DE69721909T2

DE69721909T2 - Vorrichtung zum Formationstesten

Info

Publication number: DE69721909T2
Application number: DE69721909T
Authority: DE
Inventors: Neal G. Lewisville Skinner; Paul D. Carrollton Ringgenberg
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2017-08-20
Also published as: CA2212978C; US5791414A; CA2212978A1; NO973792L; NO973792D0; EP1253284A2; NO321284B1; EP0825328B1; DE69721909D1; EP0825328A3; EP1253284A3; EP0825328A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Anwendung in Untergrundbohrlöchern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere allgemein auf das Formationstesten in Untergrundbohrlöchern und bietet in einer bevorzugten Ausführung desselben ganz besonders ein Formationstestsystem, welches eine frühzeitige Auswertung von Formationen ermöglicht, die von unverrohrten Bohrlöchern durchschnitten werden.
Es ist dem Fachmann auf diesem Bereich sehr wohl bekannt, dass ein Formationstesten während des Bohrens von Untergrundbohrlöchern und Komplettieren sehr oft durchgeführt wird. Solche Tests werden normalerweise durchgeführt, um geologische und andere physische Eigenschaften der Formationen und der darin enthaltenen Flüssigkeiten zu bestimmen. Das Durchführen geeigneter Messungen kann zum Beispiel die Durchlässigkeit und Porosität einer Formation sowohl wie die Resistivität, die Temperatur, den Druck, und den Blasenpunkt einer Flüssigkeit bestimmen. Diese und andere Eigenschaften der Formation und der darin enthaltenen Flüssigkeit kann mit Hilfe des Durchführens von Tests innerhalb der Formation und vor dem Fertigstellen des Bohrlochs bestimmt werden.
Es ist aus wirtschaftlicher Sicht besonders wichtig, dass solche Tests wie die weiter oben beschriebenen so bald wie möglich nach dem Durchschneiden der Formation mit dem Bohrloch durchgeführt werden. Eine frühzeitige Auswertung der möglichen profitablen Auswertung der darin enthaltenen Flüssigkeit ist besonders wünschenswert. Eine solche frühzeitige Auswertung ermöglicht zum Beispiel ein wirkungsvolleres Planen von Komplettierverfahren.
Wenn eine solche frühzeitige Auswertung während des Bohrverfahrens innerhalb eines Bohrlochs wirklich durchgeführt werden kann, kann auch dieses Bohrverfahren wirkungsvoller durchgeführt werden, da die Ergebnisse einer solchen frühzeitigen Auswertung auch dazu angewendet werden können, die Parameter des Bohrverfahrens genaustens nachzustellen. In diesem Zusammenhang ist es dem Fachmann bekannt, dass Formationstestgeräte mit einer Bohrkette verbunden werden können, so dass Formationen, welche von dem Bohrloch durchschnitten werden, von Zeit zu Zeit getestet werden können, wenn das Bohrloch gebohrt wird.
Typischen Formationstestgeräte, welche für das Verbinden mit einer Bohrkette während eines Bohrverfahrens geeignet sind, umfassen verschiedene Geräte und Mechanismen für das Isolieren einer Formation von dem Rest des Bohrlochs, sowohl wie für das Entnehmen von Flüssigkeit aus der Formation und das Messen physischer Eigenschaften der Flüssigkeit und der Formation. Leider eignen sich typische Formationstestgeräte aufgrund der Einschränkungen, welche durch die Notwendigkeit der Verbindung solcher Geräte mit der Bohrkette auferlegt werden, nicht für die Anwendung unter solchen Bedingungen.
Ein Beispiel der Nachteile eines typischen Formationstestgerätes besteht aus der Tatsache, dass der absolute Tieflochflüssigkeitsdruck gewöhnlich dazu angewendet wird, das Gerät zu betätigen. Es ist dabei gewöhnlich notwendig, vorgefüllte Gaskammern oder andere Druckreferenzgeräte anzuwenden, um das Gerät für die Anwendung in einem bestimmten Bohrloch zu konfigurieren, so dass das Gerät auf eine geeignete Weise betätigt werden kann, wenn der Nähe des Gerätes innerhalb des Bohrlochs ein gewünschter Flüssigkeitsdruck erreicht ist. Der absolute Flüssigkeitsdruck ist natürlich je nach der Tiefe des jeweiligen Bohrlochs unterschiedlich und es entstehen dadurch oft Bedingungen, welche es extrem schwierig gestalten, einen gewünschten Ablassdruck für eine vorgefüllte Gaskammer akkurat zu bestimmen (der Gasdruck ändert sich zum Beispiel mit der Temperatur und die Temperatur eines bestimmten Standortes innerhalb des Bohrlochs zum Zeitpunkt des Durchführens eines Formationstests wird nicht immer vorher bekannt sein). Diese und andere Nachteile eines typischen Formationstestgerätes entstehen aufgrund der Tatsache, dass sich dieselben auf den absoluten Flüssigkeitsdruck für das Durchführen derselben Tests verlassen.
Ein weiteres Beispiel der Nachteile eines typischen Formationstestgerätes bezieht sich auf das Anwenden des absoluten Flüssigkeitsdrucks für das Betätigen desselben, wie zum Beispiel bei Geräten, die normalerweise fordern, dass nach Erreichen eines spezifischen absoluten Flüssigkeitsdrucks spezifische Stufen durchgeführt werden, wie zum Beispiel das Öffnen und Schliessen von Ventilen und das Ändern von Konfigurationen derselben. Anmeldung US-A-4.484.625 geoffenbart ein Gerät, welches operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbar ist, und welches das Folgende umfasst: einen ersten Durchflußdurchgang, welcher innenseitig durch das Gerät hindurch geformt ist; einen ersten Kolben, wobei derselbe erste Kolben so konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in dem ersten Durchflußdurchgang verdrängt werden kann; einen zweiten Kolben, wobei derselbe zweite Kolben so konfiguriert ist, dass er in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in dem ersten Durchflußdurchgang verdrängt werden kann, und wobei das Verdrängen des zweiten Kolbens direkt gegenüber und relativ zu dem Verdrängen des ersten Kolbens auftritt. Dementsprechend muss das Bedienungspersonal auf der Erdoberfläche von derselben Erdoberfläche aus mit Hilfe von Pumpen usw. einen solchen absoluten Flüssigkeitsdruck erzeugen und gleichzeitig den Flüssigkeitsdruck in dem Bohrloch und/oder der Bohrkette um bestimmen zu können, ob ein solcher absoluter Flüssigkeitsdruck erreicht, überschritten worden ist oder nicht usw. Es würde deshalb weit wünschenswerter sein, wenn solche Ventilöffnungen und Schliessungen und Konfigurationsänderungen dann auftreten könnten, wenn der Druck abgelassen wird (wenn Druckregulierung weit kontrollierbarer ist und Druckspitzen und Pumpengeräusch nicht vorhanden sind) oder wenn ein gewünschter Differentialdruck in der Nähe des Gerätes erreicht ist.
Ein weiteres Beispiel der Nachteile eines typischen Formationstestgerätes illustriert die komplizierten und ausfallanfälligen Mechanismen und Geräte, welche normalerweise für das Aufblasen von Packerelementen und das Entnehmen von Flüssigkeit aus einer Formation und das Einführen derselben zum Durchführen von Tests und das Aufzeichnen von Eigenschaften derselben Flüssigkeit in das Gerät angewendet werden. Solche Formationsisolier- und Flüssigkeitsentnahmemechanismen und -geräte fordern zum Beispiel das Bereitstellen einer Stromquelle, das Rotieren der Bohrkette, den Umlauf von Flüssigkeit durch die Bohrkette während des Flüssigkeitsentnahmeverfahrens usw. Diese Mechanismen und Geräte sind jedoch nicht besonders wirkungsvoll und stören ausserdem das normale Bohrverfahren.
Typische Formationstestgeräte erlauben ausserdem nicht das Durchführen von Tests kurz hintereinander (normalerweise aufgrund der weiter voneinander abgelegenen aufblasbaren Packerelemente eines typischen Formationstestgerätes), liefern keine ununterbrochene Aufzeichnung von Flüssigkeitseigenschaften, ermöglichen kein gleichzeitiges Ventilöffnen und -schliessen, wenn Packer aufgeblasen oder abgelassen werden, und schützen die Packerelemente nicht gegen Schäden, die aufgrund eines Kontaktes mit den Seiten des Bohrlochs entstehen.
Aus dem Vorhergehenden wird eindeutig klar, dass es besonders wünschenswert wäre, ein Formationstestsystem für das frühzeitige Auswerten bieten zu können, welches nicht umständlich zu betreiben oder ausfallanfällig ist, und welches sich für seine Betätigung oder für Änderungen der Konfiguration desselben nicht auf den absoluten Flüssigkeitsdruck verlässt, und welches weiter nicht das Rotieren der Bohrkette, einen elektrischen Stromanschluss, oder den Umlauf von Flüssigkeit durch dasselbe für das Einführen von Flüssigkeit in dasselbe hinein fordert, welches sich weiter nicht auf das Erreichen eines bestimmten absoluten Flüssigkeitsdrucks für das Öffnen und Schliessen von Ventilen und das Ändern von Konfigurationen verlässt, welches weiter keine komplizierten und ausfallanfälligen Mechanismen und Geräte für das Aufblasen und Ablassen der damit verbundenen Packer fordert, welches aber für die Anwendung in beinahe allen Bohrlöchern oder Bohrlochteilen geeignet ist, und welches einen differentialen Flüssigkeitsdruck für das Betätigen desselben anwendet, und welches das Durchführen von Tests kurz nacheinander ermöglicht, und welches eine ununterbrochene Aufzeichnung von Flüssigkeitseigenschaften ermöglicht, und welches das gleichzeitige Öffnen und Schliessen von Ventilen ermöglicht, wenn Packer aufgeblasen oder abgelassen werden, und welches die daran befestigten Packlerelemente gegen Schäden schützt, welche aufgrund eines Kontaktes mit den Seiten des Bohrlochs entstehen können. Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein solches Formationstestsystem für die frühzeitige Auswertung zu bieten.
Gemäß der Prinzipen der vorliegenden Erfindung und gemäß einer Ausführung derselben haben wir nun ein Formationstestsystem für die frühzeitige Auswertung entwickelt, welches eine Kombination von Packern, Ventilen, Kolben, Sperrklinkenmechanismen, eine Pumpe, und andere Elemente innerhalb einer einzigartigen Konfiguration umfasst, so dass dasselbe System als Teil einer Bohrkette während eines Bohrverfahrens in ein Untergrundbohrloch hinein transportiert werden kann. Das vorgenannte Formationstestsystem kann dann von Zeit zu Zeit aktiviert werden, um einen oder mehrere Tests in Formationen durchzuführen, welche von dem Bohrloch durchschnitten werden, indem eine Sequenz von vorbestimmten Flüssigkeitsdrucken auf die Bohrkette auferlegt werden. Das Formationstestgerät wurde ausserdem so entwickelt, dass solche Tests besonders kurz hintereinander durchgeführt werden können.
Die vorliegende Erfindung bietet deshalb im allgemeinen ein Gerät, welches operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbar ist. Eine representativ illustrierte Ausführung der vorliegenden Erfindung geoffenbart ein Gerät, welches einen Durchflußdurchgang, einen ersten und einen zweiten Kolben, und ein Ventil umfasst. Der Durchflußdurchgang ist innenseitig durch das Gerät hindurch geformt.
Der erste Kolben ist so konfiguriert, dass er in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in dem Durchflußdurchgang verdrängt werden kann. Der zweite Kolben ist auch so konfiguriert, dass er in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in dem Durchflußdurchgang verdrängt werden kann, wobei das Verdrängen des zweiten Kolbens direkt gegenüber und relativ zu dem Verdrängen des ersten Kolbens stattfindet. Das Ventil ist so konfiguriert, dass es den Durchfluß von Flüssigkeit durch den Durchflußdurchgang in Reaktion auf das Verdrängen von entweder dem ersten oder dem zweiten Kolben wahlweise ermöglichen oder verhindern kann.
Das Ventil verhindert den Durchfluß von Flüssigkeit durch den ersten Durchflußdurchgang in Reaktion auf das Verdrängen des ersten Kolbens, und das Ventil ermöglicht den Durchfluß von Flüssigkeit durch den ersten Durchflußdurchgang in Reaktion auf das Verdrängen des zweiten Kolbens.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der erste Durchflußdurchgang in ein erstes und ein zweites Teil unterteilt, wenn das Ventil den Durchfluß durch denselben verhindert.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Gerät weiter einen zweiten Durchflußdurchgang, wobei derselbe zweite Durchflußdurchgang in Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten Teil des ersten Durchflußdurchgangs steht, wenn das Ventil den Durchfluß von Flüssigkeit durch denselben hindurch verhindert, und wobei der zweite Durchflußdurchgang von einer Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten Durchflußdurchgang isoliert ist, wenn das Ventil einen Flüssigkeitsdurchfluß durch denselben hindurch ermöglicht.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kann das zweite Teil des ersten Durchflußdurchgangs in Flüssigkeitsverbindung mit einem Ringraum stehen, welcher radial zwischen dem Gerät und den Seitenwänden des Untergrundbohrlochs geformt wird, wenn das Ventil den Durchfluß von Flüssigkeit durch den ersten Durchflußdurchgang verhindert, und der zweite Durchflußdurchgang kann in Flüssigkeitsverbindung mit dem Ringraum stehen, wenn das Ventil den Durchfluß von Flüssigkeit durch den ersten Durchflußdurchgang ermöglicht.
Das Gerät kann weiter ein erstes und ein zweites allgemein rohrförmiges Teil umfassen, und einen ersten und einen zweiten Packer.
Der erste Packer umfasst sich gegenüber liegende Enden und ein sich radial nach aussen ausdehnendes erstes Dichtungsteil zwischen den sich gegenüber liegenden Enden. Der erste Packer befindet sich aussenseitig auf dem ersten rohrförmigen Teil, und eines der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packer ist an dem ersten rohrförmigen Teil befestigt. Das andere der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers ist axial auf dem ersten rohrförmigen Teil verschiebbar.
Das zweite rohrförmige Teil umfasst sich gegenüber liegende Enden und eine Öffnung, welche zwischen den sich gegenüber liegenden Enden durch ein Seitenwandteil desselben hindurch geformt ist. Das zweite rohrförmige Teil ist aussenseitig auf dem ersten rohrförmigen Teil verschiebbar. Eines der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten rohrförmigen Teils ist an dem anderen der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers befestigt.
Der zweite Packer umfasst sich gegenüber liegende Enden und ein sich radial nach aussen ausdehnendes zweites Dichtungsteil zwischen den sich gegenüber liegenden Enden des zweiten Packers. Der zweite Packer ist aussenseitig auf dem ersten rohrförmigen Teil verschiebbar. Eines der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten Packers ist an dem anderen der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten rohrförmigen Teils befestigt, und das andere der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten Packers ist axial auf dem ersten rohrförmigen Teil verschiebbar. Das Ventil kann wahlweise in Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Dichtungsteil gebracht werden und ermöglicht eine radiale Ausdehnung des ersten und des zweiten Dichtungsteils nach aussen. Wenn das erste und das zweite Dichtungsteil radial nach aussen ausgefahren sind, können der zweite Packer, das zweite rohrförmige Teil, und das andere der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers auf dem ersten rohrförmigen Teil verschoben werden.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das erste rohrförmige Teil einen Auslaß, welcher durch ein Seitenwandteil desselben hindurch geformt ist, und die Öffnung steht in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslaß, wenn das erste und das zweite Dichtungsteil radial nach aussen ausgefahren sind.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Gerät weiter ein Paar umlaufender Dichtungen, welche axial über die Öffnung gespreizt sind, wobei das zweite rohrförmige Teil weiter einen Durchflußdurchgang durch dasselbe hindurch und von einem der sich gegenüber liegenden Enden bis zu dem anderen der sich gegenüber liegenden Enden hin umfasst, und wobei die Dichtungen eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Öffnungen und dem Durchflußdurchgang verhindern.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht sowohl der erste wie auch der zweite Packer aus einem aufblasbaren Packer, und der Durchflußdurchgang steht in Flüssigkeitsverbindung mit einem inneren Teil des ersten und des zweiten Dichtungsteils.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kann das Gerät dort angewendet werden, wo das Bohrloch eine Formation durchschneidet. Das Gerät umfasst hier eine Verbindung und einen ersten und einen zweiten aufblasbaren Packer.
Die Verbindung ist allgemein rohrförmig und umfasst innere und äussere Flächen, erste und zweite sich gegenüber liegenden Enden, eine erste Öffnung, welche eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der inneren und der äusseren Fläche erstellt, und eine zweite Öffnung, welche eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten der sich gegenüber liegenden Enden erstellt.
Der erste aufblasbare Packer ist an dem ersten der sich gegenüber liegenden Enden der Verbindung befestigt, so dass der erste aufblasbare Packer in Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Öffnung steht. Der erste aufblasbare Packer kann in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in der zweiten Öffnung aufgeblasen werden, um auf diese Weise das Bohrloch abdichtend zu verschliessen.
Der zweite aufblasbare Packer ist an dem zweiten der sich gegenüber liegenden Enden der Verbindung befestigt, so dass der zweite aufblasbare Packer in Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Öffnung steht. Der zweite aufblasbare Packer kann ausserdem in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in der zweiten Öffnung aufgeblasen werden, um das Bohrloch abdichtend zu verschliessen. Der erste und der zweite aufblasbare Packer können das Bohrloch neben der Formation abdichtend verschliessen, und die erste Öffnung wird auf diese Weise in Flüssigkeitsverbindung mit der Formation gestellt und wird von einer Flüssigkeitsverbindung mit dem Rest des Bohrlochs isoliert. Das Ventil steht wahlweise in Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Öffnung und ermöglicht das abdichtende Verschliessen des Bohrlochs gegen die Formation mit Hilfe des ersten und des zweiten Packers.
Bei einer weiteren Ausführung können sowohl der erste wie auch der zweite aufblasbare Packer und die Verbindung zumindest zum Teil auf einer allgemein rohrförmigen Spindel verschoben werden, und ein erster ringförmiger Hohlraum wird dadurch radial zwischen dem ersten aufblasbaren Packer und der Spindel geformt, und ein zweiter ringförmiger Hohlraum wird dadurch radial zwischen dem zweiten aufblasbaren Packer und der Spindel geformt, und die zweite Öffnung wird in Flüssigkeitsverbindung mit einem jeden der ersten und zweiten ringförmigen Hohlräume gebracht.
Bei einer weiteren Ausführung steht die Verbindung in abdichtendem Kontakt mit der Spindel, und die erste Öffnung ist auf diese Weise von der Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten und den zweiten ringförmigen Hohlraum isoliert.
Bei einer weiteren Ausführung umfasst die Spindel eine dritte Öffnung, welche durch ein Seitenwandteil derselben hindurch geformt ist.
Bei einer weiteren Ausführung umfasst das Gerät weiter eine erste und eine zweite Dichtung, wobei die erste und die zweite Dichtung axial über die dritte Öffnung gespreizt sind und die Spindel und die Verbindung abdichtend verschliessen, und die erste und die zweite Dichtung verhindern eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der dritten Öffnung und einem jeden der ersten und zweiten ringförmigen Hohlräume.
Das Gerät gemäß der obigen Ausführung kann weiter ein rohrförmiges Teil mit einem ersten und einem zweiten Innenteil umfassen, wobei das zweite Innenteil relativ zu dem ersten Innenteil radial reduziert ist. Ein viertes rohrförmiges Teil umfasst ein erstes und ein zweites Aussenteil, wobei das zweite Aussenteil relativ zu dem ersten Aussenteil radial reduziert ist. Das vierte rohrförmige Teil wird teleskopisch in das erste rohrförmige Teil eingeschoben, so dass radial zwischen dem zweiten Aussenteil und dem ersten Innenteil ein variables ringförmiges Volumen geformt wird.
Die erste Dichtung verschliesst abdichtend die erste Innenfläche und die erste Aussenfläche. Die zweite Dichtung verschliesst abdichtend die zweite Innenfläche und die zweite Aussenfläche.
Ein Probefließdurchgang steht in Flüssigkeitsverbindung mit dem ringförmigen Volumen. Der Probefließdurchgang kann mit einem Ringraum in Flüssigkeitsverbindung gesetzt werden, welcher radial zwischen dem Gerät und den Seiten des Untergrundbohrlochs geformt wird. Wenn das dritte und das vierte rohrförmige Teil relativ zueinander verdrängt werden um das ringförmige Volumen zu vergrössern, erlaubt der Probefließdurchgang den Durchfluß von Flüssigkeit aus dem Ringraum heraus in das ringförmige Volumen hinein.
Bei einer weiteren Ausführung umfasst das Gerät weiter ein zweites Ventil, wobei dasselbe zweite Ventil einen Durchfluß von Flüssigkeit aus dem Ringraum heraus in das ringförmige Volumen und durch den Probefließdurchgang hindurch ermöglicht, und wobei das zweite Ventil den Durchfluß von Flüssigkeit aus dem ringförmigen Volumen heraus in den Ringraum und durch den Probefließdurchgang hindurch verhindert.
Bei einer weiteren Ausführung umfasst das Gerät weiter einen dritten Durchflußdurchgang, wobei derselbe dritte Durchflußdurchgang in Flüssigkeitsverbindung mit dem ringförmigen Volumen steht, und wobei der dritte Durchflußdurchgang eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Ringraum herstellen kann, wobei der dritte Durchflußdurchgang einen Durchfluß von Flüssigkeit aus dem rohrförmigen Volumen heraus in den Ringraum hinein ermöglicht, wenn das dritte und das vierte rohrförmige Teil relativ zueinander verdrängt werden, um das ringförmige Volumen zu vergrössern.
Bei einer weiteren Ausführung umfasst das Gerät weiter ein drittes Ventil, wobei dasselbe dritte Ventil einen Durchfluß von Flüssigkeit aus dem ringförmigen Volumen heraus in den Ringraum und durch den dritten Durchflußdurchgang hindurch ermöglicht, und wobei das dritte Ventil einen Durchfluß von Flüssigkeit aus dem Ringraum heraus in das ringförmige Volumen und durch den dritten Durchflußdurchgang hindurch verhindert.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist für die Anwendung in einem Bohrloch geeignet, welches eine Reihe von Formationen durchschneidet.
Der erste und der zweite aufblasbare Packer sind hier dazu in der Lage, die Seiten des Bohrlochs neben einer beliebigen gewählten Formation abdichtend zu verschliessen. Ein Probefließdurchgang befindet sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten der aufblasbaren Packer und kann mit einer beliebigen gewählten Formation in Flüssigkeitsverbindung gestellt werden, wenn der erste und der zweite aufblasbare Packer die Seiten des Bohrlochs neben der beliebigen gewählten Formation abdichtend verschliesst.
Eine Pumpe kann durch den Probefließdurchgang Flüssigkeit aus der beliebigen gewählten Formation entnehmen. Das Ventil steht in wahlweiser Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten und dem zweiten aufblasbaren Packer. Das Ventil ermöglicht den abdichtenden Verschluss des ersten und des zweiten aufblasbaren Packers mit den Seiten des Bohrlochs neben der beliebigen gewählten Formation, ermöglicht weiter das Lösen des ersten und des zweiten aufblasbaren Packers von den Seiten des Bohrlochs neben der beliebigen gewählten Formation, und ermöglicht letztendlich das abdichtende Verschliessen des ersten und des zweiten aufblasbaren Packers mit den Seiten des Bohrlochs neben einer anderen beliebigen gewählten Formation, nachdem dieselben ersten und zweiten aufblasbaren Packer von den Seiten des Bohrlochs neben der vorherigen beliebigen gewählten Formation gelöst wurden.
Bei einer weiteren Ausführung kann das Gerät operativ mit einer Rohranordnung verbunden werden, welche sich bis an die Erdoberfläche hinauf ausdehnt, und die Pumpe kann aktiviert werden, um Flüssigkeit durch den Probefließdurchgang durch Anheben der Rohranordnung an der Erdoberfläche zu entnehmen.
Bei einer weiteren Ausführung kann das Gerät operativ mit einer Rohranordnung verbunden werden, welche sich bis an die Erdoberfläche hinauf ausdehnt, und das Ventil kann aktiviert werden, um das abdichtende Verschliessen und das Lösen des ersten und des zweiten Packers durch das wahlweise Auferlegen und Ablassen eines Flüssigkeitsdrucks auf und von der Rohranordnung an der Erdoberfläche zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführung umfasst das Gerät weiter ein Instrument, wobei dasselbe Instrument in Flüssigkeitsverbindung mit dem Probefließdurchgang steht, so dass das Instrument eine Eigenschaft der Flüssigkeit innerhalb des Probefließdurchgangs messen kann.
Die vorliegende Erfindung bietet ein weiteres Gerät, welches operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbar ist. Dieses Gerät umfasst ein Betätigungsteil, einen ersten und einen zweiten Kolben, eine erste und eine zweite Sperrklinke, und einen ersten und einen zweiten Stift.
Der erste Kolben kann relativ zu dem Betätigungsteil hin und her geschoben werden. Der erste Kolben kann relativ zu dem Betätigungsteil und in Reaktion auf einen ersten Abfall des auf denselben auferlegten Flüssigkeitsdrucks verdrängt werden.
Die erste Sperrklinke ist an dem ersten Kolben oder an dem Betätigungsteil befestigt und umfasst einen ersten Pfad auf derselben. Der erste Stift ist an dem ersten Kolben oder an dem Betätigungsteil befestigt und ist operativ auf dem ersten Pfad positioniert. Der erste Pfad ist so konfiguriert, dass er es dem ersten Kolben ermöglicht, das Betätigungsteil in Reaktion auf den ersten Abfall des Flüssigkeitsdrucks in eine erste axiale Richtung zu verdrängen.
Der zweite Kolben kann relativ zu dem Betätigungsteil hin und her bewegt werden. Die zweite Sperrklinke ist an dem Betätigungsteil oder an dem zweiten Kolben befestigt und umfasst einen zweiten Pfad auf derselben. Der zweite Stift ist an dem Betätigungsteil oder an dem zweiten Kolben befestigt und ist operativ auf dem zweiten Pfad positioniert. Der zweite Pfad ist so konfiguriert, dass er es dem zweiten Kolben ermöglicht, das Betätigungsteil in Reaktion auf den zweiten Abfall des Flüssigkeitsdrucks in eine zweite axiale, der ersten axialen Richtung gegenüber liegenden Richtung zu verdrängen.
In einer Ausführung umfasst das Gerät weiter ein Ventil, welches operativ mit dem Betätigungsteil verbunden ist, wobei das Betätigungsteil dazu in der Lage ist, das Ventil zu schliessen wenn der erste Kolben das Betätigungsteil in die erste axiale Richtung verdrängt, und wobei das Betätigungsteil dazu in der Lage ist, das Ventil zu öffnen wenn der zweite Kolben das Betätigungsteil in die zweite axiale Richtung verdrängt.
In einer Ausführung sind das Betätigungsteil und der erste und der zweite Kolben allgemein rohrförmig geformt, und der erste und der zweite Kolben können aussenseitig auf dem Betätigungsteil verschoben werden.
In einer Ausführung sind der erste und der zweite Kolben dazu in der Lage, in Reaktion auf Änderungen des Flüssigkeitsdrucks innerhalb des Betätigungsteils in sich axial gegenüber liegende Richtungen gezwungen zu werden.
Ein weiteres Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann operativ in einem Untergrundbohrloch positioniert werden. Dieses Gerät umfasst ein äusseres Gehäuse, eine innere Spindel, und einen ersten und einen zweiten Kolben.
Das äussere Gehäuse ist allgemein rohrförmig geformt und umfasst eine äusseren Seitenfläche. Die innere Spindel ist auch allgemein rohrförmig geformt und umfasst eine innere Seitenfläche. Die innere Spindel wird in das äussere Gehäuse eingeschoben.
Ein jeder der ersten und zweiten Kolben ist allgemein rohrförmig geformt und kann axial und radial zwischen dem äusseren Gehäuse und der inneren Spindel verschoben werden. Der erste Kolben kann in Reaktion auf einen differentialen Flüssigkeitsdruck in eine erste axiale Richtung relativ zu der inneren Spindel von der inneren Seitenfläche der inneren Spindel auf die äussere Seitenfläche des äusseren Gehäuses verdrängt werden. Der zweite Kolben kann in Reaktion auf den differentialen Flüssigkeitsdruck in eine zweite axiale Richtung relativ zu der inneren Spindel in die der ersten axialen Richtung gegenüber liegende Richtung verdrängt werden.
In einer Ausführung umfasst das Gerät weiter einen Stift und eine Sperrklinke, welche zwischen dem ersten Kolben und der inneren Spindel miteinander verbunden sind, wobei der Stift operativ an der Sperrklinke befestigt werden kann und die innere Spindel in Reaktion auf den differentialen Flüssigkeitsdruck axial verdrängt.
In einer Ausführung kann der Stift operativ an der Sperrklinke befestigt werden und kann die innere Spindel zusammen mit dem ersten Kolben nur in Reaktion auf eine Änderung des differentialen Flüssigkeitsdrucks axial verdrängen.
In einer Ausführung umfasst das Gerät weiter ein Ventil, welches operativ an der inneren Spindel befestigt ist, wobei die innere Spindel das Ventil durch ein axiales Verdrängen der inneren Spindel wahlweise öffnen und schliessen kann.
In einer Ausführung umfasst das Gerät weiter einen ersten und einen zweiten Zentralisierer. Der erste und der zweite aufblasbare Packer sind aneinander befestigt. Ein jeder der ersten und zweiten aufblasbaren Packer ist von seiner abgelassenen Konfiguration radial nach aussen auf seine aufgeblasene Konfiguration ausfahrbar.
Der erste und der zweite Zentralisierer sind axial über den ersten und den zweiten aufblasbaren Packer gespreizt. Ein jeder der ersten und zweiten Zentralisierer umfasst eine äussere Seitenfläche, welche relativ zu dem ersten und dem zweiten aufblasbaren Packer in deren abgelassenen Konfiguration radial nach aussen positioniert sind, und eine jede der äusseren Seitenflächen des ersten und des zweiten Zentralisierers ist relativ zu dem ersten und dem zweiten aufblasbaren Packer in deren aufgeblasenen Konfiguration radial nach innen positioniert.
In einer Ausführung umfasst das Gerät weiter eine allgemein rohrförmige Spindel, wobei der erste und der zweite aufblasbare Packer aussenseitig um die Spindel herum positioniert sind, und wobei einer der ersten und zweiten aufblasbaren Packer an der Spindel befestigt ist, und wobei ein jeder der ersten und zweiten Zentralisierer aussenseitig an der Spindel befestigt ist.
In einer Ausführung ist der andere der ersten und zweiten aufblasbaren Packer verschiebbar auf der Spindel positioniert.
In einer weitere Ausführung umfasst das Gerät weiter ein allgemein rohrförmiges Teil mit einem Auslaß, welches an jedem der ersten und zweiten aufblasbaren Packer befestigt ist, und wobei das Teil mit dem Auslaß aussenseitig an der Spindel verschiebbar befestigt ist, und wobei das Teil mit dem Auslaß eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Spindel und der äusseren Seitenfläche des Teils mit dem Auslaß erstellt.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, wobei:
1A–1G Vierteilteilschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte eines Ventilbetätigungsteils gemäß einer Ausführung eines Formationstestsystems zeigen, welches den Prinzipen der vorliegenden Erfindung entspricht, und wobei das Ventilbetätigungsteil hier in einer Konfiguration gezeigt wird, in welcher das darin befindliche Ventil geöffnet ist;
Fig. 2 eine Umrißansicht einer ersten Sperrklinkenhülse des auf 1A–1G geoffenbarten Ventilbetätigungsteils zeigt, welche weiter verschiedene Dispositionen der ersten Sperrklinkenhülse mit Bezug auf die ersten Stifte darstellt, welche in die jeweiligen Sperrklinkenpfade eingeführt werden, die auf der ersten Sperrklinkenhülse geformt sind;
3 eine Umrißansicht einer zweiten Sperrklinkenhülse des auf 1A–1G geoffenbarten Ventilbetätigungsteils zeigt, welche weiter verschiedene Dispositionen der zweiten Sperrklinkenhülse mit Bezug auf die zweiten Stifte darstellt, welche in die jeweiligen Sperrklinkenpfade eingeführt werden, die auf der zweiten Sperrklinkenhülse geformt sind.
4A–4G repräsentieren eine Viertelteilschnittsansicht aufeinander folgender axialer Abschnitte des auf 1A–1G geoffenbarten Ventilbetätigungsteils, wobei das Ventilbetätigungsteil hier in einer Konfiguration dargestellt ist, in welcher das Ventil geschlossen ist.
5A–5F zeigen eine Viertelteilschnittsansicht aufeinander folgender axialer Abschnitte eines Flüssigkeitsprobeabschnitts des Formationstestsystems, wobei das Flüssigkeitsprobeabschnitt hier in einer Konfiguration dargestellt ist, in welcher auf demselben positionierte aufblasbare Packer zum Aufblasen bereit stehen;
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines teleskopischen Abschnitts des Flüssigkeitsprobeabschnitts entlang der auf 5A geoffenbarten Linie 6-6;
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines hin und her bewegbaren Pumpenabschnitts des Flüssigkeitsprobeabschnitts entlang der auf 5B geoffenbarten Linie 7-7;
8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Instrumentabschnitts des Flüssigkeitsprobeabschnitts entlang der auf 5E geoffenbarten Linie 8-8; und
9A–9F zeigen Vierteilteilschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte des Flüssigkeitsprobeabschnitts des Formationstestsystems, wobei der Flüssigkeitsprobeabschnitt hier in einer Konfiguration dargestellt ist, in welcher Flüssigkeit in denselben hineingeführt wird.
Die hier folgenden detaillierten Beschreibungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf den beiligenden Zeichnungen repräsentativ illustriert, wobei richtungsbezogene Bezeichnungen wie z. B. "obere", "untere", "aufwärtig", "abwärtig" usw. mit Bezug auf die illustrierten Ausführungsformen angewendet werden, welche auf den beiliegenden Zeichnungen geoffenbart werden, und wobei die aufwärtige Richtung die obere Hälfte der jeweiligen Figur repräsentiert, und wobei die abwärtige Richtung die untere Hälfte der jeweiligen Figur repräsentiert. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen sowohl in einer vertikalen wie auch in einer horizontalen, invertierten oder schrägen Ausrichtung angewendet werden können, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sollte weiter berücksichtigt werden, dass die Ausführungsformen auf den beiliegenden Zeichnungen schematisch repräsentiert sind.
1A–1G, 2, 3, und 4A–4G zeigen eine repräsentative Illustration eines Ventilbetätigungsabschnitts (12) eines Formationstestsystems (10) gemäß der Prinzipen der vorliegenden Erfindung. Der vorgenannte Ventilbetätigungsabschnitt (12) ist auf 1A–1G in einer Konfiguration geoffenbart, in welcher er normalerweise in ein Bohrloch eingeführt und in demselben positioniert werden würde, so dass Flüssigkeiten axial durch ein geöffnetes Ventilteil (16) (siehe 1E) hindurch fliessen können. In 4A–4G ist der Ventilbetätigungsabschnitt (12) in einer Konfiguration dargestellt, in welcher das Ventilteil (16) geschlossen wurde (siehe 4E), wodurch ein Umlauf von Flüssigkeit durch einen axialen Hauptdurchflußdurchgang (18) verhindert wird, welcher sich von einem oberen Ende (20) mit einem internen Gewinde bis zu einem unteren Ende (22) mit eine äusseren Gewinde des Ventilbetätigungsabschnitts ausdehnt.
Ein Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) des Formationstestsystems (10) wird in 5A–5F, 6, 7, 8 und 9A–9F dargestellt, und dieser wird hierfolgend getrennt näher beschrieben. Es ist dabei jedoch wichtig zu berücksichtigen, dass der Ventilbetätigungsabschnitt (12) und der Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) innerhalb des Formationstestsystems (10) miteinander kooperieren. Insbesondere kann das untere Ende (22) mit dem äusseren Gewinde des Ventilbetätigungsabschnitts (12) direkt mit einem oberen Ende (24) mit einem inneren Gewinde des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) verkuppelt werden, oder es können andere rohrförmige Gewindeteile (nicht dargestellt) zwischen denselben miteinander verbunden und eingesetzt werden.
Unter spezifischer Bezugnahme auf 1A–1G ist hier eindeutig ersichtlich, dass der Durchflußdurchgang (18) für einen Flüssigkeitsdurchfluß durch denselben von dem oberen Ende (20) bis zu dem unteren Ende (22) geöffnet ist; wobei das Ventilteil (16) geöffnet ist. Es ist dem Fachmann auf diesem Bereich durchaus bekannt, dass Flüssigkeit (wie zum Beispiel Spülschlamm) während eines typischen Bohrverfahrens durch eine Bohrkette (nicht dargestellt) und durch Auslässe hindurch umläuft, welche durch eine Bohrkrone (nicht dargestellt) hindurch geformt sind, die an einem unteren Ende der Bohrkette befestigt ist. Der Fachmann ist sich weiter der Tatsache bewußt, dass der Ventilbetätigungsabschnitt (12) an einem oberen und einem unteren Ende (20, 22) mit einer solchen Bohrkette verbunden werden kann, ohne einen solchen Umlauf von Flüssigkeit durch dieselbe während des Bohrverfahrens zu hindern. Wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) wie bei der in 1A–1G geoffenbarten Konfiguration geöffnet ist, können Flüssigkeiten abwärts durch die Bohrkette, den Durchflußdurchgang (18), und durch die Auslässe in der Bohrkrone hindurch umlaufen. Von der Bohrkrone aus fliessen solche Flüssigkeiten dann normalerweise wieder durch einen Ringraum an die Erdoberfläche ab, welcher radial zwischen der Bohrkette und dem Bohrloch geformt ist. In 1A–1G ist ein solcher Ringraum (26) angedeutet, welcher sich hier ausserhalb des Ventilbetätigungsabschnitts (12) befindet, wie es der Fall sein würde, wenn der Ventilbetätigungsabschnitt mit der Bohrkette verbunden wäre.
Der Ventilbetätigungsabschnitt (12) ist einzigartigerweise dazu fähig, seine zahlreichen Funktionen (welche hiernach noch eingehender beschrieben werden) in Reaktion auf verschiedene Änderungen des Flüssigkeitsdrucks zwischen dem Durchflußdurchgang (18) und dem Ringraum (26) zu erfüllen. Dementsprechend ist der absolute Flüssigkeitsdruck an einem Punkt innerhalb des Bohrlochs nicht entscheidend für die Konfiguration des Ventilbetätigungsabschnitts (12). Es ist vielmehr der differentiale Flüssigkeitsdruck zwischen dem Durchflußdurchgang (18) und dem Ringraum (26), (welcher von dem Bedienungspersonal an der Erdoberfläche einfach kontrolliert werden kann) welcher unter anderem bestimmt, ob das Ventilteil (16) geöffnet oder geschlossen wird.
Der Ventilbetätigungsabschnitt (12) umfasst eine sich axial ausdehnende und allgemein rohrförmige obere Verbindung (28), welche ein oberes Ende (20) umfasst. Diese obere Verbindung (28) kann über ein Gewinde abdichtend mit einem Teil einer Bohrkette verbunden werden, an welcher sie in das Bohrloch eingeführt werden kann. Wenn sie auf diese Weise angeschlossen ist, steht der Durchflußdurchgang (18) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Innenraum der Bohrkette.
Ein sich axial ausdehnendes und allgemein rohrförmiges Gehäuse (30) ist über ein Gewinde und abdichtend mit der oberen Verbindung (28) verbunden. Das obere Gehäuse (30) ist wiederum über ein Gewinde mit einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Zwischengehäuse (32) verbunden, welches über ein Gewinde mit einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen unteren Gehäuse (34) verbunden ist. Dieses untere Gehäuse (34) ist über ein Gewinde abdichtend mit einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Ventilgehäuse (36) verbunden. Das Ventilgehäuse (36) ist über ein Gewinde und abdichtend mit einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Betriebsgehäuse (38) verbunden, welches über ein Gewinde und abdichtend mit einer sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen unteren Verbindung (40) verbunden ist. Jede der obig beschriebenen abdichtenden Verbindungen werden mit Hilfe einer Dichtung (42) abgedichtet.
Die obere Verbindung (28) umfasst ein sich intern zuspitzendes und allgemein rohrförmiges oberes Endteil (44) einer sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen inneren Spindelmontage (46), welche axial in einen inneren Hohlraum (48) innerhalb der oberen Verbindung eingeschoben werden kann. Die innere Spindelmontage (46) umfasst das obere Endteil (44), eine obere Hülse (50) mit Auslässen, eine obere Hülse (52), eine Zwischenhülse (54), eine untere Hülse (56), eine untere Hülse (58) mit Auslässen, und eine obere Kugelhalterung (60). Das obere Endteil (44), die obere Hülse (52), die Zwischenhülse (54), die untere Hülse (56), und die obere Kugelhalterung (60) sind allesamt über Gewinde miteinander verbunden, und die obere und die untere Hülse (50, 58) mit den Auslässen werden axial zwischen internen Ansätzen gehalten, welche an dem oberen Endteil, der oberen Hülse, der unteren Hülse, und der oberen Kugelhalterung geformt sind. Jede der oberen und unteren Hülsen (50, 58) mit Auslässen umfasst ein allgemein rohrförmiges Siebrohr (62), welches an deren Aussenseiten befestigt ist, und welches Schmutz aus der durch dieselben hindurch fliessende Flüssigkeit herausfiltert.
Jede der oberen und unteren Hülsen (52, 56) umfasst Auslässe (64), welche gegenüber eines der Siebrohre (62) radial durch dieselben hindurch geformt sind. Auf diese Weise kann Flüssigkeit innerhalb des Durchflußdurchgangs (18) radial durch die innere Spindelmontage (46) und durch die Auslässe (64) und die Siebrohre (62) hindurchfliessen, wobei Schmutz daran gehindert wird, gleichzeitig durch dieselben hindurch zu fliessen.
Jedes der oberen und unteren Gehäuse (30, 34) umfasst Auslässe (66), welche radial durch dieselben hindurch geformt sind. Diese Auslässe (66) ermöglichen es der in dem Ringraum (26) enthaltenen Flüssigkeit, in den Ventilbetätigungsabschnitt (12) einzutreten. Ein Fachmann auf diesem Bereich wird hier bei sorgfältiger Überprüfung der hier aufgeführten detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen sofort erkennen, dass die Auslässe (64) und (66) einen differentialen Flüssigkeitsdruck zwischen der Flüssigkeit in dem Durchflußdurchgang (18) und der Flüssigkeit in dem Ringraum (26) ermöglichen, welcher auf eine solche Weise auf den Ventilbetätigungsabschnitt (12) auferlegt wird, dass er das Ventilteil (16) neben vielen weiteren möglichen Betriebsfunktionen auch wie gewünscht öffnet oder schliesst.
In diesem Zusammenhang sollte berücksichtigt werden, dass der allgemein rohrförmige obere Kolben (68) abdichtend radial zwischen dem oberen Gehäuse (30) und der Zwischenhülse (54) eingeschoben werden kann, wobei eine aussenseitig umlaufende Dichtung (70) an dem oberen Kolben das obere Gehäuse innenseitig abdichtend befestigt, und wobei eine innenseitig umlaufende Dichtung (72) an dem Zwischengehäuse (32) den oberen Kolben abdichtend befestigt. Es sollte weiter berücksichtigt werden, dass ein allgemein rohrförmiger unterer Kolben (74) abdichtend radial zwischen dem unteren Gehäuse (34) und der Zwischenhülse (54) eingeschoben werden kann, wobei eine aussenseitige Dichtung (76) an dem unteren Kolben (74) das untere Gehäuse abdichtend befestigt, und wobei eine innenseitige Dichtung (78) an dem Zwischengehäuse (32) den unteren Kolben abdichtend befestigt. Auf diese Weise wird zwischen den Dichtungen (70) und (72), und auch zwischen den Dichtungen (76) und (78) ein differentialer Druckbereich geformt.
Der Fachmann wird hier eindeutig erkennen, dass der obere Kolben auf diese Weise in eine axiale abwärtige Richtung vorgespannt wird, und dass der untere Kolben auf diese Weise in eine axiale aufwärtige Richtung vorgespannt wird, wenn der Flüssigkeitsdruck in dem Durchflußdurchgang (18), welcher die differentialen Druckbereiche der oberen und unteren Kolben (68) und (74) über die Auslässe (64) aktiviert, den Flüssigkeitsdruck in dem Ringraum (26) übersteigt, welcher die differentialen Druckbereiche der oberen und unteren Kolben über die Auslässe (66) aktiviert. Ein grösserer Flüssigkeitsdruck in dem Durchflußdurchgang (18) als in dem Ringraum (26) wird die oberen und unteren Kolben (68, 74) deshalb axial zueinander vorspannen und ein grösserer Flüssigkeitsdruck in dem Ringraum als in dem Durchflußdurchgang wird die oberen und unteren Kolben dementsprechend axial voneinander entfernt vorspannen. Die innenseitig an dem Zwischengehäuse (32) geformten sich gegenüber liegenden Ansätzen (80) schränken den Spielraum ein, über welchen sich die Kolben (68, 74) axial aufeinander zu bewegen können, und die innenseitig an dem oberen und unteren Gehäuse (30, 34) geformten Schultern (82) schränken den Spielraum ein, über welchen sich die Kolben axial von einander hinweg bewegen können.
Eine spiralenförmig gewickelte Kompressionsfeder (84) ist axial zwischen einer externen Schultern (86), welche an dem oberen Kolben (68) geformt ist, und dem Zwischengehäuse (32) installiert. Auf eine ähnliche Weise ist eine weitere spiralenförmig gewickelte Kompressionsfeder (88) axial zwischen einem externen Ansatz (90), welcher an dem unteren Kolben (74) geformt ist, und dem Zwischengehäuse (32) installiert. Diese Federn (84, 88) werden dazu angewendet, den oberen und den unteren Kolben (68, 74) axial von einander hinweg in dem Ventilbetätigungsabschnitt (12) vorzuspannen. Die Federn (84, 88) werden deshalb ohne einen Unterschied in dem Flüssigkeitsdruck zwischen dem Durchflußdurchgang (18) und dem Ringraum (26) den oberen und den unteren Kolben (68, 74) in ihrer grössten axial voneinander entfernten Konfiguration wie in 1A–1G geoffenbart aufrecht erhalten können.
Es sollte dabei jedoch berücksichtigt werden, dass auch andere Vorspannvorrichtungen und -mechanismen anstelle der Federn (84, 88) angewendet werden können ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es können zum Beispiel Gasfedern oder aufeinander gelegte Belleville-Federn angewendet werden, um den oberen und den unteren Kolben von einander hinweg vorzuspannen.
Eine allgemein rohrförmige obere Stifthalterung (92) ist über ein Gewinde an einem oberen Ende (94) des oberen Kolbens (68) befestigt. Auf eine ähnliche Weise ist eine allgemein rohrförmige untere Stifthalterung (96) über ein Gewinde an einem unteren Ende (98) des unteren Kolbens (74) befestigt. Eine Reihe von drei sich radial innenseitig ausdehnenden und umlaufend voneinander getrennt angeordneten Stiften (100) (von welchen in 1B lediglich einer dargestellt ist) sind durch die obere Stifthalterung (92) hindurch auf eine solche Art und Weise installiert, dass ein jeder dieser Stifte einen der drei jeweiligen J-Schlitze oder Sperrklinkenpfade (102), welche aussenseitig an einer allgemein rohrförmigen und sich axial ausdehnenden oberen Sperrklinke (104) geformt sind, befestigt. Eine Reihe von vier sich radial innenseitig ausdehnenden und umlaufend voneinander getrennt angeordneten Stiften (106) (von welchen in 1D lediglich einer dargestellt ist) sind durch die untere Stifthalterung (96) hindurch auf eine solche Art und Weise installiert, dass ein jeder dieser Stifte einen der vier jeweiligen J-Schlitze oder Sperrklinkenpfade (108) befestigt, welche aussenseitig an einer allgemein rohrförmigen und sich axial ausdehnenden unteren Sperrklinke (110) geformt sind.
Eine jede der oberen und unteren Sperrklinken (104, 110) sind aussenseitig rotierbar an der Zwischenhülse (54) positioniert. Die oberen und unteren Sperrklinken (104, 110) sind zwischen den aussenseitigen Ansätzen (112), welche an der Zwischenhülse geformt sind, axial an der Zwischenhülse (54) und jeweils an der oberen Hülse (52) und der unteren Hülse (56) befestigt. Wenn der obere und der untere Kolben (68, 74) axial und relativ zu der Zwischenhülse (54) verdrängt werden, wird deshalb die Befestigung der Stifte (100, 106) innerhalb der jeweiligen Sperrklinkenpfade (102, 108) in manchen Fällen ein Rotieren der Sperrklinken (104; 110) um die Zwischenhülse herum verursachen.
Unter Bezugnahme auf 2 wird hier eine Umrißansicht der oberen Sperrklinke (104) geoffenbart, wobei dieselbe obere Sperrklinke (104) aus Bequemlichkeitsgründen für diese Darstellung um 90 Grad rotiert wurde, so dass die aufwärtige Richtung sich auf der linken Seite der Zeichnung befindet. 2 zeigt die Sperrklinke als ob sie von ihrer normalen allgemein zylindrischen Form "ausgerollt" wurde, so dass sie hier aus einer zweidimensionalen Sicht angesehen wird. Um die Illustration und die Beschreibung noch klarer zu gestalten, zeigt 2 die komplette Sperrklinke (104) zwischen den gebrochenen Linien (114), wobei die Sperrklinkenpfade (102) auf beiden Seiten derselben weiter verlaufen, so dass es nicht so aussieht, als ob die Pfade nicht umlaufend fortgesetzt sind.
Es sollte dabei jedoch berücksichtigt werden, dass es keineswegs erforderlich ist, dass die obere Sperrklinke (104) drei Sperrklinkenpfade (102) auf derselben umfasst. Eine andere Anzahl von Sperrklinkenpfaden und anders konfigurierte Sperrklinkenpfade können durchaus angewendet werden, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenn sich der Ventilbetätigungsabschnitt (12) in der in 1A–1G representativ illustrierten Konfiguration befindet, sind die Stifte (100) in den Sperrklinkenpfaden (102) in der Position positioniert, welche mit Hilfe der Referenznummer (100a) angedeutet ist. Aus Bequemlichkeitsgründen und für eine bessere Klarheit dieser Illustration und Beschreibung wird hier die Verdrängung von nur einem der Stifte (100) auf dem Sperrklinkenpfad (102) beschrieben, wobei dann jedoch berücksichtigt werden sollte, dass ein jeder der Stifte auf die gleiche Weise verdrängt wird, und zwar in einem umlaufend voneinander entfernt gelegenen Verhältnis zu der hier beschriebenen Stiftverdrängung.
Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck zwischen dem Durchflußdurchgang (18) und dem Ringraum (26) gesteigert wird (zum Beispiel um eine Umlaufrate der Flüssigkeit durch denselben hindurch von der Erdoberfläche herab), werden der obere Kolben (68), die obere Stifthalterung (92), und der Stift (100) von dem differentialen Flüssigkeitsdruck wie weiter oben beschrieben axial nach unten vorgespannt. Die Feder (84) verfügt vorzugsweise über eine Vorspannkraft, welche aufgrund der Kompression derselben entsteht, wenn diese in dem Ventilbetätigungsabschnitt (12) installiert wird. Es ist deshalb ein Mindestdifferentialdruck erforderlich, um eine axiale Verdrängung des oberen Kolbens (68) nach unten auszulösen. Dieser Mindestdifferentialdruck sollte vorzugsweise ungefähr 120 psi betragen.
Wenn der Mindestdifferentialdruck der Flüssigkeit überschritten wird, werden der obere Kolben (68), die obere Stifthalterung (92), und der Stift (100) deshalb axial und relativ zu der Sperrklinke (104) nach unten verdrängt.
Um die Beschreibung deutlicher zu gestalten wird hierfolgend nun die Verdrängung des Stiftes (100) relativ zu der Sperrklinke (104) beschrieben, wobei jedoch berücksichtigt werden sollte, dass der obere Kolben (68) und die obere Stifthalterung (92) zusammen mit dem Stift (100) verdrängt werden, und dass dieselben auch relativ zu der Zwischenhülse (54) verdrängt werden.
Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck ungefähr 150 psi erreicht hat, sollte sich der Stift (100) vorzugsweise in der Position (100b) auf dem Sperrklinkenpfad (102) befinden, wobei eine abgeschrägte Oberfläche (102a) des Sperrklinkenpfades die Sperrklinke (104) relativ zu dem Stift (100) umlaufend verdrängt hat. An diesem Punkt schützt eine einzigartige Funktion des Ventilbetätigungsabschnitts (12) den Stift (100) gegen eine weitere Verdrängung auf dem Sperrklinkenpfad (102), so dass ein unverhältnismässig grösserer differentialer Flüssigkeitsdruck erforderlich ist, um en weiteres Verdrängen des Stiftes relativ zu der Sperrklinke (104) zu verursachen als derjenige, welcher für das Überwinden der nach oben vorgespannten Kraft der Feder (84) erforderlich ist.
Unter besonderer Bezugnahme auf 1A & 1B ist aus denselben ersichtlich, dass die obere Stifthalterung (92) ein sich axial nach oben ausdehnendes und allgemein rohrförmiges Teil (116) umfasst. Das zylindrische Teil (116) umfasst ein sich radial nach aussen ausdehnendes vergrössertes Teil (118), welches in ein korrespondierendes, radial vergrössertes Innenteil (120) des oberen Gehäuses (30) eingeschoben wird. Wenn die obere Stifthalterung (92) axial und ausreichend relativ zu dem oberen Gehäuse (30) nach unten verdrängt wird, wird eine nach unten ausgerichtete schräge Fläche (122) auf dem radial vergrösserten Teil (118) geformt und an einer radial nach oben ausgerichteten schrägen Innenfläche (124) befestigt, welche an dem oberen Gehäuse (30) geformt ist. Die schrägen Flächen (122, 124) stehen vorzugsweise in einem axialen Kontakt mit miteinander, wenn der Stift (100) sich in der Position (100b) auf dem Sperrklinkenpfad (102) befindet.
Das obere Teil (116) der Stifthalterung (92) ist umlaufend in eine Reihe von sich axial ausdehnenden Segmenten (126) unterteilt, von welchen in 1A & 1B jedoch nur eines sichtbar ist. Eine solche umlaufende Unterteilung des oberen Teils (116) kann zum Beispiel durch das Formen einer Reihe von umlaufend getrennt angeordneten und sich axial ausdehnenden Schlitzen (128) (von welchen in 1A & 1B lediglich einer sichtbar ist) durch dasselbe obere Teil hindurch erreicht werden. Diese umlaufende Unterteilung ermöglicht das radiale Abwehren eines jeden der Segmente (126) nach innen durch das Befestigen der abgeschrägten Flächen (122), (124), wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck eine vorbestimmte Stufe überschreitet, und auf diese Weise das weitere Verdrängen des Stiftes (100) relativ zu der Sperrklinke (104) ermöglicht.
Der differentiale Flüssigkeitsdruck von vorzugsweise ungefähr 500 psi ist erforderlich, um das redial vergrösserte Teil (118) des oberen Teils (116 radial nach innen hin abzuwehren und es dem Stift (100) auf diese Weise zu ermöglichen, den Sperrklinkenpfad (102) weiter zu verdrängen. Unter wiederholter Bezugnahme auf 2 wird der Stift (100) hier in einer Position (100c) auf dem Sperrklinkenpfad (100c) gezeigt, welche mit der Position (100c) und einem differentialen Flüssigkeitsdruck von ungefähr 170 psi korrespondiert. Dieser Druck ist jedoch an diesem Punkt schon überstiegen, und es muss kein weiterer differentialer Flüssigkeitsdruck auferlegt werden, um den Stift auf die Position (100c) zu verdrängen. Auf diese Weise wird es eindeutig, dass der Stift (100) vorzugsweise in der Position (100b) festgestellt werden sollte, bis der differentiale Flüssigkeitsdruck ausreichend hoch angestiegen ist, um die Segmente (126) radial nach innen zusammenzudrücken und es zu ermöglichen, den Stift (100) weiter relativ zu der Sperrklinke (194) zum Beispiel bis auf die Position (100c) zu verdrängen, wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck ungefähr 500 psi beträgt.
Es wird dem Fachmann auf diesem Gebiet hier eindeutig klar sein, dass ein differentialer Flüssigkeitsdruck von ungefähr 500–1.000 psi für Bohrverfahren typisch ist, bei welchen Flüssigkeiten wie zum Beispiele Spülschlamm durch eine Bohrkette umlaufen. Es ist deshalb weiter eindeutig klar, dass der differentiale Flüssigkeitsdruck während eines normalen Bohrverfahren ausreicht, um den Stift (100) auf die Position (100c) auf dem Sperrklinkenpfad (102) zu verdrängen.
Eine darauffolgende Reduzierung des differentialen Flüssigkeitsdrucks, welche oft auftritt, wenn Bohrverfahren vorübergehend unterbrochen werden, um auf der Erdoberfläche weitere Bohrgestänge an die Bohrkette anzuschliessen, wird den Stift (100) axial und relativ zu der Sperrklinke (104) nach oben verdrängen. Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck ausreichend weit abfällt, wird der Stift (100) auf seine anfängliche Position (100a) zurückkehren. Wenn der Stift (100) sich deshalb während eines normalen Bohrverfahrens auf der Position (100c) befindet und der Flüssigkeitsumlauf unterbrochen wird, um zum Beispiel weitere Bohrgestänge an die Bohrkette anzuschliessen, wird der Stift auf die Position (100a) zurückkehren, wobei ein abgeschrägter Sitz (102b) des Sperrklinkenpfades (102) den Stift (100) daran hindert, entlang des Pfades auf die Position (100b) zurückzukehren.
Es sollte dabei beachtet werden, dass das radial vergrösserte Teil (118) des oberen Teils (116) eine zunehmend abgeschrägte und nach oben ausgerichtete Fläche (130) auf demselben umfasst. Diese zunehmend abgeschrägte Fläche (130) ermöglicht es dem radial vergrösserten Teil (118), einfach wieder in das radial vergrösserte Teil (120) des oberen Gehäuses (30) einzutreten, wenn das radial vergrösserte Teil (118) axial nach unten und an dem internen Ansatz (82) vorbei verdrängt wird.
Es wird nun weiter eindeutig klar, dass der obere Kolben (68) während eines normalen Bohrverfahrens innerhalb des oberen Gehäuses (30) axial hin und her geschoben werden kann, wobei der differentiale Flüssigkeitsdruck normalerweise auf ungefähr 500–1.000 psi ansteigt und dann wieder auf ungefähr 0 psi abfällt, wenn die Bohrstange zu der Bohrkette hinzugefügt wird. Es ist weiter eindeutig ersichtlich, dass die abgeschrägten Sitze (102a) und (102b) des Sperrklinkenpfades (102) zusammen aktieren, um den Stift (100) auf dem Sperrklinkenpfad (102) während des normalen Bohrverfahrens auf einem ungefähr kreisförmigen Pfad entlang aus der Position (100a) auf eine Position (100b), und dann auf eine Position (100c), und dann zurück auf die Position (100a) zu verdrängen, ohne wieder auf die Position (100b) verdrängt zu werden.
Ein sehr unterschiedliches Resultat wird jedoch erreicht, wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck gesteigert wird, um den Stift (100) aus der Position (100a) auf die Position (100b) zu verdrängen, und wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck dann abgelassen wird, ohne den Stift weiter zu verdrängen, zum Beispiel auf die Position (100c). Wenn der Stift (100) aus der Position (100a) auf die Position (100b) verdrängt wird, und wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck dann ausreichend weit abgelassen wird, wird eine abgeschrägte Fläche (102c) des Sperrklinkenpfades (102) den Stift umlaufend relativ zu der Sperrklinke (104) verdrängen, so dass der Stift auf eine weitere Position (100e) positioniert wird.
Wie mit Hilfe der weiteren Beschreibung des Ventilbetätigungsabschnitts (12) hierfolgend noch eindeutiger veranschaulicht werden soll, wird der Stift (100) auf die Position (100e) verdrängt, wenn der Ventilabschnitt (16) geschlossen werden soll. Der differentiale Flüssigkeitsdruck wird deshalb während eines normalen Bohrverfahrens normalerweise bis auf ungefähr 500–1.000 psi gesteigert, und dann stufenweise wieder auf ungefähr 0 psi abgelassen, wodurch der Stift (100) zwischen den aufeinander folgenden Positionen (100a), (100b) und (100c) hin und her gestellt wird. Wenn es jedoch wünschenswert ist, den Ventilabschnitt (16) zu schliessen, zum Beispiel wenn ein Test in einer Formation durchgeführt werden soll, welche das Bohrloch durchschneidet, wird der differentiale Flüssigkeitsdruck wieder bis auf ungefähr 300 psi gesteigert, und dann wieder auf ungefähr 0 psi abgelassen, wodurch der Stift (100) auf die Position (100e) verdrängt wird.
Wenn sich der Stift (100) auf der Position (100e) befindet, kann der differentiale Flüssigkeitsdruck bis auf ungefähr 500–1.000 psi gesteigert werden, um den Stift relativ zu der Sperrklinke (104) zu verdrängen, so dass der Stift sich auf der Position (1000 befindet. Ein geringes Reduzieren des differentialen Flüssigkeitsdrucks (auf ungefähr 150 psi) wird dann ein Verdrängen des Stiftes (100) auf die Position (100g) verursachen.
Es sollte dabei beachtet werden, dass der Stift (100) auf der Position (100g) von dem Sitz (102d) des Sperrklinkenpfades (102) axial festgehalten wird. Der Sitz (102d) verfügt über eine solche Kontur, die den Stift (100) in demselben empfangen kann, so dass der Stift nicht aus dieser Position (100g) verdrängt werden kann, wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck weiter reduziert wird.
Es wird dem Fachmann auf diesem Gebiet hier eindeutig klar sein, dass die axiale nach oben ausgerichtete Kraft der Feder (84) letztendlich grösser sein wird als die nach unten ausgerichtete Kraft, die von der dem differentialen Flüssigkeitsdruck erzeugt wird, welcher auf den differentialen Bereich des oberen Kolbens (68) ausgeübt wird, wenn sich der Stift (100) auf der Position (100g) befindet, während der differentiale Flüssigkeitsdruck weiter reduziert wird. Wenn die nach oben ausgerichtete Kraft der Feder (84) grösser ist als die axiale abwärtige Kraft, welche von dem oberen Kolben (68) ausgeübt wird, wird der Stift (100) (welcher an dem weiter oben schon eingehender beschriebenen oberen Kolben befestigt ist) nach oben und gegen den Sitz (102d) gedrückt, wobei derselbe eine axiale aufwärtige Kraft auf die obere Sperrklinke (104) ausübt.
Da die obere Sperrklinke (104) wie weiter oben schon eingehender beschrieben axial an der Zwischenhülse (54) befestigt ist, wird die aufwärtige Kraft, welche auf die obere Sperrklinke aufgelegt wird, auf diese Zwischenhülse, und auf diese Weise auch auf die innere Spindelmontage (46) übertragen. Die innere Spindelmontage (46) wird dann in Reaktion auf die nach oben ausgerichtete Kraft, die auf dieselbe aufgelegt wird, axial nach oben verdrängt. Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, wird ein solches axiales Verdrängen der inneren Spindelmontage (46) relativ zu dem restlichen Hauptanteil des Ventilbetätigungsabschnitts (12) nach oben den Ventilabschnitt (16) schliessen. Wenn wir uns nun kurz auf 4A–4G beziehen, wird hier der Ventilbetätigungsabschnitt (12) mit der inneren Spindelmontage (46) in einer nach oben verdrängten Position, und der Ventilabschnitt (16) in seiner geschlossenen Konfiguration veranschaulicht.
Auf diese Weise wird es eindeutig klar, dass der Ventilabschnitt (16) geschlossen wird, wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck abgelassen wird. Auf der geoffenbarten Darstellung der bevorzugten Ausführung tritt ein solches Schliessen des Ventilabschnitts (16) auf, wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck auf ungefähr 0 psi abgelassen wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 wird hier eine umlaufende Ansicht der unteren Sperrklinke (110) veranschaulicht, wobei dieselbe untere Sperrklinke aus Vereinfachungsgründen um 90 Grad gedreht wurde, so dass sich die aufwärtige Richtung nun auf der linken Zeichnungsseite befindet. 3 zeigt die Sperrklinke so, als ob sie aus ihrer normalen allgemein zylindrischen Form „aufgerollt" wurde, so dass sie nun aus einer zweidimensionalen Perspektive angesehen werden kann. Aus Deutlichkeitsgründen und für eine einfachere Beschreibung zeigt 3 die komplette Sperrklinke (110) zwischen den gebrochenen Linien (132), wobei die Sperrklinkenpfade (108) auf beiden Seiten derselben weiter verlaufen, so dass es nicht so aussieht, als ob diese Pfade ununterbrochen umlaufend verlaufen.
Es sollte dabei beachtet werden, dass es nicht notwendig ist, dass die obere Sperrklinke (110) vier Sperrklinkenpfade (108) auf derselben umfasst. Weitere Eigenschaften der Sperrklinkenpfade und anderweitig konfigurierter Sperrklinkenpfade können angewendet werden, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenn sich der Ventilbetätigungsabschnitt (12) in seiner in 1A–1G dargestellten Konfiguration befindet, werden die Stifte (106) auf den Sperrklinkenpfaden (108) in der durch die Referenznummer (106a) angedeuteten Position positioniert sein. Aus Deutlichkeitsgründen und für eine einfachere Beschreibung wird hier lediglich die Verdrängung eines einzigen Stiftes (106) auf dem Sperrklinkenpfad (108) beschrieben, wobei jedoch berücksichtigt werden sollte, dass ein jeder dieser Stifte auf die gleiche Art und Weise verdrängt wird, obwohl dies in einem umlaufend getrennten Verhältnis zu der hier beschriebenen Verdrängung des Stiftes geschehen wird.
Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck durch den Durchflußdurchgang (18) in den Ringraum (26) hinein gesteigert wird (zum Beispiel durch ein Steigern der Flüssigkeitsumlaufrate durch dieselben von der Erdoberfläche aus), werden der untere Kolben (74), die untere Stifthalterung (96), und der Stift (106) durch den differentialen Flüssigkeitsdruck wie weiter oben schon eingehender beschrieben axial nach oben vorgespannt. Die Feder (88) verfügt dabei vorzugsweise über eine Vorspannungskraft, welche durch das Zusammendrücken derselben während ihrer Installation in dem Ventilbetätigungsabschnitt (12) erzeugt wird. Es ist deshalb ein differentialer Mindestflüssigkeitsdruck erforderlich, bevor die axiale Verdrängung des unteren Kolbens (74) nach oben beginnen kann. Der differentiale Mindestflüssigkeitsdruck sollte vorzugsweise ungefähr 120 psi betragen.
Wenn der differentiale Mindestflüssigkeitsdruck überschritten wird, werden der untere Kolben (74), die untere Stifthalterung (96), und der Stift (106) dadurch relativ zu der Sperrklinke (110) axial nach oben verdrängt. Für eine einfachere Beschreibung wird hiernach die Verdrängung des Stiftes (106) relativ zu der Sperrklinke (119) beschrieben, wobei jedoch berücksichtigt werden sollte, dass der untere Kolben (74) und die untere Stifthalterung (96) zusammen mit dem Stift (106) verdrängt werden, und dass dieselben auch relativ zu der Zwischenhülse (54) verdrängt werden.
Wie weiter oben schon eingehender beschrieben wurde, ist ein differentialer Flüssigkeitsdruck von ungefähr 500–1.000 psi typisch für Bohrverfahren, bei welchen eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Spülschlamm durch die Bohrkette hindurch umläuft. Es ist deshalb eindeutig klar, dass der differentiale Flüssigkeitsdruck während eines normalen Bohrverfahrens dazu ausreicht, den Stift (106) auf die Position (106b) auf dem Sperrklinkenpfad (108) zu verdrängen. Eine darauffolgende Reduzierung des differentialen Flüssigkeitsdrucks, welche oft auftritt, wenn Bohrverfahren vorübergehend unterbrochen werden, um an der Erdoberfläche weitere Bohrgestänge an die Bohrkette anzuschliessen, wird ein axiales Verdrängen des Stiftes (106) nach unten relativ zu der Sperrklinke (110) verursachen. Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck ausreichend weit abgelassen wird, wird der Stift (106) auf seine anfängliche Position (106a) zurückkehren. Wenn sich der Stift (106) deshalb während eines normalen Bohrverfahrens auf der Position (106b) befindet und der Flüssigkeitsumlauf angehalten wird, zum Beispiel wenn ein weiteres Bohrgestänge an die Bohrkette angeschlossen werden soll, wird derselbe Stift auf die Position (106a) zurückkehren.
Es wird auf diese Weise eindeutig veranschaulicht, dass der untere Kolben (74) während eines normalen Bohrverfahrens axial innerhalb des unteren Gehäuses (34) hin und her bewegt wird, wobei der differentiale Flüssigkeitsdruck normalerweise bis auf ungefähr 500–1.000 psi gesteigert und dann wieder auf ungefähr 0 psi abgelassen wird, wenn ein weiteres Bohrgestänge an die Bohrkette angeschlossen wird. Es wird weiter eindeutig veranschaulicht, dass der Stift (106) ausserdem zwischen den Positionen (106a) und (106b) axial hin und her bewegt wird, und dann während des weiteren normalen Bohrverfahrens wieder auf Position (106a) zurückkehrt.
Wenn die innere Spindelmontage (46) jedoch axial nach oben verdrängt wird, wie weiter oben schon eingehender beschrieben wurde, wird der Stift (106) auf dem Sperrklinkenpfad (108) auf die Position (106c) verdrängt, wobei ein abgeschrägter Sitz (108a) den Stift relativ zu der Sperrklinke (110) umlaufend verdrängt. Auf diese Weise wird der Stift (106) auf die Position (106c) und der Stift (100) auf die Position (100g) positioniert, wenn der Ventilabschnitt (16) durch die axiale aufwärtige Verdrängung der inneren Spindelmontage (46) geschlossen und der differentiale Flüssigkeitsdruck auf ungefähr 0 psi reduziert worden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird sich der Ventilbetätigungsabschnitt (12) in seiner geschlossenen Konfiguration befinden, welche auf 4A–4G repräsentativ veranschaulicht wird. Es wird dem Fachmann auf diesem Gebiet nach sorgfältiger Durchsicht der weiter oben aufgeführten Beschreibung des Ventilbetätigungsabschnitts (12) und der hier folgenden weiteren Beschreibung desselben weiter eindeutig klar sein, dass eine solche geschlossene Konfiguration des Ventilbetätigungsabschnitts das Formationstestsystem (10) in eine Konfiguration platziert, in welcher einer Formation, welche von dem Bohrloch durchschnitten wird, in welchem sich dasselbe Formationstestsystem befindet, vorteilhaft getestet werden kann.
Die obere Kugelhalterung (60) ist axial mit Hilfe einer Reihe von umlaufend und voneinander getrennt angeordneten Reihe von allgemein C-förmigen Verbindungen (136) (von welchen in 1E nur eine dargestellt ist) an einer sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen unteren Kugelhalterung (134) befestigt. Die an jedem dieser Verbindungen (136) geformten radial nach innen hervorstehenden Endabschnitte (138) werden in komplemantär geformten Rillen (140) empfangen, welche an jeder der oberen und unteren Kugelhalterungen (60, 134) für diesen Zweck geformt sind. Ein Kugelsitz (142) von gewöhnlichem Design wird axial verschiebbar und abdichtend in einer jeden dieser oberen und unteren Kugelhalterungen (60, 134) empfangen. Die Kugelsitze (142) dichten ausserdem auch eine Kugel (144) ab, welche eine Öffnung (146) umfasst, die axial durch dieselbe hindurch geformt ist. Wie in 1E geoffenbart wird, auf welcher sich der Ventilabschnitt (16) in seiner geöffneten Konfiguration befindet, erstreckt sich der Durchflußdurchgang (18) axial durch diese Öffnung (146) hindurch.
Zwei sich ekzentrisch ausdehnende Öffnungen (148) sind durch die Kugel (144) hindurch geformt (es ist in 1E nur eine derselben dargestellt). Die Öffnungen (148) werden auf eine Art und Weise angewendet, welche weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, und mit welcher die Kugel (144) um die Achse herum rotiert werden kann, welche senkrecht zu der Öffnung (146) verläuft, um die Öffnung (146) von dem Durchflußdurchgang (18) zu isolieren und somit den Ventilabschnitt (16) zu schliessen. 4E zeigt die Kugel (144), welche hier um ihre Achse herum rotiert wird, und die Öffnung (146), welche hier aufgrund der abdichtenden Befestigung der Kugelsitze (142) gegen die Kugel in Flüssigkeitsisolierung von dem Durchflußdurchgang (18) steht.
Eine Nase (150) (von welcher in 1E lediglich eine dargestellt ist) wird in jeder der Öffnungen (148) empfangen. Jede dieser Nasen (150) ragt von einem sich axial ausdehnenden Nasenteil (152) nach innen hinein. Das Verhältnis der Nasen (150) zu den Nasenteilen (152) ist aus 4E noch deutlicher ersichtlich. Die Verbindungen (136) und die Nasenteile (152) sind umlaufend um die Kugel (144) und die Kugelhalterungen (60, 134) herum positioniert. Aufgrund der ekzentrischen Platzierung der Öffnungen (148) werden die Nasenteile (152) ein wenig umlaufend verdrängt, wenn die Kugel (144) rotiert wird, und die Nasen (150) werden in den Öffnungen (148) gehalten, wenn dieselbe Kugel rotiert.
Wenn die innere Spindelmontage (46) wie weiter oben schon eingehender beschrieben axial nach oben verdrängt wird, werden dadurch auch die obere Kugelhalterung (60), die Verbindungen (136), die untere Kugelhalterung (134), die Kugel (144), und die Kugelsitze (142) verdrängt. Die Nasenteile (152) verbleiben jedoch mit Bezug auf den Rest des Ventilbetätigungsabschnitts (12) axial festgestellt. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass das Nasenteil (152) axial zwischen einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Auslaßteil (154) und dem Betätigungsgehäuse (38) gehalten wird. Es ist die relative axiale Verdrängung zwischen der Kugel (144) und dem Nasenteil (152), welche auftritt, wenn die innere Spindelmontage (46) axial verdrängt wird, welche das Rotieren der Kugel um ihre Achse herum verursacht.
Eine sich axial ausdehnende und allgemein rohrförmige äussere Hülse (156) beinhaltet radial innenseitig die Nasenteile (152) und die Verbindungen (136). Die äussere Hülse (156) wird axial zwischen dem Auslaßteil (154) und dem Betätigungsgehäuse (38) gehalten. Die äussere Hülse (156) erhält den kooperativen Kontakt zwischen der Nase (150) und der Öffnung (148) aufrecht und hält auch die Verbindungen (136) in kooperativer Verbindung mit den Kugelhalterungen (60, 134).
Wenn sich der Ventilbetätigungsabschnitt (12) wie in 1A–1G dargestellt in seiner geöffneten Konfiguration befindet, wird in demselben ein äusserer Aufblasfließdurchgang (158) in einer entlüftenden Konfigurierung geformt. Andererseits wird sich der Aufblasfließdurchgang (158) in einer Beipass-Konfiguration befinden, wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) sich wie in 4A–4G dargestellt in seiner geschlossenen Konfiguration befindet, und wird das Übertragen des Flüssigkeitsdrucks aus einem Teil des Durchflußdurchgangs (18) über der Kugel (144) durch den Aufblasfließdurchgang (158) und in den Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) hinein für das Aufblasen der darin beinhalteten aufblasbaren Packer ermöglichen.
Die untere Hülse (58) mit Auslässen und die untere Hülse (56) ermöglichen eine Flüssigkeitsverbindung radial zwischen den Durchflußdurchgang (18) und dem Aufblasfließdurchgang (158) durch dieselben hindurch. Es sollte dabei beachtet werden, dass eine solche Flüssigkeitsverbindung auch das Auferlegen des Flüssigkeitsdrucks in dem Durchflußdurchgang (18) auf den unteren Kolben (74) ermöglicht. Die Flüssigkeitsverbindung besteht weiter radial durch das Auslaßteil (154) hindurch. Von dem Auslaßteil (154) erstreckt sich der Aufblasfließdurchgang (158) axial nach unten und radial zwischen dem Ventilabschnitt (16) und dem Ventilgehäuse (36) hindurch.
Eine sich allgemein axial ausdehnende Öffnung (160) ist durch das Betätigungsgehäuse (38) hindurch geformt und ermöglicht eine Flüssigkeitsverbindung des Aufblasfließdurchgangs (158) mit der unteren Verbindung (40). Eine sich allgemein axial ausdehnende Öffnung (162), welche zum Teil durch die untere Verbindung (40) hindurch geformt ist, ermöglicht eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Aufblasfließdurchgang (158) und einem Ort zwischen den umlaufenden Dichtungen (164), welche extern auf der unteren Verbindung positioniert sind (siehe 1F & 1G).
Ein sich axial ausdehnender und allgemein rohrförmiger Pendler (166) ist über ein Gewinde mit der unteren Kugelhalterung (134) verbunden und ist axial und verschiebbar innerhalb des Betätigungsgehäuses (38) und der unteren Verbindung (40) positioniert. Eine umlaufende Dichtung (168), welche extern auf dem Pendler (166) aufliegt, ist abdichtend in einem sich axial ausdehnenden Hohlraum (170) befestigt, welcher innerhalb des Betätigungsgehäuses (38) geformt ist. Eine Reihe von drei axial und getrennt umlaufend angeordneten Dichtungen (172, 174), und (176) liegen intern auf der unteren Verbindung (40) auf, und befestigen abdichtend den Pendler (166) auf eine Art und Weise, die weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll.
Wenn sich der Ventilbetätigungsabschnitt (12) wie in 1A–1G dargestellt in seiner geöffneten Konfiguration befindet, werden die Dichtungen (172) und (176) den Pendler (166) wie in 1F geoffenbart abdichtend befestigen. Die Dichtung (174) befestigt den Pender (166) deshalb nicht abdichtend, weil ein radial reduziertes Teil (178) extern auf dem Pendler geformt ist und radial gegenüber der Dichtung (174) positioniert ist. Es sollte dabei beachtet werden, dass dieses radial reduzierte Teil (178) auch eine Reihe von umlaufend getrennt angeordneten und sich axial ausdehnenden Rillen auf dem Pendler (166) umfassen kann. Eine solche Abwesenheit von abdichtender Befestigung der Dichtung (174) mit dem Pendler (166) ermöglicht eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Ringraum (26) und dem Aufblasfließdurchgang (158) über die Öffnungen (180) und (182), welche in der unteren Verbindung (40) geformt sind. Die Öffnung (180) stellt eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Aufblasfließdurchgang (158) und einem ringförmigen Bereich (184) her, welcher sich radial zwischen dem radial reduzierten Teil (178) und der unteren Verbindung (40) erstreckt, und die Öffnung (182) stellt eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ringförmigen Bereich (184) und dem Ringraum (26) her. Die abdichtende Befestigung zwischen der Dichtung (172) und dem Pendler (166) verhindert jedoch eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Aufblasfließdurchgang (158) in dem Betätigungsgehäuse (38) und dem ringförmigen Bereich (184).
Das Entleeren des Aufblasfließdurchgangs (158) in den Ringraum (26) hinein, was in 1F geoffenbart ist, stellt sicher, dass die aufblasbaren Packer (welche weiter unten noch eingehender beschrieben werden) nicht aufgeblasen werden, wenn der Ventilabschnitt (16) geöffnet ist. Wenn es gewünscht ist, dass die aufblasbaren Packer aufgeblasen werden sollen, wird der Ventilabschnitt wie in 4A–4G dargestellt und weiter oben schon eingehender beschrieben geschlossen und der Aufblasfließdurchgang (158) in der unteren Verbindung (40) wird in Flüssigkeitsverbindung mit dem Aufblasfließdurchgang in dem Betätigungsgehäuse (38) gestellt.
Wie weiter oben schon eingehender beschrieben wurde wird die innere Spindelmontage (46) axial nach oben verdrängt, wenn der Ventilabschnitt (16) geschlossen ist. Da die untere Kugelhalterung (134) axial an dem Pendler (166) befestigt ist, wird derselbe Pendler auch axial nach oben verdrängt, wenn die innere Spindelmontage (46) axial nach oben verdrängt wird. 4F zeigt den Pendler (166) in seiner axial nach oben verdrängten Position.
Wenn der Pendler (166) wie in 4F geoffenbart axial nach oben verdrängt wird, werden die Dichtungen (174) und (176) abdichtend an demselben Pendler befestigt, die Dichtung (172) jedoch nicht. Dies beruht auf der Tatsache, dass der ringförmige Bereich (184) nun radial gegenüber der Dichtung (172) positioniert ist. In dieser Konfiguration wird eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Aufblasfließdurchgang in dem Betätigungsgehäuse (38) und dem Aufblasfließdurchgang in der unteren Verbindung (40) erstellt. Das Teil des Durchflußdurchgangs (18) unter der Kugel (144) wird über eine sich radial ausdehnende Öffnung (186), welche durch den Pendler (166) hindurch geformt ist, in den Ringraum (26) hinein entleert.
Es ist deshalb hier eindeutig ersichtlich, dass der Ventilabschnitt (16) geöffnet ist, wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) sich wie in 1A–1G repräsentativ dargestellt in seiner geöffneten Konfiguration befindet, und auf diese Weise eine Flüssigkeitsverbindung durch denselben hindurch und in den Durchflußdurchgang (18) hinein ermöglicht, und dass der Ablaßfließdurchgang durch die untere Verbindung (40) in den Ringraum (26) hinein abgelassen wird, wenn sich der Aufblasfließdurchgang (158) in seiner Ablaßkonfiguration befindet. Wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) sich wie in 4A–4G repräsentativ dargestellt in seiner geschlossenen Konfiguration befindet, ist das Ventilteil (16) geschlossen, und wird auf diese Weise eine Flüssigkeitsverbindung durch dasselbe hindurch und in den Durchflußdurchgang (18) hinein verhindern, und wenn sich der Aufblasfließdurchgang (158) in seiner Beipass-Konfiguration befindet, wird eine Flüssigkeitsverbindung von dem Durchflußdurchgang (18) axial aufwärts von der Kugel (144) durch den Aufblasfließdurchgang hindurch bis in den Aufblasfließdurchgang in der unteren Verbindung (40) hinein erstellt.
Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, wird der Flüssigkeitsdruck dem Aufblasfließdurchgang (158) dazu genutzt, die aufblasbaren Packer aufzublasen, welche auf dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) aufliegen. Zu diesem Zweck wird ein Aufblasflüssigkeitsdruck (ein Differential von ungefähr 1.000 psi zwischen dem Innenraum der Bohrkette und dem Ringraum (26)) an der Erdoberfläche auf die Bohrkette auferlegt, nachdem der Ventilbetätigungsabschnitt (12) auf seine geschlossene Konfiguration konfiguriert wurde. Dieser Aufblasflüssigkeitsdruck wird auch auf den Durchflußdurchgang (18) aufgelegt und über den Aufblasfließdurchgang (158) auf die untere Verbindung (40) aufgelegt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 & 3 wird der obere Kolben (68) axial nach unten gedrückt und der untere Kolben (74) axial nach oben gedrückt, wenn der Aufblasflüssigkeitsdruck auf den Durchflußdurchgang (18) aufgelegt wird. Bei der geoffenbarten bevorzugten Ausführung wird der Aufblasflüssigkeitsdruck ausreichend groß sein, um die Vorspannkraft der Federn (84, 88) zu überwinden, was wiederum in einer axialen abwärtigen Verdrängung des oberen Kolbens (68) und in einer axialen aufwärtigen Verdrängung des unteren Kolbens (74) resultiert. Demnach wird der Stift (100) entsprechend aus der Position (100g) auf die Position (100h) verdrängt, und ein abgeschrägter Sitz (102e) des Sperrklinkenpfades (102) wird auch umlaufend den Stift (100) verdrängen. Es sollte dabei beachtet werden, dass die Position (100h) die gleiche ist wie die Position (100d), welche einfach umlaufend von einem der Sperrklinkenpfade (102) verdrängt wurde. Zu diesem Zweck formen die drei Sperrklinkenpfade (102) tatsächlich einen einzigen, ununterbrochenen Pfad, wobei die Stifte (100) lediglich von einem Sperrklinkenpfad auf den nächsten übergehen, wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) verschiedenen differentialen Flüssigkeitsdrucken ausgesetzt wird.
Die axiale aufwärtige Verdrängung des unteren Kolbens (74) durch den Aufblasflüssigkeitsdruck verursacht ausserdem ein Verdrängen des Stiftes (106) von der Position (106c) auf die Position (106d), und ein abgeschrägter Sitz (108b) des Sperrklinkenpfades (108) verdrängt ausserdem umlaufend den Stift relativ zu der Sperrklinke (110).
Wenn es nicht länger wünschenswert ist, die aufblasbaren Packer aufzublasen, d. h. wenn die Formation, welche von einem Bohrloch durchschnitten wird, zum Beispiel mit Hilfe des Betriebs des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) ausreichend getestet wurde, wie dies weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, wird der Aufblasflüssigkeitsdruck aus der Bohrkette und dem Durchflußdurchgang (18) über der Kugel (144) abgelassen. Der differentiale Flüssigkeitsdruck wird auf diese Weise bis auf ungefähr 0 psi reduziert, und die Federn (84, 88) werden den oberen Kolben (68) axial nach oben und den unteren Kolben (74) axial nach unten vorspannen. Der Stift (100) wird von der Position (100h) auf die Position (100a) zurückkehren, obwohl dies auf dem nächsten darauffolgenden Sperrklinkenpfad (102) geschieht, und steht so für die Fortsetzung des weiter oben schon eingehender beschriebenen normalen Bohrverfahrens bereit. Der Stift (106) wird jedoch relativ zu der Sperrklinke (110) axial nach unten verdrängt und wird von einem ergänzend geformten Sitz (108c) des Sperrklinkenpfades (108) auf einer Position (106e) gehalten.
Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck abgelassen wird, wird die durch die Feder (88) ausgeübte nach unten ausgerichtete Kraft letztendlich die nach oben gerichtete Kraft des unteren Kolbens (74) überwinden. Der Stift (106), welcher wie weiter oben schon eingehender beschrieben axial an dem unteren Kolben (74) befestigt ist, wird dementsprechend eine axiale abwärtige Kraft auf den Sitz (108c), und somit auch auf die Sperrklinke (110) ausüben. Da die Sperrklinke (110) wie weiter oben schon eingehender beschrieben axial an der inneren Spindelmontage (46) befestigt ist, wird dieselbe innere Spindelmontage deshalb auch axial nach unten verdrängt. Diese axiale Verdrängung der inneren Spindelmontage (46) ist der weiter oben schon beschriebenen Verdrängung der inneren Spindelmontage ähnlich, wenn der Stift (100) an dem Sitz (102d) des Sperrklinkenpfades (102) befestigt wird, ausser dass dies in der entgegen gesetzten Richtung geschieht. Wie bei der weiter oben schon beschriebenen axialen aufwärtigen Verdrängung der inneren Spindelmontage (46) tritt die axiale abwärtige Verdrängung der inneren Spindelmontage jedoch auch dann auf, wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck abfällt.
Wenn der differentiale Flüssigkeitsdruck ausreichend, weit abfällt, wird die Feder (88) die innere Spindelmontage (46) axial nach unten verdrängen, so dass der Ventilbetätigungsabschnitt (12) seine in 1A–1G geoffenbarte geöffnete Konfiguration wieder aufnimmt. Wenn eine ausreichend grosse darauffolgende Steigerung des differentialen Flüssigkeitsdrucks erreicht ist, zum Beispiel wenn das normale Bohrverfahren wieder aufgenommen und der differentiale Flüssigkeitsdruck bis auf ungefähr 500–1.000 psi gesteigert wird, zum Beispiel durch den Umlauf von Spülschlamm durch den Durchflußdurchgang (18), wird der Stift (106) axial und relativ zu der Sperrklinke (110) von der Position (110) auf die Position (106e) verdrängt, wobei ein abgeschrägter Sitz (108d) des Sperrklinkenpfades (108) auch den Stift relativ zu der Sperrklinke (110) umlaufend verdrängt. Es sollte dabei beachtet werden, dass die Position (106f) der Position (106b) ähnlich ist, aber auf dem nächstfolgenden Sperrklinkenpfad (108) positioniert ist. Auf diese Weise werden die Stifte (106) wie auch die Stifte (100) zwischen aufeinander folgenden Sperrklinkenpfaden (108) verdrängt, wobei die Sperrklinkenpfade eigentlich einen ununterbrochenen umlaufenden Pfad um die Sperrklinke (110) herum formen.
Es sollte dabei genaustens beachtet werden, dass die verschiedenen Flüssigkeitsdrucke und die weiter oben schon beschriebenen differentialen Flüssigkeitsdrucke für das Produzieren verschiedener Reaktionen, Verdrängungen, usw. von und unter verschiedenen Elementen des Ventilbetätigungsabschnitts (12) hier für den Zweck der Beschreibung eines beispielhaften Betriebs des Ventilbetätigungsabschnitts aufgeführt wurden. Der Ventilbetätigungsabschnitt (12) kann dabei jederzeit einfach modifiziert werden, zum Beispiel durch das Ersetzen einer oder beider der Federn (84, 88) durch eine andere Vorspannvorrichtung, durch das Ändern der Konfigurationen der Sperrklinken (104, 110), durch das Ändern einer Federrate und/oder der Vorspannkraft von einer oder beiden der Federn, oder durch das Ändern der differentialen Druckbereiche der Kolben (68, 74), um die entsprechenden Flüssigkeitsdrucke und die differentialen Flüssigkeitsdrucke zu ändern. Modifizierungen repräsentieren keinerlei Schwierigkeiten für einen Fachmann auf diesem Gebiet und formen einen Teil der Prinzipen der vorliegenden Erfindung.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 5A–5F, 6, 7, 8 und 9A–9F wird hier der Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) repräsentativ geoffenbart. Wie weiter oben schon beschrieben kann ein oberes Ende (24) desselben Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) über ein Gewinde direkt mit dem unteren Ende (22) des Ventilbetätigungsabschnitts (12) verbunden werden. Wenn diese auf diese Weise miteinander verbunden werden, wird eine jede der Dichtungen (164) der unteren Verbindung (40) mit einem von zwei sich axial ausdehnenden Hohlräumen (188) in Kontakt gebracht, welche intern in einer sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen oberen Verbindung (190) des Flüssigkeitsprobeabschnitts geformt sind.
Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass es nach den Prinzipen der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt notwendig ist, dass die untere Verbindung (40) direkt mit der oberen Verbindung (190) verbunden ist. Ein weiteres rohrförmiges Teil (hier nicht dargestellt) könnte zum Beispiel axial zwischen der unteren Verbindung (40) und der oberen Verbindung (190) angeschlossen werden. Zu diesem Zweck kann dieses rohrförmige Teil mit einem unteren Ende ausgestattet werden, welches dem unteren Ende (22) ähnlich ist, und mit einem oberen Ende, welches dem oberen Ende (24) ähnlich ist, wobei ein Durchflußdurchgang eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Durchflußdurchgang (18) ermöglicht, und wobei ein. Aufblasfließdurchgang eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Aufblasfließdurchgang (158) ermöglicht. Auf diese Weise können der Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) und der Ventilbetätigungsabschnitt (12) wie gewünscht axial voneinander getrennt werden.
Als ein weiteres Beispiel kann das rohrförmige Teil aus einem solchen Typ bestehen, welcher für das axiale Trennen unter Einwirkung einer ausreichend grossen axialen Zugkraft auf dasselbe entworfen wurde. Auf diese Weise könnte die Bohrkette über dem rohrförmigen Teil einschliesslich des Ventilbetätigungsabschnitts (12) in einem solchen Fall aus dem Bohrloch entfernt werden, in dem sich entweder der Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) oder ein anderer Abschnitt der Bohrkette unter demselben in dem Bohrloch festsetzt. Die folgende Beschreibung des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) setzt voraus, dass der Flüssigkeitsprobeabschnitt direkt mit dem Ventilbetätigungsabschnitt (12) verbunden ist, wobei beachtet werden sollte, dass diese eigentlich axial getrennt werden können, was jedoch davon abhängen wird, ob weitere Teile zwischen denselben eingesetzt und miteinander verbunden sind.
Wenn das untere Ende (22) kooperativ mit dem oberen Ende (24) verbunden ist, stehen die Dichtungen (164) abdichtend mit den Hohlräumen (188) in Kontakt, und der Durchflußdurchgang (18) dehnt sich axial durch den Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) und den Aufblasfließdurchgang (158) hindurch, welcher sich axial in den Flüssigkeitsprobeabschnitt hinein ausdehnt. Wenn der Durchflußdurchgang (18) in dem Ventilbetätigungsabschnitt (12) unter der Kugel (144) deshalb einem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt wird oder wenn er wie weiter oben schon beschrieben in den Ringraum (26) hinein entleert wird, tritt der gleiche Vorfall auch für den Durchflußdurchgang (18) in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) auf. Gleichermassen wird der gleiche Vorfall für den Aufblasfließdurchgang in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) auftreten, wenn der Aufblasfließdurchgang (158) in dem Ventilbetätigungsabschnitt (12) unter dem Betriebsgehäuse (38) einem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt oder wie weiter oben schon beschrieben in den Ringraum (26) hinein entleert wird.
Wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) sich deshalb wie auf 1A–1G dargestellt in seiner geöffneten Konfiguration befindet, wird der Aufblasfließdurchgang (158) in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) in den Ringraum (26) hinein entleert, und der Durchflußdurchgang (18) in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt wird in Flüssigkeitsverbindung mit dem Innenraum der Bohrkette über dem Ventilbetätigungsabschnitt stehen. Wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) sich wie in 4A–4G in seiner geschlossenen Konfiguration befindet, wird der Durchflußdurchgang (158) in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Innenraum der Bohrkette über dem Ventilbetätigungsabschnitt stehen, und der Durchflußdurchgang (18) in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt wird in den Ringraum (26) hinein entleert. Auf diese Weise wird es eindeutig ersichtlich, dass ein Flüssigkeitsdruck auf den Innenraum der Bohrkette an der Erdoberfläche aufgelegt werden kann, wenn der Ventilbetätigungsabschnitt (12) sich in seiner geschlossenen Konfiguration befindet, und dass ein solcher Flüssigkeitsdruck auf den Aufblasfließdurchgang (158) in dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) übertragen werden wird.
Die obere Verbindung (190) ist über ein Gewinde abdichtend mit einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Kolben (192) verbunden. Unter weiterer Bezugnahme auf 6 wird hier eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) entlang der in Fig. 5A geoffenbarten Linie 6-6 dargestellt, aus welcher es eindeutig ersichtlich ist, dass der Kolben (192) eine Reihe von umlaufend getrennt angeordneten und sich axial ausdehnenden Keilnute (194) umfasst, welche extern auf demselben geformt sind. Unter spezifischer Bezugnahme auf 5B ist hier eindeutig ersichtlich, dass sich eine umlaufende Dichtung (196) extern auf dem Kolben (192) befindet, und dass sich eine weitere umlaufende Dichtung (198) an einem sich radial reduzierten Teil (200) desselben extern auf dem Kolben befindet. Auf diese Weise wird auf dem Kolben (192) radial zwischen der Dichtung (196) und der Dichtung (198) ein Differentialbereich geformt.
Der Kolben (192) wird axial und verschiebbar in ein sich axial ausdehnendes und allgemein rohrförmiges oberes Gehäuse (202) empfangen. Unter Bezugnahme auf 6 ist hier ersichtlich, dass das obere Gehäuse (202) umlaufend eine Reihe von getrennt angeordneten und sich axial ausdehnenden Schlitzen (204) auf der Innenseite desselben umfasst. Die Keilnuten (194) werden axial und verschiebbar in den Schlitzen (204) empfangen. Bei der hier geoffenbarten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Schlitze (204) jedoch relativ zu den Keilnuten (194) ein wenig vergrössert, so dass der Aufblasfließdurchgang (158) bequem axial zwischen den beiden angeordnet werden kann. Es sollte dabei ausserdem beachtet werden, dass die Seiten der Keilnuten (194) ein wenig radial nach innen hin ausgerichtet sind, so dass die Seiten der Keilnuten flach auf die jeweiligen Seiten der Schlitze (204) aufliegen werden, wenn ein Moment durch den Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) übertragen wird.
Das obere Gehäuse (202) wird axial und abdichtend in die obere Verbindung (190) eingeschoben. Ein sich axial ausdehnendes und allgemein rohrförmiges oberes Zentralisierergehäuse (206) wird über ein Gewinde abdichtend mit dem oberen Gehäuse (202) verbunden. Ein sich radial ausdehnender Auslaß (208), welcher durch ein unteres rohrförmiges Teil (210) des oberen Gehäuses (202) geformt ist, ermöglicht eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Aufblasfließdurchgang (158) in dem Bereich zwischen den Schlitzen (244) und den Keilnuten (194) und einer Reihe von vier sich allgemein axial ausdehnenden Öffnungen (212), welche in dem oberen Zentralisierergehäuse (106) geformt sind.
Unter weiterer Bezugnahme auf 7 wird hier eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) geoffenbart, welche entlang der in 8 dargestellten Linie 7-7 gesehen ist. Aus dieser Ansicht ist es weiter ersichtlich, dass die Öffnungen (212) umlaufend getrennt voneinander angeordnet und radial auf die sich radial nach aussen und axial ausdehnenden Rinnen (214) ausgerichtet sind, welche extern auf dem Zentralisierergehäuse (206) geformt sind. Es sollte dabei beachtet werden, dass eine beliebige Anzahl von Öffnungen (212) und/oder Rinnen (214) vorhanden sein können, und dass es nicht notwendig ist, dass jede Rinne einer dazugehörigen Öffnung zugeordnet ist. Die Rinnen (214) ermöglichen eine radiale getrennte Anordnung des Restes des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) ausser Kontakt mit den Seiten des Bohrlochs, und können mit einer abnutzungsbeständigen Beschichtung oder ähnlichen Oberflächen (216) ausgestattet werden, um eine Abnutzung aufgrund des Kontaktes zwischen dem Zentralisierergehäuse (206) und den Seiten des Bohrlochs zu widerstehen.
Ein sich axial ausdehnendes und allgemein rohrförmiges Ventilgehäuse (218) wird axial zwischen dem Abschnitt (210) des oberen Gehäuses (202) und einem internen Ansatz (220) gehalten, welcher in demselben Zentralisierergehäuse (206) geformt ist. Das Ventilgehäuse (218) umfasst zwei Rückschlagventile (222, 228) auf eine Art und Weise, die weiter unten nach sorgfältiger Durchsicht der weiteren Beschreibung des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) eindeutiger werden wird, und ist kooperativ mit dem Kolben (192) verbunden, so dass eine axiale verschiebende Verdrängung dieses Kolbens relativ zu dem Ventilgehäuse einmal Flüssigkeit durch einen Probefließdurchgang (224) entnehmen, und ein andermal dieselbe Flüssigkeit über einen Entleerungsfließdurchgang (226) in den Ringraum (26) hinaus ausstossen wird (siehe 9B).
Das Rückschlagventil (222) ist in Fig. 5B ersichtlich, und das Rückschlagventil (228) ist in 9B ersichtlich, wobei 9B leicht um die vertikale Achse des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) rotiert wurde, so dass der Entleerungsfließdurchgang (226) und das Rückschlagventil (228) deutlicher ersichtlich sind. 7 zeigt die umlaufende Orientierung der Rückschlagventile (222) und (228) mit Bezug auf das jeweils andere Ventil und den Rest des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14). Es ist aus 7 weiter ersichtlich, dass der Entleerungsfließdurchgang (226) eigentlich mit Bezug auf den Rest des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) ein wenig nach innen abgeschrägt ist, obwohl 9B diesen Entleerungsfließdurchgang aus Klarheitsgründen so zeigt, als ob er sich von dem Ventilgehäuse (218) aus orthogonal nach aussen erstreckt.
Die extern auf dem Kolben (192) angebrachte Dichtung (198) dichtet das Ventilgehäuse (218) intern ab, und die Dichtung (196) dichtet den Abschnitt (210) des oberen Gehäuses (202) intern ab. Wenn der Kolben (192) zum Beispiel durch das Auferlegen einer axial aufwärtig ausgerichteten Kraft axial und relativ zu dem Ventilgehäuse (218) bis an die obere Verbindung (190) nach oben verdrängt wird, wird der differentiale Bereich zwischen den Dichtungen (196, 198) einen Druckabfall über den Rückschlagventilen (222, 228) verursachen. Das Rückschlagventil (222) ist innerhalb des Ventilgehäuses (218) so konfiguriert, dass der Druckabfall ein Öffnen des Rückschlagventils (222) verursacht, und auf diese Weise einen Flüssigkeitsdurchfluß aus dem Probefließdurchgang (224) axial aufwärts durch das Rückschlagventil (222) hindurch ermöglicht. 9B zeigt den Kolben (192), welcher axial und relativ zu dem Ventilgehäuse (218) nach oben verdrängt wird und auf diese Weise zwischen denselben ein sich radial ausdehnenden Flüssigkeitsvolumen (230) erzeugt.
Wenn der Kolben (192) danach axial und relativ zu dem Ventilgehäuse (218) nach unten verdrängt wird, wird ein weiterer, in die entgegen gesetzte Richtung gerichteter Druckabfall über den Rückschlagventilen (222, 228) erzeugt. Das Rückschlagventil (228) ist innerhalb des Ventilgehäuses (218) so konfiguriert, dass der in die entgegen gesetzte Richtung gerichtete Druckabfall das Öffnen des Rückschlagventils (228) verursacht, und auf diese Weise einen Durchfluß von Flüssigkeit aus dem sich ausdehnenden Flüssigkeitsvolumen (230) heraus und in den Entleerungsfließdurchgang (226) hinein ermöglicht.
Die Rückschlagventile (222, 228) bestehen bei der dargestellten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung aus gewöhnlichen Rückschlagventilen. Die Rückschlagventile (222, 228) umfassen vorzugsweise Vorspannvorrichtungen, so dass sie geschlossen sind, wenn kein Druckabfall über denselben vorhanden ist. Dies wird normalerweise durch das Bereitstellen einer Kompressionsfeder erzielt, welche eine Kugel in Richtung eines Sitzes vorspannt, wobei dieselbe Kugel weiter gegen den Sitz gedrückt wird, wenn ein Druckabfall in einer ersten Richtung über dem Rückschlagventil auftritt, und wobei dieselbe Kugel entgegen den Vorspanndruck der Feder von demselben Sitz weggedrückt wird, wenn ein Druckabfall über dem Rückschlagventil in einer zweiten Richtung auftritt, welche der ersten Richtung gegenüber liegt. Es sollte dabei jedoch beachtet werden, dass es nach den Prinzipen der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist, dass solche Rückschlagventile in dem Füssigkeitsprobeabschnitt (14) angewendet werden – es können vielmehr auch andere alternative Vorrichtungen für das Ermöglichen, das Verhindern, und/oder das Einschränken eines Flüssigkeitsdurchflusses aus dem Probefließdurchgang (224) heraus und in den Entleerungsfließdurchgang (226) angewendet werden.
Eine sich axial ausdehnende und allgemein rohrförmige innere Hülse (232) ist axial verschiebbar und kann abdichtend in ein unteres Teil (234) des Ventilgehäuses (218) eingeschoben werden. Die innere Hülse (232) ist radial aussenseitig zum grössten Teil von einer sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Spindel (236) umgeben. Diese Spindel (236) ist über ein Gewinde abdichtend mit dem oberen Zentralisierergehäuse (206) verbunden. Der Probefließdurchgang (224) erstreckt sich radial zwischen der inneren Hülse (232) und der Spindel (236).
Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 5C wird hier eine Öffnung (238) radial durch die Spindel (236) hindurch geformt, wobei sich der Probefließdurchgang (224) durch dieselbe Öffnung hindurch erstreckt. Eine sich axial ausdehnende und allgemein rohrförmige Verbindung (240) ist axial verschiebbar und abdichtend aussenseitig auf der Spindel (236) positioniert, so dass die Öffnung (238) sich axial zwischen den umlaufenden Dichtungen (242) befindet, welche intern auf der Verbindung aufliegen. Eine Öffnung (244) ist radial durch die Verbindung (240) hindurch geformt und ermöglicht auf diese Weise eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Öffnung (238) und einen allgemein rohrförmigen Siebteil (246), welches aussenseitig auf der Verbindung positioniert ist. Dieses Siebteil (246) umfasst ein perforiertes Innenrohr (248).
Es ist deshalb eindeutig ersichtlich, dass der Probefließdurchgang (224) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Ringraum (26) steht, und dass der Probefließdurchgang einen Flüssigkeitsdurchfluß aus demselben Ringraum (26) heraus und in das Ventilgehäuse (218) hinein ermöglicht. Wenn der Kolben (192) relativ zu dem Ventilgehäuse (218) axial nach oben verdrängt wird, wird Flüssigkeit aus dem Ringraum (26) heraus über den Probefließdurchgang (224) in den Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) hineingezogen und füllt dort das sich axial ausdehnende Flüssigkeitsvolumen (230). Bei der geoffenbarten bevorzugten Ausführung wird auf diese Weise ungefähr ein Liter Flüssigkeit in den Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) hineingezogen. Das Siebteil (246) verhindert dabei einen Eintritt von Schmutz aus dem Ringraum (26) in denselben Flüssigkeitsprobeabschnitt (14).
Es sollte dabei beachtet werden, dass der Probefließdurchgang (224) sich von der Öffnung (238) weiter axial nach unten und radial zwischen der inneren Hülse (232) und der Spindel (236) erstreckt. Die Spindel (236) ist über ein Gewinde und abdichtend an ein unteres Zentralisierergehäuse (250) angeschlossen. Die innere Hülse (232) wird abdichtend in das untere Zentralisierergehäuse (250) eingeschoben, und wird auf diese Weise axial zwischen dem unteren Zentralisierergehäuse und dem unteren Abschnitt des Ventilgehäuses (234) gehalten.
Eine sich allgemein axial ausdehnende Öffnung (252) ist in dem unteren Zentralisierergehäuse (250) geformt und steht in Flüssigkeitsverbindung mit dem Probefließdurchgang (224). Unter spezifischer Bezugnahme auf 5E ist hieraus eindeutig ersichtlich, dass die Öffnung (252), und somit auch der Probefließdurchgang (224), in Flüssigkeitsverbindung mit einer Kupplung (254) steht, welche wiederum in Flüssigkeitsverbindung mit einem Instrument (256) steht.
Dieses Instrument (256) ist radial zwischen einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen inneren Instrumentgehäuse (258) und einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen äusseren Instrumentgehäuse (260) positioniert. Ein jedes dieser inneren und äusseren Instrumentgehäuse (258, 260) sind über ein Gewinde mit dem unteren Zentralisierergehäuse (250) verbunden, und das äussere Zentralisierergehäuse (260) ist über ein Gewinde an einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen unteren Verbindungsstück (262) befestigt. Das innere Instrumentgehäuse (258) ist abdichtend an dem unteren Zentralisierergehäuse (250) und an dem unteren Verbindungsstück (262) befestigt. Das untere Verbindungsstück (262) ermöglicht die abdichtende Verbindung des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) über ein Gewinde mit weiteren Abschnitten der Bohrkette unter demselben Flüssigkeitsprobeabschnitt. Eine Öffnung (264) ist gegenüber des Instrumentes (256) radial durch das äussere Instrumentgehäuse (260) hindurch geformt, und erstellt auf diese Weise wenn erwünscht eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Instrument (256) und dem Ringraum (26), und verhindert einen Einschluß von atmosphärischem Druck radial zwischen dem äusseren und dem inneren Instrumentgehäuse (258, 260). Es sollte dabei beachtet werden, dass die Öffnung (264) auch einen Auslaß in den Durchflußdurchgang (18) hinein und durch das innere Instrumentgehäuse (258) hindurch umfassen kann, so dass das äussere Instrumentgehäuse (260) vorzugsweise abdichtend an dem unteren Zentralisierergehäuse (250) und an dem unteren Verbindungsstück (262) befestigt werden kann.
Es wird auf diese Weise eindeutig veranschaulicht, dass das Instrument (256) dieser Flüssigkeit ausgesetzt wird, wenn dieselbe Flüssigkeit wie weiter oben beschrieben aus dem Ringraum (26) heraus in den Probefließdurchgang (224) hinein umgeleitet wird. Unter weiterer Bezugnahme auf 8 wird hier eine Querschnittsansicht des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) geoffenbart, welche entlang der auf 5E dargestellten Linie 8-8 eingesehen wird. Es ist auf 8 eindeutig ersichtlich, dass auch mehr als ein Instrument (256) zwischen dem inneren und dem äusseren Instrumentgehäuse (258, 260) positioniert werden kann. Es sind hier repräsentativ acht solcher Instrumente dargestellt. Die Instrumente (256) können ausserdem eine beliebige Kombination von Temperaturmeßuhren, Druckmeßuhren (einschließlich Differentialmeßuhren), Gammastrahlendetektoren, Widerstandsmeßgeräte, usw. repräsentieren, welche sich für das Messen und Aufzeichnen von Charakteristiken der Flüssigkeit als nützlich erweisen können, die in den Probefließdurchgang (224) umgeleitet wird, oder auch von Charakteristiken der umgebenden Untergrundformation usw. Wenn mehr als ein Instrument (256) angewendet wird, wird auch mehr als eine Öffnung (252) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Probefließdurchgang (224) stehen. Verschiedene Öffnungen (252) können ausserdem direkt in den Ringraum (26), den Durchflußdurchgang (18) oder an einen anderen gewünschten Ort abgeleitet werden.
Es ist dabei wichtig zu berücksichtigen, dass die von dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) in den Probefließdurchgang (224) hinein umgeleitete Flüssigkeit zwar aus dem Ringraum (26) heraus abgeleitet wird, aber vorzugsweise die Charakteristiken einer bestimmten Formation aufweist, welche von dem Bohrloch durchschnitten wird. Dieses Resultat wird durch das Aufblasen eines Paares von Packern (226, 268) erzielt, welche axial über die Verbindung (240) gespreizt sind, so dass dieselben Packer abdichtend an den Seiten des Bohrlochs befestigt sind. Auf diese Weise steht die aus dem Ringraum (26) heraus in den Probefließabschnitt (224) hinein abgeleitete Flüssigkeit in Verbindung mit der Formation, ist jedoch von dem Rest des Bohrlochs isoliert.
Die aufblasbaren Packer entsprechen dem aktuellen Stand der Technik. Sie werden normalerweise in unverrohrten Bohrlöchern angewendet, wo es wünschenswert ist, dass sie mit Hilfe von rohrförmigen Bändern radial nach aussen und abdichtend an den Seiten des Bohrlochs befestigt werden können. Die Einreicher der vorliegenden Erfindung haben diese Packer (266, 268) jedoch auf eine einzigartige Weise konfiguriert, so dass sie naheliegend aber dennoch voneinander getrennt axial angeordnet sind und auch in dieser Position verbleiben, wenn sie aufgeblasen werden, und auf diese Weise das Formen eines relativ kurzen axialen Abschnitts einer Formation ermöglichen, welche von einem Bohrloch durchschnitten wird (oder einer Formation, welche selber relativ dünn ist), und welche mit Hilfe des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) erprobt werden soll.
Der obere Packer (266) ist über ein Gewinde abdichtend mit dem oberen Zentralisierergehäuse (206) verbunden, und ist über ein weiteres Gewinde abdichtend mit der Verbindung (240) verbunden. Der untere Packer (268) ist über ein Gewinde abdichtend mit der Verbindung (240) verbunden, und ist über ein weiteres Gewinde abdichtend mit einem sich axial ausdehnenden und allgemein rohrförmigen Plug (270) verbunden. Dieser Plug (270) ist abdichtend und axial verschiebbar auf der Spindel (236) positioniert. Auf diese Weise ist es eindeutig ersichtlich, dass die Packer (266), (268) nur über das obere Zentralisierergehäuse (206) axial an dem Rest des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) befestigt sind. Diese Konfigurierung der Packer (266), (268) wird bei einem relativ kleinen axialen Abstand zueinander aufrecht erhalten, wenn dieselben aufgeblasen werden.
Die Packer (266, 268) werden durch das Auferlegen eines Flüssigkeitsdrucks auf den Aufblasfließdurchgang (158) aufgeblasen, welches einen differentialen Flüssigkeitsdruck zwischen dem Aufblasfließdurchgang und dem Ringraum (26) produziert. Es sollte dabei beachtet werden, dass ein solcher differentialer Flüssigkeitsdruck weiter oben im Zusammenhang mit der Beschreibung des Ventilbetätigungsabschnitts (12) schon eingehender beschrieben wurde, und dass derselbe ungefähr 1.000 psi betragen kann. Wenn die Packer (266, 268) aufgeblasen werden, werden die jeweiligen elastomerischen Dichtungselemente (272, 274) radial nach aussen ausgedehnt und in einen abdichtenden Kontakt mit den Seiten des Bohrlochs gebracht, wobei dieselben vorzugsweise axial über eine Formation oder einen Teil einer Formation gespreizt werden, wo es wünschenswert erscheint, die Eigenschaften der darin eingeschlossenen Flüssigkeit zu erproben. Es sollte dabei beachtet werden, dass 9A–9F zwar die Packer (266, 268) nicht in ihrem aufgeblasenen Zustand zeigen, dass dieselben aber mit Hilfe des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) auf ihre repräsentativ dargestellte Konfiguration aufgeblasen werden können.
Unter spezifischer Bezugnahme auf Fig. 5C ist hier ersichtlich, dass der Aufblasfließdurchgang (158) sich über eine Öffnung (276), welche axial durch denselben hindurch geformt ist, axial durch die Verbindung (240) hindurch erstreckt. Die Packer (266, 268) sind hauptsächlich radial von der Spindel (236) getrennt angeordnet, so dass der Aufblasfließdurchgang (158) sich auch radial zwischen den Packern und der Spindel (236) erstreckt. 5B zeigt, dass der Aufblasfließdurchgang (158) radial zwischen den Packern (266, 268) in Flüssigkeitsverbindung mit den Öffnungen (212) steht, welche in dem oberen Zentralisierergehäuse (206) geformt sind.
Wenn die Packer (266, 268) nicht aufgeblasen sind, werden sie durch die Rinnen (214) in dem oberen Zentralisierergehäuse (206) und durch ähnliche Rinnen (278) aussenseitig auf dem unteren Zentralisierergehäuse (250) gegen einen möglichen abreibenden Kontakt mit den Seiten des Bohrlochs geschützt. Es sollte dabei beachtet werden, dass eine jede dieser Rinnen (278) auch mit einer abnutzungsfesten Beschichtung (280) ausgestattet werden kann, welche der Beschichtung (216) ähnlich ist. Auf diese Weise werden die elastomerischen Dichtungselemente (272, 274) radial von den Seiten des Bohrlochs entfernt suspendiert, wenn die Packer (266, 268) nicht aufgeblasen sind.
Eine bevorzugte Methode für das Anwenden des Formationstestsystems (10) beinhaltet eine Verbindung des Ventilbetätigungsabschnitts (12) mit dem Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) über eine Bohrkette (der Ventilbetätigungsabschnitt befindet sich dabei in seiner geöffneten Konfiguration) und das Positionieren derselben innerhalb eines Untergrundbohrlochs. Ein normales Bohrverfahren wird dann mit Hilfe der Bohrkette begonnen, wobei Flüssigkeit wie zum Beispiel Spülschlamm durch die Bohrkette hindurch umläuft und durch den Ringraum (26), welcher radial zwischen der Bohrkette und den Seiten des Bohrlochs geformt wird, an die Erdoberfläche zurück transportiert wird. Der Flüssigkeitsumlauf wird dann in regelmäßigen Abständen angehalten, um zum Beispiel an der Erdoberfläche ein weiteres Rohrstück an die Bohrkette anzuschliessen.
Wie weiter oben schon eingehender beschrieben wurde erzielt ein solches normales Bohrverfahren, bei welchem aufgrund des Umlaufs von Flüssigkeiten ein differentialer Flüssigkeitsdruck von ungefähr 500–1.000 psi von dem Innenraum der Bohrkette auf den Ringraum (26) übertragen wird, keine wesentliche Änderung der Konfigurationen des Ventilbetätigungsabschnitts (12) oder des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14). Wenn es jedoch wünschenswert ist, dass ein Test in einer bestimmten Formation durchgeführt wird, welche von einem Bohrloch durchschnitten wird, kann der differentiale Flüssigkeitsdruck von ungefähr 0 psi bis auf ungefähr 300–500 gesteigert, dann bis auf ungefähr 0 psi reduziert, wieder bis auf ungefähr 500–1.000 psi gesteiget, und dann wieder bis auf ungefähr 0 psi reduziert werden. Auf diese Weise wird der Ventilbetätigungsabschnitt (12) auf seine geschlossene Konfiguration umgestellt und der Durchflußdurchgang (18) über der Kugel (144) wird in Flüssigkeitsverbindung mit dem Aufblasfließdurchgang (158) gestellt.
Flüssigkeitsdruck kann dann von der Erdoberfläche aus auf den Innenraum der Bohrkette aufgelegt werden, wobei der Flüssigkeitsdruck auf den Durchflußdurchgang (18) über der Kugel (144) und auf den Aufblasfließdurchgang (158) übertragen wird, um die Dichtungselemente (272, 274) aufzublasen. Wenn diese Dichtungselemente (272, 274) ausreichend aufgeblasen sind, so dass sie abdichtend an den Seiten des Bohrlochs befestigt und axial über einer gewünschten Formation oder einem Teil einer Formation gespreizt sind, wobei von der Erdoberfläche aus eine axiale aufwärtige Kraft auf die Bohrkette aufgelegt wird, um den Kolben (192) relativ zu dem Ventilgehäuse (218) axial nach oben zu verdrängen und Flüssigkeit aus dem Ringraum (26) heraus axial zwischen den aufgeblasenen Dichtungselementen hindurch in den Probefließdurchgang (224) hinein abzuleiten. Es sollte dabei beachtet werden, dass der Kolben (192) schon wie in 9B dargestellt axial und relativ zu dem Ventilgehäuse (218) nach oben verdrängt worden sein kann, wenn die Dichtungselemente (272, 274) aufgeblasen sind, so dass es bevorzugt wird, dass derselbe Kolben anfänglich axial nach unten verdrängt wird um sicherzustellen, dass ein ausreichend grosses Flüssigkeitsvolumen in den Probefließdurchgang umgeleitet wird, wenn der Kolben (192) danach axial nach unten und relativ zu dem Ventilgehäuse verdrängt wird.
Bei einem weit verbreiteten Typ der Formationsprüfung wird der Flüssigkeitsdruck in dem Bohrloch neben der gewünschten Formation oder dem Formationsabschnitt reduziert und eine Aufzeichnung des Flüssigkeitsdrucks und der Änderungsrate des Flüssigkeitsdrucks angefertigt, welche dem Fachmann auf diesem Bereich eine Andeutung der Charakteristiken der Formation liefert, wie zum Beispiel die Durchläßigkeit derselben Formation usw. Solche Formationsprüfungen und andere Tests können mit Hilfe der weiter oben schon eingehender beschriebenen Umleitung von Flüssigkeit aus dem Ringraum (26) in den Probefließdurchgang (224) durchgeführt werden, während korrespondierende Flüssigkeitsdrucke, -temperaturen usw. von den Instrumenten (256) des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) aufgezeichnet werden. Es sollte dabei beachtet werden, dass die Instrumente (256) von dem Zeitpunkt, zu welchem sie in das Bohrloch eingeführt werden, bis zu dem Zeitpunkt, an welchem sie aus demselben herausgezogen werden, ununterbrochen aufzeichnen können. Sie können jedoch auch periodisch aktiviert und/oder deaktiviert werden, während sie sich in dem Bohrloch befinden.
Weitere Flüssigkeitsproben können durch eine axiale abwärtige Verdrängung des Kolbens (192) relativ zu dem Ventilgehäuse (218) aus dem Ringraum (26) heraus in den Probefließdurchgang (224) hinein umgeleitet werden, wobei die vorher umgeleitete Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsvolumen (230) heraus und durch den Entleerungsfließdurchgang (226) hindurch in den Ringraum (26) über dem oberen Dichtungselement (272) verdrängt wird, so dass der Kolben danach wieder axial und relativ zu dem Ventilgehäuse nach oben verdrängt wird. Der Kolben (192) kann auf diese Weise innerhalb des Flüssigkeitsprobeabschnitts (14) wiederholt axial hin und her bewegt werden, um zum Beispiel ein gewünschtes Volumen von Flüssigkeit aus dem Ringraum (26) zwischen den Dichtungselementen (272, 274) zu entnehmen und einen gewünschten Druckabfall in dem Ringraum (26) zwischen den Dichtungselemente (272, 274) usw. zu produzieren.
Wenn das Prüfverfahren abgeschlossen ist, wird der differentiale Flüssigkeitsdruck aus dem Aufblasfließdurchgang (158) abgelassen, um ein radiales innenseitiges Ablassen der Dichtungselemente (272, 274) zu ermöglichen. Gleichzeitig wird der Ventilbetätigungsabschnitt (12) auf seine geöffnete Konfiguration umgestellt und das normale Bohrverfahren kann wieder aufgenommen werden. Die oben aufgeführte Sequenz der Durchführung von Bohrverfahren, der Prüfung einer Formation, welche von einem Bohrloch durchschnitten wird, und das wiederholte Aufnehmen des Bohrverfahrens kann beliebig oft wiederholt werden, ohne die Bohrkette aus dem Bohrloch herausziehen zu müssen, um getrennte Prüfwerkzeuge in dasselbe einzuführen. Wenn die Instrumente (256) mit Hilfe von Batterien betrieben werden oder einer anderen zeitlichen Einschränkung unterliegen, wird es natürlich notwendig sein, die Instrumente periodisch aus dem Bohrloch zu entfernen.
Es wird dem Fachmann auf diesem Bereich sofort eindeutig klar sein, dass Flüssigkeit dennoch durch ein axiales und aufwärtiges Verdrängen des Kolbens (192) relativ zu dem Ventilgehäuse (218) in den Probefließabschnitt umgeleitet werden kann, nachdem die Dichtungselemente (272, 274) aufgeblasen wurden, wenn der Flüssigkeitsprobeabschnitt (14) so modifiziert wird, dass die Rückschlagventile (222, 228) ausgeschlossen werden und der Entleerungsfließdurchgang (226) nicht vorhanden ist. Die Ventile (222, 228) können ausserdem von ihrer hier repräsentativ geoffenbarten Orientierung umgekehrt werden, so dass ein Hin- und Herbewegen des Kolbens (192) relativ zu dem Ventilgehäuse (218) Flüssigkeit aus dem Entleerungsfließdurchgang (226) in den Probefließdurchgang (224) umleitet, so dass zum Beispiel Flüssigkeit in eine Formation hineingepumpt werden kann, um die Formation zu spalten oder zu säuern usw. Auf diese Weise können solche Modifizierungen der bevorzugten Ausführung des weiter oben beschriebenen Formationstestsystems (10) durchgeführt werden, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Es wird einem Fachmann auf diesem Bereich sofort klar sein, dass das Formationstestsystem (10) für allgemein horizontal orientierte Abschnitte von Untergrundbohrlöchern von besonderem Vorteil ist. Es sollte dabei jedoch berücksichtigt werden, dass das Formationstestsystem (10) auch in vertikalen und schrägen Abschnitten von Bohrlöchern zu grossem Vorteil angewendet werden kann. Das Formationstestsystem (10) kann weiter in verrohrten Bohrlöchern und auch bei Verfahren angewendet werden, bei welchen das Bohren eines Bohrlochs im engsten Sinne des Wortes nicht durchgeführt werden soll.
Der Fachmann auf diesem Bereich wird weiter sofort erkennen, dass die verschiedenen lastentragenden Elemente des Formationstestsystems (10), die hier repräsentativ geoffenbart wurden, allgemein angewendete gemeinsame Gewinde umfassen, welche sich für solche Anwendungen möglicherweise nicht eignen werden, bei welchen hohe Momentlasten angetroffen werden, wobei jedoch berücksichtigt werden sollte, dass auch andere Gewinde und andere, ähnliche Modifizierungen der Elemente des Formationstestsystems (10) angewendet werden können, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die obige eingehende Beschreibung soll dabei deutlich lediglich eine Veranschaulichung und ein Beispiel darstellen. Es sollte berücksichtigt werden, dass. Modifizierungen innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche jederzeit durchgeführt werden können.

Claims

Ein operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbares Gerät, welches das Folgende umfasst: einen ersten Durchflußdurchgang (18), welcher innenseitig durch das Gerät hindurch geformt wird; ein erster Kolben (68), wobei dieser erste Kolben (68) so konfiguriert ist, dass derselbe in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck aus dem ersten Durchflußdurchgang (18) verdrängt wird; ein zweiter Kolben (74), wobei dieser zweite Kolben (74) so konfiguriert ist, dass derselbe in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck aus dem ersten Durchflußdurchgang (18) verdrängt wird, und wobei dieselbe Verdrängung des zweiten Kolbens direkt gegenüber und relativ zu der Verdrängung des ersten Kolbens stattfindet; und ein Ventil (16), welches dadurch charakterisiert wird, dass dasselbe Ventil (16) so konfiguriert ist, dass es einen Flüssigkeitsdurchfluß durch den ersten Durchflußdurchgang (18) in Reaktion auf die Verdrängung des ersten Kolbens (68) verhindert und einen Flüssigkeitsdurchfluß durch den ersten Durchflußdurchgang in Reaktion auf die Verdrängung des zweiten Kolbens (74) ermöglicht.
Ein operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbares Gerät, welches das Folgende umfasst: ein sich axial ausdehnendes Betätigungsteil (54); ein erster Kolben (68), welcher relativ zu dem Betätigungsteil (54) hin und her bewegt werden kann, wobei der erste Kolben (68) relativ zu dem Betätigungsteil (54) in Reaktion auf eine erste Änderung des darauf auferlegten Flüssigkeitsdrucks verdrängt werden kann; eine erste Sperrklinke (104), welche an einem der ersten Kolben (68) und an dem Betätigungsteil (54) befestigt ist, wobei die erste Sperrklinke (104) einen ersten Pfad (102) auf derselben geformt umfasst; ein erster Stift (100), welcher an dem anderen ersten Kolben (68) und an dem Betätigungsteil (54) befestigt ist, wobei der erste Stift (100) sich operativ auf dem ersten Pfad (102) befindet, und wobei dieser erste Pfad (102) so konfiguriert ist, dass der erste Kolben (68) das Betätigungsteil (54) in der ersten axialen Richtung in Reaktion auf die vorgenannte erste Änderung des Flüssigkeitsdrucks verdrängen kann; ein zweiter Kolben (74), welcher relativ zu dem Betätigungsteil (54) hin und her bewegt werden kann, wobei der zweite Kolben (74) relativ zu dem Betätigungsteil (54) in Reaktion auf eine zweite Änderung des auf denselben auferlegten Flüssigkeitsdrucks verdrängt werden kann; eine zweite Sperrklinke (110), welche an einem der Betätigungsteile (54) und an dem zweiten Kolben (74) befestigt ist, wobei die zweite Sperrklinke (110) einen zweiten Pfad (108) auf derselben geformt umfasst; und einen zweiten Stift (106), welcher an dem anderen Betätigungsteil (54) und an dem zweiten Kolben (74) befestigt ist, wobei derselbe zweite Stift (106) sich operativ auf dem zweiten Pfad (108) befindet, und wobei dieser zweite Pfad (108) so konfiguriert ist, dass er es dem zweiten Kolben (74) ermöglicht, das Betätigungsteil (54) in Reaktion auf die zweite Änderung des Flüssigkeitsdrucks in eine zweite axiale Richtung entgegen der ersten axialen Richtung zu verdrängen.
Ein operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbares Gerät, welches das Folgende umfasst: ein allgemein rohrförmiges äusseres Gehäuse mit einer äusseren Seitenfläche; eine allgemein rohrförmige innere Spindel (46) mit einer inneren Seitenfläche, wobei die innere Spindel (46) in das äussere Gehäuse eingeschoben werden kann; ein erster und ein zweiter allgemein rohrförmiger Kolben (68, 74), wobei der erste Kolben (68) in eine erste axiale Richtung relativ zu der inneren Spindel (46) in Reaktion auf einen differentialen Flüssigkeitsdruck von der inneren Seitenfläche der inneren Spindel (46) auf die äussere Seitenfläche des äusseren Gehäuses hin verdrängt werden kann, und wobei der zweite Kolben (74) in eine zweite axiale Richtung relativ zu der inneren Spindel (46) entgegen der ersten axialen Richtung in Reaktion auf den differentialen Flüssigkeitsdruck verdrängt werden kann, welches dadurch charakterisiert wird, dass jeder der ersten und zweiten Kolben (68, 74) sich axial verschiebbar radial zwischen dem äusseren Gehäuse und der inneren Spindel (46) befindet.
Ein Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches weiter das Folgende umfasst: ein erstes, sich axial ausdehnendes und allgemein rohrförmiges Teil (206); einen ersten Packer (266) mit sich gegenüber liegenden Enden und ein sich radial nach aussen ausdehnendes erstes Dichtungsteil (272) zwischen den sich gegenüber liegenden Enden, wobei der erste Packer (266) sich aussenseitig auf dem ersten rohrförmigen Teil (206) befindet, und wobei eines der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers an demselben ersten rohrförmigen Teil (206) befestigt ist und das andere der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers axial verschiebbar an dem ersten rohrförmigen Teil befestigt ist, ein zweites sich axial ausdehnendes und allgemein rohrförmiges Teil (240) mit sich gegenüber liegenden Enden und einer Öffnung (244) durch ein Seitenwandteil des zweiten rohrförmigen Teils (240) zwischen den sich gegenüber liegenden Enden hindurch, wobei das zweite rohrförmige Teil (240) aussenseitig auf dem ersten rohrförmigen Teil (206) verschiebbar ist, und wobei eines der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten rohrförmigen Teils an dem anderen der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers befestigt ist; und einen zweiten Packer (268) mit sich gegenüber liegenden Enden und einem sich radial nach aussen ausdehnenden zweiten Dichtungsteil (274) zwischen den sich gegenüber liegenden Enden, wobei der zweite Packer (268) aussenseitig auf dem ersten rohrförmigen Teil (106) verschiebbar ist, und wobei eines der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten Packers an dem anderen der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten rohrförmigen Teils befestigt ist, und wobei das andere der sich gegenüber liegenden Enden des zweiten Packers axial auf dem ersten rohrförmigen Teil (206) verschiebbar ist, wobei der zweite Packer (268), das zweite rohrförmige Teil (240), und das andere der sich gegenüber liegenden Enden des ersten Packers auf dem ersten rohrförmigen Teil (206) verschoben werden können, wenn das erste und das zweite Dichtungsteil (272, 274) sich radial nach aussen ausdehnen und wenn das Ventil (16) in einer wählbaren Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Dichtungsteil (272, 274) steht, wobei dasselbe Ventil eine sich radial nach aussen ausdehnende Bewegung des ersten und des zweiten Dichtungsteils (272, 274) ermöglicht.
Ein Gerät nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei welchem das Bohrloch eine Formation durchschneidet, und welches weiter das Folgende umfasst: eine allgemein rohrförmige Verbindung (240) mit inneren und äusseren Flächen, ersten und zweiten sich gegenüber liegenden Enden, eine erste Öffnung (244), welche eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Innenraum und der äusseren Fläche erstellt, und eine zweite Öffnung (276), welche eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten der sich gegenüber liegenden Enden erstellt; einen ersten aufblasbaren Packer (266), welcher an dem ersten der sich gegenüber, liegenden Enden der Verbindung befestigt ist, wobei der erste aufblasbare Packer (266) in Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Öffnung (276) steht, und wobei der erste aufblasbare Packer (266) in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in der zweiten Öffnung (276) aufgeblasen werden kann, um auf diese Weise das Bohrloch abdichtend zu verschliessen; und einen zweiten aufblasbaren Packer (268), welcher an dem zweiten der sich gegenüber liegenden Enden der Verbindung befestigt ist, wobei der zweite aufblasbare Packer (268) in Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Öffnung (276) steht, und wobei der zweite aufblasbare Packer (268) in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck in der zweiten Öffnung (276) aufgeblasen werden kann, um auf diese Weise das Bohrloch abdichtend zu verschliessen, wobei der erste und der zweite aufblasbare Packer (266, 268) das Bohrloch neben der Formation abdichtend verschliessen können, und wobei die erste Öffnung (244) auf diese Weise in Flüssigkeitsverbindung mit der Formation steht und von dem Rest des Bohrlochs isoliert ist, und wobei das Ventil (16) in wählbarer Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Öffnung (276) steht, so dass dasselbe Ventil (16) auf diese Weise das abdichtende Verschliessen des Bohrlochs neben der Formation mit Hilfe des ersten und des zweiten Packers (266, 268) ermöglicht.
Ein Gerät nach Anspruch 5, welches weiter das Folgende umfasst: ein drittes allgemein rohrförmiges Teil (202) mit einem ersten und einem zweiten Innenteil, wobei das zweite Innenteil radial und relativ zu dem ersten Innenteil reduziert ist; ein viertes allgemein rohrförmiges Teil (192) mit einem ersten und einem zweiten Innenteil (200), welches radial und relativ zu dem ersten Innenteil reduziert ist, wobei das vierte rohrförmige Teil (192) teleskopisch in das dritte rohrförmige Teil (202) eingeschoben werden kann, so dass radial zwischen dem zweiten äusseren Teil (200) und dem ersten inneren Teil ein variables ringförmiges Volumen (230) geformt wird; eine erste umlaufende Dichtung (196), wobei dieselbe erste Dichtung (196) eine jede der ersten inneren Flächen und die erste äussere Fläche abdichtend verschliesst; eine zweite umlaufende Dichtung (198), wobei dieselbe zweite Dichtung (198) eine jede der zweiten inneren Flächen und die zweite äussere Fläche (200) abdichtend verschliesst; und ein Probedurchflußdurchgang (224), welcher sich durch die erste Öffnung (244) hindurch ausdehnt, wobei der Probedurchflußdurchgang (224) in Flüssigkeitsverbindung mit dem ringförmigen Volumen (230) steht, und wobei der erste Durchflußdurchgang (224) in Flüssigkeitsverbindung mit einem Ringraum (26) stehen kann, welcher radial zwischen dem Gerät und den Seiten des Untergrundbohrlochs geformt wird, wobei der Probedurchflußdurchgang (224) den Durchfluß von Flüssigkeit aus dem Ringraum (26) in das ringförmige Volumen (230) hinein ermöglicht, wenn das dritte und das vierte rohrförmige Teil (202, 192) relativ im Verhältnis zueinander verdrängt werden, um das ringförmige Volumen (230) zu steigern.
Ein Gerät nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Bohrloch eine Reihe von Formationen durchschneidet, und welches weiter das Folgende umfasst: einen ersten und einen zweiten Packer (266, 268), wobei der erste und der zweite Packer (266, 268) die Seiten des Bohrlochs neben einer der gewählten beliebigen vorgenannten Formationen abdichtend verschliessen können; ein Probedurchflußdurchgang (244) axial zwischen dem ersten und dem zweiten Packer (266, 268), wobei der Probedurchflußdurchgang (224) eine Flüssigkeitsverbindung mit einer der gewählten beliebigen vorgenannten Formationen erstellen kann, wenn der erste und der zweite Packer (266, 268) die Seiten des Bohrlochs neben der gewählten beliebigen Formation abdichtend verschliessen; eine Pumpe, wobei dieselbe Pumpe Flüssigkeit durch den Probedurchflußdurchgang (224) hindurch aus der gewählten beliebigen Formation abpumpen kann; ein Ventil (16), welches in wählbarer Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Packer (266, 268) steht, wobei dasselbe Ventil (16) ein abdichtendes Verschliessen des ersten und des zweiten Packers (266, 268) mit den Seiten des Bohrlochs neben der gewählten beliebigen Formation ermöglicht, und wobei das Ventil (16) weiter das Lösen des ersten und des zweiten Packers (266, 268) von den Seiten des Bohrlochs neben einer weiteren gewählten beliebigen Formation ermöglicht, und wobei das Ventil (16) letztendlich auch das abdichtende Verschliessen des ersten und des zweiten Packers (266, 268) mit den Seiten des Bohrlochs neben einer weiteren Formation ermöglicht, nachdem der erste und der zweite Packer (266, 268) von den Seiten des Bohrlochs neben der vorhergehend gewählten beliebigen Formation gelöst wurden.
Ein Gerät nach Anspruch 7, bei welchem der erste und der zweite aufblasbare Packer (266, 268) aneinander befestigt sind, und wobei ein jeder der ersten und zweiten aufblasbaren Packer (266, 268) sich von ihrer nicht aufgeblasenen Konfiguration radial nach aussen auf ihre aufgeblasene Konfiguration hin ausdehnen können; das Gerät umfasst weiter Zentralisierer (206, 250), welche den ersten und den zweiten aufblasbaren Packer (266, 268) axial spreizen, wobei ein jeder der ersten und zweiten Zentralisierer (206, 250) eine äussere Seitenfläche umfasst, welche sich relativ zu dem ersten und dem zweiten aufblasbaren Packer (266, 268) in deren nicht aufgeblasener Konfiguration radial nach aussen hin ausdehnt, und wobei die äusseren Seitenflächen eines jeden der ersten und zweiten Zentralisierer sich relativ zu dem ersten und dem zweiten aufblasbaren Packer (266, 268) in deren aufgeblasener Konfiguration radial innenseitig befinden.