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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode und ein Gerät für das Beladen
von Untergrundformationen mit Flüssigkeit,
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf einen automatischen
Tieflochverstärker
für das
Verbessern der Produktion neuer oder existierender Öl-, Gas-,
oder Wasserbohrlöcher
durch das Spalten von geologischen Strukturen neben eines solchen
Bohrloches, oder durch das Injizieren einer Stimulierungsflüssigkeit
in Untergrundformationen, oder durch das Injizieren von Flüssigkeiten
in Entsorgungsbohrlöcher.
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Ohne
den Umfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken wird der Hintergrund derselben hier
zur Veranschaulichung mit Hilfe eines Beispiels und unter Bezugnahme
auf das Spalten von geologischen Strukturen neben Kohlenwasserstoffformationen
unter dem Erdboden beschrieben.
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Während des
Arbeitslebens einer Kohlenwasserstoffformation unter dem Erdboden
sinkt die Produktionsrate des Kohlenwasserstoffes, wenn derselbe
Kohlenwasserstoff aus der Produktion gefördert wird. Die Rate des Abfalls
einer bestimmten Formation hängt
dabei von dem geologischen Typ derselben Formation, welche zum Beispiel
aus Kalkstein, Sandstein, Kreide usw. bestehen kann, sowohl wie
von der physischen Struktur der Formation und deren Porosität und Durchlässigkeit
ab. Ein unnormaler Produktionsabfall kann jedoch auftreten, wenn Kornfraktionen
in natürliche
Risse in der Formation eintreten, oder wenn sich in der Nähe der Oberfläche des
Bohrloches eine Haut formt.
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Auf
eine Weise kann dieser unnormale Produktionsabfall durch das Anwenden
von hydraulischen Spalttechniken behoben werden, welche Untergrundformationen
stimulieren, um die Produktion von Flüssigkeiten aus denselben zu
verbessern. Bei einem herkömmlichen
hydraulischen Spaltverfahren wird eine Spaltflüssigkeit durch ein Bohrgestänge, welches
im allgemeinen aus einer Bohrkette oder einer Rohranordnung besteht,
in das Bohrloch herunter und in die mit Flüssigkeit gefüllte Formation
hinein gepumpt. Die Spaltflüssigkeit
wird unter einem ausreichend grossen Druck in die Formation hinein
gepumpt, um natürliche
Risse innerhalb derselben Formation zu vergrössern und neue Risse in der
Formation zu öffnen.
Packer werden normalerweise zwischen dem Bohrloch und dem Bohrgestänge positioniert,
um die Spaltflüssigkeit
in den Abschnitt des Bohrloches zu führen, welcher gespalten werden soll,
und dieselbe dort einzuschliessen. Normale Spaltdrucke betragen
zwischen ungefähr
1,000 psi und ungefähr
15,000 psi (ungefähr
6.89 bis ungefähr 104
MPa), wobei dies jedoch von der Tiefe und der Art der Formation
abhängen
wird, welche gespalten werden soll.
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Es
können
eine ganze Reihe von Flüssigkeiten
für diese
hydraulischen Spalttechniken angewendet werden, und diese schliessen
Frischwasser, gelliertes Wasser, Sole, gellierte Sole, oder flüssige Kohlenwasserstoffe
wie zum Beispiel Benzin, Kerosin, Dieselöl, Rohöl oder ähnliche ein, welche entweder
viskos sind oder Gelliermittel beinhalten. Ausserdem können solche
Spaltflüssigkeiten
angewendet werden, welche normalerweise Proppantmittel beinhalten.
Unter diesen Proppantmitteln, welche angewendet werden können, finden
sich feste Partikelmateriale wie zum Beispiel Sand, Walnußschalen,
Glasperlen, Metallperlen oder Plastikmateriale.
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Das
Proppantmittel fließt
in die Rillen hinein, welche während
des Spaltverfahrens geformt oder vergrössert werden sollen, und verbleibt
dort. Das Proppantmittel verhindert ein Schliessen der Risse und
fördert
den Fluß von
Formationsflüssigkeit
durch die Risse hindurch und in das Bohrloch hinein, indem dasselbe
einen Kanal mit einer sehr viel grösseren Durchlässigkeit
als derjenigen erstellt, über
welche die Formation selber verfügt.
Auf diese Weise sollte das jeweilige Proppantmittel gewählt werden,
welches die grösste
Rissdurchlässigkeit
bietet und gleichzeitig über
eine ausreichend grosse Stärke
für das
Verhindern des Schliessens der Risse verfügt.
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Ausserdem
können
hydraulische Spaltverfahren mit Hilfe eines harzbeschichteten, aus
Feststoffen bestehenden Materials wie zum Beispiel einem harzbeschichteten
Sand als das Proppantmittel durchgeführt werden. Typische Harzmateriale,
welche als Proppantmaterial angewendet werden können, schliessen Epoxydharze
und Polyepoxidharze ein. Wenn diese erst einmal in einer Formation
platziert worden sind, kann das harzbeschichtete, aus Feststoffen
bestehende Material aushärten,
wobei dasselbe harzbeschichtete, aus Feststoffen bestehende Material
sich konsolidiert und auf diese Weise eine harte, durchlässige Masse
formt. Diese Art von harzbeschichtetem, aus Feststoffen bestehenden Material
wird normalerweise mit Hilfe einer wässerigen gellierten Trägerflüssigkeit
in die Formation eingeführt.
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Der
hohe Druck, welcher für
das Spalten einer Untergrundformation mit herkömmlichen hydraulischen Spalttechniken
erforderlich ist, repräsentiert ein
beachtliches Risiko sowohl mit Bezug auf die Wirtschaftlichkeit
wie auch auf Sicherheit. Herkömmliche
hydraulische Spalttechniken fordern Oberflächenpumpen und Bohrgestänge oder
-rohre, welche unter hohem Druck arbeiten. Ausserdem kann das Betriebspersonal
während
des Betriebs dieser hydraulischen Spaltausrüstung unter Umständen einer hydraulischen
Spaltflüssigkeit
unter sehr hohem Druck ausgesetzt werden, wenn ein Ausrüstungsausfall
auftritt.
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Es
besteht daher ein Bedarf für
ein Gerät
und eine Methode für
das Stimulieren einer Kohlenwasserstoffformation unter dem Erdboden
mit Hilfe des hydraulischen Spaltens, welche keine Anwendung von
Hochdruckbohrgestängen
oder Hochdruckoberflächenpumpen fordern.
Es besteht weiter ein Bedarf für
ein Spaltgerät
und eine Methode, welche das Betriebspersonal keiner unter hohem
Druck stehenden hydraulischen Spaltflüssigkeit aussetzt, und welche sowohl
wirtschaftlich wie auch kommerziell realisiert werden können.
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Die
vorliegende Erfindung bietet deshalb ein Gerät für das Beladen einer Untergrundformation
mit Flüssigkeit,
wobei dasselbe Gerät
einen Triebabschnitt umfasst; und einen Pumpenabschnitt, welcher
betrieblich mit dem vorgenannten Triebabschnitt assoziiert ist,
so dass der vorgenannte Pumpenabschnitt in Reaktion auf eine Schwingbewegung
des vorgenannten Triebabschnitts betrieben wird, nachdem ein Flüssigkeitsdruck
auf den vorgenannten Triebabschnitt auferlegt wurde, wobei der vorgenannte
Pumpenabschnitt ein Gehäuse,
mindestens ein Einlaßventil,
und mindestens ein Ablaßventil
umfasst, und wobei das vorgenannte Gehäuse des vorgenannten Pumpenabschnitts
mindestens einen Flüssigkeitsdurchgang
definiert, welcher mit einem ringförmigen Volumen um die Aussenseite
des vorgenannten Gehäuses
des vorgenannten Pumpenabschnitts herum in Verbindung steht, so
dass Flüssigkeit
in Reaktion auf eine Schwingbewegung des vorgenannten Triebabschnitts
aus dem vorgenannten Pumpenabschnitt heraus in das vorgenannte ringförmige Volumen
hinein gepumpt wird.
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Die
Erfindung bietet ausserdem eine Methode für das Beladen einer Untergrundformation
mit Flüssigkeit,
wobei dieselbe Methode die Stufen des Platzierens eines automatischen
Tieflochverstärkers in
einem Bohrloch umfasst, wobei der vorgenannte Verstärker einen
Triebabschnitt und einen Pumpenabschnitt umfasst, welcher betrieblich
mit dem vorgenannten Triebabschnitt assoziiert ist; das Auferlegen eines
Flüssigkeitsdrucks
auf den vorgenannten Triebabschnitt; das Schwingen des vorgenannten
Triebabschnitts; das Betreiben des vorgenannten Pumpenabschnitts
wenn der vorgenannte Triebabschnitt schwingt; und das Pumpen der
vorgenannten Flüssigkeit
aus dem vorgenannten Verstärker
heraus in die Formation hinein.
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Das
Gerät der
vorliegenden Erfindung, welches hier als ein Verstärker bezeichnet
wird, wird in Reaktion auf einen relativ niedrigen Flüssigkeitsdruck
betrieben und fordert deshalb keine unter hohem Druck stehende Oberflächenpumpen
oder Hochdruckbohrgestänge
während
des Verfahrens und vermeidet das Vorhandensein von unter hohem Druck
stehenden Flüssigkeiten
an der Oberfläche.
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Der
Verstärker
der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Triebabschnitt und
einem Pumpenabschnitt, welcher betrieblich mit dem Triebabschnitt
assoziiert ist, so dass der Pumpenabschnitt nach dem Auferlegen
eines relativ niedrigen Flüssigkeitsdrucks
auf den Triebabschnitt in Reaktion auf eine Schwingbewegung desselben
Triebabschnitts betrieben wird.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der Triebabschnitt ein Gehäuse, eine Hülse, welche verschiebbar innerhalb
des Gehäuses
positioniert ist, und einen Kolben, welcher auf eine solche Art
und Weise verschiebbar innerhalb der Hülse und innerhalb des Gehäuses positioniert
ist, dass der Flüssigkeitsdruck
innerhalb des Triebabschnitts ein Schwingen der Hülse relativ
zu dem Gehäuse,
und damit auch ein Schwingen des Kolbens relativ zu der Hülse und
dem Gehäuse
verursacht.
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Bei
einer weitere Ausführungsform
umfasst der Triebabschnitt ein Gehäuse und eine Spindel, welche
verschiebbar innerhalb des Gehäuses
positioniert ist, wobei die Spindel ein sich axial erstreckendes
Loch und einen Kolben umfasst, welcher auf eine solche Art und Weise
verschiebbar mit dem sich axial erstreckenden Loch assoziiert ist,
dass die Spindel axial relativ zu dem Gehäuse schwingt, und dass der Kolben
axial relativ zu der Spindel und dem Gehäuse schwingt, wenn ein Flüssigkeitsdruck
auf den Triebabschnitt auferlegt wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Pumpenabschnitt mindestens ein Einlaßventil und mindestens ein
Ablaßventil,
und das Gehäuse umfasst
mindestens einen Flüssigkeitsdurchgang, welcher
mit dem ringförmigen
Bereich um die Aussenseite des Verstärkers herum in Verbindung steht.
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Bei
einer Ausführungsform
des Pumpenabschnitts kann das Ablaßventil auf eine solche Art
und Weise unter dem Einlaßventil
positioniert werden, dass dasselbe Einlaßventil zusammen mit dem Triebabschnitt
schwingt, und dass das Ablaßventil
auf eine solche Art und Weise relativ zu dem Gehäuse feststeht, dass Flüssigkeit
durch das Einlaßventil
aus dem Innenraum des Pumpenabschnitts eingezogen wird, und dass
Flüssigkeit
aus dem Verstärker
heraus durch das Ablaßventil
und den Flüssigkeitsdurchgang
hindurch in die Untergrundformation eingeführt wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Pumpenabschnitt erste und zweite Einlaßventile und
erste und zweite Ablaßventile.
Das Gehäuse
definiert eine Kammer, und umfasst erste und zweite Flüssigkeitsdurchgänge, welche
mit dem ringförmigen
Bereich um die Aussenseite des Verstärkers herum in Verbindung stehen.
Die ersten und zweiten Einlaßventile
stehen jeweils mit dem Innenraum des Pumpenabschnitts und der Kammer
in Verbindung. Die ersten und zweiten Ablaßventile stehen jeweils auf
eine solche Art und Weise mit der Kammer und den ersten und zweiten
Flüssigkeitsdurchgängen in Verbindung,
dass Flüssigkeit
aus dem Innenraum des Pumpenabschnitts heraus in die Kammer hinein, und
durch die ersten und zweiten Einlaßventile, und aus der Kammer
heraus in die Untergrundformation, und durch die ersten und zweiten
Ablaßventile
und die ersten und zweiten Flüssigkeitsdurchgänge gepumpt
wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung werden nun verschiedene Ausführungsformen derselben zur
Veranschaulichung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine schematische Illustration
einer Offshore-Öl-
oder Gasbohrplattform mit einer Ausführungsform des automatischen
Tieflochverstärkers der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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2A–2B Halbquerschnittsansichten
einer Ausführungsform
eines automatischen Tieflochverstärkers der vorliegenden Erfindung
darstellen;
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3A–3E Viertelquerschnittsansichten
des Betriebs einer Ausführungsform
des Triebabschnitts einer Ausführungsform
eines automatischen Tieflochverstärkers der vorliegenden Erfindung
darstellen;
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4A–4B Halbquerschnittsansichten
einer Ausführungsform
eines Pumpenabschnitts einer Ausführungsform eines automatischen
Tieflochverstärkers
der vorliegenden Erfindung darstellen;
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5 eine Querschnittsansicht
des in 4 geoffenbarten
Pumpenabschnitts entlang der Linie 5-5 darstellt;
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6 eine Halbquerschnittsansicht
einer Ausführungsform
eines Pumpenabschnitts einer Ausführungsform eines automatischen
Tieflochverstärkers
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 eine Halbquerschnittsansicht
einer Ausführungsform
eines automatischen Tieflochverstärkers der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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8 eine Halbquerschnittsansicht
einer Ausführungsform
eines Triebabschnitts eines automatischen Tieflochverstärkers der
vorliegenden Erfindung darstellt; und
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9 eine Querschnittsansicht
einer Ausführungsform
des in 8 geoffenbarten
Triebabschnitts entlang der Linie 9-9 darstellt.
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Obwohl
die Herstellung und die Anwendung der verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weiter unten noch eingehender beschrieben
werden wird ein Fachmann auf diesem Gebiet sofort erkennen, dass
die vorliegende Erfindung viele realisierbare erfindungsgemässe Konzepte
bietet, welche in einer weiten Reihe von spezifischen Kontexten
angewendet werden können.
Die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen repräsentieren
deshalb lediglich spezifische Weisen, auf welche die vorliegende
Erfindung realisiert und angewendet werden kann, und schränken den
Umfang derselben Erfindung auf keinerlei Art und Weise ein.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird
hier ein automatischer Tieflochverstärker während der Anwendung desselben
auf einer Offshore-Öl-
oder Gasbohrplattform schematisch dargestellt und allgemein mit
der Nummer 10 ausgezeichnet. Eine Halbtaucherbohrplattform 12 ist über einer
unter dem Meeresboden 16 liegenden Öl- oder Gasformation 14 zentriert.
Ein Unterwasserschutzrohr 18 erstreckt sich von dem Deck 20 der
Plattform 12 bis an eine Bohrlochkammerinstallation 22 und
umfasst Bohrlochschieber 24. Die Plattform 12 umfasst
einen Bohrturm 26 und ein Hebegerät 28 für das Anheben und
das Herablassen der Bohrkette 30. Die Bohrkette 30 kann
Dichtungseinheiten 32 und den automatischen Tieflochverstärker 34 umfassen.
Der Verstärker 34 umfasst
einen Triebabschnitt 36 und einen Pumpenabschnitt 38.
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Während eines
hydraulischen Spaltverfahrens wird die Bohrkette 30 in
das Bohrloch 40 herabgelassen. Die Dichtungseinheiten 32 werden
dann festgestellt, um die Formation 14 zu isolieren. Der Rohrdruck
innerhalb der Bohrkette 30 wird dann gesteigert und veranlasst
den internen Mechanismus innerhalb des Triebabschnitts 36 dazu,
zu schwingen. Dieses Schwingen betreibt den internen Mechanismus
innerhalb des Pumpenabschnitts 38, welcher den Flüssigkeitsdruck
von innerhalb der Bohrkette 30 intensiviert und es dem
Verstärker 34 ermöglicht, Flüssigkeiten
in die Formation 14 zu injizieren, um dieselbe Formation 14 hydraulisch
zu spalten. Nach diesem Spalten der Formation wird der Rohrdruck
reduziert, und dies veranlasst den automatischen Tieflochverstärker 34 dazu,
das Pumpen einzustellen.
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Ein
Fachmann auf diesem Gebiet wird dabei sofort erkennen, dass der
Verstärker 34 der
vorliegenden Erfindung nicht auf die in 1 geoffenbarte Anwendung mit einer Bohrkette 30 beschränkt ist.
So kann der Pumpenabschnitt 38 des Verstärkers 34 zum
Beispiel an einer Sonde in die Bohrkette 30 eingeführt werden.
Der Verstärker 34 der
vorliegenden Erfindung kann in der Tat ausschließlich an einer Sonde mit Hilfe
einer gespulten Rohranordnung angewendet werden, welche in die Bohrkette 30 oder
in das Förderrohrwerk
eingeführt
wird. Ausserdem kann der Verstärker 34 auch
für andere
Bohrlochserviceverfahren angewendet werden. So kann der Verstärker 34 zum
Beispiel dazu angewendet werden, automatisch Flüssigkeit in die Formation 14 einzupumpen,
um die Formation 14 zu säuern, oder dieselbe kann in
Flüssigkeitsöffnungen
innerhalb der Bohrkette 30 eingeleitet werden, um andere
Tieflochwerkzeuge zu betreiben.
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Obwohl
der automatische Tieflochverstärker 34 hier
im Zusammenhang mit und unter Bezugnahme auf ein hydraulisches Spaltverfahren
beschrieben wird, wird der Fachmann auf diesem Gebiet wahrscheinlich
sofort erkennen, dass der Verstärker 34 der
vorliegenden Erfindung auch für
eine Reihe von verschiedenen anderen Verfahren angewendet werden
kann, welche das Injizieren von Stimulationsflüssigkeiten in ein neues oder
schon vorhandenes Öl-, Gas-,
oder Wasserbohrloch sowohl wie das Injizieren von Flüssigkeiten
in ein Entsorgungsbohrloch einschliessen, aber nicht auf diese beschränkt sind.
Der Fachmann wird weiterhin sofort erkennen, dass der Verstärker 34 der
vorliegenden Erfindung nicht auf die Anwendung mit Halbtaucherbohrplattformen 12 wie
der in 1 geoffenbarten
beschränkt
ist. Der Verstärker 34 ist
gleichermassen gut für
die Anwendung auf herkömmlichen
Offshore-Plattformen oder Onshore-Verfahren geeignet.
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Unter
Bezugnahme auf 2A–2B werden hier der Triebabschnitt 36 und
der Pumpenabschnitt 38 des automatischen Tieflochverstärkers 34 veranschaulicht.
Der Triebabschnitt 36 umfasst ein Gehäuse 42, welches an
seinen oberen und unteren Enden über
ein Gewinde mit einer Bohrkette 30 verbunden werden kann.
Die Hülse 44 ist
verschiebbar innerhalb des Gehäuses 42 positioniert.
Ringförmige
Dichtungen 46 wie zum Beispiel O-Ringe sind zwischen der Hülse 44 und
dem Gehäuse 42 positioniert,
um zwischen denselben eine Dichtung zu erstellen. Der Kolben 48 ist
verschiebbar innerhalb der Hülse 44 und innerhalb
des Gehäuses 42 positioniert.
Ringförmige Dichtungen 46 sind
zwischen dem Kolben 48 und der Hülse 44 positioniert,
um zwischen denselben eine Dichtung zu erstellen. Ringförmige Dichtungen 46 sind
ausserdem zwischen dem Kolben 48 und dem Gehäuse 42 positioniert
und erstellen eine Dichtung zwischen denselben. Der Kolben 48 definiert
ein Innenvolumen 50, welches die Mittellinie der Bohrkette 30 umfasst.
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Zwischen
dem Gehäuse 42 und
dem Kolben 48 befindet sich eine obere Kammer 52 und
eine untere Kammer 54. Das Gehäuse 42 definiert einen Flüssigkeitsdurchgang 56,
welcher mit dem Bohrloch 40 in Verbindung steht. Die Hülse 44 definiert
einen Flüssigkeitsdurchgang 58,
welcher mit dem Flüssigkeitsdurchgang 56 des
Gehäuses 42 in
Verbindung steht. Der Kolben 48 definiert einen oberen
radialen Flüssigkeitsdurchgang 60 und
einen unteren radialen Flüssigkeitsdurchgang 62.
Der obere radiale Flüssigkeitsdurchgang 60 und
der untere radiale Flüssigkeitsdurchgang 62 stehen
in Verbindung mit dem Innenvolumen 50. Der Kolben 48 definiert
ausserdem einen oberen axialen Flüssigkeitsdurchgang 64,
welcher wiederum mit der oberen Kammer 52 in Verbindung
steht, und einen unteren axialen Flüssigkeitsdurchgang 66,
welcher mit der unteren Kammer 54 in Verbindung steht.
Zwischen dem Kolben 48 und der Hülse 44 befinden sich
ein oberes Volumen 68 und ein unteres Volumen 70.
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Während des
Betriebs steht der obere radiale Flüssigkeitsdurchgang 60 abwechselnd
mit der oberen Kammer 52 und dem oberen Volumen 68 in Verbindung.
Der obere axiale Flüssigkeitsdurchgang 64 steht
abwechselnd mit dem oberen Volumen 68 und dem Flüssigkeitsdurchgang 58 der
Hülse 44 in Verbindung.
Der untere radiale Flüssigkeitsdurchgang 62 steht
abwechselnd mit der unteren Kammer 54 und dem unteren Volumen 70 in
Verbindung. Der untere axiale Flüssigkeitsdurchgang 66 steht
abwechselnd mit dem unteren Volumen 70 und dem Flüssigkeitsdurchgang 58 der
Hülse 44 in
Verbindung, wenn der Kolben 48 im Verhältnis zu dem Gehäuse 42 schwingt.
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Der
Kolben 48 definiert eine Rille 71, welche eine
Reihe von Verriegelungsteilen 74 akzeptiert, welche eine
relative axiale Bewegung zwischen dem Kolben 48 und dem
Gehäuse 42 verhindern,
wenn der Rohrdruck innerhalb des Innenvolumens 50 geringer
ist als ein vorbestimmter Wert. Während des Betriebs wird die
Vorspannkraft der Federn innerhalb der Verriegelungsteile 74 überwunden,
wenn der Rohrdruck innerhalb des Innenvolumens 50 um einen
vorbestimmten Wert über
den Ringraumdruck ansteigt, und ermöglicht ein Einfahren derselben
Verriegelungsteile 74, und ermöglicht dem Kolben 48 auf diese
Weise, sich axial relativ zu dem Gehäuse 42 zu bewegen.
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Der
Kolben 48 und das Gehäuse 42 definieren
weiter die Kammern 72, 73. Das Gehäuse 42 definiert
die Flüssigkeitsdurchgänge 76, 78 und
die Flüssigkeitsdurchgänge 80, 82.
Innerhalb des Gehäuses 42 und
zwischen dem Flüssigkeitsdurchgang 76 und
dem Flüssigkeitsdurchgang 80 ist
ein Ablaßventil 84 positioniert.
Innerhalb des Gehäuses 42 und zwischen
dem Flüssigkeitsdurchgang 78 und
dem Flüssigkeitsdurchgang 82 ist
ein Ablaßventil 86 positioniert.
Ausserdem ist innerhalb des Gehäuses 42 ein
Paar von Einlaßventilen 88, 89 positioniert,
welche jeweils mit dem Innenvolumen 50 und den Flüssigkeitsdurchgängen 114, 120 in
Verbindung stehen (wobei dies am Besten in 4B zu erkennen ist).
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Während des
Betriebs dehnen sich die Dichtungseinheit 90 und die Dichtungseinheit 92 aus,
um auf diese Weise den Bereich zwischen dem Bohrloch 40 und
dem Gehäuse 42 abzudichten,
so dass die Formation 14 von dem Rest des Bohrloches 40 isoliert
ist. Der Rohrdruck innerhalb des Innenvolumens 50 wird
dann gesteigert und veranlasst den Kolben 48 und die Hülse 44 dazu,
axial relativ zu dem Gehäuse 42 zu
schwingen. Wenn sich der Kolben 48 relativ zu dem Gehäuse 42 nach
unten bewegt, fließt Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 durch das Einlaßventil 89 hindurch
in die Kammer 72 ein. Zur gleichen Zeit tritt Flüssigkeit
auf eine solche Art und Weise aus der Kammer 73 durch das
Ablaßventil 86 und den
Flüssigkeitsdurchgang 78 aus,
dass dieselbe Flüssigkeit
in die Formation 14 eintreten kann. Gleichermassen fließt Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 heraus durch das Einlaßventil 88 hindurch
in die Kammer 73 hinein, wenn sich der Kolben 48 relativ zu
dem Gehäuse 32 nach
oben bewegt. Flüssigkeit tritt
durch den Flüssigkeitsdurchgang 80,
das Ablaßventil 84,
und durch den Durchgang 76 hindurch aus der Kammer 72 aus
und in fließt
in die Formation 14 hinein.
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In 3A–3E wird
der Betrieb des Triebabschnitts 36 des automatischen Tieflochverstärkers 34 veranschaulicht.
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 tritt durch den oberen radialen
Flüssigkeitsdurchgang 60 hindurch
in die obere Kammer 52 ein. Flüssigkeit aus der unteren Kammer 54 fließt durch
den unteren axialen Flüssigkeitsdurchgang 66,
den Flüssigkeitsdurchgang 58 der
Hülse 44,
und den Flüssigkeitsdurchgang 56 des
Gehäuses 42 hindurch
in das Bohrloch 40 ein. Die unter einem höheren Druck
stehende Flüssigkeit
in der Kammer 52 drückt
die Hülse 44 und
den Kolben 48 relativ zu dem Gehäuse 42 nach unten.
Die obere Spulenfeder 94 drückt die Hülse 44 relativ zu
dem Gehäuse 42 weiter
nach unten. Die Hülse 44 bewegt
sich nach unten, bis dieselbe wie in 3A veranschaulicht
Kontakt mit dem Ansatz 98 des Gehäuses 42 aufnimmt.
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Der
höhere
Druck innerhalb der Kammer 52 drückt den Kolben 48 relativ
zu dem Gehäuse 42 und der
Hülse 44 weiter
nach unten, nachdem die Hülse mit
dem Ansatz 98 Kontakt 44 aufgenommen hat. Der
Kolben 48 bewegt sich relativ zu der Hülse 44 weiter nach
unten, bis der radiale Flüssigkeitsdurchgang 60 mit
dem oberen Volumen 68 in Verbindung steht, wobei der obere
axiale Flüssigkeitsdurchgang 64 mit
dem Flüssigkeitsdurchgang 58 der
Hülse 44 in Verbindung
steht, und wobei der untere radiale Flüssigkeitsdurchgang 62 mit
der unteren Kammer 64 in Verbindung steht, und wobei der
untere axiale Flüssigkeitsdurchgang 66 mit
dem unteren Volumen 70 in Verbindung steht und auf diese
Weise den abwärtigen
Hub des Kolbens 48 komplettiert und den Druck in der oberen
Kammer 52 und der unteren Kammer 54 ausgleicht
und wie in 3B dargestellt
jegliche hydraulische Kraft von der Hülse 44 entfernt.
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Die
untere Spulenfeder 96 drückt die Hülse 44 nach oben,
bis dieselbe Hülse 44 wie
in 3C dargestellt mit
dem Ansatz 101 des Kolbens 48 Kontakt aufnimmt.
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 tritt durch den unteren radialen
Flüssigkeitsdurchgang 62 in
die untere Kammer 54 ein, während Flüssigkeit aus der oberen Kammer 52 durch
den oberen axialen Flüssigkeitsdurchgang 64,
und durch den Flüssigkeitsdurchgang 58 der
Hülse 44,
und durch den Flüssigkeitsdurchgang 56 des
Gehäuses 42 hindurch
in das Bohrloch 40 eintritt. Die unter einem höheren Druck
stehende Flüssigkeit
innerhalb der Kammer 54 drückt die Hülse 44 und den Kolben 48 relativ zu
dem Gehäuse 42 nach
oben. Der Kolben 48 und die Hülse 44 bewegen sich
zusammen nach oben, bis die Hülse 44 wie
in 3D dargestellt gegen
den Ansatz 102 des Gehäuses 42 anschlägt.
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Die
unter einem höheren
Druck stehende Flüssigkeit
in der unteren Kammer 54 drückt den Kolben 48 weiter
nach oben, bis der obere radiale Flüssigkeitsdurchgang 60 mit
der oberen Kammer 54 in Verbindung steht, und bis der obere
axiale Flüssigkeitsdurchgang 64 mit
dem oberen Volumen 68 in Verbindung steht, und bis der
untere radiale Flüssigkeitsdurchgang 62 mit
dem unteren Volumen 70 in Verbindung steht, und bis der
untere axiale Flüssigkeitsdurchgang 66 mit
dem Flüssigkeitsdurchgang 58 der
Hülse 44 in Verbindung
steht. Dies endet den aufwärtigen
Hub des Kolbens 48 und ermöglicht ein Ausgleichen des
Drucks innerhalb der oberen Kammer 52 und der unteren Kammer 54 sowohl
wie das Entfernen einer jeglichen hydraulischen Kraft von der Hülse 44,
wie dies in 3E veranschaulicht
wird. Die obere Spulenfeder 94 drückt die Hülse 44 nach unten,
bis dieselbe Hülse 44 mit
dem Ansatz 103 in Kontakt tritt und auf diese Weise einen
Eintritt von Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 in die obere Kammer 52 und
das wiederholte Starten des abwärtigen
Taktes ermöglicht.
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Unter
gemeinsamer Bezugnahme auf 4A, 4B und 5 wird hier der Pumpenabschnitt 38 des
automatischen Tieflochverstärkers 34 veranschaulicht.
Wenn der Kolben 48 axial innerhalb des Gehäuses 42 schwingt,
wird Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 heraus durch das Ablaßventil 84,
das Ablaßventil 86,
das Einlaßventil 86,
das Einlaßventil 88,
und das Einlaßventil 89,
welche sich jeweils innerhalb der Bohrungen 91, 93, 95,
und 97 des Gehäuses 42 befinden,
hindurch gepumpt. Wenn der Kolben 48 sich relativ zu dem
Gehäuse 42 nach
unten bewegt. tritt Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 durch den Flüssigkeitsdurchgang 120,
das Einlaßventil 89,
und den Flüssigkeitsdurchgang 118 hindurch
in die Kammer 72 ein. Flüssigkeit wird dann aus der
Kammer 73 heraus durch den Flüssigkeitsdurchgang 82,
das Ablaßventil 86,
und den Flüssigkeitsdurchgang 78 hindurch
gepumpt, bevor dieselbe aus dem Pumpenabschnitt 38 austritt.
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Wenn
sich der Kolben 48 relativ zu dem Gehäuse 42 nach oben bewegt,
fließt
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 durch den Flüssigkeitsdurchgang 112,
das Einlaßventil 88,
und den Flüssigkeitsdurchgang 114.
Die in der Kammer 72 befindliche Flüssigkeit fließt dann
durch den Flüssigkeitsdurchgang 80,
das Ablaßventil, 84,
und den Flüssigkeitsdurchgang 76 hindurch
aus dem Pumpenabschnitt 38 heraus.
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6 offenbart eine alternative
Ausführungsform
des Pumpenabschnitts 38. Der Pumpenabschnitt 38 wurde
hier an einer Sonde 122, welche ein Gehäuse 42, einen Kolben 48,
ein Ablaßventil 124,
und ein Einlaßventil 126 umfasst,
in eine Bohrkette 30 oder eine Förderrohranordnung eingeführt. Wenn
sich der Kolben 48 relativ zu dem Gehäuse 42 aufwärts bewegt,
fließt
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 durch das Einlaßventil 126 hindurch
in die Kammer 132 ein. Wenn sich der Kolben 48 relativ
zu dem Gehäuse 42 nach
unten bewegt, fließt
Flüssigkeit
aus der Kammer 132 durch das Ablaßventil 124 hindurch
in den Flüssigkeitsdurchgang 130,
die Ablaßöffnung 128,
und in die Formation 14 hinein. Es sollte dabei beachtet
werden, dass der Pumpenabschnitt 38 auch dazu angewendet
werden kann, Flüssigkeit
in andere Tieflochwerkzeuge hinein zu pumpen. Diese Ausführungsform
des Pumpenabschnitts 38 kann zusammen mit einem Triebabschnitt 36 angewendet
werden, welcher wie unter Bezugnahme auf 2A beschrieben oder mit einer Sonde,
welche wie unter Bezugnahme auf 7 weiter
unten beschrieben an dem Triebabschnitt 36 befestigt ist,
in die Bohrkette 30 integriert ist.
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Unter
Bezugnahme auf 7 wird
hier eine an einer Sonde 122 befestigte Ausführungsform
des automatischen Tieflochverstärkers 34 veranschaulicht.
Der Triebabschnitt 36 umfasst ein Gehäuse 42, eine Hülse 44,
welche verschiebbar innerhalb desselben Gehäuses 42 positioniert
ist, und einen Kolben 48, welcher verschiebbar innerhalb
der Hülse 44 und
dem Gehäuse 42 positioniert
ist. Zwischen der Bohrkette 30 und dem Gehäuse 42 befindet
sich eine ringförmige
Kammer 134, welche mit dem Flüssigkeitsdurchgang 56 des
Gehäuses 42 in
Verbindung steht. Die ringförmige
Kammer 134 liefert einen Auslaß für die Flüssigkeit, welche während des
Betriebs des Triebabschnitts 36 in das innere Volumen 50 eingepumpt
wird.
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Während des
Betriebs schwingt der Pumpenabschnitt 36 der an der Sonde 122 montierten Ausführungsform
des automatischen Verstärkers 34 intern
wie unter Bezugnahme auf 3A–3E beschrieben. Der Pumpenabschnitt 38 umfasst
ein Gehäuse 42,
einen Kolben 48, ein Ablaßventil 124, und ein
Einlaßventil 126.
Wenn sich der Kolben 48 relativ zu dem Gehäuse nach
oben bewegt, fließt
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 heraus durch das Einlaßventil 126 hindurch
in die Kammer 132 hinein. Wenn sich der Kolben 48 relativ
zu dem Gehäuse 42 nach
unten bewegt, fließt
Flüssigkeit
aus der Kammer 132 heraus durch das Ablaßventil 124 hindurch in
den Flüssigkeitsdurchgang 130 hinein,
und fließt dann
durch die Auslaßöffnung 128 hindurch
in die Formation 14 hinein. Der Druck der durch die Ablaßöffnung 128 hindurch
fliessenden Flüssigkeit
kann mit Hilfe eines Druckrekorders 136 gemessen werden.
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Wir
beziehen uns nun auf 8 und 9, auf welchen eine alternative
Ausführungsform
des Triebabschnitts 138 des automatischen Tieflochverstärkers 34 dargestellt
wird. Der Triebabschnitt 138 umfasst ein Gehäuse 142 und
eine Spindel 144, welche verschiebbar innerhalb desselben
Gehäuses 142 positioniert
ist, wobei die vorgenannte Spindel 144 eine innere zylindrische
Oberfläche 140 umfasst,
welche ein Innenvolumen 50 definiert. Die Spindel 144 definiert
ausserdem ein Loch 146, welches sich zwischen einem oberen,
sich ringförmig
radial erstreckenden Ansatz 150 und einem unteren, sich
ringförmig
radial erstreckenden Ansatz 160 erstreckt. Die Spindel 144 umfasst
eine obere, äussere
zylindrische Oberfläche 162,
welche sich über
dem Ansatz 150 erstreckt, eine zentrale äussere zylindrische Oberfläche 164,
welche sich zwischen dem Ansatz 150 und dem Ansatz 160 erstreckt,
und eine untere äussere
zylindrische Oberfläche 166,
welche sich unter dem Ansatz 160 erstreckt. Zwischen dem
Gehäuse 142,
dem Ansatz 150, und der Oberfläche 162 befindet sich
eine obere Kammer 152. Zwischen dem Gehäuse 142, dem Ansatz 160,
und der Oberfläche 166 befindet
sich eine untere Kammer 154.
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Das
Gehäuse 142 definiert
einen Flüssigkeitsdurchgang 156,
welcher mit dem Bohrloch 40 in Verbindung steht. Die Spindel 144 definiert
einen Flüssigkeitsdurchgang 158,
welcher mit dem Innenvolumen 50 in Verbindung steht. Die
Spindel 144 umfasst ausserdem einen oberen Flüssigkeitsdurchgang 168 und
einen unteren Flüssigkeitsdurchgang, welche
mit dem Flüssigkeitsdurchgang 156 des
Gehäuses 142 in
Verbindung stehen. Zwischen dem Kolben 148 und der Spindel 144 befindet
sich ein oberes Volumen 176 und ein unteres Volumen 178.
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Während des
Betriebs steht der obere Flüssigkeitsdurchgang 168 der
Spindel 144 abwechselnd mit dem oberen Volumen 176 und
dem oberen Flüssigkeitsdurchgang 172 des
Kolbens 148 in Verbindung. Der untere Flüssigkeitsdurchgang 170 der Spindel 144 steht
abwechselnd mit dem unteren Volumen 178 und dem unteren
Flüssigkeitsdurchgang 174 des
Kolbens 148 in Verbindung. Der Flüssigkeitsdurchgang 158 der
Spindel 144 steht abwechselnd mit dem oberen Flüssigkeitsdurchgang 172 und
dem unteren Flüssigkeitsdurchgang 174 des Kolbens 148 in
Verbindung, wenn die Spindel 144 relativ zu dem Gehäuse 142 schwingt.
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Während der
abwärtigen
Hubbewegung des Kolbens 148 und der Spindel 144 tritt
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 durch den Flüssigkeitsdurchgang 158 der
Spindel 144 und den oberen Flüssigkeitsdurchgang 172 des
Kolbens 148 in die obere Kammer 152 ein, und Flüssigkeit
tritt aus der unteren Kammer 154 aus und durch den Durchgang 156 des Gehäuses 142,
den unteren Flüssigkeitsdurchgang 170 der
Spindel 144, und den unteren Flüssigkeitsdurchgang 174 des
Kolbens 148 hindurch in das Bohrloch 40 ein. Der
Kolben 148 bewegt sich nach unten, bis zwischen demselben
Kolben 148 und dem Ansatz 180 des Gehäuses 142 ein
Kontakt entsteht. Die Spindel 144 bewegt sich weiter nach
unten, bis der Flüssigkeitsdurchgang 158 der
Spindel 144 mit dem unteren Flüssigkeitsdurchgang 174 des
Kolbens 148 in Verbindung steht, und bis der obere Flüssigkeitsdurchgang 168 der
Spindel 144 mit dem oberen Flüssigkeitsdurchgang 172 des
Kolbens 148 in Verbindung steht, und bis der untere Flüssigkeitsdurchgang 170 der
Spindel 144 mit dem unteren Volumen 178 in Verbindung
steht.
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Während der
aufwärtigen
Hubbewegung des Kolbens 148 und der Spindel 144 tritt
Flüssigkeit
aus dem Innenvolumen 50 durch den Flüssigkeitsdurchgang 158 der
Spindel 144 und den unteren Flüssigkeitsdurchgang 174 des
Kolbens 148 in die untere Kammer 154 ein, während Flüssigkeit
aus der oberen Kammer 152 durch den oberen Flüssigkeitsdurchgang 172 des
Kolbens 148 und den oberen Flüssigkeitsdurchgang 168 der
Spindel 144 in das Bohrloch 40 eintritt. Der Kolben 148 bewegt
sich nach oben, bis zwischen demselben Kolben 148 und dem
Ansatz 182 des Gehäuses 142 ein
Kontakt entsteht. Die Spindel 144 bewegt sich weiter nach
oben, bis der Flüssigkeitsdurchgang 158 der
Spindel 144 mit dem oberen Flüssigkeitsdurchgang 172 des
Kolbens 148 in Verbindung steht, und bis der obere Flüssigkeitsdurchgang 168 der
Spindel 144 mit dem oberen Volumen 176 in Verbindung
steht, und bis der untere Flüssigkeitsdurchgang 170 der
Spindel 144 mit dem unteren Flüssigkeitsdurchgang 174 des
Kolbens 148 in Verbindung steht. Ausserdem können die
oberen und unteren Spulenfedern (hier nicht dargestellt) den Kolben 148 jeweils
in eine abwärtige
oder aufwärtige Richtung
vorspannen.