DE68922143T2

DE68922143T2 - Ein von einem Gestänge getragenes Gerät zur Entnahme von Proben im Bohrloch.

Info

Publication number: DE68922143T2
Application number: DE68922143T
Authority: DE
Inventors: Harold Kent Beck; Kevin M White
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: AU8273691A; AU613483B2; US4856585A; EP0347050A3; NO892356L; EP0347050B1; DE68922143D1; CA1304672C; EP0347050A2; NO892356D0; AU3455789A; AU622368B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Sammeln von Bohrloch-Flüssigkeitsproben.
Beim Prüfen eines Öl- oder Gasbohrloches ist es häufig wünschenswert, eine Probe der Bohrloch-Flüssigkeit zu entnehmen. Der derzeitige Stand der Technik kennt viele Vorrichtungen, die zur Entnahme derartiger Proben nützlich sind. Die Probenahme-Vorrichtungen können entweder auf Tubing oder Einsatzrohren beruhen. Für ihren Einsatz gibt es mehrere Möglichkeiten.
Ein häufig bevorzugtes Probenahme-Verfahren beruht auf einer Probenahme-Vorrichtung mit Tubing, die als Reaktion auf Veränderungen im Ringraumdruck des Bohrloches ausgelöst wird. Beispiele für derartige Probenahme- Vorrichtungen die auf den Ringraumdruck reagieren, wurden in US-Patent Nr. Re. 29.562; Re. 29.638; 3,858,649; 4.047,564; 4,063,593; 4,064,937; 4,270,610; 4,311,197; 4,502,537; 4,553;598 und in der britischen Patentanmeldung Nr. 2132250A beschrieben.
Die meisten dieser Vorrichtungen, die den derzeitigen Stand der Technik bilden, eigneten sich aus zwei Gründen nicht für PVT-Laboranaiysen (Druck, Volumen, Temperatur): Erstens sind sie groß und schwer und schwierig zum Labor zu transportieren und dort zu handhaben. Zweitens verändert sich der Gasdruck wegen Lecks häufig, so daß die echten Bedingungen in einem Bohrloch im Labor nicht wiederhergestellt werden können.
Ein Beispiel für eine Probenahme-Vorrichtung, die eine unter Druck stehende Probe entnehmen kann und die sich für die PVT-Laboranalyse eignet, ist in US-Patent Nr. 4,665,983 von Ringgenberg beschrieben. Die Ringgenberg Vorrichtung entnimmt eine Probe in einem Ringraum 400, wie in Abb. 2A nachstehend dargestellt.
Eine weitere Vorrichtung, die kürzlich zur Entnahme von Proben unter Druck eingeführt wurde und die sich für die PVT-Laboranalyse eignet, ist die von der Firma Schlumberger unter der Marke FLO-STAR angebotene Probenahmekammer, wie im Schlumberger Prospekt SMP-4610 (4 87) dargestellt. Die Schlumberger Vorrichtung beruht ebenfalls auf einer Ringraum-Probenahmekammer, die vom Gestängegehäuse umschlossen ist.
Ein weiteres Merkmal, das bei einer Probenahme- Vorrichtung wünschenswert und in den Ringgenberg und Schlumberger Vorrichtungen zu finden ist, ist die Tatsache, daß die Vorrichtung im Bereich der Probenkammer eine volle Öffnungsbohrung aufweist, die selbst nach Schließen der Probenkammer zur Entnahme einer Probe geöffnet bleibt. Damit können Standard-Geschoßlocher, Bedienungsvorrichtungen und dergleichen bei Entnahme der Probe durch die Vorrichtung verlaufen oder falls die Probenkammer vorzeitig betätigt und geschlossen wird.
Ein weiteres wunschenswertes Merkmal, das in der Ringgenberg Vorrichtung zu finden ist, ist der Einschluß einer Zeitverzögerung, durch die eine Zeitverzögerung zwischen der Bedienung der Vorrichtung und dem endgültigen Schließen der Probenahme-Vorrichtung entsteht. Damit kann die Probenahme-Vorrichtung unter einem Prüfventil in einer Bohrloch-Prüfkolonne positioniert werden, um den Durchsatz der Bohrloch- Flüssigkeit durch die Prüfkolonne zu regulieren. Die Entnahme einer eingeschlossenen Flüssigkeitsprobe erfolgt, indem zuerst der Ringraumdruck erhöht wird, um das Prüfventil zu öffnen und die Probenahme-Vorrichtung zu bedienen, worauf ein Teil des Ringraumdruckes abgeblasen wird, um das Prüfventil zu schließen, bevor sich die Probenahmekammer selbst geschlossen hat. Wenn dieser Zustand auftritt, ist die durch die Probenahme entnommene Probe eine eingeschlossene Probe im Gegensatz zu einer einströmenden Probe.
Obgleich die Ringgenberg und Schlumberger Vorrichtungen in der Lage sind, unter Druck stehende Bohrloch- Flüssigkeitsproben zu entnehmen, die sich für die PVT- Laboranalyse eignen, haben sie beide den bedeutenden Nachteil, daß die Probe in einer Ringkammer eingeschlossen ist, die vom Gestängegehäuse gebildet wird, und das ganze Gestängegehäuse ist dabei in das Labor zu transportieren. Das Gestängegehäuse hat typisch einen Außendurchmesser von etwa 12,7 bis 14 cm, und das Gestänge hat eine Länge von etwa 1,80 bis 2,10 m. Das Gewicht des Gestänges und der darin eingeschlossenen Probe beträgt typisch 36,3 kg, so daß ein sehr großer, schwerer Apparat entsteht, der ins Labor zu transportieren ist. Ferner ist die gesamte Gestängemasse für die Analyse auf Sohlentemperaturen zu erhitzen.
Der bisherige Stand der Technik kennt kleinere Probenahme-Vorrichtungen, bei denen es sich jedoch um Einsatzrohr-Probenahmevorrichtungen und nicht Tubing- Probenahmevorrichtungen handelt. Ein Beispiel für eine derartige Einsatzrohr-Probenahmevorrichtung ist die Ruska Tiefprobenahmevorrichtung Modell 1200, die so konzipiert ist, daß sie unter Druck stehende Proben für die PVT- Laboranalyse entnimmt. Der Einsatz von Einsatzrohr- Vorrichtungen ist aber häufig nicht wünschenswert. Es ist schwierig, das Einsatzrohr rundum zu dichten, so daß Sicherheitsprobleme bestehen, wenn Einsatzrohr-Proben aus einem aktiven Bohrloch entnommen werden. Ferner entstehen bedeutende Kosten beim Transport der Einsatzrohr- Vorrichtung und Bediener zur Bohrstelle.
Die vorliegende Erfindung bietet eine verbesserte Tubing- Probenahme-Vorrichtung einschließlich einer Probenahmekammer von relativ kleiner Größe, die eine unter Druck stehende Bohrloch-Flüssigkeitsprobe entnehmen kann, die sich für die PVT-Laboranalyse eignet und die von der Vorrichtung im geschlossenen Zustand zum Transport zum Labor entnommen werden kann.
Entsprechend der Erfindung wird eine Tubing-Probenahme- Vorrichtung für den Einsatz in einem Bohrloch vorgesehen, bestehend aus: einem Gehäuse mit einer durch dieses verlaufenden vollen Öffnungsbohrung und einer Vorrichtung zur Entnahme einer Bohrloch-Flüssigkeitsprobe darin, ohne die volle Öffnungsbohrung des Gehäuses zu beschränken: dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einer ersten entnehmbaren Probenahmekammer besteht, die so im genannten Gehäuse abnehmbar angeordnet ist, daß sie die Beschränkung der genannten vollen Öffnungsbohrung vermeidet, unabhängig davon, ob die genannte Probenahmekammer geöffnet oder geschlossen ist, wobei die genannte Probenahmekammer ferner nach Entnahme einen Außendurchmesser aufweist, der nicht größer als die Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des genannten Gehäuse und dem Durchmesser der genannten vollen Öffnungsbohrung ist und die an Ort und Stelle im geschlossenen Zustand zum Transport zum Labor aus dem Gehäuse entnommen werden kann.
Die Vorrichtung kann mehrere entnehmbare Probenkammern enthalten.
Die Vorrichtung der Erfindung enthält eine volle Öffnungsbohrung durch diese, selbst wenn die Probenkammern geschlossen sind. Dies wird durch Anbringen mehrerer entnehmbarer Probenkammern im Gehäuse der Vorrichtung erzielt, wobei die entnehmbaren Probenkammern radial versetzt sind und damit nicht die volle Öffnungsbohrung der Vorrichtung beschränken.
Die Probenahme-Vorrichtung wird am besten als Reaktion auf Veränderungen im Bohrloch-Ringraumdruck bedient und schließt vorzugsweise ferner eine Zeitverzögerung ein, um eine Zeitverzögerung zwischen der Veränderung im Bohrloch-Ringraumdruck und dem vollständigen Schließen der einzelnen Probenkammern zu bewirken. Damit kann die Vorrichtung so benutzt werden, daß sie entweder fließende oder eingeschlossene Bohrlochproben entnimmt.
Die Vorrichtung schließt ferner vorzugsweise eine Verriegelungsvorrichtung ein, die mit der Probenkammer verbunden ist, um die Probenkammern, die sich nach Entnahme einer Flüssigkeitsprobe durch diese geschlossen haben, zu verriegeln. Dies verhütet die Verschmutzung der Probenahme-Vorrichtungen bei Verkehrtspülung.
Die Erfindung schließt ferner eine Prüfkolonne für den Einsatz in einem Bohrloch ein, bestehend aus:
Einem Verschlußpfropfen zum Dichten eines Bohrloch- Ringraumes zwischen der genannten Prüfkolonne und einer Bohrloch-Bohrung über einer zu prüfenden Formation, so daß ein oberer Bohrloch-Ringraum über dem genannten Verschlußpfropfen und ein unterer Bohrloch-Ringraum unter dem genannten Verschlußpfropfen entsteht,
einem auf den Ringraum-Druck reagierenden Prüfventil, das als Reaktion auf eine Druckerhöhung im genannten oberen Bohrloch-Ringraum auf einen ersten Wert reagiert, zum Öffnen einer Bohrung der genannten Prüfkolonne, um den Durchsatz von Bohrloch-Flüssigkeit von der genannten Formation nach oben durch die genannte Prüfkolonne zu ermöglichen; und
einer auf den Ringraumdruck reagierenden Probenahme-Vorrichtung der Erfindung, die als Reaktion auf eine Druckerhöhung im genannten oberen Bohrloch-Ringraum auf einen zweiten Wert, der höher als der erste Wert ist, bedienbar ist.
Um die Erfindung besser verstehen zu können, werden nachstehend Ausführungsbeispiele derselben beschrieben, jedoch nur als Beispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen, wobei:
ABB. 1 der senkrechte Schnitt einer schematische Darstellung einer repräsentativen See-Bohranlage ist, die zu Prüfzwecken eingesetzt werden kann und eine Formationsprüfkolonne oder ein Gestänge darstellt, die in ein Tiefbohrloch eingebracht wurden und sich nach oben bis zu einer schwimmenden Betriebs- und Prüfstation erstrecken.
ABB. 2A-2E enthalten nur den Schnitt durch eine rechtsseitige Aufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Probenahme-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
ABB. 3 ist ein Schnitt durch eine Ansicht auf Linie 3-3 von ABB. 2.
ABB. 4A-4B sind Schnitte durch eine Ansicht einer der entnehmbaren Probenkammern, nachdem diese aus der Probenahme-Vorrichtung entnommen wurden. An der Probenkammer wurden Kopfvorrichtungen zum Einsatz während des Transports der Probenkammer angebracht und zur späteren Entnahme der Probe aus dieser.
ABB. 5C-5D ist ein Schnitt durch eine Aufsicht, ähnlich wie bei ABB. 2C-2D, die gewisse Änderungen darstellt, die an dem bevorzugten Ausführungsbeispiel von ABB. 2A-2E vorgenommen werden können.
Unter Bezugnahme auf ABB. 1 der vorliegenden Erfindung wurde eine Prüfkolonne zum Einsatz in einem Öl- oder Gasbohrloch auf See schematisch dargestellt.
In ABB. 1 wird eine schwimmende Arbeitsstation 10 über einem Öl- oder Gas-Tiefbohrloch auf dem Meeresboden 12 auf ein Bohrloch 14 zentriert, das sich von einer auf dem Meeresboden 12 gelegenen Formation 16 bis zu einer Tiefformation 16, die zu prüfen ist, erstreckt.
Das Bohrloch 14 ist typisch mit einem Stahlrohr 18 ausgekleidet, das einzementiert ist. Das unter Wasser befindliche Mantelrohr 20 erstreckt sich vom Deck 22 der schwimmenden Arbeitsstation 10 bis zu einem Bohrlochkopf 24. Die schwimmende Arbeitsstation 10 enthält einen Turmständer 26 und ein Hebezeug 28 zum Heben und Senken des Gestänges zum Bohren, Prüfen und Ausführen der Öl- oder Gasbohrung.
Eine Prüfkolonne 30 wurde in das Bohrloch 14 des Öl- oder Gasbohrloches abgesenkt. Die Prüfkolonne 30 schließt solche Gestänge als ein oder mehrere druckgeregelte Ausdehnungskupplungen 32 ein, um die Wellenbewegung der schwimmenden Arbeitsstation 10 auszugleichen, wenn die Prüfkolonne abgesenkt wird, ferner ein Spülventil 34, ein Prüfventil 36 und die Probenahme-Vorrichtung 38 der vorliegenden Erfindung.
Wie nachstehend genauer erklärt, können die entsprechenden Positionen des Prüfventils 36 und der Probenahme-Vorrichtung 38 umgekehrt werden. Die Prüfkolonne 30 kann ferner ohne das Prüfventil 36 betrieben werden.
Ein Rückschlagventil 40, das auf den Ringraumdruck reagiert, kann in der Prüfkolonne unter dem Probenahmeventil 38 der vorliegenden Erfindung eingebaut werden.
Das Prüfventil 36, das Spülventil 34, das Rückschlagventil 40 und die Probenahme-Vorrichtung 38 werden durch den von einer Pumpe 42 ausgeübten Ringraum- Flüssigkeitsdruck auf dem Deck der schwimmenden Arbeitsstation bedient. Druckveränderungen werden über ein Rohr 44 auf den Bohrloch-Ringraum 46 zwischen der Verrohrung 18 und der Prüfkolonne 30 übertragen.
Der Bohrloch-Ringraumdruck wird von der Formation 16, die zu prüfen ist, über einen Verschlußpfropfen 48 im Bohrlochrohr 18 direkt über der Formation 16 getrennt, so daß der Bohrloch-Ringraum 46 definiert wird, wobei der Bohrloch-Ringraum 46 in einen oberen Bohrloch- Ringraumteil 46A über dem Verschlußpfropfen 48 und einen unteren Bohrloch-Ringraumteil 46B unter dem Verschlußpfropfen 48 unterteilt wird.
Die Prüfkolonne 30 schließt eine Tubing-Dichtung 50 an der Unterseite derselben ein, die durch einen Kanal durch den Verschlußpfropfen 48 sticht, um eine Dichtung mit diesem zu bilden. Das Rückschlagventil bläst den in der Prüfkolonne 30 gestauten Druck unter dem Prüfventil 36 ab, wenn die Dichtung 50 in den Verschlußpfropfen 48 sticht.
Ein Geschoßlocher 52 kann über ein Einsatzrohr zu einer Tubingkolonne am unteren Ende der Prüfkolonne 30 betrieben oder auf diesem angeordnet werden, um Löcher 54 im Rohr 18 zu bilden, so daß die Formationsflüssigkeiten von der Formation 16 über die Löcher 54 in den Strömungskanal der Prüfkolonne 30 strömen können. Alternativ kann das Rohr 18 vor Betrieb der Prüfkolonne 30 im Bohrloch 14 perforiert werden.
Die in Abb. 1 dargestellte Vorrichtung kann zur Durchführung eines Formationstests verwendet werden, der den Durchsatz von Flüssigkeit von der Formation 16 durch den Strömungskanal in der Prüfkolonne 30 reguliert, indem der Bohrloch-Ringraum 46A durch die Pumpe 42 zur Bedienung des Spülventils 34, des Prüfventils 36, der Probenahme-Vorrichtung 38 und des Rückschlagventils 40 mit Ringraum-Flüssigkeitsdruck beaufschlagt und dieser abgeblasen wird und die Druck-Steigerungskurven und die Flüssigkeitstemperatur-Kurven mit entsprechenden Druckund Temperaturmeßfühlern in der Prüfkolonne 30 gemessen werden.
Eine genauere Beschreibung der vielen Elemente einer typischen Prüfkolonne, wie vorstehend beschrieben, befindet sich im US-Patent Nr. 4,665,983 von Ringgenberg, das unter Bezugnahme auf dieses zum Bestandteil dieses Textes wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Probenahme- Vorrichtung 38 der vorliegenden Erfindung ist in ABB. 2A- 2E dargestellt.
Die Probenahme-Vorrichtung 38 schließt ein zylindrisches Gehäuse 56 ein, das aus mehreren mit Gewinden angeschlossenen Gehäuseteilen besteht. Das Gehäuse 56 schließt einen oberen Gehäuseadapter 58, einen Schersatz- Gehäuseteil 60, einen unteren Gehäuseteil 62, einen verkeilten Gehäuseteil 64, einen Probenkammer-Gehäuseteil 66 und einen Leistungsgehäuseadapter 68 ein.
Der obere Gehäuseadapter 58 und der Schersatz-Gehäuseteil 60 sind durch einen Gewindeanschluß 70 mit einer O-Ring- Dichtung 72, die zwischen beiden angeordnet ist, verbunden.
Der Schersatz-Gehäuseteil 60 und der Leistungsgehäuseteil 62 sind durch den Gewindeanschluß 74 miteinander verbunden, wobei zwischen beiden die Dichtung durch den O-Ring 76 bewirkt wird.
Der Leistungsgehäuseteil 62 und der verkeilte Gehäuseteil 64 sind durch einen Gewindeanschluß 78 miteinander verbunden, wobei die Dichtung zwischen diesen durch einen O-Ring 80 bewirkt wird.
Der verkeilte Gehäuseteil 64 und der Probenkammer- Gehäuseteil 66 sind durch einen Gewindeanschluß 82 miteinander verbunden, wobei ein dazwischen befindlicher O-Ring 84 die Dichtung bewirkt.
Der Probenkammer-Gehäuseteil 66 und der untere Gehäuseadapter 68 sind durch einen Gewindeanschluß 86 miteinander verbunden, wobei die Dichtung von einem dazwischen angebrachten O-Ring 88 bewirkt wird.
Der obere Gehäuseadapter 58 hat einen quadratischen Gewindeanschluß 90 zum Anschluß der Probenahme- Vorrichtung 38 an das untere Ende des Prüfventils 36 oder an ein anderes Element der Prüfkolonne 30, das sich direkt darüber befindet, wie in ABB. 1 dargestellt.
Der untere Gehäuseadapter 68 hat eine äußere Gewindebolzen-Verbindung 92 an diesem zum Anschluß des unteren Endes der Probenahme-Vorrichtung 38 an das Rückschlagventil 40 oder eines anderen Teils der Prüfkolonne 30, die sich direkt darunter befindet, wie in ABB. 1 dargestellt.
Wie weiter nachstehend beschrieben, enthält das Gehäuse 56 mehrere andere Elemente der Probenahme-Vorrichtung 38, die sich in dieser befinden. Durch die Vorrichtung 38 und allgemein durch das Gehäuse 56 verläuft in der Mitte eine Bohrung oder ein Kanal 94. Obgleich die Bohrung oder der Kanal 94 allgemein zylindrisch ist und hier als Durchmesser 96 bezeichnet wird (siehe ABB. 3), wird darauf hingewiesen, daß die Bohrung oder der Kanal 94 nicht unbedingt an allen Schnitten durch die Vorrichtung 38 rund sein und keinen gleichmäßigen Durchmesser an allen Schnitten aufweisen muß. Die Bohrung oder der Kanal 94 der Vorrichtung 38 besteht vorzugsweise aus einer Bohrung oder einem Kanal mit "voller Öffnung". Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck "volle Öffnungsbohrung", daß sich die Bohrung durch das ganze Gestänge erstreckt und daß die Bohrung oder der Kanal 94 an den schmalsten Stellen einen Mindest-Innendurchmesser oder Durchmesser 96 aufweist, der ausreicht, damit Standardgestänge wie Bedienungsstangen durch ein Einsatzrohr transportierte Geschoßlocher und dergleichen, die durch die Vorrichtung 38 passieren müssen oder deren Passieren wünschenswert ist, durch diese passieren können. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die volle Öffnungsbohrung oder der Kanal 94 einen Mindestdurchmesser von 5,1 cm bei einem Gestänge-Außendurchmesser von 12,7 cm.
Unter Bezugnahme auf ABB. 2C wird eine obere ringförmige Aufhängung 98 von einem oberen Ende des Probenkammer- Gehäuseteils 66 fest umschlossen und fest mit mehreren radial ausgerichteten Stellschrauben 100 angebracht, deren Gewinde durch die Wand des Probenkammer- Gehäuseteils 66 verlaufen und die von den Blindbohrungen 102 der oberen Aufhängung 98 aufgenommen werden, wie am besten aus ABB. 3 zu ersehen ist.
Wie am besten aus ABB. 2C-2E und ABB. 3 zu ersehen ist, besteht die Vorrichtung aus vier entnehmbaren Probenkammern 104, 106, 108 und 110, deren obere Enden sich in senkrecht radial versetzten Gegenbohrungen wie bei 112 befinden, die an der Unterseite 114 der oberen Aufhängung 98 angeordnet sind.
Die Probenkammern 104, 106, 108 und 110 sind im Probenkammer-Gehäuseteil 66 im wesentlichen auf der gleichen Höhe angebracht und auf dem Umfang im Abstand voneinander über die Längsachse 210 der Probenahme- Vorrichtung 38 verteilt, wie in ABB. 3 dargestellt.
Es ist nicht erforderlich, alle vier Probenkammern, wie in ABB. 3 dargestellt, zu betreiben. Ferner ist es möglich, verschiedene Meßgeräte wie ein Manometer oder einen Temperaturmesser gegen eine oder mehrere Probenkammern zu ersetzen.
Wie in ABB. 2E dargestellt, verlaufen die unteren Enden einer jeden Probenkammer wie 104 durch Öffnungen wie 116, die in einem unteren ringförmigen Aufhängungsring 118 angeordnet sind. Der untere Aufhängungsring 118 dient lediglich zur radialen Positionierung der unteren Enden der Probenkammern im unteren Teil des Probenkammer- Gehäuseteils 66. Der untere Aufhängungsring 118 wird übrigens lose im Probenkammer-Gehäuseteil 66 aufgenommen. Der untere Teil einer jeden Probenkammer wie 104 hat eine Einbaumutter 120, die an dieser über ein Gewinde 122 befestigt ist. Die Einbaumutter 120 ruht auf einer oberen Fläche 124 des unteren Aufhängungsringes 118. Ein ringförmiger Sicherungsring 126 ist in einem Nut am unteren Ende der Probenkammer 104 unter dem unteren Aufhängungsring 118 angeordnet.
Wie am besten in ABB. 3 dargestellt, enthält die Erfindung vier längliche Stützstangen 105, die den unteren Aufhängungsring 118 von der oberen Aufhängung 98 stützen.
Es liegt auf der Hand, daß die Probenkammern 104, 106, 108 und 110 aus der Probenahme-Vorrichtung 38 lediglich nach Trennen des unteren Gehäuseadapters 66 vom Probenkammer-Gehäuseteil 66 am Gewindeanschluß 86 gelöst werden können und durch Schieben des unteren Aufhängungsringes 118 und der vier Probenkammern aus dem Probenkammern-Gehäuseteil 66.
Die Probenkammern 104, 106, 108 und 110 eignen sich zur Entnahme einer unter Druck stehenden Bohrloch-Flüssigkeitsprobe, die für die PVT-Laboranalyse geeignet ist. Die Probenkammern sind so konzipiert, daß der Gasdruck von der Formation nicht aus den Kammern leckt.
Unter Bezugnahme auf ABB. 2B hat der Leistungsgehäuseteil 62 einen Leistungsanschluß 128, der durch die Wand desselben verläuft.
Ein Differentialdruck-Dorn 130 ist mit einem Kolben 132 versehen, um den Dorn 130 im Gehäuse 56 als Reaktion auf den Flüssigkeitsdruck außerhalb des Gehäuses 56 zu verschieben, der auf den Kolben 132 durch den Leistungsanschluß 128 übertragen wird.
Der Differentialdruck-Dorn 130 schließt einen oberen Teil 134, einen Zwischenteil 136 und einen verkeilten unteren Teil 138 ein.
Der obere Dornteil 134 ist mit dem Zwischendornteil 136 über ein Gewinde 140 verbunden, das über einen O-Ring 142 gedichtet wird. Der Zwischendornteil 136 ist mit dem verkeilten unteren Dornteil 138 über ein Gewinde 144 verbunden.
Der obere Dornteil 134 hat eine zylindrische Außenfläche 146, die eng von der Gegenbohrung 148 des oberen Gehäuseadapters 58 umschlossen wird, wobei er von einem O-Ring gedichtet wird.
Der Zwischendornteil 136 ist mit einem Kolben 132 als vergrößerter Teil desselben versehen. Der Kolben 132 schließt eine äußere zylindrische Fläche 152 ein, die gleitbar und eng von einer Gegenbohrung 154 des Leistungsgehäuseteils 62 umgeben ist, wobei zwischen beiden ein Kolbendichtring 156 angeordnet ist.
Eine obere zylindrische Außenfläche 158 des Zwischendornteils 136 wird eng von einer Bohrung 160 des Leistungsgehäuseteils 62 umschlossen, wobei eine Gleitdichtung zwischen diesen mittels eines O-Ringes 162 vorgesehen ist.
Eine ringförmige Ölkammer 164 ist zwischen dem Zwischendornteil 126 und dem Leistungsgehäuseteil 62 über dem Kolben 132 angeordnet.
Eine ringförmige Dosierpatrone 166, die allgemein als Zeitverzögerung 166 beschrieben werden kann, befindet sich im oberen Teil der Ölkammer 164. Zwischen der Dosierpatrone 166, dem Zwischendornteil 136 und dem Leistungsgehäuseteil 62 wird die Dichtung über die Dichtungen 168 bzw. 170 vorgenommen.
Die Dosierpatrone 166 hat einen Dosierkanal 172, der längs durch diese angeordnet ist. In diesem befindet sich eine Dosierdüse 174 mit einer beschränkten Öffnung, um den Öldurchsatz nach oben von der Ölkammer 164 durch die Dosierpatrone 166 zu behindern, um die Aufwärtsbewegung des Differentialdruck-Dorns 130 in der nachstehend beschriebenen Weise zu behindern.
Eine untere äußere zylindrische Fläche 176 des Zwischendornteils 136 unter dem Kolben 132 wird eng von einer Bohrung 178 des verkeilten Gehäuseteils 64 umschlossen, wobei mehrere O-Ringe 180 die Dichtung zwischen diesen bewirken.
Die Probenahme-Vorrichtung 38 ist mit einem inneren Druckausgleich, bedingt durch die Tatsache versehen, daß der Durchmesser einer jeden Dichtung 150, 162 und 180 gleich ist. Daher entsteht durch den Innendruck in der Vorrichtung 38 keine Längskraft, die auf den Differentialdruck-Dorn 130 oder andere Elemente wirkt, die betrieblich mit diesem verbunden sind.
Der verkeilte untere Dornteil 138 enthält mehrere radial nach außen verlaufende Keile 182, die zwischen mehreren radial nach innen angeordneten Keilen 184 des verkeilten Gehäuseteils 64 angeordnet sind, um die Drehung des Differentialdruck-Dorns 130 im Verhältnis zum zylindrischen Gehäuse 56 zu vermeiden.
Der verkeilte untere Dornteil 138 hat eine Innenbohrung 183, die eng von einem zylindrischen Führungsrohr 185 umschlossen ist, das sich von der oberen Aufhängung 98 nach oben erstreckt. Das Führungsrohr 185 ist über ein Gewinde mit der Aufhängung 98 an der Gewindeverbindung 187 verbunden.
Unter Bezugnahme auf ABB. 2A befindet sich zwischen dem oberen Dornteil 134 und dem Schersatz-Gehäuseteil 60 ein ringförmiger Scherbolzensatz 186. Der Scherbolzensatz 186 kann allgemein als zerbrechliche, lösbare Haltevorrichtung bezeichnet werden, die betrieblich mit dem Differentialdruck-Dorn 130 verbunden ist, um den Dorn 130 lösbar gegen Gleitbewegung im Verhältnis zum Gehäuse 56 zu halten, bis ein Druckdifferential auf dem Kolben 132 einen vorbestimmten Wert erreicht.
Der Scherstiftsatz 186 schließt innere und äußere konzentrische zylindrische Bolzen-Aufnahmeteile 188 bzw. 190 ein. Mehrere Bolzenbohrungen 192 sind radial durch die inneren und äußeren konzentrischen Teile 188 und 190 angeordnet, die die zerbrechlichen Scherstifte 194 aufnehmen. Eine zylindrische Hülse 196 umgibt den äußeren konzentrischen Teil 198 zur Aufnahme der Bolzen 194.
Wenn eine Probenahme-Vorrichtung 38 zum ersten Mal montiert und in einem Bohrloch betrieben wird, bevor sie bedient wird, sieht der Scherbolzensatz 186 wie in ABB. 2A dargestellt aus und ist längs zwischen einer nach unten gerichteten ringförmigen Abschrägung 198 des Schersatz-Gehäuseteils 60 und einer nach oben gerichteten ringförmigen Abschrägung 200 eingeschlossen, die am oberen Ende des Zwischendornteils 136 gebildet wird.
Wenn die Probenahme-Vorrichtung 38 zum ersten Mal in einem Bohrloch betrieben wird, wird die Ölkammer 164 wesentlich mit Öl gefüllt. Diese hat aus den kurz zu beschreibenden Gründen ein leichtes Ölvolumen und steht im wesentlichen unter atmosphärischem Druck. Wenn der Druck im Bohrloch-Ringraum, der über den Leistungsanschluß 128 mit der unteren Seite des Leistungskolbens 132 verbunden ist, steigt, entsteht auf dem Kolben 138 ein Aufwärts-Druckdifferential und eine aufwärts wirkende Kraft. Anfänglich wird die Aufwärtsbewegung des Kolbens 130 vom Scherbolzensatz 186 verhindert. Wenn die von der Abschrägung 200 gegen das untere Ende des inneren konzentrischen Teils 188 ausgeübte Aufwärtskraft einen vorbestimmten Wert erreicht, scheren die Scherbolzen 194 ab, so daß sie den Dorn 130 so freigeben, daß er im Verhältnis zum Gehäuse 38 nach oben gleiten kann.
Wie erwähnt, enthält das Öl in der Ölkammer 164 etwas Luft. Damit wird das Öl in der Ölkammer 164 ausreichend komprimierbar, so daß eine anfängliche Bewegung des Dorns 130 möglich ist, die ausreicht, so daß sich die Dichtung 162 nach oben am oberen Rand 202 der Bohrung 160 vorbei bewegt, so daß die vom O-Ring 162 vorgesehene Dichtung unterbrochen wird und Öl von der Ölkammer 164 nach oben durch die Dosierpatrone 166 dosiert werden kann.
Wie ein Fachmann verstehen wird, können Anzahl, Größe und Ausführungsmaterial des Bolzens 194 so gewählt werden, daß der ungefähre Bohrloch-Ringraumdruck bestimmt wird, bei dem der Schersatz 186 den Bolzen 130 freigibt.
Die Aufwärtsbewegung des Dorns 130 wird für eine Dauer verzögert, die von einigen Sekunden bis zu einer Stunde oder mehr reicht, abhängig von der Wahl der Dosierdüse 174, wie es ein Fachmann verstehen wird.
Wenn der Dorn 130 seine oberste Stellung erreicht, wird ein Satz Sicherungsanschläge 204 von einer ringförmigen Schraubenfeder 206, die in einem Nut 208 vorgesehen ist, so vorgespannt, daß der Bedienungsdorn 130 in höchster Stellung gesichert wird.
Die Probenkammer 104 wird nachstehend unter Bezugnahme auf ABB. 2C-2E genauer beschrieben.
Die Probenkammer 104 ist eine längliche zylindrische Probenkammer, die sich im Probenkammer-Gehäuseteil 66 befindet und hauptsächlich parallel zu einer Längsachse 210 (siehe ABB. 2A) des Gehäuses 56 verläuft.
Die Probenkammer 104 ist radial zur Mittelachse 210 des Gehäuses 56 um einen Abstand 212 so versetzt, daß die volle Bohrungsöffnung 94 des Gehäuses 56 nicht beschränkt wird. Die Probenkammer 104 hat nach Entnahme aus dem Gehäuse 56 einen Außendurchmesser, der höchstens der Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Probenkammer-Gehäuseteils 66 und dem Durchmesser der vollen Öffnungsbohrung 94 entspricht.
Die Probenkammer 104 schließt ein Probenkammer-Gehäuse 214 einschließlich einem oberen Endteil 216, einem oberen Ventilteil 218, einem Probenvolumenteil 220, einem unteren Ventilteil 222, einem Verriegelungskammerteil 224 und einem unteren Endteil 226 ein.
Der obere Endteil 216 wird von der oberen Aufhängung 98 aufgenommen, wie vorstehend beschrieben, und der untere Endteil 226 wird vom unteren Aufhängungsring 118 auf genommen, wie vorstehend beschrieben.
Ein Kolben 228 wird gleitbar von einer Innenbohrung 230 des oberen Endteils 216 aufgenommen, wobei zwei Kolbenringdichtungen 232 zwischen den beiden angeordnet sind.
Eine ovale Durchflußöffnung 234 ist durch die Seitenwand des oberen Endteils 216 unter dem Kolben 228 angeordnet, um die Verbindung zwischen der Innenbohrung 94 des Gehäuses und dem Innern 236 der Probenkammer 104 herzustellen.
Ein gleitender Ventilstopfen 238 ist gleitbar in einer Gegenbohrung 240 des oberen Ventilteils 218 angeordnet und bewirkt die Dichtung in diesem durch den O-Ring 242, der unter der Durchflußöffnung 234 liegt, um die Durchflußöffnung 234 anfänglich vom Innern 236 der Probenkammer 104 zu trennen, so daß anfänglich keine Flüssigkeit von der Innenbohrung 94 des Gehäuses 56 in die Probenkammer 104 strömen kann.
Der Ventilstopfen 238 ist über ein Gewinde am Kolben 228 über eine Verbindung 244 angebracht.
Eine Ventilspindel 246 ist über ein Gewinde mit dem Ventilstopfen 238 am Gewindeanschluß 248 verbunden. Ein konischer Ventilkopf 250 wird am unteren Ende der Ventilspindel 246 gebildet und ist zur späteren Dichtung eines Ventilsitzes 252 angeordnet, der am unteren Ende des oberen Ventilteils 216 vorgesehen ist. Eine O-Ring- Dichtung 254 befindet sich im Ventilkopf 250 und unterstützt die Dichtung zwischen dem Ventilkopf 250 und dem Ventilsitz 252.
Unter Bezugnahme auf ABB. 2D wird das Innere 236 der Probenkammer 104 von einem unteren Ventilkopf 256 in einer Bohrung 258 des unteren Teils 222 des Probenkammer- Gehäuses 214 dauerhaft gedichtet, wobei die Dichtung aus O-Ringen 260 besteht.
Die Abwärtsbewegung des unteren Ventilkopfes 256 wird durch Einrücken einer nach unten weisenden ringförmigen Abschrägung 257 derselben in ein oberes Ende 259 eines Ventilstützringes 261 beschränkt, der auf einem nach innen gerichteten Flansch 263 des Verriegelungskammerteils 224 sitzt.
Der Ventilstützring 261 hat mehrere nach innen gerichtete Keile 265, zwischen denen sich Nuten befinden, und die untere Abschrägung 257 des unteren Ventilkopfes 256 sitzt in der Tat auf dem oberen Ende der Keile 265.
Der untere Ventilkopf 256 besteht aus einer unteren Ventilspindel 262, die sich nach unten von diesem erstreckt, mit einem ringförmigen Ankerring 264, der über ein Gewinde an 266 an diesem angebracht ist. Ein ringförmiger Sperring 268, der sich im Nut des Ankerrings 264 befindet, liegt unter einem unteren Ende 270 des Verriegelungskammerteils 244 des Probenkammer-Gehäuses 214, um den unteren Ventilkopf 256 dauerhaft in der Bohrung 258 zu verriegeln.
In Ausgangsposition, wie in ABB. 2C-2E dargestellt, wird das Innere 236 der Probenkammer 104 am unteren Ende durch den unteren Ventilkopf 256 und am oberen Ende durch den Ventilstopfen 238 gedichtet. Wenn das Gestänge anfänglich in das Bohrloch geführt wird, enthält das Innere 236 der Probenkammer 104 normalerweise Luft bei Umgebungstemperatur. Durch Dichten der Ventilkammer 104 am oberen und unteren Ende strömt keine Bohrlochflüssigkeit durch, und daher können kein Schmutz oder Rückstände in die Probenkammer 104 eindringen, bevor sie eine Probe entnehmen soll, wie nachstehend beschrieben.
Die Probenahme-Vorrichtung 38 schließt eine Bedienungsvorrichtung ein, die allgemein mit 270 bezeichnet wird (siehe ABB. 2C) und die betrieblich mit dem Differentialdruck-Dorn 130 und der Probenkammer 104 zur Bedienung der Probenkammer 104 verbunden ist, damit sie eine Probe als Reaktion nach einer Gleitbewegung des Differentialdruck-Dorns 130 im Gehäuse 56 entnehmen kann.
Die Bedienungsvorrichtung 270 schließt einen länglichen zylindrischen Bedienungsbolzen 272 ein, der eng von einer Bohrung 274 des oberen Probenkammer-Gehäuseendteils 216 umschlossen ist, wobei durch die O-Ringe 276 Gleitdichtungen vorgesehen sind. Der Bedienungsbolzen 272 schließt einen Kopf 278 mit vergrößertem Durchmesser ein, der am oberen Ende desselben ausgebildet ist.
Eine Unterseite 280 des Bedienungsbolzens 272 rückt frei in ein oberes Ende 282 des Kolbens ein, um den Kolben 228, den Ventilstopfen 238 und den oberen Ventilkopf 250 in den in ABB. 2C dargestellten Ausgangspositionen zu halten, wobei das obere Ventil 250, 252 geöffnet ist, jedoch das untere Ende des Probenkammer-Innern 236 vom Ventilstopfen 238 noch geschlossen ist, der die Durchflußöffnung 234 blockiert.
Die Bedienungsvorrichtung 270 enthält ferner einen ringförmigen, sich nach außen erstreckenden Flansch 284, der in der Nähe des unteren Endes des verkeilten unteren Teils 138 des Differentialdruck-Dorns 130 angeordnet ist. Anfänglich rückt eine untere Abschrägung 286 des Flansches 284 in das obere Ende des vergrößerten Kopfes 278 des Bedienungsbolzens 272 ein, um den Bedienungsbolzen in der in ABB. 2C dargestellten Position zu halten.
Bei Aufwärtsbewegung des Bedienungsdorns 130 im Gehäuse 56 hält der Flansch 284 den Bedienungsbolzen 272 nicht mehr in Ausgangsposition.
Dann bewegt ein Aufwärts-Druckdifferential, das auf den Kolben 228 ausgeübt wird, den Kolben 228, bedient den Bedienungsbolzen 272, den Ventilstopfen 238 und den oberen Ventilkopf 250 in der Probenkammer 104 nach oben.
Dieses Aufwärts-Druckdifferential auf dem Kolben 228 wird durch die Druckdifferenz zwischen dem Bohrloch- Flüssigkeitsdruck in der Innenbohrung 94 verursacht, die über die Durchsatzöffnung 234 mit der Unterseite des Kolbens 228 verbunden ist, bei im wesentlichen atmosphärischem Druck, der in einer Luftkammer 288 über dem Kolben 228 eingeschlossen ist.
Wenn sich der Kolben 228 aufwärts bewegt, bewegt sich der Ventilstopfen 238 zuerst über eine untere Verlängerung 290 der Durchflußöffnung 234, so daß die Probenkammer 104 geöffnet wird und Bohrloch-Flüssigkeit vom Innern 94 der Probenahme-Vorrichtung 38 in das Innere 236 der Probenkammer 104 strömen kann.
Durch weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 228 wird der obere Ventilkopf 250 dichtend in den oberen Ventilsitz 252 eingerückt, so daß die Probenkammer 104 geschlossen wird und die Bohrloch-Flüssigkeitsprobe im Innern derselben eingeschlossen wird.
Wie bereits erwähnt, besteht die Vorrichtung aus mehreren Probenkammern 104, 106, 108 und 110, die alle gleichzeitig in der gerade beschriebenen Weise bedient werden, so daß mehrere Bohrloch-Flüssigkeitsproben entnommen werden.

Transport und Entnahme von Proben

Nachdem die Bohrloch-Flüssigkeitsproben von der Probenahme-Vorrichtung 38 entnommen wurden, wird die Prüfkolonne 30 vom Bohrloch 14 entfernt.
Die einzelnen Probenkammern 104, 106, 108 und 110 können dann von der Probenahme-Vorrichtung 38 entfernt werden, indem der Gewindeanschluß 86 zwischen dem Probenkammer- Gehäuseteil 66 und dem unteren Gehäuseadapter 68 unterbrochen wird und die einzelnen Probenkammern wie die 104 aus dem unteren Ende der Probenahme-Vorrichtung 38 geschoben werden.
Nachdem die Probenkammer 104 aus der Probenahme- Vorrichtung 38 entfernt wurde, werden der obere Endteil 216 und der Verriegelungskammerteil 224 des Probenkammergehäuses 214 wie folgt entfernt:
Zwischen dem oberen Endteil 216 und dem oberen Ventilteil 218 des Probenkammergehäuses 214 wird ein Gewindeanschluß 292 gelöst, um den oberen Endteil 216 zu entfernen.
Ein weiterer Gewindeanschluß 294 wird zwischen dem unteren Ventilteil 222 und dem Verriegelungskammerteil 224 gelöst, um den Verriegelungskammerteil 224 und den unteren Endteil 226 vom Probenkammergehäuse 214 zu entfernen.
Nachdem dies geschehen ist, bleibt der obere bzw. untere Ventilkopf 250 bzw. 256 geschlossen, weil der Innendruck der im Innern 236 der Probenkammer 124 eingeschlossenen Probe den äußeren Umgebungsdruck stark übersteigt.
Die obere und untere Transport- und die Proben- Entnahmevorrichtungen 296 bzw. 298 werden dann an die Probenkammer 104 über die Gewinde 292 und 294 angeschlossen, wie in ABB. 4A-4B dargestellt. Wenn sich die Probenkammer 104 in dem in ABB. 4A-4B dargestellten Zustand befindet, ist sie bereit für den Transport zum Labor. Nachdem die Probenkammer im Labor eingetroffen ist, kann die Probe aus dieser durch kombinierte Druck- bzw. mechanische Bedienung der oberen und unteren Ventilköpfe 250 und 256 entnommen werden, um sie zu öffnen. Die Art und Weise ist für den Fachmann ohne weiteres erkenntlich.
Die Probenkammer 104 bietet im Vergleich zu Probenkammern, die unter Druck in durch Tubing bedienten Probenahme-Vorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik eingesetzt wurden, eine relativ kleine Probenkammer. Die Probenkammer 104 kann zuverlässig, leicht und sicher ins Labor transportiert und dort gehandhabt werden.
Die Probenkammer 104 ist eine geänderte Form einer Einsatzrohr-Probenkammer, beruhend auf dem bisherigen Stand der Technik, nämlich der bereits beschriebenen Ruska Vorrichtung. Derartige Probenkammern können bequem im Labor zum Ausblasen mit Quecksilber und Entleeren gehandhabt werden. Sie sind so konzipiert, daß sie unter Druck stehende Bohrloch-Flüssigkeitsproben entnehmen, die sich für die PVT-Laboranalyse eignen.
Ferner bietet der Einsatz von mehreren Probenkammern in der Probenahme-Vorrichtung 38 eine höhere Zuverlässigkeit und die Möglichkeit zu prüfen, daß die entnommene Probe repräsentativ für die Formation ist. Wenn mehrere Proben entnommen werden und wenn es sich beweist, daß sie im wesentlichen gleich sind, wenn sie das Labor erreichen, ist dies ein gutes Anzeichen dafür, daß jede der Proben in der Tat repräsentativ für die Bohrlochflüssigkeit zu dem Zeitpunkt ist, als sie in der Bohrlochbohrung eingeschlossen war. Wenn die entnommenen Proben den gleichen Druck aufweisen, bestätigt dies die Genauigkeit der PVT-Daten insofern, da zuverlässig angenommen werden kann, daß ihr Druck für den Druck im Bohrloch zu dem Zeitpunkt repräsentativ war, zu dem die Probe entnommen wurde. Mit anderen Worten: der Druck ist bis zu dem Zeitpunkt, wo die Probe das Labor erreicht, nicht gesunken.
Das Gewicht der Probenkammer 104 beträgt etwa 4,5 kg im Vergleich zu ca. 36,3 kg von Probenkammer-Vorrichtungen mit Tubing nach dem bisherigen Stand der Technik wie der Schlumberger Vorrichtung oder der Ringgenberg Vorrichtung, wie bereits beschrieben. Daher wird die Handhabung während des Transports zum Labor und nach Eingang im Labor erleichtert. Außerdem ist die Erwärmungszeit im Labor viel kürzer, wenn der ganze Behälter vor der Analyse wieder auf Bohrlochtemperaturen zu erwärmen ist.

Alternative Ausführungsbeispiele von ABB. 5C-5D

In ABB. 5C-5D wird eine leicht geänderte Version der Vorrichtung 38 dargestellt, die mit 38A bezeichnet wurde. Mit Ausnahme der spezifischen Änderungen, wie nachstehend beschrieben, entspricht die Probenahme-Vorrichtung 38A genau der Vorrichtung 38, wie vorstehend beschrieben.
Die Vorrichtung 38A unterscheidet sich im Aufbau der oberen und unteren Ventilelemente der Probenkammer 104 und in den Bedienungselementen, durch die sich das obere Ventil schließen kann.
Die Probenkammer 104A ist so konzipiert, daß sie anfänglich am oberen und unteren Ende geöffnet ist, so daß ein Teil der Bohrloch-Flüssigkeit, die nach oben durch die Innenbohrung 94 der Probenahme-Vorrichtung 38A fließt, nach oben durch das Innere 236 der Probenkammer 104A strömt, bis die Bedienungsvorrichtung das Schließen der Probenkammer 104A ermöglicht. Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich die oberen und unteren Ventile auf geschlossene Position.
In ABB. 5C wird dargestellt, daß der Ventilstopfen 238 entfernt wurde. Die obere Ventilspindel 246 ist an den Kolben 228 über die Verbindung 244 angeschlossen, so daß das obere Ende des Innern 236 der Probenkammer 104A mit der Innenbohrung 94 der Probenahme-Vorrichtung 38A durch die Durchsatzöffnung 234 verbunden ist. Der obere Ventilkopf 250 befindet sich anfänglich in geöffneter Stellung und wird durch Einrücken in den oberen Ventilsitz 252 gehalten.
Eine längliche Ventil-Lösestange 300 ist mit dem oberen Ende mit dem oberen Ventilkopf 250 am Gewindeanschlu0 302 verbunden und hat einen Kopf mit vergrößertem Durchmesser 304 am unteren Ende derselben, der anfänglich von zwei Verriegelungsanschlägen 306 und 308 aufgenommen wird, die sich am unteren Ventilkopf 256 befinden.
Die Verriegelungsanschläge 306 und 308 sind schwenkbar am unteren Ventilkopf 256 mit dem Drehbolzen 310 bzw. 312 verbunden.
In Ausgangsposition, wie in ABB. 5D dargestellt, werden die Verriegelungsanschläge 306 und 308 vom vergrößerten Kopf 304 nach außen geschwenkt gehalten, so daß die Verriegelungsanschläge in eine obere ringförmige Abschrägung 314 einrücken, um den unteren Ventilkopf 256 über der Bohrung 258 zu halten, ohne in diese einzurücken. Auf diese Weise wird das untere Ende des Innern 236 der Probenkammer 104A mit dem Innern 94 der Probenahme-Vorrichtung 38A durch den offenen unteren Kanal 314 verbunden, der durch den unteren Endteil 226 des Probenkammergehäuses 214 verläuft.
Ein ringförmiger Verriegelungsring 316 ist über ein Gewinde 318 an das untere Ende der unteren Ventilspindel 262 angeschlossen. Der Verriegelungsring 316 ist mit mehreren radial ausgerichteten Verriegelungsbolzen 320 versehen, die von radialen Bohrungen derselben aufgenommen werden und wird von Druckspiralfedern 322 radial nach außen vorgespannt.
Der Verriegelungsring 316 ist mit mehreren längs verlaufenden Nuten (nicht dargestellt) auf der äußeren Peripherie versehen, durch die die Bohrloch-Flüssigkeit nach oben am Verriegelungsring 316 vorbeiströmen kann, wenn sich der untere Ventilkopf 256 in geöffneter Stellung befindet, wie in ABB. 5D dargestellt.
Wenn sich der obere Ventilkopf 250 nach oben bewegt, bewegt sich die Ventil-Lösestange 300 und der Kopf 304 derselben nach oben aus der Einrückung mit den Verriegelungsanschlägen 306 und 308, so daß die Spiraldruckfeder 324 die untere Ventilspindel 262 und den unteren Ventilkopf 256 nach unten drücken kann, bis sich die O-Ring-Dichtungen 260 in der Bohrung 258 in einer Position befinden, die ähnlich der in ABB. 2D dargestellten ist, um das untere Ende des Innern 236 der Probenkammer 104A zu dichten. Die radial angeordneten Bolzen 320 werden radial nach außen gespannt, wenn sie sich unter die untere Abschrägung 270 bewegen, so daß der untere Ventilkopf 256 in geschlossener Stellung verriegelt wird.
Die Bedienungsspindel 272A wurde etwas geändert. Sie hat eine längliche Aufwärtsverlängerung 326 mit zwei ringförmigen Ringen 328 und 330, die über ein Gewinde mit dieser bei 332 und 334 an den gegenüberliegenden Seiten des Flansches 284 verbunden sind.
Wenn sich der Bedienungsdorn 130 daher im Gehäuse 56 nach oben bewegt, zieht er den Bedienungsbolzen 272A nach oben.
Bei Aufwärtsbewegung des Bedienungsbolzens 272A verhält sich der Kolben 228 in einer Weise, die der bereits im Hinblick auf ABB. 2A-2E beschriebenen gleicht, um den oberen Ventilkopf 250 zu schließen, so daß der untere Ventilkopf 256 freigegeben wird und sich ebenfalls schließen kann.
Es wird darauf hingewiesen, daß das untere Ventil 256 evtl. nicht schnell zuschnappt, obgleich es von der Feder 324 nach unten gedrückt wird. Dies wird durch die entgegengesetzten Kräfte der relativ schnellen Aufwärtsströmung der Bohrloch-Flüssigkeit durch das Innere 236 bewirkt.
Beim Ausführungsbeispiel von ABB. 5C-5D entsteht eine leichte volumetrische Vergrößerung des Innern 236 der Probenkammer 104A, bedingt durch die Bewegung eines Teils der Spindel 246 aus diesem Innern 236 heraus. Diese volumetrische Vergrößerung des Innern 236 wird durch die Tatsache berücksichtigt, daß sich der obere Ventilkopf 250 relativ langsam schließt, so daß zusätzliche Flüssigkeit in das Innere 236 dringen kann.

Bedienungsverfahren

Die Prüfkolonne 30 wird typisch, wie in ABB. 1 dargestellt, montiert, wobei das Probenahmeventil 38 von ABB. 2A-2E direkt unter dem Prüfventil 36 und dem Spülventil 34 liegt.
Das Spülventil 34, das Prüfventil 36 und die Probenahme- Vorrichtung 38 werden alle vorzugsweise so ausgeführt, daß sie als Reaktion auf den Ringraum-Druck bedient werden.
Nach Einsenken der Prüfkolonne 30 und des Verschlußstopfens 48, der das Bohrloch 14 verschließt, wie in ABB. 1 dargestellt, wird ein Durchsatz- Prüfprogramm der Formation 16 durch einmaliges oder mehrmaliges Öffnen und Schließen des Prüfventils 36 durchgeführt, damit die Formationsflüssigkeit von der Formation 16 nach oben durch das Innere der Bohrloch- Prüfkolonne 30 strömen kann.
Die Bedienung des Prüfventils 36 erfolgt als Reaktion auf den Druckanstieg im oberen Bohrloch-Ringraum 46A auf einen ersten Wert, z.B. 10,3 MPa, zum Öffnen des Prüfventils 36. Das Prüfventil 36 wird so ausgeführt, daß es mehrere Male geöffnet und geschlossen werden kann und so, daß es sich erneut schließt, wenn der Bohrloch- Ringraumdruck bedeutend unter 10,3 MPa fällt.
Die Probenahme-Vorrichtung 38 von ABB. 2A-2E wird so ausgeführt, daß sie bei einem zweiten Bohrloch- Ringraumdruckwert bedient wird, der wesentlich höher als der erste Wert ist. Wenn z.B. das Prüfventil 36 für die Bedienung bei einem Bohrloch-Ringraumdruck von 10,3 MPa konstruiert wurde, kann die lösbare Haltevorrichtung 186 der Probenahme-Vorrichtung 38 so ausgeführt werden, daß die Scherbolzen 194 bei einem Bohrloch-Ringraumdruck von etwa 17,2 MPa abscheren.
Wenn daher Bohrloch-Flüssigkeitsproben entnommen werden sollen, wird der Bohrloch-Ringraumdruck auf diesen zweiten vorbestimmten Wert, z.B. 17,2 MPa, erhöht, und dieser Druck wird auch durch den Leistungsanschluß 128 zum Kolben 132 weitergeleitet und führt zum Abscheren der Scherbolzen 194 der lösbaren Haltevorrichtung 186. Der Bedienungsdorn 130 bewegt sich dann im Gehäuse 56 nach oben, bis er seine höchste Stellung erreicht, wo die Verriegelungsanschläge 204 vom Nut 208 aufgenommen werden.
Diese Aufwärtsbewegung des Bedienungsdorns 130 wird zeitlich durch Wirkung der Dosierpatrone 166 verzögert. Direkt über dem Bedienungskolben 132 befindet sich ein Ö1volumen in einer Ölkammer 164 direkt unter der Dosierpatrone 166. Wenn sich der Bedienungsdorn 130 nach oben bewegen soll, muß das Öl in der Ölkammer 164 durch die beschränkte Öffnung der Dosierdüse 174 gedrückt werden. Die Dosierdüse 174 kann so gewählt werden, daß sie jede Zeitverzögerung vorsieht, von einigen Sekunden bis über eine Stunde, um den Bedienungsdorn 130 auf Aufwärtsposition zu bewegen, wenn er von einem Druckdifferential von 17,2 MPa beaufschlagt wird.
Unter Bezugnahme auf ABB. 2C und wenn sich der Bedienungsdorn 130 nach oben bewegt, wovon gerade gesagt wurde, daß es sich um eine relativ langsame Bewegung handeln kann, gestattet die Bewegung des Ringflansches 284 desselben, daß sich der Bedienungsbolzen 272 durch den Kolben 228 der Probenkammer 104 nach oben bewegt. Diese Bewegung kann ebenfalls nicht schneller sein als die Aufwärtsbewegung des Bedienungsdorns 130.
Wie bereits erwähnt und wenn sich der Kolben 228 der Probenkammer 104 aufwärts bewegt, bewegt sich der Ventilstopfen 238 anfänglich über die untere Verlängerung 290 der Durchsatzöffnung 234, so daß eine Bohrloch- Flüssigkeitsprobe von der Innenbohrung 94 der Probenahme- Vorrichtung 38 in das leere Innere 236 der Probenkammer 104 strömen kann. Die weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 228 bewegt den oberen Ventilkopf 250 in geschlossene Position, so daß er dichtend in den oberen Ventilsitz 252 einrückt und damit im Innern 236 eine Probe einschließt.
Während sich die Probenahme-Vorrichtung 38 unter dem Prüfventil 36 befindet, wie in ABB. 1 dargestellt, kann entweder eine durchströmende Probe von der Bohrloch- Flüssigkeit oder eine eingeschlossene Bohrlochprobe entnommen werden.
Unter Verweis auf das bereits beschriebene Beispiel öffnet sich das Prüfventil 36 bei einem Bohrloch- Ringraumdruck von etwa 10,3 MPa und schließt sich, wenn der Bohrloch-Ringraumdruck auf null zurückgegangen ist (d.h. auf hydrostatischen Druck). Dabei sollte eine durchströmende Bohrlochprobe im wesentlichen wie folgt entnommen werden: Der Bohrloch-Ringraumdruck würde auf etwa 17,2 MPa erhöht, so daß die Scherbolzen 194 abscheren und damit den Bedienungsdorn 130 lösen. Der Bohrloch-Ringraumdruck würde dabei lange genug bei einem Druck von mindestens 17,2 MPa gehalten, damit sich der Bedienungsdruck-Dorn 130 nach oben bewegen, die Probe entnommen und die Probenkammer 104 geschlossen werden kann. Solange der Bohrloch-Ringraumdruck bei oder über 17,2 MPa gehalten werden kann, bleibt das Prüfventil 36 geöffnet, und die entnommene Probe ist die Probe aus einem durchfließenden Bohrloch-Flüssigkeitsstrom, der nach oben durch die Prüfkolonne 30 fließt.
Es wird darauf hingewiesen, daß eine solche fließende Probe ebenfalls entnommen werden könnte, wenn sich die Probenahme-Vorrichtung 38 in der Prüfkolonne 14 über dem Prüfventil 36 befindet anstatt unter dem Prüfventil 36, wie im gerade beschriebenen Beispiel.
Um eine eingeschlossene Bohrloch-Probe zu entnehmen, ist die Probenahme-Vorrichtung 38 unter dem in ABB. 1 dargestellten Prüfventil 36 anzubringen, und der Bohrloch-Ringraumdruck ist so zu manipulieren, daß das Prüfventil 36 vor dem Zeitpunkt geschlossen wird, zu dem die Bohrloch-Flüssigkeitsprobe eingeschlossen wird. Die Bohrloch-Flüssigkeitsprobe, die eingeschlossen wird, ist daher eine Probe der Bohrloch-Flüssigkeit, die eingeschlossen wird und keine Probe, die bei Entnahme der Probe durchströmt. Dies wird hauptsächlich wie folgt erreicht.
Der Bohrloch-Ringraumdruck muß in dem gegebenen Beispiel auf über 17,2 MPa erhöht werden, damit die Scherbolzen 194 abscheren können und die Aufwärtsbewegung des Bedienungsdorns 130 beginnt. Wenn die Scherbolzen 194 abscheren, ist das Prüfventil 36 natürlich geöffnet, denn der Bohrloch-Ringraumdruck beträgt mindestens 17,2 MPa und liegt daher gut über dem zum Offenhalten des Prüfventils erforderlichen Druck.
Nachdem die Scherbolzen jedoch abgeschert sind, wird der Bohrloch-Ringraumdruck auf null gesenkt, d.h. auf hydrostatischen Druck, so daß das Prüfventil 36 geschlossen wird. Der Unterschied zwischen dem hydrostatischen Druck und dem im wesentlichen Umgebungsdruck auf dem Kolben 132 reicht aus, um die Aufwärtsbewegung des Bedienungsdorns 130 der Probenahme- Vorrichtung 38 fortzusetzen, so daß die Bohrloch-Flüssigkeitsprobe eingeschlossen wird. Wenn die Probe eingeschlossen wird, ist jedoch das Prüfventil 36 geschlossen, so daß die entnommene Probe eine eingeschlossene Bohrlochprobe ist.
Die durch die Dosierpatrone 166 entstehende Zeitverzögerung ermöglicht die Entnahme einer eingeschlossenen Bohrlochprobe. Wenn es diese eingebaute Zeitverzögerung nicht gäbe, würde die Probenahme- Vorrichtung nach Abscheren der Scherbolzen 194 sehr schnell bedient, und es wäre nicht möglich, das Prüfventil 36 vor dem Zeitpunkt wieder zu schließen, zu dem die Probe in die Probenkammer 104 eingeschlossen wird.
In jedem Fall ist das Spülventil 34, nachdem die Proben entnommen wurden und zu dem Zeitpunkt, wo gewünscht wird, die Prüfkolonne 30 vom Bohrloch 14 zu trennen, typisch geöffnet, so daß es das Innere der Prüfkolonne 30 mit dem oberen Bohrloch-Ringraum 46A verbindet. Zu diesem Zeitpunkt wird Bohrflüssigkeit von der Oberfläche nach unten durch den Bohrloch-Ringraum 46A gepumpt und dann nach innen durch das Spülventil 34 in das Innere der Prüfkolonne 30, dann nach oben durch das Innere der Prüfkolonne 30, um die Bohrloch-Flüssigkeit, die in dieser verblieben ist, vor dem Zeitpunkt aus der Prüfkolonne 30 zu drücken, zu dem die Prüfkolonne 30 vom Bohrloch 14 gezogen wird.
Es ist wichtig, daß die Probenkammer 104 so ausgeführt wird, daß sie geschlossen bleibt, wenn sie durch den bei Verkehrtspülung ausgeübten Druck beaufschlagt wird.
In der Vorrichtung von ABB. 2A-2E und 5C-5D wird der untere Ventilkopf 256 in geschlossener Position von einem der Verriegelungsringe 268 in ABB. 2D oder dem radialen Verriegelungsbolzen 320 in ABB. 5D verriegelt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird der obere Ventilkopf 250 vom Aufwärtsdruck-Differential auf dem Kolben 228 in der verriegelten Position gehalten. Dies kann man eine hydraulische Verriegelungsvorrichtung zum Verriegeln des oberen Ventilkopfes 250 der Probenkammer 104 im geschlossenen Zustand nennen, nachdem die Bohrloch-Flüssigkeitsprobe in diese eingeschlossen wurde.
Es ist daher ersichtlich, daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ohne weiteres die erwähnten Ziele und Vorteile erreicht sowie die ihr eigenen. Obgleich gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben werden, um die Erfindung zu beschreiben, kann der Fachmann zahlreiche Veränderungen in Anordnung und Ausführung der Teile vornehmen.

Claims

1. Tubing-Probenahmevorrichtung (38) für den Einsatz in einem Bohrloch, bestehend aus einem Gehäuse (56) mit einer vollen Öffnungsbohrung (94) durch diese; einer Vorrichtung zum Einschließen einer Bohrloch- Flüssigkeitsprobe in diese, ohne die volle Öffnungsbohrung des Gehäuses zu beschränken, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einer ersten entnehmbaren Probenkammer (104) besteht, die entnehmbar so im genannten Gehäuse angeordnet ist, daß die volle Öffnungsbohrung nicht beschränkt wird, unabhängig davon, ob die genannte Probenkammer geöffnet oder geschlossen ist, wobei die genannte Probenkammer nach Entnahme einen Außendurchmesser aufweist, der die halbe Differenz zwischen dem Außendurchmesser des genannten Gehäuses und dem Durchmesser der genannten vollen Öffnungsbohrung nicht übersteigt und die an Ort und Stelle im geschlossenen Zustand zum Transport in ein Labor entnommen werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, jedoch einschließlich einer zweiten entnehmbaren Probenkammer (106), die im genannten Gehäuse angeordnet ist, so daß mehrere Bohrloch-Flüssigkeitsproben gleichzeitig eingeschlossen werden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, einschließlich einer Bedienungsvorrichtung (270), die im genannten Gehäuse angeordnet und bedienbar mit der genannten Probenkammer verbunden ist, um die genannte Probenkammer aus der genannten offenen Position auf die genannte geschlossene Position zu bewegen und die genannte Bohrloch- Flüssigkeitsprobe zu entnehmen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die genannte Bedienungsvorrichtung (270) ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß sie als Reaktion auf eine Veränderung im Bohrloch-Ringraumdruck bedienbar ist und wobei die genannte Vorrichtung ferner eine Zeitverzögerung (166) enthält, die im genannten Gehäuse angebracht und bedienbar mit der genannten Bedienungsvorrichtung verbunden ist, um eine Zeitverzögerung zwischen der genannten Veränderung im Bohrloch-Ringraumdruck und dem völligen Schließen der genannten Probenkammer zu bewirken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die genannte Probenkammer (104) ferner eine Verriegelungsvorrichtung (268; 320) zum Verriegeln der genannten Probenkammer im geschlossenen Zustand einschließt, nachdem die Bohrloch-Flüssigkeitsprobe darin eingeschlossen wurde.

6. Prüfkolonne (30) für den Einsatz in einem Bohrloch (14), bestehend aus:

Verschlußpfropfen (48) zum Verschließen eines Bohrloch- Ringraumes (46) zwischen der genannten Prüfkolonne und einem Bohrloch über einer Formation (16), die zu prüfen ist, so daß ein oberer Bohrloch-Ringraum (46A) über dem genannten Verschlußpfropfen entsteht und ein unterer Bohrloch-Ringraum (46B) unter dem genannten Verschlußpfropfen;

einem Prüfventil (36), das auf den Ringraumdruck reagiert und das als Reaktion auf eine Druckerhöhung im genannten oberen Bohrloch-Ringraum auf einen ersten Wert bedienbar ist, zum Öffnen einer Bohrung (94) der genannten Prüfkolonne, so daß Bohrloch-Flüssigkeit von der genannten Formation nach oben durch die genannte Prüfkolonne strömen kann; und

einer Probenahme-Vorrichtung (38), die auf den Ringraumdruck reagiert und die als Reaktion auf eine Druckerhöhung im genannten oberen Bohrloch-Ringraum (46A) auf einen zweiten Wert reagiert, der höher als der erste Wert ist, wobei die genannte Probenahme-Vorrichtung dem Inhalt von Anspruch 1 bis 5 entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Probenahme-Vorrichtung (38) ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mehrere der genannten entnehmbaren Probenkammern (104, 106, 108, 110) enthält, wobei die genannten Probenkammern längliche Probenkammern sind, deren Längsachsen im wesentlichen parallel zur Längsachse des genannten Gehäuses ausgerichtet sind, wobei mehrere Probenkammern im genannten Gehäuse im wesentlichen in der gleichen Längsposition und auf dem Umfang im Abstand voneinander um die genannte Längsachse des genannten Gehäuses angebracht werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die genannte Probenahme-Vorrichtung (38) unter dem genannten Prüfventil (36) liegt und das genannte Prüfventil ferner eine Bedienungsvorrichtung (270) enthält, die bedienbar mit den genannten Probenkammern verbunden ist, so daß sich die genannten Probenkammern aus der geöffneten Position derselben in geschlossene Positionen derselben bewegen können, um im wesentlichen gleichzeitig mehrere Bohrloch-Flüssigkeitsproben als Reaktion auf die genannte Druckerhöhung im genannten oberen Bohrloch-Ringraum auf den zweiten Wert zu entnehmen; und einer Zeitverzögerung (166), die bedienbar mit der genannten Bedienungsvorrichtung verbunden ist, um eine Zeitverzögerung zwischen dem genannten Druckanstieg auf den genannten zweiten Wert und dem völligen Schließen der genannten Probenkammern zu bewirken und damit zu gestatten, daß mehrere eingeschlossene Bohrloch- Flüssigkeitsproben mit dem genannten Prüfventil in geschlossener Position entnommen werden können.