DE2252438A1

DE2252438A1 - Selbsttaetige alarm- und stillsetzvorrichtung fuer eine oel- bzw. gasbohranlage

Info

Publication number: DE2252438A1
Application number: DE2252438A
Authority: DE
Inventors: Iii Phil H Griffin; Martin J Sharki
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1971-10-22
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1973-04-26
Also published as: US3746102A; GB1378206A; FR2156742B1; FR2156742A1; NL7212836A; NO136002B; NO136002C; CA963888A; JPS4850901A

Description

Selbsttätige Alarm- und Stillsetzvorrichtung für eine öl- bzw. Gasbohranlage .

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auslösen eines' Alarms bei einer Öl- oder Gasbohranlage bzw. zu deren Stillsetzen im Gefahrenfall.

Es ist bekannt, daß bei Öl- oder Gasbohrungen in Erdschichten eine erhöhte oder wachsende Eindringgeschwindigkeit ein Vorhandensein von potentiellen Gefahrensituationen anzeigt,, wozu beispielweise gerade das Eintreten des Bohrmeißels und -stranges in eine Gastasche gehört, was zum Ausblasen des Bohrlochs führen kann. In einem solchen Fall wird es allgemein als wünschenswert angesehen, den Bohrvorgang zu beenden, was S₉B₀ durch Abheben des Bohrstranggewichts vom Meißel geschehen kann,, Bei von Hand betätigten Bohranlagen wird das dadurch erreicht, daß die Bedienungsperson ein Anzeigegerät für die Sindringgeschwindigkeit überwacht und bei einer übermäßigen Erhöhung der Eindringgeschwindigkeit die Handsteuerung betätigt»

Man kann ein plötzliches Anschwellen der Eindringgeschwindigkeit . als Bohreinbruch oder -<

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Es ist bekannt, einen solchen Bohreinbruch visuell zu beoachten und das Hebewerk von Hand in Abhängigkeit von dieser Beobachtung zu betätigen. Diese Art der Überwachung hat verschiedene Nachteile, da menschliches Versagen hier nie auszuschließen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Eindringgeschwindigkeit selbsttätig überwacht werden kann und die dazu dient, auch das Hebewerk zum Unterbrechen des Bohrvorgangs in Tätigkeit zu setzen. Insbesondere soll das Hebewerk dann in Tätigkeit treten, wenn die Eindringgeschwindigkeit für ein gegebenes Tiefenintervall oder ein vorbestimmtes Zeitintervall einen bestimmten Wert überschreitet. Anstelle der genannten Intervalle können auch andere variable Parameter treten.

Der Lösung dieser Aufgabe dient eine Vorrichtung zum Auslösen eines Alarms einer öl- oder Gasbohranlage bzw. zu deren Stillsetzen la Gefahrenfall, die gekennzeichnet ist durch ein die Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels und/oder des zugehörigen Bohrstranges in eine Erdschicht selbsttätig überwachendes Gerät, das ein auf diese Geschwindigkeit funktionell bezogenes Signal erzeugt, auf das eine das dem Bohrmeißel oder -strang zugeordnete Hebewerk betätigende Einrichtung anspricht, wenn die Eindringgeschwindigkeit über einer vorbestimmten Höhe liegt. Hierbei kann das Hebewerk in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Eindringgeschwindigkeit gesteuert werden, wenn diese während eines gegebenen Zeitintervalls oder wenn diese während eines gegebenen Tiefenintervalls des Bohrmeißels zu hoch ist. Ferner ist vorgesehen, eine oder mehrere Alarmvorrichtungen zu betätigen, wenn während eines bestimmten Zeit- oder Tiefenintervalls die Eindringgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung von AusfUhrungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes.

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Fig. 1 ist eine teilweise geschnitten dargestellte schematische Ansicht einer Bohrvorrichtung, bei der die Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zur Überwachung der Eindringgeschwindigkeit und der -tiefe eines Bohrmeißels gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild für die Verwendung der überwachten Eindringgeschwindigkeit als eine Funktion der Tiefenintervalle des Bohrmeißels innerhalb der Erdschichten und zur Auslösung von Alarmen bzw. zur Betätigung des Hebewerke in Auswirkung der Signale.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer gegenüber dem Beispiel der Fig. 3 abgewandelten Schaltung, wobei die überwachte Eindringgeschwindigkeit dazu dient, Alarme auszulösen und das Hebewerk zu betätigen, und zwar in Abhängigkeit von der Eindringgeschwindigkeit, die ein vorbestimmtes Maß während eines festgelegten Zeitraums überschreitet.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Bestimmung der Eindringgeschwindigkeit und der Tiefe eines Bohrmeißels in ein Bohrloch besteht aus einer Bohrplattform 10, die auf der Erdoberfläche, von der aus eine Erdbohrung 11 oder ein Bohrloch niedergebracht wird, gelagert ist. Innerhalb des Bohrlochs 11 befindet sich ein Bohrstrang 12, an dessen unterem Ende ein Bohrmeißel 13 befestigt ist. Ein Bohrgerät 14, das ein übliches Hebewerk 15 hat, steht auf der Plattform 10. Der Bohrstrang 12 besteht aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Rohrabschnitten, die in einer Bohrstange 16 auslaufen, an die sich ein Bohrwirbel 17, ein Haken 18 und ein Hampelmann 19 anschließen, wobei letzter über ein Bohrseil 20 an einer Turmrolle 21 aufgehängt ist. Das Hebewerk treibt auch einen Drehtisch 22, der auf die Bohrstange 16 wirkt. Das eine Ende des Bohrseils 20, d.h.das schnelle Seil 20a, läuft zum Hebewerk 15, das den Antrieb für die Betätigung des Bohrstrangs enthält.

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Das andere Ende des Bohrseils 20 liegt an der Verankerung 24 fest. Dir Teil 23 des Bohrseils, der zwischen der Verankerung 24 und dem Oberteil der Turmrolle 21 verläuft, wird als"totes Seil" bezeichnet.

Die Verankerung 24 wird normalerweise, obwohl das nicht besonders dargestellt ist, eine Aufwickeltrommel und kann, wenn gewünscht, einen Fühler zur überwachung des auf den Bohrmeißel lastenden Gewichts enthalten, wofUr die US*PS 3 461 976 ein Beispiel zeigt.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, führt ein Seilzug 31» der am einen Ende mit dem Hampelmann 19 verbunden ist, über eine am Bohrgerüst 14 befestigte Rolle 32. Der Seilzug 31 läuft dann über die Rolle 33 zu einer Aufwickeltrommel 34. Die in Fig. 2 nochmals gezeigte Rolle 33 und die Aufwickeltrommel 34 sind auf einem Träger 35, der am Bohrgerüst 14 oder einer anderen geeigneten Stelle befestigt ist, gelagert. Wie noch erklärt werden wird, treibt die Rolle 33 einen Impulserzeuger an, dessen Spannungsausgang an der Leitung 38 liegt, die Bit einem Schaltkreis 40 verbunden ist, der als "elektronischer Zähler" bezeichnet ist. über diesem Zähler 40 sind ein visuell zu beobachtendes Überwachungsgerät (Monitor) 41 und ein Aufzeichnungsgerät (Recorder) 37 angeordnet. Der Zähler 40 enthält im allgemeinen die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schaltkreise bzw. die Alternativausführung nach Fig. 4.

In Fig. 2 ist die vom Seilzug 31 angetriebene Rolle 33 dargestellt, die Ihrerseits die drehende Verschlüsselungseinrichtung 45 antreibt, welche die Drehbewegung der Rolle 33 In elektrische Impulse umsetzt. Hler kann z.B. eine Verschlüsselungseinrichtung nach der US-PS 3 426 303 zur Anwendung kommen. Wenn die Rolle 33 gedreht wird, treten auf diese Welse elektrische Impulse an der Leitung 38 auf. Durch eine übliche Übersetzung erzeugt die Ausgangsseite der Einrichtung 45 bei Jeder Umdrehung der Welle 44 jeweils 100 elektrische Impulsemmit vorzugsweise einem Rechteckwellenausgang. Die Ausgangsseite der Verschlüsselungseinrichtung 45 ist an einen üblichen Filter- und Pufferkreis 46

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angeschlossen, der in eine Torschaltung 47 übergeht. Mit dieser Torschaltung 47 ist eine Sperrschaltung 48 verbunden, die, wenn gewünscht, lediglich ein Handschalter sein kann, der zum Schließen der Torschaltung 47 jeweils dann betätigt wird, wenn der Seilzug 31 in seiner Laufrichtung umkehrt. Eine derartige Sperrschaltung ist von Vorteil, um eine elektrische Anzeige über den Weg zu liefern, und zwar nur dann, wenn der Hampelmann 19 und die Bohrstange 16 sich abwärts bewegen. Wenn es jedoch für besser gehalten wird, kann die Sperrschaltung 48 selbsttätig auf die Bewegung der Bohrstange 16 in Abwärtsrichtung ansprechen und die Torschaltung 47t wann immer die Bohrstange eine Aufwärtsbewegung ausführt, auch schließen, z.B. durch eine Eintourenkupplung. Andererseits kann die Sperrschaltung 48 auch auf eine gegebene Geschwindigkeit des Bohrmeißels, auf dessen Gewicht oder auf den Bohrklein-Pumpendruck, um nur einige Beispiele zu nennen, selbsttätig ansprechen.

Der Ausgang der Torschaltung 47 verzweigt sich, wie gezeigt ist, in zwei Richtungen. In der einen Richtung treibt die Torschaltung 47 eine Reihe von elektronischen Zählern 49» 50 und 51, die jeweils ein Verhältnis von 10 : 1 haben, d.h., daß bei diesem Verhältnis für jeweils zehn eingehende Impulse nur ein Impuls am Ausgang auftritt. Der Ausgang des Zählers 51 ist an eine übliche Akkumulatorschaltung 52 angeschlossen, die einen Dioden-Matrix- und Pufferkreis 53 treibt, der seinerseits den Ausgabekreis 54 steuert. Dieser betätigt den visuell zu beochatenden Monitor

Durch eine geeignete (nicht erläuterte) Übersetzung führt im Betrieb der Schaltung nach Fig. 2 die Welle 44 beispielsweise für je 60 cm Weg des Seilzuges 31 zwanzig Umdrehungen aus. Für je 30 cm Seilzugweg werden von der Welle 44 zehn Umdrehungen ausgeführt. Da die Verschlüsselungseinrichtung 45 pro Umdrehung 100 Impulse erzeugt, beträgt der Ausgang der Einrichtung 45 pro 30 cm Seilzugweg 1000 Impulse. Weil die in Reihe liegenden Zähler 49, 50 und 51 eine Verminderung von einem Ausgang für jeweils 1000 Impulse von der Torschaltung 47 herbeiführen, ist klar, daß der Ausgang des Zählers 51 einen einzigen Impuls für je 30 cm Weg des Seilzuges 31 erzeugt. Der Ausgang der Akkumu-

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latorschaltung 52, dargestellt durch fünfDekaden einer BCD-Ausgabe mit 21 Linien, wird dann an den Dioden-Matrix-und Pufferkreis 53 angeschlossen, um die Ausgabeschaltung 54 und den visuell zu beobachtenden Monitor 41 zu betätigen.

Der Ausgang des Zählers 49 mit 100 Impulsen pro 30 cm Weg des Seilzuges 31 ist an die Treiberstufe 55 angeschlossen, die das Aufzeichnungsgerät ("Recorder") 37« beispielsweise ein Impulsegetriebener, handelsüblicher Recorder, treibt, und zwar in Abhängigkeit von der Bewegung des Seilzuges 31 und damit von der Tiefe des Bohrmeißels. Ein derartiger Recorder hat üblicherweise eine vertikale Skala, wobei etwa 12,7 cm einem Weg von etwa 30 m entsprechen. Da der Ausgang des Zahlers 49 für Je 30 cm Weg 100 Impulse liefert, kehrt die Treiberstufe den 100-er Zyklus pro 30 cm Eingabe in einen solchen um, der notwendig ist, um einen Weg von etwa 2,5 cm des Aufzeichnungsstreifens im Recorder 37 für je ca. 6m Weg des Seilzuges 31 herbeizuführen.

Der Ausgang der Torschaltung 47 ist auch mit einem monostabilen Multivibrator 60 verbunden, dessen Ausgang an einem Filter 61 liegt, um einen Operationsverstärker 62 zu betätigen. Dieser ist mit seinem Ausgang an ein Dämpfungsglied 63 angeschlossen, das den Recorder 37 treibt. Da der Ausgang des Verstärkers für die Geschwindigkeit, mit der der monostabile Multivibrator 60 arbeitet, kennzeichnend ist, gibt der Ausgang'des Verstärkers 62 auch eine Anzeige über die Geschwindigkeit, mit der sich der Seilzug 31 bewegt und damit über die Eindringgeschwindigkeit des im Bohrsystem verwendeten Bohrmeißels. Der Ausgang des Verstärkers 62 liegt vorzugsweise zwischen 0 und 5 Volt Gleichspannung, seine Amplitude ist direkt proportional zur Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels. Da der Recorder 37 im Zusammenhang mit der Gesamttiefe, die der Bohrmeißel erreicht hat, getrieben wird, ist klar, daß die Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels als Funktion dessen Tiefe am Recorder 37 aufgezeichnet wird.

Aus noch zu erläuternden Gründen sind der Ausgang des Verstärkers 62 mit einer Ausgangsklemme 70 und der Ausgang des Zählers 51 mit einer Ausgangsklemme 71 verbunden. - 7 -

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Ausgangsklemme 70 mit dem Eingang eines Spannungsdiskriminators 72 verbunden, dessen Ausgang an einer Verzweigungsstelle 73 liegt, welche an einen der zwei Eingänge eines UND-Gatters 74 angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit einer Batterie 75 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 74 führt zu einer Alarmvorrichtung 76 ("erster Alarm¹¹), die eine visuell« zu beobachtende Überwachungseinrichtung sein kann, z.B. ein Rotlicht, die aber auch einen hörbaren Alarm durch ein Horn oder eine Sirene geben kann.

Von der Verzweigungsstelle 73 führt auch eine Leitung zu einem der beiden Eingänge des UND-Gatters 77, dessen anderer Eingang an der Ausgangsklemme 71 liegt. Der Ausgang des UND-Gatters ist mit den Eingängen der Zähler 78 und 79 verbunden, die ein Zählverhältnis von 5 : 1 bzw. 10 : 1 haben. Der Ausgang des Zählers 78 liegt an einem der beiden Eingänge eines mit zwei Eingängen versehenen UND-Gatters 80, dessen anderer Eingang von der Verzweigungsstelle 73 kommt. Der Ausgang des Zählers ist mit einem der beiden Eingänge eines mit zwei Eingängen versehenen UND-Gatters 81 verbunden, dessen anderer Eingang ebenfalls von der Verzweigungsstelle 73 kommt. Von dieser Verzweigungsstelle 73 führt auch eine Leitung zu dem umkehrenden oder negativen Eingang des Wechselrichters (Negators) 82, dessen positiver Eingang geerdet ist. Der Ausgang des Wechselrichters 82 ist mit den Rückstelleingängen der Zähler 78 und 79 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 80 führt zu einer Alarmvorrichtung 83 ("zweiter Alarm"). Es ist klar, daß diese Vorrichtung visuell oder akustisch oder in Kombination dieser Möglichkeiten arbeiten kann.

Der Ausgang des UND-Gatters 81 ist mit der Spule eines Relais der "Hebewerk-Steuerung " verbunden. Der Schieber des Steuerrelais 84 steht mit einer Batterie 85 oder einer anderen geeigneten Stromquelle in Verbindung, und der normalerweise offene Kontakt des Relais 84 liegt über den Leiter 86 am Hebewerk 15.

Es ist klar, daß im Betrieb der Schaltung nach Fig. 3 das an

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der Ausgangsklemme 70 auftretende Signal eine Gleichspannung von 0-5 Volt hat, die für die Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels kennzeichnend 1st. Das an der Ausgangeklemme 71 auftretende Signal ist ein impulsförmiges Gleichstromsignal, und jedes dieser Signale ist kennzeichnend für eine Tiefe von etwa 30 cm des Bohrkopfs. Der Diskriminator 72 liefert eine Spannungsdiskriminierung am eingehenden Signal für die Eindringgeschwindigkeit in der Weise, daß an der Verzweigungsstelle 73 kein Signal liegt, wenn nicht die an der Ausgangsklemme 70 vorhandene Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Beispielsweise könnte der Diskriminator 72 auf eine 4,0 V-Höhe eingestellt sein und nur solche Signale durchgehen lassen, die über diese Höhe liegen. Wenn beispielsweise an der Verzweigungsstelle 73 ein Signal erscheint, so bewirkt dieses in Verbindung mit der Spannungsquelle 75, die am anderen Eingang des UND-Gatters 74 liegt, daß dieses einblendet oder schließt, und die Alarmvorrichtung 76 betätigt wird, wodurch angezeigt wird, daß der vorbestimmte Wert der Eindringgeschwindigkeit überschritten worden ist. Obwohl es nicht besonders dargestellt 1st, kann vorteilhafterweise eine Verzögerungsleitung vor der Alarmvorrichtung 76 liegen, um vorübergehende Auswanderungen oder Auslenkungen der Eindringgeschwindigkeit an einem Auslösen der Alarmvorrichtung 76 zu hindern.

Das an der Verzweigungsstelle 73 anliegende Signal bewirkt auch, daß das UND-Gatter 77 in Verbindung mit einem die Tiefe anzeigenden Signal an der Ausgangsklemme 71 eingeblendet oder geschlossen wird. Auf diese Weise erzeugt das UND-Gatter 77 jedesmal, wenn ein Tiefenimpuls an der Klemme 71 vorliegt und an der Verzweigungsstelle 73 ein Eingangssignal vorhanden ist, ein Ausgangssignal, das von seinem Ausgang in die beiden Zähler 78 und 79 gegeben wird. Sobald der Zähler 78 fünf Impulse vom UND-Gatter 77 empfangen hat, erzeugt der Zähler 78 einen Ausgangsimpuls, der anzeigt, daß der Bohrkopf einen Weg von etwa 1,5 m seit Feststellen des Bohrdurchbruchs durchlaufen hat. Der Ausgang des Zählers 78 treibt einen der Eingänge des UND-

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Gatters 80, und wenn an der Verzweigungsstelle 73 noch· ein Signal vorliegt, so wird das UND-Gatter 80 eingeblendet und damit die Alarmvorrichtung 83 betätigt. Sollte äer Zähler eine unter Fünf liegende Zahl, beispielsweise Vier, registriert haben, und das Signal an der Verzweigungsstelle 73 ist nicht länger vorhanden, was bedeutet, daß die Eindringgeschwindigkeit nunmehr geringer ist als die vorbestimmte Höhe von 4 V, so geht das Signal an den negativen Eingang des Wechetlrichters (Inverters) 82 und damit wird ein positives Signal am Ausgang des Inverters 82 erzeugt, d.h., ein "Rückstellsignal". Der Zählerfwird somit auf seine Null-2ählstellung zurückgeführt.

Das UND-Gatter 77 treibt auch den Zähler 79, der in Abhängigkeit von zehn Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls erzeugt, d.h., der" Zähler 79 liefert einen Ausgangsimpuls für jeweils etwa 30 m Weg des Bohrkopfes. In einem solchen Fall wird das UND-Gatter 81 eingeblendet , wenn an der Verzweigungsstelle 73 noch ein Signal vorhanden ist, und damit wird ein Impuls am Ausgang des UND-Gatters 81 erzeugt, um die Hebewerk-Steuerung 84 zu betst£gsi^ Deren Betätigung bewirkt, daß die Spannungsquelle 85 vom Schieber des Relais 84 zum normalerweise offenen Kontakt dieses Relais gelangt, um so die Spannungsquelle 85 an den Leiter 86 zu legen, der dem Hebewerk verbunden ist und dieses in Gang setzt. Eine derartige Betätigung schließt normalerweise das Abziehen des Gewichts vom Bohrmeißel ein, Jedoch können damit auch andere Vorgänge verbunden sein, wie beispielsweise die Beendigung der Drehbewegung des Bohrstranges. Hat der Zähler 79 weniger als Zehn gezählt, z.B. Acht» so hat der Wechselrichter 82 eine Ausgangsspannung, wie sie im Zusammenhang mit dem Zähler 78 beschrieben wurde, und der Zähler 79 geht in seine Null-Zählungsstellung zurück.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß mit einer Schaltung nach Fig. 3 ein erster Alarm gegeben wird, wenn das Eindringgeschwindigkeitssignal, das an der Klemme 70 anliegt, einen vorbestimmten Wert überschritten hat, und daß ein zweiter Alarm gegeben wird, wenn der Bohrmeißel ein vorbestimmtes Tiefenintervall durch-

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messen hat, z.B. 1,5 π», und daß letztlich das Hebewerk in Abhfngigkelt vom Weg des Bohrmeißels für ein zweites vorgege- ν bones Tiefenintervall, z.B. etwa 3 m_f betätigt wird.

Bei der Ausf Uhrungsform nach Fig, 4 werden die beiden Alarme und die Hebewerk-Steuerung in Abhängigkeit vom vorbestimmten Wert der Eindringtiefe betätigt, wenn diese in einem vorbestimmten Zeitintervall gegenüber einem bestimmten Tiefenintervall oder -Intervallen überschritten wird, wie das zu Fig. 3 beschrieben wurde. Die Ausgangsklemme 70 ist bei der Schal- _ tung nach Fig. 4 an einen Spannungsdiskriminator 72A angeschlosen, denen Ausgang an der Verzweigungsstelle 73A und an einem der Eingänge des UND-Gatters 74A liegt. Der andere Eingang dieses Gatters 74A ist mit einer Spannungsquelle 75A verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 74A führt zu einer Alarmvorrichtung 76a (erster Alarm¹¹). Von der Verzweigungsstelle 73A führt auch ein Anschluß zu einem Schaltverzögerungskreis 90 mit einem ersten und zweiten Ausgang 91 bzw. 92. Der erste Ausgang 91 liegt an einem der Eingänge eines UND-Gatters 8OA, dessen anderer Eingang mit der Verzweigungsstelle 73A verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 8OA führt zu einer Alarmvorrichtung 83A ("zweiter Alarm¹¹). Der zweite Ausgang 92 des Schaltverzögerungskreises 90 ist mit einem der Eingänge eines UND-Gatters 81A verbunden, dessen anderer Eingang an der Verzweigungsstelle 73A angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gatters 81A ist mit der Spule des Relais Θ4Α ("Hebewerk-Steuerung") verbunden. Eine Spannungsquelle 85A liegt am Schieber des Relais 84A, während ein Leiter 86A, der zum Hebewerk 15 führt, am normalerweise offenen Kontakt des Relais 84A liegt. Mit der Verzweigungsstelle 73A ist auch der umkehrende oder negative Eingang des Wechselrichters (Negators) 82A verbunden, dessen positiver Eingang geerdet ist. Der Ausgang des Wechselrichters 82A, der mit "Rückstellen" bezeichnet ist, führt zum Schaltverzögerungskreis 90.

Im Betrieb dieser Schaltung wird das an der Eingangsklemme 70 auftretende Signal an den Spannungsdiskriminator 72A, dessen

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Diskriminierungspegel einen vorbestimmten Wert hat, z.B. 4 V Gleichspannung, gelegt. Damit liegt an der Verzweigungsstelle 73A keine Spannung, um das UND-Gatter 74A einzublenden, wenn nicht der vorbestimmte Spannungswert überschritten worden ist. Falls eine übermäßige Eindringgeschwindigkeit vorliegt, wird das UND-Gatter 74A eingestellt und damit an der Vorrichtung 76A ein Alarm ausgelöst. Das an der Verzweigungsstelle 73A auftretende Signal, das eine überhöhte Eindring-geschwindigkeit kennzeichnet, wird auch an den Schaltverzögerungskreis 90 gelegt. Nach einer vorbestimmten ersten Verzögerung von beispielsweise 15 see tritt am ersten Ausgang 91 ein Signal auf, das das UND-Gatter 8QA einblendet, wenn das Signal für eine übermäßige Eindringgeschwindigkeit noch an der Verzweigstelle 73A vorhanden ist, so daß für das UND-Gatter 8OA ein zweiter Eingang geliefert wird. In diesem Fall wird das UND-Gatter 8OA betätigt, und die Alarmvorrichtung 83A ausgelöst. Nach einem zweiten vorbestimmten Zeitintervall von beispielsweise 30 see tritt am zweiten Ausgang 92 ein Signal auf, und das UND-Gatter 81A wird, wenn an der Verzweigungsstelle 73A noch das Signal für eine übermäßige Eindringgeschwindigkeit vorhanden ist, betätigt* Damit erscheint am Ausgang des UND-Gatters 81A ein Signal, das die Hebewerk-Steuerung 84A einschaltet, so Aß die Spannungsquelle 85A mit dem zum Hebewerk 15 führenden Leiter 86A verbunden wird.

Falls an der Verzweigungsstelle 73A kein Signal vorhanden ist, bevor das erste vorbestimmte Zeitintervall, beispielsweise 14 see, überschritten wird, so gibt der Wechselrichter 82A ein Rückstellsignal an den Schaltverzögerungskreis 90, das die Zeitschaltung auf den Null-Zustand zurückführt. Falls die übermäßige Eindringgeschwindigkeit nicht für wenigstens das erste vorbestimmte Zeitintervall, im erwähnten Beispiel sind das 15 see, vorhanden ist, dann*wird damit der zweite Alarm 83A nicht ausgelöst. Für den Fall, daß das zweite vorbestimmte Zeitintervall nicht überschritten ist, wird auch die dem Ausgang 92 zugeordnete Zeitschaltung auf Null zurückgestellt und die Hebewerk-Steuerung wird nicht betätigt.

Zusammengefaßt ergibt sich aus der Schaltung nach Fig. 4, daß,

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wenn der Bohrmeißel eine vorbestimmte Absenkgeschwindigkeit überschreitet, der Alarm 76A ausgelöst wird. Wenn die überhöhte Einnringgeschwindigkeit für ein erstes vorbestimmtes Zeitintervall vorliegt, wird der Alarm 83A ausgelöst, und wenn diese für ein zweites vorbestimmtes Zeitintervall gegeben ist, wird die Hebewerk-Steuerung 84A eingeschaltet, womit das Hebewerk in Tätigkeit tritt.

Gemäß der Erfindung können somit eine oder mehrere Alarmvorrichtungen ausgelöst und das dem Bohrstrang sowie Bohrmeißel zugeordnete Hebewerk in Abhängigkeit vom unterschiedlichen Tiefenund/öder Zeitintervallen gesteuert und betätigt werden. Es ist jedoch klar, daß die Beispiele für Zeit- und Tiefenintervalle lediglich der Erläuterung dienen. Beispielsweise können anstelle von Tiefenintervallen von 1,5 und 3 m auch solche von 30 oder 60 cm oder irgendwelche andere gewählt werden. Gleicherweise können die Zeitintervalle gegenüber den erläuterten unterschiedlich sein. Anstelle von Intervallen mit 15 und 30 see können solche von 30 und 60 see oder irgendwelche anderen Intervalle gewählt werden, um den erwünschten Schutz zu bieten, wenn ein Bohrdurchbruch auftritt. Auch ist klar, daß anstelle der elektrischen Schaltkreise auch pneumatische Vorrichtungen zur Anwendung kommenkönnen, wie auch andere Parameter als Tiefen- und Zeitintervalle dazu dienen können, die Alarmvorrichtungen und die Steuersysteme bei Auftreten einer übermäßigen Eindringgeschwindigkeit zu betätigen. Obwohl bei Betätigung des Hebewerks das Gewicht vorzugsweise direkt vom Bohrmeißel abgehoben wird, so wird ferner vorzugsweise in Betracht gezogen, daß der Meißel in seiner Bohrarbeit fortfährt, ohne hierbei den Hampelmann zu bewegen, um das Gewicht zurückzusetzen. Auf diese Weise wird das Gewicht vom Meißel "weggebohrt^H, was aber dessenungeachtet über längere Zeit die Wirkung des Abhebens des Gewichts vom Meißel hat.

Durch die Erfindung wird somit eine Vorrichtung geschaffen, die die Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels und/oder Bohr-

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stranges in eine Öl- oder Gasbohrung überwacht, wobei ein aus dieser Überwachung resultierendes Ausgangssignal, wann immer die Eindringgeschwindigkeit über einer vorbestimmten Höhe liegt, einen Alarm auslöst. Die Eindringtiefe wird ebenfalls während der Zeit, in der die Eindringgeschwindigkeit überhöht ist, überwacht, und wenn das Tiefenintervall während dieser Zeit größer als eine bestimmte Strecke ist, so wird ein zweiter AJIarm ausgelöst. Wenn das Tiefenintervall während der überhöhten Eindringgeschwindigkeit größer als eine zweite gegebene Wegstrecke ist, so wird ein Signal an das Hebewerk gegeben, das die Last vom Bohrmeißel abhebt. Ferner ist vorgesehen, die Zählvorrichtung zurückzustellen, wann immer einer der Tiefenintervallkreise zu wenig gegenüber der vorgegebenen Zählkapazität gezählt hat, wenn sich die Eindringgeschwindigkeit bis zu einem Punkt verringert hat, der niedriger liegt als der vorbestimmte überhöhte Wert. Anstelle von Tiefenintervallen können vorbestimmte Zeitintervalle verwendet werden.

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Claims

( MC-70-9 ) 2252A38 ' 14 " 23 OKT W72 Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Auslösen eines Alarms bei einer öl- oder Gasbohranlage bzw. zu deren Stillsetzen im Gefahrenfall, gekennzeichnet durch ein die Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels (13) in eine Erdschicht selbsttätig überwachendes Gerät (40), das ein auf diese Geschwindigkeit funktionell bezogenes Signal (70,74) erzeugt, auf das eine das dem Bohrmeißel zugeordnete Hebewerk (15) betätigende Einrichtung (84) anspricht, wenn die Eindringgeschwindigkeit über einer vorbestimmten Höhe liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Alarmvorrichtung (76), die, wenn die Eindringgeschwindigkeit über einer vorbestimmten Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Alarmvorrichtung (83)» die, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines ersten gegebenen Zeitintervalls Über der vorbestimmten Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Alarmvorrichtung, die, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines gegebenen Tiefenintervalls des Bohrmeißels über der vorgegegebenen Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebewerk, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines gegebenen Zeitintervalls über der vorbestimmten Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines ersten gegebenen Zeitintervalls über der vorbestimmten Höhe liegt, eine Alarmvorrichtung in Tätigkeit tritt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebewerk, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines zweiten gegebenen Zeitintervalls über der vorbestimmten Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gegebene Zeitintervall größer als das erste ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebewerk, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines gegebenen Tiefenintervalls des Bohrmeißels über der vorbestimmten Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmvorrichtung, wenn die Eindringgeschwindigkeit während eines ersten gegebenen Tiefenintervalls des Bohrmeißels über der vorbestimmten Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebewerk, wenn die Eindringgeschwindigkeit während «ines zweiten gegebenen Tiefenintervalls des Bohrmeißels über der vorgegebenen Höhe liegt, in Tätigkeit tritt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite gegebene Tiefenintervall größer als das erste ist.

13. Vorrichtung zum Auslösen eines Alarms bei einer Öl- oder Gasbohranlage bzw. zu deren Stillsetzen im Gefahrenfall, gekennzeichnet durch ein die Eindringgeschwindigkeit des Bohrmeißels (13) in eine Erdschicht selbsttätig überwachendes Gerät (40), das ein auf diese Geschwindigkeit bezogenes Signal (70,71) erzeugt, auf das eine das dem Bohrmeißel zugeordnete Hebewerk (15) betätigende Einrichtung (84) anspricht, wenn die Eindringgeschwindigkeit über einer vorbestimmten Höhe liegt und wenn wenigstens ein weiterer, vom Bohrmeißel unddem diesen zugeordneten durch die Erdschicht sich bewegenden Bohrstrang (12) abhängiger Parameter vorliegt.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weitere Parameter ein vorbestimmtes Bohrtiefenintervall des Meißels enthält, das mit der über der vorbestimmten Höhe liegenden Eindringgeschwindigkeit Übereinstimmt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens noch vorhandene Parameter ein vorbestimmtes Zeitintervall einschließt, während welchem die Eindrirfggeschv/ndigkeit über der vorbestimmten Höhe liegt.

Dipl.-Inq.

Pat

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