DE3587729T2 - Untersuchungsvorrichtung zur Mehrfachausnutzung. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Prüfwerkzeug für mehrere Betriebsarten.
• Allgemein werden an Öl- und Gasbohrungen Bohrungsprüf- und -stimulierungsarbeiten ausgeführt, um das Produktionspotential zu bestimmen und, falls möglich, zu erhöhen. Bei der Fließprüfung einer Bohrung wird ein Prüfventil an einem Gestängerohrstrang oberhalb eines Packers in die Bohrung herabgelassen. Nach Setzen des Packers wird das Prüfventil periodisch geöffnet und geschlossen, um den Formationsfluß, den Druck und die Geschwindigkeit des Druckwiederaufbaues zu bestimmen.
• Allgemein enthält ein Prüfstrang auch ein Gestängerohrprüfventil und ein Zirkulationsventil oberhalb des Prüfventils, wobei das erstere vor der Durchführung der Prüfung gestattet, die Druckdichtheit des Strangs zu prüfen, und das letztere nach dem Ende der Prüfung die Zirkulation von Formationsfluiden aus dem Strang ermöglicht.
• Es ist wünschenswert, insbesondere bei Durchführung der Prüfungen an Bohrungen im Meer, einen Prüfstrang einzusetzen, der zur Betätigung der darin befindlichen Werkzeuge ein Minimum an Verdrehung oder Hin- und Herbewegung des Gestängerohres erfordert, damit die Bohrlochsicherung während des Großteils der Arbeiten geschlossen gehalten wird. Es sind sogenannte auf Ringraumdruck ansprechende Bohrlochwerkzeuge entwickelt worden, die unter Ansprechen auf Druckänderungen im Ringraum zwischen dem Prüfstrang und der Bohrlochauskleidung arbeiten. Eine Anzahl von diesen auf Ringraumdruck ansprechenden Werkzeugen sind in Patenten beschrieben. Beispielsweise sind Prüfventile in den USA-Patenten 3,858,649 und 3,856,085, 3,976,136, 3,964,544, 4,144,937, 4,422,506 und 4,429,748 offenbart. Zirkulationsventile sind in den USA-Patenten 3,850,250, 3,970,147, 4,113,012, 4,324,293 und 4,355,685 offenbart. Es ist ebenfalls bekannt, ein Werkzeug zur Probenahme von Formationsfluid mit Ringraumdruck zu betreiben, wie in den USA-Patenten RE 29,562 und 4,063,593 offenbart ist. Darüber hinaus sind auch Werkzeuge entwickelt worden, die mehrere Funktionen verbinden, wie in dem vorgenannten RE 29,562 (Prüfung und Probenahme) und den USA-Patenten 4,064,937, 4,270,610 und 4,311,197 (Zirkulation und Probenahme) offenbart ist. Während bei vielen der vorgenannten Werkzeuge eine Vorspannungsquelle vorgesehen ist, die ein Inertgas unter Druck aufweist, das dem Ringraumdruck entgegensteht, ist es auch bekannt, ein kompressibles Fluid wie Siliconöl zu verwenden, wie in den USA-Patenten 4,109,724, 4,109,725 und dem Europäischen Patent 88550 offenbart ist. Darüber hinaus wird in den USA-Patenten 4,422,506 und 4,429,748 die Verwendung eines komprimierten Gases in Verbindung mit einem Fluid wie Öl offenbart.
• Es existieren auch andere Prüf-, Zirkulations- und Probenahmewerkzeuge und dergl., die unter Ansprechen auf Ringraumdruck arbeiten, wie in den USA-Patenten RE 29,638, 3,796,261, 3,823,773, 3,901,314, 3,986,554, 4,403,659, 4,105,075, 4,125,165, 4,341,266, 3,891,033 und 4,399,870 offenbart ist.
• Prüfventile für das Rohrgestänge, die unter Ansprechen auf eine Rohrstrangmanipulierung arbeiten, sind in den USA- Patenten 4,295,361, 4,319,633, 4,319,634 und 4,421,172 offenbart.
• Während die Werkzeuge nach dem Stand der Technik unterschiedliche Ausbildung haben, haben sie im tatsächlichen Betrieb eine Reihe von Mängeln. Zum ersten hängt in einigen Fällen bei der Kombination verschiedener Funktionen in einem Werkzeug deren Betätigung von der Verwendung mehrerer Drücke, dem Abscheren von Stiften oder der Druckänderung sowohl innerhalb als auch außerhalb des Rohrstrangs ab. Die Unmöglichkeit zur Aufrechterhaltung genauer Druckhöhen hindert die Verwendung einiger dieser Werkzeuge, während die Verwendung von Scherstiften den weiteren Betrieb anderer Werkzeuge nach dem Abscheren der Stifte verhindert. Viele Werkzeuge nach dem Stand der Technik, die ein Fluid wie Öl verwenden, setzen Fluidzumeßmittel wie Strömungsdrosseln von Düsenart, beispielsweise die im USA-Patent 3,323,550 beschriebene Lee Visco Jet, in Verbindung mit Rückschlagventilen ein. Solche Zumeßmittel und Rückschlagventile sind empfindlich gegen Verstopfung und hören oft auf, richtig zu arbeiten, wenn das Fluid verunreinigt wird oder von Beginn an schlechte Qualität hat, was in vielen abgelegenen Gebieten der Welt, in denen diese Werkzeuge betrieben werden, allgemein auftritt. Zusätzlich erfordert die Verwendung von Fluidzumeßmitteln einen übertriebenen Zeitaufwand zum zyklischen Betrieb der Werkzeuge nach dem Stand der Technik, wodurch sich die Zeit an der Arbeitsstelle und die Kosten für den Bohrungsbetreiber erhöhen. Weiterhin ändern Temperaturerhöhungen oder -abnahmen im Bohrloch gegenüber den Umgebungstemperaturen an der Erdoberfläche die Viskosität der in diesen Werkzeugen verwendeten Öle, wodurch die Funktion der Fluidzumeßmittel beeinflußt und die Zykluszeit für das Werkzeug geändert wird. Ein weiterer Nachteil bei diesen Werkzeugen, die Öl, Wasser oder andere Flüssigkeiten als Verbrauchsfluid nutzen, liegt darin, daß sie in der Anzahl von Wiederholungen, die im Bohrloch ausgeführt werden können, beschränkt sind.
• Schließlich gibt es bisher keine erfolgreiche Kombination von mehr als zwei Funktionen in einem einzigen Werkzeug, obwohl Versuche gemacht worden sind, Mehrfachfunktionen in einem einzigen Werkzeug zu kombinieren.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung für ein Bohrlochwerkzeug. Die Betätigungsanordnung ändert das Werkzeug zwischen verschiedenen Betriebsweisen, zum Beispiel als Rohrgestänge-Prüfventil, Zirkulationsventil und Formationsprüfventil, und setzt die Bedienungskraft in die Lage, vor der Prüfung oder erneuten Prüfung Fluide im Rohrstrang oberhalb des Werkzeugs durch Stickstoff oder ein anderes Gas zu verdrängen. Diese letztere Funktion ist ein wertvoller Vorteil bei der Prüfung von Gasformationen oder anderen schwachen oder Niederdruckformationen, die nicht fließen können, wenn sie mit hohem hydrostatischen Druck beaufschlagt werden oder die sogar durch das Gewicht des Fluids im Strang beschädigt werden können, wenn das Formationsprüfventil geöffnet wird.
• Die europäische Stammanmeldung Nr. 85301991.7 (veröffentlicht als EP-A-0 158 465) ist auf ein Werkzeug zur Verwendung in einem Prüfstrang gerichtet, der in einer Bohrung angeordnet ist, das umfaßt: Rohrförmige Gehäusemittel, die eine längs verlaufende Werkzeugbohrung bestimmen; in den Gehäusemitteln angeordnete Ventilmittel, die ein Schließventil für die Werkzeugbohrung enthalten und wenigstens in der Betriebsart als Zirkulationsventil und einer zweiten Ventilbetriebsart betreibbar sind; und Betätigungsmittel, die so eingerichtet sind, daß sie unter Ansprechen auf Druckänderungen in der Bohrung nahe dem Werkzeug die Ventilmittel zwischen Ventilbetriebsarten schalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel ferner ein Hülsenschieberventil enthalten und die zweite Betriebsart die eines Verdrängungsventils ist.
• Das Werkzeug ist vorzugsweise so angeordnet, daß es durch einen Mechanismus von der Art eines Kugel- und Schlitz- Mechanismus betrieben wird, der das gewünschte Öffnen und Schließen unter Ansprechen auf eine Reihe von Druckerhöhungen und -absenkungen im Ringraum eines Bohrstrang/ Formationsprüfventils, Zirkulationsventils und Stickstoffverdrängungsventils wie auch den Wechsel zwischen den Betriebsarten des Werkzeugs bereitstellt, in denen jedes dieser Ventile arbeitet. Das Öffnen und Schließen wie auch der Wechsel zwischen Werkzeugbetriebsarten wird vorzugsweise ohne die Notwendigkeit der genauen Überwachung der Druckhöhe bewirkt, wie es bei Werkzeugen notwendig ist, die vielfache Druckhöhen oberhalb einer Bezugshöhe oder die Drücke im Rohrstrang und im Ringraum verwenden. Die verschiedenen Werkzeugbetriebsarten schließen sich bevorzugt gegenseitig aus, so daß zu einer Zeit nur eine Betriebsart aktiv ist, um zum Beispiel sicherzustellen, daß das Zirkulationsventil und das Prüfventil nicht zur gleichen Zeit betrieben werden können. Zusätzlich ist das Werkzeug in allen seinen Betriebsarten vorzugsweise nicht auf eine gegebene Anzahl von Zyklen wie andere Werkzeuge beschränkt, die Scherstifte oder Verbrauchsfluide verwenden.
• Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Betätigungsanordnung für ein Bohrlochwerkzeug, gekennzeichnet durch eine mit Fluid gefüllte Kammer; Fluidvorspannmittel an einem ersten Ende der Kammer; auf das Fluid einwirkende Druckübertragungsmittel an einem zweiten Ende der Kammer; Kolbenhülsenmittel mit ersten und zweiten Schultermitteln, die zwischen sich eine Kolbenlagerfläche bestimmen, welche Kolbenhülsenmittel in der Kammer zwischen ihren Enden angeordnet sind; erste und zweite, auf Fluiddruck ansprechende Kolben, die der Kolbenhülse zwischen den Schultermitteln zugeordnet sind; zwischen den ersten und zweiten Kolben angeordnete Kolbenvorspannmittel; erste und zweite Kolbenanschlagmittel, die im Längsabstand angeordnet und so eingerichtet sind, daß sie die Bewegung des ersten bzw. zweiten Kolbens verhindern; und Übertragungsmittel zur Übertragung von Längsbewegung der Kolbenhülse auf ein Werkzeugelement.
• Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Schaltanordnung für ein Bohrlochwerkzeug, gekennzeichnet durch eine fluidgefüllte Kammer; auf Druck ansprechende, doppelt wirkende Kolbenmittel mit einer Kolbenhülse, die in der fluidgefüllten Kammer angeordnet ist, erste und zweite Schultern an der Kolbenhülse, erste und zweite Kolben, die der Kolbenhülse zugeordnet und zum Sitz an der ersten bzw. zweiten Schulter eingerichtet sind, und Vorspannmittel zum Vorspannen der ersten und zweiten Kolben gegen die erste bzw. zweite Schulter; erste und zweite Kolbenanschlagmittel im Längsabstand in der fluidgefüllten Kammer, die dem ersten bzw. zweiten Kolben zugeordnet sind und in Kontakt mit den zugehörigen Kolben zur Verhinderung des Aufsitzens eingerichtet sind; und den Kolbenmitteln zugeordnete Kugel- und -Schlitz-Ratschenmittel.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen neuen und nicht naheliegenden Betätigungsmechanismus zur Fluidverdrängung in dem Werkzeug, was die Verwendung von Strömungsdrosseln und Rückschlagventilen nach dem Stand der Technik vermeidet.
• Ein solcher Mechanismus ist bei einer großen Vielfalt von Bohrlochwerkzeugen, die Druckänderungen als Energiequelle einsetzen, von Nutzen und daher nicht so auf das hier offenbarte Werkzeug beschränkt. Die Beseitigung eines Fluidzumeßsystems verringert die Zykluszeit des Werkzeuges in großem Umfang und vermeidet die Auswirkungen von Viskositätsänderungen des zugemessenen Fluids und sorgt auch für eine erhöhte Zuverlässigkeit. Ein weiteres Teil des Betätigungsmechanismus der vorliegenden Erfindung enthält eine nicht rotierende Ratschenhülse und ein Folgeglied in Form einer rotierenden Kugel, welche die Hin- und Herbewegung des Betriebsdorns des offenbarten Werkzeugs verbessert, aber nicht so auf das bestimmte Werkzeug beschränkt ist, sondern auch in anderen Bohrlochwerkzeugen von Nutzen ist.
• Es sei bemerkt, daß das beschriebene Werkzeug nicht auf ein Betriebsformat mit vier Betriebsarten (Rohrgestängeprüfer, Formationsprüfer, Zirkulationsventil, Stickstoffverdrängungsventil) beschränkt ist. Es kann in Verbindung mit einem weiteren, darunter befindlichen und unabhängig betätigten Formationsprüfventil eingesetzt werden und ein anderes Ratschenschlitzprogramm einsetzen, um im Format von drei Betriebsarten (Rohrgestängeprüfer, Zirkulationsventil, Stickstoffverdrängungsventil) oder von zwei Betriebsarten (Zirkulationsventil, Stickstoffverdrängungsventil) zu arbeiten.
• Die vorliegende Erfindung wird bei Betrachtung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen besser verständlich, worin:
• Fig. 1 eine schematische, vertikale Schnittansicht einer typischen Meeresplattform zeigt, von der aus die Prüfung durchgeführt werden kann, und einen Formationsprüfstrang oder eine Werkzeuganordnung in einem unter Unterwasserbohrloch am unteren Ende eines Gestängerohrstrangs darstellt, der nach oben zu der Plattform verläuft.
• Fig. 2A-2H einen vertikalen Halbschnitt des Werkzeugs in einer Formationsprüfungsbetriebsart umfassen.
• Fig. 3A-3H einen vertikalen Halbschnitt des Werkzeugs in einer Rohrgestängeprüfungsbetriebsart umfassen.
• Fig. 4A-4H einen vertikalen Halbschnitt des Werkzeugs in einer Stickstoffverdrängungsbetriebsart umfassen.
• Fig. 5A-5H einen vertikalen Halbschnitt des Werkzeugs in einer Zirkulationsbetriebsart umfassen.
• Fig. 6 eine Abwicklung der Schlitzausbildung umfaßt, die in der bevorzugten Ausführung des Werkzeugs eingesetzt wird.
• Fig. 7 und 7B einen vergrößerten Schnitt einer alternativen Ausführung eines Stickstoffverdrängungsventils zur Verwendung nach der vorliegenden Erfindung umfassen.
• Fig. 8, 9 und 10 alternative Schlitzausbildungen umfassen, die eingesetzt werden können, um die Folge von Betriebsartenwechseln in dem Werkzeug zu ändern.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Bohrlochwerkzeug schematisch in einen Prüfstrang eingebaut gezeigt, der in einer Öl- oder Gasbohrung im Meer eingesetzt wird. Die Plattform 2 ist in Position oberhalb eines unter Wasser befindlichen Öl- oder Gasbohrlochs 4 gezeigt, die sich im Meeresboden 6 befindet, wobei das Bohrloch 4 eine potentiell produzierende Formation 8 durchdringt. Das Bohrloch 4 ist mit einer Stahlauskleidung 10 gezeigt, die am Ort zementiert ist. Eine Leitung 12 erstreckt sich unter Wasser vom Deck 14 der Plattform 2 in einen Unterwasser-Bohrungskopf 16, der darin eine Bohrlochsicherung 18 enthält. Die Plattform 2 trägt darauf einen Bohrturm 20, sowie eine Fördervorrichtung 22 und eine Pumpe 24, die mit dem Bohrloch 4 über eine Steuerleitung 26 in Verbindung steht, die sich unterhalb der Bohrlochsicherung 18 erstreckt.
• Ein Prüfstrang 30 ist in seiner Anordnung im Bohrloch 4 gezeigt, wobei die Bohrsicherung 18 um diesen herum geschlossen ist. Der Prüfstrang 30 enthält einen oberen Gestängerohrstrang 32, der von der Plattform 2 zum Bohrungskopf 16 nach unten verläuft, an dem sich ein hydraulisch betriebener "Prüfbaum" 34 befindet, unterhalb dessen ein Zwischenrohrstrang 36 verläuft. In dem Strang 36 kann eine Ausdehnungskupplung 38 eingeschlossen sein, um die der Plattform 2 durch die Wirkung von Wellen erteilte Vertikalbewegung auszugleichen; die Ausdehnungskupplung 38 kann ähnlich der sein, die im USA-Patent 3,354,950 von Hyde offenbart ist. Unterhalb der Ausdehnungskupplung 38 verläuft der Zwischenstrang 36 nach unten zu dem Mehrfach- Prüfwerkzeug 50. Unterhalb des Kombinationswerkzeuges 50 befindet sich ein unterer Rohrstrang 40, der zu einer Rohrdichtanordnung 42 verläuft, die in den Packer 44 eingeführt ist. Im gesetzten Zustand trennt der Packer 34 den oberen Bohrlochringraum 40 vom unteren Bohrlochringraum 48. Der Packer 44 kann jeder geeignete, in der Technik gut bekannte Packer sein, wie beispielsweise ein Baker Oil Tool Modell D- Packer, ein Otis Engineering Corporation Packer vom Typ W oder Halliburton Services CHAMP, RTTS oder EZ DRILL SV Packer. Die Rohrdichtungsanordnung 42 gestattet, daß der Prüfstrang 30 durch ein perforiertes Endrohr 52 mit dem unteren Bohrloch 48 in Verbindung steht. Auf diese Weise können Formationsfluide aus der potentiell produzierenden Formation 8 durch die Perforationen 54 in der Auskleidung 10 in das untere Bohrloch 48 eintreten und in den Prüfstrang 30 geleitet werden.
• Nach Setzen des Packers 44 im Bohrloch 4 kann eine Formationsprüfung auf den Fluidfluß aus der potentiell produzierenden Formation 8 durch den Prüfstrang 30 durchgeführt werden, wobei Druckänderungen ausgenutzt werden, die im oberen Ringraum 46 durch die Pumpe 24 und die Steuerleitung 26 mit zugeordneten (nicht gezeigten) Ablaßventilen bewirkt werden. Vor der eigentlichen Prüfung kann jedoch die Druckdichtheit des Prüfstrangs 30 geprüft werden, wobei die Ventilkugel des Mehrfach-Werkzeugs in dessen Betriebsart als Rohrgestängeprüfer geschlossen ist. Das Werkzeug 50 kann in seiner Betriebsart als Rohrgestängeprüfer in das Bohrloch 4 eingefahren werden oder auch in seiner Betriebsart als Zirkulationsventil, damit es sich automatisch mit Fluid füllt und danach in seine Rohrgestängebetriebsart umgestellt wird. Der Formationsdruck, die Temperatur und die Wiederaufbauzeit können während der Fließprüfung durch die Verwendung von in den Prüfstrang 30 eingebauten Instrumenten gemessen werden, wie in der Technik bekannt ist, während das Kugelventil im Werkzeug 50 nach der vorliegenden Erfindung in seiner Betriebsart als Formationsprüfventil geöffnet und geschlossen wird. Solche Geräte sind in der Technik wohlbekannt und enthalten sowohl mechanische Meßgeräte nach Art eines Bourdon-Rohres, elektronische Speichergeräte und Sensoren, die vor der Prüfung an einem Leitungskabel von der Plattform 2 innerdes Prüfstrangs 30 eingefahren werden. Wenn vermutet wird, daß die zu prüfende Formation schwach ist und leicht durch die hydrostatische Druckhöhe des Fluids im Prüfstrang 30 beschädigt werden kann, kann das Werkzeug 50 in seine Verdrängungsbetriebsart umgestellt und Stickstoff oder ein anderes Inertgas unter Druck verwendet werden, um Fluide aus dem Strang vor der Prüfung oder der Wiederholungsprüfung zu verdrängen.
• Es kann auch erwünscht sein, die Formation 8 in Verbindung mit dem Prüfprogramm zu behandeln, während der Prüfstrang 30 am Ort ist. Ein solches Behandlungsprogramm wird durchgeführt, indem verschiedene Chemikalien und andere Materialien durch das Innere des Prüfstrangs 30 unter einem Druck nach unten gepumpt werden, der ausreicht, um die Chemikalien und anderen Materialien in die Formation zu drücken und diese möglicherweise zu frakturieren. Natürlich ändern sich die eingesetzten Chemikalien, Materialien und Drücke in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Formation und den gewünschten Änderungen, von denen man glaubt, daß sie für die Erhöhung der Produktivität der Formation wirksam sind. Auf diese Weise ist es möglich, ein Prüfprogramm durchzuführen, die Formation zu behandeln und ein zweites Prüfprogramm durchzuführen, um die Wirksamkeit der Behandlung ohne Entfernung des Prüfstrangs 30 zu bestimmen. Falls gewünscht, können Behandlungschemikalien von der Erdoberfläche genau in den Prüfstrang 30 eingegeben werden, indem das Werkzeug 50 in seine Betriebsart als Zirkulationsventil gebracht wird und vor der Öffnung der Ventilkugel im Werkzeug 50 Strangfluide in den Ringraum verdrängt werden.
• Am Ende des Prüf- und Behandlungsprogramms unter Verwendung des Werkzeugs 50 in der Betriebsart als Zirkulationsventil wird das Zirkulationsventil geöffnet und Formationsfluide, Chemikalien und andere in den Prüfstrang 30 eingegebene Materialien werden aus dem Inneren des Prüfstrangs 30 unter Verwendung eines reinen Fluids in den oberen Ringraum 46 umgewälzt, der Packer 44 wird freigegeben (oder, falls der Packer 44 am Ort bleiben soll, die Rohrdichtung 42 entfernt) und der Prüfstrang 30 wird aus dem Bohrloch 4 herausgezogen.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 2A-2H ist das Werkzeug 50 im Schnitt gezeigt, beginnend am oberen Ende des Werkzeugs mit einem oberen Adapter 100 mit Gewinde 102 an seinem oberen Ende, wodurch das Werkzeug 50 sicher an dem Gestängerohr im Prüfstrang befestigt wird. Der obere Adapter 100 ist an der Gewindeverbindung 106 am Stickstoffventilgehäuse 104 befestigt, das eine (nicht gezeigte) Ventilanordnung wie sie in der Technik wohlbekannt ist, in dessen Wandung in einer seitlichen Bohrung 108 enthält, von der sich ein Stickstoffbeschickungskanal 110 in Längsrichtung nach unten erstreckt.
• Das Ventilgehäuse 104 ist durch eine Gewindeverbindung 112 an seinem unteren Ende außen an einem rohrförmigen Druckgehäuse 114 und durch eine Gewindeverbindung 116 an seinem inneren unteren Ende an einem Gaskammerdorn 118 sicher befestigt, wobei das Gehäuse 114 und der Dorn 118 eine unter Druck stehende Gaskammer 120 und eine obere Ölkammer 122 bestimmen, die durch einen ringförmigen Schwimmkolben 124 voneinander getrennt sind.
• Das obere Ende der Ölkanalkupplung 126 verläuft zwischen dem Gehäuse 114 und dem Gaskammerdorn 118 und ist an der Gewindeverbindung 128 an dem unteren Ende des Gehäuses 114 befestigt. Eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden Ölkanälen 130 (von denen einer gezeigt ist) erstreckt sich vom oberen Ende der Kupplung 126 zu ihrem unteren Ende. Radial gebohrte Ölfüllöffnungen 132 erstrecken sich von der Außenseite des Werkzeugs 50, durchschneiden die Kanäle 130 und sind mit Stopfen 134 verschlossen. Eine Ringschulter 136 verläuft radial einwärts von der Innenwand 138 der Kupplung 126. Das untere Ende der Kupplung 126 einschließlich eines ringförmigen Überstands 127 ist an einer Gewindeverbindung 114 am oberen Ende eines Ratschengehäuses 142 befestigt, durch das durch Stopfen 148 verschlossene Ölfüllöffnungen 144 in einer Ringschulter 146 verlaufen. Am unteren Ende des Ratschengehäuses 142 sind durch Stopfen 152 verschlossene, zusätzliche Ölfüllöffnungen 150 und offene Drucköffnungen 154 vorhanden.
• Ein Ratschenschlitzdorn 156 erstreckt sich innerhalb des unteren Endes der Ölkanalkupplung 126 nach oben. Zwischen dem Dorn 156 und dem Gehäuse 142 ist eine ringförmige Ratschenkammer 158 bestimmt. Das obere Äußere 160 des Dorns 156 hat im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser, während das untere Äußere 162 einen größeren Durchmesser hat, um für die Ratschenschlitze 164 eine ausreichende Wandstärke zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise sind zwei solche Ratschenschlitze 164 der in Fig. 6 gezeigten Gestaltung vorhanden, die sich um das Äußere des Ratschenschlitzdorns 156 erstrecken.
• Eine Kugelhülsenanordnung 166 umgibt den Ratschenschlitzdorn 156 und umfaßt eine obere Hülse 168 mit einer radial nach außen verlaufenden Ringschulter 170, an der sich ein ringförmiger Kolbensitz 172 befindet. Unterhalb der Schulter 170 verläuft eine Stützfläche 173 für einen Ratschenkolben bis zum unteren Ende der oberen Hülse 168, das vom oberen Ende einer unteren Hülse 174 mit einem daran befindlichen ringförmigen Kolbensitz 176 überdeckt ist und an dem es an der Gewindeverbindung 178 befestigt ist. Eine Kugelhülse 180 ist am unteren Ende der unteren Hülse 174 angeordnet und daran durch eine Vielzahl von Lagern 184 an einem Schwenklaufring 182 befestigt. Zwei Ratschenkugeln 186 verlaufen jeweils in einen Kugelsitz 188 an diametral gegenüberliegenden Seiten der Kugelhülse 180 und in einen Ratschenschlitz 164 von halbkreisförmigem Querschnitt. Auf Grund dieses Aufbaus dreht sich die Kugelhülse 180 gegenüber der unteren Hülse 174, wenn die Kugeln 186 dem Weg der Schlitze 164 folgen, wobei sich der Rest der Kugelhülsenanordnung 166 nicht verdreht und durch die Kugeln 186 nur eine Längsbewegung auf den Ratschendorn 156 übertragen wird.
• Der obere ringförmige Ratschenkolben 190 und der untere ringförmige Ratschenkolben 192 laufen auf der Kolbenstützfläche 173 an der oberen Hülse 168, wobei dazwischen eine Schraubenfeder 194 angeordnet ist. Der obere Ratschenkolben 190 trägt an seinem oberen Ende eine radiale Dichtfläche 196, während der untere Ratschenkolben 192 an seinem unteren Ende eine radiale Dichtfläche 198 trägt.
• Das untere Ende 200 des Ratschenschlitzdorns 156 ist an einer Gewindeverbindung 202 an dem Verlängerungsdorn 204 befestigt, durch den sich Entlastungsöffnungen 208 erstrecken. Durch das Ratschengehäuse 142 und den Verlängerungsdorn 204 ist eine ringförmige untere Ölkammer 210 bestimmt. Ein ringförmiger Schwimmkolben 212 dichtet das untere Ende der unteren Ölkammer 210 gleitend ab und trennt es von einer Bohrungsfluidkammer 214, in welche die Drucköffnungen 154 münden. Das untere Ende des Ratschengehäuses 142 ist an einer Gewindeverbindung 218 an einem Verlängerungsgehäuse 216 befestigt, das den Verlängerungsdorn 204 umgibt.
• Ein Zirkulations-Verdrängungsgehäuse 220 ist bei 222 mit dem Verlängerungsgehäuse 216 schraubverbunden und besitzt eine Vielzahl von umfangsmäßig im Abstand angeordneten, radial verlaufenden Zirkulationsöffnungen 224, wie auch eine Vielzahl von Stickstoffverdrängungsöffnungen 226, die sich durch seine Wandung erstrecken.
• Eine Zirkulationsventilhülse 228 ist bei 230 mit dem Verlängerungsdorn 204 verschraubt. Durch die Wandung der Hülse 228 erstrecken sich Ventildurchbrüche 232, die gegen die Zirkulationsöffnungen 224 durch eine Ringdichtung 234 isoliert sind, die in einer Dichtungsausnehmung 236 angeordnet ist, die an der Verbindungsstelle der Zirkulationsventilhülse 228 mit der Verdrängungsventilhülse 238 ausgebildet ist, die bei 240 miteinander verschraubt sind. Das Äußere der Verdrängungsventilhülse 238 trägt daran eine nach unten weisende, radial verlaufende Ringschulter 242, an der sich eine Verdrängungsfeder 244 abstützt. Das untere Äußere der Verdrängungsventilhülse 238 wird durch eine Verdrängungskolbenfläche 246 bestimmt, auf der ein ringförmiger Verdrängungskolben 248 gleitend läuft. Eine ringförmige Ventilfläche 250 des Kolbens 248 sitzt auf einem elastomeren Ventilsitz 254. Stickstoffverdrängungsdurchbrüche 256 verlaufen durch die Wandung der Verdrängungsventilhülse 238. Der Ventilsitz 254 ist zwischen der Hülse 238 und einer Schulter 257 der Hülse 238 und einem Flansch 258 eines Betätigungsdorns 260 eingeklemmt, der an der Gewindeverbindung 262 an der Hülse 238 befestigt ist.
• Ein Dichtungsträger 264 umgibt den Dorn 260 und die Verbindungsstelle des Dorns 260 mit der Hülse 238 und ist an einer Gewindeverbindung 265 an dem Dorn 260 befestigt. Eine Ringdichtung 266 von quadratischem Querschnitt wird am Äußeren des Dorns 260 an dem Flansch 258 getragen und durch das obere Ende des Dichtungsträgers 264 am Ort befestigt.
• Unterhalb des Dichtungsträgers 264 verläuft der Dorn 260 nach unten zu einer äußeren Ringnut 267, welche eine Ringschulter 268 vom Hauptkörper des Dorns 260 trennt.
• Eine Ringhülse 270 mit Ringfingern 272, die sich davon nach oben erstrecken, liegt dadurch an dem Betätigungsdorn 260 an, daß die radial nach innen verlaufenden Vorsprünge 274 durch die Ringnuten 267 aufgenommen werden. Wie leicht in Fig. 2G zu erkennen ist, sind die Vorsprünge 274 und die Oberteile der Finger 272 zwischen dem Äußeren des Dorns 260 und dem Inneren des Zirkulations-Verdrängungsgehäuses 220 eingeschlossen.
• Am unteren Ende der Ringhülse 270 greift eine Kupplung 276 mit Flanschen 278 und 280, zwischen denen sich eine äußere ringförmige Ausnehmung 282 befindet, eine Kupplung 284 mit nach innen verlaufenden Flanschen 286 und 288, zwischen denen sich eine innere Ausnehmung 290 befindet, und zwar an jedem der beiden die Kugel betätigenden Arme 292. Die Kupplungen 276 und 284 werden dadurch in Eingriff gehalten, daß sie sich in einer ringförmigen Ausnehmung 296 zwischen einem Kugelmantel 294, der bei 295 mit dem Zirkulations- Verdrängungsgehäuse 220 schraubverbunden ist, und einem Kugelgehäuse 298 befinden. Das Kugelgehäuse 298 hat im wesentlichen rohrförmige Gestalt mit einem oberen kleineren Durchmesserteil 300 und einem unteren größeren Durchmesserteil 302, durch dessen Wandung zwei Fenster 304 geschnitten sind, um die nach innen gerichteten Vorsprünge der Ansätze 306 von den jeweiligen Kugelbetätigungsarmen 292 auf zunehmen. Die Fenster 304 verlaufen von einer Schulter 311 abwärts zu einer Schulter 314 an der Gewindeverbindung mit einer Kugelstütze 340. Am Äußeren des Kugelgehäuses 298 erstrecken sich von der Schulter 310 abwärts bis zu der Schulter 311 zwei Längskanäle (deren Anordnung durch einen Pfeil 308 gezeigt ist) von bogenförmigem Querschnitt, die umfangsmäßig zu den Fenstern 304 ausgerichtet sind. Die Kugelbetätigungsarme 292, die im wesentlichen den gleichen bogenförmigen Querschnitt haben wie die Kanäle 308 und das untere Teil 302 des Kugelgehäuses 298, liegen in den Kanälen 308 und über den Fenstern 304; sie werden durch die Innenwand 318 des Kugelmantels 294 und das Äußere der Kugelstütze 340 am Ort gehalten.
• Das Innere des Kugelgehäuses 298 besitzt eine obere ringförmige Sitzausnehmung 320, in der ein ringförmiger Kugelsitz 322 angeordnet ist, der durch eine Ringfeder 324 nach unten gegen die Kugel 330 vorgespannt ist. Die Fläche 326 des oberen Sitzes 322 umfaßt eine Dichtfläche aus Metall, die eine Gleitdichtung mit dem Äußeren 332 der Ventilkugel 330 bildet.
• Die Ventilkugel 330 enthält eine durchgehende diametrale Bohrung 334 von im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie die Bohrung 328 des Kugelgehäuses 298. Vom Äußeren 332 der Ventilkugel 330 verlaufen zwei Aufnahmen 336 für die Ansätze bis zu der Bohrung 334.
• Das obere Ende 342 der Kugelstütze 340 erstreckt sich in das Kugelgehäuse 298 und trägt eine Ausnehmung 344 für einen unteren Kugelsitz, in der ein ringförmiger unterer Kugelsitz 346 angeordnet ist. Der untere Kugelsitz 346 besitzt eine bogenförmige Dichtfläche 348 aus Metall, die gleitend das Äußere 332 der Ventilkugel 330 abdichtet. Wenn das Kugelgehäuse 298 mit der Kugelstütze 340 zusammengebaut wird, werden der obere und der untere Kugelsitz 322 und 346 in dicht ende Anlage an die Ventilkugel 330 durch eine Feder 324 vorgespannt.
• Eine äußere Ringschulter 350 an der Kugelstütze 340 steht in Kontakt mit den oberen Enden 352 von Keilen 354 am Äußeren des Kugelmantels 294, wodurch die Anordnung aus dem Kugelgehäuse 294, den Kugelbetätigungsarmen 292, der Ventilkugel 330, dem Kugelsitzen 322 und 346 und der Feder 324 in ihrer Stellung innerhalb des Kugelmantels 294 gehalten wird. Die Keile 354 sind mit Keilen 356 am Äußeren der Kugelstütze 340 im Eingriff, und somit wird eine Verdrehung der Kugelstütze 340 und des Kugelgehäuses 298 innerhalb des Kugelmantels 294 verhindert.
• Ein unterer Adapter 360 steht an seinem oberen Ende 362 zwischen dem Kugelmantel 294 und der Kugelstütze 340 vor und dichtet dazwischen ab, wenn er an der Gewindeverbindung 364 mit der Kugelstütze 340 zusammengebracht wird. Das untere Ende des unteren Adapters 360 trägt an seinem Äußeren ein Gewinde 366 zur Verbindung mit Teilen eines Prüfstrangs unterhalb des Werkzeugs 50.
• Wenn die Ventilkugel 330 in ihrer in Fig. 2G gezeigten Offenstellung ist, erstreckt sich eine "vollständig offene" Bohrung 370 durch das gesamte Werkzeug 50 und stellt einen ungehinderten Weg für Formationsfluide und/oder Perforationskanonen, eine Meßgeräteausrüstung mit Leitungskabel etc. dar.
ARBEITSWEISE DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 wird hiernach die Arbeitsweise des Kombinationswerkzeuges 50 nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Wenn das Werkzeug 50 im Prüfstrang 30 in die Bohrung eingefahren wird, befindet es sich normalerweise in der in Fig. 3A-H gezeigten Betriebsart zur Prüfung des Rohrgestänges; dabei ist die Kugel 330 in ihrer Schließstellung, in der die Kugelbohrung 334 senkrecht zur Werkzeugbohrung 370 verläuft. In dieser Stellung sind die Zirkulationsöffnungen 224 gegen die Zirkulationsdurchbrüche 232 versetzt, wobei die Dichtung 234 eine Verbindung dazwischen verhindert. In ähnlicher Weise sind die Stickstoff-Verdrängungsöffnungen 226 gegen die Verdrängungsdurchbrüche 256 versetzt und durch die Dichtung 266 gegen diese isoliert. In Bezug auf Fig. 6 sind die Kugeln 186 in den Positionen "a" in den Schlitzen 164, wenn das Werkzeug 50 in das Bohrloch eingefahren wird.
• Während sich das Werkzeug 50 nach unten auf die Höhe der zu prüfenden Formation 8 bewegt, in welcher Stellung der Packer 44 gesetzt wird, verstellt sich der Schwimmkolben 212 unter dem hydrostatischen Druck nach oben, schiebt die Kugelhülsenanordnung 166 nach oben und bewirkt, daß sich die Kugeln 186 in die Positionen "b" bewegen, in denen die Werkzeugbetriebsarten nicht geändert oder keine Ventile geöffnet werden. Es kann dann eine Druckdichtheitsprüfung des Prüfstrangs 30 oberhalb des Werkzeugs 50 durchgeführt werden, bevor der Fluß aus der Formation geprüft wird.
• Um die Ventilkugel 330 zur Durchführung einer Fließprüfung einer Formation zu öffnen, wird durch die Pumpe 24 über die Steuerleitung 26 der Druck im Ringraum 46 erhöht. Diese Druckzunahme wird durch die Drucköffnungen 154 auf die Bohrungsfluidkammer 214 übertragen, wo sie auf den Schwimmkolben 212 einwirkt. Der Kolben 212 wiederum wirkt auf ein Fluid wie Siliconöl in der unteren Ölkammer 210, die mit der Ratschenkammer 158 in Verbindung steht. In der Ratschenkammer 158 stößt das unter Druck gesetzte Öl auf den oberen Ratschenkolben 190, wobei das Öl durch die Metall-Metall Dichtung der Dichtungsfläche 196 an dem Kolbensitz 172 daran gehindert wird, an dem Kolben 190 vorbeizufließen. Der Kolben 190 stößt daher gegen die Schulter 170 an der oberen Hülse 168, die wiederum die untere Hülse 174, die Kugelhülse 180 und die Kugeln 186 in den Schlitzen 164 nach oben zieht. Auf diese Weise bewegen sich die Kugeln 186 in die Positionen c, was ohne Effekt auf die Arbeit des Werkzeugs ist, da die Kugeln 186 in dieser Stellung nicht an den Enden der Schlitze 164 anschlagen. Das vorgenannte Merkmal ist dadurch vorteilhaft, daß es ermöglicht, den Bohrlochringraum 46 zur Prüfung der Abdichtung des Bohrlochs 4 durch den Packer 44 ohne Öffnung der Ventilkugel 330 unter Druck zu setzen. Im Zuge der Betrachtung sei darauf hingewiesen, daß der Kolben 190, wenn er den Überstand 127 erreicht, von einer weiteren Aufwärtsbewegung zurückgehalten wird, aber das Fluid weiterhin auf die Schulter 170 an der oberen Hülse 168 einwirkt, wobei der Kolbensitz 172 von der Dichtfläche 196 getrennt wird. Dadurch wird die Dichtung aufgehoben, und Fluid an der oberen Hülse 168 vorbei in die Ölkanäle 130 und die obere Ölkammer 122 abgelassen. Dadurch werden die Drücke auf beiden Seiten des Kolbens 190 ausgeglichen und die Verstellung der Kugelhülsenanordnung 166 und der Kugeln 186 in den Schlitzen 164 angehalten. Da die Länge des Schlitz es größer ist als die Verstellung der Kugelhülsenanordnung, kommen die Kugeln 186 kurz vor dem Schlitz ende zum Halt. Wenn der Ringraumdruck abgelassen wird, drückt der unter Druck stehende Stickstoff in der Kammer 120 auf den Schwimmkolben 124, und dieser Druck wird durch die obere Ölkammer 122, die Kanäle 130 und die Ratschenkammer 158 auf den unteren Ratschenkolben 192 übertragen. Da der Ratschenkolben 192 gegen den Kolbensitz 176 vorgespannt ist, wird eine Metall-Metall- Dichtung zwischen der radialen Dichtfläche 198 und dem Sitz 176 bewirkt. Die Kugelhülsenanordnung 166 ist daher nach unten vorgespannt, und die Ratschenkugeln 186 folgen den Wegen der Schlitze 164 in die Stellung d&sub1;, in der sie auf die Enden der Schlitze stoßen. Das Werkzeug 50 ist nun in seiner Formationsprüfventil-Betriebsart, wie sie in Fig. 2A-2H gezeigt ist, aber mit geschlossener Ventilkugel 330. Wenn der untere Ratschenkolben 192 bei seiner Abwärtsverstellung die Ringschulter 146 erreicht, wirkt das Fluid weiterhin auf die Kugelhülsenanordnung 166 ein und trennt die Dichtfläche 198 vom Sitz 176. Fluid wird daher unter die Kugelhülsenanordnung 166 abgelassen und dadurch ausgeglichen, wobei die Verstellung der Kugelhülsenanordnung 166, der Kugeln 186 und des Ratschendorns 156 angehalten wird.
• Wenn der Bohrlochringraum wieder unter Druck gesetzt wird, verstellt sich die Kugelhülsenanordnung 166 nach oben und die Kugeln 186 schlagen in den Schlitzen 164 in der Stellung e&sub1; an. Dadurch wird der Ratschendorn 156 aufwärts verstellt und zieht den Verlängerungsdorn 204, die Zirkulationsventilhülse 228, die Verdrängungsventilhülse 238 und den Betätigungsdorn 260 nach oben. Der Betätigungsdorn 260 zieht die Ringhülse 270 nach oben, die an den Armen 292 zieht und die Ventilkugel 330 verdreht, wobei die Kugelbohrung 334 zur Werkzeugbohrung 370 ausgerichtet wird und ermöglicht, daß Fluid aus der Formation oberhalb des Werkzeugs 50 in den Prüfstrang 30 einfließt. Das Werkzeug 50 befindet sich nun in der Prüfventilbetriebsart, die in Fig. 2A-2H mit offener Ventilkugel 330 gezeigt ist. Wird der Ringraumdruck abgelassen, schlagen die Kugeln 186 in der Position d&sub2; an und schließen die Ventilkugel 330; jedoch ist das Werkzeug 50 noch in der Prüfbetriebsart der Fig. 2A-2H. Das Verfahren der Druckbelastung und Druckentlastung kann fortgesetzt werden, um die Kugel 330 zu öffnen und zu schließen und den Fluß aus der Formation zu prüfen, bis die Kugeln 186 die Positionen d&sub6; erreichen.
• Eine darauf folgende Zunahme des Ringraumdrucks bringt die Kugeln 186 vorübergehend in Anschlag an die Schrägkanten 164a, bevor sie sich weiter entlang der Schlitze 164 an den Positionen f vorbei bewegen, jedoch wird die Ventilkugel 330 nicht geöffnet. Wenn der Druck wieder abgelassen wird, bewegen sich die Kugeln 186 nach unten und schlagen in den Positionen f an, wobei sich der Ratschendorn 156 nach unten und das Werkzeug 50 aus seiner Formationsprüfbetriebsart in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart nach Fig. 4A-H verstellt. Wie man ohne weiteres in Fig. 4G erkennt, sind die Vorsprünge 274 an den Ringhülsenfingern 272 in dieser Retriebsart von dem Betätigungsdorn 260 getrennt, was eine Verdrehung und Wiederöffnung der Kugel 330 verhindert.
• Eine nachfolgende Erhöhung und Herabsetzung des Ringraumdrucks bewirkt, daß die Kugeln 186 in den Schlitzen 164 weiter vorbei an den Positionen g nach oben aufsteigen, um dann den Ratschendorn 156 nach unten zu stoßen, wobei das Werkzeug 50 in seine in Fig. 5A-H gezeigte Zirkulationsventilbetriebsart verstellt wird. Fluid kann aus dem Ringraum 46 durch die Zirkulationsöffnungen 224, die zu den Zirkulationsdurchbrüchen 232 ausgerichtet sind, in den Prüfstrang 30 eingeleitet werden, wobei das Kugelventil 330 in seiner geschlossenen Stellung ist und die Stickstoffverdrängungsöffnungen 226 gegen die Durchbrüche 256 versetzt sind. Es kann ebenfalls Fluid aus dem Prüfstrang 30 in den Ringraum 46 eingeleitet werden, so, wenn es erwünscht ist, Chemikalien zur Formationsbehandlung vor einer Säuerungs- oder Frakturierungsarbeit genau in den Strang einzubringen. Wie leicht in Fig. 5G erkannt werden kann, hat der Betätigungsdorn 156 seine Abwärtsverstellung innerhalb der Ringhülse 270 fortgesetzt, aber ohne Eingriff mit den Vorsprüngen 274.
• Nachfolgende Druckerhöhungen und -herabsetzungen im Ringraum verstellen die Kugeln 186 nacheinander in die Stellungen h&sub1;, i&sub1;, h&sub2;, i&sub2; und h&sub3;, ohne das Werkzeug 50 aus seiner Zirkulationsbetriebsart herauszubringen, da die Kugeln 186 nicht in den Schlitzen 164 anschlagen. Dies sorgt für einen Sicherheitsspielraum gegen eine Änderung der Werkzeugbetriebsart infolge unbeabsichtigter Druckänderungen im Ringraum während der Zirkulation.
• Wenn der Ringraumdruck herabgesetzt wird, nachdem die Kugeln 186 die Positionen h&sub3; erreicht haben, bewegen sie sich nach unten vorbei an den Positionen j, worauf eine nachfolgende Ringraumdruckerhöhung die Kugeln 186 in den Positionen j in Anschlag bringt. Dadurch bewegt sich der Ratschendorn 156 nach oben und das Werkzeug 50 zurück in seine Stickstoffverdrängungs-Betriebsart gemäß Fig. 4A-H. Falls keine Behandlungschemikalien in den Strang eingebracht worden sind und es erwünscht ist, Fluid vor einer weiteren Prüfung aus dem Strang 30 zu verdrängen, so, wenn anfänglich infolge der hydrostatischen Fluiddruckhöhe im Strang kein Ausfluß aus der Formation stattgefunden hat, kann Stickstoff unter Druck in den Prüfstrang 30 eingebracht werden. In dieser Betriebsart ist die Ventilkugel 330 geschlossen und die Zirkulationsöffnungen 224 sind gegen die Durchbrüche 232 versetzt, aber die Stickstoffverdrängungsöffnungen 226 sind zu den Durchbrüchen 256 ausgerichtet. Stickstoff unter Druck wirkt auf den Verdrängungskolben 248 und bewegt diesen von dem Sitz 254 weg und ermöglicht, daß Fluid aus dem Strang in den Bohrlochringraum austritt. Wenn der Druck im Strang verringert wird, wirkt der Ringraumdruck außerhalb des Werkzeugs 50 auf das obere Ende des Verdrängungskolbens 248 durch die Zirkulationsöffnungen 224 und drückt die Ventilfläche 250 fest gegen den Sitz 254, was einen Wiedereintritt von Fluid in den Strang verhindert.
• Wie in der Zirkulationsbetriebsart werden mehrere aufeinanderfolgende Erhöhungen und Herabsetzungen des Ringraumdrucks die Kugeln 186 in den Schlitzen 164 verstellen, aber nicht die Betriebsart des Werkzeugs 50 ändern. Wenn der Druck nacheinander verringert und erhöht wird, wenn sich die Kugeln 186 in Positionen ä befinden, verstellen sie sich in die Positionen k&sub1;, l&sub1;, k&sub2; und l&sub2;. Wenn der Druck wieder herabgesetzt wird, wenn sich die Kugeln 186 in der Position l&sub2; befinden, werden sie sich in den Schlitzen 164 nach unten vorbei an der Position m verstellen. Eine darauf folgende Erhöhung bringt die Kugeln 186 in den Schlitzen 164 in Anschlag in die Stellungen in, wobei sich die Werkzeug-Betriebsart in die Rohrgestängeprüfungsbetriebsart nach Fig. 3A-H ändert, die Stickstoffverdrängungsöffnungen und Durchbrüche gegeneinander versetzt werden, die Zirkulationsöffnungen und Durchbrüche versetzt und das Kugelventil 330 geschlossen gelassen werden. Eine weitere Herabsetzung des Drucks bringt die Kugeln 186 zurück in die Stellungen a, und der Betreiber kann dann einen weiteren Zyklus des Werkzeugs 50 beginnen, beispielsweise um die Formation zu behandeln und nach der Behandlung erneut zu prüfen, oder um sie mit von Fluid entlastetem Strang zu prüfen.
• Im Wege einer weiteren Erläuterung des Betriebsartenwechsels und der Betriebsabfolge des Werkzeugs 50 sollte der Leser beachten, daß das Werkzeug nur dann seine Betriebsart ändert, wenn die Kugeln 186 an speziellen, verkürzten Stellungen an dem Schlitz 164 während des Arbeitszyklus des Werkzeugs anschlagen. Beispielsweise ändert das Werkzeug 50 seine Betriebsart in den Positionen d&sub1;, d&sub6;, f, g, j und m. Vier Betriebsartänderungen werden durch Herabsetzung des Ringraumdrucks bewirkt und zwei durch eine Erhöhung. Die Druckerhöhungen, welche die Kugeln 186 in den Positionen e&sub1; bis e&sub5; zum Anschlag bringen, erzeugen keinen Betriebsartenwechsel, weil sich die Kugeln 186 innerhalb eines begrenzten Längsbereiches bewegen, der durch den Ablaß von Betriebsfluid im Werkzeug durch die Kolben 190 und 192 begrenzt ist, und die Ausbildung der Schlitze 164 von den Positionen e&sub1; bis e&sub5; gestattet nicht, daß die Kugeln 186 in den Schlitzen 164 aufsteigen, um die Werkzeugbetriebsarten zu ändern.
• Wie vorstehend bemerkt wurde, kann das Werkzeug 50 nach der fliegenden Erfindung geändert werden, so daß es in einer Folge von drei Betriebsarten als ein Rohrgestängeprüfer, Zirkulationsventil und Stickstoffverdrängungsventil in Verbindung mit einem getrennt in dem Strang darunter angeordneten Prüfventil arbeitet, indem der Ratschendorn 156 lediglich entfernt und ein anderer Dorn 156' eingesetzt wird, der ein anderes Schlitzprogramm 164' enthält. Ein solches Dorn-Schlitzprogramm 164' ist in Fig. 8 gezeigt. In jeder anderen Beziehung außer dem Ersatz des Dorns 156 durch den Dorn 156' bleibt das Werkzeug 50 in seinem Aufbau dasselbe, obwohl seine Betriebsarten abgeändert worden sind.
• Mit dem Schlitz 164' wird das Werkzeug 50 in seiner Rohrgestängeprüfungsbetriebsart in das Bohrloch eingefahren, wobei die Kugeln 186 in den in Fig. 8 gezeigten Positionen a und das Werkzeug 50 in der in Fig. 3A-H gezeigten Betriebsart sind. Während sich das Werkzeug 50 im Bohrloch nach unten bewegt, verstellt der hydrostatische Ringraumdruck die Kugeln 186 in die Stellung b. Da die Ventilkugel 330 geschlossen bleibt, kann eine Dichtheitsprüfung des Gestängerohres durchgeführt werden. Die erste Erhöhung des Ringraumdrucks nach der Rohrgestängeprüfung verstellt die Kugeln 186 in die Positionen c, was die Werkzeugbetriebsart nicht ändert, und eine nachfolgende Herabsetzung und Erhöhung bringt die Kugeln im Schlitz 164' in Anschlag in der Position d. Dadurch wird die Ventilkugel 330 in eine Offenstellung verdreht und die Bohrung 334 zur Werkzeugbohrung 370 ausgerichtet, wie in Fig. 2A-2H gezeigt ist. Die gleiche Druckerhöhung hat die Kugel des darunter befindlichen Prüfventils geöffnet, das ein Ventil von der Art sein kann, wie es in den USA- Patenten 3,964,544, 3,976,136, 4,422,506, 4,429,748 offenbart ist, wie es auch von anderen in der Technik bekannten Arten sein kann. Die Formation fließt dann während der Prüfung durch das Prüfventil und das Werkzeug 50 aus. Wenn der Ringraumdruck herabgesetzt wird, um das Prüfventil zu schließen, verstellt die Herabsetzung die Kugeln 186 in die Positionen e&sub1;, was das Kugelventil 330 nicht schließt, da die Kugeln 186 nicht an den Schlitzen 164' anschlagen. Nachfolgende Druckerhöhungen und Herabsetzungen zur Fließprüfung der Bohrung über das Prüfventil verstellen die Kugeln 186 nacheinander in die Positionen f&sub1;, e&sub2;, f&sub2;, e&sub3;, f&sub3; und e&sub4;; während dieser Zeit bleibt die Kugel 330 des Werkzeugs 50 offen. Während der nächsten nachfolgenden Druckerhöhung im Ringraum in der Position e&sub4; steigen die Kugeln 186 im Schlitz 164' an den Positionen g vorbei auf, und die Ventilkugel 330 bleibt offen. Wenn der Ringraumdruck abgelassen wird, schlagen die Kugeln 186 jedoch in den Stellungen g an und bewegen den Ratschendorn 156' nach unten, wobei die Ventilkugel 330 schließt und das Werkzeug 50 in seine in Fig. 3A-H gezeigte Rohrgestängeprüfungsbetriebsart zurückkehrt.
• Eine weitere Erhöhung und Herabsetzung des Ringraumdrucks verstellt die Kugeln 186 in Anlage in die Positionen h, wobei das Werkzeug in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart nach Fig. 4A-H wechselt. Ein weiterer Erhöhungs/Herabsetzungs-Druckzyklus verstellt die Kugeln 186 in die Positionen i und das Werkzeug 50 in die Zirkulationsbetriebsart nach Fig. 5A-5H.
• Nachfolgende Erhöhungen und Herabsetzungen des Ringraumdrucks verstellen die Ratschenkugeln 186 durch die Positionen j&sub1;, i&sub2;, j&sub2;, i&sub3;, j&sub3; und nach unten vorbei an k&sub1;, ohne die Betriebsart des Werkzeugs zu ändern. Danach bringt eine Erhöhung die Kugeln 186 in Anschlag in die Stellungen k&sub1;, wobei das Werkzeug 50 in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart nach Fig. 4A-4H wechselt.
• Weitere Ringraumdruckzyklen mit einer Herabsetzungs/Erhöhungsfolge verstellen die Kugeln 186 in die Positionen l&sub1;, k&sub2;, l&sub2;, k&sub3; und nach unten vorbei an den Positionen m, ohne die Betriebsart des Werkzeugs zu ändern.
• Eine nachfolgende Druckerhöhung bringt die Kugeln 186 in Anschlag in den Stellungen m, und das Werkzeug 50 wechselt in seine Rohrgestängeprüfungsbetriebsart nach Fig. 3A-H. Ein weiterer Druckzyklus des Ringraums startet dann einen weiteren Werkzeugzyklus.
• Wie in Bezug auf den Schlitz 164 vermerkt wurde, ändert das Werkzeug 50 seine Betriebsart nur dann, wenn die Kugeln 186 in verkürzten Wegen in dem Schlitz zum Anschlag kommen. Beispielsweise wechselt die Betriebsart des Werkzeugs im Schlitz 164' nur in den Kugelpositionen d, g, h, i&sub1;, k&sub1; und in. In allen anderen Fällen bewegen sich die Kugeln 186 lediglich in den Schlitzen 164' ohne Wirkung auf den Betrieb des Werkzeugs.
• Es ist ebenfalls möglich, das Werkzeug 50 umzuprogrammieren, um andere Betriebsarten als diejenigen zu bewirken, die unter Bezugnahme auf die ersten und zweiten bevorzugten Ausführungen offenbart worden sind.
• Beispielsweise und unter Bezugnahme auf Fig. 9 ist das Programm eines Schlitzes 164'' gezeigt. Unter Verwendung des Dorns 156'' mit dem Schlitz 164'' wird das Werkzeug 50 in seiner Rohrgestängeprüfungsbetriebsart nach Fig. 3A-3H in das Bohrloch eingefahren, wobei sich die Kugeln 186 in den Stellungen a in den Schlitzen 164 befinden. Während der Abwärtsbewegung im Bohrloch werden die Kugeln 186 durch den hydrostatischen Druck im Ringraum nach oben in die Positionen b gedrückt. Eine Dichtheitsprüfung des Rohrgestänges kann durchgeführt werden, wenn das Werkzeug 50 seine Prüftiefe im Bohrloch erreicht.
• Nach Setzen des Packers kann der Fluß auf der Formation dadurch geprüft werden, daß der Ringraumdruck erhöht, herabgesetzt und wieder erhöht wird, was die Kugeln nach oben durch die Positionen c, nach unten vorbei an den Positionen d&sub1; und nach oben nach d&sub1; verstellt, in der die Kugeln 186 zum Anschlag kommen und die Ventilkugel 330 öffnen, wobei sich das Werkzeug 50 in der Prüfventilbetriebsart nach Fig. 2A-H befindet. Eine nachfolgende Herabsetzung des Ringraumdrucks verstellt die Kugeln 186 in die Position e&sub1;, was die Ventilkugel 330 in einer Offen- Text fehlt.
• beläßt. Ein weiterer Erhöhungs/Herabsetzungszyklus schließt die Ventilkugel 330 durch den Anschlag der Kugeln 186 in den Positionen f&sub1; und die Abwärtsbewegung des Ratschendorns 156. Ein weiterer Erhöhungs/Herabsetzungszyklus führt zu einer Verstellung der Kugeln in die Positionen g&sub1; und nach unten vorbei an d&sub2;, wobei die Ventilkugel 330 geschlossen bleibt. Die nächste Erhöhung/Herabsetzung öffnet die Ventilkugel 330, wenn die Kugeln 186 in den Positionen d&sub2; anschlagen, und lassen die Ventilkugel 330 offen, wenn sich die Kugeln 186 in die Positionen e&sub2; bewegen. Die folgende Erhöhung/Herabsetzung bringt die Kugeln 186 in Anschlag in den Positionen f&sub2;, wenn der Ringraumdruck abgelassen wird, wobei die Ventilkugel 330 schließt. Eine weitere Erhöhung/Herabsetzung verstellt die Kugeln 186 in die Position g&sub2; und zurück nach unten unterhalb von d&sub3;, wonach die nächste nachfolgende Erhöhung/Herabsetzung die Kugeln 186 in Anschlag in den Positionen d&sub3; bringt, wobei die Ventilkugel 330 geöffnet und offen gelassen wird, wenn die Kugeln 186 in der Position e&sub3; landen.
• Bei Fortsetzung des Werkzeugzyklus verstellt eine Druckerhöhung/Herabsetzung im Ringraum die Kugeln 186 nach f&sub3;, wobei die Ventilkugel 330 schließt. Die Kugeln 186 steigen bei der nächsten Erhöhung/Herabsetzung in den Schlitzen 164'' in die Position h auf, in der das Werkzeug 50 in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart nach Fig. 4A-H verstellt wird und dann in seine Zirkulationsbetriebsart nach Fig. 5A-H, wenn nach einem weiteren Zyklus des Ringraumdrucks die Kugeln 186 in den Positionen i&sub1; anschlagen.
• Die nächsten drei Erhöhungs/Herabsetzungszyklen im Ringraumdruck verstellen die Kugeln 186 durch die Positionen j&sub1;, i&sub2;, j&sub2;, i&sub3;, j&sub3; und zurück nach unten vorbei an der Position k&sub1;. Während dieser Bewegung schlagen die Kugeln 186 nicht an, und das Werkzeug 50 ändert seine Betriebsart nicht. Jedoch bringt die nächste nachfolgende Erhöhung des Drucks die Kugeln 186 in Anschlag in den Positionen k&sub1;, und die Betriebsart des Werkzeugs wechselt in die Stickstoffverdrängungsbetriebsart nach Fig. 4A-H.
• Die nächsten beiden Herabsetzungs/Erhöhungsdruckzyklen verstellen die Kugeln 186 durch die Positionen l&sub1;, k&sub2;, l&sub2; und k&sub3; ohne Änderungen der Werkzeugbetriebsart. Während des folgenden Herabsetzungs/Erhöhungszyklus verstellt sich das Werkzeug jedoch zurück in seine Rohrgestängeprüfungsbetriebsart nach Fig. 3A-H, wenn sich die Kugeln 186 nach unten unterhalb der Positionen m bei der Herabsetzung und dann in Anschlag bewegen, wenn der Druck erhöht wird. Wenn der Ringraumdruck dann das nächste Mal herabgesetzt wird, bewegen sich die Kugeln 186 zurück in die Positionen a zum Start eines weiteren Werkzeugzyklus.
• Wie in Bezug auf die vorherigen Betätigungsdorne 156 und 156' bemerkt wurde, bewegt sich der Dorn 156'' nicht in Längsrichtung, um die Ventilkugel 330 zu betätigen und die Betriebsarten des Werkzeugs zu ändern, es sei denn, daß die Kugeln 186 in den verkürzten Zweigen der Schlitze 164'' anschlagen. In den Schlitzen 164'' bewirken nur die Positionen d&sub1;, f&sub3;, h, i&sub1;, k&sub1; und m eine Änderung in der Betriebsart. Die Positionen d&sub1;, f&sub1;, d&sub2;, f&sub2;, d&sub3; und f&sub3; dienen jedoch alle dazu, die Ventilkugel 330 zu öffnen bzw. zu schließen.
• Bei dem Schlitzprogramm, das in dem Schlitz 164'' benutzt wird, muß die Bedienungskraft für die Prüfung den Ringraum zwangsläufig unter Druck setzen und dann von Druck entlasten, um die Ventilkugel 330 aus einer geschlossenen in eine offene Stellung zu verstellen und umgekehrt. Dieses Merkmal verhindert einen Abschluß während einer Fließprüfung, wenn der Ringraumdruck unbeabsichtigt verringert wird. Weiterhin kann die Ventilkugel 330 nach der Formationsprüfung und der Zirkulation offen gelassen werden, damit Fluid aus dem Prüfstrang 30 abgelassen werden kann, wenn er aus dem Bohrloch 4 entfernt wird.
• Eine weitere Ausführung kann durch die Ausnutzung eines noch weiteren Schlitzprogramms bewirkt werden, das in Fig. 10 als Schlitz 164''' an einem Dorn 156''' dargestellt ist. Durch die Schlitze 164''' ist das Werkzeug 50 auf eine zweifache Betriebsart mit einem Zirkulationsventil beschränkt, was in einigen Gegenden der Welt bevorzugt ist, in denen vor der Fließprüfung der Bohrung keine Rohrgestängeprüfungen durchgeführt werden und unterhalb des Werkzeugs 50 ein gesondertes Prüfventil eingesetzt wird.
• In den Schlitzen 164''' starten die Ratschenkugeln 186 in den Positionen a und verstellen sich bei Abwärtsbewegung des Werkzeugs 50 in dem Bohrloch nach b. Die Ventilkugel 330 ist offen. Nach Setzen des Packers 44 führt eine erste Erhöhung des Ringraumdrucks zu einer Kugelverstellung in die Positionen c&sub1;, und nachfolgende Herabsetzungs/Erhöhungszyklen verstellen die Kugeln 186 durch die Positionen d&sub1;, c&sub2;, d&sub2; und c&sub3; nach d&sub3;. Die nächsten drei Erhöhungs/Herabsetzungsdruckzyklen führen dazu, daß die Kugeln 186 in den Schlitzen 164''' in die ,Positionen e aufsteigen, was die Ventilkugel 330 schließt; die Positionen f, was das Werkzeug 50 in seine Verdrängungsventilbetriebsart verstellt; und die Position g&sub1;, was das Werkzeug 50 in seine Zirkulationsventilbetriebsart verstellt. Die nächsten drei Erhöhungs/Herabsetzungsdruckzyklen ergeben eine freie Kugelverstellung durch die Positionen h&sub1;, g&sub2;, h&sub2;, g&sub3; und h&sub3; vorbei an i&sub1;, ohne daß sich das Werkzeug 50 aus seiner Zirkulationsventilbetriebsart verstellt. Jedoch wechselt eine nachfolgende Erhöhung die Betriebsart des Werkzeugs in die eines Verdrängungsventils, da die Kugeln 186 in den Positionen i&sub1; anschlagen. Diese Betriebsart wird während der nächsten beiden Herabsetzungs/ Erhöhungszyklen bei ungehinderter Kugelbewegung aufrechterhalten. Der nächste Herabsetzungs/Erhöhungszyklus verstellt dann die Kugeln 186 in Anlage in die Positionen k, was die Verdrängungsöffnungen 226 gegen die Verdrängungsdurchbrüche 256 und die Zirkulationsöffnungen 224 gegen die Zirkulationsdurchbrüche 232 versetzt, während die Ventilkugel 330 geschlossen gelassen wird. Der nächste nachfolgende Herabsetzungs/Erhöhungszyklus öffnet wieder die Ventilkugel 330, wobei sich die Kugeln 186 in den Positionen l befinden, und eine Herabsetzung des Ringraumdrucks bringt die Kugeln zurück in die Positionen a für einen weiteren Werkzeugzyklus. In den Schlitzen 164''' kommen die Kugeln 186 in den Positionen e, f, g&sub1;, i&sub1;, k und l zum Anschlag.
Alternative Ausführung des Verdrängungsventils zur Verwendung in der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung
• Fig. 7A und 7B stellen eine alternative Konstruktion für eine Stickstoffverdrängungsventilanordnung dar, die in dem Werkzeug 50 benutzt werden kann. Die Ventilanordnung 400 enthält ein äußeres Zirkulations-Verdrängungsgehäuse 220' mit einem etwas größeren Abstand zwischen den Zirkulationsöffnungen 224 und den Verdrängungsdurchbrüchen 226 als in dem Standardgehäuse 220. An seinem oberen Ende ist das Gehäuse 220' an einer Gewindeverbindung 222 an dem Verlängerungsgehäuse 216 befestigt, während es an seinem (nicht gezeigten) unteren Ende an dem Kugelmantel 294 befestigt ist. Innerhalb des Werkzeugs 50 ist der Verlängerungsdorn 204 an der Gewindeverbindung 230 an der Zirkulationsventilhülse 228 befestigt, durch die sich die Zirkulationsdurchbrüche 232 erstrecken. Die Hülse 228 ist mit der Verdrängungsventilhülse 238' schraubverbunden, wobei die Dichtung 226 in einer Ringnut 236 dazwischen gehalten ist, um die Zirkulationsdurchbrüche 232 gegen die Zirkulationsöffnungen 224 zu isolieren.
• Am Äußeren der Verdrängungsventilhülse 238' liegen ringförmige Markierungsnuten 420 (drei Nuten), 422 (zwei Nuten) und 424 (eine Nut), deren Zweck nachstehend erläutert wird. Unterhalb der Markierungsnuten erstrecken sich Verdrängungsdurchbrüche 256 durch die Wandung der Hülse 238' neben einer schräggeneigten Ringwand 416, die Teil der Verdrängungsanordnung 400 ist.
• Ein Klappendorn 406 gleitet auf dem Äußeren der Hülse 238' unterhalb der Wandung 416 und wird in seiner Längsbewegung durch Anschlag einer elastomeren Dichtung 414 an der Wand 416 an seinem oberen Ende und durch den Anschlag der Schulter 408 an einem Anschlag 404 begrenzt, der sich von einer Schulter 402 an dein Betätigungsdorn 260' nach oben erstreckt. Die Anschläge 404 verhindern eine Druckverriegelung der Schulter 408 an der Schulter 402. Die Dichtung 266 ist in einer Ausnehmung zwischen einer Ringschulter 258' an dem Dorn 260' und einem Dichtungsträger 264 gehalten, der die Gewindeverbindung 262 zwischen der Hülse 238' und dem Betätigungsdorn 260' umgibt und selbst an dem Betätigungsdorn 260' an der Gewindeverbindung 265 befestigt ist.
• Der Klappendorn 406 trägt daran eine Vielzahl von kegelstumpfförmigen Ventilklappen 412, die an Ringschultern 410 an den Dorn 406 gebunden sind.
• Die Verdrängungsanordnung 400 wird in der gleichen Weise wie bei der Verdrängungsbetriebsart des Werkzeugs 50 in Fig. 2 bis 5 in ihre Betriebsweise gebracht, das heißt durch Längsverstellung der inneren Anordnung, die durch die Wechselwirkung der Kugeln 186 in den Schlitzen 164 mit dem Ratschendorn 156 verbunden ist. Im Unterschied zu dem Verdrängungskolben 248, der in eine geschlossene Stellung gegen den Sitz 254 federnd vorgespannt ist (Fig. 2E-F, 3E-F) und aus dieser durch Stickstoff verstellt wird, der unter Druck durch die Durchbrüche 256 fließt (Fig. 4E-F), arbeitet der Dorn 406, wenn er sich an den Verdrängungsöffnungen 226 (Fig. 7A-B) befindet, durch eine Abwärtsverstellung gegen die Anschläge 404, die von einem Einklappen der Klappen 412 gegen den Dorn 406 gefolgt ist, um einen Austritt des im Strang enthaltenen Fluids und des unter Druck gesetzten Stickstoffs durch die Öffnungen 226 zu ermöglichen, wobei dieser in dem Bohrlochringraum ausgestoßen wird.
• Wenn die Bohrung 370 des Werkzeugs 50 von Druck entlastet wird, spreizt die hydrostatische Druckhöhe (und der Druck) im Ringraum die Klappen 412 gegen das Zirkulations-Verdrängungsgehäuse 220' und verstellt den Dorn 406 nach oben gegen die Wand 416, an der die Elastomerendichtung 414 zum Sitz kommt und einen Wiedereintritt von Ringraumfluiden in die Bohrung 370 verhindert.
• Ein zusätzliches Merkmal der Anordnung 400 besteht in der Leichtigkeit der Identifizierung des Betriebsart des Werkzeugs durch die Verwendung der Markierungsnuten 420, 422 und 424. Wenn sich beispielsweise das Werkzeug 50 in seiner Zirkulationsbetriebsart befindet, sind die Zirkulationsöffnungen 224 zu den Zirkulationsdurchbrüchen 232 ausgerichtet, und es sind keine Nuten sichtbar. Wenn sich das Werkzeug 50 in seiner Verdrängungsbetriebsart befindet (Fig. 7A-B), sind die Nuten 420 sichtbar. Wenn die Ventilkugel 330 geschlossen ist, sind die Nuten 422 sichtbar, und wenn die Ventilkugel 330 offen ist, ist die Nut 420 sichtbar. Bei Kenntnis des Ratschendorns, der in dem Werkzeug 50 eingesetzt ist und dem gewünschten Anfangsteil ist es leicht möglich sicherzustellen, daß das Werkzeug 50 in seine richtige Betriebsart zum Einfahren in das Bohrloch eingestellt wird.
• Es ist somit klar, daß ein Prüfwerkzeug für mehrere Betriebsarten entwickelt worden ist, das einen neuen und nicht naheliegenden Betätigungsmechanismus und darin Ventile enthält. Für einen normalen Fachmann in dieser Technik ist ohne weiteres klar, daß zahlreiche Hinzufügungen, Auslassungen und Änderungen an der Erfindung vorgenommen werden können, die hierin in ihren bevorzugten und alternativen Ausführungen offenbart worden ist. Beispielsweise könnte das Werkzeug 50 einen ganz mit Öl betriebenen Vorspannmechanismus verwenden, wie er in den USA-Patenten 4,109,724, 4,109,725 und den USA- Patentanmeldungen 354,529 und 417,947 offenbart ist; das Stickstoffverdrängungsventil könnte oberhalb des Zirkulationsventils in dem Werkzeug angeordnet werden; es könnten alternative auf Druck ansprechende Rückschlagventilausbildungen als Verdrängungsventile verwendet werden; die im Werkzeug 50 gezeigten Schraubenfedern könnten durch Tellerfedern oder andere Federn ersetzt werden; der Betätigungsmechanismus des Werkzeugs einschließlich der Stickstoff- und/oder Ölkammern, des Ratschendorns und der Kugelhülsenanordnung könnte am unteren Ende des Werkzeugs oder zwischen seinen Enden plaziert werden; die Ratschenkugeln könnten in Ausnehmungen an einem Dorn ihren Sitz haben und um diesen herum könnte eine drehbare Ratschenhülse verwendet werden, in deren Inneres Schlitze eingeschnitten sind, und die durch Schwenkmittel mit einer Hülsenanordnung verbunden sind, welche die ringförmigen Kolben 190 und 192 trägt; eine Ratschenhülse könnte drehbar um einen gesonderten Dorn und Ratschenkugeln könnten um diesen herum in einer nicht drehenden Hülsenanordnung angeordnet sein; ein hülsenartiges Ventil, wie es im USA-Patent RE 29,562 offenbart ist, könnte anstelle eines Kugelventils benutzt werden, um die Bohrung 370 durch das Werkzeug 50 zu schließen; dem Werkzeug 50 könnte eine ringförmige Probenkammer hinzugefügt werden, wie sie ebenfalls in dem vorgenannten USA-Patent RE 29,562 offenbart ist; eine zweite Ventilkugel könnte im Längsabstand von der Ventilkugel 330 enthalten und an dem Betätigungsdorn 260 befestigt sein, um einen Probenehmer vom Kugeltyp mit einem Mechanismus ähnlich denen zu bilden, die in den USA- Patenten 4,064,937, 4,270,610 und 4,311,197 offenbart sind; die Ventilkugel 330 könnte am oberen Ende des Werkzeugs angebracht sein und für Zwecke der Rohrgestängeprüfung nur zusammen mit einem anderen Prüfventil verwendet werden, das unterhalb des Werkzeugs betrieben wird, wie früher vorgeschlagen worden ist; die Kolbenhülse und die Kolben der bevorzugten Ausführung könnten durch einen Ringkolben mit einem darin befindlichen Längskanal mit einem federnd vorgespannten Rückschlagventilschließglied und mit Ventilsitzen an jedem Ende ersetzt werden, wobei ein Stift oder eine Stange als Anschlagmittel verwendet werden, die so eingerichtet sind, daß sie das Schließglied für das Rückschlagventil an jedem Ende der Kolbenverstellung von seinem Sitz stoßen, um daran vorbei Fluid abzulassen.

Claims (13)

1. Betätigungsanordnung für ein Bohrlochwerkzeug, gekennzeichnet durch eine mit Fluid gefüllte Kammer (210); Fluidvorspannmittel (124) an einem ersten Ende der Kammer; auf das Fluid einwirkende Druckübertragungsmittel (212) an einem zweiten Ende der Kammer; Kolbenhülsenmittel (168) mit ersten und zweiten Schultermitteln (170, 174), die zwischen sich eine Kolbenlagerfläche (173) bestimmen, welche Kolbenhülsenmittel in der Kammer zwischen ihren Enden angeordnet sind; erste und zweite, auf Fluiddruck ansprechende Kolben (190, 192), die der Kolbenhülse zwischen den Schultermitteln zugeordnet sind; zwischen den ersten und zweiten Kolben angeordnete Kolbenvorspannmittel (194); erste und zweite Kolbenanschlagmittel (127, 146), die im Längsabstand angeordnet und so eingerichtet sind, daß sie die Bewegung des ersten bzw. zweiten Kolbens verhindern; und Übertragungsmittel (186) zur Übertragung von Längsbewegung der Kolbenhülse auf ein Werkzeugelement (156).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenhülsenmittel ferner an den ersten und zweiten Schultermitteln erste und zweite Kolbensitze (172, 176) enthalten und daß der erste Kolben (190) eine erste Dichtfläche (196), die abdichtend an den ersten Kolbensitz anlegbar ist, und der zweite Kolben (192) eine zweite Dichtfläche (198) enthält, die an den zweiten Kolbensitz abdichtend anlegbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (210) ringförmige Gestalt hat; daß die Druckübertragungsmittel (212) Druck von außerhalb des Werkzeugs übertragen; und daß das Oberteil der Kammer die Innenwand des Gehäuses (142) des Bohrlochwerkzeugs und das Unterteil der Kammer die Außenwand eines im wesentlichen zylindrischen Elementes (156) innerhalb des Werkzeugs aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenhülsenmittel eine rohrförmige Hülse aufweisen, die gleitbeweglich abdichtend um das zylindrische Werkzeugelement (156) herum angeordnet ist;

daß die Schultermittel (170, 174) radial nach außen verlaufende Ringschultern aufweisen; daß die Kolbensitze (172, 176) eine radial gerichtete Fläche an jeder Ringschulter an jedem Ende der Kolbenlagerfläche (173) aufweisen; daß die Kolben (190, 192) Ringkolben aufweisen, die um die Kolbenhülse (168) herum in gleitbeweglich abdichtender Anlage an der Innenwand des Werkzeuggehäuses (142) angeordnet sind; daß die Dichtflächen (196, 198) radial gerichtete Flächen an den Außenenden der Kolben aufweisen; daß die Kolbenanschlagmittel (127, 146) von der Innenwand des Werkzeuggehäuses nach innen gerichtete Vorsprünge aufweisen; und daß die Kolbenvorspannmittel (194) eine Feder aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Kolbenanschlagmittel (127, 146) derart eingerichtet ist, daß es die Längsbewegung der Kolbenhülse (168) in einer Richtung dadurch begrenzt, daß es seinen zugehörigen Kolben berührt und diesen von seiner zugehörigen Schulter an der Kolbenhülse entfernt und dadurch einen Druckausgleich des Fluids in der Kammer auf beiden Seiten des Kolbens ermöglicht.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kolben zur abdichtenden Anlage an seiner zugehörigen Schulter unter Ansprechen auf eine in einer Längsrichtung positive Druckdifferenz an der Kolbenhülse und der andere Kolben zur abdichtenden Anlage an seiner zugehörigen Schulter unter Ansprechen auf eine in der entgegengesetzten Längsrichtung positive Druckdifferenz an der Kolbenhülse eingerichtet ist.

7. Schaltanordnung für ein Bohrlochwerkzeug, gekennzeichnet durch eine fluidgefüllte Kammer (210); auf Druck ansprechende, doppelt wirkende Kolbenmittel mit einer Kolbenhülse (168), die in der fluidgefüllten Kammer angeordnet ist, erste und zweite Schultern (170, 174) an der Kolbenhülse, erste und zweite Kolben (190, 192), die der Kolbenhülse zugeordnet und zum Sitz an der ersten bzw. zweiten Schulter eingerichtet sind, und Vorspannmittel (194) zum Vorspannen der ersten und zweiten Kolben gegen die erste bzw. zweite Schulter; erste und zweite Kolbenanschlagmittel (127, 146) im Längsabstand in der fluidgefüllten Kammer, die dem ersten bzw. zweiten Kolben zugeordnet sind und in Kontakt mit den zugehörigen Kolben zur Verhinderung des Aufsitzens eingerichtet sind; und den Kolbenmitteln zugeordnete Kugel- und -Schlitz-Ratschenmittel (164, 186).

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel- und -Schlitz-Ratschenmittel eine in Kugelsitzmitteln (188) aufgenommene Kugel (186), die sich in einen Dornmitteln (156) zugehörigen Schlitz (164) erstreckt, und Schwenkmittel (182) enthalten, die eine im wesentlichen ungehinderte relative Verdrehung zwischen den Kugelsitzmitteln und den Dornmitteln gestatten.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkmittel (182) zwischen den doppelt wirkenden Kolbenmitteln und den Kugelsitzmitteln (188) angeordnet sind und der Schlitz (164) ein durchgehender Schlitz ist, der außen an den Dornmitteln (156) angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (164) eine Vielzahl längs angeordneter Schenkel enthält, die durch seitlich angeordnete, schräg verlaufende Übertragungskanäle verbunden sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel verlängerte Enden und verkürzte Enden enthalten und die Kolbenmittel die Dornmittel durch Absetzen der Kugel in den verkürzten Enden verstellen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch wenigstens zwei seitlich benachbarte, in Längsrichtung entgegengesetzt gerichtete Schenkel mit verlängerten Enden, wodurch die Kugel wenigstens zweimal nacheinander ohne Bewegung der Dornmittel in entgegengesetzten Längsrichtungen bewegbar ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz in Längsrichtung versetzte Schenkel mit verkürzten Enden enthält, die durch Übertragungskanäle verbunden sind, wodurch sich die Kugel in dem Schlitz in Längsrichtung bewegen und die Dornmittel um eine größere Strecke als die eines einzigen Schenkels verstellen kann.