DE202004020879U1 - Drilling mud charging device for deep well-boring drill string, allowing quicker turn round of string extensions, has valve closable supply inlet and connector to string at top drive - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Fülleinrichtung zum Auffüllen von Bohrflüssigkeit in Bohrgestänge oder in Bohrzüge eines Bohrstrangs, wie sie bei Erdöl- oder Erdgasbohrungen Verwendung finden.The The invention relates to a filling device for Fill up of drilling fluid in drill pipe or in drill trains a drill string, as used in oil or gas wells Find.
Beim Betrieb von Bohreinrichtungen zum Tiefbohren, insbesondere zur Erschließung von Erdöl- oder Erdgaslagerstätten werden Bohrverfahren angewendet, bei denen Bohrflüssigkeit in bestimmten Zusammensetzungen in das Bohrgestänge eines Bohrstrang eingefüllt und zum Bohrkopf geleitet werden. Dazu sind die einzelnen Bohrgestänge hohlzylindrisch ausgebildet und an den Enden mit Öffnungen zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit bis zum Bohrkopf versehen.At the Operation of drilling equipment for deep drilling, in particular for the development of Oil- or natural gas deposits Drilling methods are used in which drilling fluid filled in the drill string of a drill string in certain compositions and directed to the drill head. For this purpose, the individual drill pipes are hollow cylindrical formed and at the ends with openings for the passage of drilling fluid provided to the drill head.
Mittels Pumpeinrichtung im Bereich der Plattform wird die Bohrflüssigkeit während des Bohrvorgangs durch das Bohrgestänge in das Bohrloch geleitet und durch am Bohrkopf angeordnete Düsen unter hohem Druck in das Bohrloch eingesprüht. Die im Bohrbetrieb anfallenden Schneidrückstände werden dadurch kontinuierlich von den Zähnen des Schneidwerkzeuges entfernt und dessen notwendige Kühlung gesichert.through Pumping device in the area of the platform becomes the drilling fluid while of the drilling process passed through the drill string in the wellbore and high pressure nozzles through nozzles located at the bit Drilled hole. The resulting in drilling operation cutting residues are thus continuous from the teeth removed the cutting tool and its necessary cooling secured.
Dabei sollte der Flüssigkeitsstand den Hohlraum des Bohrlochs möglichst vollständig ausfüllen und bis dicht zur Oberfläche der Bohrplattform reichen. Denn neben der überaus wichtigen Verminderung der Reibungsverluste des Bohrgestänges schützt die Bohrflüssigkeit auch vor unkontrollierbarem Gasaustritt, so genannten Blow-outs und dient dem Transport des Bohrkleins von der Sohle des Bohrlochs in Bohrschlammauffangvorrichtungen der Bohrplattform.there should be the fluid level the cavity of the borehole as possible Completely fill out and close to the surface the drilling platform. Because in addition to the very important reduction the friction losses of the drill string protects the drilling fluid also against uncontrollable gas leakage, so-called blow-outs and serves to transport the cuttings from the bottom of the borehole in drilling mud traps of the drilling platform.
Der Bohrstrang selbst besteht dabei aus einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Bohrzügen, welche wiederum mehrere Bohrgestänge umfassen.Of the Drill strand itself consists of a variety of each other coupled drills, which in turn has several drill pipes include.
In Abhängigkeit von dem erzielten Bohrfortschritt und der zu erreichenden Endtiefe des Bohrlochs, muss der Bohrstrang ständig durch neue Bohrgestänge verlängert werden. Die Bohrgestänge werden zu Bohrzügen zusammengefasst und durch den Elevator auf der Plattform zum Bohrloch transportiert und an den Bohrstrang angekoppelt. Zur Aufrechterhaltung des notwendigen Bohrflüssigkeitspegels im Bohrloch, was auch für eine wirkungsvolle Zirkulation der Bohrflüssigkeit von Bedeutung ist, muss mit der Verlängerung des Bohrstrangs auch Bohrflüssigkeit zugeführt werden.In dependence from the drilling progress achieved and the final depth to be achieved of the borehole, the drill string must be constantly extended by new drill string. The drill pipe become drills summarized and by the elevator on the platform to the borehole transported and coupled to the drill string. To maintain the necessary drilling fluid level in the borehole, which also for an effective circulation of the drilling fluid is important must with the extension be supplied to the drill string and drilling fluid.
Mach Abschluss der Bohrarbeiten wird das Bohrgestänge in den meisten Fällen aus dem Bohrloch entfernt und Futterrohre zur Stabilisierung und Auskleidung des Bohrlochs eingesetzt.Mach After completion of the drilling, the drill string will be off in most cases removed from the borehole and casings for stabilization and lining used the borehole.
Insbesondere auch aus Kostengründen ist es wünschenswert, die einzelnen Arbeitsschritte bei der Verlängerung des Bohrstrangs und der Aufrechterhaltung eines optimalen Bohrflüssigkeitspegels im Bohrloch mit minimalem Zeitaufwand und eine bedienerfreundlichen und zuverlässigen Technik durchzuführen.Especially also for cost reasons it is desirable the individual steps in the extension of the drill string and maintaining an optimal well level in the wellbore with minimal time and a user-friendly and reliable technology perform.
Diesem Ziel wurden zahlreiche Entwicklungsarbeiten in der Bohrtechnik unterworfen. Einen besonderen Schwerpunkt bilden dabei auch die in der Patentliteratur ausführlich beschriebenen Tools und technischen Hilfseinrichtungen, welche zum Auffüllen und zum Zirkulieren Bohrflüssigkeit verwendetet werden.this The aim was to undergo numerous development work in the drilling technique. A special emphasis is also placed on those in the patent literature in detail described tools and technical support facilities, which are used for Fill up and for circulating drilling fluid be used.
Dabei finden die konstruktive Optimierung, die störungsfreien Betriebsdauer, sowie die verfahrenstechnische Minimierung von Umrüstzeiten der entwickelten Tools besondere Beachtung.there find the constructive optimization, the trouble-free operating time, as well as the procedural minimization of changeover times Of the tools developed special attention.
So wurden beispielsweise vielfach Vorrichtungen vorgeschlagen, die eine gleichzeitige Auffüllung des Bohrstrangs und die Zirkulation von Bohrflüssigkeit zwischen dem Bohrstrang und dem Futterrohr erlauben. Solche bekannten Auffüllvorrichtungen sind meist in zylinderförmigen Gehäusen, mit einem druckbetätigten und in Achsrichtung verschiebbaren Ventil zum Öffnen und Schließen des Leitungsweges der Bohrflüssigkeit in das Bohrgestänge untergebracht.So For example, many devices have been proposed which a simultaneous replenishment of the drill string and the circulation of drilling fluid between the drill string and allow the casing. Such known filling devices are mostly cylindrical housings, with a pressure-actuated and axially displaceable valve for opening and closing the Conduction path of the drilling fluid in the drill pipe accommodated.
Zur Auffüllung von Futterrohren eines Bohrstranges werden meist so genannte Füllventile an den Bohrstrang angekuppelt und zum Teil auch in das mit Bohrflüssigkeit aufzufüllende Futterrohr abgesenkt, wo dann die mittels Pumpe zugeführte Bohrflüssigkeit über verschieden ausgelegte verschließbare Öffnungen und Düsen in den Ringraum zwischen Bohrstrang und Futterrohr abgegeben wird.to filling of casings of a drill string are usually called filling valves coupled to the drill string and partly in the with drilling fluid be refilled Lowered casing, where then the supplied by pumping drilling fluid on different designed closable openings and nozzles is discharged into the annulus between drill string and casing.
Das Füllventil verhindert auch den unerwünschten Rückfluss von verunreinigter Bohrflüssigkeit, auch Bohrschlamm genannt in den Bohrstrang nach dem Abschalten der Pumpe.The filling valve also prevents the unwanted backflow contaminated drilling fluid, Also called drilling mud in the drill string after switching off the Pump.
Einige technische Lösungen verwenden Werkzeuge, die vorteilhaft mit dem Top-Drive-Antrieb des Bohrgestells verbunden, insbesondere verschraubt werden und ebenfalls ein druckbetätigtes Einlassventil aufweisen, dass durch die strömende Bohrflüssigkeit geöffnet wird.Some technical solutions use tools that are advantageously connected to the top drive drive of the rig, in particular screwed and also a pressure-operated inlet valve show that by the flowing drilling fluid open becomes.
So
wird in der
Aus
der
Die hier beschriebene zylinderförmige Füllvorrichtung wird mit dem Top-Drive-Antrieb des Elevators und dem röhrenförmigen Bohrgestänge verschraubt. Die mit einer oder mehrerer seitlich angeordneten Auslassöffnung für die abzugebende Bohrflüssigkeit versehenen zylindrischen Wände können durch ein zwischen zwei Positionen gleitfähigem Ventil verschlossen werden.The here described cylindrical filling is bolted to the top drive of the elevator and the tubular drill string. The one or more laterally arranged outlet opening for the dispensed drilling fluid provided cylindrical walls can through a valve slidable between two positions can be closed.
Die Auffülleinrichtung findet auch zum Einzementieren von Futterrohren Anwendung und muss sowohl zum Befüllen des Bohrlochs mit Bohrflüssigkeit, wie auch zum Zementieren in das Bohrloch abgesenkt werden.The padding also applies to the cementing of casings and must both for filling the borehole with drilling fluid, as well as being lowered into the well for cementing.
Weitere
gattungsgemäße Fülleinrichtungen werden
auch in der US 2002/0189814 A1 und der
Alle diese vorbekannten Einrichtungen, sei es nun nur zum Auffüllen oder auch zum kombinierten Auffüllen und Zirkulieren von Bohrflüssigkeit weisen zahlreiche Nachteile auf.All these prior art devices, whether only for refilling or also for combined filling and circulating drilling fluid have numerous disadvantages.
So ist oft eine zeitaufwendige Prozedur zur An- und Abkopplung der vor bekannten Füllwerkzeuge und Hilfseinrichtungen an das Bohrgestänge oder den Bohrzug notwendig, sowie ein kompliziertes und störungsanfällige Absenken in das Bohrloch. Auch ist mit diesen Einrichtungen kein Befüllen der anzukoppelnden Bohrzüge während deren Einbaus in den Bohrstrang möglich.So is often a time-consuming procedure for coupling and decoupling the in front of known filling tools and auxiliary equipment to the drill pipe or the Bohrzug necessary as well as a complicated and trouble-prone lowering in the borehole. Also, with these facilities no filling the Cables to be coupled while their installation in the drill string possible.
Die mit rückgespültem Bohrschlamm verunreinigten und gleitend angeordneten Ventilteile, sowie deren Austrittsöffnungen verstopfen und müssen zeitaufwendig gereinigt werden.The with backwashed drilling mud contaminated and slidably arranged valve parts, as well as their outlet openings clog up and have to be time consuming getting cleaned.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung anzugeben, mit der diese Nachteile beseitigt werden und ein schnelles, zeitsparendes und zuverlässiges Auffüllen von Bohrzügen mit Bohrflüssigkeit gewährleistet wird.It It is therefore an object of the present invention to provide a device with which these disadvantages are eliminated and a fast, time-saving and reliable Fill up of drills with drilling fluid guaranteed becomes.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Fülleinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by the inventive filling device according to the characterizing features of claim 1.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.In the dependent claims are further advantageous embodiments and refinements of Invention specified.
Die erfinderische Lösung betrifft eine Fülleinrichtung und ein Verfahren zum Auffüllen eines Bohrstranges, von Bohrgestängen oder Bohrzügen mit Bohrflüssigkeit.The inventive solution relates to a filling device and a method for filling a drill string, from drill pipes or drills with drilling fluid.
Das erfinderische Verfahren unter Verwendung der Fülleinrichtung eröffnet die Möglichkeit, die Bohrzüge während deren Einbaus in den Bohrstrang mit Bohrflüssigkeit zu füllen. Dazu wird die einlassseitige Einfüllöffnung der Fülleinrichtung durch die Öffnungsbewegung des Füllkolbens mittels Bohrflüssigkeitsdruck geöffnet und gleichzeitig der Fließweg in die Bohrzüge freigegeben.The inventive method using the filling opens the Possibility, the drill trains while their installation in the drill string to fill with drilling fluid. To the inlet-side filling opening of the filling through the opening movement of the filling piston by drilling fluid pressure open and at the same time the flow path into the drill rigs Approved.
Das Schließen der Fülleinrichtung erfolgt erfindungsgemäß durch Anwendung einer externen Druckgasquelle, welche über ein Anschlussventil ein Druckmedium zugeführt und den Füllkolben in eine Schließstellung bewegt.The Shut down the filling device takes place according to the invention Application of an external compressed gas source, which via a connection valve, a pressure medium supplied and the filling piston in a closed position emotional.
Wesentliche Bestandteile der erfinderischen Fülleinrichtung sind ein zylindrischer Grundkörper, der eine Kolbenkammer mit mindestens einer verschließbaren Einfüllöffnung für Bohrflüssigkeit umfasst und ein Endstück zum Koppeln der Fülleinrichtung an den Top-Drive-Antriebdes Tiefbohrstranges aufweist.basics Components of the inventive filling device are a cylindrical Basic body, the a piston chamber with at least one closable filling opening for drilling fluid and an end piece for coupling the filling device to the top drive drive of the drill string.
Die erfinderische Fülleinrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein hohlzylindrischer Füllkolben zur Abgabe von Bohrflüssigkeit in den Bohrstrang in der Kolbenkammer des zylindrischen Grundkörpers axial beweglich gleitend angeordnet ist.The inventive filling device is further characterized in that a hollow cylindrical filling piston for dispensing drilling fluid in the drill string in the piston chamber of the cylindrical body axially movably sliding.
In den Hohlraum des Füllkolbens greift außerdem ein axial bewegliches Kolbenventil ein und wirkt derart mit der Kolbenkammer zusammen, dass eine durch den Bohrflüssigkeitsdruck bewirkte Öffnungsposition und eine durch einen externen Mediendruck, insbesondere Druckluft bewirkte Schließpositionen einnehmbar und wirksam ist.In the cavity of the filling piston also attacks an axially movable piston valve and thus acts with the Piston chamber together, that one through the drilling fluid pressure caused opening position and one by an external media pressure, in particular compressed air effected closing positions is ingestible and effective.
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird vorzugsweise zum Auffüllen von Bohrzügen oder Bohrgestängen mit Bohrflüssigkeit während deren Einbaus zum Nachsetzen des Bohrstrangs verwendet.The inventive device is preferably for refilling of drills or drill pipes with drilling fluid while their installation used to reposition the drill string.
Dazu wird die Fülleinrichtung auf der Bohrplattform in die Kopplungseinrichtung des Elevators eingehängt und mit dem Pumpensystem für die Zuführung von Bohrflüssigkeit, sowie einer externen Druckmedienquelle zur Betätigung des Füllventils verbunden.For this, the filling device on the Bohr platform mounted in the coupling device of the elevator and connected to the pump system for the supply of drilling fluid, and an external pressure medium source for actuating the filling valve.
Bei
dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist
es nicht notwendig die „Füllöffnung" des Tools in das
Bohrloch oder Futterrohr abzusenken oder an den Bohrstrang anzukoppeln,
was
zu erheblichen Zeiteinsparungen beim Nachsetzen der Bohrgestänge führt
Einzelheiten
der Erfindung sollen nun Anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.With this device according to the invention it is not necessary to lower the "filling opening" of the tool into the borehole or casing or to couple it to the drill string,
which leads to considerable time savings when repositioning the drill string
Details of the invention will now be explained in more detail with reference to drawings and an embodiment.
Es zeigen:It demonstrate:
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die erfindungsgemäße Fülleinrichtung von Bohrflüssigkeit in einen Bohrzug der zur Verlängerung des Bohrstrangs während des Einbaus dient. In Abhängigkeit von der zu erreichenden Bohrlochtiefe muss dieser Vorgang sehr häufig wiederholt werden. Die Häufigkeit der zur Verlängerung des Bohrstrangs einzusetzenden und aufzufüllenden Bohrzüge, sowie die dafür benötigte Umrüstzeit sind dabei durch die verwendete Technik beeinflussbare Optimierungsgrößen. Die einzelnen Bohrgestänge oder die zu einem Bohrzug zusammengefassten Bohrgestänge werden dann in den Elevator eingehängt, mit dem im Bohrloch befindlichen Bohrstrang gekoppelt, sowie in das Bohrloch abgesenkt.The embodiment refers to the filling device according to the invention of drilling fluid in a Bohrzug the extension of the drill string during the installation is used. In dependence of the depth of the hole to be reached, this process must be repeated very often become. The frequency the extension of the drill string to be used and replenished, and the one for that needed changeover are influenceable by the technology used optimization variables. The single drill pipe or the Bohrgestänge summarized into a Bohrzug then hooked in the elevator, coupled with the downhole drill string, as well as in lowered the borehole.
Zur
Ankopplung an den Top-Drive-Antrieb des Elevators wird die erfindungsgemäße Fülleinrichtung
mit einem zwischengesetzten Schonstück verschraubt. Dazu ist der
zylindrische Grundkörper
Die
Fülleinrichtung
verfügt
weiterhin über
einen Anschluss
Die
externe regelbare Druckluftquelle, welche insbesondere als pneumatische
Steuereinheit ausgebildet ist, wird dann mittels Druckluftschlauch mit
dem Anschluss
Das
Anschlussventil
Weitere
erfindungswesentliche Komponenten der Fülleinrichtung sind das ebenfalls
im Grundkörper
Das
Kolbenventil
Der
am auslassseitigen Ende der Ventilführungsstange
Der
röhrenförmig ausgebildete
Füllkolben
Im folgenden soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung näher erläutert werden.in the The following is the operation of the filling device according to the invention be explained in more detail.
Nach
erfolgter Ankopplung der Fülleinrichtung
an den Top-Drive-Antrieb des Bohrstrangsmittels Schonstück oder
Zwischenstück
und Schraubverbindung, dem Anschluss der Bohrflüssigkeitszuleitung und der
Druckluft über
das Anschlussventil
Nun
ist die Ringpumpe für
die Zuführung
der Bohrflüssigkeit
im Stand anzufahren und die über
einen Druckschlauch, den Top-Drive-Antrieb und durch das Schonstück strömende Bohrflüssigkeit öffnet gegen
die Federkraft der Ventilrückstellfeder
So
gelangt die Bohrflüssigkeit
durch die Kolbenkammer
Der
Füllkolben
wird beispielsweise durch einen Spülungsdruck der Bohrflüssigkeit
von ca. 9 Bar nach unten geschoben bis das interne Kolbenventil
Der Hub des Füllkolbens soll hier etwa 60 cm betragen. Es werden aber auch andere Hub-Parameter entsprechend den konstruktiven Erfordernissen anderer Bohranlagen durch diese Erfindung erfasst.Of the Stroke of the filling piston should be about 60 cm here. But there are also other stroke parameters according to the design requirements of other drilling rigs detected by this invention.
Die Füllgeschwindigkeit mit der nun der Bohrzug aufgefüllt wird, sollt vorzugsweise 250 l/min nicht übersteigen.The Filling speed filled with the now the Bohrzug preferably should not exceed 250 l / min.
Nach
Abschluss des Auffüllvorgangs
und Abstellen der Ringpumpe schließt das Ventil und führt zur
Entleerung der Kolbenkammer
Dazu wird den an der pneumatischen Steuereinheit angeordnete Schalthebel in die Position „Piston up" gestellt.To becomes the shift lever arranged on the pneumatic control unit in the position "Piston up ".
Dadurch zieht sich der Füllkolben in das Kolbengehäuse zurück.Thereby the filling piston pulls into the piston housing back.
Um das Herausspritzen der Bohrflüssigkeit zu vermeiden, sollte vorzugsweise ein Zug trocken bleiben und das zu pumpende Volumen vorher berechnet und an der Bohrflüssigkeits-Pumpeneinrichtung eingestellt werden.Around the ejection of the drilling fluid too Avoid, preferably, a train should remain dry and that too pumping volumes previously calculated and at the drilling fluid pumping device be set.
Nach
Beendigung des Füllvorgangs
wird die Ringpumpe auf der Bohrplattform abgeschalte, und es erfolgt
die automatische Entleerung der Kolbenkammer
Durch
Betätigung
des Hebels „Piston
up" der pneumatischen
Steuereinheit wird Druckluft über
das Anschlussventil
Durch
die Schließbewegung
des Füllkolbens
Zum
wirksamen und störungsfreiem
Betrieb der Fülleinrichtung
ist in diesem bevorzugtem Ausführungsbeispiel
ein Spülungsdruck
der Bohrflüssigkeit
von Mindesten 9 Bar und eine Druckluftversorgung auf dem Ringfloor
von mindestens
Neben der leichten Bedienbarkeit und der schnellen Montage oder Demontage der Fülleinrichtung ist auch deren dauerhaft zuverlässiger Betrieb von besonderem Vorteil. Die Verstopfungs- und Verschmutzungsgefahr, sowie das Auftreten von Fehlfunktionen werden durch die vorliegende konstruktive erfinderische Lösung minimiert. Sehr vorteilhaft ist auch die zu erreichende Zeitersparnis bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Tools. So kann beispielsweise eine Zeitersparnis von einer Minute und 50 Sekunden pro einzubauenden dreier Zug gegenüber herkömmlichen bekannten Einfüll- und/oder Zirkuliervorrichtungen erzielt werden.Next ease of use and quick assembly or disassembly the filling device is also their permanently reliable Operation of particular advantage. The risk of clogging and contamination, as well as the occurrence of malfunctions are caused by the present constructive innovative solution minimized. Also very advantageous is the time savings to be achieved in the application according to the invention of the tool. For example, a time saving of one minute and 50 seconds per three train to install compared to conventional known filling and / or circulating devices are achieved.
Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung einer externen Druckluftquelle zur
zuverlässigen
Betätigung
des Füllkolbens
Hier
wird nicht nur der Gegendruck der Bohrflüssigkeit zum Verschluss des
Bohrstrangs durch das Kolbenventil
Erfindungsgemäß erfolgt also und die Befüllung neuer Bohrzüge mit Bohrflüssigkeit schon während deren Ankoppelung an den Bohrstrang und während deren Einbauzeitzeit.According to the invention so and the filling new drill trains with drilling fluid already during their coupling to the drill string and during their installation time.
- 11
- zylindrischer Grundkörpercylindrical body
- 22
- Endstück des Grundkörpers mit VerschraubungEnd piece of the main body with screw
- 33
- Einfüllöffnungfill opening
- 44
- Kolbenventilpiston valve
- 55
- Kolbenkammerpiston chamber
- 66
- einlassseitiger Ventilteller des Kolbenventilsinlet-side Valve disc of the piston valve
- 77
- auslassseitiger Ventilstopfen des Kolbenventilsoutlet side Valve plug of the piston valve
- 88th
- VentilführungsstangeValve guide rod
- 99
- hohlzylindrischer Füllkolbenhollow cylindrical filling piston
- 1010
- Anschlussventil für Druckmediumconnection valve for printing medium
- 1111
- VentilrückstellfederValve return spring
- 1212
- Ringanschlag mit Nut des Füllkolbensannular stop with groove of the filling piston
- 1313
- Dichtmittel der Füllkolbenführungsealant the filling piston guide
- 1414
- Anschlag/VentilsitzStop / valve seat
- 1515
- FüllkolbenführungFüllkolbenführung
- 1616
- DruckmedienanschlussMedia Connection
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