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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich insgesamt auf das Prüfen von unter Tage befindlichen
Formationen oder Reservoirs, und insbesondere auf eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Bewirken eines gereinigten und abgedichteten
Bohrlochwandabschnitts für eine
verbesserte Formationsfluidprobenahme aus einer den Wandabschnitt
umgebenden Formation.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Die
Formationsprüfung
während
des Bohrens ("FTWD" – Formation Testing While Drilling)
ist eine Form einer Formationsbewertung, die die Aspekte der Drahtleitungsmessung
in einem Bohrvorgang einschließt.
Heutzutage werden Bohrlöcher
dadurch gebohrt, dass ein Bohrmeißel gedreht wird, der an einem
Bohrstrangende befestigt ist. Der Bohrstrang kann ein zusammengesetztes
drehbares Rohr oder ein Wickelrohr sein. Zu einem Großteil der
gegenwärtigen
Bohraktivität
gehört
das gerichtete Bohren, d.h. das Bohren von Bohrlöchern, die von vertikalen und/oder
horizontalen Bohrlöchern
abzweigen, um die Kohlenwasserstoffgewinnung zu steigern und/oder
um zusätzliche
Kohlenwasserstoffe aus Erdformationen abzuziehen. Moderne Direktionalbohrsysteme
verwenden im Allgemeinen einen Bohrstrang, der eine Bohrlochsohlenanordnung
(BHA – Bottom
Hole Assembly) und einen Bohrmeißel an deren einem Ende aufweist,
der von einem Bohrmotor (Spülflüssigkeitsmotor)
und/oder dem Bohrstrang gedreht wird. Eine Anzahl von Untertage-Vorrichtungen,
die in unmittelbarer Nähe
am Bohrmeißel
angeordnet sind, misst bestimmte, dem Bohrstrang zugeordnete Bohrlochbetriebsparameter.
Zu solchen Vorrichtungen gehören
gewöhnlich
Sensoren zum Messen der Bohrlochtemperatur des Bohrlochdrucks, Azimut-
und Inklinationsmessvorrichtungen sowie eine Vorrichtung für den spezifischen
Widerstand, um das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen und Wasser
zu bestimmen. Zusätzliche
Bohrlochinstrumente, die als Geräte
zum Messen während
des Bohrens (MWD – Measurement-While-Drilling)/(LWD – Logging-While- Drilling) bekannt
sind, werden häufig
an dem Bohrstrang befestigt, um die Formationsgeologie und die Formationsfluidbedingungen
während
der Bohrvorgänge
zu bestimmen. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung schließt der Ausdruck Formationsprüfung während des
Bohrens ("FTWD") MWD- und LWD-Versuche
ein, ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
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Zum
Erleichtern des Bohrprozesses und zum Aufrechterhalten eines gewünschten
hydrostatischen Drucks in dem Bohrloch werden verschiedene Bohrfluide
verwendet. Durch eine zentrale Bohrung wird ein unter Druck stehendes
Bohrfluid (üblicherweise
bekannt als "Spülflüssigkeit" oder "Bohrschlamm") in ein Bohrrohr
gepumpt, um den Bohrmotor in Drehung zu versetzen und um für eine Schmierung
von verschiedenen Teilen des Bohrstrangs, einschließlich des
Bohrmeißels,
zu sorgen. Die Spülflüssigkeit
tritt aus dem Bohrstrang am Bohrmeißel aus und kehrt nach über Tage
in einem Ringraum zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwand zurück und fördert dabei
Formationsfragmente ("Bohrklein"), die von dem drehenden
Bohrmeißel
zerkleinert sind. Der hier verwendete Ausdruck "Rückführfluid" soll ein Fluid bedeuten,
welches Bohrfluid, Formationsfluid und Bohrklein aufweist, die nach über Tage
zurückgeführt werden
oder ansonsten in dem Ringraum vorhanden sind. Die Ausdrücke Bohrfluid,
Spülflüssigkeit,
sauberes Fluid oder dergleichen sollen ein Fluid in dem Bohrstrang
und/oder ein Fluid in naher Beziehung zu irgendeinem Austrittskanal
des Bohrstrangs bedeuten und im Wesentlichen frei von Bohrklein sein.
Ein solches sauberes Fluid kann Bohrfluid sein, das von einer Stelle über Tage
aus gepumpt wird, oder irgendein anderes, im Wesentlichen sauberes Fluid
an dem Gerät.
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Das
saubere Bohrfluid, das gewöhnlich
mit Zusatzstoffen über
Tage gemischt wird, wird auch dazu verwendet, im Bohrloch befindliche
Komponenten vor Korrosion zu schützen
und eine spezifische Dichte aufrechtzuerhalten, die auf einem bekannten oder
erwarteten Formationsdruck basiert. Das Rückführfluid in dem Ringraum wird
gewöhnlich
auf einem Druck gehalten, der etwas höher als der der umgebenden
Formation ist. Der Ringraumdruck wird während bestimmter Prüfvorgänge, die
die Gewinnung von Formationsfluid erfordern, reduziert.
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Zu
mehreren FTWD-Vorgängen
gehören
das Gewinnen von Fluid aus dem Reservoir, beispielsweise durch Abdichten
eines Teils des Bohrlochs und durch Sammeln von Fluidproben aus
der Formation. Zum Herstellen einer Abdichtung an der Bohrlochwand,
um dadurch den Ringraum in wenigstens zwei Teile zu trennen, d.h.
einen Teil, der ein abgedichteter Teil ist und Formationsfluid zum
Prüfen
enthält
und wenigstens einen weiteren Ringraumteil, der hauptsächlich Rückführbohrfluid
enthält,
werden gewöhnlich
bekannte Vorrichtungen, wie Packer, Schnorchelsonden und ausfahrbare
Kissen verwendet. Ein Beispiel einer Formationsprüfvorrichtung
ist in der WO 02/08571 offenbart, bei welcher ein Formationsfluid über ein
Kissen gesammelt wird, das sich an der Bohrlochwand befindet. Das
Verfahren nach dem Stand der Technik unterscheidet sich von dem
des unabhängigen
Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung dadurch, dass nur ein relativ
nicht verunreinigtes Formationsfluid gewonnen wird, wenn der Bohrlochteil
einer Spülung
vor dem Versuch unterliegt.
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Immer
dann, wenn die Dichtungsvorrichtung nicht in der Lage ist, eine
gute Abdichtung beizubehalten, kann der abgedichtete Teil mit Rückführfluid verunreinigt
werden, oder eine Drucksteuerung in dem abgedichteten Teil wird
aufgrund der Druckverbindung zwischen dem abgedichteten Teil und
dem Rest des Ringraums nicht ausführbar.
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Eine übliche Ursache
für Abdichtungsprobleme
ist das Vorhandensein von Bohrklein in dem Rückführfluid. Da die Dichtungsvorrichtung
für den Eingriff
mit der Bohrlochwand bewegt wird, wird Bohrklein oder werden dicke
Schlammschichten zwischen der Abdichtvorrichtung und der Wand oder
in dem abgedichteten Teil eingeschlossen. Im ersteren Fall ist die
Abdichtung schlecht, so dass eine Leckstrom um die Abdichtung herum
möglich
ist. Im letzteren Fall können
Bohrkleinstücke
das Probenahmegerät
verstopfen oder den Versuch auf andere Weise ungünstig beeinflussen. Das Bohrklein
kann sich auch in einem Probenahmekanal absetzen, was die Fähigkeit
der Probenahme beeinträchtigt
oder unterbindet.
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Wenn
damit begonnen wird, Formationsfluid durch den abgedichteten Teil
zu pumpen, wird zuerst die Schlammschicht entfernt und tritt in
die Formationsprüfvorrichtung
zusammen mit dem Formationsfluid ein. Der Schlamm verunreinigt die
Probe und macht das Bestimmen bestimmter Formationsparameter schwieriger
oder sogar unmöglich.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung spricht einige der vorstehend erörterten
Nachteile an, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen
während
des Bohrens bereitgestellt werden, die eine verbesserte Probenahme
und Messungen von Parametern von Fluiden ermöglichen, die in einem Bohrloch
enthalten sind, indem ein Teil der Bohrlochwand gereinigt wird, kurz
bevor eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten des gereinigten Teils
bewegt wird.
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Bei
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Entnahme
einer Fluidprobe aus einer Formation bereitgestellt. Zu dem Verfahren
gehört
das Transportieren eines Geräts
in ein Bohrloch, das von der Formation umgeben ist, wobei ein Fluid,
beispielsweise Bohrfluid, durch das Gerät unter Verwendung einer Fluidbewegungsvorrichtung gefördert wird,
die sich an einer Stelle über
Tage befindet. Während
des Bohrens tritt das Bohrfluid aus dem Gerät an einem distalen Ende aus
und kehrt nach über
Tage als Rückführfluid
in einem Ringraum zwischen dem Gerät und einer Bohrlochwand zurück. Das
Rückführfluid
enthält
somit das Bohrfluid und Formationsfragmente. Das Bohrfluid wird
von innerhalb des Geräts
zu einem Teil der Bohrlochwand gerichtet, um die Fragmente in dem
Rückführfluid weg
von dem Wandteil zu entfernen und um die Dicke der Schlammschicht
an der Bohrlochwand zu verringern. Zu dem Wandabschnitt wird ein
Kissenelement bewegt, um den Wandabschnitt von dem Ringraum abzudichten.
Dann wird ein Probenahmekanal im abgedichteten Wandabschnitt ausgesetzt,
um eine Formationsfluidprobe aus der Formation zu entnehmen.
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Bei
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Reinigen eines Teils der Bohrlochwand bereitgestellt. Das Gerät wird in
einem Bohrloch angeordnet, wobei das Gerät von einem Ringraum umgeben
wird. Der Ringraum enthält
Rückführfluid
mit Fragmenten der Formation. Das Gerät hat sauberes Fluid innerhalb
des Geräts, wobei
das saubere Fluid aus dem Gerät
an dem distalen Ende austritt und als Rückführfluid in dem Ringraum zwischen
dem Gerät
und einer Bohrlochwand nach über
Tage zurückkehrt
und das erste Fluid und Formationsfragmente enthält. Das Gerät hat eine Fluidablenkvorrichtung
zum Richten des sauberen Fluids von innerhalb des Geräts zu einem
Abschnitt der Bohrlochwand zum Ableiten der Fragmente in dem Rückführfluid
weg von dem Wandabschnitt und zum Reduzieren der Dicke der Schlammschicht
an der Bohrlochwand. Das Gerät
hat auch ein Kissenelement, das an dem Gerät angeordnet ist und bezüglich des
Wandabschnitts zum Abdichten des Wandabschnitts gegenüber dem
Ringraum bewegbar ist. Dem abgedichteten Wandabschnitt wird für die Entnahme
von Formationsfluid ein Probenahmekanal an dem Gerät ausgesetzt.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zur Formationsprüfung während des Bohrens
bereitgestellt. Das System hat eine Bohranlage zum Transportieren
eines Bohr strangs in die Erde zum Bohren eines Bohrlochs. Mit dem
Bohrstrang ist eine Über-Tage-Pumpe verbunden,
um Bohrfluid in den Bohrstrang zu fördern. Das System hat ein Probenahmegerät zur Entnahme
einer Formationsfluidprobe während
des Bohrens. Das Gerät hat
in sich sauberes Fluid, das aus dem Gerät an einem distalen Ende austritt
und als Rückführfluid
nach über
Tage in einem Ringraum zwischen dem Gerät und einer Bohrlochwand zurückkehrt,
wobei das Rückführfluid
das erste Fluid und Formationsfragmente enthält. Das Gerät hat eine Fluidableitvorrichtung
zum Richten des sauberen Fluids von innerhalb des Geräts gegen
einen Abschnitt der Bohrlochwand zum Ablenken der Fragmente in dem
Rückführfluid weg
von dem Wandabschnitt und zum Verringern der Dicke der Schlammschicht
an der Bohrlochwand. Das Gerät
hat ferner ein an ihm angeordnetes Kissenelement, das bezüglich des
Wandabschnitts zum Abdichten des Wandabschnitts gegenüber dem
Ringraum bewegbar ist. Dem abgedichteten Wandabschnitt wird für die Entnahme
einer Formationsfluidprobe ein Probenahmekanal ausgesetzt. Mit der
Bohranlage ist eine über
Tage befindliche Steuereinrichtung zum Steuern der Bohrvorgänge und
des Geräts
verbunden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
neuen Merkmale dieser Erfindung sowie die Erfindung selbst werden
aus den beiliegenden Zeichnungen zusammen mit der folgenden Beschreibung
verständlich,
in der gleiche Bezugszeichen sich auf ähnliche Teile beziehen und
in denen
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1 eine
Seitenansicht eines typischen Bohrsystems ist, das die vorliegende
Erfindung einschließt,
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2 den
Funktionsablauf eines Systems nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
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3 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist,
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3A bis 3C ein
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung darstellen,
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4 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, bei welcher eine ausfahrbare Sonde verwendet wird,
um sauberes Fluid zu einer Bohrlochwand zu leiten,
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4A und 4B weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die ausfahrbare Sonde von 4 ein
ausfahrbarer Stabilisatorschild oder eine Steuerrippe ist,
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5 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, bei welcher sauberes Fluid zu einer Bohrlochwand
aus einem Kanal an einem Bohrstrang geleitet wird,
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6A und 6B weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen, bei denen sauberes Fluid zu einer
Bohrlochwand durch zusätzliche
Kanäle
an einer ausfahrbaren Sonde geleitet wird, die einen Probenahmekanal
hat, und [im englischen Text folgt eine Wiederholung der Kurzbeschreibung
von 3 bis 6B – Anmerkung des Übersetzers]
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7 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Systems zum gleichzeitigen Bohren und Messen,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält. In
den Boden wird ein Bohrloch 102 zur Steuerung einer Über-Tage-Ausrüstung gebohrt,
zu der eine Bohranlage 104 gehört. Gemäß einer herkömmlichen
Anordnung hat die Anlage 104 einen Bohrturm 106,
einen Bohrturmflur 108, Hebewerke 110, einen Haken 112,
eine Mitnehmerstangenverbindung 114, einen Drehtisch 116 und
einen Bohrstrang 118. Der Bohrstrang 118 hat ein
Bohrrohr 120, das an dem unteren Ende der Mitnehmerstangenverbindung 114 und
an dem oberen Ende eines Abschnitts befestigt ist, der eine Vielzahl
von Schwerstangen aufweist. Zu den Schwerstangen gehören nicht
gesondert gezeigte Schwerstangen, wie eine obere Schwerstange, eine
dazwischenliegende Untergruppenschwerstange und eine untere Schwerstange
der Bohrlochsohlenanordnung (BHA) 121 unmittelbar unter
der Zwischenuntergruppe. Das untere Ende der BHA 121 trägt ein Bohrlochgerät 122 der
vorliegenden Erfindung und einen Bohrmeißel 124.
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Aus
einer Spülflüssigkeitsgrube 128 wird durch
eine Spülflüssigkeitspumpe 130 sauberes Bohrfluid 126 über einen
Druckstoßunterdrücker 132 durch
eine Spülflüssigkeits-Zuführungsleitung 134 in einen
Spülbohrkopf 136 umgewälzt. Das
saubere Bohrfluid 124 strömt nach unten durch die Mitnehmerstangenverbindung 114 und
eine Längszentralbohrung
in dem Bohrstrang sowie durch Düsen
(nicht gezeigt) in der unteren Fläche des Bohrmeißels.
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Das
Rückführfluid 138,
das Bohrspülflüssigkeit,
Bohrklein und Formationsfluid enthält, strömt durch den Ringraum zwischen
der Außenfläche des Bohrstrangs
und der Innenfläche
des Bohrlochs zurück
für die
Umwälzung
nach über
Tage, wo es durch eine Spülflüssigkeitsrückführleitung 142 zur
Spülflüssigkeitsgrube
zurückgeführt wird.
Ein Rüttelsieb (nicht
gezeigt) trennt Formationsbohrklein von der Bohrspülflüssigkeit,
bevor die Spülflüssigkeit
zur Spülflüssigkeitsgrube
zurückgeführt wird.
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Das
System in 1 kann jedes herkömmliche
Telemetrieverfahren und alle herkömmlichen Telemetrievorrichtungen
für die
Kommunikation zwischen den Komponenten über Tage und im Bohrloch verwenden.
Bei der gezeigten Ausführungsform
werden Spülflüssigkeits-Impulstelemetrieverfahren
zur Übermittlung
von Daten vom Bohrloch nach über Tage
während
der Bohrvorgänge
verwendet. Zum Empfang von Daten über Tage ist ein Wandler 144 in der
Spülflüssigkeitszuführleitung 132 vorgesehen. Dieser
Wandler erzeugt elektrische Signale ansprechend auf Bohr-Spülflüssigkeitsdruckänderungen, und
ein über
Tage befindlicher Leiter 146 überträgt die elektrischen Signale
zu einer über
Tage befindlichen Steuereinrichtung 148.
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Wenn
es zweckmäßig ist,
kann der Bohrstrang 118 einen Bohrmotor 155 im
Bohrloch zum Drehen des Bohrmeißels 124 aufweisen.
In den Bohrstrang 118 ist über den Bohrmeißel 124 das Bohrlochgerät 122 der
vorliegenden Erfindung eingeschlossen, das nachstehend im Einzelnen
beschrieben wird. An einer geeigneten Stelle am Bohrstrang 118 befindet
sich ein Telemetriesystem 152, beispielsweise über dem
Gerät 122.
Das Telemetriesystem 152 wird dazu verwendet, Befehle von über Tage über die
vorstehend beschriebene Spülflüssigkeits-Impulstelemetrie
zu empfangen und Daten nach über
Tage über
sie zu senden.
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2 ist
ein Funktionsschema eines Systems 200 nach der vorliegenden
Erfindung. Zum Fördern
von sauberem Fluid 204 durch ein Gerät 206 nach der vorliegenden
Erfindung wird eine Fluidbewegungsvorrichtung 202 verwendet.
Das Gerät 206 hat
ein Abdichtkissen 208 zum Abdichten eines Abschnitts einer
Bohrlochwand und einen Fluidableiter 210 zum Ablenken von
sauberem Fluid zu dem Bohrlochwandabschnitt hin.
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Das
Leiten von sauberem Fluid zu der Bohrlochwand hin, wo das Dichtungskissen
abschließend abdichtet,
säubert
den Bereich von Bruchstücken, beispielsweise
Formationsfragmenten ("Bohrklein") und Schlammschichten.
Das Bohrklein wird gewöhnlich
durch das Rück führfluid 212 suspendiert und/oder
strömt
darin, das in dem Ringraum zwischen dem Gerät und der Wand vorhanden ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
hat das System eine über
Tage befindliche Steuereinrichtung 214 sowie ein Kommunikationssystem 216. Die über Tage
befindliche Steuereinrichtung ist vorzugsweise eine übliche Über-Tage-Steuereinrichtung mit
einem Prozessor, einer Benutzerschnittstelle, Speichervorrichtungen
und Abgabevorrichtungen. Eine solche Steuereinrichtung ist ein übliches
Tischrechnersystem mit programmierten Instruktionen zur Verwendung
bei Bohrvorgängen
und beim Formationsprüfen.
Die über
Tage befindliche Steuereinrichtung ist mit dem im Bohrloch befindlichen
Gerät durch bekannte
Verfahren und Vorrichtungen verbunden und kommuniziert über das
Kommunikationssystem. Das Kommunikationssystem kann irgendein bekanntes
System sein, das zum Übermitteln
von Datensignalen zwischen einer über Tage befindlichen Steuereinrichtung
und einem Bohrlochgerät
verwendet wird, beispielsweise dem Gerät der vorliegenden Erfindung.
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Die
Fluidbewegungsvorrichtung 202 ist vorzugsweise eine typische
Spülflüssigkeitspumpe,
die dazu verwendet wird, Bohrfluid (Spülflüssigkeit) durch ein Bohrgerät strömen zu lassen.
In einigen Fällen
kann die Fluidbewegungsvorrichtung eine Pumpe sein, die für den Zweck
vorgesehen ist, Fluid zu der Bohrlochwand zu leiten, während eine
primäre Pumpe
dazu verwendet wird, Fluid durch das Gerät so strömen zu lassen, dass es am Bohrlochmeißel (nicht
gezeigt) austritt.
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3 ist
ein Teilschnitt einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Zur Klarheit sind die vorstehend beschriebenen
und in 1 gezeigten Komponenten in 3 nicht
wiedergegeben und im Einzelnen hier nicht beschrieben. 3 ist
eine fokussierte Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei welcher sauberes Fluid 302 zu einem Bohrlochwandabschnitt
durch einen Kanal 304 geleitet wird, der auch als Probenahmekanal
für Formationsfluid
verwendet wird.
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Es
ist ein Gerät 300 gezeigt,
das in einem Bohrloch angrenzend an eine fluidführende Formation angeordnet
ist. Das Gerät 300 hat
in dieser Ausführungsform
eine ausfahrbare Sonde 306, die an einem Stabilisator 328 angeordnet
ist. Der Fachmann weiß,
dass ein Stabilisator für
das insgesamt zentrierte Halten des Bohrstrangs in dem Bohrloch
zweckmäßig ist.
Die ausfahrbare Sonde 306 hat einen Kolben 308,
der in einer Kolbenkammer 310 bewegbar ist, sowie ein Dichtungskissen 312,
das mit einem Ende des Kolbens 308 verbunden ist, wobei
eine solche ausfahrbare Sonde insgesamt bekannt ist. Das Gerät 300 in
dieser Ausführungsform
hat eine Pumpe 314 zum Ausfahren und Zurückziehen
des Kolbens 308, eine Durchflussleitung 316, die
die Pumpe 314 mit der Kolbenkammer 310 verbindet,
und ein Ventil (Kolbenventil) 318 zum Steuern des Durchflusses
zur Durchflussleitung.
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Die
Ausführungsform
von 3 hat eine Durchflussleitung 320, die
einen internen Durchflussweg mit dem Kolben über ein Mehrstellungsventil 322 koppelt.
Die Position des Mehrstellungsventil 322 ist durch Befehl
von der über
Tage befindlichen Steuereinrichtung (siehe 1 bei 148)
wählbar.
Eine gewählte
Ventilstellung ermöglicht
es beispielsweise, dass sauberes Fluid durch das Ventil strömt und durch
den Probenahmekanal 304 austritt, um die Bohrlochwand in
dem Bereich zu reinigen, wo eine Dichtung erwünscht ist. In einer anderen
ausgewählten
Stellung blockiert das Ventil 302 das Strömen des sauberen
Fluids durch die Sonde 308 und ermöglicht es, dass Formationsfluid
in den Kanal eintritt. Das Formationsfluid strömt durch eine andere Durchflussleitung 324 bei
einer Proben- und/oder Prüfkammer 326.
Man kennt eine Vielzahl von Bauweisen von Mehrstellungsventilen
zum Steuern des Fluiddurchflusses, so dass sie hier nicht im Einzelnen
beschrieben zu werden brauchen.
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Die
Verbindung zwischen der Durchflussleitung 320 für sauberes
Fluid und dem Strömungsweg der
Sonde 306 ist vorzugsweise eine abgedichtete Einheit, wenn
sich die Sonde durch den Koppelungsbereich bewegt. Der Durchmesser
der Durchflussleitung 320 ist vorzugsweise größer als
der Durchmesser des Strömungswegs,
um einen fortgesetzten Strom durch die Verbindung zu ermöglichen,
wenn die Sonde zum Abdichten an der Bohrlochwand ausgefahren ist.
Eine fortgesetzte Sondenbewegung mit dem Fluiddurchfluss kann auch
dadurch erhalten werden, dass die Durchflussleitung 320 mit
dem Sondendurchflussweg gekoppelt wird, wofür eine flexible Leitung (nicht
gezeigt) verwendet wird, die in der Kolbenkammer aufgenommen ist.
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Anhand
von 3 und 3A bis 3C wird
der Aspekt des Konzepts der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
Wie in 3A gezeigt ist, ist in dem Bohrloch-Ringraumfluid
("Rückführfluid") üblicherweise
Bohrklein 330 vorhanden. Zwischen dem Dichtungskissen 332 und
der Bohrlochwand 334 kann etwas Bohrklein eingeschlossen
werden, wie es in 3B gezeigt ist, wenn nicht eine
Reinigung für
das Bohrklein aus dem beabsichtigten Dichtungsbereich vorgenommen
ist. Eingeschlossenes Bohrklein ist unerwünscht, da es die Dichtung zwi schen
dem Gerät
und der Wand leicht verschlechtern kann. Genauso unerwünscht ist
die Möglichkeit,
dass Bohrklein das Dichtungskissen beschädigen kann, da das Kissen mit
einer relativ großen
Kraft für
den Eingriff mit der Wand ausgefahren wird.
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Die
Reinigung des Dichtungsbereichs von Bohrklein wird dadurch erreicht,
dass sauberes Fluid 336 durch die Probenahmekanal 338 strömen gelassen
wird, wenn das Dichtungskissen zu der Wand hin ausgefahren ist.
Wenn sich das Dichtungskissen der Wand nähert, nimmt der Strömungsdruck
natürlich
zu und reicht aus, Bohrklein von dem Dichtungsbereich wegzulenken,
wie es in 3C gezeigt ist. Auf diese Weise
wird der Dichtungsbereich von potenziell schädigendem Bohrklein gereinigt.
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Der
Durchfluss von sauberem Fluid durch den Kanal wird gewöhnlich unterbrochen,
kurz bevor das Kissen an der Wand abdichtet. Der Durchfluss kann
sich jedoch fortsetzen, bis das Kissen voll ausgefahren ist und
abdichtet. Im ersteren Fall ist das System so gestaltet, dass das
Ventil automatisch schließt,
indem es den Druck am Kanal erfasst und das Ventil schließt oder
umschaltet auf seine Probenahmeposition nach Erreichen eines vorgegebenen Drucks.
Im letzteren Fall kann das abgelenkte Fluid eine Form zum Aufrechterhalten
eines Drucks am Kanal haben, um ein Bestätigen des Dichtungsbereichs
zu vermeiden, wenn das Dichtungskissen gegen die Wand gedrückt wird.
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4 ist
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei welcher eine ausfahrbare Sonde verwendet wird, um sauberes
Fluid zu der Bohrlochwand hin zu leiten. Gezeigt ist eine Seite
eines Bohrlochgeräts 400 mit einer
zentralen Bohrung 402, die den Durchfluss von Fluid 404 durch
das Gerät
ermöglicht.
Das Gerät
hat eine ausfahrbare Sonde 406 mit einem ausfahrbaren Kolben 408,
der in einer Kolbenkammer 410 bewegbar ist, sowie ein Dichtungskissen 412,
das mit einem Ende des Kolbens verbunden ist. Von einem Kanal 416 am
Ende des Dichtungskissens aus erstreckt sich eine Probenahme-Durchflussleitung 414 für eine Verbindung
des Kanals mit einer Prüf-
und/oder Probenkammer 418. Wenn die Sonde ausgefahren ist und
an der Bohrlochwand abdichtet, strömt Formationsfluid aus der
Formation durch die Sonde 406 über die Probendurchflussleitung 414 für ein Prüfen im Bohrloch
oder für
ein Speichern und Transportieren nach über Tage. Der Fachmann kennt
verschiedene Methoden für
diese Art der Probenahme.
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Die
in 4 gezeigte Ausführungsform weist einen zweiten
ausfahrbaren Kolben 420 auf, der genauso wie der Kolben 408 der
Probenahmesonde arbeitet. Der zweite Kolben 420 ist beweglich
in einer Kolbenkammer 422 aufgenommen, die mit einer Kolbensteuerpumpe 424 über eine
Durchflussleitung 426 verbunden ist. Der Probenahme-Sondenkolben und
der zweite Kolben können
unter Verwendung einer einzigen Pumpe oder durch gesonderte Pumpen betrieben
werden.
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Der
zweite Kolben 420 hat einen integralen Durchflussweg 428,
der einen Kanal 430 am Ende des zweiten Kolbens mit einer
Durchflussleitung 432 für
sauberes Fluid verbindet. Die Durchflussleitung 432 für sauberes
Fluid erstreckt sich von dem Durchflussweg 428 zu der zentralen
Bohrung 402. Mit der Durchflussleitung 432 für sauberes
Fluid sind eine Fluidpumpe 434 und ein Ventil 436 verbunden,
um sauberes Fluid durch die Durchflussleitung für sauberes Fluid zu leiten.
Das saubere Fluid wird durch den Durchflussweg 428 und
aus dem Gerät
heraus durch den Kanal 430 für sauberes Fluid geführt. Wie gezeigt,
sind der Durchflussweg und der Kanal so angeordnet, dass das aus
dem Gerät
austretende saubere Fluid zu dem Bohrlochwandabschnitt geleitet wird,
wo das Dichtungskissen an der Wand angreift. Auf diese Weise wird
sauberes Fluid zum Reinigen des Dichtungsbereichs von Bohrklein
oder zum Entfernen von Schlammkuchen gerichtet, wenn das Dichtungskissen
für den
Eingriff an der Wand ausgefahren wird.
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Die
vorliegende Ausführungsform
braucht kein gleichzeitiges Ausfahren der Probenahmesonde und des
zweiten Kolbens und sollte nicht so gebaut sein, dass sie dies benötigt. Diese
beiden Elemente können
gleichzeitig ausfahren und einfahren, der zweite Kolben kann zuerst
ausgefahren werden und die Probenahmesonde kann zuerst zu einer
Position (nicht gezeigt) ausgefahren werden, ohne voll an der Wand
anzugreifen, und sich dann für
den Dichtungseingriff mit der Bohrlochwand bewegen, nachdem der Wandabschnitt
von Bohrklein gereinigt worden ist.
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Der
Fachmann weiß,
dass der Umfang der vorstehend beschriebenen und in 4 gezeigten Ausführungsform
andere ausfahrbare Vorrichtungen einschließt, um den Reinigungsfluidkanal
zur Bohrlochwand auszufahren. Beispielsweise kann der zweite Kolben 420,
wie gezeigt, ein Greifer 420 sein. Gemäß 4A und 4B kann
der zweite Kolben 420 alternativ ein ausfahrbarer Stabilisatorschild 420a oder
eine ausfahrbare Lenkrippe 420b sein. Diese Vorrichtungen
sind im Stand der Technik bekannt und brauchen hier nicht beschrieben
zu werden.
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Diese
bekannten Vorrichtungen können leicht
so angepasst werden, dass sie einen Durchflussweg 428 und
einen Kanal 430 für
sauberes Fluid aufweisen, um die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung
zu erreichen.
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5 ist
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der sauberes Fluid zu einer Bohrlochwand aus einem
Kanal an einem Bohrstrang gerichtet wird. 5 zeigt eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die im Wesentlichen zu der Ausführungsform
von 4 ähnlich
ist, mit der Ausnahme des zweiten ausfahrbaren Kolbens. Diejenigen
Komponenten, die im Wesentlichen identisch zu gleichen Komponenten sind,
die vorstehend beschrieben und in 4 gezeigt
sind, haben auch Bezugszeichen wie in 4. Einige
in 4 gezeigten Komponenten sind in 5 nicht
gezeigt. Diese nicht gezeigten Komponenten sollen trotzdem Teil
der Ausgestaltung von 5 sein.
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Die
Ausführungsform
von 5 hat eine Fluiddurchflussleitung 432 für sauberes
Fluid, die sich von einem Kanal 502 in dem Gerät 500 zu
der zentralen Bohrung erstreckt. Wie vorstehend beschrieben und
in 4 gezeigt ist, sind eine Pumpe 434 und
ein Steuerventil 436 mit der Durchflussleitung 432 für sauberes
Fluid verbunden, um sauberes Fluid aus der zentralen Bohrung zum
Kanal abzuleiten. Auf diese Weise arbeitet die Durchflussleitung 432 für sauberes
Fluid, die Pumpe 434 und das Ventil 436 als Fluidablenker,
um etwas von dem sauberen Fluid oder das gesamte saubere Fluid abzuleiten,
so dass es aus dem Gerät
in dem Kanal für
sauberes Fluid austritt und die Bohrwand von Bohrklein reinigt.
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Die
Durchflussleitung 432 für
sauberes Fluid und der Kanal 502 sind so angeordnet, dass
das saubere Fluid, das aus dem Gerät austritt, zu der Bohrlochwand
gerichtet wird, wo das Dichtungskissen 412 mit der Wand
in Eingriff kommen soll. Auf diese Weise reinigt das saubere Fluid
den Abdichtungsbereich von Bohrklein, wenn die Probenahmesonde 406 für den Eingriff
mit und das Abdichten an der Bohrlochwand ausfährt.
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6A und 6B zeigen
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei welcher sauberes Fluid zu einer
Bohrlochwand durch zusätzliche
Kanäle
an einer ausfahrbaren Sonde geleitet wird, die einen Probenahmekanal
hat. Gezeigt ist ein Gerät 600,
das in einem Bohrloch angrenzend an eine fluidführende Formation angeordnet
ist. Das Gerät
hat bei dieser Ausführungsform
eine ausfahrbare Sonde 602. Die ausfahrbare Sonde hat einen Kolben 604,
der in einer Kolbenkammer 606 bewegbar ist, sowie ein Dichtungskissen 608,
das mit einem Ende des Kolbens verbunden ist. Ein Probenahmekanal 610 führt zu einem
Durchflussweg 612, der ein Stück mit der Sonde bildet. Der
Durchflussweg 612 verbindet eine Probenahmeleitung 614,
sobald die Sonde für
den Eingriff mit der Bohrlochwand voll ausgefahren ist.
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Die
ausfahrbare Sonde 602 hat zusätzliche integrale Durchflusswege 616,
die zu einem oder mehreren Kanälen 618 für sauberes
Fluid führen,
die den Probenahmekanal umgeben. Die integralen Durchflusswege 616 schließen, wenn
die Sonde ausgefahren ist, über
eine Zwischenposition (nicht gezeigt) an entsprechende Durchflussleitungen 620 für sauberes
Fluid an, bevor sie in ihre voll ausgefahrene Position gelangt.
Die Durchflussleitungen 620 für sauberes Fluid führen von
den integralen Durchflusswegen 616 zur zentralen Gerätbohrung 622.
Mit den Durchflussleitungen für
sauberes Fluid ist eine Pumpe 624 verbunden, um sauberes
Fluid zwangsweise durch die Durchflussleitungen für sauberes
Fluid und durch die integralen Durchflussleitungen zu führen, wenn
die ausfahrbare Sonde sich durch die Zwischenposition bewegt.
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7 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 nach der vorliegenden
Erfindung. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann dadurch ausgeführt werden,
dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt,
die vorstehend beschrieben und in den 1 bis 6B gezeigt
ist. Die Ausführungsformen
der Vorrichtung sind jedoch nicht so ausgelegt, dass sie die Methoden
auf die beschriebenen Vorrichtungen begrenzen.
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In
ein Bohrloch, das eine Kombination aus Formationsfluid und Teilchen,
wie Bohrklein, enthält, das
während
des Bohrens des Bohrlochs erzeugt wird, wird ein Gerät eingebracht 702.
Das Gerät
wird angrenzend an eine von dem Bohrloch durchquerte Formation angeordnet 704.
Zu dem Verfahren gehört das
Strömenlassen
eines sauberen Fluids 706 durch das Gerät und das Ableiten eines Teils
oder des gesamten Fluids aus einem Hauptdurchflussweg, so dass es
aus dem Gerät
austritt. Das Fluid wird in dem Gerät so abgelenkt, dass das Austreten
des sauberen Fluids auf eine gewünschte
Stelle an der Bohrlochwand gerichtet ist, um den Wandbereich von Bohrklein
zu reinigen.
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Zu
dem Verfahren gehört
das Bewegen einer Dichtung 708, beispielsweise eines Kissens,
gegen die Wandstelle, die von dem sauberen Fluid gereinigt wurde,
um einen Abschnitt der Bohrlochwand von dem Ringraum zwischen dem
Gerät und
der Wand abzudichten. An dem abgedichteten Wandabschnitt wird ein
Probenahmekanal ausgesetzt 710, und durch den Kanal wird
eine Formationsprobe zum Prüfen
und/oder Lagern für
den Transport nach über Tage
genommen.
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Der
Fachmann auf dem Gebiet der Formationsprüfung weiß, dass der das Bohrloch umgebende Schlammkuchen
manchmal Durchflussprobleme aufweist, wenn Fluidproben genommen
werden oder wenn Druckprüfungen
ausgeführt
werden. Der Schlammkuchen kann kompaktiert werden, was den Fluss
aus der Formation beeinträchtigt.
In anderen Fällen
kann der Schlammkuchen zu locker sein, um eine gute Abdichtung zu
erzeugen. Es wurden Gerät entwickelt,
um diese Probleme zu überwinden,
indem am Ende einer Probenahmesonde ein Schnorchel vorgesehen wird.
Bei Probenahmegeräten
mit einem Sondenschnorchel wird der Schnorchel durch den Schlammkuchen
zum Formationsfels gedrückt.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann bei diesen Schnorchelsonden
ebenso wie bei den hier beschriebenen Kissendichtungen zweckmäßig sein.
Eine fakultative Verfahrensaktion ist das Entfernen eines Teils
oder des gesamten Schlammkuchens 714 in dem Bereich, in
welchem die Probenahmesonde mit der Bohrlochwand in Eingriff kommen
soll. Der Schlammkuchen wird dadurch entfernt, dass sauberes Fluid
mit einem höheren
Mengenstrom aus dem Gerät
strömen
gelassen wird, so dass die Kraft des sauberen Fluidflusses den Schlammkuchen
vollständig
oder teilweise aus dem Bereich entfernt. Diese fakultative Wirkung
gibt dem Schnorchel eine vorgebohrte Bahn durch den Schlammkuchen, so
das das Drücken
des Schnorchels gegen den Formationsfels leichter wird.
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Bei
den Ausführungsformen
der Vorrichtung und des Systems der vorliegenden Erfindung hat der Ablenker 210 für sauberes
Fluid eine integrale Drucksteuervorrichtung, die einen Zusatzdruck
ermöglicht, um
den oben beschriebenen fakultativen Schritt 714 zu erreichen.
Die Vorrichtung kann einen düsenförmigen Abschnitt
haben, um einen schnelleren Fluidfluss zu bewirken, oder die Vorrichtung
kann eine Pumpendrehzahl-Steuereinrichtung sein.
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Die
Vorteile durch das Entfernen des Schlammkuchens sind nicht notwendigerweise
auf Geräte
mit einer Sonde mit einem Schnorchel am Ende beschränkt. Das
Entfernen eines Teils oder des gesamten Schlammkuchens ist bei Verwendung
von Geräten,
die nur ein Kissen haben, zweckmäßig. Wenn
der Schlammkuchen entfernt wird, bevor die Kissendichtung mit der
Wand in Eingriff kommt, dichtet das Kissen an dem Formationsfels
ab. Auf diese Weise wird der Formationsfluidfluss durch einen kompaktierten
Schlammkuchen nicht beeinträchtigt.
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Ebenso
können
auch Schlammkuchenfragmente Fluidproben nicht verunreinigen oder
das Gerät
nicht verstopfen.
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Obwohl
die spezielle Erfindung, wie sie hier gezeigt und im Einzelnen offenbart
ist, vollständig
in der Lage ist, die Ziele zu erreichen und die vorstehend angegebenen
Vorteile bereitzustellen, ist klar, dass diese Offenbarung für die gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung lediglich erläuternd
ist und dass keine Beschränkungen
außer denen
beabsichtigt sind, die in den beiliegenden Ansprüchen beschrieben sind.