DE69406314T2

DE69406314T2 - Ventilvorrichtung im Bohrloch

Info

Publication number: DE69406314T2
Application number: DE69406314T
Authority: DE
Inventors: Paul D Ringgenberg
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1994-01-06
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2014-01-07
Also published as: DE69406314D1; EP0606981B1; CA2113402A1; US5341883A; EP0606981A1; CA2113402C

Description

Diese Erfindung betrifft ein Bohrlochventilgerät zur Verwendung beim Bohrlochtesten und speziell eine Kombination von Abdrück- und Bypaßventil, das durch Druck aktiviert wird.
Vielzählige Bohrlocharbeiten hängen mit dem Einlaufen eines Packers in ein Bohrloch am Ende einer Rohr- oder Bohrkette und Setzen des Packers zum Isolieren einer fördernden Formation oder "Zone", die vom Bohrloch durchschnitten wird, vom Bohrlochringraum über dem Packer zusammen. Nach dieser Isoliermaßnahme wird eine Substanz, wie z.B. Zementschlamm, eine Säure oder andere Flüssigkeit unter Druck durch die Rohr- oder Bohrkette durch Perforationen in einem Bereich der Bohrlochverrohrung unterhalb des Packers in die dahinter liegende Formation gepumpt. Ein wesentlicher Faktor für den Erfolg einer solchen Maßnahme ist das Vorhandensein einer leckfreien Rohr- oder Bohrkette.
Eine weitere Aufgabe, bei der das Gewährleisten der Druckintegrität der Rohroder Bohrkette wünschenswert ist, ist der sogenannte Schwerstangentest. In einem solchen Test wird die Testerkette in das Bohrloch eingefahren, um die Förderleistung von unterirdischen kohlenwasserstoffproduzierenden Formationen oder Zonen festzustellen, die vom Bohrloch durchschnitten werden. Dieses Testen wird durch Einfahren einer Rohrkette, d.h. normalerweise einer Bohrkette mit einem Packer, der an der Unterseite der Kette befestigt ist, in das Bohrloch begonnen. Nachdem die Testerkette auf die endgültige Lage abgelassen wurde, wird der Packer zum Abdichten des Ringraumes zwischen der Testerkette und der Bohrlochverrohrung gesetzt. Dann kann die unterirdische Formation Öl oder Gas durch die Testerkette fördern. Wie schon im Zusammenhang mit der vorher erwähnten Bohrlocharbeit erläutert, ist es vor Durchführen des Schwerstangentests wünschenswert, die Bohrkette regelmäßig auf Druckfestigkeit zu prüfen, um festzustellen, ob es an den Übergängen zwischen den verschiedenen Rohrsegmenten irgend welche Undichtheit besteht/entsteht.
Um dieses Abdrücken an der Bohrkette durchzuführen, wird die Rohrkette mit einer Flüssigkeit gefüllt und das Absenken der Kette in regelmäßigen Abständen unterbrochen. Dabei wird die Flüssigkeitssäule in der Bohrkette unter Druck gesetzt, um festzustellen, ob es über einer Stelle in der Nähe des Packers am Ende der Kette zu irgendwelcher Undichtheit kommt.
Bisher wurden verschiedene Geräte zum Testen der Druckintegrität der Rohrkette benutzt. In einigen Fällen wird ein geschlossenes Formationstesterventil als Ventil in die Kette aufgenommen, auf das Druck darüber in der Testerkette angesetzt wird. In anderen Fällen wir ein s.g. Rohrtesterventil in der Nähe des Packers in der Kette eingesetzt und Druck auf das Ventilelement im Rohrtesterventil angesetzt.
Ein Problem mit Geräten des Stands der Technik liegt darin, daß das darin befindliche Ventilelement vorzeitig aktiviert werden kann, wenn es aus dem Förderungspacker herausgezogen wird. Dieses Problem wurde jetzt durch die Entwicklung eines Werkzeuges gelöst, das so oft wie gewünscht in und aus dem Förderungspacker gestochen werden kann, ohne das Ventil vorzeitig zu öffnen.
In EP-A-0288239 wird ein Ventilgerät zur Verwendung in einem Bohrloch eröffnet, bestehend aus einer Gehäusevorrichtung zum Bilden einer darin zentral ausgeführten Öffnung und einer Öffnung, die mit der erwähnten zentralen Öffnung in Verbindung steht; einer Spindelvorrichtung, die in der erwähnten zentralen Öffnung gleitend ausgeführt ist; einer ersten Ventilvorrichtung, die eine Flüssigkeitsströmung durch die o.g. zentrale Öffnung ermöglicht, wenn sie sich in einer geöffneten Stellung befindet und die die Flüssigkeitsströmung durch die o.g. zentrale Öffnung verhindert, wenn sie sich in einer geschlossenen Stellung befindet; einer zweiten Ventilvorrichtung, die eine Verbindung zwischen der o.g. zentralen Öffnung und einem Bohrlochringraum zuläßt, wenn sie sich in einer geöffneten Stellung befindet und diese Verbindung zwischen der o.g. zentralen Öffnung und dem Bohrlochringraum in einer geschlossenen Stellung verhindert sowie eine auf Druck ansprechende Vorrichtung, die eine Betätigung der ersten und zweiten Ventilvorrichtung zwischen den geöffneten und geschlossenen Stellungen dieser Ventile größtenteils gleichzeitig, ansprechend auf den Druck in dem o.g. Bohrlochringraum, bewirkt.
Nach dieser Erfindung ist ein Ventilgerät zur Verwendung in einem Bohrloch vorgesehen, bestehend aus einer Gehäusevorrichtung zum Bilden einer darin ausgeführten Öffnung und einer weiteren Öffnung, die mit der o.g. zentralen Öffnung in Verbindung steht; einer Spindelvorrichtung, die in der o.g. Öffnung gleitend ausgeführt ist; einer ersten Ventilvorrichtung, die eine Flüssigkeitsströmung durch die o.g. Öffnung zuläßt, wenn sie sich in einer geöffneten Stellung befindet und die Flüssigkeitsströmung durch die o.g. zentrale Öffnung verhindert, wenn sie sich in einer geschlossenen Stellung befindet; einer zweiten Ventilvorrichtung zum Herstellen einer Verbindung zwischen der o.g. zentralen Öffnung und einem Bohrlochringraum, wenn sie sich in einer geöfffieten Stellung befindet und zum Verhindern der Verbindung zwischen der o.g. zentralen Öffnung und dem Ringraum, wenn sie sich in einer geschlossenen Stellung befindet sowie einer auf Druck ansprechenden Vorrichtung, mit der die o.g. ersten und zweiten Ventilvorrichtungen, ansprechend auf den Druck im o.g. Bohrlochringraum, größtenteils gleichzeitig zwischen ihren offenen und geschlossenen Stellungen bewegt werden, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Ausgleich der unterschiedlichen Längsbewegung der Komponenten der o.g. ersten und zweiten Ventilvorrichtungen nach der Betätigung der ersten und zweiten Ventilvorrichtung durch die o.g. auf Druck ansprechende Vorrichtung.
Bei einer bevorzugten Ausfulirung ist die erste Ventilvorrichtung als Kugelventil ausgeführt, das mit einer Spindelvorrichtung verbunden ist, und die zweite Ventilvorrichtung ist als Ventilhülse ausgeführt, die mit der Spindelvorrichtung verbunden ist. In dieser befindet sich eine Öffnung, die mit der Öffnung der Gehäusevorrichtung verbunden ist, wenn sich die zweite Ventilvorrichtung in ihrer offenen Stellung befindet. Die erste Ventilvorrichtung befindet sich vorzugsweise zunächst in ihrer geschlossenen Stellung, während sich die zweite Ventilvorrichtung vorzugsweise in ihrer geöfffieten Stellung befindet.
Als Stoßdämpfer für die Bewegung der Ventilhülse gegenüber der Gehäusevorrichtung nach ihrer Aktivierung durch die auf Druck ansprechende Vorrichtung kann eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen werden.
Die auf Druck ansprechende Vorrichtung ist vorzugsweise durch eine Berstscheibe gekennzeichnet, die zum Bersten ansprechend auf einen auf sie angesetzten Druck ausgeführt ist. So kann der Ringraumdruck auf die Oberfläche der Spindelvorrichtung so einwirken, daß die Spindelvorrichtung gegenüber der Gehäusevorrichtung bewegt wird.
Weiter kann das Gerät eine Schervorrichtung beinhalten, mit der die Spindelvorrichtung abscherbar gegenüber der Gehäusevorrichtung hält und, ansprechend auf den auf die Spindelvorrichtung einwirkenden Ringraumdruck nach dessen Ansetzen auf die auf Druck ansprechende Vorrichtung, abschert.
Um ein besseres Verständnis der Erfindung herbeizuführen, wird jetzt auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
FIG. 1 eine schematische Ansicht einer Bohrlochtesterkette, inkl. eines Abdrück- und Bypaßventils nach dieser Erfindung. Diese Vorrichtung wird in einem Offshore-Bohrloch dargestellt.
FIG. 2A-2D einen partiellen Aufriß sowie einen Schnitt einer Ausführng eines Abdrück- und Bypaßventils nach dieser Erfindung, die lediglich der Veranschaulichung dienen.
Während ein Ölbohrloch gebohrt wird, füllt sich das Bohrloch mit einer Flüssigkeit, die Spülschlamm genannt wird. Ein Zweck dieses Spülschlammes ist es, die in den durchschnittenen Formationen befindliche Formationsflüssigkeit zu stemmen. Um diese Formationsflüssigkeiten zu stemmen, wird der Spülschlamm mit verschiedenen Additiven beschwert, so daß der hydrostatische Druck des Schlammes auf Formationstiefe ausreicht, um die Formationsflüssigkeit in der Formation zu stemmen, ohne einen Ausbruch in das Bohrloch zuzulassen.
Wenn die Förderleistung der Formation getestet werden soll, wird eine Testerkette in das Bohrloch auf die Formationstiefe abgefahren, und die Formationsflüssigkeit kann als Bestandteil des kontrollierten Testprogramms in die Kette eingeströmt werden.
Im Inneren der Testerkette wird u.U. ein geringerer Druck beibehalten, während die Kette in das Bohrloch abgelassen wird. Das erfolgt normalerweise durch Geschlossenhalten des Testerventils in der Nähe der Unterseite der Testerkette. Wenn die Testtiefe erreicht ist, wird ein Packer zum Abdichten des Bohrlochs gesetzt. So wird die Formation gegenüber dem hydrostatischen Druck des Spülschlammes im Bohrloch abgesperrt. Dann wird das Formationstesterventil am unteren Ende der Testerkette geöfffnet, und die Formationsflüssigkeit, die vom Stemmdruck des Spülschlammes befreit wird, kann in das Innere der Testerkette einströmen.
Anstelle des Einfahrens eines Packers mit der Testerkette und Setzen des Packers vor Aktivierung der Testerkette, wird häufig auch ein bereits vorher in das Bohrloch eingefahrener Packer gesetzt. Dann greift die Testerkette nur in den Packer ein oder "gliedert" sich an die Kette an, um die Strömung der Flüssigkeit im Verlauf des Testprogramms zu regeln.
Ein Bohrlochtestprogramm umfaßt Intervalle, während derer die Formation strömen kann und solche, während derer die Strömung gestemmt wird. Im Verlauf des gesamten Programms werden Druckinessungen vorgenommen, die später zum Bestimmen der Förderleistungsfähigkeit der Formation ausgewertet werden.
Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere FIG. 1 wird das Bypaßtestund Druckventil nach dieser Erfindung dargestellt und allgemein mit Nummer 10 beziffert. Ventilgerät 10 wird als Bestandteil einer Testerkette 12 dargestellt, die auf einer schwimmenden Arbeitsstation 14 zentriert ist, die selbst über einem unter dem Wasserspiegel liegenden Öl- oder Gasbohrloch im Meeresboden 16 zentriert ist. Das Bohrloch hat eine Bohrung 18, die vom Meeresboden 16 bis zur unterirdischen Formation läuft, die getestet werden soll. Die Bohrlochbohrung 18 wird allgemein mit Stahlrohren 22 ausgeschält, die einzementiert werden.
Von der Arbeitsplattform 14 der schwimmenden Arbeitsstation 14 verläuft eine unter dem Wasserspiegel verlegte Leitung 24 bis in die Bohrlochkammer 28. Die schwimmende Arbeitsstation hat einen Bohrturm 30 sowie eine Hebevorrichtung 32 zum Anheben und Absenken von Werkzeugen, die dem Bohren, Testen und Komplettieren des Öl- oder Gasbohrlochs dienen. So wird beispielsweise die Hebevorrichtung 32 zum Einfahren einer Testerkette 12 in die Bohrung 18 des Bohrlochs benutzt.
Neben dem Abdrück- und Bypaßventilgerät 10 beinhaltet die Testerkette 12 Werkzeuge, wie z.B. eine oder mehrere im Druckausgleich stehende Ausdehnungskupplungen 34, die dem Ausgleich der Wellenwirkung der schwimmenden Arbeitsstation 14 dienen, während die Testerkette 12 an ihre Einsatzstelle eingefahren wird. Zur Testerkette 14 können gleichfalls ein Umlaufventil 36, ein Formationstesterventil 38 und ein Probeventil 40 zählen.
Die Ausdehnungskupplungen 34 können von ähnlicher Konzeption sein, wie die in US Patent Nr.3 354 950 nach Hyde beschriebenen. Das Umlaufventil 36 ist vorzugsweise vom auf Druck ansprechenden Typ, wie es beispielsweise in US Patent Nr.3 950 250 oder 3 970 147 beschrieben wird. Das Umlaufventil 36 kann gleichfalls vom verschließbaren Typ sein, wie er beispielsweise in US Patent Nr.4 113 012 nach Evans u.a. beschrieben wird.
Das Testerventil 38 ist vorzugsweise vom Typ, der auf Ringraumdruck anspricht. Weiter wird dieser Ventiltyp als solcher beschrieben, der in geöffneter Stellung in das Bohrloch eingefahren werden kann. Solche Ventile sind dem Fachmann einschlägig bekannt und werden in US Patent Nr.4 655 288 nach dem Erfinder dieser Erfindung beschrieben.
Das Probeventil 40 ist vorzugsweise vom Typ, der auf den Ringraumdruck anspricht und den eine ungehinderte Bohrung durchläuft, wie er in US Patent Nr.4 665 983 beschrieben wird und dem Erfinder dieser Erfindung zugesprochen wird.
Wie aus FIG. 1 hervorgeht, werden das Umlaufventil 36, Ventil 10 dieser Erfindung, das Formationstesterventil 38 und das Probeventil 40 durch Flüssigkeitsringraumdruck aktiviert, der durch eine Pumpe 42 auf der Plattform der schwimmenden Arbeitsstation 14 angesetzt wird. Druckveränderungen werden über Leitung 44 auf den Bohrlochringraum 46 zwischen Gehäuse 22 und Testerkette 12 übertragen. Bohrlochringraumdruck wird durch Packer 48 mit einem ausdehnbaren Dichtteil 50, das etwas über der Formation 20 gegen die Wand 22 gesetzt wird, von der Formation abgetrennt. Packer 48 kann ein Baker Oil Tools Packer der Baureihe D, ein Otis Engineering Corporation Packer vom Typ W, ein Halliburton Services EZ Drill SV, RTTS oder Champ Packer oder ein anderer dem Fachmann der Bohrlochtesttechnik bekannter Packer sein.
Am unteren Ende der Testerkette 12 kann ebenfalls eine Rohrdichtgruppe 52 mitgeführt werden, die einen Laufweg in Packer 48 "durchstößt", wenn es sich bei diesem um einen vor dem Einfahren der Testerkette 12 in das Bohrloch eingefahrenen Förderpacker handelt. Die Rohrdichtgruppe 52 bildet mit dem Packer 48 eine Dichtung, wodurch der Bohrlochringraum 46 über dem Packer gegenüber dem inneren Teil der Bohrung 54 unmittelbar bei der Formation 20 sowie unter dem Packer 48 abgetrennt wird.
Eine Perforierungsgun 56 kann über eine Drahtleine eingeführt oder in einer Rohrkette am unteren Ende der Testerkette 12 ausgeführt werden, um in Verrohrung 22 Perforationen 58 zu bilden, durch die Formationsflüssigkeit aus der Formation 20 in den Flußweg der Testerkette 12 strömen kann. Oder die Verrohrung 22 kann vor dem Einfahren der Testerkette 12 in das Bohrloch 18 perforiert werden.
Wie schon erwähnt kann das Abdrück-/Bypaßventil 10 dieser Erfindung zum Druckmessen der Testerkette 12 eingesetzt werden, während die Testerkette in das Bohrloch eingefahren wird. Wenn die Testtiefe erreicht ist, wird der Druck im Bohrlochringraum 46 durch Pumpe 42 und durch Rohr 44 erhöht, wodurch Ventil 10 in eine geöffnete Stellung versetzt wird, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Dann kann ein Formationstest durchgeführt werden, der die Strömung von Flüssigkeit aus Formation 20 durch den Flußweg und die Testerkette 12 regelt, indem durch Pumpe 42 Flüssigkeitsringraumdruck auf den Bohrlochringraum 46 ausgeübt wird, um das Umlaufventil 36, das Formationstesterventil 38 und das Probeventil 40 zu aktivieren Gleichzeitig werden die Drucksteigerungskurven und Temperaturkurven durch entsprechende Druck- und Temperatursensoren in der Testerkette gemessen. Eine vollständige Beschreibung dieser Vorgänge geht aus den erwähnten Patenten hervor.
Es ist zu beachten, daß, wie schon erwähnt, das sich die Verwendung des Abdrück-/Bypaßventils 10 dieser Erfindung nicht auf den Einsatz in einer Testerkette laut Darstellung in FIG. 1 oder auf die Verwendung in einer Testerkette als solche beschränkt. So kann Gerät 10 beispielsweise bei einem Schwerstangentest eingesetzt werden, bei dem überhaupt keine weiteren Ventile oder weniger Ventile als in der bildlichen Darstellung in FIG. 1 benutzt werden. Tatsächlich kann das Gerät 10 dieser Erfindung bei einem Test eingesetzt werden, bei dem alle Druckabsperrungen an der Oberfläche des Plattformbodens durchgeführt werden und überhaupt keine "Formationstesterventile" zum Einsatz kommen. Ähnlich kann das Gerät 10 dieser Erfindung gleichfalls beim Zementieren, Säuern, Spalten oder anderen Bohrlocharbeiten eingesetzt werden, d.h. überall dort, wo die Druckintegrität einer Rohr- oder Bohrkette gewährleistet werden muß.
Mit Bezug auf FIG. 2A-2D werden dort Einzelheiten des Abdrück/Bypaßventilgeräts 10 dieser Erfindung erläutert.
Ventilgerät 10 besteht aus einer Gehäusevorrichtung 60 zum Verbinden mit Testerkette 12 und Bilden einer dadurch verlaufenden zentralen Öffnung 62. An der Oberseite der Gehäusevorrichtung 60 befindet sich ein oberer Adapter 64 mit intemem Gewinde 66, das der Verbindung mit einer Oberseite der Testerkette 12 dient.
Der obere Adapter 64 ist über Gewinde 70 mit einem oberen Sitzträger 68 verbunden. Der obere Sitzträger ist Bestandteil von Gehäusevorrichtung 60 und hat einen ersten 72 sowie einen zweiten Außendurchmesser 74; dazwischen ist ein radial nach außen verlaufender Ansatz 76 ausgeführt.
Eine Dichtvorrichtung, wie beispielsweise Dichtung 78, dichtet zwischen dem oberen Adapter 64 und dem ersten Außendurchmesser 72 des oberen Sitzträgers 68 ab.
Ein erstes oder oberes Ventilgehäuse 80, das als Kugelhahngehäuse 80 dargestellt wird, befindet sich bei der Unterseite des oberen Adapters 64, so daß ein Außendurchmesser 82 des oberen Adapters 64 eng in eine Bohrung 84 im Kugelhahngehäuse paßt. Ventilgehäuse 80 ist gleichfalls Bestandteil der Gehäusevorrichtung 60. Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. Dichtung 86, dichtet zwischen dem oberen Adapter 64 und dem Ventilgehäuse 80 ab.
Mehrere sich nach außen ausdehnende Zahne 88 auf dem oberen Sitzträger 68 greifen in mehrere passende nach innen verlaufende Nuten 90 in Ventilgehäuse 80 so ein, daß eine relative Drehung zwischen dem oberen Sitzträger und dem Ventilgehäuse 80 verhindert wird.
Es laßt sich erkennen, daß sich zwischen der Bohrung 84 des Ventilgehäuses 80 und einem zweiten Außendurchmesser 74 des oberen Sitzträgers 68 ein ringförmiges Volumen 92 bildet.
Im oberen Sitzträger 68 bildet sich eine erste Bohrung 98, siehe FIG. 2A sowie eine etwas größere zweite Bohrung 100, siehe FIG. 2B.
Mit weiterem Bezug auf FIG. 2B befindet sich in Ventilgehäuse 80 bei dem oberen Teil des oberen Sitzträgers 68 eine erste oder obere Ventilvorrichtung 102. Bei der bevorzugten Ausführung ist die erste Ventilvorrichtung 102 durch eine Kugelhahngruppe 102 der Art gekennzeichnet, wie sie dem Fachmann einschlägig bekannt ist.
Die Kugelhahngruppe 102 beinhaltet ein kugelförmiges Ventilteil 104, das in der zentralen Öffnung 62 der Gehäusevorrichtung 60 ausgeführt ist. Am oberen Sitz 106 liegt ein Ventilteil 104 an, das in der zweiten Bohrung 100 des oberen Sitzträgers 68 ausgeführt ist. Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. O-Ring 108, dichtet zwischen dem oberen Sitz 106 und dem oberen Sitzträger 68 ab.
Unter dem Ventilteil 104 befindet sich ein unterer Sitz 110, der am Ventilteil anliegt. Der untere Sitz 110 befindet sich in Bohrung 112 des unteren Sitzträgers 114. Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. O-Ring 116, dichtet zwischen dem unteren Sitz 110 und dem unteren Sitzträger 114 ab.
Der obere Sitzträger 68 und der untere Sitzträger 114 werden durch Gewinde 117 über der Kugelhalingruppe 102 miteinander verbunden (siehe FIG. 2A).
Ventilteil 104 weist eine dadurch verlaufende Ventilbohrung 118 sowie ein exzentrisches Loch 120 auf Ein Vorsprung 122 geht von einer den Vorsprung tragenden Spindel in das Loch 120. Das obere Teil der den Vorsprung tragenden Spindel 124 erstreckt sich bis in das zwischen dem oberen Sitzträger 68 und dem Ventilgehäuse 80 gebildete ringförmige Volumen 92. Das untere Ende der den Vorsprung tragenden Spindel befindet sich allgemein um den unteren Sitzadapter 114 in Ventilgehäuse 80 herum. Die den Vorsprung tragende Spindel 124 ist gleitend in Ventilgehäuse 80 ausgeführt.
Eine zum Gleiten in der zentralen Öffnung 62 der Gehausevomchtung 60 ausgeführte Spindelvorrichtung 126 verläuft abwärts von der den Vorsprung tragenden Spindel 124. Das obere Teil der Spindelvorrichtung 126 besteht aus einer Ventilspindel 128 mit einem radial nach außen vorstehenden Ansatzteil 130, das in eine im unteren Teil der die Spindel tragenden Spindel 124 gebildete interne Rille 138 eingreift, so daß sich die Spindelvorrichtung 126 und die den Vorsprung tragende Spindel 124 zusammen bewegen. So kann die den Vorsprung tragende Spindel 124 als Bestandteil der Spindelvorrichtung 126 bezeichnet werden.
Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. O-Ring 134, dichtet zwischen dem unteren Sitzträger 114 und der Bohrung 136 in der Ventilspindel 128 ab.
Mit Bezug auf FIG. 2C ist das untere Ende des Ventilgehäuses 80 über Gewinde 140 mit einem Berstscheibengehäuse 138 verbunden. Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. Dichtung 142, dichtet zwischen Ventilgehäuse 80 und dem Berstscheibengehäuse 138 ab. Es versteht sich, daß das Berstscheibengehäuse 138 Bestandteil der Gehäusevorrichtung 60 ist.
Das untere Ende des Berstscheibengehäuses 138 wird über Gewinde 146 mit einem zweiten oder unteren Ventilgehäuse 144 verbunden, das gleichfalls als Bypaßventilgehäuse 144 bezeichnet wird. Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. Dichtung 148, dichtet zwischen dem Berstscheibengehäuse 138 und dem Bypaßventilgehäuse 144 ab. Es versteht sich, daß das Bypaßventilgehäuse 144 gleichfalls einen Bestandteil der Gehäusevorrichtung 60 darstellt.
Wie aus FIG. 28-2D hervorgeht, ist im Berstscheibengehäuse 138 und im Bypaßventilgehäuse 144 eine untere Ventilvorrichtung 150 gleitend ausgeführt. Die Ventilvorrichtung 150 kann durch eine Ventilhülse 150 gekennzeichnet sein, die einen ersten Außendurchmesser 152 aufweist, der sich radial nach innen im Abstand zur ersten Bohrung 154 im Berstscheibengehäuse 138 befindet.
Mit Bezug auf FIG. 2B und 2C ist das untere Ende über Gewinde 158 der Ventilspindel 128 mit einem Federring 156 verbunden. Der Federring 156 hat mehrere nach unten gestreckte Federarme 160, die zwischen dem ersten Außendurchmesser 152 der Ventilhülse 150 und der ersten Bohrung 154 im Berstscheibengehäuse 138 ausgeführt sind. Jeder Arm 160 hat an seinem unteren Ende einen Vorsprung 162, der in Rille 164 eingreift, wenn sich das Gerät in der Stellung befindet, die aus FIG. 2A-2D hervorgeht. Der Fachmann erkennt, daß sich der Federring 156 in dieser Stellung zunächst gegenüber der Ventilhülse 150 verklinkt und mit dieser gleitet. So können Ventilhülse 150 und Federring 156 als Bestandteil der Spindelvorrichtung 126 bezeichnet werden.
Mit Bezug auf FIG. 2C weist die Ventilhülse 150 einen zweiten Außendurchmesser 166 auf, der zur engen Aufhahlne in die erste Bohrung 154 im Berstscheibengehäuse 138 ausgelegt ist. Eine Dichtvorrichtung, wie beispielsweise Dichtung 167, dichtet zwischen der Ventilhülse 150 und der ersten Bohrung 154 ab.
Die Ventilhülse 150 hat einen dritten Außendurchmesser 168, der eng in die zweite Bohrung 170 des Berstscheibengehäuses 138 paßt. Eine Dichtvorrichtung, wie z.B. Dichtung 172, dichtet zwischen dem dritten Außendurchmesser 168 der Ventilhülse 150 und der zweiten Bohrung 172 des Berstscheibengehäuses 138 ab.
Der zweite Außendurchmesser der Ventilhülse 150 befindet sich nach innen im Abstand von der zweiten Bohrung 170 in Ventilgehäuse 138, so daß sich dazwischen eine Kammer 173 bildet. Kammer 173 wird an ihrer Oberseite durch Dichtung 167 abgedichtet und an ihrer Unterseite durch Dichtung 172. In der bevorzugten Ausführung wird Kammer 173 mit Niederdruckluft gefüllt, weshalb sie als Luftkammer 173 bezeichnet werden kann.
Eine Dämpfungsvorrichtung, wie z.B. ein ringförmiger Stoßdämpfer oder Kissen 174 befindet sich in der Druckkammer 173. Der Stoßdämpfer 175 weist der Länge nach verlaufende innere und äußere Rillen 177 und 179 auf Die Rillen 177 und 179 ermöglichen das partielle Zusammenklappen des Stoßdämpfers 175, wenn darauf eine der Länge nach wirkende Kraft angesetzt wird, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Im Berstscheibengehäuse 138 ist zwischen seiner ersten Bohrung 154 und zweiten Bohrung 170 ein Gehäuseansatz 174 gebildet. Auf der Ventilhülse 150 ist zwischen ihrem zweiten Außendurchmesser 166 und dritten Außendurchmesser 168 ein entsprechender Hülsenansatz 166 gebildet. Es versteht sich, daß der Stoßdämpfer 175 zwischen den Ansätzen 174 und 176 gebildet ist.
Die Ventilhülse 150 weist einen vierten Außendurchmesser 178 auf So bildet sich auf Ventilhülse 150 zwischen dem dritten 168 und vierten Außendurchmesser 168 ein nach unten gerichteter Ansatz 180.
Der vierte Außendurchmesser 178 der Ventilhülse 150 befindet sich nach innen im Abstand zur zweiten Bohrung 170 des Berstscheibengehäuses 138, so daß sich dazwischen unterhalb des Ansatzes 180 ein ringförmiges Volumen 183 bildet. Quer durch das Berstscheibengehäuse 138 verläuft eine Öffnung 184, die mit dem ringförmigen Volumen 184 in Verbindung steht. Eine auf Druck ansprechende Vorrichtung, wie z.B. eine Berstscheibe 186, befindet sich über Öffnung 184 und wird durch eine Berstscheibenhalterung 188, die über Gewinde 180 mit dem Berstscheibengehäuse 138 verbunden ist, in ihrer Einbaulage gehalten. Es versteht sich, daß die Öffnung 184 unter Dichtung 172 ausgeführt ist.
Unter Öffnung 184 weist die Ventilhülse 150 einen fünften Außendurchmesser 192 auf, der kleiner als der vierte Außendurchmesser 178 ist. Eine Schervorrichtung, wie beispielsweise ein Scherstift 194, sperrt zunächst die Ventilhülse gegenüber dem Ventilgehäuse 144 bei dem fünften Außendurchmesser 192 der Ventilhülse.
Unter dem fünften Außendurchmesser 192 weist die Ventilhülse 150 einen kleineren sechsten Außendurchmesser 196 auf, der eng gleitend in eine Bohrung 198 im Ventilgehäuse 144 paßt.
Mit Bezug auf FIG. 2D weist ein Bypaßventilgehäuse 144 wenigstens eine quer durchlaufende Gehäusebypaßöffnung 200 auf, die mit einer ringförmigen Aussparung 202 in Bohrung 198 verbunden ist. Ventilhülse 150 weist wenigstens eine quer durchlaufende Ventilbypaßöffnung auf, die der Öffnung 200 im Ventilgehäuse 144 entspricht. Ventilbypaßöffnung 204 verbindet die zentrale Öffnung 62 mit einer ringförmigen Aussparung 202. Der Fachmann erkennt, daß die Ventilbypaßöffnung 204 und die Gehäusebypaßöffnung 200 infolge der Anwesenheit der Aussparung 202 immer in Flüssigkeitskontakt miteinander stehen. So befindet sich die Bypaßventilvorrichtung 150 des Gerätes 10 in der geöfflieten Stellung, siehe FIG. 2D.
Über der Ventilbypaßöffiiung 204 und der Gehäusebypaßöffnung 200 dichtet eine erste Dichtvorrichtung, wie z.B. die obere Dichtung 206, zwischen Ventilhülse 150 und Ventilgehäuse 144 ab. Unterhalb der Ventilbypaßöffnung 204 dichtet eine zweite Dichtvorrichtung, wie z.B. mehrere zwischengelagerte Dichtungen 208, zwischen der Ventilhülse 150 und dem Ventilgehäuse 144 ab. In der in FIG. 2D dargestellten ersten geöffneten Stellung befinden sich die zwischengelagerten Dichtungen 208 unterhalb der Gehäusebypaßöffnung 200.
Unter der zweiten Dichtvorrichtung befindet sich eine dritte Dichtvorrichtung, wie z.B. mehrere untere Dichtungen 210, die zwischen der Ventilhülse 150 und dem Ventilgehäuse 144 unterhalb der Ventilbypaßöffiiung 204 und der Gehäusebypaßöffnung 200 abdichten.
Das untere Ende des Ventilgehäuses 144 weist eine externe Gewindefläche 212 auf, die für den Eingriff in das untere Teil der Testerkette 12 ausgeführt ist. So läßt sich das Ventilgehäuse 144 als unterer Adapter 144 des Ventilgerätes 10 bezeichnen. Eine Dichtvorrichtung, wie beispielsweise Dichtung 214, kann zum Abdichten zwischen dem Ventilgehäuse 144 und dem entsprechenden Teil des unteren Endes der Testerkette 12 vorgesehen werden.

Funktion der Erfindung

Das Ventilgerät 10 wird als Bestandteil der Testerkette 12 in der in FIG. 2A- D argestellten/gezeigten Position zusammengebaut und in der dargestellten Ausgangsstellung in das Bohrloch 18 eingefahren, wobei die Bypaßventilvorrichtung 150 offen steht. Die erste Ventilvorrichtung 102 ist dabei geschlossen.
Die offenen Bypaßöffnungen 200 und 204 vermitteln eine Vorrichtung zum Ablenken der zum Ein-/Ausstechen in/aus dem Packer 48 erforderlichen Flüssigkeit. Das Bohrloch muß nicht vor dem Einfahren des Ventilgerätes 10 in das Bohrloch perforiert werden.
Wenn die erste Ventilvorrichtung 102 geschlossen ist, kann der Druck im Teil der Testerkette 12, der über dem Ventilgerät 10 liegt, zum Prüfen auf Dichtheit der Testerkette gemessen werden. Vorzugsweise erlaubt die erste Ventilvorrichtung 102 das unter Druck Stellen des oberen Teils der Testerkette 12 auf ca. 15 000 psi Differentialdruck über Ventilteil 104.
Nachdem die Testerkette 12 bis zur Einsatzstelle in das Bohrloch 18 eingefahren wurde, kann eine Druckprüfung durchgeführt werden. Druck wird auf den Bohrlochringraum angesetzt. Sobald dieser Druck das Differentialniveau erreicht, birst die Berstscheibe 186, wodurch Bohrlochringraum-Flüssigkeitsdruck in das ringformige Volumen 182 in Ventilgerät 10 eindringt (siehe FIG. 2C). Dieser Druck wirkt aufwärts auf Ansatz 184 an Ventilhülse 150 ein, wodurch ausreichend aufwärts wirkende Kraft auf die Ventilhülse ausgeübt wird, um den Scherstift 194 abzuscheren. Ventilhülse 150 geht so aufwärts, daß die zwischengelagerten Dichtungen 208 aufwärts über die Gehäusebypaßöffnung 200 bewegt werden, wodurch die Gehäusebypaßöffnung 200 und Ventil 204 so voneinander abgedichtet getrennt werden, daß die Bypaßventilvorrichtung 150 geschlossen wird.
Der auf die Ventilhülse 150 einwirkende Druck führt zum schnellen Bewegen der Hülse Die Aufwärtsbewegung wird durch das Aufprallen des Ansatzes 176 an Ventilhülse 150 auf den Stoßdämpfer 175 herbeigeführt. Der Stoßdämpfer 175 wird zwischen dem Ansatz 176 auf der Ventilhülse 150 und Ansatz 174 im Berstscheibengehäuse 138 zusammengedrückt Das Zusammenklappen des Stoßdämpfers 175 dämpft den Schlag und verhindert Schäden, die sonst durch das direkte Aufprallen der Ansätze 176 und 184 aufeinander entstehen könnten. Auf diese Weise läßt sich das Ventilgerät 1β später aus dem Bohrloch bergen und zur späteren Wiederverwendung neu ausstatten. Der Stoßdämpfer 175 läßt sich ohne weiteres austauschen; die aufwendigeren, komplizierteren Bauteile, d.h. hauptsächlich die Ventilhülse 150 und das Berstscheibengehäuse 138, bleiben unbeschädigt.
Die Aufwärtsbewegung der Ventilhülse 150 bewegt den Federring 156, die Ventilspindel 128 sowie die den Vorsprung tragende Spindel 124 gegenüber der Gehäusevorrichtung 60 nach oben. Der Fachmann erkennt, daß diese Aufwärtsbewegung der das Ventil tragenden Spindel 124, infolge des Eingriffs des Vorsprungs 122 in das Loch 120 des Ventilteils, zum Drehen der Ventilspindel 104 in der ersten Ventilvorrichtung 102 in ihre geöffnete Stellung führt. Das heißt, die Ventilbohrung 118 im Ventilteil 104 wird mit der zentralen Öfffiung 62 abgestimmt, weshalb Flüssigkeit durch die zentrale Öfffiung strömen kann.
Die zum Schließen der Bypaßventilvorrichtung 150 erforderliche Bewegung ist größer, als die zum Schließen der ersten Ventilvorrichtung 102 erforderliche. Der Eingriff der Federarme 160 in das obere Ende der Ventilhülse 150 realisiert eine Vorrichtung für den Ausgleich dieses Unterschieds. Das bedeutet, daß die Federarme 160 und der Federring 156 sich während der ersten Bewegung der Ventilhülse 150 mit dieser aufwärts bewegen. Sobald die Vorsprünge 162 am unteren Ende der Federarme 162 aufwärts am oberen Ende 216 des Berstscheibengehäuses vorbeigehen, werden sie nicht länger im Eingriff mit der Ventilhülse 150 gehalten. Wenn die erste Ventilvorrichtung 102 in ihre geöffiiete Stellung bewegt wird, kommt die Bewegung der den Vorsprung tragenden Spindel 124, der Ventilspindel 128 und des Federrings 156 zum Stillstand. Die weitere Aufwärtsbewegung der Ventilhülse 150 zwingt die Aussparung 164 aufwärts an den Vorsprüngen 162 an den Federarmen 160 vorbei, d.h. die Ventilhülse wird aus den Federarmen befreit. Die weitere Aufwärtsbewegung der Ventilhülse 150 führt zu keiner weiteren Aufwärtsbewegung der Federarme 160 am Federring 156. So besteht keine Gefahr der Beschädigung von Bauteilen an der ersten Ventilvorrichtung 102 durch Ausüben einer zu starken Kraft von der Ventilhülse 150. Das bedeutet, daß eine Vorrichtung zum Verhindern einer zu ausgeprägten Betätigung der ersten Ventilvorrichtung 102 vorgesehen wird. Anders gesagt ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine andere Längsbewegung zum Schließen der Bypaßventilvorrichtung 150 als zum Öffnen der ersten Ventilvorrichtung 102 vermittelt.
Vor seiner Betätigung kann das Ventilgerät 10 so oft wie gewünscht in/aus einem Förderpacker 48 gestochen werden, ohne die erste Ventilvorrichtung 102 vorzeitig zu öffnen. Das bedeutet, daß die erste Ventilvorrichtung 102 nicht versehentlich geöffnet werden kann und Bohrlochringraumdruck erfordert, um die Berstscheibe 186 zu bersten, wodurch das Ventil betätigt wird.
So läßt sich erkennen, daß das Abdrück- und Bypaßventil mit Berstscheibe dieser Erfindung die erwähnte Aufgabe und Vorteile sowie die ihm eigenen ohne weiteres erfüllt/erbringt. Während eine z.Zt. bevorzugte Ausführung des Gerätes im Zuge der Veröffentlichung dargestellt wird, kann der Fachmann vielzählige Anderungen der Anordnung und Bauweise der Einzelteile im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche vornehmen.

Claims

1. Ventilgerät zur Verwendung in einem Bolirloch, bestehend aus einer Gehäusevorrichtung (60) zum Bilden einer darin ausgeführten zentralen Öffnung (62) sowie einer darin ausgeführten Öffnung (200), die mit der o.g. zentralen Öffnung (62) in Verbindung steht; einer Spindelvorrichtung (126) zum Gleiten in der o.g. zentralen Öffnung; einer ersten Ventilvorrichtung (102), die eine Flüssigkeitsströmung durch die o.g. zentrale Öffnung erlaubt, wenn sie sich in einer geöffneten Stellung befindet und die eine Flüssigkeitsströmung durch die o.g. zentrale Öffnung verhindert, wenn sie sich in einer geschlossenen Stellung befindet; einer zweiten Ventilvorrichtung 8150), die eine Verbindung zwischen der o.g. zentralen Öffnung (62) und einem Bohrlochringraum zuläßt, wenn sie sich in einer geöffneten Stellung befindet und die die Verbindung zwischen der o.g. zentralen Öffnung und dem Bohrlochringraum verhindert, wenn sie sich in geschlossener Stellung befindet sowie einer auf Druck ansprechenden Vorrichtung (186), die der größtenteils gleichzeitigen Betätigung der ersten (102) und zweiten (150) Ventilvorrichtungen zwischen den o.g. geöffneten und geschlossenen Stellungen der Ventile, ansprechend auf Druck im o.g. Bohrlochringraum dient, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (160) zum Ausgleichen der unterschiedlichen Lösungsbewegung der Bauteile der o.g. ersten (102) und zweiten (150) Ventilvorrichtungen im Anschluß an die Betätigung der o.g. ersten (102) und zweiten (150) Ventilvorrichtungen durch die o.g. auf Druck ansprechende Vorrichtung (186).

2. Ein Gerät nach Anspruch 1, bei dem die erste Ventilvorrichtung (102) als Kugelventil ausgeführt ist, das mit der o.g. Spindelvorrichtung (126) verbunden ist.

3. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem sich die erste Ventilvorrichtung zunächst in ihrer geschlossenen Stellung befindet.

4. Ein Gerät nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, bei dem die o.g. zweite Ventileinrichtung (150) aus einer Ventilhülse besteht, die mit der o.g.

Spindelvorrichtung (126) verbunden ist und eine dadurch gehende Öffnung (204) aufweist, die mit der o.g. Öffnung (200) in der o.g. Gehäusevorrichtung verbunden ist, wenn sich die o.g. zweite Ventilvorrichtung (150) in ihrer offenen Stellung befindet.

5. Ein Gerät nach Anspruch 4, weiter bestehend aus einer Dämpfüngsvorrichtung (175) zum Dämpfen der Bewegung der o.g. Ventilhülse nach Betätigung der o.g. zweiten Ventilvorrichtung (150).

6. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem sich die o.g. zweite Ventilvorrichtung (150) zunächst in ihrer geöfffieten Stellung befindet.

7. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die auf Druck ansprechende Vorrichtung (186) eine Berstscheibe ist, die zum Bersten infolge des Ansetzens eines Differentialdrucks auf die Scheibe ausgeführt ist. So kann der Ringraumdruck auf eine Fläche der o.g. Spindelvorrichtung (126) so einwirken, daß diese gegenüber der o.g. Gehäusevorrichtung (60) bewegt wird.

8. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter bestehend aus einer Schervorrichtung (194), die bis zum Abscheren die o.g. Spindelvorrichtung (126) gegenüber der o.g. Gehäusevorrichtung (60) hält und, ansprechend auf Ansetzen des o.g. Ringraumdrucks auf die Spindelvorrichtung (126), abschert, nachdem der o.g. Ringraumdruck auf die o.g. auf Druck ansprechende Vorrichtung angesetzt wurde.

9. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Ausgleichsvorrichtung (160) mehrere Federarme (160) umfaßt.

10. Verwendung eines Ventilgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Testen eines Bohrlochs.