DE3009553A1

DE3009553A1 - Ventil zur verwendung in einem pruefstrang zur untersuchung von formationen in einem bohrloch

Info

Publication number: DE3009553A1
Application number: DE19803009553
Authority: DE
Inventors: Sen Thomas Earl Mcgraw; John Chris Zimmerman
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1980-11-27
Also published as: US4258793A; JPS55152292A; IT1131158B; GB2048982A; NO801456L; ES489275A0; AU5455880A; IT8021834A0; CA1137868A; ES8104486A1; NL8001988A; GB2048982B; DK212780A; BR8001957A

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE . Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Halliburton Company, P.O. Drawer 1431, Duncan Oklahoma 73533, USA

Ventil zur Verwendung in einem Prüfstrang zur Untersuchung von Formationen in einem Bohrloch

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Entspannen von Flüssigkeit, die in einem Bohrloch zwischen einem vorher gesetzten Packer und einem geschlossenen Prüfventil in einem Prüfstrang eingeschlossen ist, wenn der Prüfstrang in den vorher gesetzten Packer eingesetzt wird.

Beim Bohren von öl- und Gasquellen wird Bohrflüssigkeit, bekannt als Bohrschlamm, u.a. benutzt, um Formationsflüssigkeiten durch hydrostatischen Druck in angeschnittenen Formationen zurückzuhalten. Um eine Strömung der Flüssigkeiten zur Oberfläche zum Zwecke der Analyse zu ermöglichen, ist es erforderlich, die zu untersuchende Formation gegen den hydrostatischen

™ Druck der Bohrflüssigkeit im Ringraum der Bohrung zu isolieren. Das geschieht dadurch, daß ein Rohrstrang (Prüfstrang) zu der zu untersuchenden Formation abgesenkt wird und dann der Ringraum zwischen dem Prüfstrang und der Bohrlochwandung oberhalb der Formation mit einem

Packer abgedichtet wird.

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Üblicherweise sitzt am unteren Ende des Prüfstranges ein Prüfventil, welches in geschlossenem Zustand abgesenkt wird, so daß in der zentralen Bohrungs des Prüfstranges ein geringerer Druck herrscht. Nach Isolation der Formation gegenüber dem Ringraum wird das Prüfventil geöffnet, so daß der Druck in dem Bohrloch angrenzend an die zu untersuchende Formation vermindert wird und Formationsflüssigkeiten aus der Formation in das untere Ende des Prüfstranges und von dort zur Oberfläche fließen können.

Gewöhnlich sind in den Prüfstrang Druckfühler angeordnet, derart, daß das Prüfventil geöffnet und geschlossen werden kann und Druckaufzeichnungen vorgenommen werden, um die Ergiebigkeit der zu untersuchenden Formation zu ermitteln.

Es können zwei Arten von Packern benutzt werden. Die erste Art ist ein Packer, der in einen Prüfstrang eingebaut werden kann und durch Manipulation des Rohrstrangs ausgedehnt wird, so daß er eine Abdichtung zwischen der Wandung des Bohrlochs und dem rohrförmigen Prüfstrang bewirkt. Eine zweite Art von Packer ist ein durch ein Drahtseil gesetzter Produktionspacker, der abgesenkt und an der gewünschten Stelle an der Wandung des Bohrlochs befestigt wird. Der Prüfstrang, der eine Dichtanordnung an seinem unteren Ende besitzt, wird dann in das Bohrloch abgesenkt, bis die Dichtanordnung in den Produktionspacker einge-

setzt ist, so daß sie die zur Isolation der Formation erforderliche Abdichtung bewirkt.

Wenn ein Produktionspacker verwendet wird, wird die in dem Bohrloch unterhalb des Produktionspackers eingeschlossene Flüssigkeit komprimiert, wenn der Prüfstrang weiter in seine Endstellung abgesenkt wird.

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nachdem die Dichtanordnung seine Abdichtung in dem Produktionspacker bewirkt hat. Diese in dem Bohrloch unterhalb des Packers eingeschlossene Flüssigkeit muß in die Formation zurück verdrängt werden, wenn die Dichtanordnung weiter in den Packer abgesenkt wird. Das Verdrängen von Bohrflüssigkeit in die

Formation ist unerwünscht, da sie die Porenräume in der Formation, durch welche hindurch öl und Gas er-

._ zeugt werden soll, abschließen oder sonstwie schädigen kann. Wenn ein durch den Ringraumdruck betätigtes Prüfventil mit einem druckbetätigten Trennventil verwendet wird, wie es in der US-PS 3 964 544 oder der US-PS 3 976 136 dargestellt ist, erhöht die Kompression

,r der Flüssigkeit in der zentralen Bohrung des Bohrstranges unterhalb des Prüfventils den Betätigungsdruck des Prüfventils bis zu einem unerwünscht hohen Wert.

2Q Die eingeschlossene Flüssigkeit kann außerdem den Prüfstrang so abstützen, daß seine Abwärtsbewegung bis zum vollständigen Aufsetzen in einem Aufhänger verhindert wird. Wenn anschließend ein Prüfventil in dem Prüfstrang geöffnet wird, kann die eingeschlossene Flüssigkeit abfließen, so daß der Prüfstrang nach unten fallen kann. Das kann wiederum den Prüfstrang oder den Aufhänger beschädigen.

Es ist allgemein üblich, daß bei Verwendung eines Produktionspackers der Prüfstrang in ein Bohrloch abgesenkt wird, bis der Packer "aufgespießt" ist, indem ein Teil des PrüfStranggewichts auf dem Packer abgesetzt wird. Die Änderung der Gewichtsanzeige an der Erdoberfläche infolge Aufspießens des Packers wird benutzt, um die genaue Lage des Packers zu bestimmen.

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Der Prüfstrang wird dann um eine hinreichende Strecke zurückgezogen, so daß ein Aufhänger in den Prüfstrang eingebaut werden kann. Dieser Aufhänger wird benutzt, um das Gewicht des Prüfstranges abzustützen, derart, daß die Dichtanordnung in den Packer eingreift, ohne daß ein unerwünscht großer Teil des Gewichts auf dem Packer abgestützt ist.

Es ist weiterhin häufig erforderlich, über den Prüfstrang eine Druckflüssigkeit, beispielsweise eine Säure, in die Formation zu pressen, um die Formation in bestimmter Weise zu behandeln. Ein solches Verfahren ist in der US-PS 3 976 136 beschrieben. In diesem Falle befindet sich Flüssigkeit unter hohem Druck in der zentralen Bohrung des PrüfStrangs. Diese Flüssigkeit darf aber nicht in den Ringraum zwischen Prüfstrang und Bohrlochwandung oberhalb des Packers austreten, auch wenn der Druck im Inneren des PrüfStrangs höher ist als der Ringraumdruck.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Entspannen derjenigen Flüssigkeit zu schaffen, die zwischen dem vorher gesetzten Packer und einem geschlossenen Prüfventil in dem Prüfstrang eingeschlossen ist, wenn der Prüfstrang in den vorher gesetzten Packer eingesetzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

daß
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. (a) in der rohrförmigen Wandung des in den Prüfstrang unterhalb des Prüfventils eingebauten Geräts ein Durchgang mit einem Rückschlagventil vorgesehen ist, über welches Flüssigkeit aus dem Inneren

des Geräts in den das Gerät umgebenden Außenraum abströmt, wenn der Innendruck den Außendruck übersteigt, und welches schließt und eine Flüssigkeits-

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strömung von dem Außenraum ins Innere des Geräts verhindert, wenn der Außendruck den Innendruck übersteigt, und

(b) Mittel zum Absperren des Durchgangs vorgesehen sind, welche

(b^) durch den Außendruck gesteuert und (b?^ ^ⁿ Schließstellung verriegelbar sind.

Es ist somit unterhalb des Prüfventils und oberhalb der Dichtanordnung am unteren Ende des Prüfstranges ein Rückschlagventil vorgesehen, welches einen Austritt der komprimierten Flüssigkeit in der zentralen Bohrung des PrüfStrangs unterhalb des geschlossenen Prüfventile in den Ringraum oberhalb des Packers gestattet. Wenn der Ringraumdruck erhöht wird, um die Prüfventile zu betätigen, wie sie in der vorerwähnten US-PS 3 964 und der US-PS 3 976 136 beschrieben sind, verhindert das Rückschlagventil einen Anstieg des Drucks in der zentralen Bohrung des PrüfStrangs, und es wird ein Sperrmechanismus betätigt, welcher das Rückschlagventil in einer Schließstellung hält. Der Sperrmechanismus wird dann in der Schließstellung verriegelt, derart, daß eine Formationsbehandlung nach Art der US-PS 3 976 erfolgen kann, ohne daß die Drückflüssigkeit aus der zentralen Bohrung des Prüfstrangs über das Rückschlagventil in den Ringraum austreten kann.

Die Erfindung macht die Verwendung eines vom Ringraumdruck betätigten Prüfgeräts in Verbindung mit einem Produktionspacker möglich, indem der zur Betätigung der Prüfgeräte wirksame Ringraumdruck nicht in unerwünschter Weise erhöht wird und die Betätigung der Geräte auch sonst nicht beeinträchtigt wird.

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'/!Οι Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Vertikalschnitt

eines Bohrlochs vor der Küste mit einer Einrichtung zur Untersuchung einer

Formation und zeigt einen Prüfstrang beim Absenken in das unter Wasser liegende Bohrloch bis zu dem Punkt kurz bevor die Dichtanordnung in einen Produktionspacker eintritt, wobei der

Prüfstrang nach oben bis zu einer schwimmenden Arbeits- und Prüfstation geführt ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im

Vertikalschnitt, einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Rückschlagventil, Abschermitteln zum Festsetzen des Arbeitsdrucks der An-Ordnung und Verriegelungsmitteln.

Fig. 3a bis 3d ergeben nach Zusammensetzen längs der Schnittlinie a-a, b-b und c-c eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,

^ einer zweiten bevorzugten Ausführungs

form der Erfindung und zeigen ein Rückschlagventil mit einer radial ausdehnbaren Gummischürze, Verschlußmitteln zum

Abschließen des Rückschlagventils, wenn

der Ringraumdruck erhöht wird, einer

Verzögerungseinrichtung, durch welche der Abschluß des Rückschlagventils verzögert wird, und einer Verriegelungsein-

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richtung zum Verriegeln der Verschlußmittel in der Schließstellung.

Fig. 4 ist ein Querschnitt des Geräts von

Fig. 3a bis 3d längs der Schnittlinie 4-4 von Fig. 3d.und zeigt Einzelheiten der Verriegelungseinrichtung.

Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann mit einem Prüfstrang für Ölbohrungen vor der Küste benutzt werden, wie er in Fig. 1 dargestellt ist.

In Fig. 1 ist eine schwimmende Arbeitsstation 1 dargestellt, die über einer Ölbohrung zentriert ist, welche auf dem Meeresboden 2 unter Wasser angeordnet ist und ein ein Bohrloch 3 aufweist, welches sich von dem Meeresboden 2 zu einer zu prüfenden Erdformation 5 erstreckt. Das Bohrloch 3 ist üblicherweise mit einer Stahlverrohrung 4 ausgekleidet, die in das Bohrloch einzementiert ist. Eine Unterwasserleitung 6 erstreckt sich von dem Deck 7 der schwimmenden Arbeitsstation 1 zu einem Bohrlochkopf 10. Die schwimmende Arbeitsstation 1 trägt einen Bohrturm 8 und ein Hebezeug 9 zum Anheben und Absenken der Geräte und Werkzeuge zum Bohren, Prüfen und Vervollständigen der Ölbohrung.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein Prüfstrang 14 in das Bohrloch der Ölbohrung abgesenkt. Der Prüfstrang

^ου 14 enthält solche Geräte wie eine Gleitverbindung 15 zum Ausgleich der Wellenbewegung der schwimmenden Arbeitsstation 1 beim Absenken des PrüfStrangs, ein Prüfventil 16 und ein Zirkulationsventil 17.

Die Gleitverbindung 15 kann ähnlich der in US-PS 3 354 beschriebenen sein. Das Prüfventil 16 kann ein vom Ringraumdruck gesteuertes Prüfventil sein, vorzugsweise ein vollständig öffnendens Prüfventil, wie es

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in der US-PS 3 856 085 oder der US-PS 3 976 136 oder in der US-PS 3 964 544 beschrieben ist.

Das Zirkulationsventil 17 ist vorzugsweise ebenfalls ein vom Ringraumdruck gesteuertes Ventil, wie es in der US-PS 3 850 250 beschrieben ist, oder es kann ein kombiniertes Zirkulationsventil mit Probenahmemechanismus sein, wie es in der US-PS 4 063 593 oder der US-PS 4 064 937 beschrieben ist. Das Zirkulationsventil 17 kann auch ein wiederschließbares Ventil sein, wie es in der US-PS 4 113 012 beschrieben ist.

Wie in den vorerwähnten US-Patentschriften geschildert ist, werden sowohl das Prüfventil 16 als auch das Zirkulationsventil 17 durch den Ringraumdruck betätigt, der von'einer Pumpe 11 auf dem Deck der schwimmenden Arbeitsstation 1 erzeugt wird. Druckänderungen werden über ein Leitungsrohr 12 auf den Ringraum 13 zwischen der Verrohrung 4 und dem Prüfstrang 14 übertragen. Der Ringraumdruck ist gegen die zu prüfende Erdformation 5 durch einen Packer 18 isoliert, der in die Verrohrung des Bohrlochs dicht oberhalb der Erdformation 5 eingesetzt ist. Das Rückschlagventilgerät 20 der vorliegenden Erfindung ist in den Prüfstrang 14 unterhalb des Prüfventils 16 angeordnet. Dieses Rückschlagventilgerät 20 wird in besonders" vorteilhafter Weise in Verbindung mit einem Produktionspacker 18 für die laufende Förderung verwendet. Das kann beispielsweise der Baker-Packer Modell D, der Otis-Packer Typ W oder

der Halliburton-Packer EZ DRILL SF sein. Solche Packer sind in der Ölbohrungs-Prüftechnik wohl bekannt.

Der Prüfstrang 14 enthält eine Dichtanordnung 19 am unteren Ende des Prüfstranges, welche durch einen Kanal in dem Produktionspacker hindurchsticht und eine Dichtung bildet, welche den Ringraum 13 oberhalb des Packers 18 von dem inneren Bohrlochteil 104 des

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Bohrlochs unmittelbar angrenzend an die Erdformation und unterhalb des Packers 18 trennt.

Ein durchbrochenes Endstück 105 ist am unteren Ende der Dichtanordnung 19 vorgesehen und gestattet eine Strömung von Formationsflüssigkeiten aus der Erdformation 5 in den Längskanal des PrüfStrangs 14. Formationsflüssigkeit wird in den Bohrlochteil 104 durch Durchbrüche 108 eingelassen, die in der Verrohrung 4 angrenzend an die Erdformation 5 vorgesehen sind.

Eine Formationsprüfung, welche die Strömung von Flüssigkeit aus der Erdformation 5 durch den Längskanal in dem Prüfstrang 14 dadurch steuert, daß Ringraumdruck auf den Ringraum 13 durch die Pumpe 11 gegeben und dieser Druck wieder abgesenkt wird, so daß das Prüfventil 16 und das Zirkulationsventil 17 betätigt wird, und bei welcher die Druckaufbaukurven mit geeigneten Druckfühlern in dem Prüfstrang 14 gemessen werden, ist in den vorerwähnten Patenten beschrieben.

Der Prüfstrang 14 wird in das Bohrloch 3 durch das Hebezeug 9 abgesenkt, bis ein Aufhänger 100 in tragenden Kontakt mit einer Tragkonsole 101 in Höhe des Meeresbodens 2 kommt. Oberhalb des Aufhängers 100 sitzt ein Unterwasser-Prüfbaum 102, der beispielsweise der druckbetätigte Unterwasser-Prüfbaum nach US-PS 4 116 sein kann.

Eine übliche Art und Weise der Anbringung des Aufhängers 100 an der richtigen Stelle in dem Prüfstrang 14 besteht darin, daß der Prüfstrang 14 ohne den Aufhänger in das Bohrloch 3 abgesenkt wird, bis die Dichtanordnung 19 ständig in den Packer 18 eingeführt ist und das untere

*" Ende des PrüfStrangs 14 oben auf dem Packer 18 aufsitzt. Dieser Moment wird an der Erdoberfläche durch eine Verminderung des angezeigten Gewichts des PrüfStrangs

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angezeigt, wenn mehr und mehr Gewicht auf dem Packer abgestützt ist. Der Prüfstrang wird dann markiert und soweit wieder herausgezogen, daß der Aufhänger 100 in dem Prüfstrang 14 im richtigen Abstand unterhalb der Marke eingebaut wird, derart, daß bei Wiederabsenken des PrüfStrangs 14 in das Bohrloch 3 der Aufhänger auf der Tragkonsole 101 aufliegt und die Dichtmittel 19 in den Packer 18 eingeführt sind aber ohne daß das Gewicht des Prüfstrang 14 auf dem Packer 18 abgestützt ist.

Wenn die Dichtanordnung 19 in den Packer 18 eingeführt ist, wird Flüssigkeit in dem Bohrlochteil 104 eingeschlossen. Diese eingeschlossene Flüssigkeit muß in die Formation zurückverdrängt werden, wenn die Dichtanordnung 19 weiter in das Innere des Bohrungsteils eingeführt wird. Diese Bewegung der Dichtanordnung 19 • und des durchbrochenen Endstücks 105 in den Bohrlochteil 104 bewirkt einen Druckanstieg in dem Bohrlochteil 104, wodurch der Druck, der zur Betätigung eines druckbetätigten Trennventils erforderlich ist, erhöht wird, wenn ein Trennventil nach Art der US-PS 3 964 544 verwendet wird.

Das Rückschlagventilgerät 20 ist unterhalb des Prüfventils 16 eingebaut und gestattet einen Austritt der in dem inneren Bohrlochteil 104 eingeschlossenen Formationsflüssigkeit in dem Ringraum 13, wenn die Dichtanordnung 19 weiter und weiter in den inneren Bohrlochteil 104 hineingedrückt wird. Das verhindert einen übermäßigen Druckaufbau im Inneren des Prüfstranges 14 unterhalb des Prüfventils 16 und verhindert auch, daß Bohrschlamm in dem inneren Bohrlochteil 104 in die Formation 5 gedrückt wird, wenn der Prüfstrang auf seinem letzten Wegstück in seine Arbeitsstellung abgesenkt wird.

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Eine der bevorzugten Ausführungsformen ist als Rückschlagventilgerät 20 in Fig. 2 dargestellt. Das Rückschlagventilgerät 20 besitzt ein oberes äußeres Gehäuse 21 , ein unteres äußeres Gehäuse 22 und eine Innenbohrung 25, welche mit dem Strömungskanal durch den Prüfstrang in Verbindung steht.

In dem oberen, äußeren Gehäuse 21 ist ein Gewinde 23 vorgesehen, um das Rückschlagventilgerät 20 mit dem Prüfstrang beispielsweise unter dem Prüfventil zu verbinden, wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde. Das Prüfventil kann, wie gesagt, der US-PS 3 976 T36 oder der US-PS 3 964 544 entsprechen. In einem unteren, äußeren Gehäuse 22 ist ein Gewinde 24 vorgesehen,

•5 um das Rückschlagventilgerät 20 in den Prüfstrang, wie in Verbindung mit Fig. 1 erörtert, einzubauen.

Durch das obere, äußere Gehäuse 21 verläuft ein Strömungskanal 26 und ein Druckkanal 27. Die Verbindung

durch den Strömungskanal 26 ist durch ein Rückschlagventil gesteuert, welches einen Ventilschieber 28 mit einer oberen Schieberhülse 29 und einem Bund 30 am unteren Ende der Schieberhülse aufweist. Die Schieberhülse 29 deckt den Strömungskanal 26 ab, wenn der

Ventilschieber 28 in seiner normalen, oberen Stellung ist.

An dem oberen, äußeren Gehäuse 21 ist eine Eindrehung 31 vorgesehen, welche die Schieberhülse 29 aufnimmt. Eine untere Eindrehung 32 nimmt den Bund 30 des Ventilschiebers

28 auf. Die Schulter zwischen der Eindrehung 31 und der Eindrehung 32 bildet eine Kammer 33 zwischen dem Gehäuse 21, und der Schieberhülse 29 und dem Bund 30 des Ventilschiebers 28. Diese Kammer 33 steht mit

dem Druckkanal 27 in Verbindung und damit mit der 35

Innenbohrung 25 des Rückschlagventilgeräts 20.

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In der Eindrehung 32 ist eine Feder 34 vorgesehen, welche den Ventilschieber 28 federnd nach oben drückt. Ein Anschlagring 35 ist durch Scherschrauben 36 abscherbar gehalten und begrenzt die Aufwärtsbewegung des Ventil-Schiebers 28, bis eine durch die Scherschrauben 36 ' vorgegebene Kraft in Aufwärtsrichtung überschritten ist. Zwischen dem Ventilschieber 28 und dem äußeren Gehäuse 21 sind Dichtmittel, beispielsweise O-Ringe 41 und 42 vorgesehen, wie in Fig. 2 dargestellt ist, derart, daß wenn der Ventilschieber 28 in seiner normalen Stellung ist, der Strömungskanal 26 und der Druckkanal 27 abgeschlossen sind und eine Verbindung zwischen der Innenbohrung 25 und dem das Rückschlagventxlgerät 20 umgebenden Ringraum verhindert wird.

Wenn der Druck in der Innenbohrung 25 den Druck im Ringraum übersteigt, wird dieser Druck über den Druckkanal 27 auf die Kammer 33 übertragen und erzeugt eine nach unten gerichtete Kraft auf den Ventilschieber

28. Wenn die Druckdifferenz hinreichend groß ist, um die von der Feder 34 ausgeübte Kraft zu überwinden, bewegt sich der Ventilschieber 28 nach unten, bis der Strömungskanal 26 geöffnet wird und eine Strömung aus der ühnenbohrung 25 zu dem das Rückschlagventxlgerät 20 umgebenden Ringraum fließen kann. Diese Strömung vermindert den Innendruck in der Innenbohrung 25 soweit, daß die Feder 34 den Ventilschieber wieder nach oben schieben kann, bis die Schieberhülse 29 wieder den Strömungskanal 26 abdeckt und die Innenbohrung 25

gegenüber dem das Rückschlagventxlgerät 20 umgebenden Ringraum durch die O-Ringdichtungen 41 und 42 abgedichtet ist.

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Wenn der Ringraumdruck erhöht wird, um die anderen, auf den Ringraumdruck ansprechenden Geräte im Prüfstrang zu betätigen, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, wird infolge des gegenüber dem Druck in der Innenbohrung 25 des Rückschlagventilgeräts 20 höheren Drucks in dem Ringraum eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt. Wenn diese nach oben gerichtete Kraft ausreicht, die Scherschrauben 36 in dem Anschlagring 35 abzuscheren, bewegt sich der Ventilschieber 28 nach oben in seine oberste, verriegelte Stellung.

Zwischen dem Bund 30 des Ventilschiebers 28 und dem äußeren Gehäuse 21 des Rückschlagventilgeräts 20 und einer Hülse 46 ist ein Sprengring 45 vorgesehen. Der Sprengring 45 verriegelt den Ventilschieber 28 in der obersten Stellung und hält damit den Strömungskanal geschlossen, wenn der Bund 30 des Ventilschiebers 28 sich so weit nach oben bewegt, daß der Sprengring 45 freigelegt wird. Wenn somit der Innendruck in der Innenbohrung 25 über den Ringraumdruck angehoben wird, beispielsweise bei einer Säurebehandlung, wie sie in Verbindung mit dem in US-PS 3 964 544 gezeigten Prüfventil beschrieben ist, wird der Ventilschieber 28 nicht wieder in die Offenstellung bewegt.

Die Hülse 46 ist so bemessen, daß sich der Bund 30 des Ventilschiebers 28 frei nach oben und unten bewegen kann, wie oben beschrieben. Gegebenenfalls könnte die

Hülse 46 als Teil des oberen, äußeren Gehäuses 21 hergestellt werden.

Im Betrieb ist das Rückschlagventilgerät 20 in einen Prüfstrang mit einem Prüfventil, beispielsweise

nach US-PS 3 964 544, eingebaut, so daß der Strömungsdurchgang durch das Prüfventil 14 von der Erdformation

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zu der Arbeitsstation 1 geöffnet und geschlossen werden kann.

Ein weiterer Strömungskanal ist durch das Gehäuse 21 des Rückschlagventilgeräts 20 hindurch über den Längskanal des PrüfStrangs, der die Innenbohrung 25 des Rückschlagventilgeräts 20 enthält, zu dem Ringraum 13 des Bohrlochs hergestellt. Dieser weitere Strömungskanal ist durch die Schieberhülse 29 des Ventilschiebers 28 abgesperrt. Dieser Ventilschieber bildet einen Teil eines Rückschlagventils, das durch einen Differenzdruck zwischen der Innenbohrung 25 und dem Ringraum 13 betätigt wird» Wenn der Druck in der Innenbohrung 25 um einen solchen Betrag höher ist als der Druck in dem Ringraum 13, daß die Kraft der Feder 34 überwunden wird, bewegt sich der Ventilschieber 28 in die Offenstellung.

Wenn der Ringraumdruck gleich dem Druck in der Innenbohrung 25 ist, bewegt sich der Ventilschieber 28 in die Schließstellung. Wenn der Ringraumdruck zum Öffnen des Prüfventils 16 erhöht wird und um einen Betrag höher ist als der Druck in der Innenbohrung 25, der ausreicht, um die Scherschrauben 26 abzuscheren, bewegt sich der Ventilschieber 28 in eine verriegelte Schließstellung.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist als Gerät 20a in den Figuren 3a bis 3d dargestellt.

Das Gerät 20a enthält ein Gehäuse 110 mit einem oberen

Gehäuseteil 50, welcher ein Innengewinde 51 zur Befestigung des Geräts 20a an einem Prüfstrang oberhalb des Geräts Aufweist, ei.n Rückschlagventilgehäuse 52 mit einem oberen Ansatz 53, der eine Schulter 54 bildet, ein Dämpfungskammergehäuse 55, ein Zwischen-

gehäuse 56 und einen unteren Gehäuseteil 57 mit einem unteren Gewindeansatz 58 zur Befestigung des Geräts 20a an einem Prüfstrang unterhalb des Geräts.

Das rohrförmige Gehäuse 110 besitzt eine Innenbohrung 59,

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die durch das gesamte Gerät 20a hindurchverläuft.

Innerhalb des rohrförmigen Gehäuses sitzt ein gleitbeweglicher rohrförmiger Innenteil 112 mit einem Schieber 60, einem oberen Ansatz 64, der mit dem oberen Ende des Schiebers 60 verschraubt ist, und einem Kolbenteil 61 , der einen Abschnitt 62 von vermindertem Außendurchmesser sowie ein unteres Ende 63 aufweist.

Das Gerät 20a enthält ein Rückschlagventil 65 mit einer Mehrzahl von Rückschlagventilöffnungen 66 durch das Rückschlagventilgehäuse 52, welche mit einer Mehrzahl von seitlichen öffnungen 67 in dem oberen Ansatz des Innenteils in Verbindung stehen, über dem oberen Ansatz 53 des Rückschlagventilgehäuses 52 sitzt eine Rückschlagventilhülse 68 mit einem Bund 69, der zwischen der Schulter 54 des Ansatzes 53 und dem unteren Ende des oberen Gehäuseteils 50 gehalten ist, wie in Fig. 3a dargestellt ist. Diese Anordnung hält die Rückschlagventilhülse 68 sicher in ihrer Lage.

über den Rückschlagventilöffnungen 66 sitzt, wie in Fig. 3b dargestellt ist, eine Gummischürze 70, die durch die Lippe 71 am unteren Ende der Rückschlagventilhülse 68 gehalten wird. Diese Gummischürze 70 ist vorgesehen, um einen Flüssigkeitsdurchgang aus der Innenbohrung 59 durch die miteinander in Verbindung stehenden öffnung 67 und 66 in den Bereich außerhalb

des Geräts 20a zu gestatten, während eine Flüssigen
^ου keitsströmung aus dem Ringraum außerhalb des Geräts 20a in die Innenbohrung 59 durch die erwähnten Öffnungen 66 und 67 verhindert wird.

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Zwischen dem Ansatz 53 des Rückschlagventilgehäuses 52 und dem oberen Ansatz 64 des Innenteils 112 ist eine Dichtung 72 vorgesehen, welche eine Abdichtung zwischen dem Ansatz 53 und dem Schieber 60 bewirkt, wenn der Innenteil 112 nach oben in seine Schließstellung bewegt wird.

Zwischen dem Zwischengehäuse 56 und dem Kolbenteil 61 des Innenteils 112 ist eine in Fig. 3d dargestellte Antriebskammer 73 gebildet. Ein Antriebsdruckeinlaß 74 durch das Zwischengehäuse 56 stellt eine Verbindung zwischen dem Ringraum außerhalb des Geräts 20a und der Antriebskammer 73 her.

Zwischen dem Dämpfungskammergehäuse 55 und dem Schieber 60 ist, wie in Fig. 3c dargestellt ist, eine ölgefüllte Kammer vorgesehen, die in einen oberen Kammerteil 75 und einen unteren Kammerteil 66 unterteilt ist. Das untere Ende des ölgefüllten unteren Kammerteils 76 ist durch eine Dichtung 77 abgedichtet. Im unteren Ende der Antriebskammer 73 ist eine in Fig. 3d dargestellte Dichtung 78 vorgesehen, die einen kleineren Radius hat als die Dichtung 77, so daß in dem Kolbenteil 61 ein Ringkolben gebildet wird und ein Ringraumdruck, der höher als der Druck in der Innenbohrung 59 des Geräts 20a ist, den Kolbenteil 61 und den damit verbundenen Innenteil nach oben drückt.

Zwischen dem Schieber 60 und dem Dämpfungskammergehäuse 55 ist eine in Fig. 3b gezeigte obere Dichtung 79 vorgesehen, welche das obere Ende des ölgefüllten Kammerteils 75 abdichtet.

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In dem ölgefüllten Kammerteil 75 ist eine mechanische Feder 80 vorgesehen, welche den Schieber 60 und Innenteil 112 nach unten in eine Offenstellung drückt, in welcher Flüssigkeit durch die miteinander in Verbindung stehenden Öffnungen 67 und 66 hindurchströmen kann. In dem Schieber 60 ist ein Anlagering 81 vorgesehen, welcher die Feder 80 zusammendrückt, wenn sich der Innenteil nach oben bewegt. Der Anlagering 81 ist durch einen Haltering 82 gesichert. Zwischen dem Haltering 82 und dem oberen Ende des Kolbenteils 61 ist ein Dämpfungskolben 83 gehalten, welcher Dichtungen 84 und 85 enthält, um den oberen ölgefüllten Kammerteil 75 von dem ölgefüllten Kammerteil 76 zu trennen.

In dem Dämpfungskolben 83 ist ein Dämpfungskanal 86 vorgesehen, wie in Fig. 3c dargestellt. Der Dämpfungskanal 86 enthält Strömungsregelmittel 87, beispielsweise eine Lee Visco Düse der Lee Company, Westbrook Connecticut. Diese Strömungsregelmittel 87 sind vorgesehen, um die Rate des öldurchtritts aus dem oberen Kammerteil 75 in den unteren Kammerteil 76 und damit die Bewegung des Innenteils 112 in Aufwärtsrichtung zu regeln. Umgehungsmittel enthalten einen Umgehungskanal 88, einen O-Ring 89 und eine V-Nut 90 in dem Dämpfungskolben 83 und gestatten eine Umgehung für das öl um die Strömungsregelmittel 87, wenn der gleitbewegliche Innenteil sich in Abwärtsrichtung bewegt.

In Fig. 3d dargestellte Verriegelungsmittel sind im on

unteren Ende des Geräts 20a vorgesehen und enthalten eine Ausnehmung 92 zwischen dem unteren Gehäuseteil 57 und dem unteren Ende 63 des Kolbenteils 61. In der Ausnehmung 92 sitzt ein Ring 93 mit einer Mehrzahl von Kolben 94 die in abgestuften Löchern 99 im Abstand

längs seines Umfangs angeordnet sind. Jeder Kolben 94 weist eine Nut 95 auf. Um die Kolben in dem Ring 93 ist

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ein O-Ring 96 gespannt, welcher eine nach innen gerichtete Kraft auf jeden Kolben ausübt.

Die Wirkungsweise der Verriegelungsmittel ist besser verständlich bei Bezugnahme auf Fig. 4, die einen Querschnitt des Geräts 20a längs der Schnittline 4-4 von Fig. 3d zeigt. Der O-Ring 96 ist der Deutlichkeit halber in Fig. 4 weggelassen worden.

Der Ring 93 hat eine Nut 97, die mit der Nut 95 in den Kolben 94 fluchtet und den O-Ring 96 aufnimmt. In dem Ring 93 ist eine weiter nach innen gehende Nut 98 vorgesehen, welche es dem O-Ring 96 gestattet, sich radial einwärts zu bewegen und die Stopfen 94 bis zu dem Grund der gestuften Löcher 99 zu bewegen, wenn das Ende 63 in die oberste Stellung geht.

Wenn der Innenteil sich nach oben bewegt und die öffnung 66 abdeckt, bewegt sich das untere Ende 63 des Innenteils nach oben, bis es die Kolben 94 freigibt und eine Einwärtsbewegung der Kolben in ihre Riegelstellung gestattet. Wenn die Stopfen 94 nach innen bewegt worden sind, kann der Innenteil 112 nicht nach unten an den Kolben 94 vorbeibewegt werden, die sich nun in die

Innenbohrung 59 des Geräts 20a erstrecken.

Wenn das Gerät 20 in Fig. 1 durch das Gerät 20a ersetzt wird und der Prüfstrang in das Bohrloch 3 abgesenkt

wird, ist der Druck im Ringraum 13 gleich dem Druck on

in der Innenbohrung 59 des Geräts 20a. Somit erfolgt während des Absenkens des PrüfStrangs keine Strömung von Flüssigkeit durch die miteinander in Verbindung stehenden Öffnungen 66 und 67. Wenn der Prüfstrang hinreichend weit abgesenkt ist, derart,

daß die Dichtanordnung 19 abdichtend in den Packer eingeführt ist, beginnt der Druck in der Innenbohrung 59 auf einen höheren Wert anzusteigen als der Druck im Ringraum 13, wenn der Prüfstrang weit in

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das Bohrloch abgesenkt ist und die in dem Bohrlochteil 104 eingeschlossene Bohrlochflüssigkeit durch die in den Bohrlochteil 104 hineinbewegte Dichtanordnung zusammengedrückt wird. Dieser erhöhte Druck in der Innenbohrung 59 bewirkt eine Bewegung der Gummischürze 70 radial nach außen und gestattet eine Strömung von Flüssigkeit durch die öffnungen 67 und in den Ringraum. Wenn genug Flüssigkeit aus der Innenbohrung 59 ausgetreten ist, ist der Druck in der Innenbohrung 59 wieder gleich dem Ringraumdruck, und die Gummischürze 70 bewegt sich in ihre Schließstellung zurück.

Auf diese Weise wird Bohrlochflüssigkeit aus dem Bohrlochteil 104 entfernt, bis der Prüfstrang vollständig in seiner richtigen Lage ist. Wenn der Prüfstrang hinreichend weit abgesenkt ist, wird ein Teil des PrüfStranggewichts auf dem Packer 18 abgestützt. Das wird an der Erdoberfläche als Änderung der "Gewicht am Haken"-Anzeige registriert. Der Prüfstrang wird an Deck 7 der Arbeitsstation 1 markiert, und der Prüfstrang 14 wird um eine solche Strecke aus dem Bohrloch herausgezogen, das der Aufhänger 100 an der richtigen Stelle in den Prüfstrang eingebaut werden kann. Der Prüfstrang 14 wird dann wieder in das Bohrloch abgesenkt, bis der Aufhänger 100 auf der Tragkonsole 101 zur Auflage kommt. Der Aufhänger wird in den Prüfstrang 14 so eingebaut, daß das Gewicht des Prüfstranges 14 unterhalb des Aufhängers 100 durch

den Aufhänger 100 bei in den Packer 18 eingeführter Dichtanordnung 19 aufgenommen wird.

Wenn der Prüfstrang 14 aus dem Bohrloch 4 zurückgezogen wird, um den Aufhänger 100 einzubauen, wird das Volumen der Dichtanordnung 19 und des durchbrochenen Endstücks 105 aus dem Bohrlochteil 104 des Bohrloches herausgezogen. Wenn die Bohrlochflüssigkeit in dem Bohrlochteil 105 nicht ersetzt wird, wird der Druck

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in der Innenbohrung 59 des Geräts geringer als der Druck in dem Ringraum 13. Bei der in Verbindung mit Fig. 2 erörterten Ausführungsform würde dieser geringere Druck ein Abscheren der Scherschrauben 36 bewirken, und die Schieberhülse 29 würde sich nach oben bewegen und einrasten, so daß der Strömungsdurchgang abgesperrt bliebe. Somit könnte das in Verbindung mit Fig. 2 erörterte Gerät nicht wiederbenutzt werden, um die Dichtanordnung 19 wieder einzuführen, nachdem der Aufhänger 100 in den Prüfstrang 14 eingebaut wurde. Bei dem im Zusammenhang mit den Figuren 3a bis 4d diskutierten Gerät würden .die Strömungsregelmittel 87 in dem Dämpfungskolben 83 die Bewegung des Innenteils in Aufwärtsrichtung steuern, wenn der Druck in der Innenbohrung beim Einbauen des Aufhängers 100 wie beschrieben abgesenkt würde. Diese verzögerte Bewegung des gleitbeweglichen Innenteils 112 würde ausreichen, um es der Erdformation zu gestatten. Flüssigkeit zum Ausfüllen des Bohrlochteils 104 zu erzeugen und das Herausziehen der Dichtanordnung 19 aus dem Packer 18 zu ermöglichen.

Der Aufhänger 100 könnte dann in den Prüfstrang 14 eingebaut, werden und der Prüfstrang 14 könnte wieder in das Bohrloch abgesenkt werden, bis der Aufhänger 100, wie oben beschrieben, auf der Tragkonsole 101 abgestützt ist.

Dann kann das vom Ringraumdruck betätigte Prüfventil 16 in üblicher Weise betätigt werden. Wenn der Ringraumdruck erhöht wird, um das Prüfventil 16 zu betätigen,

bewegt sich der gleitbewegliche Innenteil mit der on
^UW vorgegebenen Geschwindigkeit nach oben, bis der Schieber 60 die Öffnungen 66 absperrt und das untere Ende 63 an den Kolben 94 vorbeigeht. Die Kolben 94 bewegen sich dann nach innen und verriegeln das Rückschlagventil im geschlossenen Zustand für den Rest des Prüfprogramms.

Diese verriegelte Schließstellung wäre weiter vorteilhaft, da eine Bohrlochbehandlung durch Hinabpumpen verschiedener bohrlochbehandelnder Flüssigkeiten

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durch den Prüfstrang und in die Erdformation 5 durchgeführt werden könnten, wobei der Druck in der Innenbohrung 59 bei Schließstellung des Rückschlagventils 65 erhöht werden könnte. Diese Bohrlochbehandlung ist im einzelnen in Verbindung mit dem Prüfventil in der US-PS 3 964 544 beschrieben.

Die Ausführungsform nach den Figuren 3a bis 3d kann benutzt werden mit einer langen Dichtanordnung 105, um die Notwendigkeit einer Gleitverbindung 15 zu vermeiden. Die Wirkung des Rückschlagventils 65 und der Dämpfungsmittel 87 würde eine Auf- und Abbewegung der Dichtanordnung 105 in dem Packer 18 mit der Wellenbewegung der schwimmenden Arbeitsstation 1 gestatten, während der Prüfstrang in seine Arbeitsstellung abgesenkt wird, ohne daß das Rückschlagventil 65 schließt.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 3a bis 3d wird das Gerät 20a in einen Prüfstrang 14 so eingebaut, daß die Tnnenbohrung 59 des Geräts einen Teil des Strömungskanals durch den Prüfstrang von der Erdformation

5 zu der Arbeitsstation 1 bildet. Dieser Strömungskanal wird von dem Prüfventil 16 im Prüfstrang be- herrscht, das auf den Ringraumdruck anspricht.

Ein weiterer Strömungsdurchgang durch die rohrförmige Wandung des Geräts 20a wird von den öffnungen

6 6 hergestellt, die mit den Öffnungen 67 in dem oberen Ansatz 64 verbunden sind. Dieser weitere Strömungsdurchgang wird durch ein auf Differenzdruck ansprechendes Ventil beherrscht, welches die radial ausdehnbare Gummischürze 70 enthält, welche rings um den äußeren Umfang des Geräts über den öffnungen 66

vorgesehen ist, derart, daß wenn der Druck in der Innenbohrung 59 größer ist, die Gummischürze 70 von den Öffnungen 66 wegbewegt wird und eine Flüssigkeitsströmung aus der Innenbohrung 59 in den Ringraum

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ermöglicht wird. Wenn der Ringraumdruck höher ist als der Druck in der Innenbohrung 59, wird die Gummischürze 70 abdichtend gegen die öffnungen 66 gedruckt, so daß keine Flüssigkeit aus dem Ringraum 13 in die Innenbohrung 59 strömen kann.

Wenn der Ringraumdruck während einer hinreichenden langen Zeit auf einem erhöhten Wert gehalten wird, bewegt sich der Innenteil 112 nach oben und dichtet die inneren Enden der öffnungen 66 in einer verriegelten Schließstellung.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Gerät zum Entspannen von Flüssigkeit, die in einem Bohrloch zwischen einem vorher gesetzten Packer und einem geschlossenen Prüfventil in einem Prüf— strang eingeschlossen ist, wenn der Prüfstrang in den vorher gesetzten Packer eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) in der rohrförmigen Wandung des in den Prüfstrang unterhalb des Prüfventils eingebauten Geräts (20,2Oa) ein Durchgang (26,66) mit einem Rückschlagventil (28,65) vorgesehen ist, über welches Flüssigkeit aus dem Inneren des Geräts (2O,2Oa) in den das Gerät umgebenden

Außenraum abströmt, wenn der Innendruck den Außendruck übersteigt, und welches schließt und eine Flüssigkeitsströmung von dem Außenraum

ins Innere des Geräts (20,2Oa) verhindert, wenn

der Außendruck den Innendruck übersteigt,

und

(b) Mittel (28,6O) zum Absperren des Durchgangs vorgesehen sind, welche

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ORIGINAL INSPECTED

(b.) durch den Außendruck gesteuert und

(b_) in Schließstellung verriegelbar sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Mittel zum Absperren des Durchgangs einen gleitbeweglichen, rohrförmigen Innenteil (122) aufweisen, der im Inneren des Geräts (2Oa) zwischen einer Offenstellung, in welcher der

Zugang der Flüssigkeit aus dem Inneren des Geräts (2Oa) zu dem Rückschlagventil (65) geöffnet ist, in eine Schließstellung verschiebbar ist, in welcher der Zugang der Flüssigkeit zu dem Rückschlagventil (65)

unterbrochen ist,

(b) an dem Innenteil (122) auf Druck ansprechende Mittel (61) vorgesehen sind, durch welche bei einer Erhöhung des Außendrucks der gleit

bewegliche Innenteil (122) aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar ist, und

(c) mit dem gleitbeweglichen Innenteil (122) Verzögerungsmittel (75,76,83,86) zusammenwirken,

durch welche die Bewegung des gleitbeweglichen Innenteils (122) für eine Zeitspanne nach Erhöhung des Außendrucks verzögert wird.

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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Geräts (2Oa) Durchgangsöffnungen (66) aus dem Inneren des Geräts zum Außenraum vorgesehen sind und das Rückschlagventil (65) eine Gummischürze (70) enthält, welche um den Umfang des Geräts (20a) über die Durchgangsöffnungen (66) erstreckt und an einem Ende befestigt ist, wobei diese Gummischürze (70) radial

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ausdehnbar ist und Flüssigkeit durch die Durchgangsöffnungen (66) aus dem Inneren des Geräts zum Außenraum strömen läßt und die Durchgangsöffnungen (66) abdeckt, wenn der Außendruck wenigstens gleich dem Innendruck ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) in der Wandung des Geräts (2Oa) eine Kammer gebildet ist und

(b) die Verzögerungsmittel

(b.) einen als Ringkolben ausgebildeten

Dämpfungskolben (83) längs des ümfangs des gleitbeweglichen Innenteils (122) aufweisen, welcher die Kammer in einen oberen und einen unteren Kammerteil (75 bzw. 76) unterteilt, sowie

(b„) Flüssigkeit in den oberen und unteren Abschnitten (7 5,76) der Kammer und

(J₃ ) einen Strömungsregler (87) , über welchen

Flüssigkeit mit einer geregelten Rate aus einem Kammerteil (75) in den anderen (76) übertritt, wenn sich der Dämpfungskolben (83) infolge einer Bewegung des

™ gleitbeweglichen Innenteils (122)

durch die Kammer bewegt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Verzögerungsmittel weiterhin einen

Umgehungskanal (88) aufweisen, welcher den Strömungsregler (87) umgeht, wenn sich der

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gleitbewegliche Innenteil (122) von der

Schließstellung weg- und zu der Offenstellung hinbewegt, und

(b) in einem der Kammerteile (75) eine Feder (80) angeordnet ist, welche den gleitbeweglichen Innenteil (122) in Richtung auf die Offenstellung vorbelastet.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet/ daß der gleitbewegliche Innenteil (122) in der Schließstellung verriegelbar ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) in der rohrförmigen Wandung des Geräts (22a) ein zu dem Außenraum hin öffnender Arbeitsdruckeinlaß (74) vorgesehen ist und

(b) der in dieser rohrförmigen Wandung gleitbewegliche Innenteil (122) einen Abschnitt (62) von vermindertem Durchmesser aufweist, welcher

• von dem über den Arbeitsdruckeinlaß (74) zwischen der rohrförmigen Wandung und dem darin

gleitbeweglichen Innenteil (122) wirkenden Druck beaufschlagt ist.

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