DE102017002336A1

DE102017002336A1 - Bohremulsionsanlage

Info

Publication number: DE102017002336A1
Application number: DE102017002336.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heidler
Original assignee: H & E Bohrtechnik GmbH
Current assignee: H & E Bohrtechnik GmbH
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-11-16
Also published as: DE202016002992U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohremulsionsanlage, aufweisend eine Basisemulsionseinheit (1), eine Misch- und Dosiereinheit (2) sowie eine Steuerungs- und Eingabeeinheit (3), wobei mittels der Basisemulsionseinheit (1) eine Basisemulsion bereitstellbar und zu der Misch- und Dosiereinheit (2) zuführbar ist, wobei mittels der Misch- und Dosiereinheit (2) eine Fertigemulsion durch Hinzufügung eines Zuschlagstoffes zu der Basisemulsion bereitstellbar ist, wobei die Misch- und Dosiereinheit (2) einen Zuschlagsstoffbehälter (4) mit einem zugeordneten Stellelement (5) aufweist und wobei das Stellelement (5) mittels einer Verbindung (6) mit der Steuerungs- und Eingabeeinheit (3) verbunden ist, wobei die Steuerungs- und Eingabeeinheit (3) ein Eingabemodul (7), ein Steuerungsmodul (8) sowie ein Datenbankmodul (9) aufweist, wobei mittels des Eingabemoduls (7) Mischungsdatensätze eingebbar und in dem Datenbankmodul (9) hinterlegbar sind und wobei mittels des Eingabemoduls (7) Bohrkanaldaten, aufweisend Bohrkanalmaterialdaten, eingebbar sind, wobei mittels des Steuerungsmoduls (8) die Mischungsdatensätze den Bohrkanalmaterialdaten zuordenbar sind und wobei aus dem zugeordneten Mischungsdatensatz ein Steuersignal von dem Steuerungsmodul (8) bereitstellbar ist und wobei mittels des Steuersignals der Betriebszustand des Stellelements (5) festlegbar ist.The invention relates to a drilling emulsion plant comprising a base emulsion unit (1), a mixing and metering unit (2) and a control and input unit (3), wherein a base emulsion can be prepared by means of the base emulsion unit (1) and fed to the mixing and metering unit (2 ), wherein by means of the mixing and metering unit (2) a finished emulsion by adding an additive to the base emulsion can be provided, wherein the mixing and metering unit (2) has a aggregate container (4) with an associated adjusting element (5) and wherein the control element (5) is connected to the control and input unit (3) by means of a connection (6), wherein the control and input unit (3) comprises an input module (7), a control module (8) and a database module (9) , wherein by means of the input module (7) mixture data sets can be entered and stored in the database module (9) and wherein by means of the input module (7) Bohrkanaldaten on indicating Bohrkanalmaterialdaten, can be entered, wherein by means of the control module (8) the mixing data sets the Bohrkanalmaterialdaten are assignable and wherein from the associated mixing data set a control signal from the control module (8) can be provided and wherein by means of the control signal, the operating state of the control element (5) can be fixed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohremulsionsanlage zur bodenspezifischen Beimischung von Zuschlagstoffen für Spülbohrungen im Erdreich.The invention relates to a Bohremulsionsanlage for soil-specific admixture of aggregates for Spülbohrungen in the soil.

Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Bohremulsionen zur Unterstützung des Bohrvortriebs bei Erdbohrungen und insbesondere bei Horizontalbohrungen bekannt. Die Bohremulsion dient dabei zum einen dazu, den vor dem Bohrkopf einer Bohrvorrichtung liegenden Abschnitt des Erdreichs aufzuweichen und somit die Schnittwirkung des Bohrkopfs zu verbessern. Zum anderen wird durch die Bohremulsion ermöglicht, das von dem Bohrkopf abgetragene Erdreich durch einen zwischen dem Bohrgestänge und der Bochlochwandung vorliegenden Ringspalt auszuschwemmen. Zudem kann die Bohremulsion als Schmiermittel für den Bohrkopf sowie für das Bohrgestänge dienen und folglich die Reibung mit dem Erdreich verringern. Letztlich trägt die Bohremulsion auch entscheidend zur Stabilisierung der Bochlochwandung der entstandenen Bohrung bei, so dass diese zur weiteren Verwendung formstabil bestehen bleibt.From the prior art, the use of Bohremulsionen to support the Bohrvortriebs in earth drilling and in particular in horizontal wells is known. The drilling emulsion serves, on the one hand, to soften the section of the soil lying in front of the drill head of a drilling device and thus to improve the cutting action of the drill head. On the other hand, the drilling emulsion makes it possible to flush out the soil removed from the drill head by means of an annular gap present between the drill pipe and the Bochloch wall. In addition, the drilling emulsion can serve as a lubricant for the drill head as well as for the drill string and thus reduce friction with the soil. Ultimately, the Bohremulsion also contributes significantly to the stabilization of Bochlochwandung the resulting hole, so that it remains dimensionally stable for further use.

Als geeignete Bohremulsion findet in diesem Kontext insbesondere eine Dispersion aus Wasser und Bentonit Verwendung, welche gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen ergänzt wird. Bei Bentonit handelt es sich um eine Mischung aus verschiedenen Tonmineralien, deren wichtigster Bestandteil mit einem Anteil von 60% bis 80% Montmorillonit ist. Der vorliegende Montmorillonitgehalt stellt zudem die Hauptursache für die starke Wasseraufnahme- und Quellfähigkeit des Bentonits dar. Als weitere Begleitmineralien liegen insbesondere Quarz, Glimmer, Feldspat, Pyrit oder auch Calcit vor.As a suitable drilling emulsion is in this context, in particular a dispersion of water and bentonite use, which is optionally supplemented with additives. Bentonite is a mixture of different clay minerals, the main constituent of which is montmorillonite with a content of 60% to 80%. The present montmorillonite content also represents the main reason for the strong water absorption and swelling capacity of the bentonite. Other accompanying minerals are in particular quartz, mica, feldspar, pyrite or even calcite.

Gemäß der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt die Zugabe von geeignten Zuschlagstoffen zu der aus Wasser und Bentonit bestehenden Basisemulsion ausschließlich nach subjektiver Einschätzung des bedienenden Personals, wodurch eine erhebliche Abhängigkeit von der Berufserfahrung und dem Fachwissen des Bedienpersonals über geeignete Zusammensetzungen besteht. Die Entscheidungsbasis bildet das Material des von dem Bohrkopf zum jeweiligen Zeitpunkt zu durchdringenden Abschnitts des Erdreichs.According to the methods known from the prior art, the addition of suitable additives to the base emulsion consisting of water and bentonite takes place exclusively on the basis of subjective assessment of the operating personnel, whereby there is a considerable dependence on the professional experience and the expertise of the operating personnel on suitable compositions. The basis of the decision is the material of the portion of the soil to be penetrated by the drill bit at the time.

Eine zur Bereitstellung einer Bohremulsion prinzipiell geeignete Dosiervorrichtung ist aus der Druckschrift DE 10 2009 023 546 A1 bekannt. Mittels dieser Vorrichtung wird die Einbringung eines pulverförmigen Mediums in eine Flüssigkeit und dabei insbesondere die Einbringung von Bentonit in Wasser ermöglicht. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung eine Führungseinheit sowie eine oberhalb dieser angeordnete Dosiereinheit mit Dosier- und Bürstenwalzen, wobei das von der Dosiereinheit abgegebene pulverförmige Medium auf die Flüssigkeitsoberfläche gestreut wird.A suitable for providing a Bohremulsion metering device is known from the document DE 10 2009 023 546 A1 known. By means of this device, the introduction of a powdered medium into a liquid and in particular the introduction of bentonite in water is made possible. For this purpose, the device comprises a guide unit and a metering unit arranged above this with metering and brush rollers, wherein the powdery medium discharged from the metering unit is scattered onto the liquid surface.

In der Druckschrift DE 195 45 917 A1 wird ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Bentonitdispergierung beschrieben. Die Dispergiervorrichtung ermöglicht die Herstellung, Speicherung und Dosierung von Bentonitsuspensionen. Dabei werden Wasser und Bentonit in einem Mischgefäß vollständig gewendet, gerührt und zu einer Dispergiervorrichtung weitertransportiert und dort einem Schereffekt unterworfen.In the publication DE 195 45 917 A1 a method and an associated apparatus for bentonite dispersion is described. The dispersing device enables the production, storage and dosage of bentonite suspensions. In this case, water and bentonite are completely turned in a mixing vessel, stirred and transported on to a dispersing device where they are subjected to a shear effect.

Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 37 33 409 A1 eine Einrichtung zum Mischen von Mischungsbestandteilen und deren Verwendung zur Herstellung von Bentonit- und Dichtwandsuspensionen. Diese sieht die Nutzung eines Durchlaufmischrohrs mit einer darin drehbar gelagerten Mischwelle vor, wobei auf der Mischwelle perforierte Mischpaddel angeordnet sind.Furthermore, the document discloses DE 37 33 409 A1 a device for mixing mixture components and their use for the production of bentonite and sealing wall suspensions. This provides for the use of a continuous mixing tube with a mixing shaft rotatably mounted therein, wherein on the mixing shaft perforated mixing paddles are arranged.

Sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Bereitstellung einer Bohremulsion basieren somit auf Misch- und Dosierverfahren mit manueller Steuerung, so dass ein erheblicher Bedienaufwand verbleibt. Zudem wird die Qualität der bereitgestellten Bohremulision vor allem durch die Berufserfahrung und das Wissen des Bedienpersonals bestimmt.All known from the prior art solutions for providing a Bohremulsion are thus based on mixing and dosing with manual control, so that a considerable amount of operating effort remains. In addition, the quality of the drilling experience provided is determined primarily by the professional experience and the knowledge of the operating personnel.

Somit ist eine optimierte, in Echtzeit durchgeführte Auswahl und Zugabe von Zuschlagstoffen zu der Basisemulsion bisher nicht möglich.Thus, an optimized, performed in real time selection and addition of aggregates to the base emulsion is not yet possible.

Aufgabe der Erfindung bildet es daher, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik, eine Bohremulsionsanlage bereitzustellen, welche eine automatisierte Beimengung von Zuschlagstoffen zu einer Basisemulsion ermöglicht und welche einfach bedienbar sowie kostengünstig herstellbar ist.The object of the invention is therefore to provide a Bohremulsionsanlage, while avoiding the disadvantages of the prior art, which allows an automated admixture of aggregates to a base emulsion and which is easy to use and inexpensive to produce.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is solved by the features listed in claim 1. Preferred developments emerge from the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Bohremulsionsanlage weist eine Basisemulsionseinheit, eine Misch- und Dosiereinheit sowie eine Steuerungs- und Eingabeeinheit auf.A drilling emulsion plant according to the invention has a base emulsion unit, a mixing and metering unit and a control and input unit.

Die Basisemulsionseinheit dient der Bereitstellung der Basisemulsion und der Zuführung dieser zu der Misch- und Dosiereinheit. Als Basisemulsion wird im Folgenden eine aus Bentonit und Wasser bestehende Mischung verstanden. Die um einen oder mehrere Zuschlagstoffe ergänzte Basisemulsion wird als Fertigemulsion bezeichnet. Der Ausdruck Bohremulsion bildet in diesem Zusammenhang den Oberbegriff und kann deshalb entweder die Basis- oder die Fertigemulsion beschreiben.The base emulsion unit serves to provide the base emulsion and to supply it to the mixing and dosing unit. The basic emulsion is understood below to mean a mixture consisting of bentonite and water. The basic emulsion supplemented with one or more additives is called finished emulsion. The expression Bohremulsion forms in this context the preamble and can therefore describe either the base or the finished emulsion.

Vorzugsweise umfasst die Basisemulsionseinheit hierbei einen Vorratstank zur Aufbewahrung des Wassers sowie ein Behältnis zur Aufbewahrung des Bentonits, welche zu Durchmischungszwecken miteinander verbunden sind. Als Resulat liegt ein geschlossener Kreislauf dieser beiden Komponenten vor, so dass eine permanente Durchmischung gewährleistet wird. Der Wasser-Vorratstank dient zu diesem Zweck auch als Mischtank und weist vorzugsweise ein Rührwerk zur Durchmischung des eingebrachten Bentonits und des enthaltenen Wassers auf.Preferably, the base emulsion unit here comprises a storage tank for storing the water and a container for storing the bentonite, which are interconnected for mixing purposes. As a result, there is a closed circuit of these two components, so that a permanent mixing is ensured. The water storage tank serves for this purpose as a mixing tank and preferably has an agitator for mixing the introduced bentonite and the water contained.

Die somit hergestellte Basisemulsion wird der Misch- und Dosiereinheit zugeführt. Mittels dieser wird durch Hinzufügung eines Zuschlagstoffes zur Basisemulsion die Fertigemulsion bereitgestellt. Die Misch- und Dosiereinheit weist einen Zuschlagstoffbehälter zur Aufbewahrung des Zuschlagstoffes sowie ein Stellelement, welches dem Zuschlagstoffbehälter zugeordnet ist, auf.The base emulsion thus prepared is fed to the mixing and metering unit. By means of this, the finished emulsion is provided by adding an additive to the base emulsion. The mixing and metering unit has an aggregate container for storing the aggregate and an actuating element which is assigned to the aggregate container, on.

Das Stellelement kann verschiedene Betriebszustände annehmen, womit die Menge des einzubringenden Zuschlagstoffes einstellbar ist. Im geschlossenen Zustand wird kein Zuschlagstoff zu der Basisemulsion hinzugefügt, während im geöffneten Zustand eine bestimmte Menge des Zuschlagstoffes zu der Emulsion hinzugefügt wird. Die eingebrachte Menge des Zuschlagstoffs kann vorzugsweise über die Zeitdauer der Öffnung des Stellelements eingestellt werden. Daneben kann die eingebrachte Menge des Zuschlagstoffs auch über den Grad der Öffnung des Stellelements eingestellt werden, wobei das Stellelement erfindungsgemäß stufenlos oder abgestuft öffenbar sein kann.The actuator can assume different operating conditions, whereby the amount of additive to be introduced is adjustable. When closed, no additive is added to the base emulsion, while in the open state, a certain amount of the additive is added to the emulsion. The amount of aggregate added may preferably be adjusted over the duration of the opening of the actuator. In addition, the introduced amount of the additive can also be adjusted via the degree of opening of the adjusting element, wherein the adjusting element according to the invention can be opened continuously or stepped.

Über eine Verbindung ist das Stellelement an die Steuerungs- und Eingabeeinheit gekoppelt. Die Steuerungs- und Eingabeeinheit umfasst ein Eingabemodul, ein Steuerungsmodul sowie ein Datenbankmodul. Mittels des Eingabemoduls sind Mischungsdatensätze und Bohrkanaldaten eingebbar. Zudem sind die Mischungsdatensätze in dem Datenbankmodul hinterlegbar, so dass diese nach einmaliger Eingabe stets abrufbar sind.Via a connection, the actuating element is coupled to the control and input unit. The control and input unit comprises an input module, a control module and a database module. By means of the input module mixing data sets and Bohrkanaldaten be entered. In addition, the mixture data records can be stored in the database module so that they can always be accessed after a single entry.

Die Mischungsdatensätze beinhalten jeweils Informationen über die Art und Menge des bei einem bestimmten Bohrmaterial zu verwendenden Zuschlagstoffes oder der zu verwendenden Zuschlagstoffe, nachfolgend auch als Zuschlagstoffrezeptur bezeichnet. Die Bohrkanaldaten weisen zumindest Bohrkanalmaterialdaten auf, welche für den von der Bohrvorrichtung abgetragenen Abschnitt des Erdreichs charakteristisch sind. Beispielsweise können die Bohrkanalmaterialdaten Informationen über die stoffliche Zusammensetzung einer momentan von der Bohrvorrichtung durchdrungenen Gesteinsschicht beinhalten.The blending data sets each contain information about the type and amount of aggregate to be used in a particular well material or aggregates to be used, hereinafter also referred to as aggregate formulation. The well channel data includes at least well channel material data characteristic of the portion of the soil excavated by the drilling apparatus. For example, the well channel material data may include information about the material composition of a rock layer currently being penetrated by the drilling device.

Mit Hilfe des Steuerungsmoduls erfolgt die Zuordnung der Mischungsdatensätze zu den Bohrkanalmaterialdaten. Somit ist für das vorliegende Bohrmaterial des abzutragenden Abschnitts des Erdreichs die geeigntete Art und Menge des Zuschlagstoffes bekannt und zu jeder Zeit abrufbar. Aus dem zugeordneten Mischungsdatensatz ist ein Steuersignal von dem Steuerungsmodul bereitstellbar. Mittels des so generierten Steuersignals ist der Betriebszustand des Stellelements einstellbar.With the aid of the control module, the assignment of the mixture data sets to the drill channel material data takes place. Thus, the suitable type and amount of aggregate is known and available at any time for the present drilling material of the ablated portion of the soil. From the associated mixture data set, a control signal can be provided by the control module. By means of the thus generated control signal, the operating state of the actuating element is adjustable.

Wie zuvor beschrieben, kann das Stellelement in Abhängigkeit des Steuersignals einen geöffneten, geschlossenen oder teilweise geöffneten Zustand bei stufenloser oder abgestufter Einstellung annehmen. Erfindungsgemäß kann das Steuersignal als ein elektrisches Signal vorliegen, welches direkt einen Stellmotor antreibt. Es sind aber andere Signalarten möglich, beispielsweise ein digitales Datensignal, welches mittels Datenbus zu einer Steuerungsintelligenz eines Stellmotors übertragen wird.As described above, depending on the control signal, the control element can assume an open, closed or partially opened state with stepless or graduated adjustment. According to the invention, the control signal may be present as an electrical signal which directly drives a servomotor. However, other signal types are possible, for example a digital data signal which is transmitted by means of a data bus to a control intelligence of a servomotor.

Die erfindungsgemäße Bohremulsionsanlage weist insbesondere nachfolgende Vorteile auf.The drilling emulsion plant according to the invention has, in particular, the following advantages.

Ein erster Vorteil besteht darin, dass die Zugabe des Zuschlagstoffes automatisiert erfolgt. Die Entscheidung über die Art und Menge des Zusatzstoffes folgt daher objektiven Kriterien und basiert auf den in der Steuerungs- und Eingabeeinheit in Form von Mischungsdatensätzen hinterlegten Informationen. Gegenüber einer auf der subjektiven Einschätzung des Bedienpersonals basierenden manuellen Steuerung der Beimischung des Zuschlagstoffes kann daher die Qualität und Eignung der erhaltenen Fertigemulsion wesentlich verbessert werden.A first advantage is that the addition of the aggregate is automated. The decision on the nature and amount of the additive therefore follows objective criteria and is based on the information stored in the control and input unit in the form of mixture data sets. Compared to a manual control based on the subjective assessment of the operator of the admixture of the additive, therefore, the quality and suitability of the finished emulsion obtained can be substantially improved.

Zudem ergibt sich hieraus als ein zweiter Vorteil, dass die Personalkosten reduziert werden können. Dies beruht darauf, dass durch die erfindungsgemäße Bohremulsionsanlage der Bohrprozess insgesamt schneller ausgeführt und der Arbeitsaufwand bei der Zuführung der Zuschlagstoffe vermindert werden kann. Zudem setzt die Bedienung einer erfindungsgemäßen Bohremulsionsanlage im Gegensatz zu den bisher bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen geringere Erfahrungen in Bezug auf geeignete Zuschlagstoffrezepturen voraus. Da die Bohremulsionsanlage im laufenden Betrieb insoweit geringere Anforderungen an das vorhandene Personal stellt, kann eine quantitative oder qualitative Verringerung des Personalbedarfs erzielt werden.In addition, this results in a second advantage that the personnel costs can be reduced. This is based on the fact that the drilling process according to the invention enables the drilling process to be performed faster overall and that the amount of work involved in the supply of the additives can be reduced. In addition, the operation of a Bohremulsionsanlage invention requires, in contrast to the previously known generic devices less experience with respect to suitable additive formulations. Since the Bohremulsionsanlage while running lower demands on the existing staff so far, a quantitative or qualitative reduction in staffing requirements can be achieved.

Ein weiterer, dritter Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Bohremulsionsanlage als Zusatz- oder Anbauelement für Bestandsanlagen verwendbar ist. Somit kann die Bohremulsionsanlage in Verbindung mit einer herkömmlichen Bohrvorrichtung, bestehend aus Bohrkopf, Bohrgestänge sowie gegebenenfalls weiteren Bauteilen, benutzt werden. Die angeschlossene Bohrvorrichtung muss dabei nicht speziell an die Bohremulsionsanlage angepasst werden, so dass eine einfache Inbetriebnahme erreicht wird. Neben der Kopplung an eine bestehende Bohrvorrichtung ist es ebenso möglich, die Misch- und Dosiereinheit in Verbindung mit der Steuerungs- und Eingabeeinheit an eine bestehende, geeignete Basisemulsionseinheit zu koppeln und gemeinsam zu betreiben.A further, third advantage is that the drilling emulsion plant according to the invention is used as an additional or add-on element for existing plants is usable. Thus, the Bohremulsionsanlage can be used in conjunction with a conventional drilling device consisting of drill head, drill pipe and possibly other components. The connected drilling device does not have to be specially adapted to the Bohremulsionsanlage, so that a simple commissioning is achieved. In addition to the coupling to an existing drilling device, it is also possible to couple the mixing and metering unit in conjunction with the control and input unit to an existing, suitable base emulsion unit and to operate together.

Letztlich ergibt sich als weiterer Vorteil, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Bohremulsionsanlage kein umfangreicher Vorrat der Bohremulsion angemischt werden muss, da die Bereitstellung der Bohremulsion hierbei „just in time” und somit bedarfssynchron erfolgt. Folglich wird stets ausschließlich die zum momentanen Zeitpunkt benötigte Menge der Bohremulsion zur Verfügung gestellt.Ultimately, there is the further advantage that when using the Bohremulsionsanlage invention no extensive supply of Bohremulsion must be mixed, since the provision of Bohremulsion this "just in time" and thus takes place synchronously. Consequently, only the currently required amount of Bohremulsion is always provided.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Misch- und Dosiereinheit eine Mehrzahl von Zuschlagstoffbehältern mit jeweils einem zugeordneten Stellelement. Somit wird die Verwendung und Beimischung mehrerer verschiedener Zuschlagstoffe zu der Basisemulsion ermöglicht. Die Fertigemulsion kann daher exakter an die vorhandene stoffliche Zusammensetzung des abgetragenen Abschnitts des Erdreichs angepasst werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the mixing and metering unit comprises a plurality of aggregate containers, each with an associated control element. Thus, the use and admixture of several different additives to the base emulsion is made possible. The finished emulsion can therefore be adapted more precisely to the existing material composition of the removed portion of the soil.

Die Ansteuerung der Stellelemente durch das Steuersignal kann hierbei derart erfolgen, dass die Öffnung oder Schließung eines einzelnen Stellelements ebenso wie die simultane Öffnung oder Schließung einer Mehrzahl von Stellelementen durchführbar ist.The control of the actuating elements by the control signal can in this case be such that the opening or closing of a single control element as well as the simultaneous opening or closing of a plurality of actuating elements is feasible.

Die verschiedenen, anhand ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheidbaren, Zuschlagstoffe werden vorzugsweise getrennt voneinander in jeweils einem Zuschlagstoffbehälter aufbewahrt, so dass eine unerwünschte Durchmischung vor der Hinzufügung zur Basisemulsion vermieden wird.The various additives which can be distinguished on the basis of their chemical composition are preferably stored separately from one another in an additive container in each case, so that undesired mixing before addition to the base emulsion is avoided.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Bohrkanaldaten neben den Bohrkanalmaterialdaten zusätzlich auch Bohrkanalmaßdaten auf. Die Bohrkanalmaßdaten beinhalten Informationen über die Dimension des Bohrloches in dessen axialer und radialer Erstreckung.According to a further preferred embodiment of the invention, the Bohrkanaldaten in addition to the Bohrkanalmaterialdaten also Bohrkanalmaßdaten. The well channel measurement data includes information about the dimension of the well in its axial and radial extent.

Zur Gewinnung der Bohrkanalmaßdaten sowie der -materialdaten wird vorzugsweise vor der eigentlichen Bohrung eine Pilotbohrung durchgeführt. Den Schwerpunkt der gewonnenen Daten bildet hierbei insbesondere die Mächtigkeit und die Anordnung der einzelnen Bodenbeschaffenheiten, beispielsweise die Reihenfolge verschiedener Gesteinsschichten.To obtain the Bohrkanalmaßdaten and the material data is preferably carried out before the actual drilling a pilot hole. The focus of the data obtained here is in particular the thickness and the arrangement of the individual soil conditions, for example the order of different rock strata.

Die Bohrkanaldaten sind in ihrer Gesamheit als Bohrkanaldatensatz im Datenbankmodul hinterlegbar. Somit sind die verfügbaren Daten nicht auf die zum aktuellen Bearbeitungszeitpunkt benötigten Bohrkanaldaten beschränkt. Besonders vorteilhaft kann die geschaffene Datenbasis als Entscheidungsgrundlage für die aktuelle oder nachfolgende Bohrung verwendet werden.The drill channel data in its entirety can be stored as a drill channel data record in the database module. Thus, the available data is not limited to the drilling channel data required at the current processing time. Particularly advantageously, the created database can be used as a basis for decision for the current or subsequent drilling.

Des Weiteren sind mittels des Eingabemoduls Bohrpositionsdaten eingebbar. Diese beinhalten Informationen über die aktuelle Position des Bohrkopfes innerhalb des Bohrlochs. Mit der Information über die Bohrkopfposition ist somit auch das dort befindliche Bohrmaterial bekannt. Die Steuereinheit ermöglicht die Zuordnung der Bohrkanaldaten zu den Bohrpositionsdaten. Somit sind sämtliche Informationen zur Bohrung, wie die Beschaffenheit und Lageposition des zu durchdringenden Abschnitts des Erdreichs, mit den Informationen über die Position der Bohrkopfes verknüpft. Im Ergebnis kann vorteilhaft die gesamte Bohrung unter automatisierter Bereitung der Bohremulsion gemäß dem jeweils zu durchbohrenden Bohrmaterial durchgeführt werden.Furthermore, drilling position data can be entered by means of the input module. These include information about the current position of the bit within the borehole. With the information about the Bohrkopfposition thus also located there drilling material is known. The control unit allows the assignment of the drilling channel data to the drilling position data. Thus, all information on the well, such as the nature and location of the section of soil to be penetrated, is linked to the information about the position of the wellhead. As a result, advantageously, the entire bore can be carried out with automated preparation of the drilling emulsion according to the drilling material to be pierced in each case.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand vonThe invention will be described as an embodiment with reference to

1 Prinzipdarstellung der Bohremulsionsanlage, 1 Schematic representation of the drilling emulsion plant,

2a Vorderansicht einer Ausführungsform der Bohremulsionsanlage, 2a Front view of an embodiment of the drilling emulsion plant,

2b Seitenansicht einer Ausführungsform der Bohremulsionsanlage
näher erläutert. 2 B Side view of an embodiment of the Bohremulsionsanlage
explained in more detail.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bohremulsionsanlage. Diese weist eine Basisemulsionseinheit 1, eine Misch- und Dosiereinheit 2 sowie eine Steuerungs- und Eingabeeinheit 3 auf. 1 shows a schematic diagram of the embodiment of the Bohremulsionsanlage invention. This has a base emulsion unit 1 , a mixing and dosing unit 2 as well as a control and input unit 3 on.

Die Basisemulsionseinheit 1 dient der Bereitstellung der aus Wasser und Bentonit bestehenden Basisemulsion. Sie umfasst für Wasser und Bentonit jeweils einen Vorratsbehälter (in 1 nicht näher dargestellt), wobei diese zu einem geschlossenen Kreislauf verbunden sind, um eine permanente Durchmischung der beiden Bestandteile zur Herstellung und Aufrechterhaltung der Dispergierung zu gewährleisten.The base emulsion unit 1 serves to provide the base emulsion consisting of water and bentonite. It comprises for water and bentonite each a reservoir (in 1 not shown), which are connected to a closed circuit to ensure a permanent mixing of the two components to prepare and maintain the dispersion.

Die somit hergestellte Basisemulsion wird im Anschluss an die Misch- und Dosiereinheit 2 weitergeleitet und dort um mehrere Zuschlagstoffe ergänzt. Die Aufbewahrung der Zuschlagstoffes erfolgt hierbei in den dargestellten Zuschlagstoffbehältern 4, welchen jeweils ein Stellelement 5 zugeordnet ist. Durch die Einstellung des Betriebszustandes des Stellelements 5 kann hierbei reguliert werden, ob eine Zugabe des betreffenden Zuschlagstoffes zu der Basisemulsion erfolgt und in welchem Umfang die Zugabe erfolgen soll. Zu diesem Zweck ist das Stellelement 5 über eine im Ausführungsbeispiel drahtgebundene Verbindung 6 mit der Steuerungs- und Eingabeeinheit 3 verbunden, welche ein Eingabemodul 7, ein Steuerungsmodul 8 sowie ein Datenbankmodul 9 aufweist.The base emulsion thus prepared is followed by the mixing and dosing unit 2 forwarded there and supplemented by several additives. The storage of the aggregate takes place here in the illustrated additive containers 4 , which in each case an actuating element 5 assigned. By adjusting the operating state of the actuator 5 In this case, it can be regulated whether an addition of the relevant additive to the base emulsion takes place and to what extent the addition should take place. For this purpose, the actuator is 5 via a wired connection in the exemplary embodiment 6 with the control and input unit 3 connected, which is an input module 7 , a control module 8th as well as a database module 9 having.

Über das Eingabemodul 7 sind Mischungsdatensätze sowie Bohrkanaldaten eingebbar. Die Mischungsdatensätze sind in dem Datenbankmodul 9 hinterlegbar, und stehen so abrufbar zur Verfügung. Die Mischungsdatensätze enthalten Daten aus denen eine Zuschlagstoffrezeptur hervorgeht welche beinhaltet, bei welchem Bohrmaterial welche Zuschlagstoffe und in welcher Menge der Basisemulsion zugegeben werden.Via the input module 7 Mixing data records and drilling channel data can be entered. The mix records are in the database engine 9 can be stored and thus made available. The compound data sets contain data from which an additive formulation emerges, which includes, with which drilling material which additives and in which amount of the base emulsion are added.

Auf Grundlage des zugeordneten Mischungsdatensatzes ist von dem Steuerungsmodul 8 letzlich ein Steuersignal ausgebbar, welches den Betriebszustand des Stellelements 4 festlegt.Based on the associated mix data set is from the control module 8th finally, a control signal can be output, which indicates the operating state of the actuating element 4 sets.

Ferner sind Bohrkanaldaten, welche Bohrkanalmaterialdaten und Bohrkanalmaßdaten umfassen, über das Eingabemodul 7 eingebbar und in dem Datenbankmodul speicherbar. Durch die Bohrkanaldaten ist somit hinterlegbar, an welcher Position des zu bohrenden Bohrkanals welches Bohrmaterial anliegt. Mittels des Steuerungsmoduls 8 sind die dem jeweiligen Bohrmaterial entsprechenden Mischungsdatensätze zugeordnet.Further, well channel data, which includes well channel material data and well channel measurement data, is via the input module 7 can be entered and stored in the database module. By Bohrkanaldaten is thus deposited, at which position of the drill hole to be drilled which drilling material is applied. By means of the control module 8th are associated with the respective drilling material corresponding mixture data sets.

Ferner sind über das Eingabemodul 7 Bohrpositionsdaten eingebbar.Furthermore, via the input module 7 Drilling position data can be entered.

Die Anwendung lässt sich in drei Phasen untergliedern, wobei die ersten beiden Phasen Vorbereitungen darstellen und die dritte Phase die Betriebsphase im engeren Sinne darstellt, in der die Bohrung durchgeführt wird.The application can be divided into three phases, with the first two phases being preparations and the third phase being the operating phase in the strict sense in which the drilling is carried out.

In der ersten Phase werden die Mischungsdatensätze eingegeben. Die Mischungsdatensätze sind allgemeingültig und nicht spezifisch auf eine bestimmte Bohrung abgestellt. Daher werden die Mischungsdatensätze in der Regel einmalig eingegeben und bleiben dann unverändert. Es bleibt allerdings möglich, zur Qualitätsverbesserung in Abhängigkeit von neuen empirischen oder theoretischen Erkenntnissen oder in Abhängigkeit von geänderten Zuschlagstoffen die Mischungsdatensätze zu verändern.In the first phase, the mixture data records are entered. The compound data sets are general and not specific to a particular hole. Therefore, the mix records are usually entered once and then remain unchanged. However, it remains possible to change the mixture data sets for quality improvement depending on new empirical or theoretical findings or depending on changed aggregates.

In der zweiten Phase werden die Bohrkanaldaten eingegeben. Die Bohrkanaldaten basieren auf einer Untersuchung des Erdreichs in dem Bereich des zu bohrenden Bohrkanals. Die Bohrkanaldaten sind somit spezifisch für eine bestimmte Bohrung. Sie geben insbesondere an, an welcher Position des zu bohrenden Bohrkanals welches Material anliegt.In the second phase, the drill channel data is entered. The drilling channel data is based on a study of the soil in the area of the drilling channel to be drilled. The drill channel data is thus specific to a particular hole. In particular, they indicate at which position of the drilling channel to be drilled which material is present.

In der dritten Phase, in welcher die Bohrung durchgeführt wird, werden die Positionsdaten des Bohrkopfes durch die Bohranlage detektiert und zur Verfügung gestellt sowie über das Eingabemodul 7 eingegeben. Die Bohranlage selbst ist nicht Teil der erfindungsgemäßen Anlage. Das Steuerungsmodul 8 greift auf die im Datenbankmodul 9 gespeicherten Bohrkanaldaten zu, so dass anhand der Postion des Bohrkopfes das dort befindliche Bohrmaterial bekannt ist. Ferner greift das Steuerungsmodul 8 auf die im Datenbankmodul 9 hinterlegten Mischungsdatensätze zu, so dass die dem Bohrmaterial entsprechende Zuschlagstoffrezeptur bekannt ist. Anhand der Zuschlagstoffrezeptur erzeugt das Steuerungsmodul 8 ein Steuerungssignal, welches über die Verbindung 6 an die Stellelemente 5 übertragen wird. Das Steuerungssignal regelt die Stellung der Stellemente und bewirkt so, welche Zuschlagstoffe in welchen Massen der Basisemulsion zugegeben werden.In the third phase, in which the drilling is carried out, the position data of the drill head are detected by the drilling rig and made available and via the input module 7 entered. The drilling rig itself is not part of the plant according to the invention. The control module 8th accesses the database module 9 stored Bohrkanaldaten, so that based on the position of the drill head, the drilling material located there is known. Furthermore, the control module engages 8th on the in the database module 9 deposited mixture records, so that the drilling material corresponding aggregate formulation is known. Based on the additive formulation generates the control module 8th a control signal, which over the connection 6 to the control elements 5 is transmitted. The control signal regulates the position of the elements and thus causes which additives are added in which masses of the base emulsion.

Nachdem die Beimischung des Zuschlagstoffes erfolgt ist, liegt die Bohremulsion als Fertigemulsion vor, welche im Anschluss der Bohrvorrichtung zur weiteren Verwendung zugeführt werden kann.After the admixture has been admixed, the drilling emulsion is present as finished emulsion, which can be fed for further use after the drilling device.

Die Positionsdaten werden in regelmäßigen Abständen eingegeben. Sind in den Bohrkanaldaten für die neue Position andere Bohrmaterialdaten hinterlegt, erfolgt eine Zuordnung des dafür einschlägigen Mischungsdatensatzes, so dass anhand der dann zutreffenden Zuschlagstoffrezeptur das Steuerungsmodul 8 ein geändertes Steuersignal ausgibt und einen veränderten Betriebszustand der Stellelemente 5 bewirkt. Im Ergebnis liegt eine veränderte, dem Bohrmaterial angepasste Fertigemulision vor.The position data is entered at regular intervals. If other drill material data are stored in the drill channel data for the new position, the corresponding mixing data record is assigned, so that the control module is then determined on the basis of the then applicable aggregate formulation 8th outputs a modified control signal and a changed operating state of the control elements 5 causes. The result is an altered finished drilling adapted to the drilling material.

Die 2a und 2b stellen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohremulsionsanlage in ihrer konkreten konstruktiven Ausbildung dar, welche zusätzliche Komponenten umfasst, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind.The 2a and 2 B represent an embodiment of the Bohremulsionsanlage invention in its concrete structural design, which includes additional components that are not part of the present invention.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 2a und 2b weist eine Basisemulsionseinheit 1, eine Misch- und Dosiereinheit 2 sowie eine Steuerungs- und Eingabeeinheit 3 auf, welche zusammengefasst mit den zusätzlichen Komponenten in einem transportablen Container montiert sind.The embodiment according to 2a and 2 B has a base emulsion unit 1 , a mixing and dosing unit 2 as well as a control and input unit 3 which, together with the additional components, are mounted in a transportable container.

Die Misch- und Dosiereinheit 2 verfügt über eine Gesamtzahl von drei Zuschlagstoffbehältern 4, wobei es sich um einen Zuschlagstoffbehälter 4.1 für flüssige Zusätze sowie um zwei Zuschlagstoffbehälter 4.2 und 4.3 für feste Zusätze handelt. Den drei Zuschlagstoffbehältern 4 ist jeweils ein Stellelement 5 zugeordnet, welches als Steuerventil ausgebildet ist. Des Weiteren ist jeder der Zuschlagstoffbehälter 4 mit einem Füllstandssensor 11 versehen. Ein pH-Wert-Sensor 12 zur Messung des pH-Wertes ist ebenfalls Bestandteil des Ausführungsbeispiels nach 2a und 2b der Bohremulsionsanlage.The mixing and dosing unit 2 has a total of three aggregate tanks 4 , where it is an aggregate container 4.1 For liquid additives and two additive containers 4.2 and 4.3 for solid additives. The three aggregate containers 4 is each an actuator 5 assigned, which is designed as a control valve. Furthermore, each of the additive containers 4 with a level sensor 11 Mistake. A pH sensor 12 to measure the pH is also part of the embodiment according to 2a and 2 B the drilling emulsion plant.

Die Steuerung- und Eingabeeinheit 3 ist in unmittelbarer Umgebung der sonstigen Komponenten der Bohremulsionsanlage angeordnet und wird mittels einer drahtgebundenen Verbindung 6 an die Stellelemente 5 gekoppelt. Die einzelnen Elemente der Steuerungs- und Eingabeeinheit 3, also das Eingabemodul, das Datenbankmodul und das Steuerungsmodul sind baulich zusammengefasst und in den 2a und 2b nicht separat dargestellt. Des Weiteren ist in diesem Ausführungsbeispiel ein zusätzliches weiteres Eingabemodul 7.1 vorgesehen, wobei es sich um ein tragbares Eingabemodul 7.1 handelt, welches mittels der drahgebundenen, flexiblen Fernsteuerungsverbindung 17 an die Steuerungs- und Eingabeeinheit 3 gekoppelt ist. Dies ermöglicht eine Bedienung der Bohremulsionsanlage, ohne dass sich das Bedienpersonal direkt an der Bohremulsionsanlage aufhalten muss, so dass eine Bedienung auch von der zu versorgenden Bohranlage aus parallel zur Bedienung der Bohranlage erfolgen kann.The control and input unit 3 is arranged in the immediate vicinity of the other components of the Bohremulsionsanlage and is by means of a wired connection 6 to the control elements 5 coupled. The individual elements of the control and input unit 3 , So the input module, the database module and the control module are structurally summarized and in the 2a and 2 B not shown separately. Furthermore, in this embodiment, an additional additional input module 7.1 provided, which is a portable input module 7.1 which is done by means of the wire-bound, flexible remote control connection 17 to the control and input unit 3 is coupled. This allows operation of the Bohremulsionsanlage without the operator must stay directly on the Bohremulsionsanlage so that operation can also be done from the supplied to the drill rig from parallel to the operation of the drilling rig.

Die Betriebssicherheit der Bohremulsionsanlage insgesamt sowie der Steuerungs- und Eingabeeinheit 3 im Speziellen wird mit Hilfe einer Absicherung 10, insbesondere einer elektrischen Sicherung, gewährleistet. Die Basisemulsionseinheit 1 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine Förderpumpe 13 sowie einen Basisemulsionsmischer 14. Mittels der Förderpumpe 14 wird die aus Wasser und Bentonit bestehende Basisemulsion von dem in 2b dargestellten Tank 16 bezogen. In dem Tank 16 findet dabei eine kontinuierliche Umwälzung der beiden Bestandteile statt. Mittels des Basisemulsionsmischers 14 wird die Basisemulsion durch eine permanente Durchmischung aufrechterhalten und bedarfsgerecht bereitgestellt.The operational safety of the drilling emulsion plant as a whole as well as the control and input unit 3 in particular, with the help of a hedge 10 , in particular an electrical fuse guaranteed. The base emulsion unit 1 includes in the present embodiment, a feed pump 13 and a base emulsion mixer 14 , By means of the feed pump 14 For example, the base emulsion consisting of water and bentonite will differ from that described in US Pat 2 B illustrated tank 16 based. In the tank 16 There is a continuous circulation of the two components instead. By means of the base emulsion mixer 14 the base emulsion is maintained by a permanent mixing and provided as needed.

Aus der in 2b gezeigten Seitenansicht der Gesamtanlage ist als eine zusätzliche Komponente eine Stromversorgung 15 ersichtlich, so dass ein von externen Stromquellen unabhängiger Betrieb, insbesondere ein netzunabhängiger Betrieb möglich ist.From the in 2 B shown side view of the entire system is a power supply as an additional component 15 can be seen, so that independent of external power sources operation, in particular a network-independent operation is possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BasisemulsionseinheitBase emulsion unit
22: Misch- und DosiereinheitMixing and dosing unit
33: Steuerungs- und EingabeeinheitControl and input unit
44: ZuschlagstoffbehälterAggregate container
55: Stellelementactuator
66: Verbindungconnection
77: Eingabemodulinput module
88th: Steuerungsmodulcontrol module
99: DatenbankmodulDatabase Engine
1010: Absicherungvalidation
1111: Füllstandssensorenlevel sensors
1212: pH-Wert-SensorpH sensor
1313: Förderpumpefeed pump
1414: BasisemulsionsmischerBase emulsion mixer
1515: Stromversorgungpower supply
1616: Tanktank
1717: Flexible FernsteuerungsverbindungFlexible remote control connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009023546 A1 [0005]
DE 19545917 A1 [0006]
DE 3733409 A1 [0007]

Claims

Drilling emulsion plant, comprising a base emulsion unit ( 1 ), a mixing and dosing unit ( 2 ) and a control and input unit ( 3 ), whereby by means of the base emulsion unit ( 1 ) and to the mixing and dosing unit ( 2 ) can be supplied, wherein by means of the mixing and metering unit ( 2 ) a finished emulsion can be prepared by adding an additive to the base emulsion, wherein the mixing and dosing unit ( 2 ) an aggregate container ( 4 ) with an associated actuating element ( 5 ) and wherein the actuating element ( 5 ) by means of a connection ( 6 ) with the control and input unit ( 3 ), the control and input unit ( 3 ) an input module ( 7 ), a control module ( 8th ) as well as a database module ( 9 ), wherein by means of the input module ( 7 ) Mixture records and in the database module ( 9 ) and wherein by means of the input module ( 7 ) Bohrkanaldaten, comprising Bohrkanalmaterialdaten, can be entered, wherein by means of the control module ( 8th ) the mixture data records can be assigned to the drill channel material data and wherein from the assigned mixture data record a control signal from the control module ( 8th ) can be provided and wherein by means of the control signal, the operating state of the actuating element ( 5 ) is determinable.

Drilling emulsion plant according to claim 1, characterized in that the mixing and dosing unit ( 2 ) a plurality of aggregate containers ( 4 ) each having an associated actuating element ( 5 ) having.

Bohremulsionsanlage according to any one of the preceding claims, characterized in that the Bohrkanaldaten additionally have Bohrkanalmaßdaten in addition to the Bohrkanalmaterialdaten and the Bohrkanal data as a Bohrkanaldatensatz in the database module ( 9 ) and that by means of the input module ( 7 ) Bohrpositionsdaten are entered and that by means of the control module ( 8th ) the Bohrkanaldaten be assigned to the Bohrpositionsdaten.