DE2017938A1 - Safety drill pipe float - Google Patents
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ing. H. NEGENDANK · bipl.-ing. H. HAUCK · bipl-phys. W. SCHMITZing. H. NEGENDANK · bipl.-ing. H. HAUCK bipl-phys. W. SCHMITZ
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(V. St. A.)(V. St. A.)
Sicherheits-Bohrgestängeschwimmer.Safety drill pipe float.
Zum Bohren mancher Erdöl-"und/oder Erdgasbohrungen ist es üblich, Luft als "Bohrflüssigkeit" zu verwenden, die durch das Bohrgestänge nach unten und durch den Bohrmeißel.in den außerhalb des Bohrgestänges befindlichen Ringraum gepumpt wird, um den Bohrabrieb zur Oberfläche zu fördern. In einer . derartigen Bohrung kann ein Feuer ausbrechen, wenn die Bohrung auf brennbares Gas oder öl trifft. Wenn das Feuer nicht festgestellt wird, wird es durch das kontinuierliche Pumpen von Luft angefacht, und die Verbrennung wird gefördert, so daß sich schwerwiegende Folgen ergeben können.It is used to drill some petroleum and / or natural gas wells Common to use air as the "drilling fluid" through the drill string down and through the Bohrmeißel.in the outside the drill pipe located annulus is pumped to promote the drilling debris to the surface. In a . Such a hole can cause a fire if the hole encounters flammable gas or oil. If the fire is not detected it is fanned by the continuous pumping of air, and combustion is promoted so that serious consequences can arise.
Innerhalb des Bohrgestänges wird normalerweise ein sogenannter Bohrgestängeschwimmer verwendet, der aus einem Ventil besteht, das beim Einfahren des Bohrgestänges in das BohrlochInside the drill string there is usually a so-called Drill string float used, which consists of a valve that is activated when the drill string is retracted into the borehole
009847/1Q$9009847 / 1Q $ 9
— ρ —- ρ -
normalerweise geschlossen ist und das Austreten von Luft und Bohrabrieb nach oben in das Bohrgestänge verhindert, während des Bohrvorganges jedoch durch die nach unten gerichtete Bohrflüssigkeitsströmung offen gehalten wird. Wenn jedoch der Bohrflüssigkeitsumlauf unterbrochen wird, schließt sich das Ventil selbsttätig und verhindert den Rückfluß von Bohrflüssigkeit durch den Bohrmeißel in das Bohrgestänge. t Wenn in dem Bohrloch ein Feuer festgestellt wird, kann der Bohrluftumlauf gesperrt werden, damit dem Feuer keine Luft zugeführt wird, wobei sich gleichzeitig das Ventil selbsttätig schließt.is normally closed and prevents air and drilling debris from escaping up into the drill pipe, however, is kept open during the drilling process by the downward flow of drilling fluid. if however, the circulation of drilling fluid is interrupted, the valve closes automatically and prevents the backflow of Drilling fluid through the drill bit into the drill pipe. t If a fire is detected in the borehole, the Drilling air circulation must be blocked so that the fire does not have any air is supplied, at the same time the valve closes automatically.
Bis jetzt gibt es jedoch noch kein.zufriedenstellendes Verfahren, um die Luftzufuhr zu dem Bohrloch selbsttätig zu sperren, wenn ein Feuer ausbricht.However, up to now there has been no satisfactory process to automatically shut off the air supply to the borehole if a fire breaks out.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bohrgestängeschwimmerventil zu schaffen, das sich bei Vorhandensein eines Feuers innerhalb des Bohrloches selbsttätig schließen kann.It is therefore an object of the invention to provide a drill pipe float valve to create that can close automatically in the presence of a fire inside the borehole.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Bohrgestängeschwimmer verwendet, der in einer solchen Weise abgeändert ist, daß sich eine Ventilmanschette aus einer normalen Stellung in eine zweite .Stellung in einen Eingriff . mit dem Schwimmerventilkopf verschiebt. Zu diesem Zweck ist eine Manschette, welche den üblichen SchwimmerventilsitzAccording to the invention, a Drill rod float used, which is modified in such a way that a valve sleeve from a normal position in a second position in engagement . with the float valve head. For this purpose there is a cuff, which has the usual float valve seat
- 3 009847/1069 - 3 009847/1069
aufweist, durch ein auf Wärme ansprechbares und die Man- schette freigebendes Mittel in einer Ausgangsstellung festgelegt, so daß die Manschette durch Strömungsmitteldruck in eine zweite Stellung in einen Eingriff mit dem Ventilkopf verschoben wird, während sich der letztere in der Öffnungsstellung befindet, wodurch die Luftzufuhr in das Bohrloch durch das Bohrgestänge gesperrt, an der Oberfläche der Pumpdruck der Luft gesteigert und dem Bohrmeister angezeigt wird, daß innerhalb des Bohrloches ein Feuer ausgebrochen ist.has, by a heat responsive and the cuff releasing agent set in an initial position, so that the cuff by fluid pressure in a second position into engagement with the valve head is displaced while the latter is in the open position, whereby the air supply into the borehole blocked by the drill pipe, the pumping pressure of the air increased on the surface and displayed to the drill master becomes that a fire has broken out inside the borehole.
Weitere Merkmale, sowie die Vorteile der Erfindung werden im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.Other features as well as the advantages of the invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch den Bohrgestänge-Schwimmer
in einer normalen geschlossenen Stellung.
Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung,Figure 1 is a longitudinal section through the drill pipe float in a normally closed position.
FIG. 2 is a representation corresponding to FIG. 1,
wobei das Ventil jedoch geöffnet ist. Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3~3however, the valve is open. Figure 3 is a cross section taken along line 3-3
der Fig. 1.
Fig. 1J ist" ein Querschnitt entlang der Linie 4-2Jof Fig. 1.
Fig. 1 J "is a cross section taken along the line 4- 2 J
der Fig. 1.of Fig. 1.
Fig. 5 ist ein Längsschnitt und zeigt das Ventil im Not-Schließzustand.Fig. 5 is a longitudinal section showing the valve in Emergency closing status.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, ist eine Ventilvorrichtung V in ein Bohrgestänge oder einen Gestängeverbinder D As can be seen from the drawings, a valve device V is in a drill pipe or a pipe connector D.
00984771069 " 4 "00984771069 " 4 "
eingebaut, das bis zu dem oberen Ende des Bohrloches reicht und durch welches "Bohrflüssigkeit" nach unten gepumpt wird, während das Bohrgestänge gedreht wird, um einen an seinem unteren Ende befindlichen und ,mit B bezeichneten Bohrmeißel zu drehen. Das Ventil V kann sich an jeder geeigneten Stelle entlang der Länge des Bohrgestänges D befinden, und ist in der hier dargestellten Ausführungsform in einer kurzen Schwerstängeneinheit 10 angeordnet, die sich normalerweise unmittelbar oberhalb des Bohrmeißels B befindet. Die Schwerstangeneinheit 10 weist eine breitere Bohrung 11 auf, die eine zylindrische Wand und eine .untere Radialschulter 12 bildet. Zum Zwecke der Darstellung weist die Einheit 10 ein unteres Steckgewinde 13 auf, das in die obere Gewindemuffe I1I des Bohrmeißels B eingeschraubt ist. Das obere Ende der Einheit 10 besteht aus einer Gewindemuffe 15 3 die mit dem unteren Steckende 16 der anschließenden Bohrstange oder des anschliessenden Gestängeabschnittes 17 verbunden ist. Die untere Schulter 12 und das untere Ende 18 der Stange oder des Gestän^ geabschnitts 17 bilden in Axialrichtung in einem Abstand befindliche Anschläge, zwischen denen sich die nachstehend beschriebene Ventilvorrichtung V befindet.which extends to the top of the borehole and through which "drilling fluid" is pumped down while the drill string is rotated to rotate a drill bit at its lower end and labeled B. The valve V can be located at any suitable location along the length of the drill string D and, in the embodiment shown here, is located in a short drill collar assembly 10 which is normally located immediately above the drill bit B. The drill collar unit 10 has a wider bore 11 which forms a cylindrical wall and a lower radial shoulder 12. For the purpose of illustration, the unit 10 has a lower plug-in thread 13 which is screwed into the upper threaded sleeve I 1 I of the drill bit B. The upper end of the unit 10 consists of a threaded sleeve 15 3 which is connected to the lower plug-in end 16 of the adjoining drill rod or the adjoining rod section 17. The lower shoulder 12 and the lower end 18 of the rod or of the rod section 17 form axially spaced stops, between which the valve device V described below is located.
Die Ventilvorrichtung V weist einen Ventilkörper 20 auf, der in die Bohrung 11 der Einheit 10 eingepaßt werden kann, wobei die Länge des körpers 20 etwas kleiner ist als der Abstand zwischen den Schultern 12 und 18. Bei dem hier dargestellten-The valve device V has a valve body 20, the can be fitted into the bore 11 of the unit 10, the length of the body 20 being slightly less than the distance between the shoulders 12 and 18. In the case of the
0098A7/1Q6Q0098A7 / 1Q6Q
- 5' -■■ ."■■.■■- 5 ' - ■■. "■■. ■■
Ausführüngsbeispiel weist der Körper 20 einen oberen zylindrischen Abschnitt 21 mit einer Ringdichtung wie 25.B. einem O-Ring 22 auf, der in einem Abdienteingriff mit der Bohrung 11 steht und verhindert, daß Flüssigkeit oder Strömungsmittel auf der Außenseite des Körpers vorbeigelangen und an dieser zu.einem Verschleiß durch Erosion führen kann.Embodiment, the body 20 has an upper cylindrical portion 21 with an annular seal such as 25.B. one O-ring 22 which is in Abdientengriff with the bore 11 stands and prevents liquid or fluid can get past the outside of the body and lead to wear and tear due to erosion.
An seinem unteren Ende weist der Körper einen unteren zylindrischen Abschnitt 23 auf, der ebenfalls in die Bohrung 11 eingepaßt werden kann. Ansonsten hat der Körper 20 einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 11.At its lower end, the body has a lower cylindrical section 23, which also enters the bore 11 can be fitted. Otherwise, the body 20 has one smaller diameter than hole 11.
In seinem Inneren weist der Körper eine Ventilkammer 24 mit einer sich nach, oben verjüngenden konischen Oberfläche 25 auf, die einen Ventilsitz bildet, welcher einen Durchflußkanal 26 umgibt, der sich zwischen dem oberen Ende des Körpers 20 und der Ventilkammer 24 erstreckt. Innerhalb der Ventilkammer 24 ist ein Ventilkopf 27 hin und her verschiebbar, wird auf einem Ventilschaft 28 geführt und zentriert und wird federnd ' in eine Schließstellung (Pig. 1) beaufschlagt vermittels einer Schrauben-Druckfeder 29» die an ihrem oberen Ende an einer Innenschulter 30 des Kopfes 27 anliegt und an ihrem unteren Ende auf einer spinnenförmigen Stützscheibe 31 aufsitzt. ..'.»In its interior, the body has a valve chamber 24 an upwardly tapering conical surface 25 which forms a valve seat which has a throughflow channel 26 which extends between the upper end of the body 20 and the valve chamber 24. Inside the valve chamber 24, a valve head 27 is displaceable back and forth guided and centered a valve stem 28 and is resiliently 'acted upon in a closed position (Pig. 1) by means of a Helical compression spring 29 'which rests at its upper end on an inner shoulder 30 of the head 27 and on its lower end End rests on a spider-shaped support disk 31. .. '. »
Die Scheibe 3V wird an dem unteren Ende des Ventilkörpers 2p. durch eine Bohrung 32 gehalten,,wobei eine nach untren weisende Schulter 32 in einem Eingriff mit der Scheibe 31 steht, The disc 3V is attached to the lower end of the valve body 2p. held by a bore 32 , with a downwardly facing shoulder 32 in engagement with the disc 31,
009847/1069 " 6 "009847/1069 " 6 "
während ein Sprengring 34 oder eine andere Befestigungsvorrichtung dazu verwendet wird, die Scheibe 31 zu halten. Der Ventilschaft 27 ist in einem Stück mit der Scheibe 31 ausgebildet und steht von dieser nach oben in einen verengten Hohlraum 35 hinein vor, der an der Unterseite des Ventilkopfes 27 ausgebildet ist. Ein Mantel 36 steht von der Schulter nach unten vor, umgibt die Feder 29 und schützt in der Öffnungsstellung des Ventils (Fig. 2) die Feder 29 und den Schaft 28 gegen die korrodierende Wirkung der an dem Ventilkopf vorbei und durch mehrere, in der Scheibe 31 ausgebildete Öffnungen 37 hindurch nach unten fließenden Bohrflüssigkeit. Das obere Ende des Ventilkopfes 27 ist in der Form eines Kegels 38 ausgebildet, welcher dem Sitzkegel 25 entspricht und dazu dient, das Ventil in der Schließstellung einwandfrei gegen eine nach oben gerichtete Flüssigkeitsströmung abzudichten. while a snap ring 34 or other fastening device is used to hold the disk 31. The valve stem 27 is formed in one piece with the disk 31 and stands up from this in a narrowed cavity 35 in front, the one on the underside of the valve head 27 is formed. A coat 36 stands off the shoulder downwards, surrounds the spring 29 and protects the spring 29 and the in the open position of the valve (FIG. 2) Shaft 28 against the corrosive effect of the valve head past and through several formed in the disk 31 Openings 37 therethrough downward flowing drilling fluid. The upper end of the valve head 27 is designed in the form of a cone 38 which corresponds to the seat cone 25 and serves to properly seal the valve in the closed position against an upward flow of liquid.
Die beschriebene Konstruktion ist sehr haltbar, da der Kopf 27 von dem Schaft 28 getrennt ist und aus einem einzigen Teil besteht. Der Schaft 28 ist sehr haltbar, da er in einem Stück mit der Scheibe 31 ausgebildet ist und durch den Mantel 36 vor einem stärkeren Verschleiß geschützt wird.The construction described is very durable as the head 27 is separate from the shaft 28 and consists of a single part. The shaft 28 is very durable because it is in one Piece is formed with the disc 31 and is protected by the jacket 36 from excessive wear.
Figur 3 zeigt den größten Vorteil der Vorrichtung, nämlich daß der Hohlraum 35 innerhalb des Ventilkopfes 27 nicht kreisförmig, sondern im Querschnitt quadratisch ausgebildet 3 shows the greatest advantage of the device, namely that the cavity 35 is not circular, within the valve head 27, but of square design in cross section
009847/108$ ,009847/108 $,
^ .201793a^ .201793a
und. gleicherweise der obere Endabschnitt 28a des Schaftes 28 entsprechend nicht kreisförmig, sondern im Querschnitt quadratisch ausgebildet ist, so daß sich der Ventilköpf nicht auf dem Schaft 28 drehen kann, was bei einem runden Zapfen der Fall wäre. Daher ist die Verbindung zwischen dem Ventilkopf 27 und dem Schaft keinem raschen Verschleiß aufgrund einer gegenseitigen Bewegung in einer den Verschleiß fördernden Umgebung während des Bohrvorganges unterworfen.and. likewise the upper end portion 28a of the shaft 28 accordingly not circular, but in cross section is square, so that the valve head can not rotate on the shaft 28, which would be the case with a round pin. Hence the connection between the Valve head 27 and the stem do not wear out quickly due to mutual movement in one conveying environment during the drilling process.
Im Betrieb ist das Ventil während des Einführens des Bohrgestänges in das Bohrloch normalerweise geschlossen, so daß der Eintritt von Bohrflüssigkeit zusammen mit dem von dieser mitgeführten Abrieb in das Bohrgestänge verhindert und die Gefahr einer Verstopfung der Bohrmeißelöffnungen durch den Abrieb erheblich verringert wird. Wenn jedoch der Umlauf von Bohrflüssigkeit erneut aufgenommen wird, wird das Ventil geöffnet, dabei jedoch durch den nicht kreisförmig ausgebildeten Eingriff zwischen Schaft und Kopf an einer Drehung des Kopfes gehindert, wobei der Schaft und die Ventilfeder gegen die korrodierende oder erodierende Wirkung der Bohrflüssigkeit geschützt sind.In operation, the valve is during the insertion of the drill string normally closed in the borehole so that the entry of drilling fluid along with that from it entrained abrasion in the drill pipe prevents and the risk of clogging of the drill bit openings through the Abrasion is significantly reduced. However, when the circulation of drilling fluid is resumed, the valve will opened, but due to the non-circular engagement between the shaft and head on a rotation of the Head prevented, with the stem and the valve spring against the corrosive or erosive effect of the drilling fluid are protected.
Das Ventil der hier dargestellten Ausführungsform ist ein kombiniertes Ring- und Schiebeventil, indem es oberhalb des konischen Abschnittes 38 des Ventilkopfes 27 eine nach oben vorstehende Buchse oder einen zylindrischen Abschnitt Άθ aufweist. Dieser Buchsenabschnitt kO ragt über eine Strecke,The valve of the embodiment shown here is a combined ring and slide valve in that it has an upwardly protruding bushing or a cylindrical section Άθ above the conical section 38 of the valve head 27. This socket section kO protrudes over a distance,
die größer ist als die insgesamt mögliche Verschiebung des Ventilkopfes 27 nach unten, in den Durchflußkanal 26 hinein und dient als'eine Führung für das obere Ende des Ventilkopfes 273 durch welche Schwingungen des Kopfes aufgrund der mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmenden Bohrflüssigkeit oder Luft verhindert werden.which is greater than the total possible displacement of the valve head 27 downwards into the flow channel 26 and serves as a guide for the upper end of the valve head 27 3 by which vibrations of the head due to the drilling fluid or air flowing past at high speed are prevented.
Um in der Öffnungsstellung des Ventils (Figuren 2 und 4) einen nach unten gerichteten Durchfluß von Bohrflüssigkeit oder Luft durch die Ventilvorrichtung zu gestatten, weist die Buchse 40 eine mittige Bohrung 4l und mehrere radiale und auf dem Umfang in gegenseitigen Abständen angeordnete Öffnungen 42 auf. Vorzugsweise ist der Gesamtdurchflußquerschnitt aller Öffnungen gleich groß oder größer als der Durchflußquerschnitt durch das Ventil ohne die Buchse 40 und die Öffnungen '42, so daß durch diese keine Drosselung des Durchflusses verursacht wird.To in the open position of the valve (Figures 2 and 4) a to allow downward flow of drilling fluid or air through the valve device, the Socket 40 has a central bore 4l and several radial and on openings 42 spaced around the circumference. Preferably the total flow area is all Openings equal to or larger than the flow cross-section through the valve without the bushing 40 and the openings '42, see above that this does not cause any restriction of the flow.
Wie bereits ausgeführt, kann sich das erfindungsgemäße Ventil selbsttätig schließen, wenn durch ein in dem Bohrloch entstehendes Feuer Wärme erzeugt wird. Zu diesem Zweck besteht der Ventilkörper aus einer zusammengesetzten Einheit und weist eine Innenmanschette 43 auf, die sich innerhalb einer oberen Bohrung 44 befindet, den vorgenannten Durchflußkanal 26 bildet und an ihrem unteren Ende den konischen Ventilsitz 25 aufweist. Die Manschette 43 ist mit einem unteren FlanschAs already stated, the valve according to the invention can close automatically when caused by an emerging in the borehole Fire generates heat. For this purpose, the valve body consists of an assembled unit and has an inner sleeve 43 that extends within a upper bore 44 is located, forms the aforementioned flow channel 26 and at its lower end the conical valve seat 25 has. The cuff 43 has a lower flange
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45 versehen, der in Radia-lrichtung nach außen vorsteht und eine nach oben weisende Schulter 46 bildet, die in einen Eingriff mit einer nach unten weisenden Schulter 47 des Ventilkörpers gebracht wird, um innerhalb des Körpers 20 eine Verschiebung der Manschette 43 nach oben zu verhindern. Somit kann die Manschette 43 im Schließzustand des Ventils eine sehr große, nach oben gerichtete Kraft aushalten.45 provided, which protrudes outward in the radial direction and an upwardly facing shoulder 46 which is in engagement with a downwardly facing shoulder 47 of the Valve body is brought to prevent within the body 20 a displacement of the sleeve 43 upwards. Thus, the cuff 43 in the closed state of the valve withstand a very large upward force.
Die Manschette 43 wird in der oberen Stellung, in der die Schultern 46 und 47 in einem gegenseitigen Eingriff stehen, durch Mittel gehalten, welche die Manschette 43 bei starker Erwärmung freigeben, so daß diese eine nach unten gerichtete Bewegung ausführen kann. Diese Mittel bestehen bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Bindemittelschicht 48, die sich zwischen oder an der Grenzfläche von Manschette 43 und der Wand der Körperbohrung 44 befindet. Das Bindemittel kann aus Bleilot, Lagerweißmetall oder einem anderen thermoplastischen Material von einem geeigneten Schmelzpunkt bestehen, welches durch ein innerhalb des Bohrloches befindliches Feuer verflüssigt wird und die Manschette 43 freigibt, so daß sich diese in die in Fig. 5 dargestellte Not-Schließstellung verschieben kann, in welcher die Manschette 43 so weit nach unten verschoben ist, daß sie den Ventilkopf 27 berührt, die öffnungen 42 versperrt und in einem Eingriff mit dem Sitz 25 auf der Oberfläche 38 des Ventilkopfes steht.The cuff 43 is held in the upper position, in which the shoulders 46 and 47 are in mutual engagement, by means which release the cuff 43 when it is very warm so that it can execute a downward movement. In the exemplary embodiment shown here, these means consist of a binding agent layer 48 which is located between or at the interface between the cuff 43 and the wall of the body bore 44. The binding agent can consist of lead solder, bearing weld metal or another thermoplastic material with a suitable melting point, which is liquefied by a fire inside the borehole and releases the cuff 43 so that it can move into the emergency closed position shown in FIG , in which the sleeve 43 is shifted so far down that it touches the valve head 27, blocks the openings 42 and is in engagement with the seat 25 on the surface 38 of the valve head.
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Unter diesen Umständen wird eine weitere, nach unten gerichtete Strömung der Bohrflüssigkeit oder Luft verhindert und der Druck in der Luftpumpanlage gesteigert, woran der Bohrmeister ersehen kann, daß das Ventil geschlossen ist. Da die Luftzufuhr abgestellt ist, wird die weitere Verbrennung innerhalb des Bohrlochs nicht durch zusätzliche Luftzufuhr zu dem Feuer unterstützt.Under these circumstances, a further, downward flow of the drilling fluid or air is prevented and the Pressure in the air pumping system increased, from which the drill master can see that the valve is closed. As the air supply is turned off, further combustion within the borehole is not caused by additional air supply to the fire supports.
Es ist ohne weiteres möglich, die konstruktiven Einzelheiten abzuändern, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is easily possible to change the structural details without departing from the scope of the invention.
- Patentansprüche -- patent claims -
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