DE1815725A1

DE1815725A1 - Verfahren und Anordnung zu selbsttaetigen Steuern des Abtoetens von OEl- und Gasschaechten

Info

Publication number: DE1815725A1
Application number: DE19681815725
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1967-12-21
Filing date: 1968-12-16
Publication date: 1969-07-17
Also published as: FR1596225A; US3552502A; NL6818304A

Description

DRäSS^B IITDTJSTHIüiS, IMG. , Dallas/Texas - USa

Patentanmeldung

MG-67-6

Verfahren und Anordnung zum selbsttätigen Steuern des iVbtb'tens von öl- und Gasschächten

Zwei Strömungsmesser, von denen der eine in einer Strömungsleitung und der andere in einer Ausgleichsrohrleitung vorgesehen ist, sind in eine Alarmanlage geschaltet, die eine ausreichend große Differentialanzeige eines "bevorstehenden Ausbrennens liefert. Die Alarmanlage hebt selbsttätig die Kelly-Verbindung aus dem drehenden Mitnehmereinsatz. Selbsttätig verlangsamt sich dann die umlaufende Schlammpumpe und schließt den Ausbrennschutzα

Ein Computer, der den abgetasteten Druck des Bohrgestänges und das überwachte Gewicht und das Volumen des Schlamms im Bohrrohr benutzt, steuert eine einstellbare Drossel in einer Drossel-bchlammleitung, die sich unter dem Ausbrennschutz befindet. Der Computer errechnet das notwendige Schlammgewicht zum Abtöten des Schachts während des Zirkulierens der Bohrflüssigkeit durch das Loch und hält einen konstanten und richtigen Druck an der Formation während des Auspumpens der SOrmationsflüssigkeit, die in die Bohrung eingedrungen ist. Der Computer bewirkt auch, daß Bariumsulfat selbsttätig in die Schlammtanks gelangt, um die Bohrflüssigkeit auf das erforderliche Gewicht ansteigen zu lassen..

Erfindung bezieht sich mx£ Verfahren und. Anordnungen mm, Aibtöten von; 01- und GasscMäiihten, wenn dej? lormatiöns

BAD ÖßfGfNAL

druck am Boden der Bohrung den hydrostatischen Druck der Schlammsäule in der Bohrung überschreitet und Formationsflüssigkeit in die ^lellbohrüng fließt.

Solche Formationsflüssigkeiten, die Gas, öl, vVasser oder Gemische davon sein können, haben niedrige Dichten und die Druckdifferenz, die ihr Fließen bewirkt hat, wird eben-•falls größer, wie diese fremden Flüssigkeiten in ler hohrung ansteigen, und schieben den Bohrschlamm aus dem oberen Teil der Hülse. 7/enn dies eintritt, steht ein Ausbrennen bevor, wenn nicht die Druckdifferenz, die die Formationsflüssigkeit in das 3ohrloch fliegen läßt, beispielsweise durch Schließen eines ^usbrennschutzes geregelt wird, der üblicherweise im oberen 'Heil des ochuchts vorgesehen ist. Das ochließen des ;iusbren.uüchutzes im Bohrloch fängt sowohl den restlichen ochlaiiim als auch die fremden Flüssigkeiten auf und die Formation liefert weiter, bis der Druck im Bohrloch gleich oder größer wird als der Formationsdruck in den entsprechenden liefen, bei denen das Fließen der Flüssigkeit aus der Formation aufhört.· Der Bohrer ist dann dem Problem gegenübergestellt, die wenig dichte Flüssigkeitssäule im Bohrloch mit einer Säule ausreichender Dichte aufzufüllen, um den Formationsdruck zu erhalten. Außerdem ist es von Nachteil, die Pumpe im schweren Schlamm zu vereinfachen, weil dadurch ein übermäßig hoher Druck an den Formationen erzeugt v/erden kann, was ein Brechen solcher Formationen zur Folge hat.

Eine allgemein bekannte Praxis besteht im Schließen des Schachts mit dem Stillegen der laufenden Pumpe und dem Errechnen des Gewichts des Schlamms, der in das Loch gepumpt werden muß, basiert auf dem Einschließ-Bohrlochdruck. Dieses Vorgehen ist nachteilig, weil das Bohrrohr oft versucht stecken zu bleiben, auch wenn der Schacht eingeschlossen und die laufende Pumpe stilige setzt is;t.

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ORIGINAL

Hauptaufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine selbsttätige Steuerung zum Abtöten, von Gas- und ölschächten anzugeben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung zum Steuern von Gas- und ölschächten unabhängig vom Stillegen der Umlaufpumpe und dem Verschließen des Schachts.

Der Gegenstand der Erfindung ist im allgemeinen eine Einrichtung zum Überwachen des Bohrlochdruckes, eine Einrichtung des Volumens und des Gewichts des in das Loch gepumpten Schlammes und eine Einrichtung zum Hegeln einer einstellbaren Drossel nach einer solchen Information. Die Anlage errechnet das notwendige Schlammgewicht, um den Schacht abzutöten, und steuert die einstellbare Drossel während der ganzen zum Abtöten des Schachts notwendigen Pumpzeit und zum Einhalten eines konstanten und richtigen Druckes an der Formation. Die Anlage ermöglicht einen ständigen Umlauf der Bohrflüssigkeit während des Errechnens des Bohrlochverschließdruckes und des zum Abtöten des Schachts notwendigen Schlammgewichts.

Andere Gegenstände, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung der Erfindung.

In den Zeichnungen, die bevorzugte uusführungsbeispiele und Arbeitsweisen der Erfindung erläutern und in denen gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile in den einzelnen Ansichten bezeichnen, sind:

Figur 1: eine Darstellung der Schlammumlaufanlage nach der Erfindung und

Figur 2: ein Blookdiagramm der zusammenarbeitenden Teile der Anlage nach Figur 1.

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BAD ORIGINAL

In den Zeichnungen ist das Bohrloch 1 mit einer üblichen Hülse 2 versehen und enthält die Bohrstange 3, an deren unterem Ende sich eine Bohrschneide 4 befindet. Die Bohrstange 3 wird durch einen Drehtisch 5 des Bohrgerüsts 6 geschwenkt. Aus einer Schlammgrube 7 wird der Bohrschlamm durch wirksame Verschiebung der Pumpe 8 durch eine Schlammzuführleitung 9 und einen biegsamen Schlauch 1o in die Bohrstange 3 gepumpt. Der Schlamm wird aus der Grube 4 in das Bohrloch 1 gebracht und vom oberen Teil der Hülse 2 durch eine Schlammrückführleitung 11 in die Schlammgrube 7 zurükgeführt. Ein zu öffnender und zu schließender Ausbrennschutz 12 gewöhnlicher Bauart wird am oberen Ende der Hülse 2 vorgesehen. Der Ausbrennschutz 12 ist zwar geschlossen um den Bohrstock 3 dargestellt, er kann aber auch in einer offenen Stellung gehalten werden außer während eines bevorstehenden Ausbruches, so daß der Schlammfluß in der Strömungsleitung 11 auftreten kann, was im einzelnen noch ausführlich beschrieben werden wird.

Eine zweite Schlammrückführleitung 13 mit Drossel befindet sich unter dem Ausbrennschutz 12 und enthält eine einstellbare Drossel 14 zum Steuern des Flusses durch die Leitung 13, um den Fluß des Schlammes in das und aus dem Loch bei geschlossenem Ausbrennschutz 12 gleichmäßig zu machen«,

In der Schlammleitung 9i d.er Schlammströmungsleitung 11 bzw. der Drosselleitung 13 befindet sich je ein Strömungsmesser 15, 16 bzw. 26.

Je ein Druckmeßgerät 17 bzw. 19 befindet sich in der Schlammleitung 9 und der Drosselleitung 13.

Die einzelnen Verbindungen zwischen den Meßgeräten, der Pumpe, der Drossel und den anderen Teilen der Anlage

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werden mit Hilfe der i'igur 2 beschrieben, insbesondere ihre Beziehung zur Alarmanlage und dem Computer im Block 2Oo

Ein Bariumsulfat-Vorrat, beispielsweise ein Tank mit diskreten Mengen von Bariumsulfat und eine Einrichtung zum Abgeben einer gegebenen Menge in die Schlammgrube 7 zum Vergrößern des Schlammgewichts ist ebenfalls ein Teil der Anlage und wird durch den Computer im Block 2o geregelt»

Der Block 2o in den Figuren 1 und 2 enthält die Kombination einer Alarmanlage 21 und eines Computers 22. Die Alarmanlage 21 spricht auf ein bestimmtes Strömungsdifferential an, das durch die Strömungsmesser 15 und 16 angezeigt wird. Während des normalen Bohrens des Schachts zeigen die Strömungsmesser 15 und 16 ungefähr gleiche Strömungsraten an. Wenn ein Bruch droht, wird in der Alarmanlage 21 ein markiertes Strömungsdifferential erzeugt, beispielsweise durch Vergleich elektrischer Signale der Strömungsmesser 15 und 16 oder durch andere bekannte Mittel zur Anzeige einer Differenz zwischen den Strömungsmesserangaben. Beim Auslösen der Alarmanlage 21 wird ein Signal an das Schlammpumpendrosselventil 23 v/eitergegeben. Beim bevorzugten ^.usführungsbeispiel verlangsamt sich die Pumpe 8 selbsttätig auf eine gegebene Geschwindigkeit, um das Angleichen der Schlammströmung in das und aus dem Loch 1 zu erleichtern. Die Alarmanlage gibt auch ein Signal an eine beispielsweise hydraulische oder mechanische Hebevorrichtung 24 bekannter Art. Ein Signal von einer solchen Hebevorrichtung 24 gelangt an die Ausbrennschutzschließvorrichtung 25, äie eine ebenfalls übliche hydraulische oder mechanische Schließeinrichtung sein kann. Das gegebene Strömungsdifferential besteht somit zwischen den Strömungsmessern 15 und 16 und bringt selbsttätig die.Schlammpumpe auf eine gegebene Geschwindigkeit, hebt selbsttätig die Mitnehmerverbindung und schließt selbsttätig den Ausbrennschutz.

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BAD ORJGfNAt.

Der Bedienungsmann der Bohranlage kann einen "bestimmten Regelgrad während des Betriebes der Schlammpumpe, der Mitnehmerverbindung und des ^oisbrennschutzes einhalten. Dies ist der-Fall, wenn Jede dieser drei Einrichtungen in ähnlicher Y/eise durch Hand betätigt werden kann. Beispielsweise kann die Alarmanlage ein rotes Licht und einen akustischen Alarm durch eine Glocke liefern,- In einem solchen FaIl kann der Bohrer durch Hand die an der Schlaiumumlaufpumpe 8 drosseln, dann die LiitnuhLieverbindung aus dem rotierenden antrieb heben und den ^usbrennschutz schließen»

Die Alarmanlage gibt ein Signal an den Computer 22, x-3v dann selbsttätig die Drossel 14 regelt und damit das Fließen des Schlammes durch die Drosselleitung 13 verringert. Der Computer 22 kann in ähnlicher Jeise vom Bohrer in Gang gesetzt werden, indem dieser einen Knopf drückt oder einen Schalter umlegt, wenn die ülarmanlage betätigt wird, sofern die Alarmanlage nicht selbsttätig arbeitet.

Der Computer 22 empfängt seine Jingangssignale von den ötrömungsmessern 15 und 26, vom Jichtemesser 27 und von den Druckmeßgeräten 17 und 19 an der SchlaiüJiileitung 9 und der Drosselleitung 13.

Beim Betrieb des Computers wird der Bohrrohrverschlußdruck aus der folgenden Beziehung bestimmt;

SIDPP = P₁ - cp; bei Q = 0 wenn die (1) Strömungsmesser 15 und 26 kein Flurjdifferential zeigen, worin 4 = die Jifferenz zwischen der Strömung in das una.

aus dem Loch,

P. « der Bohrrohrdruck und

cp ■ die gegebene Verlangsamungsrace des umlaufenden Druckes ist.

Dies ist die Summe der Druckverluste der ganzen .anlage, bei verringerter Umlaufgeschwindigkeit vor dem Ausbrechen.

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i-.i-di·'^.-· '■'■' te

BAD

Das zum Abtöten eines Ausbruchs erforderliche Schlammgewicht wird aus der folgenden Beziehung errechnet:

P₁-Cp

W₄. - W₄. + — +K (2)

^tr ^t0 o,o52 D

worin W. = das erforderliche Schlammgewicht,

W. = das Schlammgewicht, das zur Zeit des Ausbruchs

"CO

vom Densitometer 27 in der Schlammleitung 9 gemessen wird,

P„ = der Bohrlochdruck zur Zeit Q=O, ι

cp » die gegebene Verlangsamungsrate des Umlauf-

druckes (die Reibungsverluste der anlage), o,o52 = die dimensionale Konstante, D = Länge des Bohrrohres und K = der Sicherheitsfaktor.

Wenn das Schlammgewicht auf den erforderlichen ,Vert W, angestiegen ist, muß der Umlaufdruck errechnet und geregelt werden, falls sich das Schlammgewicht verändert. Der errechnete Druck kann aus der folgenden Beziehung gefunden werden:

ÖIVt, ιΛ r, = °P UF^ + ^p^ - cp - o,o52 D(V/,, -W. )- - ^A1 Cn-1; η W_to 1 ti to χ _{± β 1}

worin A/· ^s = 0,052 D (W, .-W₊. )—, CP^ ^n =

der errechnete Umlaufdruck,
η = die n-te, die sich wiederholende Berechnung von OP,

η ₌ 1,

cp = die gegebene Verlangsamungsrate des UmIaufdruckes, i = das ith-Segment im Bohrrohr (veränderlich von 1 bis

W,. - das Gewicht des Schlammes bei Eintritt in das Bohrrohr,

W. « das Gewicht des Schlammes zur Zelt des Bruchs, A « o,o52 D (W₊.. - W. ) 5 ,

T/l XiO X

P₁ a Bohrrohrdruck bei Q=O

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o,o52 « dimensionale Konstante
D = Länge des Bohrrohres

X = Zahl der Zunahmen des Bohrlochvolumens geteilt durch die Summe der Gewichte,

— = Prozentzahl des Bohrlochvolumens Je Zunahme in Dezimalzahlen,

o,o5>2 (V/, . - W, ) — «■ statischer Kopf druck verbunden mit

den oberen —— "/Ό des Schlamms im Bohrrohr, und

Λ.

i » x-1

¹I ■ statischer Kopfdruck verbunden mit den unteren (loo - —£2) % des Schlamms im Bohrrohr.

-Λ.

Jede üchlammvolumenzunahme wird in das Bohrrohr gepumpt, eine gleiche Zunahme kommt von unten,, Der statische Kopfdruck verringert sich vom Kopf wegen der Zunahme am Boden und wird durch die obere Zunahme ersetzt.

Die Schaltung im Computer 22 bestimmt den Druck GP, vergleicht ihn mit dem Druck im Ausgleichsrohr aus dem Druckmesser 17, stellt dann die Drossel 14 und danach den Ausgleichsrohrdruck auf den errechneten v/ert ein.

Die Berechnung von GP und die Drosseleinstellung dauert an, bis ein (nicht dargestellter) Hückstellknopf betätigt wird, ienn der Ausbruch abgetötet ist, hat V/, alle Wege durchlaufen und CP wird gleich cp plus dem Zuwachs der Anlageverluste durch die ochlammgewichtszunähme_o

Für den Betrieb der Anlage kann sowohl ein Analοg-Computer als auch ein Digital-Computer verwendet werden. Der Bariumsulfat-Geber 21 wird durch die W, -Berechnungen

tr

selbsttätig gesteuert und liefert die richtige· Bariumsulfatmenge in die Schlammgrube 7. Es ist auch möglich, daß

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der Schlamm-Ingenieur das Schlammgewicht durch Hand entsprechend dem Ergebnis des Computer 22 einstellt.

"Anlagen:

8 Patentansprüche

2 El» Zeichnungen (2 Figuren)

9 OSB 2:9/£>33a

Claims

DRESSER INDUSTRIES, INO., Dallas/Texas - USA

Patentansprüche

MC-67-6

1o Schlammumlaufanlage in einem Bohrschacht mit einer Bohrstande zum Liefern von Schlamm in ein Bohrloch, einer Schlammrückführleitung von der Schachtbohrung zur Schlammgrube, einer. Schlammzuführleitung von der Schlauungrube zur Bohrstange und einem Ausbrennschutz, der den I/ruck fremder !Flüssigkeiten im Bohrloch benutzt, gekennzeichnet durch einen ersten Schlammströmungsmesser (15) in der Schlammzuführleitung (9)> einem zweiten Schlammströmungsmesser (15) in. der Schlammrückführleitung (11), eine Einrichtung zum Vergleich der Anzeigen an den beiden Strömungsmessern und eine Einrichtung (25) zum Schließen des Ausbrennschutzes (12), die auf eine gegebene Differenz zwischen den beiden Anzeigen anspricht,,

2. Schlammumlaufanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Schlammrückführleitung (13) zum Ausgleich des Schlammumlaufs mit einem Strömungsmesser (26) und einer einstellbaren Drossel (14), wobei diese zweite Leitung der einzige Rückführweg für den umlaufenden Schlamm ist, Überwachungsvorrichtungen für das Volumen (27) des umlaufenden Schlamms und für das Gewicht (17) des in das Bohrloch gepumpten Schlamms, eine Überwachungseinrichtung (19) für den Druck des Schlamms in beiden Rückführleitungen, und einen. Computer (22), der mit den überwachungseinrichtungen für Volumen und Druck verbunden ist und zum Steuern der einstellbaren Drossel (23) und Angleichen des Schlammflusses in den und aus dem Schacht dient.

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BAD

3. Anlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (22) zum selbsttätigen Errechnen des Schlammgewichts, das zum Abtöten eines Ausbrennens notwendig ist.

4. Anlare nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einrichtung (23) zur selbsttätigen Gewichtsvergrößerung des umlaufenden Schlamms, die auf den Computer anspricht.

5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einstellbare Drossel (14) in der zweiten Schlammrückführleitung (13) befindete

7· Verfahren zum Abtöten eines (Jas- oder ÖlbohrSchachts ohne dessen Verschließen mit einer Anlage umlaufenden Schlamms, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Überwachen des Schlammvolumens in der Anlage,

b) Überwachen des Gewichts des in und aus dem Bohrloch gepumpten Schlamms,

c) Überwachen des Druckes des Schlamms in Zuführ- und Rückführleitung,

d) Einstellen einer Drossel in der Schlammrückführleitung in Abhängigkeit von den Informationen aus dem Überwachungsschritten.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einrichtung (22) zum selbsttätigen Errechnen des zum Abtöten eines Ausbrennens notwendigen Schlammgewichts.

_B4 Nr.

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