EP2771536B1 - Vorrichtung und verfahren zur probenentnahme unter erhalt eines am probenahmeort herrschenden druckes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur probenentnahme unter erhalt eines am probenahmeort herrschenden druckes Download PDF

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EP2771536B1
EP2771536B1 EP12788457.5A EP12788457A EP2771536B1 EP 2771536 B1 EP2771536 B1 EP 2771536B1 EP 12788457 A EP12788457 A EP 12788457A EP 2771536 B1 EP2771536 B1 EP 2771536B1
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EP
European Patent Office
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module
sample
dkm
pressure
pressure chamber
Prior art date
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Application number
EP12788457.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2771536A2 (de
Inventor
Tobias ROTHENWÄNDER
David WUNSCH
Erik Anders
Martin ROTHFUß
Benjamin Arnold
Alexander Schulze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corsyde International & Co KG GmbH
Original Assignee
Corsyde International & Co KG GmbH
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Publication date
Application filed by Corsyde International & Co KG GmbH filed Critical Corsyde International & Co KG GmbH
Publication of EP2771536A2 publication Critical patent/EP2771536A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2771536B1 publication Critical patent/EP2771536B1/de
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • E21B25/08—Coating, freezing, consolidating cores; Recovering uncontaminated cores or cores at formation pressure

Definitions

  • the invention relates to a sampling method or a sampling technology and to a method belonging to the sampling device, hereinafter referred to briefly as a sampler or sampling device.
  • sampling is the taking of a sample according to a specified procedure. It is used to make reliable statements about the quality, condition or composition of a particular material. The process of taking the material produces a sample.
  • in situ sampling in the field of geological science pertaining to this patent application means sampling "on the spot” while preserving essential environmental parameters, in particular the dominant parameters of pressure and temperature. Not only the preservation of the parameters, but also an undisturbed sample with minimal contamination is emphasized.
  • information on the structure or composition of a geological formation may also be needed in preliminary studies of potential CO2 storage sites.
  • autoclave samplers are used for obtaining and analyzing soil samples while maintaining the prevailing "in situ” conditions.
  • autoclave refers to its literal meaning and refers to the process of "self-closing” the sampler on the spot.
  • the process of "self-closing” on the spot serves to conserve the existing environmental conditions, ie the "in-situ” conditions.
  • autoclave does not refer to the effect of sterilization as used in conventional medical biological applications.
  • Such autoclave samplers in the broadest sense are in the pamphlets DE 10 2008 047 905 A1 ; DE 103 46 351 B2 ; GB 2 05009 A ; GB 2 000 824 A ; GB 547 065 A ; CN 201723190 U ; US 5,482,123 A ; US 6,216,804 B1 and US 2002/0033281 A1 disclosed.
  • a sampling technology currently used in deep well drilling technology uses autoclave samplers that are capable of closing at the sampling site so that the environmental conditions present in situ, in particular pressure and temperature parameters, until the investigation or completion of an assay the sample can be preserved.
  • This sampling technology is the so-called "wireline process”.
  • An autoclave sampler is lowered within the drill string and docked in the bottom drill assembly (BHA) configuration, directly above the drill bit. After sampling and lifting the sample into a pressure chamber of the autoclave sampler, the sampler is retrieved using a long cable.
  • Disadvantages of this method are the dimensions of the pressure sampling device which are very limited by the drill string and, for example, the small core diameter of the sample resulting from the use of a space-consuming ball valve closing the sampler.
  • the autoclave sampler with such a ball valve and the associated "wireline method" are for example in the document US 4,317,490 A described.
  • the well-known so-called "rotary drilling method” has been carried out for a long time.
  • the method is essentially characterized by drilling a wellbore having a bottom hole.
  • the main element for carrying out the method in this case forms a drill string, which extends from a surface to a deepest point of the bore and despite a relatively small overall diameter of 10 to 20 cm can be several kilometers long.
  • the drill string is divided into many subsegments and is lowered from the derrick.
  • the drill string is usually driven by the derrick, from where it is moved both translationally and rotationally. Feed and drilling speed are thus realized and regulated.
  • the drill bit At the lower end of the drill string is the drill bit, which, depending on the ground or Rock type, has different cutting mechanisms and is drawn at the end of the hole together with the drill bit from the borehole. Controlled irrigation of the drill bit and drill string is of great importance for a successful wellbore. Via a pump, the drilling fluid is conveyed through the drill string directly to the drill bit where the removed drill cuttings are transported to the surface by the annulus formed between the drill string and the borehole wall. Blockage of the borehole is thus avoided. After filtering, the drilling fluid can be returned to circulation.
  • the entire drill string is removed and, after mounting the corresponding components at the bottom, reinstalled. This operation of removing and reinstalling the entire drill string is referred to as a "round trip".
  • the object of the invention is to develop a sampling technology and a sampling device which, while maintaining the ambient conditions prevailing at the sampling point - "in situ", can be sampled, the above-mentioned disadvantages to be overcome.
  • the method for sampling and the sampling device should not only ensure the preservation of the conditions prevailing at the sampling site environmental conditions, but also provide a substantially undisturbed, that is low-contamination sample available.
  • the sampling device according to the invention is also referred to as “round-trip autoclave sampling apparatus" within the following description of the invention.
  • the “round-trip autoclave sampling device” is particularly suitable for use within the new round-trip method.
  • the starting point for the invention is the known "round-trip method".
  • the steps according to method claim 10 or according to method claim 11 are carried out according to the invention for taking a sample at a sampling site in a geological formation by means of a drilling rig comprising a drill string and an end drill bit.
  • the new "round-trip autoclave sampling device" for taking a sample at a sampling site of a geological formation comprises, according to claim 1 as starting point of the invention a closing pressure chamber module for receiving the sample, wherein the pressure chamber module for lifting the sample in a sample stroke in the pressure chamber module with a lifting module is in communication.
  • a triggering module and a pressure regulating module arranged in a connecting element, wherein the connecting element is arranged between triggering module and lifting module and the sample, wherein the triggering module for triggering the sample stroke acts on the lifting module arranged in a non-triggering position and the sample after the sample stroke is lifted by the lifting module in a housing within a closing pressure chamber of the pressure chamber module and pressure-tight as soon as the lifting module is released by the trigger module, whereby the lifting module assumes its trigger position, and the pressure regulating module after the sample stroke to influence the pressure in the pressure chamber module at least on the pressure side is coupled to the pressure chamber module.
  • a first pressure regulating module comprises a quick-release mechanism which releases in its coupled position a arranged in a lifting rod of a Hubmodules fluid and gas space, wherein a gas in a gas space of the fluid and gas space relaxes and in a Fluid space of the fluid and gas space held by the gas pressurized fluid is released.
  • a second pressure regulating module comprises a sliding sleeve seated on a bearing which likewise releases a fluid and gas space arranged in a lifting rod of a lifting module in its coupled position, analogously a gas in a gas space of the fluid and gas space relaxed and released in a fluid space of the fluid and gas space held by the gas pressurized fluid is released.
  • a first triggering module has an ejection ball seat which is directly or indirectly connected to a blocking element of a lifting spring element of a lifting module, the triggering being effected by a mass object, in particular by a throwing ball which temporarily blocks a flushing flow in the sampling device, whereby the blocking element is moved radially and a lifting rod of the Hubmodules released and displaced by the sample stroke, whereby the lifting module its triggering position, that is its opposite to its non-triggered starting position (non-triggering position) triggered end position occupies.
  • a second trigger module comprises a first and a second housing part, which are axially movably connected to each other via a spline connection, wherein an axial force flow is transmitted from the first housing part to the second housing part by a plate spring packet, wherein the first housing part with a The drill string and the second housing part is directly or indirectly in communication with a blocking element of a Hubfederianos a Hubmodules, wherein the triggering is effected by an axial compression of the drill string, whereby the blocking element is moved radially and a lifting rod of the Hubmodules released and displaced by the sample stroke, whereby the Lifting module its triggering position, that is its opposite his non-triggered starting position (non-triggering position) triggered end position occupies.
  • a third trigger module comprises a roller which controls a valve which closes a pressure chamber of a lifting module, the third trigger module having a Einschkegelsitz belonging to a first or second housing part, wherein the first housing part opposite a second housing part is positively driven or vice versa.
  • the housing parts are not rotationally symmetrical components and have for example a polygonal profile.
  • the housing parts are connected via grooves and pins with the roller, so that a translational movement of the first or second housing part leads to a rotational movement of the roller and the valve associated with the roller and vice versa, wherein the release by a mass object, in particular by a flushing current in the profile roller temporarily obstructing ball throw on Einschkegelsitz, whereby the valve opens the pressure chamber, and a Hubfederelement a Hubmodules a piston which communicates with the pressure chamber, axially moves in the direction of the relaxing pressure chamber, creating a lifting rod of the Hubmodules released and displaced by the sample stroke, whereby the lifting module also assumes its triggering position, that is its opposite its non-triggered starting position (non-triggering position) triggered end position.
  • a first and second lifting module is formed in a preferred embodiment so that it has a Hubfederelement which is in a non-triggering position in a is tensioned and in the release position in a prestressed state, the spring force stored in the tensioned state after release by one of the trigger modules enforces the Probehub taking the triggering position, wherein the Hubfederelement is in operative connection with the lifting rod, which in turn is connected to the pressure chamber module.
  • the pressure regulating module was previously charged to an overpressure, that is preset.
  • the pressure is greater (overpressure) than the pressure prevailing in the sampling environment, whereby a desired pressure surrounding the sample is set in the pressure chamber of the pressure chamber module, so that this set pressure coincides with the pressure prevailing at the sampling or even greater.
  • the presetting of the pressure in the fluid and gas space takes place.
  • the pressure in the fluid and gas space within the pressure regulating module is preset before the sampling device 1 is installed in the well B.
  • a pressure regulation is effected by a connection made in a coupled position of the fluid and gas space of the pressure regulating module with the pressure chamber module.
  • the pressure regulation is controlled by the connection made in a coupled position between the fluid and gas chamber of the pressure regulating module with the pressure chamber module over the sample stroke of Hubmodules, as explained in more detail in the embodiment.
  • the sample stroke of the Hubmodules is triggered according to the invention of a tripping module, wherein the time of onset of pressure regulation is controlled by the taking place after the triggering sample stroke.
  • the trigger module itself is activated according to the invention in various ways.
  • a first and third activation module with the aid of a mass object, in particular by means of a throw-in ball.
  • the method is further characterized in a preferred embodiment in that the coupling of a first pressure regulating module with the pressure chamber module - takes place in a first coupling mode - after complete closing of the pressure chamber module at the top and bottom with the help of the respective sealing elements.
  • the coupling of a second pressure regulating module with the pressure chamber module takes place - shortly before closing the second upper sealing element - in a second coupling mode, after the first lower sealing element is already completely closed.
  • the respective pressure regulating module first of all ensures that a pressure equalization and thus a pressure stop in the pressure chamber module takes place during the recovery, so that the pressure prevailing at the sampling location still exists at the examination site of the sample.
  • the pressure regulation module provides, if desired, that during recovery and beyond a pressure regulation in the pressure chamber module to the effect takes place that at the examination site of the sample in the pressure chamber module, a greater pressure prevails, as at the sampling of the sample.
  • the pressure regulating module ensures that a secure pressure tightness of the pressure chamber module is ensured, since the coupling of the respective pressure regulating module with the pressure chamber module causes an initial prepressing of the sealing elements to seal the pressure chamber module.
  • the drill rig 500 described below and the associated method can, as shown, be arranged continentally directly on a geological formation to be examined or offshore on a ship or the like.
  • a drilling rig 500 with associated drill string 600 which consists of several sub-segments, placed in position.
  • the new round-trip method comprises a first known and at least a second new trip.
  • the first trip comprises a first and second method step already known, while the second trip according to the invention comprises further method steps (method steps VS3 to VS10). It becomes clear that a "trip" is understood as a defined sequence of several process steps.
  • a deep hole is made.
  • the borehole B is bored to a targeted depth.
  • the main element for making the deep hole forms, like FIG. 1B shows the drill string 600 by means of which the borehole B is drilled to the targeted depth of the sample environment to be sampled.
  • the drill string 600 is driven by the drilling rig 500, from which the drill string 600 is moved both translationally and rotationally. Feed and drilling speed of the drill string 600 are realized by the drilling rig 500 and regulated by it. At the end of the drill string 600 is a drill bit 601, which has different cutting mechanisms depending on the soil or rock type of the layers Sn. For a deep well, a controlled flush is performed. Via a pump, the drilling fluid is conveyed through the drill string 600 directly to the drill bit 601, where the removed drill cuttings through the space formed between the drill string 600 and the borehole wall, the so-called flushing ring space B2 (FIG. Figure 1F to 1I ) is transported to the surface.
  • a flushing ring space B2 FIG. Figure 1F to 1I
  • the borehole B is drilled, whose bottom hole B1 is located just above the level on which the actual sampling is to take place later.
  • a second step VS2 after drilling the borehole B to the desired sample depth, the removal of the drill string 600 together with the drill bit 601 takes place.
  • the resulting condition - an open borehole B - is in Figure 1C shown.
  • the process steps VS1, VS2 drilling the wellbore B by introducing the drill string 600 with drill bit 601 and removal of the drill string 600 and the drill bit 601, according to the FIGS. 1A to 1C characterize the already known round-trip method.
  • a sampling device 1 with a drill bit 601 is mounted on the sub-segment of the drill string 600, which is first installed again, in a third step VS3.
  • the sampling device 1, which is installed between the drill bit 601 and the drill string 600 becomes an integral part of the drilling rig 500 or of the drill string 600.
  • the thus formed drill string configuration 600, 1, 601, the drill string 600, which mostly consists of a plurality of subsegments, the sampling apparatus 1 arranged between the drill string 600 and the drill bit 610, and the drill bit 601, are subsequently, according to FIG. 1D 4, is installed in the well B in a fourth step VS4 until the drill bit 601 has reached the original well bottom B1 drilled in the first step ( Figure 1F ).
  • FIG. 1G 5 shows in a fifth step VS5 the sample P drilled by a defined pressure on the drill string of the drill string 600 is brought to the drill bit 601, whereupon the drill string configuration 600, 1, 601 penetrates deeper into the investigated fifth layer S5, so that the borehole B forms a deeper sampling bottom hole B1 '.
  • the drilled sample P which is also referred to as a drilled sample core or core only, is located in the drill bit 601 after completion of the drilling process carried out in the fifth step VS5 and also in the lower region of the sampling device 1 (FIG. FIG. 1G ) in a sleeve-like housing G of the sampling device 1, wherein the housing G hereinafter also referred to as liner.
  • a demolition stroke in which the entire drill string 600 is raised slightly by an amount ⁇ z1
  • the sample P breaks off at a defined predetermined breaking point from the sampling environment.
  • the in situ sample P obtained in situ is sampled in a seventh step VS7, as in FIG Figure 1I (Transition from FIG. 1H 1I) is raised to a pressure chamber module DKM in a sample stroke ⁇ z2 initiated by a trigger module AM1, AM2, AM3 the pressure chamber module DKM, which essentially represents a pressure chamber, then in an eighth step, which is also in Figure 1I is shown, automatically closes, after which the pressure chamber of the pressure chamber module DKM is influenced by a pressure regulating module AK1, AK2 pressure side, so that the sample P in the already described sense of this patent application in the pressure chamber module DKM of the sampling device 1 while preserving the pressure prevailing at the sampling "autoclaving" is ,
  • the demolition stroke ⁇ z1 in which the sample P is separated from the geological formation and the sample stroke ⁇ z2, in which the housing G with the sample P lifted into a pressure chamber of the sampling device 1 and between a first and a second sealing element DKM- 1, DKM-2 of the pressure chamber module DKM is positioned, in a single stroke .DELTA.z1 + ⁇ z2 summarize.
  • both the tearing stroke ⁇ z1 and the sample stroke ⁇ z2 are performed by a first or second lifting module HBM1, HBM2, which will be described in more detail below.
  • the intended automatic closing of the pressure chamber module DKM represents the eighth step VS8, wherein in this eighth step VS8 it is ensured that the sample P is pressure-tight and closed during or after sealing by a pressure regulating module AK1, AK2 on the pressure side is regulated.
  • the sample remains sealed until salvage and beyond, that is to say until the sample P is examined, and thus still shows the pressure which prevailed "in situ" at the sampling site during the examination, whereby the pressure regulation is permitted in the pressure chamber at the site of investigation, to exert a higher pressure than the pressure originally prevailing at the sampling site.
  • a ninth step VS9 the entire drill string configuration 600, 1, 601 removed from the well B again.
  • the drilled core P is located in the liner G of the pressure chamber module DKM, which has been taken "in situ", and the environmental conditions, in particular the ambient pressure of the sampling point or a higher pressure than at the sampling point, which is why the core P also as a pressure core , Pressure drill core or pressure core sample is called.
  • the Figure 1E shows the empty well B with the reusable dismantled drill string configuration 600, 601 and the associated drilling rig 500, on which still the sampling device 1 is mounted.
  • the described step-by-step procedure characterizes the new two-stage round-trip method, which is additionally distinguished by the fact that the axial and rotational movements of the drill string of the drill string 600 are transmitted to the drill bit 601 via the sampling device 1.
  • the sampling device 1 becomes an integral part of the drill string configuration 600, 1, 601 in the second trip.
  • pressure-tight "in situ" printing cores P can be obtained by means of at least one further round trip within the second trip.
  • more pressure cores P can be obtained in the same borehole B at lower sampling points.
  • the pressure core P still at the examination site regardless of the pressure prevailing there, in each case the prevailing at the sampling ambient pressure and the other layer characteristics.
  • the advantages of the two-stage round-trip method are that a larger sample volume is achieved compared with the "wireline method" described in the prior art, since in the round-trip method, in contrast to the "wireline method", the drill string inner diameter the outside diameter of the sampling device is not limited.
  • the new round-trip method is relative to a desired sample outer diameter d Pa with a smaller borehole diameter, since the outer diameter of the pressure chamber of the pressure chamber module DKM - taking into account the necessary Spülringraumes B2 - exclusively of the borehole diameter d B , the drill bit outer diameter d 601-a corresponds, is limited.
  • new round-trip methods described herein allow for maximizing the pressure chamber internal diameter d DKM-1 relative to the drill string outer diameter d 600-a and / or the drill bit outer diameter d 601-a , thereby maximizing sample outside diameter d Pa Essentially corresponds to the inner diameter d DKM-1 of the pressure chamber module DKM, is recoverable.
  • the sampling device 1 is disposed between the drill string 600 and the drill bit 601.
  • the sampling device 1 (see Figure 1I-1 and FIG. 8 ) Connections, which are formed in a preferred embodiment as adapter-like connections 602, 604 and serve to connect the sampling device 1 with the drill string 600 on the one hand and with the drill bit 601 on the other.
  • the new round-trip method thus makes it possible to maximize the inner diameter d DKM-1 of the pressure chamber module DKM in relation to the drill string outer diameter d 600-a , thereby achieving the largest possible outer diameter of the sample d Pa .
  • the sample outer diameter d Pa can be selected independently of the drill string inner diameter d 600-i .
  • the inner diameter d DKM-1 of the pressure chamber module DKM can be selected smaller than the drill string inner diameter d 600-i . But it can also be advantageously larger than the Bohrstranginnen carefullymesser d 600-i . This possibility is, as explained above, excluded in the known "wireline method" from the outset, since the sampling device is introduced into the drill string.
  • an advantage of the sampling device 1 thus lies in the fact that the sample outer diameter d Pa , which corresponds essentially to the pressure chamber inner diameter d DKM-i of the pressure chamber module DKM, compared to the prior art is increased, with the maximum sample outer diameter d Pa taking into account the respective Borehole diameter d B minus the required Spülringraumes B2 and minus the required depth-dependent and / or necessary for the maximum operating pressure of the pressure chamber module DKM wall thickness a of the wall of the pressure chamber module DKM results.
  • the drill mouth 601-1 of the drill bit 601 with the drill bit inner diameter d 601-i is matched to the respective sample outer diameter d Pa , so that a sample with the maximum sample outer diameter d Pa can be drilled.
  • the new round-trip method is particularly suitable when the movement up and down of devices within the drill string and the resulting piston action are not desirable.
  • Such an up and down movement is disadvantageously caused by the in the "wireline process" on and re-executable attached to the recovery cable sampling devices.
  • the entry and exit of mountain cables is not possible, so that even in such a case, only the round-trip method is applicable.
  • the sampling device 1 ensures that the pressure core P enters the pressure chamber module DKM, wherein the sampling device 1 closes the pressure chamber module DKM in a pressure-tight manner in a special manner - "autoclaved” -.
  • autoclaved Such "Round-trip autoclave sampling device 1" according to the invention will be explained in more detail below, wherein for brevity it will be referred to only as autoclave sampling device 1.
  • a connecting element V arranged in the manner of a lifting rod, in which the respective pressure regulating module (accumulator module) AK1, AK2 is arranged.
  • FIGS. 3A-1, 3A-2 show according to a first embodiment, the first tripping module AM1 of the sampling device 1 in cooperation with a first lifting module HBM1.
  • the seventh step VS7 ( Figure 1I ), in which the pressure core P located in the liner G is lifted in a sample stroke ⁇ z2 into the pressure chamber module DKM of the sampling device 1.
  • the lifting of the liner G together with the pressure core P into the pressure chamber module DKM comprises an upstream first substep VS7.1 within the seventh step VS7.
  • the pressure-tight closing of the pressure chamber of the pressure chamber module DKM takes place at its upper and lower end with the aid of sealing elements DKM-1, DKM-2 belonging to the pressure chamber module DKM (see in particular FIG FIG. 1H and FIG. 1I ).
  • a pressure influencing the pressure chamber module DKM instead of.
  • the pressure prevailing at the sampling point in the pressure chamber of the pressure chamber module DKM of the sampling device 1 after closing or even during closing of the sealing elements DKM-1, DKM-2 of the sampling device 1 by an integrated into the sampling device 1 pressure regulating module AK1, AK2 is influenced during salvage and beyond, whereby the pressure of the sample P in the pressure chamber of the pressure chamber module DKM at the investigation site with the pressure prevailing at the sampling point match or even higher than the prevailing at the sampling pressure.
  • This function can be effected by the arrangement of a pressure regulating module AK1, AK2, which is integrated in the new round-trip autoclave sampling device 1.
  • FIGS. 3A-1 and 3A-2 show the first lifting module HBM1 and the first tripping module AM1 in the non-tripping position I and the tripping position II, which (HBM1) represents an energy store which is activated as a component of the sampling device 1 by the first tripping module AM1, after which the pressure chamber of the pressure chamber module DKM closes, after the first lifting module HBM1 has performed the necessary lifting movement before the closure of the pressure chamber.
  • HBM1 represents an energy store which is activated as a component of the sampling device 1 by the first tripping module AM1, after which the pressure chamber of the pressure chamber module DKM closes, after the first lifting module HBM1 has performed the necessary lifting movement before the closure of the pressure chamber.
  • the method steps VS3, VS4, VS5, VS6 are completed.
  • the first lifting module HBM1 is triggered in the first upstream sub-step VS7.1 of the seventh method step VS7, which is connected via an adapter piece 602 to the drill string of the drill string 600 lying above the adapter piece 602.
  • the drill string of the drill string 600 is traversed by a purge stream.
  • the first triggering module AM1 is integrated in this embodiment variant into the first lifting module HBM1.
  • the first triggering module AM1 has a throw-in ball seat AM1-3.
  • This throw-in ball seat AM1-3 is indirectly connected in the embodiment with a blocking sleeve AM1-2.
  • the throw-in ball seat AM1-3 and with it the blocking sleeve AM1-2 is slidably disposed in the axial direction with respect to a wedge ring segment AM1-4.
  • the wedge ring segment AM1-4 represents a blocking element of a lifting spring element HBM1-2, which belongs to the first lifting module HBM1.
  • the Hubfederelement HBM1-2 is blocked in the tensioned state by the tapered ring segment AM1-4, since the wedge ring segment AM1-4 in the non-triggering position I relative to a head AM1-1 Hubfederides HBM1-2 protrudes radially inwardly and thus blocks the Hubfederelement HBM1-2 ,
  • the lifting spring element HBM1-2 is supported at the other end on the lower cover of the first lifting module HBM1 (not shown).
  • the lifting rod V which is connected to the liner G, arranged.
  • a ball throw AM1-5 To trigger a temporary closing of the rinse cycle by a ball throw AM1-5.
  • a pressure pad AM1-6 builds up over the ball AM1-5 and pushes the sleeve-like piece of pipe including ball throw AM1-5 down.
  • the thereby axially covered by the sleeve-like piece of pipe path solves the positive connection of the axial fixation of the wedge ring segment AM1-4, by the sleeve-like piece of pipe, the blocking sleeve AM1-2 shifts down.
  • the preloaded lifting spring HBM1-2 relaxes in a slightly biased position, it takes the lifting rod V axially upward with and lifts the liner G in the pressure chamber module DKM.
  • the triggering position II ( Figure 3A-2 ) is reached and the liner G has the path ⁇ z2 ( Figure 1I ) in a so-called sample stroke.
  • the sample stroke .DELTA.z2 is thus carried out by relaxing the tensioned Hubfederides HBM1-2. This is prevented without the release by means of the first trip module AM1 by the wedge ring segment AM1-4 form-fitting to relax. If the axial fixation is canceled by the first release module AM1, the lifting spring element HBM1-2 relaxes and pulls the lifting rod V upwards.
  • the solution described in this embodiment discloses a semi-automatic lifting module HBM1, since the first lifting module HBM1 with the first tripping module AM1 works together as follows.
  • the sample stroke ⁇ z2 is triggered by a separate object interacting with the triggering module AM1.
  • the described throwing ball AM1-5 generally a mass object or another separate aid for triggering the first lifting mechanism HBM1 is used.
  • FIGS. 3B-1 and 3B-2 show the first lifting module HBM1 and a second tripping module AM 2 in the non-triggering position I and the tripping position II, wherein the lifting module HBM1 represents the required energy storage, which is activated as part of the sampling device 1 by the second tripping module AM2, after which the pressure chamber of the pressure chamber module DKM closes after the first lifting module HBM1 has performed the necessary lifting movement before the closure of the pressure chamber.
  • Second trigger module AM2
  • the second triggering module AM2 is seated in this embodiment on the first lifting module HBM1.
  • the second trigger module AM2 has a gripper AM2-3.
  • This gripper AM2-3 is axially opposite a gripper receptacle AM2-4.
  • the gripper AM2-3 is arranged on the adapter piece 602 and the gripper receptacle AM2-4 on a trip bar AM2-6.
  • the adapter piece 602 is connected to the above the adapter piece 602 lying drill pipe of the drill string 600.
  • the adapter piece 602 is also in communication with a first housing part AM2-1 of the second trip module AM2.
  • a spring element AM2-8 is arranged in the manner of a cup spring package.
  • the slightly preloaded cup spring package AM2-8 is supported on the one hand on the underside of the adapter piece 602 and on the other hand on a second housing part AM2-2.
  • the first housing part AM2-1 is connected to the second housing part AM2-2 via a splined connection AM2-5.
  • the disc spring assemblies AM2-8 transmit the axial force flow and, via the splined shaft connection AM2-5, the torque of the drill string 600 is transferred from the first housing part AM2-1 to the second housing parts AM2-2, the housing parts AM2-1 and AM2-2 being relatively each other are movable in the axial direction.
  • the second housing part AM2-2 is in communication with the lifting module housing HBM1-1, while the first housing part AM2-1 is in communication with the drill string 600.
  • the gripper AM2-3 grips the gripper holder AM2-4 of the release bar AM2-6.
  • a blocking sleeve AM2-7 which is arranged at an end-side head piece of the release rod AM2-6, raised.
  • the formation of the first stroke module HBM1 is carried out analogously in the region of the head piece AM1-1 (see the circular section Figure 3A-1 with cross reference to Figure 3B-1 and vice versa).
  • the wedge ring segment AM1-4 represents a blocking element of the lifting spring element HBM1-2, which belongs to the first lifting module HBM1.
  • the Hubfederelement HBM1-2 is blocked, as before, in the tensioned state by the tapered ring segment AM1-4, since the wedge ring segment AM1-4 in the non-triggering position I relative to a head AM1-1 of Hubfederides HBM1-2 protrudes radially inwardly and thus the Hubfederelement HBM1-2 blocked.
  • the Hubfederelement HBM1-2 is supported at the other end on the lower cover of the first Hubmodules HBM1 (not shown) from.
  • the lifting rod V which is connected to the liner G, arranged.
  • the tensioned Hubfederelement HBM1-2 relaxed in a slightly biased position, it takes the lifting rod V axially upward with and lifts the liner G in the pressure chamber module DKM.
  • release position II shows based on the Hubfederettis HBM1-2, that the liner G has been lifted by the sample stroke .DELTA.z2 in the pressure chamber module DKM.
  • the sample stroke .DELTA.z2 also takes place in this second embodiment variant by the relaxation of the tensioned lifting spring element HBM1-2.
  • the solution described in this embodiment discloses a fully automatic lifting module HBM1, since the first lifting module HBM1 with the second trigger module AM2 works together as follows.
  • a fully automatic lifting module of the sample stroke .DELTA.z2 is triggered in the embodiment by the drill string 600 is compressed.
  • no mass or other auxiliary is needed.
  • the second triggering module AM2 via a separate auxiliary device, as is the case with the semi-automatic lifting module HBM1 cooperating with the first triggering module AM1 Figure 3A-1, 3A-2 and the associated description of the case.
  • FIGS. 4A-1 and 4A-2 show the substantially already described first lifting module HBM1 the sampling device 1 in its first embodiment.
  • Figure 4A-1 is the already described non-release position I and Figure 4A-2 the release position II shown.
  • the Hubmodulgeophen HBM1-1 is followed by another adapter piece 603, which connects the first lifting module HBM1 with the pressure chamber module DKM. Visible are the head AM1-1 of Hubfederettis HBM1-2, which is blocked by means of the first blocking element AM1-2 by the radially movable wedge ring segment AM1-4 of the first trip module AM1 in non-release position I. Analogously, the tripping position II in Figure 4A-2 shown. Not shown is the lower portion of the first Hubmodules HBM1.
  • the lower area of the lifting rod V is in FIG. 5A (first embodiment of the pressure regulating module AK1) and in Figure 5B-1 and Figure 5B-2 (Second embodiment of the pressure regulating module AK2) shown.
  • Second stroke module HBM2
  • First partial step VS7.1 and method step VS7 ("triggering of the sample stroke for lifting the liner G and lifting the liner G") with the second lifting module HBM2 and a third triggering module AM3:
  • FIG. 4B shows a second lifting module HBM2 the sampling device 1.
  • This second lifting module HBM2 represents a second embodiment.
  • the second HBM2 works with a novel, integrated into a flushing module SPM opening and closing mechanism in the manner of a profile roller together.
  • FIG. 4B the profile roller is not shown.
  • the profile roller is in FIGS. 6A-1 to 6A-3 shown.
  • the components are in synopsis of Figures 4B and the Figures 6A-1 to 6A-3 described.
  • the second lifting module HBM2 has a prestressed lifting spring element HBM2-1, which in a non-triggering position I, as in FIG FIG. 4B represented, is prevented by an overlying, closed pressure pad in a designated pressure chamber HBM2-3 from relaxing.
  • a in Fig. 4B schematically illustrated valve HBM2-4 By opening a in Fig. 4B schematically illustrated valve HBM2-4 by means of a third trip module AM3 the pressure pad is degraded, whereby the preloaded lifting spring element HBM2-1 relaxes and the lifting rod V is moved upward.
  • the valve HBM2-4 closes the pressure chamber HBM2-3 unilaterally, while on the other hand, a piston HBM2-2, compared to a sealing element, for example with respect to a conical seat, opposite its non-triggered starting position (non-triggering position I) triggered end position (trip position II) occupies a Sealing of the pressure chamber HBM2-3 provides.
  • a piston HBM2-2 compared to a sealing element, for example with respect to a conical seat, opposite its non-triggered starting position (non-triggering position I) triggered end position (trip position II) occupies a Sealing of the pressure chamber HBM2-3 provides.
  • the liner G is lifted by the distance ⁇ z2 (sample stroke) into the pressure chamber module DKM.
  • a second upper sealing element DKM-2 is arranged, which as second sealing element next to a first arranged below sealing element DKM1 (in FIG. 4B not shown) after a successful stroke .DELTA.z2 ensures a seal of the pressure chamber module DKM.
  • the second upper sealing element DKM-2 in FIG. 4B seals against a tapered seat DKM-21, which is designed on a pressure chamber module cover DKM-4, as soon as the sample stroke .DELTA.z2 has occurred.
  • the third trip module AM3 is brought into a release position II, which causes the valve HBM2-4 opens.
  • a freewheeling piston G1 is arranged within the liner G, which ensures that the pressure core P does not slip or slip out during removal.
  • the function of the third trip module AM3 is in the Figures 6A-1 to 6A-3 shown.
  • the Figure 6A-1 shows the non-trip position I.
  • the third trip module AM3 is located in Figure 6A-1 in a starting position at the valve HBM2-4 (see FIG. 4B ) closed is.
  • the opening of the valve HBM2-4 is carried out by a rotary rotary motion, which is generated at the lower end of the third triggering module AM3 by a profile roller AM3-5.
  • a profile roller AM3-5 To the profile roller AM3-5 the valve HBM2-4 is connected, like the section of the Figure 6A-1 clarified.
  • a first throw-in ball AM3-1 is inserted into the overlying drill string of the drill string 600.
  • the ball AM3-1 transported by the flushing stream falls into a throw-in cone seat AM3-3 of a first inner housing part AM3-4 or a throw-in cone seat AM3-9 of a second outer housing part AM3- 8, in particular the polygonal profile tubes and temporarily blocks the purge flow.
  • a pressure cushion builds up over the first - smaller - throw-in ball AM3-1 and pushes down the first inner housing part AM3-4 including the first throw-in ball AM3-1.
  • the axially traveled path of the first housing part AM3-4 with respect to a second outer housing part AM3-8, for example, also a polygonal profile tube is by a forced guidance of pins AM3-6, AM3-10 in the grooves AM3-7 of the profile roller AM3-5 in implemented a rotational movement and translated.
  • the polygonal shape of the profile tubes is only an example. Other forms may be used.
  • the exemplary polygonal design of the profile tubes ensures that the housing parts AM3-4 and AM3-8 can not rotate relative to each other.
  • the outside, secured against rotational movements second housing part AM3-8 also prevents rotation of the first housing part AM3-4.
  • the pins AM3-6 are arranged in the first housing part AM3-4 and the pins AM3-10 are arranged on the second housing part AM3-8 and collar into the two slots AM3-7 of the profile roller AM3-5. Via the contour of the grooves AM3-7, the direction of rotation and the angle of rotation of the profile roller AM3-5 can be controlled.
  • the first inner housing part AM3-4 including the first ball throwing ball AM3-1 striking the throw-in ball seat AM3-3 is pressed down so far that a rotation of the profile roller AM3-5 takes place for example by 90 °.
  • a further rotation in the same direction by another 90 ° can be carried out in another embodiment of the contour of the pins AM3-10 belonging to the groove AM3-7 also opposite. As mentioned, can be determined by the contour of the grooves AM3-7 of the rotation angle.
  • the induced rotational movement of the profile roller AM3-5 thus opens or closes the valve HBM2-4 and relaxes, for example, the pressure cushion in the second lifting module HBM2 (FIG. FIG. 4B ).
  • the movement of the profile roller AM3-5, as part of the third triggering module AM3 is thus carried out in several stages.
  • a temporal control of the rotation angle as well as a reversal of the direction of rotation is possible by an individual Nuten Entry the grooves AM3-7 in the profile roller AM3-5 and by repeated insertion of ball balls AM3-1, AM3-2 different size.
  • profile roll AM3-5 component is not limited to the application described here. It offers itself, regardless of the application described, advantageously as an opening and closing mechanism always when a translational movement in an inaccessible place in a rotational movement (as in the present application) or vice versa to be converted.
  • First pressure regulation module AK1 (first accumulator module):
  • FIG. 5A shows the first pressure regulating module AK1 of the sampling device 1 in a first embodiment.
  • a connection is established between the pressure chamber module DKM and the first pressure regulation module AK1 by a quick coupling controlling the free flow of a fluid pressurized by a pressure pad ensured in a space surrounding the liner G of the pressure chamber module DKM.
  • a quick coupling AK1-1, AK1-2 of the first pressure regulating module AK1 is arranged in the lifting rod V of the stroke module HBM1 or HBM2 (can be used in both lifting module variants).
  • the respective lifting rod V has a Hubstangenwandung V1.
  • the Hubstangenwandung V1 is in the first embodiment ( FIGS. 4A-1, 4A-2 ) is connected to the head AM1-1 of the Hubfederides HBM1-2 of the first Hubmodules HBM1.
  • the Hubstangenwandung V1 is connected in the second embodiment with the piston HBM2-2 of Hubfederides HBM2-1 the second Hubmodules HBM2.
  • the sample stroke ⁇ z2 leads to a movement of the lifting rod V, thus the lifting rod wall V1, according to the arrow next to the reference symbol V1 upwards.
  • a first fixed, upper quick coupling part AK1-1 is arranged, which moves along with the lifting rod V.
  • a second movable, lower quick coupling part AK1-2 is arranged.
  • the quick coupling parts AK1-1, AK1-2 are not initially coupled (not shown).
  • a spring element AK1-4 ensures that it is arranged in a space provided for this purpose, that the second movable, lower quick coupling part AK1-2 is pushed away via the Hubstangenwandung V1 of the first fixed upper quick coupling part AK1-1.
  • the spring element AK1-4 is supported on the one hand - above - on a projection of the second movable, lower quick coupling part AK1-2 and on the other - down - on a horizontal part of Hubstangenwandung V1.
  • the lifting rod V is filled with liquid and a gas which forms a pressure pad above the liquid.
  • the two media are charged to appropriate pressure and separated by a piston.
  • the quick coupling parts AK1-1, AK1-2 are by an axial relative movement of the two quick coupling parts AK1-1, AK1-2 to each other after closing the second upper sealing element DKM-2 - when inserting the cone into the tapered sealing seat DKM-21 -, see Figures 4B . 5A ) connected with each other.
  • the first pressure regulating module AK1 is by an initial pre-compression of the sealing elements DKM-1, DKM-2, for example, the tapered seat DKM-21 at the upper end and the other of the lower sealing element DKM-1 at the lower end, an immediate tightness of the pressure chamber module DKM guaranteed.
  • Second pressure regulating module AK2 (second accumulator module):
  • the Figures 5B-1, 5B-2 show a second pressure regulating module AM2 (second accumulator module) of the sampling device 1 in a second embodiment variant.
  • FIG. 5B-1 shows the pressure regulating module AK2 in the uncoupled position III and Figure 5B-2 in the coupled position IV.
  • a coupling between the pressure chamber module DKM and the second pressure regulation module AK2 is produced in a first substep VS8.1 by previously sealed holes DKM-22 of the second upper sealing element DKM-2 are released, which ensure the free flow of pressurized fluid with a pressure pad in a space surrounding the liner G space of the pressure chamber module DKM.
  • a sliding sleeve AK2-1 is provided.
  • the in the Figures 5B-1, 5B-2 illustrated lifting rod V of the first or second Hubmodules HBM1, HBM2 is hollow, with a not shown fluid and gas chamber AK2-3 with a liquid and a gas is filled, which forms a pressure pad above the liquid.
  • the two media are also charged in the second pressure regulating module AK2 to appropriate overpressure and separated by a piston.
  • the lifting rod V in the cone of the second upper sealing element DKM-2, there is at least one releasable bore DKM-22, which allows pressure equalization between the pressure regulating module AK2 and the pressure chamber module DKM.
  • a bearing AK2-2 arranged sliding sleeve AK2-1 radial seals the holes DKM-22nd
  • the conical design of the bearing core resulting in a projection surface on which the prevailing differential pressure acts and presses the sliding sleeve AK2-21 in the direction of the cone of the upper sealing element.
  • a spring element AK2-4 is supported, on the one hand, on the bearing AK2-2 and, on the other hand, on the sliding sleeve AK2-1.
  • the displacement sleeve AK2-1 is initially in a non-triggering position.
  • the displacement sleeve AK2-1 finds a stop in the non-release position on the cone of the second upper sealing element DKM-2.
  • the sample stroke ⁇ z2 (process step VS7) takes place. Shortly before the end of the sample stroke .DELTA.z2 of the lifting rod V, during the last path of the Hubstangenterrorism, at least one bore DKM-22 is released in the first sub-step VS8.1 the eighth step VS8.
  • the sliding sleeve AK2-1 has an upper edge AK2-11. This upper edge AK2-11 of the displacement sleeve AK2-1 comes shortly before the end of the sample tube ⁇ z2 with the lower edge of the tapered seat DKM-21 of the pressure chamber module cover DKM-4, the first in Figure 5B-2 becomes visible, in contact and is thereby pressed axially downward according to the arrow, whereby at least one bore DKM-22 opens.
  • the sliding sleeve AK2-1 is displaced on the bearing block AK2-21 of the bearing AK2-2 against the force of the prevailing differential pressure and / or the spring element AK2-4 and forms a gap AK2-5 via which the fluid flows into the pressure chamber module DKM.
  • the at least one bore DKM-22 is opened by the displacement of the sliding sleeve AK2-1 on the bearing core AK2-21 of the bearing AK2-2.
  • the at least one bore DKM-22 is no longer sealed by the radial sealing rings of the displacement sleeve AK2-1.
  • the pressure can also be regulated to a pressure above the "in-situ" pressure prevailing in the sampling environment.
  • the pressure regulating modules AK1, AK2 form a gas reservoir in the already mentioned gas space.
  • a floating piston separates a gas-side pressure pad from a liquid to be pumped (fluid and gas chamber AK1-3, AK2-3).
  • the gas storage of previous pressure regulating module systems are compressed when lowering a sampling device due to the increasing pressure in the depth and thereby "charged", that is, the sampling devices conventional type are the pressure on the pressure side so far changed when lowering down to the sampling environment that the maintained pressure in the pressure control module of the sampling always is less than the hydrostatic pressure in the targeted sampling environment.
  • the pressure regulating modules AK1, AK2 used in the sampling device 1 according to the invention are charged at depth with a higher pressure before the use of the sampling device 1, than prevails in the targeted sample depth.
  • a slightly higher pressure in the pressure regulating module AK1, AK2 already suffices compared to the pressure prevailing in the respective sample depth of the sampling environment.
  • the two initially separate areas, the pressure pad in the fluid and gas chamber AK1-3, AK2-3 of the respective pressure regulating module AK1, AK2 and the pressure chamber module DKM are coupled in the subsequent first substep VS8.1 of the eighth process step VS8, wherein in the respective pressure regulating module AK1 , AK2 initially higher pressure prevails, as in the pressure chamber module DKM, which first balances after the clutch and also maintains during the recovery of the sample P depending on the external pressure conditions, wherein the charging of the pressure regulating module AK1, AK2 to a certain higher pressure for example, in such a way that the "in situ" pressure prevailing at the sampling point is obtained in the pressure chamber module DKM.
  • the sealing of the pressure chamber module DKM with its pressure chamber module housing DKM-3 takes place, as already described in method step VS8, by the second upper sealing element DKM-2 at the upper end of the pressure chamber module DKM and by the first lower sealing element DKM-1 at the lower end of the pressure chamber module DKM After the liner G has been lifted by means of the lifting rod V through the opening of the pressure chamber module DKM.
  • the second upper sealing element DKM-2 which acts as a cone with its conical surface on a tapered seat DKM-21 of the pressure chamber module cover DKM-4 ( FIG. 4B ), has already been explained.
  • the first lower sealing element DKM-1 is for example a hinged sealing flap DKM-1, which in Figure 7A-1 is still open before triggering a trip module AM1 or AM2 or AM3 in non-trip position I.
  • the liner G keeps the first lower sealing element DKM-1 open since it is positioned in the area of the first lower sealing element DKM-1.
  • the sealing flap DKM-1 is closed after release by one of the release modules AM1 or AM2 or AM3 and after sample stroke ⁇ z2 by means of the lifting rod V through one of the lifting modules HBM1 or HBM 2 into the pressure chamber module DKM whose pressure chamber module housing DKM-3 is visible because the liner G no longer keeps the first lower sealing element DKM-1 open, because the liner G has left the region of the first lower sealing element DKM-1 through the test stroke ⁇ z2.
  • the following embodiment of a sealing flap in particular the sealing flap DKM-1 is provided.
  • the sealing flap DKM-1 sealing flap In the lower seal necessary for the tightness of the pressure chamber module DKM contact pressure of the flap seal in the flap seat with the aid of, for example, not shown, magnet is realized.
  • the sealing of the lower end of the pressure chamber module DKM is carried out by inserting the DKM-1 sealing flap into the flap seat. This falling takes place by guides in a defined manner and is initiated, for example, initially by a prestressed leaf spring automatically in the interior of the sampling device 1 and not remotely from the outside.
  • a remote effective initiation and a pressing of the DKM-1 sealing flap to its sealing seat can be done by means of rubber bands, cables or the like from the outside.
  • the sealing flap DKM-1 is pressed in addition to its own weight by the magnets, not shown, or for example by rubber bands, cables, spring elements in their sealing seat.
  • Another special feature is that a possible late coupling of the pressure regulating modules AK1, AK2 is provided with the pressure chamber module DKM.
  • the coupling takes place in a first coupling mode after complete closing of the pressure chamber module DKM at the upper and lower end with the aid of the respective sealing elements DKM-1, DKM-2.
  • the coupling takes place in a second coupling mode shortly before the closing of the second upper sealing element DKM-2, after the first lower sealing element DKM-1 has already been completely closed.
  • FIG. 8 shows an assembly diagram of the autoclave sampling device 1.
  • the modules used here by way of example can be replaced by other modules described in the embodiments of each other.
  • the modules can be used according to the invention in various combinations.
  • FIG. 8 includes the autoclave sampling device 1, which is referred to by the various combination options together with the drill string 600 as a drill string configuration, for example, the adapter piece 602 for connecting the sampling device 1 to the drill pipe of the drill string 600 and the adapter piece 604 for connecting the sampling device to the drill bit six hundred and first
  • the first trigger module AM1 which with the first lifting module HBM1 according to FIGS. 3A-1, 3A-2 and FIGS. 4A-1, 4A-2 combined.
  • the lifting rod V in a stabilizer part HBM1-11 of the first stroke module HBM1 is, according to FIG. 5A the first pressure regulating module AK1 in its design as a quick coupling AK1-1, AK1-2 arranged.
  • the pressure chamber module housing DKM-3 of the pressure chamber module DKM is closed at the top by a second upper sealing element DKM-2, which, for example, in FIG FIG. 5A is shown.
  • the pressure chamber module housing DKM-3 of the pressure chamber module DKM is closed at the bottom by a first lower sealing element DKM-1, which in FIGS. 7A-1 and 7A-2 is shown.
  • FIG. 8 lies in the pressure chamber module DKM the "in situ" salvaged liner G with the lying inside the liner G pressure core P.
  • the liner G is located in the pressure chamber module DKM, which by the first or second pressure regulating module AK1, AK2 - in the representation of FIG. 8 by the first pressure regulating module AK1 - is pressurized.
  • the pressure changes occurring during recovery of the pressure chamber module DKM are compensated by the pressure regulating module AK1, so that the pressure which is originally present at the sampling location or another desired pressure, which is greater than the original pressure, is still present in the liner G at the time the pressure core P is examined sampling location.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Probenahmeverfahren oder eine Probenahmetechnologie und eine zu dem Verfahren gehörende Probenahmevorrichtung, die nachfolgend kurz als Probenehmer oder Probenahmegerät bezeichnet wird.
  • Die Probenahme, auch Probennahme, ist die Entnahme einer Stichprobe nach einem festgelegten Verfahren. Sie dient dazu, zuverlässige Aussagen über die Qualität, Beschaffenheit oder Zusammensetzung eines bestimmten Materials zu machen. Der Vorgang der Entnahme des Materials bringt eine Probe hervor.
  • Von großem Interesse ist die derzeit an Bedeutung gewinnende sogenannte "in-situ"-Probenahme, die Energie- und Rohstoffunternehmen zur Erkundung von Lager- oder Einlagerungsstätten zumeist vor deren Erschließung vornehmen lassen. Der Begriff der sogenannten "in-situ"-Probenahme meint im diese Patentanmeldung betreffenden geologischen Wissenschaftsbereich die Probenahme "an Ort und Stelle" unter Erhalt essenzieller Umweltgrößen, insbesondere der dominierenden Parameter Druck und Temperatur. Dabei wird nicht nur auf den Erhalt der Parameter, sondern auch auf eine ungestörte Probe mit minimaler Verunreinigung Wert gelegt.
  • Herkömmlichen derzeitig bekannten Probenahmetechniken mangelt es an realitätsgetreuen Abbildungen der wahrhaften Istwerte der Probe. Darüber berichten [Anders, Erik: Theorie und Praxis der "In-situ" Probenahme in der maritimen Technik, Dissertation an der TU Berlin, 2009] sowie [Paull C.K., Ussler III W. (2000): "History and significance of gas sampling during DSDP and ODP drilling associated with gas hydrates" In: Paull, C.K., Dillon, WP. (Eds.), Natural Gas Hydrates: Occurrence, Distribution and Detection. Am. Geophys. Union, Washington, DC, pp. 53-65] als auch [Wallace P.J., Dickens G.R., Paull C.K., Ussler W. III (2000): "Effects of core retrieval and degassing on the carbon isotope composition of methane in gas hydrate- and free gas-bearing sediments from the Blake Ridge" In: Paull, C.K., Matsumoto, R., Wallace, P.J., and Dillon, W.P. (Eds.), Proc. ODP, Sci. Results, 164: College Station, TX (Ocean Drilling Program), 101-112. doi:10.2973/odp.proc.sr.164.209.2000]. Demnach erfahren die Proben während der Bergezeiten irreversible Umwandlungen, sind grundlegender Beeinflussung von enorm veränderten Umgebungsbedingungen unterworfen, so dass viele biochemisch und physikalisch konditionierte Prozesse unwiderruflichen Verwandlungen ausgesetzt werden und somit unbrauchbar für einige Forschungsschwerpunkte sind, wie [Waite W.F., (2008): "Physical property changes in hydrate-bearing sediment due to depressurization and subsequent repressurization" Lawrence Berkeley National Laboratory (University of California, University of California), Year2008 Paper LBNL-664E] berichtet.
  • Gerade im Bereich neuer Technologien besteht ein hoher Bedarf an realitätsgetreuen Informationen über eine Lagerstätte, die mit den herkömmlichen Methoden nicht oder nur unzureichend zu erbringen sind. Als Beispiel für solche neuen Technologien wird die Gewinnung von Gasen aus Kohleflözlagerstätten oder aus Lagerstätten mit geringer Permeabilität oder die Gewinnung von Gashydraten, beispielsweise Methanhydrat, genannt.
  • Informationen über den Aufbau oder die Zusammensetzung einer geologischen Formation werden beispielsweise ferner bei Voruntersuchungen von potentiellen Einlagerungsstätten für die CO2-Speicherung benötigt.
  • In [Abegg F., Hohnberg H.-J., Pape T., Bohrmann G., Freitag J. (2008): "Development and application of pressure-core-sampling systems for the investigation of gas- and gas-hydrate-bearing sediments" Deep Sea research Part I: Oceanographic Research Papers, Deep-Sea research I 55: 1590-1599] wird beispielsweise beschrieben, wie höchst instabile Gashydrate untersucht werden, die sich unter Druck- und Temperaturveränderungen schnell zersetzen.
  • Dabei werden zur Gewinnung und Untersuchung von Bodenproben unter Erhalt der vorherrschenden "in-situ"-Bedingungen sogenannte "Autoklav-Probenehmer" eingesetzt. Der Begriff "Autoklav" bezieht sich auf seine wortwörtliche Bedeutung und bezeichnet den Vorgang des "Selbstverschließens" des Probenehmers an Ort und Stelle. Der Vorgang des "Selbstverschließens" an Ort und Stelle dient zur Konservierung der vorhandenen Umweltbedingungen, also der "in-situ" Bedingungen. Der Begriff "Autoklav" bezieht sich hier nicht auf den Effekt der Sterilisation, wie er in konventionellen medizinisch-biologischen Anwendungen verwendet wird.
  • "Autoklav-Probenehmer" folgen stets dem gleichen Prinzip: Das Gerät wird an einer vielversprechenden Stelle positioniert und entnimmt die gewünschte Probe. Diese wird sodann vor Ort druckdicht und thermisch isoliert verschlossen und daraufhin geborgen. Wesentlicher Bestandteil dieses Ablaufs ist das Heben des gewonnenen Probenmaterials in eine Druckkammer, vorbei an einem unteren Verschlussmechanismus. Das anschließende Verschließen des Autoklav-Probenehmers gewährleistet den Erhalt der dort - "in situ" - herrschenden Umgebungsbedingungen. Solche Autoklav-Probenehmer im weitesten Sinne werden in den Druckschriften DE 10 2008 047 905 A1 ; DE 103 46 351 B2 ; GB 2 05009 A ; GB 2 000 824 A ; GB 547 065 A ; CN 201723190 U ; US 5,482,123 A ; US 6,216,804 B1 und US 2002/0033281 A1 offenbart.
  • Bei einer in der Tiefbohrtechnik derzeit verwendeten Probenahmetechnologie werden Autoklav-Probenehmer eingesetzt, die in der Lage sind, sich am Beprobungsort zu verschließen, so dass die an Ort und Stelle vorhandenen Umweltbedingungen, insbesondere Druck- und Temperaturparameter, bis zur Untersuchung oder dem Abschluss einer Untersuchung der Probe konserviert werden können. Bei dieser Probenahmetechnologie handelt es sich um das sogenannte "Wireline-Verfahren". Dabei wird ein Autoklav-Probenehmer innerhalb des Bohrstranges herabgelassen und dockt in der unteren Bohrstrang-Konfiguration [engl: Bottom Hole Assembly (BHA)], direkt oberhalb des Bohrmeißels an. Nach der Probenahme und dem Heben der Probe in eine Druckkammer des Autoklav-Probenehmers wird der Probenehmer mit Hilfe eines langen Kabels wieder geborgen. Nachteile dieses Verfahrens sind jedoch die durch den Bohrstrang sehr limitierten Dimensionen des Druckprobenahmegerätes und beispielsweise die durch Verwendung eines den Probenehmer verschließenden platzaufwendigen Kugelventils resultierenden, geringen Kerndurchmesser der Probe. Der Autoklav-Probenehmer mit einem solchen Kugelventil und das zugehörige "Wireline-Verfahren" sind beispielsweise in der Druckschrift US 4,317,490 A beschrieben.
  • Zur Herstellung einer Tiefenbohrung wird das seit langem bekannte sogenannte "Rotary-Bohrverfahren" durchgeführt. Das Verfahren zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass ein Bohrloch erbohrt wird, das eine Bohrlochsohle aufweist. Das Hauptelement zur Durchführung des Verfahrens bildet hierbei ein Bohrstrang, welcher sich von einer Oberfläche bis zu einer tiefsten Stelle der Bohrung erstreckt und trotz eines verhältnismäßig geringen Gesamtdurchmessers von 10 bis 20 cm mehrere Kilometer lang sein kann. Der Bohrstrang ist in viele Teilsegmente unterteilt und wird vom Bohrturm aus in die Tiefe gelassen. Angetrieben wird der Bohrstrang in der Regel am Bohrturm, von wo er sowohl translatorisch als auch rotatorisch bewegt wird. Vorschub und Bohrdrehzahl werden somit realisiert und geregelt. Am unteren Ende des Bohrstrangs befindet sich der Bohrmeißel, welcher, abhängig von Boden oder Gesteinsart, unterschiedliche Schneidmechanismen aufweist und der am Ende der Bohrung gemeinsam mit dem Bohrmeißel aus dem Bohrloch gezogen wird. Für eine erfolgreich durchzuführende Bohrung ist eine kontrollierte Spülung des Bohrmeißels und des Bohrstrangs von großer Bedeutung. Über eine Pumpe wird die Bohrspülung durch den Bohrstrang direkt an den Bohrmeißel gefördert, wo das abgetragene Bohrklein durch den zwischen Bohrstrang und Bohrlochwand entstandenen Ringraum an die Oberfläche transportiert wird. Eine Verstopfung des Bohrlochs wird somit vermieden. Nach Filterprozessen kann die Bohrspülung wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Zum Wechsel des Bohrmeißels oder zum Ein- und Ausbau von Komponenten, die unten am Bohrstrang geführt werden, wie beispielsweise Messgeräten, Bohrmotoren, Kernbohrgarnituren oder dergleichen, wird der gesamte Bohrstrang ausgebaut und, nach Montage der entsprechenden Komponenten am unteren Ende, wieder eingebaut. Dieser Arbeitsgang des Aus- und Wiedereinbaus des gesamten Bohrstrangs wird als "Round-Trip" bezeichnet.
  • Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Probenahmetechnologie und eine Probenahmevorrichtung zu entwickeln, die es erlaubt, unter Erhalt der an der Probenahmestelle - "in situ" - herrschenden Umgebungsbedingungen eine Probe zu entnehmen, wobei die oben genannten Nachteile überwunden werden sollen.
  • Das Verfahren zur Probenentnahme und die Probenahmevorrichtung soll nicht nur den Erhalt der an der Probenahmestelle herrschenden Umgebungsbedingungen gewährleisten, sondern darüber hinaus auch eine im Wesentlichen ungestörte, das heißt verunreinigungsarme Probe zur Verfügung stellen.
  • Im Zusammenhang mit der neuen Vorgehensweise in dem nachfolgend vorgestellten neuen zweistufigen "Round-Trip-Verfahren" wird das erfindungsgemäße Probenahmegerät innerhalb der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung auch als "Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerät" bezeichnet. Das "Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerät" eignet sich insbesondere zum Einsatz innerhalb des neuen Round-Trip-Verfahrens.
  • Ein Einsatz außerhalb des Round-Trip-Verfahrens ist jedoch nicht ausgeschlossen. Einzelne Module des Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerätes können auch unabhängig von dem Round-Trip-Verfahren in anderen Probenahmeverfahren oder anderen Autoklav-Probenahmegeräten eingesetzt werden.
  • Ausgangspunkt für die Erfindung ist das bekannte "Round-Trip-Verfahren".
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Entnahme einer Probe an einem Probenahmeort in einer geologischen Formation mittels einer Bohranlage, die einen Bohrstrang und einen endseitigen Bohrmeißel umfasst, erfindungsgemäß die Schritte gemäß dem Verfahrensanspruch 10 oder gemäß dem Verfahrensanspruch 11 durchgeführt.
  • Zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche 10 und 11 wird ein neues "Autoklav-Probenahmegerät" verwendet.
  • Das neue "Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerät" zur Entnahme einer Probe an einem Probenahmeort einer geologischen Formation umfasst, gemäß dem Anspruch 1 als Ausgangspunkt der Erfindung ein sich schließendes Druckkammermodul zur Aufnahme der Probe, wobei das Druckkammermodul zum Heben der Probe in einem Probenhub in das Druckkammermodul mit einem Hubmodul in Verbindung steht.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Auslösemodul und ein in einem Verbindungselement angeordnetes Druckregulierungsmodul, wobei das Verbindungselement zwischen Auslösemodul und Hubmodul und der Probe angeordnet ist, wobei das Auslösemodul zum Auslösen des Probenhubes auf das sich in einer Nichtauslöseposition angeordnete Hubmodul einwirkt und die Probe nach dem Probenhub durch das Hubmodul in einem Gehäuse innerhalb einer sich schließenden Druckkammer des Druckkammermodules gehoben und druckdicht angeordnet ist, sobald das Hubmodul durch das Auslösemodul freigegeben ist, wodurch das Hubmodul seine Auslöseposition einnimmt, und das Druckregulierungsmodul nach dem Probenhub zur Beeinflussung des Druckes im Druckkammermodul zumindest druckseitig mit dem Druckkammermodul gekuppelt ist.
  • In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass es sich um ein sich selbsttätig schließendes oder in einer zweiten Ausgestaltung um ein sich durch eine fernwirksame Auslösung schließendes Druckkammermodul zur Aufnahme der Probe handelt.
  • Bei einem selbsttätigen Schließen des Druckkammermodules des Probenahmegerätes werden in den Dichtelementen des Druckkammermodules angeordnete Mechanismen durch Bewegungen bestimmter sich bewegender Bauteile der Module des Probenahmegerätes zueinander freigegeben. Die außen erfolgt selbsttätig ohne einen weiteren Eingriff von außen. Nähere Erläuterungen befinden sich in der Beschreibung.
  • Bei einem fernwirksam ausgelösten Schließen des Druckkammermodules des Probenahmegerätes werden in den Dichtelementen des Druckkammermodules angeordnete Mechanismen erst von Außen freigegeben. Die Initiierung erfolgt nicht selbsttätig, sondern nur mit einem Eingriff von außen. Nähere Erläuterungen befinden sich in der Beschreibung.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein erstes Druckregulierungsmodul einen Schnellkupplungs-Mechanismus, der in seiner gekuppelten Position einen in einer Hubstange eines Hubmodules angeordneten Fluid- und Gasraum freigibt, wobei sich ein Gas in einem Gasraum des Fluid- und Gasraumes entspannt und ein in einem Fluidraum des Fluid- und Gasraumes vorgehaltenes durch das Gas druckbeaufschlagte Fluid freigegeben wird.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein zweites Druckregulierungsmodul eine auf einem Lager sitzende Verschiebehülse, die in ihrer gekuppelten Position ebenfalls einen in einer Hubstange eines Hubmodules angeordneten Fluid- und Gasraum freigibt, wobei sich analog ein Gas in einem Gasraum des Fluid- und Gasraumes entspannt und ein in einem Fluidraum des Fluid- und Gasraumes vorgehaltenes durch das Gas druckbeaufschlagte Fluid freigegeben wird.
  • Zur Auslösung und zur Durchführung des Hubes werden prinzipiell mechanische, physikalische, chemische und elektrische Mechanismen vorgeschlagen. Es können Federelemente, elektromechanische, hydraulische sowie pneumatische Antriebe sowie als Antriebe ausgestaltete Gedächtnislegierungen, Piezoaktoren und chemische Reaktionen verwendet werden.
  • Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung, dass ein erstes Auslösemodul einen Einwurfkugelsitz aufweist, der direkt oder indirekt mit einem Blockierelement eines Hubfederelementes eines Hubmodules in Verbindung steht, wobei die Auslösung durch ein Masseobjekt, insbesondere durch eine, einen Spülstrom im Probenahmegerät temporär versperrende, Einwurfkugel erfolgt, wodurch das Blockierelement radial bewegt und eine Hubstange des Hubmodules freigegeben und um den Probenhub verlagert wird, wodurch das Hubmodul seine Auslöseposition, das heißt seine gegenüber seiner nicht ausgelösten Ausgangposition (Nichtauslöseposition) ausgelöste Endposition einnimmt.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umfasst ein zweites Auslösemodul ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die über eine Keilwellenverbindung axial beweglich miteinander verbunden sind, wobei ein axialer Kraftfluss von dem ersten Gehäuseteil zu dem zweiten Gehäuseteil durch ein Tellerfederpaket übertragen wird, wobei das erste Gehäuseteil mit einem Bohrstrang und das zweite Gehäuseteil direkt oder indirekt mit einem Blockierelement eines Hubfederelementes eines Hubmodules in Verbindung steht, wobei die Auslösung durch ein axiales Zusammendrücken des Bohrstranges erfolgt, wodurch das Blockierelement radial bewegt und eine Hubstange des Hubmodules freigegeben und um den Probenhub verlagert wird, wodurch das Hubmodul seine Auslöseposition, das heißt seine gegenüber seiner nicht ausgelösten Ausgangposition (Nichtauslöseposition) ausgelöste Endposition einnimmt.
  • In einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, umfasst ein drittes Auslösemodul eine Walze, die ein Ventil ansteuert, welches einen Druckraum eines Hubmodules verschließt, wobei das dritte Auslösemodul einen Einwurfkegelsitz aufweist, der zu einem ersten oder zweiten Gehäuseteil gehört, wobei das erste Gehäuseteil gegenüber einem zweiten Gehäuseteil zwangsgeführt ist oder umgekehrt. Die Gehäuseteile sind nichtrotationssymmetrische Bauteile und weisen beispielsweise ein mehreckiges Profil auf. Die Gehäuseteile stehen über Nuten und Stifte mit der Walze in Verbindung, so dass eine translatorische Bewegung des ersten oder zweiten Gehäuseteiles zu einer rotatorischen Bewegung der Walze und des mit der Walze in Verbindung stehenden Ventils und umgekehrt führt, wobei die Auslösung durch ein Masseobjekt, insbesondere durch eine einen Spülstrom in der Profilwalze temporär versperrende Einwurfkugel am Einwurfkegelsitz erfolgt, wodurch das Ventil den Druckraum öffnet, und ein Hubfederelement eines Hubmodules einen Kolben, der mit dem Druckraum in Verbindung steht, axial in Richtung des sich entspannenden Druckraumes bewegt, wodurch eine Hubstange des Hubmodules freigegeben und um den Probenhub verlagert wird, wodurch das Hubmodul ebenfalls seine Auslöseposition, das heißt seine gegenüber seiner nicht ausgelösten Ausgangposition (Nichtauslöseposition) ausgelöste Endposition einnimmt.
  • Schließlich wird ein erstes und zweites Hubmodul in bevorzugter Ausgestaltung so ausgebildet, dass es ein Hubfederelement aufweist, welches sich in einer Nichtauslöseposition in einem gespannten und in der Auslöseposition in einem vorgespannten Zustand befindet, dessen im gespannten Zustand gespeicherte Federkraft nach der Auslösung durch eines der Auslösemodule den Probehub unter Einnahme der Auslöseposition erzwingt, wobei das Hubfederelement mit der Hubstange in Wirkverbindung steht, die ihrerseits mit dem Druckkammermodul verbunden ist.
  • Mit Hilfe eines solchen "Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerätes" wird in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung der am Probenahmeort herrschende Druck in der Druckkammer eines Druckkammermodules des Probenahmegerätes nach dem Schließen beider Dichtelemente des Probenahmegerätes durch ein in ein Probenahmegerät integriertes Druckregulierungsmodul während der Bergung und auch nach der Bergung bis zum Zeitpunkt der Untersuchung der Probe und darüber hinaus beeinflusst.
  • Das Druckregulierungsmodul wurde zuvor auf einen Überdruck aufgeladen, das heißt voreingestellt. Der Druck ist größer (Überdruck) als der in der Probenahmeumgebung herrschende Druck, wodurch ein gewünschter die Probe umgebender Druck in der Druckkammer des Druckkammermodules eingestellt wird, so dass dieser eingestellte Druck mit dem am Probenahmeort herrschenden Druck überein stimmt oder auch größer ist.
  • Nach der Bestimmung des notwendigen Druckes im Fluid- und Gasraum innerhalb des Druckregulierungsmodules findet die Voreinstellung des Druckes im Fluid- und Gasraum statt. Der Druck im Fluid- und Gasraum innerhalb des Druckregulierungsmodules wird voreingestellt, bevor das Probenahmegerät 1 in das Bohrloch B eingebaut wird.
  • Es ist vorgesehen, dass eine Druckregulierung durch eine sich in einer gekuppelten Position hergestellten Verbindung des Fluid- und Gasraumes des Druckregulierungsmodules mit dem Druckkammermodul bewirkt wird.
  • Es ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Druckregulierung durch die sich in einer gekuppelten Position hergestellten Verbindung zwischen dem Fluid- und Gasraum des Druckregulierungsmodules mit dem Druckkammermodul über den Probenhub des Hubmodules gesteuert wird, wie im Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
  • Der Probenhub des Hubmodules wird erfindungsgemäß von einem Auslösemodul ausgelöst, wobei der Zeitpunkt der einsetzenden Druckregulierung von dem nach der Auslösung stattfindenden Probenhub gesteuert wird.
  • Das Auslösemodul selbst wird erfindungsgemäß auf verschiedene Art und Weise aktiviert.
  • In einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, ein erstes und drittes Auslösemodul mit Hilfe eines Masseobjektes, insbesondere durch eine Einwurfkugel zu aktivieren.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, ein zweites Auslösemodul durch ein Zusammendrücken des Bohrstranges zu aktivieren.
  • Das Verfahren zeichnet sich ferner in bevorzugter Ausgestaltung dadurch aus, dass die Kupplung eines ersten Druckregulierungsmodules mit dem Druckkammermodul - in einem ersten Kupplungsmodus - nach dem vollständigen Schließen des Druckkammermodules am oberen und unteren Ende mit Hilfe der jeweiligen Dichtelemente stattfindet.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung findet die Kupplung eines zweiten Druckregulierungsmodules mit dem Druckkammermodul - in einem zweiten Kupplungsmodus - kurz vor dem Schließen des zweiten oberen Dichtelementes statt, nachdem das erste untere Dichtelement bereits vollständig geschlossen ist.
  • Durch die Kupplung des ersten oder zweiten Druckregulierungsmodules mit dem Druckkammermodul wird unter anderem ein anfängliches Vorpressen der Dichtelemente an ihrem zugehörigen Dichtsitz bewirkt, so dass eine sichere Druckdichtheit des Druckkammermodules gewährleistet ist.
  • In vorteilhafter Weise sorgt das jeweilige Druckregulierungsmodul erstens dafür, dass während der Bergung ein Druckausgleich und somit ein Druckerhalt im Druckkammermodul stattfindet, so dass noch am Untersuchungsort der Probe der am Probenahmeort herrschende Druck vorliegt.
  • Ferner sorgt das Druckregulierungsmodul dafür, wenn es gewünscht wird, dass während der Bergung und darüber hinaus eine Druckregulierung im Druckkammermodul dahingehend stattfindet, dass am Untersuchungsort der Probe im Druckkammermodul ein größerer Druck herrscht, als am Probenahmeort der Probe.
  • Schließlich sorgt das Druckregulierungsmodul, wie erwähnt dafür, dass eine sichere Druckdichtheit des Druckkammermodules gewährleistet ist, da die Kupplung des jeweiligen Druckregulierungsmodules mit dem Druckkammermodul ein anfängliches Vorpressen der Dichtelemente zur Abdichtung des Druckkammermodules bewirkt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Figuren erläutert. Die schematischen Darstellungen und Bauteile sind teilweise nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.
  • Es werden Größenverhältnisse verwendet, die eine prinzipielle Beschreibung ermöglichen. Es zeigen:
    • Figur 1A-1E
    die Verfahrensschritte bei der Durchführung des Round-Trip-Verfahrens anhand schematischer Darstellungen;
    Figur 1F-1I
    ein Probenahmegerät, der Round-Trip-Autoklav-Probenehmer, in einer schematischen Darstellung zur Erläuterung der prinzipiellen Funktion des Probenahmegerätes während der Verfahrensschritte des Round-Trip-Verfahrens;
    Figur 1I-1
    eine Bohrstrang-Konfiguration aus Bohrstrang und Bohrmeißel mit dem integrierten schematisch dargestellten Probenahmegerät;
    Figur 2
    eine schematische Darstellung des modular aufgebauten Probenahmegerätes zur Darstellung der einzelnen Module;
    Figur 3A-1, 3A-2
    ein Auslösemodul des Probenahmegerätes in einer ersten Ausführungsvariante;
    Figur 3B-1, 3B-2
    ein Auslösemodul des Probenahmegerätes in einer zweiten Ausführungsvariante;
    Figur 4A-1, 4A-2
    ein Hubmodul des Probenahmegerätes in einer ersten Ausführungsvariante;
    Figur 4B
    ein Hubmodul des Probenahmegerätes in einer zweiten Ausführungsvariante;
    Figur 5A
    ein Druckregulierungsmodul (Akkumulatormodul) des Probenahmegerätes in einer ersten Ausführungsvariante;
    Figur 5B-1, 5B-2
    ein Druckregulierungsmodul (Akkumulatormodul) des Probenahmegerätes in einer zweiten Ausführungsvariante;
    Figur 6A-1, 6A-2, 6A-3
    ein Öffnungs- und Schließmechanismus in der Art einer Profilwalze zur Öffnung und zum Schließen eines Ventils eines Auslösemodules des Probenahmegerätes in einer dritten Ausführungsvariante;
    Figur 7A-1, 7A-2
    eine vergrößerte Darstellung eines Dichtelementes;
    Figur 8
    das Probenahmegerät in einer Ausführungsvariante in einer Zusammenbaudarstellung.
  • Zunächst wird in schematischen Darstellungen das erfindungsgemäße Round-Trip-Verfahren anhand der Figuren Figur 1A - 1E erläutert.
    • Herkömmliches Round-Trip-Verfahren:
  • Die nachfolgend beschriebene Bohranlage 500 und das zugehörige Verfahren kann wie dargestellt kontinental direkt auf einer zu untersuchenden geologischen Formation oder Off-Shore auf einem Schiff oder dergleichen angeordnet sein.
  • Figur 1A zeigt eine geologische Formation mit verschiedenen Schichten Sn (n=1, 2, 3...). Eine Probenahmeumgebung befindet sich beispielsweise in einer fünften Schicht S5 (n=5) der geologischen Formation. Oberhalb der geologischen Formation wird eine Bohranlage 500 mit zugehörigem Bohrstrang 600, der aus mehreren Teilsegmenten besteht, in Stellung gebracht.
  • Das neue Round-Trip-Verfahren umfasst einen ersten bekannten und mindestens einen zweiten neuen Trip. Der erste Trip umfasst einen ersten und zweiten bereits bekannten Verfahrensschritt, während der erfindungsgemäße zweite Trip weitere Verfahrensschritte (Verfahrensschritte VS3 bis VS10) umfasst. Es wird deutlich, dass unter einem "Trip" eine festgelegte Abfolge von mehreren Verfahrensschritten verstanden wird.
  • In einem ersten Schritt VS1 (Figur 1B) wird eine Tiefenbohrung durchgeführt. Es erfolgt das Erbohren des Bohrlochs B auf eine anvisierte Tiefe. Das Hauptelement zur Herstellung der Tiefenbohrung bildet, wie Figur 1B zeigt, der Bohrstrang 600, mittels dem das Bohrloch B auf die anvisierte Tiefe der zu beprobenden Probenumgebung erbohrt wird.
  • Angetrieben wird der Bohrstrang 600 durch die Bohranlage 500, von der der Bohrstrang 600 sowohl translatorisch als auch rotatorisch bewegt wird. Vorschub und Bohrdrehzahl des Bohrstranges 600 werden durch die Bohranlage 500 realisiert und von ihr geregelt. Am Ende des Bohrstranges 600 befindet sich ein Bohrmeißel 601, welcher in Abhängigkeit von Boden oder Gesteinsart der Schichten Sn unterschiedliche Schneidmechanismen aufweist. Für eine Tiefenbohrung wird eine kontrollierte Spülung durchgeführt. Über eine Pumpe wird die Bohrspülung durch den Bohrstrang 600 direkt an den Bohrmeißel 601 gefördert, wo das abgetragene Bohrklein durch den zwischen Bohrstrang 600 und Bohrlochwand entstehenden Raum, dem sogenannten Spülringraum B2 (Figur 1F bis 1I) an die Oberfläche transportiert wird.
  • Wie die Figur 1B zeigt, wird das Bohrloch B gebohrt, dessen Bohrlochsohle B1 kurz über dem Niveau angeordnet ist, auf dem später die eigentliche Probenahme stattfinden soll.
  • In einem zweiten Schritt VS2 erfolgt nach dem Bohren des Bohrloches B bis zur gewünschten Probentiefe der Ausbau des Bohrstranges 600 samt Bohrmeißel 601. Der sich ergebende Zustand - ein offenes Bohrloch B - ist in Figur 1C dargestellt. Die Verfahrensschritte VS1, VS2 Bohren des Bohrloches B durch Einbringen des Bohrstranges 600 mit Bohrmeißel 601 und Ausbau des Bohrstranges 600 und des Bohrmeißels 601, gemäß den Figuren 1A bis 1C kennzeichnen das bereits bekannte Round-Trip-Verfahren.
    • Neues Round-Trip-Verfahren:
  • In dem neuen erfindungsgemäßen zweistufigen Round-Trip-Verfahren wird an das Teilsegment des Bohrstranges 600, welches als erstes wieder eingebaut wird, in einem dritten Schritt VS3 ein Probenahmegerät 1 mit einem Bohrmeißel 601 montiert. Durch diese Montage wird das Probenahmegerät 1, welches zwischen Bohrmeißel 601 und Bohrstrang 600 eingebaut wird, zu einem integralen Bestandteil der Bohranlage 500 beziehungsweise des Bohrstranges 600.
  • Die so ausgebildete Bohrstrang-Konfiguration 600, 1, 601, der zumeist aus mehreren Teilsegmenten bestehende Bohrstrang 600, das zwischen dem Bohrstrang 600 und dem Bohrmeißel 610 angeordnete Probenahmegerät 1 sowie der Bohrmeißel 601, werden anschließend, gemäß Figur 1D, in einem vierten Schritt VS4 in das Bohrloch B eingebaut, bis der Bohrmeißel 601 das in dem ersten Schritt gebohrte ursprüngliche Bohrlochsohle B1 erreicht hat (Figur 1F).
  • Daraufhin wird, wie Figur 1G zeigt in einem fünften Schritt VS5 die Probe P erbohrt, indem ein definierter Druck über das Bohrgestänge des Bohrstranges 600 auf den Bohrmeißel 601 gebracht wird, worauf die Bohrstrang-Konfiguration 600, 1, 601 tiefer in die zu untersuchende fünfte Schicht S5 eindringt, so dass das Bohrloch B eine tiefere Probenahme-Bohrlochsohle B1' bildet.
  • Die erbohrte Probe P, die auch als erbohrter Probenkern oder nur Bohrkern bezeichnet wird, befindet sich nach Abschluss des im fünften Schritt VS5 durchgeführten Bohrvorganges im Bohrmeißel 601 und noch im unteren Bereich des Probenahmegerätes 1 (Figur 1G) in einem hülsenartigen Gehäuse G des Probenahmegerätes 1, wobei das Gehäuse G nachfolgend auch Liner genannt wird.
  • Der erbohrte Bohrkern P ist jedoch noch an der Probenahme-Bohrlochsohle B1' mit der Umgebung verbunden. Nach einem sechsten Schritt VS6, in dem ein Abrisshub (Übergang von Figur 1G zu 1H) durchgeführt wird, bei welchem das gesamte Bohrgestänge 600 um einen Betrag Δz1 etwas angehoben wird, reißt die Probe P an einer definierten Sollbruchstelle von der Probenahmeumgebung ab.
  • Die an Ort und Stelle "in situ" gewonnene Probe P wird in einem siebenten Schritt VS7, wie in Figur 1I (Übergang von Figur 1H zu 1I), gezeigt ist, in einem durch ein Auslösemodul AM1, AM2, AM3 ausgelösten Probenhub Δz2 in ein Druckkammermodul DKM gehoben, wobei sich das Druckkammermodul DKM, welches im Wesentlichen eine Druckkammer darstellt, anschließend in einem achten Schritt, der ebenfalls in Figur 1I gezeigt wird, selbsttätig schließt, wonach die Druckkammer des Druckkammermodules DKM durch ein Druckregulierungsmodul AK1, AK2 druckseitig beeinflusst wird, so dass die Probe P im bereits beschriebenen Sinne dieser Patentanmeldung im Druckkammermodul DKM des Probenahmegerätes 1 unter Erhalt des am Probenahmeort herrschenden Druckes "autoklaviert" wird.
  • Alternativ wird vorgeschlagen, den Abrisshub Δz1, bei dem die Probe P von der geologischen Formation getrennt wird und den Probenhub Δz2, bei dem das Gehäuse G mit der Probe P in eine Druckkammer des Probenahmegerätes 1 gehoben und zwischen einem ersten und einem zweiten Dichtelement DKM-1, DKM-2 des Druckkammermodules DKM positioniert wird, in einem einzigen Hub Δz1+Δz2 zusammenzufassen. Bei dieser alternativen Lösung wird sowohl der Abrisshub Δz1 als auch der Probenhub Δz2 durch ein erstes oder zweites Hubmodul HBM1, HBM2 durchgeführt, die nachfolgend noch näher beschrieben werden.
  • Das vorgesehene selbsttätige Schließen des Druckkammermodules DKM, welches nachfolgend noch detailliert erläutert wird, stellt den achten Schritt VS8 dar, wobei in diesem achten Schritt VS8 sichergestellt wird, dass die Probe P druckdicht verschlossen und während des Verschließens oder danach von einem Druckregulierungsmodul AK1, AK2 druckseitig reguliert wird. Die Probe bleibt dabei bis zur Bergung und darüber hinaus, das heißt bis zur Untersuchung der Probe P druckdicht verschlossen und weist somit bei der Untersuchung noch den Druck auf, der "in situ" am Probenahmeort geherrscht hat, wobei es die Druckregulierung erlaubt in der Druckkammer am Untersuchungsort einen höheren Druck, als den ursprünglich am Probenahmeort herrschende Druck zu bewirken.
  • In einem neunten Schritt VS9 wird, gemäß Figur 1E, die gesamte Bohrstrang-Konfiguration 600, 1, 601 wieder aus dem Bohrloch B ausgebaut. Der erbohrte Bohrkern P befindet sich in dem Liner G des Druckkammermodules DKM, welcher "in situ" entnommen worden ist, und der die Umgebungsbedingungen, insbesondere den Umgebungsdruck der Probenahmestelle oder einen höheren Druck als an der Probenahmestelle aufweist, weshalb der Bohrkern P auch als Druckkern, Druckbohrkern oder Druckkernprobe bezeichnet wird.
  • Das Probenahmegerät 1, zu dem das Druckkammermodul DKM gehört, wird nach der Bergung an der Oberfläche in einem zehnten Schritt VS10 von der Bohrstrang-Konfiguration 600, 601 getrennt (nicht näher dargestellt) und kann für die gewünschten Untersuchungen verwendet werden. Die Figur 1E zeigt das leere Bohrloch B mit der wieder verwendbaren ausgebauten Bohrstrang-Konfiguration 600, 601 und der zugehörigen Bohranlage 500, an der noch das Probenahmegerät 1 montiert ist.
  • Die beschriebene schrittweise Vorgehensweise kennzeichnet das neue zweistufige Round-Trip-Verfahren, welches sich darüber hinaus dadurch auszeichnet, dass die axialen und rotatorischen Bewegungen des Bohrgestänges des Bohrstranges 600 über das Probenahmegerät 1 auf den Bohrmeißel 601 übertragen werden. Das Probenahmegerät 1 wird in dem zweiten Trip zu einem integralen Bestandteil der Bohrstrang-Konfiguration 600, 1, 601.
  • Die Vorteile des neuen zweistufigen Round-Trip-Verfahrens bestehen darin, dass mittels mindestens eines weiteren Round-Trips innerhalb des zweiten Trips druckdichte "in-situ"-Druckkerne P gewonnen werden können. Durch mehrere sich wiederholende Round-Trips, gemäß dem zweiten Trip, sind in demselben Bohrloch B in tiefer gelegenen Probenahmestellen weitere Druckkerne P gewinnbar. Dabei weist der Druckkern P noch am Untersuchungsort unabhängig von dem dort herrschenden Druck, jeweils den an der Probenahmestelle herrschenden Umgebungsdruck und die sonstigen Schichtencharakteristika auf.
  • Ferner bestehen die Vorteile des zweistufigen Round-Trip-Verfahrens darin, dass gegenüber dem im Stand der Technik beschriebenen "Wireline-Verfahren" ein größeres Probenvolumen erzielt wird, da bei dem Round-Trip-Verfahren im Gegensatz zum "Wireline-Verfahren" der Bohrstranginnendurchmesser den Außendurchmesser des Probenahmegerätes nicht limitiert. Zur Verdeutlichung dient die Figur 1I-1. Durch Einsatz anderer Verschlußmechanismen, wie beispielsweise einer Klappe statt eines Kugelventils, sind ebenfalls Proben mit größeren Probenaußendurchmessern dP-a gewinnbar.
  • Insbesondere dann, wenn der Bohrstranginnendurchmesser d600-i sehr gering ist, kann mittels des "Wireline-Verfahrens" keine brauchbare Probe geborgen werden. Die dort verwendeten Probenahmegeräte benötigen zur Entnahme von druckdichten Proben aus großer Tiefe dicke Druckbehälterwandungen und platzraubende Verschlussmechanismen, so dass die Probenahmegeräte über den Bohrstranginnendurchmesser d600-i nicht zur Probenahmestelle geführt werden können.
  • Das neue Round-Trip-Verfahren kommt relativ zu einem gewünschten Probenaußendurchmesser dP-a mit einem geringeren Bohrlochdurchmesser aus, da der Außendurchmesser der Druckkammer des Druckkammermodules DKM - unter Berücksichtigung des notwendigen Spülringraumes B2 - ausschließlich von dem Bohrlochdurchmesser dB, der dem Bohrmeißel-Außendurchmesser d601-a entspricht, limitiert wird.
  • Das heißt, dass neue hier beschriebene Round-Trip-Verfahren ermöglicht eine Maximierung des Druckkammerinnendurchmessers dDKM-1 im Verhältnis zum Bohrstrangaußendurchmesser d600-a und/oder dem Bohrmeißel-Außendurchmessers d601-a, wodurch ein größtmöglicher Probenaußendurchmesser dP-a, der im Wesentlichen dem Innendurchmessers dDKM-1 des Druckkammermodules DKM entspricht, gewinnbar ist.
  • Der Vorteil entsteht insbesondere dadurch, da der Bohrstrang 600, das Probenahmegerät 1 und der Bohrmeißel 601 eine Einheit bilden. Das Probenahmegerät 1 ist nämlich zwischen dem Bohrstrang 600 und dem Bohrmeißel 601 angeordnet. Dazu weist das Probenahmegerät 1 (siehe Figur 1I-1 und Figur 8) Anschlüsse auf, die in einer bevorzugten Ausgestaltung als adapterartige Anschlüsse 602, 604 ausgebildet sind und zur Verbindung des Probenahmegerätes 1 mit dem Bohrstrang 600 einerseits und mit dem Bohrmeißel 601 andererseits dienen.
  • Das neue Round-Trip-Verfahren ermöglicht somit, das im Verhältnis zum Bohrstrangaußendurchmesser d600-a eine Maximierung des Innendurchmessers dDKM-1 des Druckkammermodules DKM möglich ist, wodurch ein größtmöglicher Probenaußendurchmesser dP-a erreicht wird.
  • In vorteilhafter Weise kann der Probenaußendurchmesser dP-a unabhängig vom Bohrstranginnendurchmesser d600-i gewählt werden. Der Innendurchmessers dDKM-1 des Druckkammermodules DKM kann dabei kleiner gewählt werden als der Bohrstranginnendurchmesser d600-i. Er kann aber in vorteilhafter Weise auch größer sein als der Bohrstranginnendurchmesser d600-i. Diese Möglichkeit ist, wie oben erläutert, im bekannten "Wireline-Verfahren" von vorn herein ausgeschlossen, da das Probenahmegerät in den Bohrstrang eingeführt wird.
  • Zusammenfassend besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Probenahmegerätes 1 somit darin, dass der Probenaußendurchmesser dP-a, der im Wesentlichen dem Druckkammerinnendurchmessers dDKM-i des Druckkammermodules DKM entspricht, gegenüber dem Stand der Technik vergrößerbar ist, wobei sich der maximale Probenaußendurchmesser dP-a unter Berücksichtigung des jeweiligen Bohrlochdurchmesser dB abzüglich des benötigten Spülringraumes B2 sowie abzüglich der benötigten tiefenabhängigen und/oder der für den maximalen Betriebsdruck des Druckkammermodules DKM notwendigen Wandstärke a der Wandung des Druckkammermodules DKM ergibt.
  • Der Bohrmund 601-1 des Bohrmeißels 601 mit dem Bohrmeißelinnendurchmesser d601-i wird auf den jeweiligen Probenaußendurchmesser dP-a abgestimmt, so dass eine Probe mit dem maximalen Probenaußendurchmesser dP-a erbohrt werden kann.
  • Das neue Round-Trip-Verfahren, bietet sich insbesondere auch dann an, wenn das Auf- und Abbewegen von Geräten innerhalb des Bohrstranges und die daraus resultierende Kolbenwirkung nicht erwünscht sind. Eine solche Auf- und Abbewegung wird in nachteiliger Weise durch die im "Wireline-Verfahren" ein- und wieder auszuführenden am Bergekabel angebrachten Probenahmegeräte hervorgerufen. Teilweise ist auch das Ein- und Ausführen von Bergekabeln gar nicht möglich, so dass auch in einem solchen Fall nur das Round-Trip-Verfahren anwendbar ist.
  • Bisher wurde bei der Verfahrensbeschreibung nur auf das Druckkammermodul DKM des Probenahmegerätes 1 eingegangen.
    • Neues Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerät:
  • Es wird zudem vorgeschlagen, ein Probenahmegerät 1 auszubilden, welches anders als bisher, keinen platzraubenden Verschlussmechanismus des Druckkammermodules DKM aufweist, worauf später noch eingegangen wird.
  • Das erfindungsgemäße Probenahmegerät 1 sorgt dafür, dass der Druckkern P in das Druckkammermodul DKM gelangt, wobei das Probenahmegerätes 1 das Druckkammermodul DKM auf besondere Art und Weise druckdicht verschließt - "autoklaviert" -. Ein solches erfindungsgemäßes "Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerät 1" wird anschließend näher erläutert, wobei es zur Abkürzung nur als Autoklav-Probenahmegerät 1 bezeichnet wird.
  • Das Autoklav-Probenahmegerät 1 weist, um die beschriebenen Funktionen innerhalb des zweistufigen (erste Stufe = erster Trip und zweite Stufe = zweiter Trip) Round-Trip-Verfahrens bewerkstelligen zu können, wie Figur 2 stark schematisiert zeigt, das Druckkammermodul DKM, ein Druckregulierungsmodul (Akkumulatormodul) AK1, AK2, ein Auslösemodul AM1, AM2, AM3, ein Hubmodul HBM1, HBM2 und ein Spülungsmodul SPM auf, wobei der Druckkern P nach dem Erbohren in dem hülsenartigen dünnwandigen Liner G angeordnet ist, der einen Außendurchmesser dG-a (Figur 1I-1) aufweist, der kleiner ist als der Druckkammerinnendurchmesser dDKM-i.
  • Zwischen dem jeweiligen Auslösemodul AM1, AM2, AM3 und dem jeweiligen Hubmodul HBM1, HBM2 und der Druckprobe P ist ein Verbindungselement V, in der Art einer Hubstange angeordnet, in der das jeweilige Druckregulierungsmodul (Akkumulatormodul) AK1, AK2 angeordnet ist.
  • Nachfolgend erfolgt unter gleichzeitiger weiterer detaillierter Beschreibung der Verfahrensschritte die Beschreibung des Probenahmegerätes 1 zur druckdichten Probenahme eines Druckkernes P.
  • Die Figuren 3A-1, 3A-2 zeigen gemäß einer ersten Ausführungsvariante das erste Auslösemodul AM1 des Probenahmegerätes 1 in Zusammenarbeit mit einem ersten Hubmodul HBM1.
  • Nachdem der Abrisshub Δz1 innerhalb des sechsten Schrittes VS6 durchgeführt worden ist (Figur 1H), erfolgt der siebente Schritt VS7 (Figur 1I), bei dem der sich im Liner G befindende Druckkern P in einem Probenhub Δz2 in das Druckkammermodul DKM des Probenahmegerätes 1 gehoben wird.
  • Das Heben des Liners G samt Druckkern P in das Druckkammermodul DKM umfasst innerhalb des siebenten Schrittes VS7 einen vorgelagerten ersten Teilschritt VS7.1.
  • Zuvor erfolgt in dem ersten Teilschritt VS7.1 das Auslösen des Hubmechanismus HBM1.
  • Erst danach erfolgt das eigentliche Heben des Druckkerns P in die Druckkammer des Druckkammermodules DKM. Es erfolgt der Probenhub Δz2 des Liners G mit dem darin befindlichen Druckkern P in das Druckkammermodul DKM des Probenahmegerätes 1.
  • Anschließend erfolgt in dem bereits beschriebenen achten Schritt VS8 das druckdichte Schließen der Druckkammer des Druckkammermodules DKM an seinem oberen und seinem unteren Ende mit Hilfe von zum Druckkammermodul DKM gehörenden Dichtelementen DKM-1, DKM-2 (siehe insbesondere Figur 1H und Figur 1I).
  • Zur dauerhaften Sicherung des Druckes, insbesondere zum Druckausgleich während der Bergung der Druckkammer des Druckkammermodules DKM und darüber hinaus, findet in einem ersten Teilschritt VS8.1, der dem achten Verfahren VS8 folgt oder während des achten Verfahrensschrittes VS8 realisiert wird, eine Druckbeeinflussung des Druckkammermodules DKM statt. Es wird erreicht, dass der am Probenahmeort herrschende Druck in der Druckkammer des Druckkammermodules DKM des Probenahmegerätes 1 nach dem Schließen oder schon während des Schließens der Dichtelemente DKM-1, DKM-2 des Probenahmegerätes 1 durch ein in das Probenahmegerät 1 integriertes Druckregulierungsmodul AK1, AK2 während der Bergung und darüber hinaus beeinflusst wird, wodurch der Druck der Probe P in der Druckkammer des Druckkammermodules DKM am Untersuchungsort mit dem am Probenahmeort herrschenden Druck überein stimmt oder sogar höher ist, als der am Probenahmeort herrschende Druck. Diese Funktion ist durch die Anordnung eines Druckregulierungsmodules AK1, AK2 bewirkbar, welches in das neue Round-Trip-Autoklav-Probenahmegerätes 1 integriert ist.
  • Die Figur 3A-1 und 3A-2 zeigen das erste Hubmodul HBM1 und das erste Auslösemodul AM1 in der Nichtauslöseposition I und der Auslöseposition II, welches (HBM1) einen Energiespeicher darstellt, der als Bestandteil des Probenahmegerätes 1 durch das erste Auslösemodul AM1 aktiviert wird, wonach sich die Druckkammer des Druckkammermodules DKM verschließt, nachdem das erste Hubmodul HBM1 die vor dem Verschluss der Druckkammer liegende notwendige Hubbewegung ausgeführt hat.
    • Erstes Auslösemodul AM1: Erster Teilschritt VS7.1 ("Auslösung des Probenhubes zum Heben des Druckkammermodules DKM") mit dem ersten Hubmodul HBM1 und dem ersten Auslösemodul AM1:
  • Die Verfahrensschritte VS3, VS4, VS5, VS6 sind abgeschlossen. Zunächst erfolgt das Auslösen des ersten Hubmodules HBM1 in dem ersten vorgelagerten Teilschritt VS7.1 des siebenten Verfahrensschrittes VS7, welches über ein Adapterstück 602 mit dem oberhalb des Adapterstückes 602 liegenden Bohrgestänge des Bohrstranges 600 verbunden ist. Das Bohrgestänge des Bohrstranges 600 wird von einem Spülstrom durchflossen.
  • In der Nichtauslöseposition I der Figur 3A-1 ist der Spülstrom nicht unterbrochen. Das erste Auslösemodul AM1 ist in dieser Ausführungsvariante in das erste Hubmodul HBM1 integriert.
  • Das erste Auslösemodul AM1 weist einen Einwurfkugelsitz AM1-3 auf. Dieser Einwurfkugelsitz AM1-3 ist im Ausführungsbeispiel indirekt mit einer Blockierhülse AM1-2 verbunden. Der Einwurfkugelsitz AM1-3 und mit ihr die Blockierhülse AM1-2 ist in axialer Richtung gegenüber einem Keilringsegment AM1-4 verschiebbar angeordnet. Das Keilringsegment AM1-4 stellt in der Nichtauslöseposition I ein Blockierelement eines Hubfederelementes HBM1-2, welches zum ersten Hubmodul HBM1 gehört, dar.
  • Das Hubfederelement HBM1-2 wird im gespannten Zustand durch das Keilringsegment AM1-4 blockiert, da das Keilringsegment AM1-4 in der Nichtauslöseposition I gegenüber einem Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 radial nach innen hervorsteht und somit das Hubfederelement HBM1-2 blockiert. Das Hubfederelement HBM1-2 stützt sich anderenends am unteren Deckel des ersten Hubmodul HBM1 (nicht dargestellt) ab.
  • An dem Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 ist die Hubstange V, die mit dem Liner G verbunden ist, angeordnet. Zur Auslösung erfolgt ein temporäres Verschließen des Spülkreislaufs durch eine Einwurfkugel AM1-5. Die in das Bohrgestänge des Bohrstranges 600 eingeworfene und vom Spülstrom transportierte Einwurfkugel AM1-5 fällt in den Einwurfkugelsitz AM1-3, der mit einem hülsenartigen Rohrstück verbunden ist, und blockiert temporär den Spülstrom. Ein Druckpolster AM1-6 baut sich über der Einwurfkugel AM1-5 auf und drückt das hülsenartige Rohrstück inklusive Einwurfkugel AM1-5 nach unten.
  • Der dabei durch das hülsenartige Rohrstück axial zurückgelegte Weg löst den Formschluss der axialen Fixierung des Keilringsegmentes AM1-4, indem das hülsenartige Rohrstück die Blockierhülse AM1-2 nach unten verschiebt. Die vorgespannte Hubfeder HBM1-2 entspannt sich in eine leicht vorgespannte Position, nimmt dabei die Hubstange V axial nach oben mit und hebt den Liner G in das Druckkammermodul DKM.
  • Die Auslöseposition II (Figur 3A-2) ist erreicht und der Liner G hat den Weg Δz2 (Figur 1I) in einem sogenannten Probenhub zurückgelegt. Der Probenhub Δz2 erfolgt somit durch das Entspannen des gespannten Hubfederelementes HBM1-2. Dieses wird ohne die Auslösung mittels des ersten Auslösemodules AM1 durch das Keilringsegment AM1-4 formschlüssig am Entspannen gehindert. Wird die axiale Fixierung durch das erste Auslösemodul AM1 aufgehoben, entspannt sich das Hubfederelement HBM1-2 und zieht die Hubstange V nach oben.
  • Die beschriebene Lösung in dieser Ausführungsvariante offenbart ein halbautomatisches Hubmodul HBM1, da das erste Hubmodul HBM1 mit dem ersten Auslösemodul AM1 folgendermaßen zusammen arbeitet. Bei einem halbautomatischen Hubmodul wird der Probenhub Δz2 derart ausgelöst, indem ein separater Gegenstand mit dem Auslösemodul AM1 interagiert. Dabei wird beispielsweise die beschriebene Einwurfkugel AM1-5, allgemein ein Masseobjekt oder ein anderes separates Hilfsmittel zur Auslösung des ersten Hubmechanismus HBM1 verwendet.
  • Die Figur 3B-1 und 3B-2 zeigen das erste Hubmodul HBM1 und ein zweites Auslösemodul AM 2 in der Nichtauslöseposition I und der Auslöseposition II, wobei das Hubmodul HBM1 den benötigten Energiespeicher darstellt, der als Bestandteil des Probenahmegerätes 1 durch das zweite Auslösemodul AM2 aktiviert wird, wonach sich die Druckkammer des Druckkammermodules DKM verschließt, nachdem das erste Hubmodul HBM1 die vor dem Verschluss der Druckkammer liegende notwendige Hubbewegung ausgeführt hat.
    • Zweites Auslösemodul AM2: Erster Teilschritt VS7.1 ("Auslösung des Probenhubes zum Heben des Druckkammermodules DKM") mit dem ersten Hubmodul HBM1 und dem zweiten Auslösemodul AM2:
  • Das zweite Auslösemodul AM2 sitzt in dieser Ausführungsvariante auf dem ersten Hubmodul HBM1. Das zweite Auslösemodul AM2 weist einen Greifer AM2-3 auf. Dieser Greifer AM2-3 liegt einer Greiferaufnahme AM2-4 axial gegenüber. Der Greifer AM2-3 ist am Adapterstück 602 und die Greiferaufnahme AM2-4 an einer Auslösestange AM2-6 angeordnet. Das Adapterstück 602 ist mit dem oberhalb des Adapterstückes 602 liegenden Bohrgestänge des Bohrstranges 600 verbunden. Das Adapterstück 602 steht ferner mit einem ersten Gehäuseteil AM2-1 des zweiten Auslösemodules AM2 in Verbindung. In diesem ersten Gehäuseteil AM2-1 ist ein Federelement AM2-8 in der Art eines Tellerfederpaketes angeordnet. Das leicht vorgespannte Tellerfederpaket AM2-8 stützt sich einerseits an der Unterseite des Adapterstückes 602 und andererseits auf einem zweiten Gehäuseteil AM2-2 ab. Das erste Gehäuseteil AM2-1 ist über eine Keilwellenverbindung AM2-5 mit dem zweiten Gehäuseteil AM2-2 verbunden. Durch die Tellerfederpakete AM2-8 wird der axiale Kraftfluss und über die Keilwellenverbindung AM2-5 wird das Drehmoment des Bohrstranges 600 von dem ersten Gehäuseteil AM2-1 zu dem zweiten Gehäuseteile AM2-2 übertragen, wobei die Gehäuseteile AM2-1 und AM2-2 relativ zueinander in axialer Richtung beweglich sind. Das zweite Gehäuseteil AM2-2 steht mit dem Hubmodulgehäuse HBM1-1 in Verbindung, während das erste Gehäuseteil AM2-1 mit dem Bohrstrang 600 in Verbindung steht.
  • Es erfolgt nach abgeschlossenem Bohrvorgang (die Verfahrensschritte VS3, VS4, VS5, VS6 sind abgeschlossen) in dem vorgelagerten Teilschritt VS7.1 des siebenten Verfahrensschrittes VS7 zur Auslösung des Probehubes Δz2 eine kurzzeitige Erhöhung der auf den Bohrmeißel 610 des Bohrstranges 600 wirkenden Gewichtskraft des Bohrstranges (engl.: weight on bit) mit einer zum Probenahmegerät 1 gerichteten Druckkraft. Diese Erhöhung der Druckkraft wird durch ein kurzzeitiges, kontrolliertes Nachlassen des Bohrstranges 600 erzeugt. Das Nachlassen des Bohrstranges 600 führt aufgrund des Eigengewichts des Bohrstranges 600 zu einer axialen, nach unten gerichteten Kraft auf das Probenahmegerät 1. Dadurch wird das axial bewegliche erste Gehäuseteil AM2-1 gegen das Tellerfederpaket AM2-8 gedrückt.
  • Der Greifer AM2-3 erfasst dabei die Greiferaufnahme AM2-4 der Auslösestange AM2-6. Der dabei über die Keilwellenverbindung AM2-5 ermöglichte, gegenüber dem zweiten Gehäuseteil AM2-2 axial zurückgelegte Weg, führt dazu, dass sich die Auslösestange AM2-6 relativ zu dem zweiten Gehäuseteil AM2-2 und damit relativ zu dem Hubmodulgehäuse HBM1-1 verlagert. Dadurch wird eine Blockierhülse AM2-7, die an einem endseitigen Kopfstück der Auslösestange AM2-6 angeordnet ist, angehoben.
  • Durch kontrolliertes Anheben des Bohrstranges 600 wird der auf den Bohrmeißel 601 und das Probenahmegerätes 1 ausgeübte , durch die Gewichtskraft des Bohrstranges resultierende Druck auf den Bohrmeißel zurückgenommen, wodurch sich das Tellerfederpaket AM2-8 entspannt, und das erste Gehäuseteil AM2-1 durch das Tellerfederpaket AM2-8 wieder nach oben gedrückt wird. Die Blockierhülse AM2-7 wird dabei nach oben mitgenommen und gibt das Keilringsegment AM1-4 in radialer Richtung und damit den Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 frei, wodurch sich das mit dem Hubfederelement HBM1-2 verbundene Verbindungselement V in axialer Richtung nach oben bewegt. Der Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 wird durch dieses Anheben der Blockierhülse AM2-7 freigegeben.
  • Dadurch wird der durch das Keilringsegment AM1-4 erzeugte Formschluss der axialen Fixierung des vorgespannten Hubfederelementes HBM1-2 des ersten Hubmodul HBM1 gelöst und der Druckkern P wird in dem siebenten Verfahrensschritt VS7 um den Probenhub Δz2 in das Druckkammermodul DKM gehoben.
  • Die Ausbildung des ersten Hubmodules HBM1 ist im Bereich des Kopfstückes AM1-1 analog ausgeführt (siehe den kreisförmigen Ausschnitt Figur 3A-1 mit Querverweis auf Figur 3B-1 und umgekehrt).
  • Das Keilringsegment AM1-4 stellt in der Nichtauslöseposition I ein Blockierelement des Hubfederelementes HBM1-2 dar, welches zum ersten Hubmodul HBM1 gehört. Das Hubfederelement HBM1-2 wird, wie bisher, im gespannten Zustand durch das Keilringsegment AM1-4 blockiert, da das Keilringsegment AM1-4 in der Nichtauslöseposition I gegenüber einem Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 radial nach innen hervorsteht und somit das Hubfederelement HBM1-2 blockiert. Das Hubfederelement HBM1-2 stützt sich anderenends am unteren Deckel des ersten Hubmodules HBM1 (nicht dargestellt) ab. An dem Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 ist die Hubstange V, die mit dem Liner G verbunden ist, angeordnet.
  • Im Gegensatz zu der Auslösung mittels des ersten Auslösemodules AM1, bei der die Blockierhülse AM1-2 nach unten verschoben wird, erfolgt die Bewegung der Blockierhülse AM2-7 bei dem zweiten Auslösemodul AM2 nach oben.
  • Nach der Aufhebung des Formschlusses entspannt sich das gespannte Hubfederelement HBM1-2 in eine leicht vorgespannte Position, nimmt dabei die Hubstange V axial nach oben mit und hebt den Liner G in das Druckkammermodul DKM.
  • Die in Figur 3B-2 dargestellte Auslöseposition II zeigt anhand des Hubfederelementes HBM1-2, dass der Liner G durch den Probenhub Δz2 in das Druckkammermodul DKM gehoben worden ist. Prinzipiell erfolgt der Probenhub Δz2 auch in dieser zweiten Ausführungsvariante durch das Entspannen des gespannten Hubfederelementes HBM1-2.
  • Die beschriebene Lösung in dieser Ausführungsvariante offenbart ein vollautomatisches Hubmodul HBM1, da das erste Hubmodul HBM1 mit dem zweiten Auslösemodul AM2 wie folgt zusammen arbeitet. Bei einem vollautomatischen Hubmodul wird der Probenhub Δz2 im Ausführungsbeispiel ausgelöst, indem der Bohrstrang 600 zusammengedrückt wird. Zur Auslösung wird keine Masse oder ein anderes Hilfsmittel benötigt. Es erfolgt keine Interaktion mit dem zweiten Auslösemodul AM2 über ein separates Hilfsmittel, wie es bei dem mit dem ersten Auslösemodul AM1 zusammenarbeitenden halbautomatischen Hubmodul HBM1 gemäß Figur 3A-1, 3A-2 und der zugehörigen Beschreibung der Fall ist.
    • Erstes Hubmodul HBM1: Verfahrensschritt VS7 ("Heben des Druckkammermodules DKM") mit dem ersten Hubmodul HBM1 und dem ersten Auslösemodul AM1:
  • Die Figuren 4A-1 und 4A-2 zeigen das im Wesentlichen bereits beschriebene erste Hubmodul HBM1 des Probenahmegerätes 1 in seiner ersten Ausführungsvariante. In Figur 4A-1 ist die bereits beschriebene Nichtauslöseposition I und Figur 4A-2 die Auslöseposition II dargestellt.
  • An das Hubmodulgehäuse HBM1-1 schließt sich ein weiteres Adapterstück 603 an, welches das erste Hubmodul HBM1 mit dem Druckkammermodul DKM verbindet. Sichtbar sind der Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2, der mit Hilfe des ersten Blockierelementes AM1-2 durch das radial verlagerbare Keilringsegment AM1-4 des ersten Auslösemodules AM1 in Nichtauslöseposition I blockiert ist. Analog dazu ist die Auslöseposition II in Figur 4A-2 dargestellt. Nicht dargestellt ist der untere Bereich des ersten Hubmodules HBM1.
  • Der untere Bereich der Hubstange V wird in Figur 5A (erste Ausführungsvariante des Druckregulierungsmodul AK1) und in Figur 5B-1 und Figur 5B-2 (zweite Ausführungsvariante des Druckregulierungsmodul AK2) gezeigt.
    • Zweites Hubmodul HBM2: Erster Teilschritt VS7.1 und Verfahrensschritt VS7 ("Auslösung des Probenhubes zum Heben des Liners G und Heben des Liners G ") mit dem zweiten Hubmodul HBM2 und einem dritten Auslösemodul AM3:
  • Die Figur 4B zeigt ein zweites Hubmodul HBM2 des Probenahmegerätes 1. Dieses zweite Hubmodul HBM2 stellt eine zweite Ausführungsvariante dar. Das zweite HBM2 arbeitet mit einem neuartigen, in ein Spülmodul SPM integrierten Öffnungs- und Schließmechanismus in der Art einer Profilwalze zusammen.
  • In Figur 4B ist die Profilwalze nicht dargestellt. Die Profilwalze ist in Figur 6A-1 bis 6A-3 dargestellt. Die Bauteile werden in Zusammenschau der Figuren 4B und den Figuren 6A-1 bis 6A-3 beschrieben.
  • Das zweite Hubmodul HBM2 weist ein vorgespanntes Hubfederelement HBM2-1 auf, welches in einer Nichtauslöseposition I, wie in Figur 4B dargestellt, durch ein darüber liegendes, abgeschlossenes Druckpolster in einem dafür vorgesehenen Druckraum HBM2-3 am Entspannen gehindert wird. Durch Öffnen eines in Fig. 4B schematisch dargestellten Ventils HBM2-4 mittels eines dritten Auslösemodules AM3 wird das Druckpolster abgebaut, wodurch sich das vorgespannte Hubfederelement HBM2-1 entspannt und die Hubstange V nach oben bewegt wird.
  • Das Ventil HBM2-4 verschließt den Druckraum HBM2-3 einseitig, während andererseits ein Kolben HBM2-2, gegenüber einem Dichtelement, beispielsweise gegenüber einem Kegelsitz, seine gegenüber seiner nicht ausgelösten Ausgangposition (Nichtauslöseposition I) ausgelöste Endposition (Auslöseposition II) einnimmt, für eine Abdichtung des Druckraumes HBM2-3 sorgt. Durch die Bewegung der Hubstange V wird in dem siebenten Verfahrensschritt VS7 der Liner G um den Weg Δz2 (Probenhub) in das Druckkammermodul DKM gehoben. Oberhalb des Liners G ist ein zweites oberes Dichtelement DKM-2 angeordnet, welches als zweites Dichtelement neben einem ersten unten angeordneten Dichtelement DKM1 (in Figur 4B nicht dargestellt) nach erfolgtem Hub Δz2 für eine Abdichtung des Druckkammermodules DKM sorgt.
  • Auf die Dichtelemente DKM-1, DKM-2 wird noch näher eingegangen. Das zweite obere Dichtelement DKM-2 in Figur 4B dichtet gegenüber einem Kegelsitz DKM-21, der an einem Druckkammermoduldeckel DKM-4 ausgeführt ist, sobald der Probenhub Δz2 erfolgt ist. Um den Probenhub Δz2 zu bewirken, wird das dritte Auslösemodul AM3 in eine Auslöseposition II gebracht, die bewirkt, dass sich das Ventil HBM2-4 öffnet.
  • In Figur 4B ist innerhalb des Liners G ein Freilaufkolben G1 angeordnet, der dafür sorgt, dass der Druckkern P beim Entnehmen nicht verrutscht beziehungsweise herausrutscht.
  • Die Funktion des dritten Auslösemodules AM3 ist in den Figuren 6A-1 bis 6A-3 dargestellt.
  • Die Figur 6A-1 zeigt die Nichtauslöseposition I. Das dritte Auslösemodul AM3 befindet sich in Figur 6A-1 in einer Ausgangsposition bei der das Ventil HBM2-4 (siehe Figur 4B) geschlossen ist.
  • Das Öffnen des Ventils HBM2-4 erfolgt durch eine rotatorische Drehbewegung, die am unteren Ende des dritten Auslösemodules AM3 durch eine Profilwalze AM3-5 erzeugt wird. An die Profilwalze AM3-5 ist das Ventils HBM2-4 angeschlossen, wie der Schnitt der Figur 6A-1 verdeutlicht. Um die Auslöseposition II beziehungsweise den Auslösezustand zu bewirken, wird eine erste Einwurfkugel AM3-1 in das darüber liegende Bohrgestänge des Bohrstranges 600 eingeworfen.
  • Die vom Spülstrom (strichpunktierte Linie) transportierte Einwurfkugel AM3-1 fällt in dem ersten vorgelagerten Teilschritt VS7.1 des siebenten Verfahrensschrittes VS7 in einen Einwurfkegelsitz AM3-3 eines ersten inneren Gehäuseteiles AM3-4 oder eines Einwurfkegelsitzes AM3-9 eines zweiten äußeren Gehäuseteiles AM3-8, insbesondere der mehreckigen Profilrohre und blockiert temporär den Spülstrom.
  • Über der ersten - kleineren - Einwurfkugel AM3-1 baut sich ein Druckpolster auf und drückt das erste innere Gehäuseteil AM3-4 inklusive der ersten Einwurfkugel AM3-1 nach unten. Der axial zurückgelegte Weg des ersten Gehäuseteiles AM3-4 gegenüber einem zweiten äußeren Gehäuseteil AM3-8, beispielsweise ebenfalls einem mehreckigen Profilrohr, wird durch eine Zwangsführung von Stiften AM3-6, AM3-10 in den Nuten AM3-7 der Profilwalze AM3-5 in eine Rotationsbewegung umgesetzt und übersetzt. Die mehreckige Form der Profilrohre ist nur beispielhaft. Es können andere Formen Verwendung finden. Die beispielhaft beschriebene mehreckige Ausgestaltung der Profilrohre sorgt dafür, dass die Gehäuseteile AM3-4 und AM3-8 nicht relativ zueinander rotieren können.
  • Das außerhalb liegende, gegen Drehbewegungen gesicherte zweite Gehäuseteil AM3-8 verhindert auch ein Verdrehen des ersten Gehäuseteiles AM3-4. Die Stifte AM3-6 sind im ersten Gehäuseteil AM3-4 und die Stifte AM3-10 sind am zweiten Gehäuseteil AM3-8 angeordnet und kragen in die beiden Nuten AM3-7 der Profilwalze AM3-5 hinein. Über die Kontur der Nuten AM3-7 ist die Drehrichtung und der Drehwinkel der Profilwalze AM3-5 steuerbar.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6A-2 wird das erste innere Gehäuseteil AM3-4 inklusive der auf den Einwurfkugelsitz AM3-3 treffenden ersten Einwurfkugel AM3-1 soweit nach unten gedrückt, dass eine Rotation der Profilwalze AM3-5 um beispielsweise 90° erfolgt.
  • Wird eine zweite - größere - Einwurfkugel AM3-2 auf den Kegelsitz AM3-9 des zweiten äußeren Gehäuseteiles AM3-8 geworfen, erfolgt im Ausführungsbeispiel eine weitere Rotation in die gleiche Richtung um weitere 90°. Die Drehrichtung kann bei einer anderen Ausführung der Kontur der zu den Stiften AM3-10 gehörenden Nut AM3-7 auch entgegengesetzt erfolgen. Wie erwähnt, kann durch die Kontur der Nuten AM3-7 der Drehwinkel festgelegt werden.
  • Die hervorgerufene Drehbewegung der Profilwalze AM3-5 öffnet oder schließt somit das Ventil HBM2-4 und entspannt beispielsweise das Druckpolster im zweiten Hubmodul HBM2 (Figur 4B).
  • Die Bewegung der Profilwalze AM3-5, als Teil des dritten Auslösemodules AM3 wird somit mehrstufig ausgeführt. Zusammenfassend wird bewirkt, dass durch eine individuelle Nutenführung der Nuten AM3-7 in der Profilwalze AM3-5 und durch mehrmaligen Einwurf von Einwurfkugeln AM3-1, AM3-2 unterschiedlicher Größe eine zeitliche Steuerung des Drehwinkels als auch eine Umkehr der Drehrichtung möglich ist.
  • Das als Profilwalze AM3-5 bezeichnete Bauteil ist auf die hier beschriebene Anwendung nicht beschränkt. Es bietet sich, unabhängig von der beschriebenen Anwendung, in vorteilhafter Weise als Öffnungs- und Schließmechanismus immer dann an, wenn an einer unzugänglichen Stelle eine translatorische Bewegung in eine rotatorische Bewegung (wie im vorliegenden Einsatzfall) oder umgekehrt umgewandelt werden soll.
  • Nachfolgend wird auf die beiden Ausführungsvarianten von unterschiedlichen Druckregulierungsmodulen AK1, AK2 (Akkumulatormodulen) eingegangen.
    • Erstes Druckregulierungsmodul AK1 (erstes Akkumulatormodul): Erster Teilschritt VS8.1 und Verfahrensschritt VS8 ("Schließen des Druckkammermodules DKM") mit dem ersten Druckregulierungsmodul AK1:
  • Es ist vorgesehen, dass im Wesentlichen, kurz nach dem durch den Probenhub Δz2 des Liners G durchgeführten Verschlusses des Druckkammermodules DKM, das erste Druckregulierungsmodul AK1 zuschaltet.
  • Figur 5A zeigt das erste Druckregulierungsmodul AK1 des Probenahmegerätes 1 in einer ersten Ausführungsvariante.
  • In der ersten Ausführungsvariante wird, in einem ersten Teilschritt VS8.1 nach dem Verschluss des Druckkammermodules DKM in dem achten Verfahrensschritt VS8, eine Verbindung zwischen dem Druckkammermodul DKM und dem ersten Druckregulierungsmodul AK1 hergestellt, indem eine Schnellkupplung den freien Durchfluss eines mit einem Druckpolster beaufschlagten Fluids in einen den Liner G umgebenden Raum des Druckkammermodules DKM gewährleistet.
  • Eine Schnellkupplung AK1-1, AK1-2 des ersten Druckregulierungsmodules AK1 ist in der Hubstange V des Hubmodules HBM1 oder HBM2 (in beiden Hubmodul-Ausführungsvarianten einsetzbar) angeordnet. Die jeweilige Hubstange V weist eine Hubstangenwandung V1 auf.
  • Die Hubstangenwandung V1 ist in der ersten Ausführungsvariante (Fig. 4A-1, 4A-2) mit dem Kopf AM1-1 des Hubfederelementes HBM1-2 des ersten Hubmodules HBM1 verbunden. Die Hubstangenwandung V1 ist in der zweiten Ausführungsvariante mit dem Kolben HBM2-2 des Hubfederelementes HBM2-1 des zweiten Hubmodules HBM2 verbunden.
  • Wie durch die Beschreibung der beiden Hubmodule HBM1, HBM2 deutlich wird, führt der Probenhub Δz2 (Verfahrensschritt VS7) zu einer Bewegung der Hubstange V, mithin der Hubstangenwandung V1, gemäß dem Pfeil neben dem Bezugszeichen V1 nach oben.
  • In der Hubstangenwandung V1 ist ein erstes festes, oberes Schnellkupplungsteil AK1-1 angeordnet, welches sich entsprechend mit der Hubstange V mitbewegt. Innerhalb der Hubstangenwandung V1 ist eine zweites bewegliches, unteres Schnellkupplungsteil AK1-2 angeordnet. Die Schnellkupplungsteile AK1-1, AK1-2 sind (nicht dargestellt) zunächst nicht gekuppelt.
  • In Figur 5A ist bereits die gekuppelte Position IV dargestellt. Zunächst sorgt eine Federelement AK1-4 dafür, welches in einem dafür vorgesehenen Bauraum angeordnet ist, dass das zweite bewegliche, untere Schnellkupplungsteil AK1-2 über die Hubstangenwandung V1 von dem ersten festen, oberen Schnellkupplungsteil AK1-1 weggedrückt wird. Das Federelement AK1-4 stützt sich nämlich einerseits - oben - an einem Vorsprung des zweiten beweglichen, unteren Schnellkupplungsteil AK1-2 und andererseits - unten - auf einem horizontalen Teil der Hubstangenwandung V1 ab.
  • Am Ende des durch die Hubstange V erfolgenden Probehubes Δz2 - nach oben - gemäß dem Pfeil neben dem Bezugszeichen V1 der Hubstangenwandung V1, nachdem das erste untere und das zweite obere Dichtelement DKM-1, DKM-2 bereits geschlossen sind, wird über den horizontalen Teil der Hubstangenwandung V1 eine Kraft auf das Federelement AK1-4 ausgeübt, wodurch das Federelement AK1-4 jetzt komprimiert wird, und die Kraft auf das zweite bewegliche, untere Schnellkupplungsteil AK1-2 überträgt, welches gemäß Figur 5A eine Bewegung von unten nach oben gemäß dem Pfeil neben dem Bezugszeichen AK1-2 ausführt, wodurch das bewegliche, untere Schnellkupplungsteil AK1-2 mit dem ersten festen, oberen Schnellkupplungsteil AK1-1 kuppelt.
  • In der gekuppelten Position IV, gemäß Figur 5A strömt das Fluid (gemäß dem untern dargestellten punktierten Pfeil) aus der hohl ausgeführten Hubstange V und die hohl ausgeführten Schnellkupplungsteile sowie durch die hohl ausgeführten Teile des ersten Druckregulierungsmodules AK1 in die Druckkammer des Druckkammermodules DKM.
  • Die Hubstange V ist mit Flüssigkeit und einem Gas befüllt, welches oberhalb der Flüssigkeit ein Druckpolster bildet. Die beiden Medien sind auf entsprechenden Überdruck aufgeladen und durch einen Kolben getrennt.
  • Die Schnellkupplungsteile AK1-1, AK1-2 werden durch eine axiale Relativbewegung der beiden Schnellkupplungsteile AK1-1, AK1-2 zueinander nach dem Schließen des zweiten oberen Dichtelementes DKM-2 - beim Einziehen des Kegels in den Kegeldichtsitz DKM-21 - , siehe Figuren 4B, 5A) miteinander verbunden.
  • Durch entsprechende Bemessung der Relativbewegungen der Schnellkupplungsteile AK1-2; AK1-2 zueinander kann in vorteilhafter Weise der Zeitpunkt der Kupplung eingestellt werden.
  • Durch das erste Druckregulierungsmodul AK1 wird durch ein anfängliches Vorpressen der Dichtelemente DKM-1, DKM-2, zum einen beispielsweise des Kegelsitzes DKM-21 am oberen Ende und zum anderen des unteren Dichtelementes DKM-1 am unteren Ende, eine sofortige Dichtheit des Druckkammermodules DKM gewährleistet.
    • Zweites Druckregulierungsmodul AK2 (zweites Akkumulatormodul): Erster Teilschritt VS8.1 und Verfahrensschritt VS8 ("Schließen des Druckkammermodules") mit dem zweiten Druckregulierungsmodul AK2:
  • Die Figuren 5B-1, 5B-2 zeigen ein zweites Druckregulierungsmodul AM2 (zweites Akkumulatormodul) des Probenahmegerätes 1 in einer zweiten Ausführungsvariante.
  • Figur 5B-1 zeigt das Druckregulierungsmodul AK2 in der ungekuppelten Position III und Figur 5B-2 in der gekuppelten Position IV.
  • In der zweiten Ausführungsvariante wird nach dem Verschluss des Druckkammermodules DKM in dem achten Verfahrensschritt VS8 eine Kupplung zwischen dem Druckkammermodul DKM und dem zweiten Druckregulierungsmodul AK2 in einem ersten Teilschritt VS8.1 hergestellt, indem zuvor abgedichtete Bohrungen DKM-22 des zweiten oberen Dichtelementes DKM-2 freigegeben werden, die den freien Durchfluss des mit einem Druckpolster beaufschlagten Fluids in einen den Liner G umgebenden Raum des Druckkammermodules DKM gewährleisten.
  • In der zweiten Ausführungsvariante ist eine Verschiebehülse AK2-1 vorgesehen. Die in den Figuren 5B-1, 5B-2 dargestellte Hubstange V des ersten oder zweiten Hubmodules HBM1, HBM2 ist hohl ausgeführt, wobei ein nicht näher dargestellter Fluid- und Gasraum AK2-3 mit einer Flüssigkeit und einem Gas befüllt ist, welches oberhalb der Flüssigkeit ein Druckpolster bildet.
  • Die beiden Medien sind auch bei dem zweiten Druckregulierungsmodul AK2 auf entsprechenden Überdruck aufgeladen und durch einen Kolben getrennt. Am unteren Ende der Hubstange V, in dem Kegel des zweiten oberen Dichtelementes DKM-2, befindet sich mindestens eine freigebbare Bohrung DKM-22, die einen Druckausgleich zwischen dem Druckregulierungsmodul AK2 und dem Druckkammermodul DKM ermöglicht.
  • In der ungekuppelten Position III (Figur 5B-1) verschließt die verschiebbar auf einem Lagerkern AK2-21, welcher konisch ausgeführt sein kann, eines Lagers AK2-2 angeordnete Verschiebehülse AK2-1 über radiale Dichtringe die Bohrungen DKM-22. Die konische Ausführung des Lagerkerns, resultiert in einer Projektionsfläche, auf welche der vorherrschende Differenzdruck wirkt und die Verschiebehülse AK2-21 in Richtung des Kegels des oberen Dichtelementes drückt. Zusätzlich oder alternativ zu dem Konus stützt sich ein Federelement AK2-4 einerseits auf dem Lager AK2-2 und andererseits an der Verschiebehülse AK2-1 ab. Die Verschiebehülse AK2-1 befindet sich zunächst in einer Nichtauslöseposition. Die Verschiebehülse AK2-1 findet in der Nichtauslöseposition am Kegel des zweiten oberen Dichtelementes DKM-2 einen Anschlag.
  • Zunächst findet der Probenhub Δz2 (Verfahrensschritt VS7) statt. Kurz vor Ende des Probenhubes Δz2 der Hubstange V, während der letzten Wegstrecke der Hubstangenbewegung, wird in dem ersten Teilschritt VS8.1 des achten Verfahrensschrittes VS8 mindestens eine Bohrung DKM-22 freigegeben.
  • Die Verschiebehülse AK2-1 weist eine Oberkante AK2-11 auf. Diese Oberkante AK2-11 der Verschiebehülse AK2-1 kommt kurz vor Ende des Probehubes Δz2 mit der Unterkante des Kegelsitzes DKM-21 des Druckkammermoduldeckels DKM-4, der erst in Figur 5B-2 sichtbar wird, in Berührung und wird dadurch gemäß dem Pfeil axial nach unten gedrückt, wodurch sich mindestens eine Bohrung DKM-22 öffnet. Die Verschiebehülse AK2-1 wird auf dem Lagerbock AK2-21 des Lagers AK2-2 gegen die Kraft des vorherrschenden Differenzdruckes und/oder des Federelementes AK2-4 verschoben und bildet einen Spalt AK2-5 über den das Fluid in das Druckkammermodul DKM einströmt.
  • In der gekuppelten Position IV (Figur 5B-2) ist die mindestens eine Bohrung DKM-22 durch die Verschiebung der Verschiebehülse AK2-1 auf dem Lagerkern AK2-21 des Lagers AK2-2 geöffnet. Die mindestens eine Bohrung DKM-22 wird nicht mehr durch die radialen Dichtringe der Verschiebehülse AK2-1 abgedichtet.
  • Unterhalb der Verschiebehülse AK2-1 und des Lagers AK2-2 ist der Liner G mit der Probe P angedeutet, der bereits in das Druckkammermodulgehäuse DKM-3 des Druckkammermodules DKM gehoben worden ist.
    • Zu beiden Druckregulierungsmodulen AK1, AK2:
  • In vorteilhafter Weise wird somit analog zu der Beschreibung des ersten Druckregulierungsmodules AK1 innerhalb des ersten Teilschrittes VS8.1 des achten Verfahrensschrittes VS8 durch Zuschaltung des zweiten Druckregulierungsmodules AK2 ein anfängliches Vorpressen der Dichtelemente DKM-1, DKM-2 zum einen beispielsweise des Kegelsitzes DKM-21 am oberen Ende und zum anderen des unteren Dichtelementes DKM-1 am unteren Ende, eine sofortige Dichtheit des Druckkammermodules DKM gewährleistet.
  • Des Weiteren wird auch hier in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass Druckverluste während des Bergevorgangs ausgeglichen werden.
  • Ferner kann in vorteilhafter Weise nach der Zuschaltung eines der Druckregulierungsmodule AK1, AK2 der Druck auch auf einen Druck über dem in der Probenahmeumgebung herrschenden "in-situ"-Druck hinaus reguliert werden.
  • Die Druckregulierungsmodule AK1, AK2 bilden einen Gasspeicher in dem bereits erwähnten Gasraum. Ein schwimmender Kolben trennt ein gasseitiges Druckpolster von einer nachzudrückenden Flüssigkeit (Fluid- und Gasraum AK1-3, AK2-3).
  • Durch das gasseitige Druckpolster wird nach Inbetriebnahme - Zuschaltung des jeweiligen Druckregulierungsmodules AK1, AK2 - über den schwimmenden Kolben Flüssigkeit in das Druckkammermodul DKM nachgedrückt. Das jeweilige Druckregulierungsmodul AK1, AK2 ist mit dem Druckkammermodul DKM gekuppelt. Durch das Nachdrücken einer Flüssigkeit (eines Fluids) durch den schwimmenden Kolben werden Druckverluste durch Setzungserscheinungen oder eine anfängliche Leckage an den Dichtungen DKM-1, DKM-2 durch Volumenausgleich vermieden, zumindest jedoch weitestgehend minimiert.
  • Die Gasspeicher bisheriger Druckregulierungsmodulsysteme werden beim Herablassen eines Probenahmegerätes aufgrund des zunehmenden Drucks in der Tiefe komprimiert und werden dadurch "aufgeladen", das heißt die Probenahmegeräte herkömmlicher Art werden beim Herablassen bis hin zur Probenahmeumgebung druckseitig insofern verändert, dass der aufrechterhaltene Druck im Druckregulierungsmodul des Probenahmegerätes stets geringer ist, als der hydrostatische Druck in der anvisierten Probenahmeumgebung.
  • In vorteilhafter Weise werden die bei dem erfindungsgemäßen Probenahmegerät 1 eingesetzten Druckregulierungsmodule AK1, AK2 vor dem Einsatz des Probenahmegerätes 1 in der Tiefe mit einem höheren Druck aufgeladen, als in der anvisierten Probentiefe vorherrscht. Dabei reicht gegenüber dem in der jeweiligen Probentiefe der Probenahmeumgebung herrschenden Druck bereits ein geringfügig höherer Druck im Druckregulierungsmodul AK1, AK2 aus.
  • Die beiden anfänglich getrennten Bereiche, das Druckpolster im Fluid- und Gasraum AK1-3, AK2-3 des jeweiligen Druckregulierungsmodules AK1, AK2 und das Druckkammermodul DKM werden in dem nachfolgenden ersten Teilschritt VS8.1 des achten Verfahrensschrittes VS8 gekuppelt, wobei im jeweiligen Druckregulierungsmodul AK1, AK2 zunächst ein höherer Druck herrscht, als im Druckkammermodul DKM, der sich nach der Kupplung zunächst ausgleicht und darüber hinaus während des Bergens der Probe P in Abhängigkeit der äußeren Druckbedingungen aufrecht erhält, wobei die Aufladung des Druckregulierungsmodules AK1, AK2 auf einen bestimmten höheren Druck beispielsweise so erfolgt, dass der an der Probenahmestelle vorherrschende "in situ"- Druck im Druckkammermodul DKM erhalten wird.
  • Wird an der Untersuchungsstelle ein höherer Druck im Druckkammermodul DKM gewünscht, als der an der Probenahmestelle vorherrschende "in situ"- Druck, erfolgt die Aufladung des Druckregulierungsmodules AK1, AK2 bei gleichen Randbedingungen auf einen vergleichsweise noch höheren Druck, als zuvor beschrieben.
    • Erstes und zweites Dichtelement DKM-1, DKM2 Achter Verfahrensschritt VS8 ("Schließen des Druckkammermodules DKM") mit Hilfe der Dichtelemente DKM-1, DKM2 zur Abdichtung des Druckkammermodules DKM:
  • Die Abdichtung des Druckkammermodules DKM mit seinem Druckkammermodulgehäuse DKM-3 erfolgt, wie bereits beschrieben in dem Verfahrensschritt VS8, durch das zweite obere Dichtelement DKM-2 am oberen Ende des Druckkammermodules DKM und durch das erste untere Dichtelement DKM-1 am unteren Ende des Druckkammermodules DKM, nachdem der Liner G mittels der Hubstange V durch die Öffnung des Druckkammermodules DKM gehoben wurde.
  • Das zweite obere Dichtelement DKM-2, welches als Kegel mit seiner Kegelmantelfläche an einem Kegelsitz DKM-21des Druckkammermoduldeckels DKM-4 (Figur 4B) dichtet, wurde bereits erläutert.
  • Das erste untere Dichtelement DKM-1 ist beispielsweise eine schwenkbare Dichtklappe DKM-1, die in Figur 7A-1 vor der Auslösung eines Auslösemodules AM1 oder AM2 oder AM3 in der Nichtauslöseposition I noch offen ist. Der Liner G hält das erste untere Dichtelement DKM-1 geöffnet, da er im Bereich des ersten unteren Dichtelementes DKM-1 positioniert ist.
  • In Figur 7A-2 ist die Dichtklappe DKM-1 nach der Auslösung durch eines der Auslösemodule AM1 oder AM2 oder AM3 und nach erfolgtem Probehub Δz2 mittels der Hubstange V durch eines der Hubmodule HBM1 oder HBM 2 in das Druckkammermodul DKM, dessen Druckkammermodulgehäuse DKM-3 sichtbar ist, geschlossen, denn der Liner G hält das erste untere Dichtelement DKM-1 nicht mehr geöffnet, denn durch den Probehub Δz2 hat der Liner G den Bereich des ersten unteren Dichtelementes DKM-1 verlassen.
  • Vorzugsweise ist folgende Ausgestaltung einer Dichtklappe, insbesondere der Dichtklappe DKM-1 vorgesehen. In der unteren Abdichtung wird der für die Dichtigkeit des Druckkammermodules DKM notwendige Anpressdruck der Klappendichtung im Klappensitz mit Hilfe von beispielsweise, nicht dargestellten, Magneten realisiert. Die Abdichtung des unteren Endes des Druckkammermodules DKM erfolgt über das Einfallen der Dichtklappe DKM-1 in den Klappensitz. Dieses Fallen erfolgt durch Führungen in einer definierten Art und Weise und wird beispielsweise anfangs durch eine vorgespannte Blattfeder selbsttätig im Inneren des Probenahmegerätes 1 und nicht fernwirksam von Außen initiiert.
  • Eine fernwirksame Initiierung und eine Anpressung der Dichtklappe DKM-1 an ihren Dichtsitz kann mittels Gummibändern, Seilzügen oder ähnlichem von außen erfolgen.
  • Um eine hohe Anfangsdichtigkeit zu erreichen, wird die Dichtklappe DKM-1 zusätzlich zum Eigengewicht durch die nicht dargestellten Magnete oder beispielsweise durch Gummibänder, Seilzüge, Federelemente in ihren Dichtsitz gepresst.
  • In vorteilhafter Weise wird, wie bereits erwähnt, bei Zuschaltung eines der Druckregulierungsmodule AK1 oder AK2 während des Schließens der Dichtklappe DKM-1 ein anfängliches Vorpressen der Dichtklappe DKM-1 am unteren Ende bewirkt, wodurch eine schnellere und sicherere Dichtheit des Druckkammermodules DKM gewährleistet ist.
  • Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass eine möglichst späte Kupplung der Druckregulierungsmodule AK1, AK2 mit dem Druckkammermodul DKM vorgesehen ist.
  • Bei dem ersten Druckregulierungsmodul AK1 findet die Kupplung in einem ersten Kupplungsmodus nach dem vollständigen Schließen des Druckkammermodules DKM am oberen und unteren Ende mit Hilfe der jeweiligen Dichtelemente DKM-1, DKM-2 statt.
  • Bei dem zweiten Druckregulierungsmodul AK2 findet die Kupplung in einem zweiten Kupplungsmodus kurz vor dem Schließen des zweiten oberen Dichtelementes DKM-2 statt, nachdem das erste untere Dichtelement DKM-1 bereits vollständig geschlossen worden ist.
  • Bei beiden Kupplungsmodi wird in vorteilhafter Weise, durch einen bei der Kupplung durch das jeweilige Druckregulierungsmodul AK1, AK2 erzeugten Druckstoß eine schnellere und sicherere Dichtheit des Druckkammermodules DKM erreicht, wobei der erste Kupplungsmodus gegenüber dem zweiten Kupplungsmodus eine noch bessere, durch einen durch das erste Druckregulierungsmodul AK1 erzeugten Druckstoß, anfängliche Abdichtung des Druckkammermodules DKM ermöglicht, da das obere zweite Dichtelement DKM-2 und das untere erste Dichtelement DKM-1 des Druckkammermodules DKM zum Zeitpunkt der Kupplung und des Druckstoßes bereits vollständig geschlossen sind.
  • Die Figur 8 zeigt eine Zusammenbaudarstellung des Autoklav-Probenahmegerätes 1. Die hier beispielhaft verwendeten Module können durch andere in den Ausführungsvarianten beschriebene Module gegenseitig ersetzt werden. Die Module können erfindungsgemäß in verschiedenen Kombinationen eingesetzt werden.
  • Gemäß der Darstellung in Figur 8 umfasst das Autoklav-Probenahmegerät 1, welches durch die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten gemeinsam mit dem Bohrstrang 600 als Bohrstrang-Konfiguration bezeichnet wird, beispielsweise das Adapterstück 602 zum Anschluss des Probenahmegerätes 1 an das Bohrgestänge des Bohrstranges 600 und das Adapterstück 604 zum Anschluss den Probenahmegerätes an den Bohrmeißel 601.
  • Unterhalb des Adapterstückes 602 sitzt gemäß den Figuren 3A-1, 3A-2 das erste Auslösemodul AM1, welches mit dem ersten Hubmodul HBM1 gemäß den Figuren 3A-1, 3A-2 und Figuren 4A-1, 4A-2 kombiniert ist. In der Hubstange V in einem Stabilisatorteil HBM1-11 des ersten Hubmodules HBM1 ist, gemäß Figur 5A das erste Druckregulierungsmodul AK1 in seiner Ausbildung als Schnellkupplung AK1-1, AK1-2 angeordnet.
  • Das Druckkammermodulgehäuse DKM-3 des Druckkammermodules DKM wird oben durch ein zweites oberes Dichtelement DKM-2 verschlossen, welches beispielsweise in Figur 5A gezeigt ist.
  • Das Druckkammermodulgehäuse DKM-3 des Druckkammermodules DKM wird unten durch ein erstes unteres Dichtelement DKM-1 verschlossen, welches in Figur 7A-1 und 7A-2 gezeigt ist.
  • Gemäß Figur 8 liegt im Druckkammermodul DKM der "in situ" geborgene Liner G mit dem im Inneren des Liners G liegenden Druckkern P. Der Liner G liegt im Druckkammermodul DKM, welches durch das erste oder zweite Druckregulierungsmodul AK1, AK2 - in der Darstellung der Figur 8 durch das erste Druckregulierungsmodul AK1 - druckbeaufschlagt ist. Die beim Bergen des Druckkammermodules DKM auftretenden Druckveränderungen werden durch das Druckregulierungsmodul AK1 ausgeglichen, so dass im Liner G zum Zeitpunkt der Untersuchung des Druckkerns P noch immer der ursprünglich am Probenahmeort vorherrschende Druck oder ein anderer gewünschter Druck vorliegt, der größer ist als der ursprüngliche Druck am Probenahmeort.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Probenahmegerät (Autoklav-Probenahmegerät)
    P
    Probe
    Δz1
    Abrisshub
    Δz2
    Probenhub
    500
    Bohranlage
    600
    Bohrstrang
    601
    Bohrmeißel
    601-1
    Bohrmund
    602
    Adapterstück
    603
    Adapterstück
    604
    Adapterstück
    B
    Bohrloch
    B1
    Bohrlochsohle (erster Trip)
    B1'
    Probenahme-Bohrlochsohle (zweiter Trip)
    B2
    Spülringraum
    DKM
    Druckkammer/Druckkammermodul
    DKM-1
    erstes untere Dichtelement
    DKM-2
    zweites obere Dichtelement
    DKM-21
    Kegelsitz
    DKM-22
    Bohrung
    DKM-3
    Druckkammermodulgehäuse
    DKM-4
    Druckkammermoduldeckel
    AM1
    erstes Auslösemodul
    AM1-1
    Kopf des Hubfederelementes
    AM1-2
    Blockierelement (Blockierhülse)
    AM1-3
    Einwurfkugelsitz
    AM1-4
    Keilringsegment
    AM1-5
    Einwurfkugel
    AM1-6
    Druckpolster
    AM2
    zweites Auslösemodul
    AM2-1
    erstes Gehäuseteil
    AM2-2
    zweites Gehäuseteil
    AM2-3
    Greifer
    AM2-4
    Greiferaufnahme
    AM2-5
    Keilwellenverbindung
    AM2-6
    Auslösestange
    AM2-7
    Blockierelement (Blockierhülse)
    AM2-8
    Tellerfederpaket
    AM3
    drittes Auslösemodul
    AM3-1
    erste Einwurfkugel
    AM3-2
    zweite Einwurfkugel
    AM3-3
    Einwurfkegelsitz
    AM3-4
    inneres Gehäuseteil
    AM3-5
    Walze (Profilwalze)
    AM3-6
    Stifte in AM3-4
    AM3-7
    Steuernuten
    AM3-8
    äußeres Gehäuseteil
    AM3-9
    Kegelsitz
    AM3-10
    Stifte in AM3-8
    HBM1
    erstes Hubmodul
    HBM1-1
    Hubmodulgehäuse
    HBM1-11
    Stabilisator (Teil des Hubmodulgehäuses)
    HBM1-2
    Hubfederelement
    HBM2
    zweites Hubmodul
    HBM2-1
    Hubfederelement
    HBM2-2
    Kolben mit Kegelsitz
    HBM2-3
    Druckraum
    HBM2-4
    Ventil
    HBM2-5
    Hubmodulgehäuse
    HBM2-51
    Stabilisator (Teil des Hubmodulgehäuses)
    AK1
    erstes Druckregulierungsmodul (Akkumulatormodul)
    AK1-1
    erstes obere Schnellkupplungsteil
    AK1-2
    zweites untere Schnellkupplungsteil
    AK1-3
    Fluid- und Gasraum
    AK1-4
    Federelement
    AK2
    zweites Druckregulierungsmodul (Akkumulatormodul)
    AK2-1
    Verschiebehülse
    AK2-11
    Oberkante der Verschiebehülse
    AK2-2
    Lager
    AK2-21
    Lagerkern
    AK2-3
    Fluid- und Gasraum
    AK2-4
    Federelement
    AK2-5
    Spalt
    SPM
    Spülmodul
    V
    Verbindungselement (Hubstange)
    V1
    Hubstangenwand
    G
    Gehäuse der Probe (Liner)
    G1
    Freilaufkolben im Liner
    S
    Schicht
    n
    n-te Schicht
    S5
    fünfte Schicht
    VS1
    erster Verfahrensschritt
    VS2
    zweiter Verfahrensschritt
    VS3
    dritter Verfahrensschritt
    VS4
    vierter Verfahrensschritt
    VS5
    fünfter Verfahrensschritt
    VS6
    sechster Verfahrensschritt
    VS7
    siebenter Verfahrensschritt
    VS7.1
    erster Teilschritt von VS7
    VS8
    achter Verfahrensschritt
    VS8.1
    erster Teilschritt von VS8
    VS9
    neunter Verfahrensschritt
    VS10
    zehnter Verfahrensschritt
    I
    Nichtauslöseposition
    II
    Auslöseposition
    III
    ungekuppelte Position
    IV
    gekuppelte Position
    dP-a
    Probenaußendurchmesser
    dB
    Bohrlochdurchmesser
    d600-i
    Bohrstranginnendurchmesser
    d600-a
    Bohrstrangaußendurchmesser
    d601-i
    Bohrmeißelinnendurchmesser
    d601-a
    Bohrmeißelaußendurchmesser
    dDKM-i
    Druckkammerinnendurchmesser
    dDKM-a
    Druckkammeraußendurchmesser
    dG-a
    Gehäuseaußendurchmesser (Lineraußendurchmesser)
    a
    Wandstärke des Druckkammermodules DKM

Claims (21)

  1. Autoklav-Probenahmegerät (1) zur Entnahme einer Probe (P) an einem Probenahmeort einer geologischen Formation, welches ein sich schließendes Druckkammermodul (DKM) zur Aufnahme der Probe (P) umfasst, wobei das Druckkammermodul (DKM) zum Heben der Probe (P) in einem Probenhub (Δz2) in das Druckkammermodul (DKM) mit einem Hubmodul (HMB1, HBM2) in Verbindung steht,
    gekennzeichnet durch
    - ein Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) und ein in einem Verbindungselement (V) angeordnetes Druckregulierungsmodul (AK1, AK2), wobei das Verbindungselement (V) zwischen Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) und Hubmodul (HBM1, HBM2) und der Probe (P) angeordnet ist, wobei das Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) zum Auslösen des Probenhubes (Δz2) auf das sich in einer Nichtauslöseposition (I) angeordnete Hubmodul (HMB1, HBM2) einwirkt, und
    - die Probe (P) nach dem Probenhub (Δz2) durch das Hubmodul (HBM1, HBM2) in einem Gehäuse (G) innerhalb einer sich schließenden Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) gehoben und druckdicht angeordnet ist, sobald das Hubmodul (HBM1, HBM2) durch das Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) freigegeben ist, wodurch das Hubmodul (HBM1, HBM2) seine Auslöseposition (II) einnimmt, und
    - das Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) nach dem Probenhub (Δz2) zur Beeinflussung des Druckes im Druckkammermodul (DKM) zumindest druckseitig mit dem Druckkammermodul (DKM) gekuppelt ist.
  2. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (V) eine Hubstange ist.
  3. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Druckregulierungsmodul (AK1) einen Schnellkupplungs-Mechanismus (AK1-1, AK1-2) umfasst, der in seiner gekuppelten Position (IV) einen in der Hubstange (V) des Hubmodules (HMB1, HBM2) angeordneten Fluid- und Gasraum (AK1-3) freigibt.
  4. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Druckregulierungsmodul (AK2) eine auf einem Lager (AK2-2) sitzende Verschiebehülse (AK2-1) umfasst, die in ihrer gekuppelten Position (IV) einen in der Hubstange (V) des Hubmodules (HBM1, HBM2) angeordneten Fluid- und Gasraum (AK2-3) freigibt.
  5. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösemodul (AM1) einen Einwurfkugelsitz (AM1-3) aufweist, der direkt oder indirekt mit einem Blockierelement (AM1-2) eines Hubfederelementes (HMB1-2) des Hubmodules (HMB1) in Verbindung steht, wobei die Auslösung durch ein Masseobjekt, insbesondere durch eine, einen Spülstrom im Probenahmegerät (1) temporär versperrende, Einwurfkugel (AM1-5) erfolgt, wodurch das Blockierelement (AM1-2) radial bewegt und eine Hubstange (V) des Hubmodules (HBM1) freigegeben und um den Probenhub (Δz2) verlagert wird, wodurch das Hubmodul (HBM1) seine Auslöseposition (II) einnimmt.
  6. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösemodul (AM2) ein erstes und ein zweites Gehäuseteil (AM2-1, AM2-2) umfasst, die über eine Keilwellenverbindung (AM2-5) axial beweglich miteinander verbunden sind, wobei ein axialer Kraftfluss von dem ersten Gehäuseteil (AM2-1) zu dem zweiten Gehäuseteil (AM2-2) durch ein Tellerfederpaket (AM2-8) übertragen wird, wobei das erste Gehäuseteil (AM2-1) mit einem Bohrstrang (600) und das zweite Gehäuseteil (AM2-2) direkt oder indirekt mit einem Blockierelement (AM2-7) eines Hubfederelementes (HMB1-2) des Hubmodules (HMB1) in Verbindung steht, wobei die Auslösung durch ein axiales Zusammendrücken des Bohrstranges (600) erfolgt, wodurch das Blockierelement (AM2-7) radial bewegt und eine Hubstange (V) des Hubmodules (HBM1) freigegeben und um den Probenhub (Δz2) verlagert wird, wodurch das Hubmodul (HBM1) seine Auslöseposition (II) einnimmt.
  7. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösemodul (AM3) eine Walze (AM3-5) umfasst, die ein Ventil (HBM2-4) ansteuert, welches einen Druckraum (HBM2-3) des Hubmodules (HBM2) verschließt, wobei das Auslösemodul (AM3) einen Einwurfkegelsitz (AM3-3) aufweist, der zu einem ersten Gehäuseteil (AM3-4) gehört, welches gegenüber einem zweiten Gehäuseteil (AM3-8) zwangsgeführt, insbesondere über Nuten (AM3-7) und Stifte (AM3-6, AM3-10), derart in Verbindung steht, dass eine translatorische Bewegung des ersten Gehäuseteiles (AM3-4) zu einer rotatorischen Bewegung der Walze (AM3-5) und des mit der Walze (AM3-5) in Verbindung stehenden Ventils (HBM2-4) und umgekehrt führt, wobei die Auslösung durch mindestens ein Masseobjekt, insbesondere durch mindestens eine einen Spülstrom in dem Auslösemodul (AM3) temporär versperrende Einwurfkugel (AM3-1, AM3-2) am Einwurfkegelsitz (AM3-3, AM3-9) erfolgt, wodurch das Ventil (HMB2-4) den Druckraum (HMB2-3) öffnet, und ein Hubfederelement (HMB2-1) des Hubmodules (HMB2) einen Kolben (HBM2-2), der mit dem Druckraum (HBM2-3) in Verbindung steht, axial in Richtung des sich entspannenden Druckraumes (HBM2-3) bewegt, wodurch eine Hubstange (V) des Hubmodules (HBM2) freigegeben und um den Probenhub (Δz2) verlagert wird, wodurch das Hubmodul (HBM2) seine Auslöseposition (II) einnimmt.
  8. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubmodul (HBM1, HBM2) ein Hubfederelement (HBM1-2, HBM2-1) aufweist, welches sich in einer Nichtauslöseposition (I) in einem gespannten und in der Auslöseposition (I) in einem vorgespannten Zustand befindet, dessen im gespannten Zustand gespeicherte Federkraft nach der Auslösung durch das Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) den Probehub (Δz2) erzwingt, wobei das Hubfederelement (HBM1-2, HBM2-1) mit der Hubstange (V) in Wirkverbindung steht, die ihrerseits mit dem Druckkammermodul (DKM) verbunden ist.
  9. Autoklav-Probenahmegerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkammermodul (DKM) ein erstes und ein zweites klappenartiges Dichtelement (DKM-1, DKM-2) umfasst, welche im Wesentlichen endseitig des Druckkammermodules (DKM) angeordnet sind.
  10. Verfahren zur Entnahme einer Probe (P) an einem Probenahmeort in einer geologischen Formation mittels einer Bohranlage (500), die einen Bohrstrang (600) und einen endseitigen Bohrmeißel (601) umfasst, bei welchem
    • in einem ersten Trip (VS1, VS2)
    - erstens ein Bohrloch (B) erbohrt wird, das eine Bohrlochsohle (B1) aufweist,
    - zweitens der Bohrstrang (600) mit dem Bohrmeißel (601) wieder aus dem Bohrloch (B) ausgebaut wird, und
    • in einem zweiten Trip (VS3 bis VS10)
    - drittens das Probenahmegerät (1) zwischen Bohrstrang (600) und Bohrmeißel (601) montiert wird,
    - viertens der Bohrstrang (600) und das Probenahmegerät (1) und der Bohrmeißel (601) in das Bohrloch (B) eingebaut werden,
    - fünftens im Bohrloch (B) die Probe (P) ausgehend von der Bohrlochsohle (B1') des zuvor erbohrten Bohrlochs (B) erbohrt wird,
    - sechstens ein Abrisshub (Δz1) durchgeführt wird, bei dem die Probe (P) von der geologischen Formation getrennt wird und danach
    - siebtens der Probenhub (Δz2) durch ein Auslösemodul (AM1, AM2; AM3) ausgelöst wird, so dass ein Gehäuse (G) mit der Probe (P) mittels eines Hubmodules (HBM1, HBM2) in die Druckkammer eines Druckkammermodules (DKM) des Probenahmegerätes (1) gehoben und zwischen einem ersten und einem zweiten Dichtelement (DKM-1, DKM-2) des Druckkammermodules (DKM) druckdicht positioniert wird, sobald das in einer Nichtauslöseposition (I) angeordnete Hubmodul (HBM1, HBM2) durch das Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) eine Auslöseposition (II) einnehmend freigegeben wird,
    - achtens die Probe (P) in dem Gehäuse durch Schließen beider Dichtelemente (DKM-1, DKM-2) der Druckkammer des Probenahmegerätes (1) druckdicht verschlossen wird, wobei die Druckkammer während oder nach dem Schließen druckseitig durch ein Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) beeinflusst wird, welches in einem Verbindungselement (V) angeordnet ist, das zwischen Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) und Hubmodul (HBM1, HBM2) und der Probe (P) angeordnet ist,
    - neuntens der Bohrstrang (600), das Probenahmegerät (1) mit dem Bohrmeißel (601) aus dem Bohrloch (B) ausgebaut werden,
    - zehntens das Probenahmegerät (1) mit der in dem Gehäuse (G) in der druckdichten Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) liegenden Probe (P) von dem Bohrstrang (600) und dem Bohrmeißel (601) getrennt wird.
  11. Verfahren zur Entnahme einer Probe (P) an einem Probenahmeort in einer geologischen Formation mittels einer Bohranlage (500), die einen Bohrstrang (600) und einen endseitigen Bohrmeißel (601) umfasst, bei welchem
    • in einem ersten Trip (VS1, VS2)
    - erstens ein Bohrloch (B) erbohrt wird, das eine Bohrlochsohle (B1) aufweist,
    - zweitens der Bohrstrang (600) mit dem Bohrmeißel (601) wieder aus dem Bohrloch (B) ausgebaut wird, und
    • in einem zweiten Trip (VS3 bis VS10)
    - drittens das Probenahmegerät (1) zwischen Bohrstrang (600) und Bohrmeißel (601) montiert wird,
    - viertens der Bohrstrang (600) und das Probenahmegerät (1) und der Bohrmeißel (601) in das Bohrloch (B) eingebaut werden,
    - fünftens im Bohrloch (B) die Probe (P) ausgehend von der Bohrlochsohle (B1') des zuvor erbohrten Bohrlochs (B) erbohrt wird, und
    - sechstens und siebtens zusammengefasst, ein Abrisshub (Δz1) und ein Probenhub (Δz2) durchgeführt wird, wobei die Probe (P) in dem Abrisshub (Δz1) von der geologischen Formation getrennt wird, und der Probenhub (Δz2) der Probe (P) durch ein Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) ausgelöst wird, so dass ein Gehäuse (G) mit der Probe (P) mittels eines Hubmodules (HBM1, HBM2) in die Druckkammer eines Druckkammermodules (DKM) des Probenahmegerätes (1) gehoben und zwischen einem ersten und einem zweiten Dichtelement (DKM-1, DKM-2) des Druckkammermodules (DKM) druckdicht positioniert wird, sobald das in einer Nichtauslöseposition (I) angeordnete Hubmodul (HBM1, HBM2) durch das Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) eine Auslöseposition (II) einnehmend freigegeben wird,
    - achtens die Probe (P) in dem Gehäuse (G) durch Schließen beider Dichtelemente (DKM-1, DKM-2) der Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) des Probenahmegerätes (1) druckdicht verschlossen wird, wobei die Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) während oder nach dem Schließen druckseitig durch ein Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) beeinflussbar wird, welches in einem Verbindungselement (V) angeordnet ist, das zwischen Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) und Hubmodul (HBM1, HBM2) und der Probe (P) angeordnet ist,
    - neuntens der Bohrstrang (600), das Probenahmegerät (1) mit dem Bohrmeißel (601) aus dem Bohrloch (B) ausgebaut werden,
    - zehntens das Probenahmegerät (1) mit der in dem Gehäuse (G) in der druckdichten Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) liegenden Probe (P) von dem Bohrstrang (600) und dem Bohrmeißel (601) getrennt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der am Probenahmeort herrschende Druck in der Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) des Probenahmegerätes (1) nach dem Schließen beider Dichtelemente (DKM-1, DKM-2) des Probenahmegerätes (1) durch das in das Probenahmegerät (1) integrierte Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) in einem nachfolgenden ersten Teilschritt (VS8.1) des achten Verfahrensschrittes (VS) während der Bergung und darüber hinaus druckseitig beeinflusst wird, wobei das Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) auf einen Überdruck aufgeladen ist, der größer ist, als der in der Probenahmeumgebung herrschende Druck, wodurch der Druck der Probe (P) in der Druckkammer des Druckkammermodules (DKM) eingestellt wird, so dass der Druck am Untersuchungsort mit dem am Probenahmeort herrschenden Druck überein stimmt oder größer ist, als am Probenahmeort.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregulierung in dem nachfolgenden ersten Teilschritt (VS8.1) des achten Verfahrensschrittes (VS8) durch eine sich in einer gekuppelten Position (IV) befindenden Verbindung zwischen dem Hubmodul (HBM1, HBM2) und dem einen Fluid- und Gasraum (AK1-3, AK2-3) aufweisenden Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) bewirkt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregulierung in dem nachfolgenden ersten Teilschritt (VS8.1) des achten Verfahrensschrittes (VS8) durch die sich in der gekuppelten Position (IV) befindende Verbindung zwischen dem Hubmodul (HBM1, HBM2) und dem den Fluid- und Gasraum (AK1-3, AK2-3) aufweisenden Druckregulierungsmodul (AK1, AK2) über den Probenhub (Δz2) des Hubmodules (HMB1, HBM2) gesteuert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhub (Δz2) des Hubmodules (HMB1, HBM 2) von dem Auslösemodul (AM1, AM2, AM3) in einem vorgelagerten ersten Teilschritt (VS7.1) des siebenten Verfahrensschrittes (VS7) gesteuert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösemodul (AM1, AM3) von einem Masseobjekt, insbesondere einer Einwurfkugel (AM1-5; AM3-1, AM3-2) in dem vorgelagerten ersten Teilschritt (VS7.1) des siebenten Verfahrensschrittes (V7) aktiviert wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösemodul (AM2) durch ein Zusammendrücken des Bohrstranges (600) in dem ersten vorgelagerten Teilschritt (VS7.1) des siebenten Verfahrensschrittes (V7) aktiviert wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung des ersten Druckregulierungsmodules (AK1) mit dem Druckkammermodul (DKM) in dem ersten nachfolgenden Teilschritt (VS8.1) des achten Verfahrensschrittes - in einem ersten Kupplungsmodus - nach dem vollständigen Schließen des Druckkammermodules (DKM) am oberen und unteren Ende mit Hilfe der jeweiligen Dichtelemente (DKM-1, DKM-2) stattfindet.
  19. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung des zweiten Druckregulierungsmodules (AK2) mit dem Druckkammermodul (DKM) in dem nachfolgenden ersten Teilschritt (VS8.1) des achten Verfahrensschrittes (VS8) - in einem zweiten Kupplungsmodus - kurz vor dem Schließen des zweiten oberen Dichtelementes (DKM-2) stattfindet, nachdem das erste untere Dichtelement DKM-1 bereits vollständig geschlossen ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung des ersten oder zweiten Druckregulierungsmodules (AK1, AK2) mit dem Druckkammermodul (DKM) in dem nachfolgenden ersten Teilschritt (VS8.1) des achten Verfahrensschrittes (VS8) ein anfängliches Vorpressen der Dichtelemente (DKM-1, DKM-2) bewirkt.
  21. Verwendung eines Autoklav-Probenahmegerätes nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 12 bis 20 oder 11 bis 20.
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