AT518021B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren von Bohrschlamm - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Analysieren von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material vom Ende eines Bohrstrangs, welches mit dem Bohrschlamm transportiert wird, weist die Vorrichtung einen Zerkleinerer (8) mit wenigstens einer Walze (9) auf, wobei der Zerkleinerer (8) wenigstens eine Art von Sensoren (10) zum Erfassen von Brucheigenschaften des abgetragenen Materials aufweist, und wobei die Sensoren (10) Vibrationen der Walze (9), den Walzendruck und/oder akustische Informationen bzw. Emissionen, insbesondere Geräusche, bevorzugt Bruchgeräusche, erfassen.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analysieren von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material vom Ende eines Bohrstrangs, das mit dem Bohrschlamm transportiert wird.

[0002] Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, bei Bohrungen, insbesondere bei Ölbohrungen, den zum Bohren verwendeten Bohrschlamm und insbesondere mit diesem zur Oberfläche transportiertes Bruchmaterial, also Material, welches am unteren Ende eines Bohrstranges abgetragen wurde, zu analysieren. Dabei lassen sich wertvolle Informationen über die Beschaffenheit des Bohrlochs und den Bohrvorgang selbst gewinnen, was erheblich zur Sicherheit und Wirtschaftlichkeit einer Bohrung beiträgt. Beispiele hierfür liefern die unter den Nummern US 6,386,026 B1, US 7,642,474 B2, US 2008/0196942 A1, US 2015/0013448 A1 und US 20140333754 A1 veröffentlichten Patente und Patentanmeldungen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technologie zur Analyse von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material, welches von einem bohrkopfseitigen Ende eines Bohrstrangs zur Oberfläche befördert wird, zur Verfügung zu stellen.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6.

[0005] Es ist bekannt, dass unterschiedliche Arten und Zusammensetzungen von Mineralien unterschiedliche Eigenschaften haben. Bei der Bestimmung von Mineralien und Mineralzusammensetzungen werden im Stand der Technik vorwiegend Eigenschaften ermittelt, die mit der Reaktion der Mineralien auf sichtbare und nicht sichtbare Strahlung im Zusammenhang stehen. Dies kann beispielsweise Röntgenstrahlung, Gammastrahlung oder auch Licht im sichtbaren und nicht sichtbaren Spektrum sein.

[0006] Dabei wird der Einfluss der KristaIIStruktur der einzelnen Mineralien auf die jeweiligen elektromagnetischen Wellen beobachtet, erfasst und analysiert. Um bei dieser Form der Gesteinsanalyse zuverlässige Aussagen über die Materialbeschaffenheit zu treffen, ist üblicherweise die Auswertung einzelner diskreter Proben erforderlich. Dies stellt unter Laborbedingungen kein Problem dar. Möchte man Mineralien jedoch während eines fortlaufenden Prozesses, wie beispielsweise während des Bohrens, kontinuierlich analysieren, ist diese Methode mit vielen Nachteilen verbunden. Die bisherigen Lösungsansätze bieten hierfür keine Lösungen, sondern reihen vielmehr einzelne diskrete Messungen hintereinander, um einen kontinuierlichen Datenfluss zu simulieren.

[0007] Weiters ist es bekannt, Festigkeitseigenschaften eines Gesteins mit der Art des Gesteins in Verbindung zu bringen. Hierfür kann das Material beispielsweise zerkleinert werden, wobei ermittelt wird, wieviel Kraft für das Zerkleinern erforderlich ist. Diese Information allein ist aber für eine genaue Bestimmung einer Mineralzusammensetzung unzureichend.

[0008] Bei der Erfindung wird das zu analysierende Material zwar auch zerkleinert und dieser Vorgang erfasst, es wird dabei jedoch nicht allein die für das Zerkleinern benötigte Kraft, sondern das Ereignis des Brechens der einzelnen Materialstücke erfasst.

[0009] Dieses Erfassen kann erfindungsgemäß auf zwei Arten erfolgen, die jede für sich alleine aber auch einander ergänzend eingesetzt werden können.

[0010] In der ersten Ausführungsform wird die zum Zerbrechen aufgewendete Spannung (Druck der Walzen) und die Verformung bzw. werden die dabei erzeugten Schwingungen wenigstens einer Walze eines Zerkleinerers erfasst, während diese das Material, welches analysiert werden soll, zerkleinert.

[0011] Bei der zweiten Ausführungsform werden akustische Informationen beim Zerkleinern des Materials erfasst. Stark vereinfacht ausgedrückt wird also das „Knirschen“ beim Zerkleinern aufgenommen. Selbstverständlich beeinflussen die schwingungstechnischen Eigenschaften der Walze das Knirschen auch und werden entsprechend berücksichtigt.

[0012] Bei beiden Varianten der Erfindung wird also eine durch das Brechen hervorgerufen mechanische Spannung/Kraft und eine Verformung bzw. eine durch das Brechen des Materials beim Zerkleinern hervorgerufene Folge von Schwingungen erfasst. Diese Schwingungsfolgen oder auch Kennlinien werden dann verschiedenen Gesteinsstrukturen zugeordnet.

[0013] Beiden Varianten gemeinsam ist, dass das Analysieren des Brechens in einem kontinuierlichen Materialfluss erfolgen kann und daher keine diskreten Proben erforderlich sind bzw. analysiert werden.

[0014] Für die Erfindung ist zudem wesentlich, dass der Druck, die Verformung und/oder die Schwingungen nicht punktuell sondern immer im Zeitverlauf betrachtet werden, da so die einzelnen Komponenten auf ihre Brucheigenschaften hin analysiert werden können und nicht mehr nur auf ihre Härte, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

[0015] Entsprechend werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Kennlinien der oben genannten Änderungen mit Bezug zu den jeweiligen Materialien auf der Recheneinheit hinterlegt und während des Betriebs mit den erfassten Änderungen verglichen.

[0016] Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

[0017] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Diese zeigt: [0018] Fig. 1 stark schematisiert eine Anlage zum automatisierten Analysieren von Bohr schlamm, insbesondere von abgetragenem Material, welches von einem bohrkopfseitigen Ende eines Bohrstrangs zur Oberfläche befördert wird, wobei die Anlage eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.

[0019] Bei der in der Fig. 1 gezeigten Anlage 1 wird Bohrschlamm, welcher durch einen ersten Pfeil 2 dargestellt ist, auf ein Rüttelsieb 3 geleitet. Unter Bohrschlamm werden im Sinne der Erfindung sowohl die zum Bohren verwendete Flüssigkeit (auch als „drilling fluid“ oder „mud“ bezeichnet) als auch die mit der Flüssigkeit transportierten, beim Bohren abgetragenen Materialien (auch als „cuttings“ oder „cavings“ bezeichnet) verstanden. Ein Analysieren des abgetragenen Materials wird daher im Sinne der Erfindung auch als Analysieren des Bohrschlamms verstanden.

[0020] Das Rüttelsieb 3 trennt den Teil des Bohrschlamms, der erneut zum Bohren verwendet werden kann, von den zu analysierenden Bestandteilen. Der Anteil, welcher einer erneuten Verwendung zugeführt werden kann bzw. soll, ist durch einen zweiten Pfeil 4 dargestellt.

[0021] Selbstverständlich kann dieser Anteil des Bohrschlamms vor seiner erneuten Verwendung (Recycling) einer weiteren Aufbereitung oder/oder anderen Analysen zugeführt werden. So kann beispielsweise für diesen Teil des Bohrschlamms ein Anteil an organischen Verbindungen oder eine mittlere Dichte ermittelt werden oder er kann beispielsweise verschiedene Filter durchlaufen.

[0022] Noch auf dem Rüttelsieb 3 befindlich gelangt der verbleibende Anteil des Bohrschlamms unter eine Berieselung 5, welche das Material wäscht. Danach wird es in der dargestellten Ausführungsform von einer Kamera 6 aufgenommen.

[0023] Die Aufnahmen der Kamera 6 können dabei für verschiedene Zwecke verwendet werden. So kann beispielsweise die Größe und Form des Materials ermittelt werden. Die sich daraus ergebenden Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten werden weiter unten erläutert.

[0024] Das Material (dargestellt durch einen dritten Pfeil 7) gelangt dann in einen Zerkleinerer 8 (auch als „crusher“ bezeichnet), welcher in der dargestellten Ausführungsform zwei Walzen 9 aufweist, zwischen denen das Material hindurch geleitet wird. Die Walzen 9 zerkleinern das Material, wodurch beim Brechen der einzelnen Materialbrocken Geräusche entstehen bzw. die Walzen in für das Brechen spezifische Vibrationen geraten. Diese Schwingungen werden durch einen oder mehrere Sensoren 10 zum Erfassen der mechanischen und/oder akustischen Schwingungen wenigstens einer Walze und/oder des Materials erfasst, und an eine Recheneinheit 11 weitergeleitet, die aus den Sensordaten eine Bruchkennlinie ermittelt, aufgrund welcher vorzugsweise automatisch bzw. computerunterstützt erkannt wird, welches Material gerade von den Walzen zerkleinert wird. Beim Interpretieren der Bruchkennlinie können auch die Aufnahmen der Kamera 6 hinzu gezogen werden, da unterschiedlich große Stücke unterschiedliche Bruchkennlinien verursachen können. Eine Kamera 6, insbesondere zum Ermitteln der Größe einzelner Materialkomponenten, kann daher vorteilhaft ergänzend eingesetzt werden. Weiters kann mit der Kamera 6 eine Anzahl der in den Zerkleinerer fallenden Materialstücke bestimmt werden, was die Analyse der Brucheigenschaften ebenfalls vorteilhaft unterstützt.

[0025] Zusätzlich kann die Recheneinheit 11 einen Bezug zwischen den ermittelten Materialzusammensetzungen und der Zeit hersteilen, und so eine lithologische bzw. petrographische Analyse der Bohrung durchführen sowie auf die Stabilität der Bohrung schließen.

[0026] Selbstverständlich erzeugen auch Materialien, die nicht berieselt und aufgenommen wurden, typische Kennlinien, weswegen auch eine Anlage ohne die entsprechenden Komponenten 5, 6 zum Berieseln und Aufnehmen erfindungsgemäß arbeiten kann.

[0027] Weiters kann eine Analyse auch nur für einen Teil des Bohrschlamms erfolgen, beispielsweise um die Anlage 1 entsprechend klein zu gestalten. Hierfür kann beispielsweise nur ein prozentualer Anteil des Bohrschlamms in die Anlage geleitet werden oder es wird nur ein Teil des auf dem Rüttelsieb 3 verbleibenden Materials analysiert. Hierfür kann beispielsweise ein zusätzliches Rüttelsieb vorgesehen sein, welches nur einen Teil des Materials zum Zerkleinerer leitet.

[0028] Erfindungsgemäß muss das Material nicht zwischen zwei Walzen 9 zerkleinert werden, wenngleich dies bei der Erfindung bevorzugt ist. Der Zerkleinerer 8 kann auch mit mehr Walzen 9 oder Walzenpaaren ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, nur eine Walze oder zwei oder mehr Walzen hintereinander zu verwenden und das Material zwischen dieser bzw. diesen Walze(n) und einem festen Widerstand, wie eine Platte, hindurch zu führen und dabei zu zerkleinern.

[0029] Das zerkleinerte Material (dargestellt durch einen vierten Pfeil 12) gelangt nach dem Zerkleinerer 8 auf ein Förderband 13, wo es zunächst mittels einer Rolle 14 gleichmäßig ausgebreitet und geglättet wird. Das Förderband 13 läuft dann mit dem geglätteten, zerkleinerten Material (dargestellt durch einen fünften Pfeil 15) an unterschiedlichen Sensoren 16 vorbei.

[0030] Die Sensoren 16 können dabei ergänzende Messungen nach bekannten Methoden durchführen. Beispielsweise kann es sich bei den Sensoren 16 um Sensoren zur Röntgenfluoreszenzanalyse, zur Gammaspektroskopie und/oder zur Nahinfrarotspektroskopie handeln.

[0031] Nach den zusätzlichen, optionalen Analysen kann das Material der Entsorgung zugeführt werden, was durch einen sechsten Pfeil 17 dargestellt ist. Selbstverständlich können von diesem entsorgten Material auch diskrete Proben genommen und abgeleitet werden, um zusätzlich einer herkömmlichen Analyse, gegebenenfalls „offline“ in einem Labor, zugeführt zu werden. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 Anlage 2 erster Pfeil (Bohrschlamm) 3 Rüttelsieb 4 zweiter Pfeil (Bohrschlamm-Anteil für Recycling) 5 Berieselung 6 Kamera 7 dritter Pfeil (Material nach Rüttelsieb) 8 Zerkleinerer (Crusher) 9 Walzen 10 Sensor 11 Recheneinheit 12 vierter Pfeil (zerkleinertes Material) 13 Förderband 14 Rolle zum Glätten 15 fünfter Pfeil (geglättetes, zerkleinertes Material) 16 Sensoren (bspw. NIR-, XRF- oder Gamma-Sensoren) 17 sechster Pfeil (Material für Entsorgung)

Claims (12)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zum Analysieren von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material vom Ende eines Bohrstrangs, das mit dem Bohrschlamm transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Zerkleinerer (8) mit wenigstens einer Walze (9) aufweist, und dass der Zerkleinerer (8) wenigstens eine Art von Sensoren (10) zum Erfassen von Brucheigenschaften des abgetragenen Materials aufweist, wobei die Sensoren (10) Vibrationen der Walze (9), den Walzendruck und/oder akustische Informationen bzw. Emissionen, insbesondere Geräusche, bevorzugt Bruchgeräusche, erfassen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zerkleinerer (8) in Bewegungsrichtung des Bohrschlamms ein Rüttelsieb (3) vorgeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zerkleinerer (8) in Bewegungsrichtung des Bohrschlamms wenigstens ein Mittel zur kontaktlosen Materialanalyse nachgeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur kontaktlosen Materialanalyse ein Sensor (16) zur Röntgenfluoreszenzanalyse, zur Gammaspektroskopie und/oder zur Nahinfrarotspektroskopie ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer (8) zwei Walzen (9) aufweist und dass das Material zwischen den Walzen (9) hindurch geführt wird.
6. 6. Verfahren zum Analysieren von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material vom Ende eines Bohrstrangs, das mit dem Bohrschlamm transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zerkleinerer (8), der wenigstens eine Walze (9) aufweist, wenigstens eine Art von Sensoren (10) Brucheigenschaften des abgetragenen Materials erfasst, wobei die Sensoren (10) Vibrationen der Walze (9), den Walzendruck und/oder akustische Informationen bzw. Emissionen, insbesondere Geräusche, bevorzugt Bruchgeräusche, erfassen.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschlamm vor dem Zerkleinerer (8) ein Rüttelsieb (3) durchläuft, welches das abgetragene Material aus dem Bohrschlamm trennt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschlamm nach dem Zerkleinerer (8) von wenigstens einem Mittel zur kontaktlosen Materialanalyse analysiert wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Materialanalyse durch eine Kamera (6), durch Gammaspektroskopie und/oder durch Nahinfrarotspektroskopie erfolgt.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung kontinuierlich Bohrschlamm zugeführt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Rüttelsieb (3) verbleibende Material gewaschen, insbesondere geduscht, wird und dass eine Kamera (6) eine optische Vorabanalyse des Materials vornimmt, insbesondere Farbe und/oder Größe des Materials vor dem Zerkleinern erfasst.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Walzen (9) des Zerkleinerers (8) das Material zwischen sich zerkleinern. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen