß um einen bestimmten Wert größer sein, als
der Winkel R wobei die Reibung der jeweiligen Materialien
in Betracht gezogen werden muß. Dadurch läßt sich ein
Blockieren der Sonde innerhalb der Verriegelungsnasen ver
hindern, bei dem die Sonde nicht in der Lage ist, die Ver
riegelungsnasen nach außen mitzunehmen, und deshalb nicht
aus dem Verriegelungs-Übergangsstück 33 herausgezogen wer
den känn. Der Reibungswinkel zwischen geschmierten, in
Kontakt stehenden harten Stahloberflächen beträgt bei
spielsweise etwa 10 bis 12°. Die in Fig. 10 eingezeichneten
Winkel R und Δ werden wie folgt bestimmt:
Der Winkel R entspricht dem Wert eines vorbestimmten Winkels abzüglich des Reibungswinkels. Der Winkel Δ entspricht einem vorbestimmten Winkel zuzüglich des Reibungswinkels. Die Werte der vorbestimmten Winkel sind durch technische Über legungen gegeben, die auf den zum Einführen und Entfernen der Sonde gewünschten Kräften beruhen. Vorzugsweise sollte der Winkel Δ etwa 30° größer sein als der Winkel R. Bei einem betriebsbereiten Versuchsaufbau beträgt der in derselben Weise wie der Winkel Δ gemessene Winkel der inneren Nocken flächen 143a der Verriegelungsnasen 143 etwa 55°, während der in derselben Weise wie der Winkel R gemessene Winkel der äußeren Nockenflächen 143b der Verriegelungsnasen etwa 25° beträgt. Dadurch stellt sich eine zum Freigeben der Sonde beim Herausziehen der Sonde erforderliche Kraft von etwa 900 N ein. Während der Winkel Δ nicht unter einen vor bestimmten Wert absinken sollte, der um die erforderliche Differenz größer ist als der Winkel R, verringert jede Zu nahme des Winkels Δ über den erforderlichen Minimalwert hin aus die Größe der zum Herausziehen der Sonde aus dem Ver riegelungs-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.
Der Winkel R entspricht dem Wert eines vorbestimmten Winkels abzüglich des Reibungswinkels. Der Winkel Δ entspricht einem vorbestimmten Winkel zuzüglich des Reibungswinkels. Die Werte der vorbestimmten Winkel sind durch technische Über legungen gegeben, die auf den zum Einführen und Entfernen der Sonde gewünschten Kräften beruhen. Vorzugsweise sollte der Winkel Δ etwa 30° größer sein als der Winkel R. Bei einem betriebsbereiten Versuchsaufbau beträgt der in derselben Weise wie der Winkel Δ gemessene Winkel der inneren Nocken flächen 143a der Verriegelungsnasen 143 etwa 55°, während der in derselben Weise wie der Winkel R gemessene Winkel der äußeren Nockenflächen 143b der Verriegelungsnasen etwa 25° beträgt. Dadurch stellt sich eine zum Freigeben der Sonde beim Herausziehen der Sonde erforderliche Kraft von etwa 900 N ein. Während der Winkel Δ nicht unter einen vor bestimmten Wert absinken sollte, der um die erforderliche Differenz größer ist als der Winkel R, verringert jede Zu nahme des Winkels Δ über den erforderlichen Minimalwert hin aus die Größe der zum Herausziehen der Sonde aus dem Ver riegelungs-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 ein
führen 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 einge
führt oder aus ihr herausgezogen wird, drücken die Nocken
flächen der Sonde die Verriegelungsnasen 143 nach außen,
wobei die oberen äußeren Nockenflächen 143b der Verriege
lungsnasen 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 Nockenhül
sen 145 nach unten, wobei das Betätigungsteil 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 gerich
tete 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. Gleich
zeitig erzeugt die durch die oberen Nockenflächen 43g aus
geübte Kraft eine radiale Kraft, die die Verriegelungsnasen
gegen die Nockenflächen 143a der oberen Nockenhülsen 144
nach außen drückt, und die Auswärts-Bewegung der Verrie
gelungsnasen drückt die Nockenhülse 145 ebenfalls nach
unten.
Eine etwas unterschiedliche Bedingung herrscht während des
Herausziehens der Sonde. Dabei widerstrebt 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
le Komponente der auf die Verriegelungsnasen 143 ausgeübten
Kräfte die Verriegelungsnasen entlang der Nockenfläche
144a nach außen und unten drückt, wobei ebenfalls die
Nockenhülse 145 nach unten gedrückt wird.
Ein besonders wichtiges Merkmal des Verriegelungs-Über
gangsstücks 33 besteht darin, daß das Verriegelungs-Über
gangsstück 33 beim Anwachsen des Fluiddruck-Unterschiedes
entlang des Ringkolbens 142 mit dem innerhalb des Ver
rohrungsgestänges 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-Übergangsstück 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 Ringkol
bens lediglich eine Radialbewegung ausführen. Die obere
Nockenhülse 144 kann sich wegen der Anschlagschulter 140d
nicht nach oben bewegen. Somit zwingt ein höherer Fluid
druck, 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 Verriegelungsnasen 143 mit dem Ringkolben 142
nach oben mit, so daß die oberen äußeren Nockenflächen 143b
der Verriegelungsnasen gegen die untere Nockenfläche 144a
der Nockenhülse 144 gedrückt werden, wodurch die Verriege
lungsnasen noch fester nach innen in die Verriegelungsaus
nehmung 43e des Verriegelungsabschnitts 43c der Sonde 43
gedrückt werden. Wenn also der Druckunterschied entlang des
Ringkolbens 142 zunimmt, wird auch der Eingriff der Ver
riegelungsnasen mit der Sonde stärker.
Das Verriegelungs-Übergangsstück 33 ist mit einer Kupplung
160, die unterhalb der Dichtung 32b auf den Verriegelungs
dorn 32 aufgeschraubt ist, auf dem Verriegelungsdorn be
festigt. 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 Fig. 2C und 2D darge
stellt, auf einem Hauptdorn 163 montiert ist. Der Haupt
dorn 163 ist mit der Kupplung 160 verbunden und trägt die
Dichtung 32b. Mehrere radial ausfahrbare Verriegelungsan
sätze 164 sind in Fenstern 165 einer Haltebüchse 170 für
die Verriegelungsansätze 164 montiert, die ihrerseits auf
dem Hauptdorn 163 angeordnet ist. Jeder der Verriegelungs
ansätze 164 wird von einer Feder 171 nach außen gedrückt.
Die Verriegelungsansätze 164 werden durch eine Abwärtsbe
wegung 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 Aufwärtsbe
wegung der Lasche 161 angehoben und die Verriegelungsan
sätze 164 damit gelöst. Das obere Ende der Lasche 161 weist
eine innere, nach unten und innen abgeschrägte Stützschul
ter 172 auf, auf der der Haltering 44c der Stützvorrichtung
44 aufliegt, wenn die Sonde 43 in das Verriegelungs-Über
gangsstück 33 eingeführt und mit diesem verriegelt ist. Ein
besonderer Vorteil des aufgrund des Gewindes einstellbaren
Abschnittes der Sonde 43 ist die Möglichkeit, die Entfer
nung zwischen dem Haltering 44c und dem unteren Verriege
lungsabschnitt der Sonde einzustellen und ihn an den Ab
stand zwischen der Stützschulter 172 auf der Lasche 161
und den Verriegelungsnasen 143 im Verriegelungs-Übergangs
stück 33 am unteren Ende des Verriegelungsdorns 32 anzu
passen.
Typischerweise weisen, wie vorstehend erläutert, die äuße
ren Nockenflächen 143b des Verriegelungs-Übergangsstückes
33 einen Neigungswinkel von 25° und die inneren Nockenflä
chen 143a einen Neigungswinkel von 55° auf, mit entspre
chenden 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 Verriegelungs-
Übergangsstück 33 erfordert eine nach unten gerichtete
Kraft von etwa 67 N auf die Sonde 43, um die Sonde in die
Verriegelungsstellung einzuführen, und eine nach oben ge
richtete Kraft von etwa 900 N, 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 111 N 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 Bohr
loch, in dem die Verrohrung 30 und die Hängebank 31 vorge
sehen sind, ist die Verbindung des Verriegelungs-Übergangs
stückes 33 mit dem unteren Ende des Verriegelungsdorns 32,
wie ausführlich anhand der Fig. 2D und 2E dargestellt,
und das "Landen" und Verriegeln des Verriegelungsdorns 32
in der Hängebank 31 in der Verrohrung 30. Dieses Verfahren
wird auf übliche Weise durchgeführt, wobei eine Einbauvor
richtung mit der Lasche 161 des Verriegelungsdorns 32 in
Eingriff gebracht wird. Die mit einem Kabelstrang versehene
Einbauvorrichtung und das Verfahren zum Betrieb dieser Vor
richtung sind bekannt. Der jeweils verwendete Verriegelungs
dorn 32 ist dadurch an die Hängebank 31 angepaßt, daß die
Einbau- und Verriegelungsprofile der Verriegelungsnasen 32a
des Verriegelungsdorns 32 an die inneren Profile der Hänge
bank bzw. des Hängebank-Nippels 31 angepaßt sind. Durch Wahl
der geeigneten Kupplung 160 ist das Verriegelungs-Übergangs
stück, wie in Fig. 2D dargestellt, an einem Verriegelungs
dorn jeder beliebigen Größe und Form befestigbar.
Nach dem Einbau des Verriegelungsdorns 32 wird der Gerätezug
mit dem Meßgerät 34, dem Kupplungsstück 42, der Ausgleichs
ventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41, der Sonde 43 und der
Stützvorrichtung 44 zusammengebaut und mit der üblichen Ein
bauvorrichtung am elektrischen Drahtstrang 35 in die Ver
rohrung 30 des Bohrloches abgesenkt. Während des Absenkens
des Gerätezuges ist die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-
Einheit 41 ausgefahren, und das Ausgangsventil, wie in Fig. 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 Stoßdämpferventil-Einheit 41, wie in
Fig. 7 dargestellt. Die Ventil-Dorn-Einheit 104 schiebt
sich nach unten, bis die Anschlagschulter 122a des Federan
schlags 122 mit der inneren ringförmigen Anschlagschulter
71a innerhalb des mit einem Innenflansch versehenen unteren
Endes der Gehäusehülse 71 in Eingriff kommt. In dieser Stel
lung der Ventil-Dorn-Einheit wird eine Umgehungs-Verbindung
(Bypass) 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 spaltring
förmigen 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,
der sich durch das untere Ende der Sonde hindurch er
streckt, so daß eine Fluidströmung (Bypass) von unterhalb
der Sonde durch die gesamte Länge der Sonde und die Ven
til-Dorn-Einheit nach außen durch die Seitenöffnungen 123
der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 ausge
bildet wird. Dadurch wird das Absenken des Gerätezuges
unterstützt und das Einbringen der Sonde in eine abge
dichtete, verriegelte Stellung innerhalb des Verriegelungs-
Übergangsstückes 33 ermöglicht, wie in den Fig. 2D und
2E dargestellt. Wenn sich die Ventil-Dorn-Einheit nach
unten schiebt, ermöglichen die Seitenöffnungen 92 der Ein
heit 41 das Einströmen von Fluiden in die durch die Bohr
abschnitte 85 und 90 innerhalb des Übergangskopfes 70 be
grenzte Kammer am oberen Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104.
Wie in Fig. 7 dargestellt, bleibt die Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41 geöffnet, bis die Sonde voll
ständig in das Verriegelungs-Übergangsstück 33 eingeführt
und darin verriegelt ist, weil zum Zusammendrücken der Fe
der 105 eine Kraft von etwa 111 N erforderlich ist, während
zum Einführen des Verriegelungsabschnitts 43c der Sonde in
eine vollständig verriegelte Stellung, wie in den Fig. 2D
und 2E dargestellt, eine Kraft von nur etwa 67 N erforder
lich ist. Der Verriegelungsabschnitt der Sonde wird durch
die Bohrung des Verriegelungsdorns 32 in die Bohrung des
Verriegelungs-Übergangsstückes 33 innerhalb der Verriegelungsna
sen 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 Fig. 9 dargestellt, nach außen, wodurch die
Sonde nach unten geführt werden kann, bis die Verriege
lungsnasen 143 mit der Verriegelungs-Ausnehmung 43e der Son
de ausgerichtet sind. Das Ausfahren der Verriegelungsnasen
143 bewirkt, wie aus Fig. 10 ersichtlich, daß die Nocken
flächen 143b der Verriegelungsnasen entlang der Nocken
flächen 144a und 145a der Nockenhülsen 144 bzw. 145 nach
außen gleiten. Zu dieser Auswärtsbewegung der Verriege
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
140d 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 aus
fahren können, so daß der Verriegelungsabschnitt 43c der
Sonde 43 innerhalb der Nasen passieren kann, bis die Aus
nehmung 43e des Verriegelungsabschnitts 43 mit den Nasen
143 ausgerichtet ist. Die nach oben auf das Betätigungs
teil 150 wirkende Kraft der Feder 151 hebt die Nockenhülse
145 gegen die obere Hülse 144 und drückt die Verriege
lungsnasen 143 nach innen in die in den Fig. 2D und 10
dargestellten Verriegelungsstellungen zurück.
Während des normalen Einbaus des Systems wirkt die Aus
gleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 nicht als Stoß
dämpfer. 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 ein
schließlich des Meßgerätes 34 und des Kupplungsstückes 42
beim Auftreffen auf den Verriegelungsdorn 32 nach unten zu
sammenschiebt, 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 Fig. 2C dargestellt, gegen eine Abwärtsbewe
gung gesichert ist. Der Übergangskopf 70 und die Gehäuse
hülse 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 Gehäusetei
les 74a den spaltringförmigen Federanschlag 121 nach unten
gegen die Stoßdämpfungsfeder 120. Die Teile des Spaltrin
ges bewegen sich entlang des verjüngten Abschnittes bzw.
der Ausnehmung 104d der Ventil-Dorn-Einheit 104 nach unten,
wie in Fig. 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-Übergangsstück
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 Druck
unterschied entlang des Systems auftreten, durch den die Son
de wieder durch das Bohrloch hochgetrieben wird. Die wesent
lich größere zum Auslösen der Sonde erforderliche Kraft,
wie die vorstehend erläuterten 900N, erlaubt es dem Bedie
nungspersonal, eine hinreichend große, an der Oberfläche
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 Ausgleichsven
til- und Stoßdämpfer-Einheit in eine Stellung zusammenge
schoben, die von der in Fig. 7 dargestellten bis zu der
in Fig. 11 dargestellten Stellung, in der die Stoßdämp
fungsfeder 120 nach oben zusammengedrückt ist, reichen kann.
Wenn die nach oben gerichtete Kraft zum Prüfen der Sonden
verriegelung kleiner ist als die zum Zusammendrücken der
Stoßdämpfungsfeder 120 erforderliche Kraft, schiebt sich
das System in die in Fig. 7 dargestellte Stellung zusam
men. 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 Förderbohr
loch bei der Sekundär-Gewinnung verwendet werden soll,
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 inner
halb des Bohrlochs wirkt nach oben durch den Durchfluß 132
der Sonde 43, durch die Bohrung 111 der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41 und nach außen durch die radialen
Schlitze 112 in den ringförmigen Raum (Durchfluß 113 zwi
schen der Ventil-Dorn-Einheit 104 und dem Gehäuse 74. Der
Druck breitet sich in dem ringförmigen Durchfluß 113 nach
oben in die Ringkammer 81 im Übergangskopf 70 entlang der
ebenen Oberfiäche 103 aus, wie in Fig. 3 dargestellt, und
danach nach oben entlang der Ringkammer 81 in die radialen
Öffnungen 80 und zur Längsbohrung 60 im Kupplungsstück 42,
und schließlich ins Meßgerät 34. Eine derartige Druckaus
breitung wird durch die Tatsache ermöglicht, daß das Aus
gleichsventil geschlossen ist,wenn das Gewicht des Geräte
zuges nach Abschluß der Verriegelung der Sonde im Verriege
lungs-Übergangsstück 33 auf dem Verriegelungsdorn 32 auf
liegt. Das Gewicht des Gerätezuges oberhalb der Ausgleichs
ventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 reicht zum Zusammendrücken
der Ventilfeder 105 aus, wodurch das Ausgleichsventil und
der Stoßdämpfer in den in den Fig. 2A und 2B dargestell
ten 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. Da
durch wird die Druckausbreitung auf den ringförmigen Durch
fluß 113 beschränkt, durch den sich der Druck, wie beschrie
ben, nach oben ausbreitet.
Wie vorstehend in Verbindung mit der Beschreibung des Ver
riegelungs-Übergangsstückes 33 ausführlich erläutert, wer
den 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
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 Ein
griff zwischen dem Verriegelungs-Übergangsstück 33 und der
Sonde 34. Dadurch kann, obwohl die Sonde von einer Kraft
in der Größenordnung von etwa 900 N, abhängig von der spe
ziellen Ausgestaltung von Sonde und Verriegelungs-Übergangs
stück, vom Verriegelungs-Übergangsstück gelöst werden kann,
ein Druck im Bohrloch unterhalb des Verriegelungs-Übergangs
stückes wesentlich größere Drücke (Kräfte) auf bzw. über
das Verriegelungs-Übergangsstück 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 Ab
hängigkeit von der Zunahme der über den beiden Teilen lie
genden 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 wie
der aus dem Bohrloch entfernt werden. Am Bohrlochkopf 23
wird eine Kraft nach oben auf den Drahtstrang 35 ausge
übt, der das Meßgerät 34, das Kupplungsstück 42, den Über
gangskopf 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 Stoß
dämpfer-Einheit 41 aufgrund der Verriegelung der Sonde 43
mit dem Verriegelungs-Übergangsstück 33 gegen eine Aufwärts
bewegung gesichert sind, bzw. festgehalten werden, wird die
Einheit 41 zunächst in den in Fig. 7 dargestellten Zustand
zusammengeschoben. Danach kommt die Anschlagschulter 71a mit
der Anschlagschulter 122a des Federanschlags 122 in Ein
griff, wodurch der Federanschlag 122 angehoben und die Stoß
dämpferfeder 120 gegen den spaltringförmigen Federanschlag
121 am oberen Ende der Stoßdämpferfeder gedrückt wird. Der
Federanschlag 121 kann sich wegen seines Eingriffs mit der
Anschlagschulter 104e nicht auf der Ventil-Dorn-Einheit
nach oben bewegen. Fig. 11 zeigt die Relativstellung der
verschiedenen Teile der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-
Einheit 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 Feder
anschlags 121 in Eingriff kommt, wodurch die Ventil-Dorn-
Einheit 104 mitgenommen und dadurch eine Kraft nach oben
auf die Sonde 43 ausgeübt wird. Wenn die Kraft den erfor
derlichen Wert, z. B. 900 N, übersteigt, klemmt der Ver
riegelungsabschnitt 43c am unteren Ende der Sonde 43 die
Verriegelungsnasen 143 nach außen in die in Fig. 9 darge
stellten Stellungen und gibt damit die Sonde frei. Wie
aus den Fig. 7 und 11 zuentnehmen, ist die Ventil-Dorn-
Einheit 104 während des gesamten Hochziehens der Sonde in
geöffneter Stellung. Dadurch ist das Ausgleichsventil ge
öffnet und der mittlere Durchfluß 132 der Sonde mit den
Seitenöffnungen 123 verbunden, wodurch der Druck entlang
und über die Sonde ausgeglichen wird, während sie aus
ihrer abgedichteten, verriegelten Stellung im Verriege
lungs-Übergangsstück 33 hochgezogen wird. Durch die nach
oben gerichtete Zugkraft auf den Gerätezug neigt die Sonde
nach Überwinden des ihrer Aufwärtsbewegung entgegengesetz
ten Verriegelungs- und Reibungswiderstandes dazu, sich
ruckartig aufwärtszubewegen bzw. hochzuschnappen, wodurch
die Ventil-Dorn-Einheit nach oben sowohl gegen die Ventil
feder 105 als auch gegen die Stoßdämpfungsfeder 120 ver
schoben wird, und zwar solange, bis die Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit 41 in die in Fig. 8 dargestellte
Stellung zusammengeschoben ist. Dabei steht die Schulter
am oberen Rand 130a der Sonde 43 mit der nach unten gerich
teten Anschlagschulter am unteren Rand 71b der Gehäusehül
se 71 der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41 in
Eingriff, wodurch die Aufwärtsbewegung begrenzt wird. Die
Energieabsorptions-Charakteristik der beiden Federn 105
und 120 schützt somit das Meßgerät 34 vor einer Stoßbeschä
digung 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 Fig. 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
um das obere Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104 mög
lich. 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 Son
de 43 aus dem Verriegelungsdorn 32 kann der Verriegelungs
dorn mit dem damit verbundenen Verriegelungs-Übergangs
stück 33 aus dem Nippel 31 der Hängebank entfernt werden.
Dabei werden übliche Verfahren und Vorrichtungen unter Ver
wendung eines Drahtstranges angewandt, um einen Eingriff
mit dem Verriegelungsdorn 32 an der Lasche 161 herzustel
len und den Verriegelungsdorn durch Hochziehen der Lasche
161 zu lösen, wobei sich die Verriegelungsansätze 164 nach
innen zurückziehen können. Das Entfernen des Verriegelungs
dorns 32 versetzt das Bohrloch wieder in den ursprünglichen
Zustand.
Eine erfindungsgemäße Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Ein
heit 41A ist in den Fig. 12 bis 16 dargestellt. Die
Einheit 41A führt die gleichen Funktionen als
Ausgangsventil und Stoßdämpfer durch wie die zuvor be
schriebene Einheit 41. Bei der Einheit 41 werden die in
einander verschiebbaren Teile der Einheit durch die Anord
nung der Federn derart verschoben, daß das Ausgleichsven
til geöffnet wird. Im Gegensatz dazu werden bei der Einheit
41A die ineinander verschiebbaren Teile der Einheit durch
die Federn derart verschoben, daß das Ausgleichsventil ge
schlossen wird und dadurch eine zusätzliche Kraft vorge
sehen ist, um das Ventil gegen die Fluidströmung geschlos
sen zu halten. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der Geräte
zug 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 Bypass-
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 Fe
derkraft zusätzlich zum Widerstand der Fluidströmung ent
gegengewirkt 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 Flüs
sigkeitsströmung wieder nach unten abzusenken.
Mit Ausnahme einiger Teile sind die Teile der Ausgleichs
ventil- Und Stoßdämpfer-Einheit 41A mit denjenigen der vor
stehend beschriebenen Einheit 41 vollständig oder im wesent
lichen identisch. Die identischen Teile werden nachstehend
mit den gleichen, vorstehend verwendeten Bezugszeichen ver
sehen, während die Bezugszeichen der lediglich im wesentli
chen identischen Teile mit dem Zusatz "A" versehen werden.
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit 41A von Fig. 12
ist eine ineinanderschiebbare Einheit, die wie die Einheit 41
mehrere Relativstellungen der ineinanderschiebbaren Teile
in Längsrichtung einnehmen kann, um ihre Funktionen als Aus
gleichsventil und Stoßdämpfer zu erfüllen. Die Einheit 41A
weist eine äußere Röhre mit der Ventilführung bzw. dem Ver
teiler 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 obe
ren 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 Rin 42312 00070 552 001000280000000200012000285914220100040 0002003123630 00004 42193gkammer 81 innerhalb des Gehäuses 74 bis an das
untere Ende des Verteilers 72 und ermöglicht eine Aufwärts
strömung 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 Ven
tils keine Fluide eingeschlossen werden können, die das
teleskopartige Ineinanderschieben der Teile der Ausgleichs
ventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A behindern würden. Inner
halb des unteren Abschnitts des Verteilers 72 ist eine
O-Ring-Dichtung 102 angeordnet, die eine fluiddichte Ab
dichtung gegen den oberen Abschnitt der Ventil-Dorn-Ein
heit 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 Ge
häuses 74 einschiebbar und dient dabei einerseits als Ven
til 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 Seitenöffnung 92
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-
Dorn-Einheit 104A auf. Wenn sich das Ventil in der offenen
Stellung von Fig. 12 befindet, fließt die Umgehungs-(By
pass-)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 spaltringförmiger oberer Feder
anschlag 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 120A steht mit der oberen Endfläche
eines röhrenförmigen Federanschlags (Puffers) 122A in Ein
griff, der verschiebbar um die Ventil-Dorn-Einheit 104A ge
paßt ist und einen verbreiterten Kopfabschnitt aufweist,
der mit einem am unteren Abschnitt der Gehäusehülse 71 aus
gebildeten 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 Fig. 13 dargestellt, weist der
Puffer 122A gegenüberliegende Fenster 122B in Längsrichtung
auf. In jedem Fenster 122B ist ein Verschlußlager 122C an
geordnet. 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-Ein
heit 41A in ein Bohrloch in einer Mittelstellung in Längs
richtung 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 Fig. 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-Einheit 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 104A
der Einheit 41A wird in die Einbaustellung gebracht, in der
das Ausgleichsventil, wie in Fig. 12 dargestellt, teilwei
se geöffnet ist. Durch Verändern der Längsstellung der Ven
til-Dorn-Einheit 104A innerhalb des Gehäuses werden die Ver
schlußzapfen 122D mit dem Zapfenaufnehmer 104B um die Ven
til-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
se 71 eingeführt, um die Verschlußzapfen 122D nach innen zu
drücken, bis die Innenteile der Zapfen mit dem Zapfenauf
nehmer 104B auf der Ventil-Dorn-Einheit 104A in Eingriff
kommen und damit die Einheit in der Einbaustellung verrie
geln. 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
inneren Verriegelungsstellung in unterschiedliche Richtungen
zu pressen. Die untere Endfläche des Zapfenaufnehmers 104B
stellt einen festen Anschlag dar, der die Verschlußzapfen
122D nicht nach außen kämmt, so daß diese verriegelt blei
ben, bis die Gehäusehülse zum Lösen der Verschlußzapfen angehoben
wird. Während sich die Einheit 41A in der in Fig. 12 darge
stellten, verriegelten, teilweise geöffneten Einbaustellung
befindet, wird der Gerätezug in das Bohrloch abgesenkt, wo
bei die im Bohrloch befindlichen Fluide in der mittleren
Bohrung 111 der Ventil-Dorn-Einheit 104A 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 Sei
tenöffnungen 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 Wei
se mühelos in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch abge
senkt werden, während die Flüssigkeit bzw. die Fluide durch
die Ventil-Dorn-Einheit 41A geleitet werden (Bypass).
Wenn der Gerätezug, wie vorstehend beschrieben, im Bohr
loch "gelandet" und verriegelt ist, wird die Ausgleichsven
til- und Stoßdämpfer-Einheit 41A aus der Verriegelungsstel
lung von Fig. 12 gelöst, bevor das Ausgleichsventil voll
ständig 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 Fig. 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
die Verschlußlager 122C auf die Verschlußzapfen 122D auf,
die mit der unteren Fläche des Zapfenaufnehmers 71B der
Hülse 71 in Eingriff stehen. Die Aufwärtsbewegung des Ge
häuses 74 einschließlich der Hülse 71 hebt die Verschluß
zapfen 122D, die Verschlußlager 122C und den Puffer 122A
relativ zur Ventil-Dorn-Einheit 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 Verschluß
zapfen vollständig aus dem Zapfenaufnehmer 104B nach außen
gekämmt (mitgenommen) sind, kommt das Gehäuse frei und be
wegt sich auf der Ventil-Dorn-Einheit 104A teleskopartig
nach oben und drückt dabei die Feder 120A in die in Fig.
14 dargestellte Stellung zusammen, in der das Bypass-Ven
til der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit voll
ständig geöffnet und die Feder 120A vollständig zusammen
gedrückt 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
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 Fig. 15 dargestellte
Stellung bewegt. Der Kopf 70 mit dem Gehäuse 74 bewegt sich
über das obere Ende der Ventil-Dorn-Einheit 104A hinaus
nach unten in die in Fig. 15 dargestellte Stellung, in
der der vom Gehäuse aufgenommene Dichtring 115 sich unter
halb der Schlitze 112 befindet, wodurch die Schlitze 112
von den Bypass-Seitenöffnungen 123 abgetrennt werden,
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 Ver
bindung stehen, so daß das Bypass-Ventil geschlossen und
eine Verbindung mit der mittleren Bohrung 75 am oberen
Ende der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A aus
gebildet wird. Beim Verschieben der einzelnen Teile der
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A zwischen der
gelösten, vollständig geöffneten Stellung von Fig. 14 und
der geschlossenen Stellung von Fig. 15 bewegen sich die
Verschlußzapfen 122D mit dem Gehäuse aus einer Stellung
oberhalb des Zapfenaufnehmers 104B nach unten in eine
Stellung unterhalb des Zapfenaufnehmers 104B. Die Verriege
lungszapfen 122D bewegen sich nicht nach innen in die Aus
nehmung bzw. den Zapfenaufnehmer 104B, 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 Fig. 12 gelöst ist, können die Verschlußzapfen 122D
nicht mehr wieder verriegelt werden. Die einzige Möglich
keit, die Verschlußzapfen wieder zu verriegeln, besteht
darin, die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41A
zur Oberfläche zu schaffen, wo ein durch die Löcher 71C ein
geführtes Werkzeug zum erneuten Verriegeln der Verschluß
zapfen verwendet wird.
Falls aus irgendeinem Grunde das Bypass-Ventil wieder ge
öffnet werden soll, wird eine Kraft nach oben auf den Gerä
tezug oberhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Ein
heit 41A ausgeübt, wodurch der Kopf 70 mit Gehäuse 74 wie
der nach oben in die Stellung von Fig. 14 angehoben wird,
in der die Schlitze 112 mit den Seitenöffnungen 123 des
Ausgleichsventils in Verbindung stehen. Danach wird die Fe
der 120A zusammengedrückt, so daß sich die Feder nach dem
Wegnehmen der Hubkraft ausdehnt und das Gehäuse wieder
nach unten in die Stellung von Fig. 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 ge
schlossen werden.
Fig. 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, wo
bei der dadurch ausgelöste Rückstoß den Gerätezug ruckartig
nach oben bewegt. Das gesamte Gehäuse mit dem oberen Feder
anschlag 121, den Verschlußzapfen 122D und den Verschlußla
gern 122C kann in Längsrichtung festbleiben. Die Ventil-
Dorn-Einheit 104A bewegt sich nach oben in die in Fig. 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 Fe
der 120A an, wodurch die Feder zusammengedrückt wird, bis sich
die verschiedenen Teile in den in Fig. 16 dargestellten
Stellungen befinden. Da die Fenster 122B des Puffers wesent
lich 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 Zapfenauf
nehmer 71B des Gehäuses in Längsrichtung festgehalten wer
den. Die nach oben gerichtete Kraft auf die Kupplung 130 wird
über den Puffer auf die sich zusammendrückende Feder ausge
übt, so daß die Feder den Stoß aufnimmt und die Geräte, bei
spielsweise die im Gerätezug oberhalb der Ausgleichsventil-
und Stoßdämpfer-Einheit angeordneten Meßinstrumente,
schützt.
Das System wurde vorstehend beispielsweise mit einem Meß
gerät 34 zur Druckmessung beschrieben. Selbstverständlich
können aber auch andere Betriebszustände des Bohrloches ge
messen 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 Aus
gleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B ist in den
Fig. 17 bis 21 dargestellt. Diese Einheit erfüllt die glei
chen Funktionen als Ausgleichsventil und Stoßdämpfer wie
die vorstehend beschriebenen Einheiten 41 und 41A. Die Aus
gleichsventil- und Stoßdämpfereinheit 41B ist unter Feder
druck 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 Ein
fahren der Sonde 43 in das Verriegelungs-Übergangsstück 33
geöffnet bleibt. Das Ventil wird beim Anheben des Gerätezu
ges 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 Aus
führungsformen kann dabei sowohl während des Einbaus als
auch während der Entnahme des Gerätezuges ein Stoß aufge
nommen 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 Stoß
dämpfer dient.
In Fig. 17 ist die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Ein
heit 41B in der geöffneten Stellung dargestellt. Sie weist
einen Übergangskopf 200, ein Gehäuse-Kupplungsteil 202 und
eine Stoßdämpferfeder-Führung 203 auf. Die Kopf- und Gehäuse
teile 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
führung 203 auf der Ventil-Dorn-Einheit 204 teleskopartig
nach unten bis in die in Fig. 17 dargestellte Stellung mit
geöffnetem Ventil. Der Kopf 200, das Gehäuse 202 und die
Federführung 203 können gegen die Federkraft auf der Ventil-
Dorn-Einheit 204 in die in Fig. 18 dargestellte Stellung
mit geschlossenem Ventil angehoben werden. Das obere Ende
des Übergangskopfes 200 ist auf den unteren, verjüngten Ab
schnitt 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 Fig. 17 dargestellt, weist der Übergangskopf 200
eine nach oben offene Blindbohrung 211 auf, die in die Boh
rung 60 der Kupplung 42 mündet, um, wie vorstehend beschrie
ben, 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 ange
schweißten Längsplatte 214 abgeschlossen ist. Der Längs
schlitz 213 ist ein abgestufter Schlitz entlang der zur Auf
nahme der Abschlußplatte ausgebildeten Außenwand des Über
gangskopfes, so daß der äußere Abschnitt des Schlitzes ge
schlossen ist, während der innere Längsabschnitt zur Aus
bildung 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
der obere Endabschnitt des Ausgleichsventiles hineinragt.
Die Bohrung 215 ist entlang ihres Mittelabschnittes 220 ver
breitert, 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 Umfangs 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 Druck
ausgleich innerhalb des Bohrloches stattfinden kann. Der Durch
messer der Bohrung 215 verjüngt sich entlang eines Abschnit
tes unterhalb des durch den verbreiterten Abschnitt 220 aus
gebildeten Durchflusses, wodurch ein ringförmiger Innenflansch
222 mit einer ringförmigen Ausnehmung ausgebildet wird, in
der ein Dichtring 223 in abdichtendem Eingriff mit der äuße
ren Oberfläche des Ausgleichsventiles 204 angeordnet ist.
Der Übergangskopf weist eine Seitenöffnung 224 auf, die zwi
schen 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
Fig. 17 bis 20 ersichtlich, weist der Übergangskopf 200 drei
oberhalb der Durchflußfenster 221 im Abstand entlang des Um
fangs um den Kopf angeordnete und in Längsrichtung ebene
Außenflächen 225 auf. Wie beispielsweise aus den Fig. 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
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-
Übergangsstück gelöst wird. Bei allen getesteten Durchflußra
ten verhinderten die Abflachungen am Übergangskopf das An
heben des Gerätezuges durch nach oben strömende Fluide.
Wie aus den Fig. 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 Ober
fläche des Ausgleichsventils 204 abdichtet. Die Bohrung durch
das Kupplungsteil 202 oberhalb des inneren Flansches des Kupp
lungsteiles und der obere Endabschnitt der Bohrung 215 des
Übergangskopfes weisen einen größeren Durchmesser als das
Ausgleichsventil 204 auf, wodurch ein ringförmiger Durch
fluß 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 Ausgleichsven
tils im Übergangskopf behindern würde. Der Durchfluß inner
halb des Kupplungsstückes 202 um das Ausgleichsventil herum
ermöglicht eine durchgehende Verbindung in die Seitenöff
nung 224 am unteren Ende des Übergangskopfes, die in den
durch die Längsschlitze 213 ausgebildeten Durchflußkanal
führt. Dadurch wird eine durchgehende Fluidverbindung von
der Bohrung des Ausgleichsventiles in das Kopfende der Aus
gleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B ausgebildet.
Die Ventil-Dorn-Einheit 204 weist eine unten offene Blind
bohrung 233 auf, die mit ihrem oberen Ende im oberen Endab
schnitt der Ventil-Dorn-Einheit endet. Weiterhin weist die
Ventil-Dorn-Einheit 204 mehrere im Abstand entlang des Um
fangs angeordnete Längsschlitze 234 auf, die die Bohrung
der Ventil-Dorn-Einheit mit dem durch die Bohrung 220 ausge
bildeten Durchfluß verbinden, wenn das Ventil, wie in Fig. 17
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 angeord
net. Dadurch wird, wenn das Ventil, wie in Fig. 19 darge
stellt, geschlossen ist, eine Fluidströmung von der Ventil
bohrung durch die Fenster 221 des Übergangskopfes in den
Außenraum verhindert.
Wie in den Fig. 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 Ausneh
mung 235 ist länger 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 Unter
kante 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 Fig. 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 be
grenzt. Ebenso weist die Ventil-Dorn-Einheit 204 eine nach
unten gerichtete, äußere, ringförmige Anschlagschulter 244
auf, die die Aufwärtsbewegung des Federanschlags oder Puf
fers 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 Fig. 1
dargestellten Teile des Gerätezuges unterhalb der Ausgleichs
ventil- 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 Sei
ten Abflachungen 245 zum Eingriff mit einem zum Zusammenbau
oder Auseinanderbau der Einheit verwendeten Schraubenschlüs
sel oder dergleichen auf.
In Betrieb ist die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer- Ein
heit 41B, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einem Gerätezug
verbunden. Sie stellt einerseits den Druckausgleich ent
lang des Bohrloches während des Einbaues und Ausbaues des Ge
rätezuges 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 Bohr
loch abgesenkt wird, ist die Kraft der Feder 205 hinreichend
groß, um die Ventil-Dorn-Einheit 204 in der in Fig. 17 dar
gestellten, oberen, geöffneten Stellung zu halten. Die Fe
der 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 ge
paßten Spaltring 240, und die Ventil-Dorn-Einheit 204 befin
det sich in der in Fig. 17 dargestellten oberen Endstel
lung und trägt die einstellbare Sonde 43, die an der Aus
gleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B hängt. Während
des Absenkens des Gerätezuges einschließlich der Ausgleichs
ventil- 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 Ver
riegelungs-Übergangsstück 33 vom Verriegelungs-Übergangs
stück 33 auf die Sonde ausgeübte, nach oben gerichtete Re
aktionskraft 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 Ge
rätezuges wichtig, da das Einbringen der Sonde in den be
grenzten Durchfluß durch das Verriegelungs-Übergangsstück
bei einem mit Flüssigkeit gefüllten Bohrloch eine Druck
differenz hervorrufen kann, die in Abwesenheit eines Druck
ausgleichsventiles das Einführen der Sonde stören würde.
Die bei und nach dem Einbringen der Sonde in das Verrie
gelungs-Übergangsstück auftretenden Stoßkräfte werden von
der auch das Ventil betätigenden Stoßdämpferfeder 205 aufge
nommen; damit werden die Instrumente im Gerätezug oberhalb der
Ausgleichsventil- und Stoßdämpfereinheit 41B geschützt.
Eine derartige Stoßkraft kann beispielsweise durch das
plötzliche Stoppen der Abwärtsbewegung der Sonde hervorge
rufen werden. Dies hat zur Folge, daß die direkt mit der Kupplung
210 verbundene Ventil-Dorn-Einheit 204 ebenfalls ihre Ab
wärtsbewegung stoppt, während sich der Übergangskopf 200 zu
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 Kupp
lungsteils 202 drückt den Spaltring 240 nach unten auf die
Ventil-Dorn-Einheit 204 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 Feder
anschlags 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 erläu
terten Messungen durchgeführt werden. Dazu wird das Umge
hungsventil (Bypass-Ventil) geschlossen, so daß die ver
schiedenen Betriebszustände durch die Einheit 41B an die Meßgerä
te bzw. Instrumente weitergeleitet werden. Der Druck unter
halb des Ausgleichsventils wird jederzeit an die Geräte ober
halb 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 Verhältnis
se nicht genau wiedergeben. Bei dem in Fig. 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 ausgebil
deten Kanal am oberen Ende der Ausgleichsventil- und Stoß
dämpfer-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 Ausgleichs
ventil- und Stoßdämpfer-Einheit übertragen wird.
Das Ausgleichsventil wird, wie in Fig. 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 vorste
hend erläutert, mit der zuvor mit dem Verriegelungs-Übergangs
stück verriegelten Sonde verbunden ist, gegen eine Auf
wärtsbewegung gesichert ist. Die Aufwärtsbewegung des Ge
häuses der Einheit 41B bringt die Abstand angeordneten
Ringdichtungen 223 und 232 in Stellungen oberhalb und unter
halb 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 inner
halb 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 weiter
geleitet.
Die Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit 41B kann gege
benenfalls zum Druckausgleich und zur Überprüfung der Durch
flußrate in der Verrohrung oberhalb des Gerätezuges von der
in Fig. 18 dargestellten Stellung mit geschlossenem Aus
gleichsventil in die in Fig. 17 dargestellte Stellung mit
geöffnetem Ausgleichsventil überführt werden. Das Aus
gleichsventil wird durch Lösen der auf dem Gerätezug ausge
übten Zugkraft wieder geöffnet, so daß das Gewicht des Geräte
zuges oberhalb der Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Ein
heit 41B zusammen mit der Kraft der komprimierten Feder 205
den Übergangskopf und das Gehäuse nach unten in die in
Fig. 17 dargestellte Stellung bringt. Die beim Öffnen des Aus
gleichsventils gegebenenfalls auftretenden Stoßkräfte wer
den 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 Fe
der 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 Fig. 17 dargestellte, geöffne
te Stellung.
Der Gerätezug einschließlich der Ausgleichsventil- und Stoß
dämpfereinheit 41B wird in der vorstehend beschriebenen Wei
se aus dem Bohrloch entfernt. Die gegebenenfalls als Folge
des Herausziehens der Sonde aus dem Verriegelungs-Übergangs
stück auftretenden Stoßkräfte werden von der Feder 205 auf
genommen. 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 hervorge
rufenen Stoß auf und schützt die Instrumente.
Falls Bohrmehl im Bohrloch die Ausgleichsventil- und Stoß
dämpfer-Einheit 41B durch Eindringen in die Federführung 203
verschmutzt, ist die in Fig. 21 dargestellte Ausführungsform
des unteren Endes der Einheit 41B besonders vorteilhaft.
Das untere Ende der Federführung 203 in Fig. 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
210 und überlappt die Verbindung der Ventil-Dorn-Einheit
204 mit der Kupplung 210, wenn das Ventil, wie in Fig. 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.
Fig. 21 zeigt das Ventil in der in Fig. 17 dargestellten
geöffneten Stellung. Wenn das Ventil, wie in Fig. 18 dar
gestellt, 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 einzi
gen 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 Gehäuse kopf, die mit einem mit dem Gehäuse gekoppelten Gerät des Gerätezuges verbunden sind,
- b) eine im Gehäuse angeordnete, in Längsrichtung teleskop artig 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 setzte Längsrichtungen in die erste geschlossene oder in die zweite geöffnete Stellung drückt, wobei ein Durch fluß im Gehäuse zumindest in der ersten geschlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Einheit eine Fluid-Verbindung 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 Stel lung der Ventil-Dorn-Einheit mit deren Bohrung in Ver bindung steht.
Claims (12)
1. Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit (41, 41A,
41B), insbesondere für einen Gerätezug in einem Bohrloch
(20), mit:
- a) einem äußeren, röhrenförmigen Gehäuse (74, 70, 71; 200, 202, 203) mit einem Kopf (70; 200) mit Fluid- Durchführungen (81, 80; 211, 212), die über eine Kupplung (42) mit dem Gerätezug verbunden sind,
- b) einer im Gehäuse (74; 70, 71; 200, 202, 203) ange ordneten, in Längsrichtung zwischen einer ersten ge schlossenen und einer zweiten geöffneten Stellung beweglichen Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) mit einer Längsbohrung (111; 233), die am dem Kopf (70; 200) des Gehäuses (74, 70, 71; 200, 202, 203), ge genüberliegenden Ende nach unten offen ist und am dem Kopf (70; 200) benachbarten Ende radiale Öffnun gen (112; 234) durch die Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) hindurch aufweist,
- c) im Abstand voneinander angeordneten Dichtungen (102, 115; 223, 232) zwischen dem Gehäuse (74; 202) und der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A; 204), die in der ersten geschlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Ein heit (104; 104A; 204) auf gegenüberliegenden Seiten der radialen Öffnungen (112; 234) angeordnet sind, um die radialen Öffnungen (112; 234) zum Gehäuse ab zudichten,
- d) einer Seitenöffnung (123; 221) im Gehäuse (74; 202), die in der zweiten geöffneten Stellung der Ventil- Dorn-Einheit (104; 104A, 204) mit den radialen Öff nungen (112; 234) in Verbindung steht, und
- e) einem Durchfluß (113; 224, 213) im Gehäuse (74; 202), der in der ersten geschlossenen Stellung der Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) mit den Fluid- Durchführungen (81, 80; 212, 211) im Kopf (70; 200) des Gehäuses (74, 70, 71; 200, 202, 203) in Verbin dung steht, so daß eine Fluid-Verbindung von der Bohrung (111; 233) der Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) zu den Fluid-Durchführungen (81, 80; 212, 211) im Kopf (70; 200) des Gehäuses (74, 70, 71; 200, 202, 203) ausgebildet wird, gekennzeichnet durch
- f) eine einzige Feder (120; 120A; 205) sowohl zur Ven
tilbetätigung als auch als Stoßdämpfer, die mit dem
Gehäuse (74, 70, 71; 200, 202, 203) und der Ventil-
Dorn-Einheit (104; 104A; 204) in Eingriff steht und
das Gehäuse (74, 70, 71; 200, 202, 203) und die Ven
til-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) in entgegenge
setzte Längsrichtungen drückt,
wobei die Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) und das Gehäuse (74, 70, 71; 200, 202, 203) teleskopartig gegen einander verschiebbar sind und entgegengesetzt gerich tete, auf das Gehäuse (74; 70, 71; 200, 202, 203), und die Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) ausgeübte Kräfte die Ventil-Dorn-Einheit (104; 104A; 204) 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-Einheit (104, 104A), der mit einem Ende der Feder (120) in Eingriff steht, in Längsrichtung relativ zur Ventil-Dorn-Einheit (104, 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 (120) 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-Ein heit (104, 104A)bzw. im Gehäuse (74) in Eingriff bring bar ist,
wobei die Feder (120) als Folge einer Relativbewegung zwi
schen der Ventil-Dorn-Einheit (104, 104A)und dem Gehäuse (74)
komprimiert wird und dadurch Stoßkräfte aufnehmen kann.
3. 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)
in die zweite, geöffnete Stellung drückt.
4. 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),
in die erste, geschlossene Stellung drückt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, gekenn
zeichnet durch
- a) einen als zweiter Federanschlag (122) wirkenden röhren förmigen Puffer (122A) 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 Ver riegelungsstellung und einer äußeren Freigabestellung beweg lich ist,
- e) einen äußeren, ringförmigen Zapfenaufnehmer (104B) auf der Ventil-Dorn-Einheit (104A), der in der Einbaustel lung mit geöffnetem Ventil mit den Verschlußzapfen (122D) ausrichtbar ist, wobei die Verschlußzapfen (122D) in ihrer inneren Verriegelungsstellung mit dem Zapfen aufnehmer (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 lativbewegung zwischen dem Gehäuse (74, 70, 71) und der Ventil-Dorn-Einheit (104A) die Verschlußzapfen (122D) in ihre äußere Freigabestellung mitnimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- 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 Federanschlag (121) zwischen der Ventil-Dorn-Einheit (104A) und dem Gehäuse (70 , 74, 71), der in Längsrichtung zwischen im Anstand angeordneten Anschlagschultern (104e) der Ventil-Dorn-Einheit (104A) beweglich und mit einer inne ren 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 An schlagschulter aufweist, die mit einer inneren, ringför migen Anschlagschulter (71A) des Gehäuses (70, 74, 71) in Eingriff bringbar ist,
- c) gegenüberliegende und sich in Längsrichtung erstrecken de 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 be weglich ist zwischen einer Innenstellung, in der die Verriegelungszapfen (122D) zum lösbaren Verriegeln der Ventil-Dorn-Einheit in einer teilweise geöffneten Einbaustellung im Gehäuse (70, 74, 71) mit einem Zapfen aufnehmer (104B) um die Ventil-Dorn-Einheit (104A) in Eingriff stehen, und einer Außenstellung, in der der Ein griff 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 Stel lung freigegeben ist,
wobei sich ein Ende des Puffers (122A) über das Ende des Ge
häuses (70, 74, 71) hinaus erstreckt und die Fenster (122B)
des Puffers (122A) länger sind als die Verschlußlager (122C),
so daß der Puffer (122A) in Längsrichtung relativ zu den Ver
riegelungszapfen (122D), den Verschlußlagern (122C), der Ven
til-Dorn-Einheit (104A) und dem Gehäuse (70, 74, 71) beweg
lich 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.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Kopf (70, 200) des Gehäuses im
Abstand voneinander entlang des Umfangs angeordnete seitli
che Fenster (221) aufweist, die in der zweiten, geöffneten Stel
lung der Ventil-Dorn-Einheit (204) mit den radialen Öffnungen
(112) und/oder Längsschlitzen (234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) in Ver
bindung 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 Abfla
chungen (225, 230) in Längsrichtung und eine geringe
re Querschnittsfläche als unterhalb der Fenster (221) auf
weist, so daß der Hubeffekt aufgrund der Fluidströmung durch
die Fenster (221) verringert wird.
9. Ausgleichsventil- und Stoßdämpfer-Einheit (41B) nach Anspruch 1
gekennzeichnet durch die
folgenden Merkmale:
- a) Fluiddurchführungen sind als eine erste Blindbohrung (211), die in das mit der Kupplung (42) verbundene Ende des Kopfes (200) mündet und als eine zweite Blindbohrung (215) ausgebildet, die in das zweite Ende des Kopfes (200) mündet mit der ersten Blind bohrung (211) koaxial zum Kopfes (200) ausgerichtet, ist ;
- (b) ein Längsschlitz (213) erstreckt sich im Abstand ent lang der beiden Blindbohrungen (211, 215);
- (c) eine erste Seitenöffnung (212) verbindet die erste Blindbohrung (211) mit dem Längsschlitz (213);
- (d) eine in Längsrichtung im Abstand von der ersten Seiten öffnung (212) angeordnete zweite Seitenöffnung (224) mündet im Abstand von deren innerem Ende in die zwei te Blindbohrung (215);
- (e) die im Abstand entlang des Umfangs angeordneten seitlichen Fenster (221) münden zwischen dem inneren Ende der zwei ten Blindbohrung (215) und der zweiten Seitenöffnung (224) in die zweite Blindbohrung (215);
- (f) um die zweite Blindbohrung (215) ist zwischen der zwei ten Seitenöffnung (224) und den Fenstern (221) ein Dicht ring (223) angeordnet;
- (g) das mit dem zweiten Ende des Kopfes (200) ver bundenes Gehäuseteil (202) weist eine Längsbohrung ent lang einer mit den Achsen der beiden Bohrungen (211, 215) des Kopfes (200) zusammenfallenden Achse auf;
- (h) der Dichtring (232) ist im Abstand vom Dichtring (223) des Kopfes (200) um die Längsbohrung des Gehäuse teils (202) angeordnet;
- (i) die Längsbohrung des Gehäuseteiles (202) ist entlang eines Mittelabschnitts größer als die Bohrungen (211, 215,) des Kopfes (200) und des Gehäuseteils (202) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Dichtrings (223) im Kopf (200) und des Dichtrings (232) im Ge häuseteil (202);
- (j) an dem Kopf (200) gegenüberliegenden Ende des Gehäuseteils (202) ist am Gehäuseteil (202) die Stoßdämpfer führung (203) befestigt, deren Achse mit der Längsachse des Kopfes (200) und des Gehäuseteiles (202) zusammenfällt und die an ihrem der Verbindung mit dem Gehäuseteil (202) gegenüberliegenden Ende einen inneren, ringförmigen Flansch (242) aufweist;
- (k) die Ventil-Dorn-Einheit (204) mit der Blindbohrung (233) die am ersten, sich in den Kopf (200) erstrecken den Ende der Ventil-Dorn-Einheit (204) blind und am ge genüberliegenden zweiten Ende offen ist, ist in Längs richtung teleskopartig innerhalb des Übergangskopfes (200), des Gehäuseteiles (202) und der Stoßdämpferführung (203) beweglich;
- (l) die im Abstand entlang des Umfangs angeordneten Längs schlitze (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 Kopfes (200) ausgerichtet, während sie in einer zweiten, geschlossenen Ventilstellung der Ventil-Dorn- Einheit (204) zwischen den beiden Dichtringen (223; 232) im Kopf (200) und im Gehäuse (202) angeordnet sind;
- (m) die Ventil-Dorn-Einheit (204) ist entlang eines die Längsschlitze (234) umfassenden oberen Abschnittes im Durchmesser kleiner als die Bohrungen (211; 215) durch den Kopf (200) und den Gehäuseteil (202), so daß bei allen Längsstellungen der Ventil-Dorn-Einheit (204) innerhalb des Kopfes (200) und des Gehäuse teiles (202) eine Fluid-Durchführung von der Bohrung (233) der Ventil-Dorn-Einheit (204) entlang der Ventil- Dorn-Einheit (204) innerhalb des Kopfes (200) und des Gehäuseteiles (202) zu den zweiten Seitenöffnun gen (224) im Kopf (200) ausgebildet wird;
- (n) um einen Mittelabschnitt der Ventil-Dorn-Einheit (204) ist eine äußere, ringförmige Verriegelungs-Ausnehmung (235) ausgebildet;
- (o) im Abstand von der Verriegelungsausnehmung (235) in Rich tung auf das zweite, untere Ende der Ventil-Dorn-Ein heit (204) ist auf der Ventil-Dorn-Einheit (204) eine äußere, ringförmige Anschlagschulter (244) ausgebildet;
- (p) ein spaltringförmiger Federanschlag (240) in der äuße ren 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 Verriegelungsaus nehmung (235) beweglich;
- (q) ein im Abstand vom ersten Federanschlag (240) innerhalb der Stoßdämpferführung (203) um die Ventil-Dorn-Einheit (204) angeordneter zweiter Federanschlag (241) weist einen zum Festhalten des zweiten Federanschlags (241) in der Führung (203) mit dem Flansch (242) der Führung (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 inne ren Flansch (242) der Führung (203) in Eingriff steht;
- (r) die Ventilbetätigungs- und Stoßdämpferfeder (205) um die Ventil-Dorn-Einheit (204) innerhalb der Führung (203) ist mit einem ersten Ende mit dem ersten, spalt ringförmigen 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 Federanschlä gen (240, 241) ausdehnt, die Ventil-Dorn-Einheit (204) in Richtung auf die erste Endstellung, in der die Längs schlitze (234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) mit den Fenstern (221) im Kopf (200) ausgerichtet sind, während sich beim Komprimieren der Feder (205) die Ven til-Dorn-Einheit (204) in Richtung auf eine zweite, entgegengesetzte Endstellung bewegt, in der die Längs schlitze (234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) zwischen dem Dichtring (223) des Kopfes (200) und dem Dichtring (232) des Gehäuseteiles (202) angeordnet sind und die Fluid-Durchführung von den Längsschlitzen (234) der Ventil-Dorn-Einheit (204) zu den Fenstern (221) des Kopfes (202) unterbrochen ist;
- (s) der zweite Federanschlag (241) ist mit der Anschlag schulter (244) der Ventil-Dorn-Einheit (204) in Ein griff bringbar und begrenzt die Bewegung der Ventil- Dorn-Einheit (204) in Richtung auf die zweite Endstel lung;
- (t) 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;
- (u) am über den zweiten Federanschlag (241) hinausragen den zweiten Ende der Ventil-Dorn-Einheit (204) sind Vorrichtungen zum Verbinden dieses Endes mit einer be nachbarten Kupplung (210) des Gerätezuges vorgesehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch
mehrere im Abstand entlang des Umfangs angeordnete Abfla
chungen (225) des Übergangskopfes (200) zwischen den
Fenstern (221) und dem ersten, oberen Ende des Übergangs
kopfes (200), durch die der Querschnitt des Übergangskopfes
(200) zwischen den Fenstern (221) und diesem Ende des Über
gangskopfes (200) verringert und damit die Kraftwirkung der
Fluidströmung durch die Fenster (221) auf die Ausgleichs
ventil- und Stoßdämpfer-Einheit (41B) minimalisiert wird.
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