DE2310966A1

DE2310966A1 - Anlage zum automatischen auffuellen eines erdbohrloches mit bohrfluessigkeit

Info

Publication number: DE2310966A1
Application number: DE19732310966
Authority: DE
Inventors: Phil H Griffin
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1972-03-03
Filing date: 1973-03-02
Publication date: 1973-09-06
Also published as: FR2174914A1; CA992531A; NO140021B; NO140021C; GB1396837A; JPS48102003A; FR2174914B1; NL7302873A

Description

PATENTANWÄLTE 23 109 6 B

DIPL. ING. WALTER MEISSNER DIPL. ING. HERBERT TISCHER DIPL. ING. PETER E. MEISSNER mdnchen

DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING BERLIN

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den" HERBERTSTRASSE 22

DRESSER INDUSTRIES, INC., Dallas/Texas - USA

MC-69-15

Anlage zum automatischen Auffüllen eines Erdbohrloches mit Bohrflüssigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum automatischen Zugeben von Bohrflüssigkeit an ein Erdbohrloch im allgemeinen und auf eine solche Anlage, bei der der Flüssigkeitspegel im Bohrloch infolge von Zustandsänderungen im Bohrloch abnimmt, im besonderen.

Während der Bohrvorgänge ist es von Vorteil, das stets mit Bohrschlamm angefüllte Bohrloch zu erhalten. Um den vollen Bohrlochzustand zu halten, ist es notwendig, dem Bohrloch Flüssigkeit zuzugeben, wenn bestimmte Zustände des Flüssigkeitspegels diesen im Bohrloch absinken lassen. Ein Bohrvorgang, der ein Absinken der Bohrflüssigkeit im Bohrloch zur Folge hat, ist die Notwendigkeit des Herausziehens des Bohrschafts aus dem Loch, um abgenutzte Bohrmeißel zu ersetzen. Wenn der Bohrschaft aus dem Bohrloch gezogen wird, ergibt sich dort ein Absinken des Flüssigkeitspegels im Bohrloch, das durch das Fehlen des Bohrschaftkörpers hervorgerufen wird, der vorher eine beachtliche Flüssigkeitsmenge verdrängt hat. Der Flüssigkeitspegel in einem Bohrloch kann auch durch

309836/055S

Büro Berlin Fernsprecher: 880 6037/8862382 Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank AQ, Depka36 Postscheckkonto: Drahtwort: Invention Berlin Berlln-Halensee, Kurfürstendamm 130, Konto-Nr. 95 716 W. Meissner, Berlin West 122 82

Abfilterung eines Teils der Flüssigkeit in poröse Formationen absinken, die das Bohrloch umgeben.

Eine moderne Anwendung von Bohrungen muß im Bohrloch eine Bohrflüssigkeit halten, die gewöhnlich als Bohr-"schlamm" bezeichnet wird, deren hydrostatischer Kopf einen Bodenlochdruck erzeugt, der nur wenig die zu erwartenden Zusammenbruchdrücke überschreitet. Es ist festgestellt worden, daß die Bohrgeschwindigkeiten erhöht werden können und die Schiammkosten durch Nutzen eines solchen leichten Bohrschlamms gesenkt werden können. Wenn der Rückdruck, der vor der Formation durch den hydrostatischen Schlammkopf gehalten wird, weiterhin durch Absenken des Pegels des Schlamms im Bohrloch abnimmt, besteht die Gefahr des potentiellen Zusammenbruchs. Weil ein Bohrloch leichter absterben kann, wenn der Bedienungsmann seinen Bohrschaft nahe am Boden der Bohrung hat, ist es deshalb sehr wichtig, das Bohrloch voll zu halten, wenn der Bohrschaft entfernt wird oder vollständig aus dem Loch herausgeholt ist»

Fachleute haben versucht, das Bohrloch mit verschiedenen Verfahren voll von Flüssigkeit zu halten, beispielsweise wie es in der amerikanischen Patentschrift 3_}384,178 beschrieben ist, wo ein Schwerkraftsgut verwendet wird, damit zusätzliche Flüssigkeit dem Bohrloch zugegeben werden kann, wenn immer die Flüssigkeit im Bohrloch unter einen gegebenen Pegel fällt. Es ist ferner in der Fachwelt bekannt, die Zustände eines vollen Loches während des Zurückziehens des Bohrschafts dadurch zu halten, daß der Bedienungsmann intermittierend das Herausziehen des Rohres beendet und mit der Hand das Loch füllt, also so erhdbliche Aufbauzeit vergeudet. Auch kann das Bohrloch dadurch gefährdet werden, daß der Bohrarbeiter falsch berechnet, wie oft das Bohrloch zu füllen ist, oder da-

-3-309836/0555 Or/q,_NAl

durch, daß er das Füllen des Loches während des Abziehens des Bohrrohres vollständig vernachlässigt.

Es ist deshalb Hauptaufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Anlage zum automatischen Halten der Bohrflüssigkeit im Bohrloch anzugeben.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Anlage zum Halten eines gewünschten Bohrflüssigkeitspegels in einem Bohrloch anzugeben, die nicht vom Schlammtank abhängt, der sich über dem gewünschten Pegel im Bohrloch befindet«

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anlage anzugeben, die die Menge der Bohrflüssigkeit überwacht, die automatisch in das Bohrloch gepumpt wird und die diese Menge mit einem gegebenen volumetrischen Bereich vergleicht.

Die Aufgaben der Erfindung werden im allgemeinen durch eine Anlage gelöst, die einen Bohrflüssigkeitstank automatisch füllt und die automatisch die Bohrflüssigkeit im Tank in das Bohrloch entsprechend einem gegebenen Wert der Änderung der Hakenbelastung pumpen läßt, die den Bohrungen zugeordnet ist und die aufhört, Flüssigkeit dem Bohrloch zuzugeben, wenn ein automatisches Ansprechen auf die Flüssigkeit im Bohrloch einen gegebenen Pegel erreicht.

Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann durch sorgfältiges Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen ist:

Figur 1 ein Aufriß eines Bohrgerätes nach der Erfindung und eine schematische Darstellung der Schlamm-

-4-

309836/0555

pumpenausrüstung und der zugehörigen elektrischen Schaltungen;

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Meißelgewicht sausrüstung, die in Verbindung mit einer Schaltung nach der Erfindung verwendet wird;

Figur 3 ein Aufriß der Schlammpumpeneinrichtung nach der Erfindung;

Figur 4 eine schematische Darstellung bestimmter Schaltkreise, die bei der Erfindung verwendet werden;

Figur 5 ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung, die bei der Erfindung benutzt wird; und

Figur 6 eine schematische Darstellung einer zusätzlichen elektrischen Schaltung, die bei der Erfindung verwendet wird.

Figur 1 zeigt das Bohrloch 1 mit de» üblichen Verschalung 2, in der sich der Bohrschaft 3 befindet, der durch einen drehbaren Tisch 5 des Auslegers 6 geschwenkt wird. Aus dem Schlammloch 7 wird durch eine Verschiebepumpe (Figur 3) Bohrschlamm über eine Schlammabführleitung 9 und einen Schlauch 1o in den Bohrschaft 3 gepumpt, der aus dem Meißel 4 in das Bohrloch 1 entladen und von dem Oberteil der Verschalung 2 durch eine Rückführleitung zum Schlammloch 7 zurückgeführt wird. Dies alles entspricht der üblichen Praxis. Eine handbetätigte und verschließbare Ausbruchsverhinderungseinrichtung 12 entsprechender, üblicher Bauart befindet sich am oberen Ende der Verschalung 2.

Der Ausleger 6 befindet sich auf einer Plattform 13 mit üblichem Hebewerk 14. Der Bohrschaft enthält mehrere Verbindungsrohrabschnitte, die in einen Mitnehmer, einen Wirbel, einen Haken und einen Hampelmann 15 auslaufen,

-5-309836/0555

der durch eine Bohrleitung 16 von einem Kronenblock herabhängt. Das Hebewerk 14 treibt auch den Drehtisch an, der wiederum den Antrieb zum Mitnehmer überträgt. Ein Jüide der Leitung 16, nämlich die schnelle Leitung 16A, wird zum Hebewerk 14· geführt, das den oder die Βίο-tore zum Betätigen des Bohrschafts enthält.

Das andere Ende 16B (die sogenannte Totleitung) der Bohrleitung ist am Gerät 18 befestigt, das im allgemeinen als "Meißelgewicht" bezeichnet wird und in Figur 2 im einzelnen gezeigt wird.

Figur 2 zeigt im Detail das Meißelgewichtsgerät 18. Dieses Gerät ist größtenteils von üblicher Bauart, die z.B. in der amerikanischen Patentschrift 3»4-61,978 beschrieben wird, ausgenommen das elektrische Signal, das nachstehend erläutert werden wird. Das untere Ende der Totleitung 16B ist an einem Ankerglied 2o befestigt, das eine Aufwickeltrommel aufweist. An der Totleitung 16B ist ein Totleitungsabtaster 21 angeklammert, der einen elektrischen Indikator 22 der Hakenbelastunfe betätigt. Wie in dieser Technik bekannt, ist das "Meißelgewicht" eine subtraktive Funktion, die durch Subtraktion der Hakenbelastung beim Bohren mit der Hakenbelastung, beim Zirkulieren und Drehen und während der Bohrmeißel sich nicht am Boden des Lochs befindet, durchgeführt wird. Dementsprechend kann der Totleitungstaster 21 beliebiger Art sein. Bei diesem Beispiel wird der Taster 21 so an die Totleitung 16B geklammert, daß sie dort einen Knick bildet. Wenn die Belastung der Totleitung ansteigt, versucht sie sich zu strecken und betätigt dadurch den elektrischen Indikator 22. Zum Zweck der Erfindung ist das elektrische Signal des Indikators 22, das an dem Leiter 23 auftritt, von der "Geht- oder geht nicht"-Auswahl. Der Leiter 23 ist mit einem Eingang eines übli-

309836/0556

chen NAND-Tores 24 verbunden, dessen anderer Eingang an einer Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie 25 > liegt. Der Leiter 26 ist mit dem Ausgang des NAND-Tores 24 verbunden. Beim Betrieb des Gerätes 18 tritt ein Signal am Leiter 26 nur dann auf, wenn sich keine Belastung an der Totleitung 16B befindet, wie durch den Taster 21 angezeigt wird. Der Leiter 26 liegt an einer Klemme 27, die im einzelnen in Figur 26 gezeigt wird.

Figur 3 zeigt im Detail das Gerät 3o nach Figur 1. Eine Schlamm-Verschiebepumpe 8 ist in üblicher V/eise durch ein Rohr 31 mit dem Schlammloch 7 verbunden. Der Schlamm wird aus dem Schlammloch 7 zum Rohr 9 gepumpt, wie bereits in Verbindung mit Figur 1 beschrieben worden ist. Außer der Anlage zum Füllen des Bohrloches mit Schlamm beabsichtigt die Erfindung die Verwendung eines Schlamm-Bereitschaftstanks 32, der während eines Bohr-"Ausfalls", d.h. während der Bohrarbeiter Bohrrohrteile vom Bohrschaft entfernt oder an ihm anbringt, vor allem den Bohrlochringraum mit Bohrschlamm füllt. Der Tank 32 ist mit einem Überlaufauslaß 33 und einer Rückführleitung 34 zum Zurückführen von Bohrschlamm zum Bohrloch 7» wenn der Bohrschlamm eine Höhe erreicht, die mit dem Auslaß 33 übereinstimmt, versehen. Der untere Teil des Tanks 32 ist mit einem Auslaß 35 versehen, der über das Rohr 36 mit dem Rohr 37 verbunden ist, das vom Schlamm]och 7 kommt. Die Rohre 36 und 37 liegen am Rohr 38, das zum Eingang der Schlammpumpe 39 führt, die von dem Motor 4o angetrieben wird.

Im Rohr 36 befindet sich ein Ventil 42 zum öffnen und Schließen des Rohres 36. Im Rohr 37 befindet sich ein ähnliches Ventil 43 zum öffnen und Schließen des Rohres 37. Die Ventile 42 und 43 sind üblicher Bauart und werden vorzugsweise elektrisch durch ein Solenoid 44 so betätigt,

-7-309836/0555

daß ein an die Klemme 45 und an den elektrischen Leiter 46 zwischen die Klemme 45 und das Solenoid 44 gelegtes Signal das Ventil 43 öffnet und das Ventil 43 schließt. Umgekehrt öffnet die Wegnahme des elektrischen Signals von der Klemme 45 das Ventil 43 und schließt das Ventil

Der Ausgang der Schlammpumpe 39 ist durch das Rohr 47 mit den Rohren 48 und 49 verbunden. Das Rohr 48 ist mit der oberen öffnung 5° im Tank 32 verbunden. Das Rohr 48 besitzt ein Ventil 51 und das Rohr 49 ein Ventil 52. Jedes dieser Ventile 51 und 52 dient zum öffnen und Schließen der Rohre 48 bzw. 49· Wie in Verbindung mit den Ventilen 42 und 43 erwähnt, sind die Ventile 51 und 52 untereinander mit einem elektrisch betätigten Solenoid 53 verbunden, das über den elektrischen Leiter 55 an der Klemme 5^ liegt. Beim Betrieb schließt das elektrische Signal am Solenoid 53 das Ventil 51 und öffnet das Ventil 52. Umgekehrt wird bei Wegnahme des Signals das Ventil geöffnet und das Ventil 52 geschlossen.

Mit dem oberen Teil.des Tanks 32 ist eine Rolle 6o verbunden, um die ein biegsames Band herumgeht und die mit einem Schwimmerkörper 62 verbunden ist, der an der Oberfläche des Schlamms 7A im Tank 32 schwimmt. Am anderen Ende des Bandes 61 befindet sich ein Gewicht 63, das so ausgerichtet ist, daß die elektrischen Schalter 64 und 65, die an der Außenseite des Tanks 32 angeordnet sind, auf die Bewegung des Schwimmerkörpers 62 ansprechen, der sich in Verbindung mit den Schwankungen des Schlammpegels im Tank 32 bewegt. Der elektrische Schalter 64 liegt über einem elektrischen Leiter 67 an der Klemme 66. Der elektrische Schalter 65 ist durch den elektrischen Leiter mit der Klemme 68 verbunden. Am Tank 32 liegt auch ein elektrischer Schalter 7o, der sich an der Außenseite befindet und so ausgerichtet ist, daß er mit verteilt ange-

-8-

309836/0555

ordneten Auslösern 71 in Berührung gebracht wird, die eine Reihe elektrischer Impulse über einen Leiter 72 an die Klemme 73 legen. Die Schalter 64, 65 und 7o werden im einzelnen in Figur 4 gezeigt. Die Auslöser 71> beispielsweise Vorsprünge oder erhabene Teile am Band 61, sind dort so verteilt angeordnet, daß das Ansteigen oder Abfallen des Schwimmerkörpers 62 elektrische Signale erzeugt, die ein Ansteigen oder Abfallen um einen bekannten Wert, beispielsweise 5 Liter, im Tank 32 anzeigen·

Die Schalter 64, 65 und 71 werden in Figur 4 im einzelnen dargestellt. Sie befinden sich unter Federspannung in der offenen Stellung, wie dargestellt ist, und sind mit den Batterien 64a, 65a bzw. 7oa verbunden. Bei Betätigung des Schalters schließt der Auslöser 71 am Band 61 den Schalter und legt somit die Spannung der Batterie 7oa an die Klemme 73· In ähnlicher '.Veise schließt das Gewicht am Band 61 die Schalter 64 und 65, wenn es entsprechend dem Pegel des Schlammes 7A im Tank 32 nach unten gelangt, und umgekehrt.

Die Schaltung 8oa, die in Figur 5 gezeigt wird, und die Schaltung 8ob nach Figur 6 enthalten zusammen die Schaltung 8o in Figur 1. Die Klemme 81 ist durch einen Leiter 82 (Figur 1) mit einem Klappenschalter 83 der Schlammrückführleitung (Figur 1) verbunden. Der Schalter 83 ist ein üblicher Taster mit einer federnd vorgespannten Klappe im Rohr 11 zum Abtasten einer Schlammströmung am offenen Ende des Rohres 11, das dem Schlammloch 7 am nächsten liegt. Bei Strömungssperren bewegt sich die federnd vorgespannte Klappe zurück. An den Leiter 82 wird ein e]ektrischer Impuls ttertrarren, um eine Schlamm strömung im Rohr 11 anzuzeigen. An der Klemme 81 befindet sich ein Schalter 84, bei dem elektrische Signale, die bei 81 auftreten, durch Hand entweder mit der Verbindung 1o1 oder mit dem Leiter 85 angelegt werden können.

309836/0555 ~^M"

Die Klemme 73 ist über die elektrische Leitung 86 mit
einer üblichen elektronischen Einrichtung verbunden, die als "Exclusiv-Oder"-Tor bekannt ist und wie folgt arbeitet. Das Tor 87 kann elektromechanisch, z.B. ein gewöhnliches Relais sein oder unbewegte Schaltungen enthalten, wenn dies erwünscht ist.

Das Tor 87 kann durch die elektrische Leitung 88 mit
einem gewöhnlichen Zähler 89 betrieben werden, der zum
!Summieren von mehreren Impulsen dient, die an der Klemme 73 auftreten. Es sind entsprechende Zähler im Handel erhältlich und in der Technik allgemein bekannt. Beispielsweise ist ein geeigneter Schalter der "Unispulser"
49ooo-4o5 der Firma Durant Company in Milwaukee/Wiskonsin, USA.

Der Zähler 89 wird durch seine eigene Spannungsquelle 9o betrieben, die über eine elektrische Leitung 91 am Zähler 89 liegt. Ein Signal des Zählers kommt von der Spannungsquelle 9o und nicht vom Tor 87· Es wird über die elektrische Leitung 92 zur Einrichtung 93 am unteren Einstellpunkt geführt.

Die Einrichtung 93 ist im Handel erhältlich und für sich allgemein bekannt. Geeignet hierfür ist der "Unisetschal ter" 4o 5oo-4oo der Firma Durant Company in Milwaukee/Wisconsin, USA.

Die Einrichtung 93 ist durch eine elektrische Leitung 94-mit einer Hocheinstellpunkteinrichtung 95 verbunden, die dieselbe Einrichtung wie die Einrichtung 93 sein kann,
ausgenommen, daß sie auf ein Impulszahlmaximum anspricht und nicht auf ein Impulszahlminimum, was die Funktion
der Tiefeinstellpunkteinrichtung 93 ist.

309836/0555

- 1ο -

Die Einrichtung 93 kann auch in Verbindung mit einer elektrischen Leitung 96 betrieben werden, die an einem Eingang eines gewöhnlichen Und-Tores 97 liegt. Das Tor 97 ist ähnlich wie das Tor 87 ein gewöhnliches Teil eines in der fechnik allgemein bekannten Gerätes und kann entweder elektromechanische Relais oder unbewegte Schaltungen verwenden.

Die Hocheinstellpunkteinrichtung 95 ist über eine elektrische Leitung 98 mit einer Warneinrichtung 99 verbunden. Auch der Ausgang des Tores 97 ist über eine elektrische Leitung 1oo und der Klemme 1o4 mit der Warnanlage 99 verbunden.

Das Warngerät 99 kann eine beliebige Einrichtung, z.B. eine Hupe, eine Pfeife, eine Lampe oder dergl. sein.

Der Schalter 84 liegt an der Klemme 1o1, die wiederum mit einem der Eingänge des Tores 87 und auch mit einem der Eingänge des Tores 97 verbunden ist.

Der Leiter85 liegt an dem Zeitgeber 1o2 und über einen Stellungsänderungsschalter 84 an der Verbindung 81, wobei der Ausgang des Zeitgebers 1o2 über einen Leiter 1o3 mit dem Warngerät 99 verbunden ist. Der Zeitgeber 1o2 kann ein übliches Gerät sein, wie es im Handel erhältlich ist, z.B. ein Verzögerungsrelais TDO-62o3o-115A der Firma Guardian, Chicago/Illinois, USA.

Die Figur 6 zeigt die Klemme 116 (die mit der Klemme 81 in Figur 5 verbunden ist). Sie liegt mit einer Seite an der Spule 117 <ies Relais 118, wobei die andere Seite geerdet ist. Die Klemme 68 liegt an einer Seite der Spule 119 des Relais 12o, während die andere Seite geerdet ist. Die Klemme 68 liegt ferner am Ruhekontakt 121 des Relais 118. Die Klemme 45 ist mit dem Kontaktgeberarm 122 des

309836/0555 "¹¹"

Relais 1o verbunden und der Arbeit skontak.t 123 ist dem Kontaktgeberarm 122 zugeordnet. Er liegt an der positiven Seite der Batterie 124, deren negative Seite geerdet ist. Die Klemme 66 liegt an einer Seite der Spule 1o9 des Heiais 11o, dessen andere Seite geerdet ist. Der Arm 112 des Relais 11o, das dem Ruhekontakt 111 zugeordnet ist, liegt am Kon takt geber arm 134· des Relais 118. Der im Ruhekontakt des Relais 11o ist mit dem Arm 133 des Relais 129 verbunden. Der Arm 114 des Relais 11o, der dem Ruhekontakt 113 zugeordnet ist, ist mit dem Arm 126 des Relais 118 verbunden, das zum Ruhekontakt 121 gehört. Der Arm 125 des Relais 12o liegt am Ruhekontakt 113 des Relais 11o. Der Arbeitskontakt 127 des Relais 12o, das zum Arm 125 gehört, liegt an der positiven Seite der Batterie 124. Die Klemme 27 ist mit einer Seite der Spule 128 des Relais 129 verbunden, deren andere Seite geerdet ist. Die Klemme 5^- ist mit dem Arm 13o des Relais 129 verbunden, wobei der Arbeitskontakt 131» der dem Arm 13o zugeordnet ist, an der positiven Seite der Batterie 124 und an dem Arbeitskontakt 132 liegt, der zum Arm 133 des Relais 129 gehört. Der Ruhekontakt 135» der zum Arm 134 des Relais 118 gehört, ist ebenfalls mit der Klemme 27 verbunden.

Beim Betrieb der beschriebenen Schaltung und des Gerätes stellt der Bohrarbeiter, nachdem er einen "Trip" gemacht hat, in einem gegebenen Bereich, der durch den hohen und den tiefen Jiinstellpunkt bestimmt ist, das Pumpenhubzähl- und Alarmgerät (Figur 5) auf die Zahl der erforderlichen Menge zum Auffüllen des Lochs ein, nachdem jedes einzelne 3o-Iäeter-Gerüstteil aus dem Loch gezogen worden ist. Die Zählanlage im Zähl- und Alarmgerät nach Figur 5 ist dem in der amerikanischen Patentschrift 3,614,761 nahezu identisch. Die Beschreibung in dieser Patentschrift wird hier angezogen. Ausgenommen, wie es abgeändert und gezeigt wird, ist es anders. V/ie aus dieser Patentschrift hervorgeht,

-1?- 309836/055F

wird, wenn eine ungenügende Flüssigkeitsmenge aus dem Bohrloch fließt, ein Alarm gegeben, der den Gewinn anzeigt. Sollte das Loch einen tiberschuß an Flüssigkeit erfordern, so wird ein Alarm gegeben, der diesen Fllicsigkeitsverlust anzeigt. Nach dem Voreinstellen schaltet dann der Bohrarbeiter den Motor 4o (Figur 3) ein, der die Schlammpumpe 3o die Bohrflüssigkeit umlaufen läßt. Die Bohrflüssigkeit wird über die Leitung 37 aus dem Loch und das Ventil ^3 in den Sog der Schlammpumpe 30 gebracht. Die Ladung der Pumpe 39 gelangt durch die Leitung 47, das Ventil 51 und durch den Auslaß 5o in den Tank 32. Die Ventile 4-2 und 52 werden geschlossen. Wenn die Flüssigkeitshöhe im Tank 32 den Fegel der Auslaßöffnung 33 erreicht, fließt überfließende Flüssigkeit durch die Leitung 34 ab und kehrt in das Schlammloch 7 zurück. Der Schwimmerkörper 62 steigt mit der Flüssigkeitshöhe im Tank an₀ Er ist mit einem biegsamen Kabel 61 verbunden, das über eine Rolle 60 läuft. Die Auslöser 71 am biegsamen Kabel sind so angeordnet, daß sie den Schalter 7o streifen, wenn das Kabel über die Rolle 60 gezogen wird. Durch richtiges Bemessen des Abstandes zwischen den Auslösern 71 kann man die Anlage in einer solchen Weise eichen, daß ein Ansteigen oder Abfallen des Schwimmerkörpers 62 den Schalter 7o entsprechend dem Anstieg oder dem Abfall öffnen oder schließen läßt, das gleich dem volumetrisehen Wert von beispielsweise einer Flüssigkeit smenge von 5 Litern im Tank 32 entspricht. Der Schalter 7o liegt an der Klemme 73 nach den Figuren 3 und 5· Aus Figur 5 ist zu sehen, daß ein elektrischer Impuls an der Klemme 73 ein Signal zum "Exclusiv-Oder"-Tor 87 gibt.

Wenn der Schwimmerkörper 62, wie Figur 3 zeigt, die Höhe der Auslaßöffnung 33 erreicht, berührt das Gewicht 63 den Schalter 65 und läßt somit die Spannung der Batterie 65a an der Klemme 68 auftreten. Diese Spannung erregt

309836/0555

das Relais 12o (Figur 6) und läßt die Spannung der Batterie 124 an die Verbindung 45 gelangen. Der Kontaktgeberarin 125 und der Arbeitskontakt 127, der Arm 114 und der Ruhekontakt 113 des Relais 11 ο dienen zum Öffnen des Relais 12o bis zur Abschaltung. Wenn die Spannung der Batterie 124 an die Klemme 45 gelangt, wird sie auch an das Solenoid 44 in Figur 33 gelegt. Dadurch schließt das Ventil 43 und das Ventil 42 öffnet. In diesen Stellungen der Ventile 42 und 43 wird Flüssigkeit aus dem Tank 32 durch das Ventil 42 in die Schlammpumpe 39 und durch die Leitung 47 und das Ventil 51 zurück zum Tank 32 geführt. Dadurch, daß die Schlammpumpe 39 bei hoher Geschwindigkeit läuft, kann der Tank 32 sehr schnell gefüllt werden. Während auf den ersten Blick dies als Leerlauf erscheint, kann die Pumpe auch ständig laufen.

Während der Tank 32 sich auf eine gegebene Höhe automatisch füllt, hat der Bohrarbeiter ein Teil des Bohrrohres aus dem Bohrloch heraufgezogen, wodurch die Flüssigkeitshöhe im Bohrloch von der Höhe 141 auf den Wert 142 fällt (Figur 1). Um das entfernte Bohrrohrteil vom übrigen Bohrrohr im Bohrloch zu trennen, ist es notwendig, daß der Bohrarbeiter den Bohrschaft in die "Gläiter" bringt. Dadurch wird das Gewicht aller im Bohrloch verbleibender Bohrrohre vom Block 15 entfernt. Das Entfernen dieses Gewichts bedeutet, daß ein Bohrrohrteil aus dem Bohrloch herausgenommen worden ist und das Rohr nicht wieder entfernt wird, bis dieses besondere Teil unverschraubt und im (nicht dargestellten) Bohrgerüst aufgenommen ist. Der Schalter 21 in Figur 2 an der "Totleitung¹¹ 16b der Bohranlage stellt die Verringerung des Gewichts am Haken fest und überträgt ein Signal von der Batterie 124 an die Klemme 54. Das Relais 129 ist in dieser Stellung durch die Wirkung des Kontaktgeberarms 133 und den zugehörigen Arbeitskontakt 132 sowie den Ruhekontakt 111 des Relais

309836/0555

11o festgelegt. Die Spannung an der Klemme 5^- gelangt dann an das Solenoid 53 (Figur 3)₅ um das Ventil 51 zu schließen und das Ventil 52 zu öffnen. Wenn sich die Ventile 52 und 53 in diesen Stellungen befinden, wird die Bohrflüssigkeit aus dem Tank 32 durch das Ventil 42 in die Pumpe 49 gebracht. Der Bohrschlamm wird aus der Leitung 49 in das Bohrloch 1 gepumpt und somit kehrt der Flüssigkeitspegel auf den 7/ert 141 (Figur 1) zurück. 7/enn der Schlammpegel den 7/ert 141 erreicht, fließt der Schlamm durch das Rohr 11 und berührt den Klappenschalter 83 und gibt somit ein elektrisches Signal an den Leiter 82. Dieses Signal erscheint an der Verbindung 81 (Figuren 1 und 5)· Aus Figur 5 ist zu sehen, daß das elektrische Signal an der Klemme 81 ein Signal an der Verbindung 1o1 bewirkt und es in das Exclusiv-Oder-Tor koppelt. Wenn dieses Tor ein Signal von der Verbindung empfängt, hört das Tor 87 auf, ein Signal von der Eingangsklemme 73 kommen zu lassen (das anzeigt, daß die Auslöser 71 den Schalter 7o in Figur 3 berühren) und hält damit die Wirkung des Zählers 89 an. Das Tor 87 läßt somit Signale durch, die von der Verbindung 73 so lange empfangen werden, wie kein Signal auch von der Strömungsklappe 83 empfangen wird.

In der anderen Stellung des Schalters 84 gelangt das an der Klemme 81 auftretende Signal zum Zeitgeber 1o2» Durch Einstellen des Zeitgebers auf eine gewünschte Verzögerung, z.B. auf Null, eine drittel Sekunde oder eine Minute, kann die 'Jirkung des Schalters 83 den Alarm 99 auslösen.

Wie Figur 5 zeigt, wird das an der Verbindung 81 auftretende Signal durch den Leiter 141 auch an die Verbindung 116 gegeben. In Figur 6 ist die Verbindung 116 als mit der Spule 117 des Relais 118 verbunden dargestellt. Ein Signal an der Klemme 116, das die Tätigkeit des Schalters

-15-309836/0555

83 anzeigt, erregt das Relais 118 und überwindet somit die Festlegung der Relais 12o und 129· Dies bewirkt wiederum das Abschalten der Solenoide 44 und 53 und somit das Schließen der Ventile 42 und 52 und das öffnen der Ventile 43 und 51> wodurch der Startpunkt für das Verfahren wieder beginnen kann und der Tank wieder gefüllt wird.

Während der Zeit, in der die Ventile 42 und 52 offen und die Ventile 51 und 43 geschlossen sind, wird die Flüssigkeit aus dem Tank 32 in das Bohrloch gepumpt. Wenn der Flüssigkeitspegel infolge der Entnahme von Flüssigkeit aus dem Tank 32 abfällt, folgt der Schwimmerkörper 62 dem Absinken des Schlammpegels. Die Leitung 61 geht über die Rolle 6o und entspricht der Pegel Schwankung des Schwimmerkörpers 62 und läßt die Auslöser 71 den Schalter 7o betätigen. Jedes Schließen des Schalters läßt den Zähler aufzeichnen, daß eine einzige Menge, beispielsweise von 5 Litern, vom Tank 32 in das Bohrloch gelangt ist. Dieses Zählen dauert an, bis der Flüssigkeitspegel im Bohrloch zum Wert 141 wieder hergestellt ist, und die Zählung wird durch Bewegung der Klappe 83 angehalten. Die Schaltung nach Figur 5 vergleicht das in das Bohrloch gegen die voreingestellten Werte gepumpte Flüssigkeitsvolumen und bewirkt einen Alarm, wenn die eingestellten Werte und die tatsächlichen Werte übereinstimmen. Sollte das Loch die Zirkulation verlieren und die ganze Flüssigkeit aus dem Tank 32 annehmen, ohne voll zu werden, dann berührt das Gewicht 63 den Schalter 64 und läßt an der Verbindung 66 ein elektrisches Signal erscheinen. Dieses Signal erregt, wie Figur 6 zeirct, das Relais 11o, das somit die festgelegten Merkmale der Relais 12o und 129 frejpibt und so den Tank 32 den Wiederfüllzyklus beginnen läßt.

309836/0555

Das Gerät und die Schaltung ist vollständig automatisch und wird durch die Lage des Schwimmerkörpers 62, des Totleitungstasters 21 und der Klappe 83 geregelt.

Das beschriebene Verfahren ist zweckmäßig, da die aus dem Bohrloch durch Wiedereinbringen des Bohrrohres während einer Fahrt in das Loch verdrängte Flüssigkeit gemessen und gegenüber eingestellten Werten verglichen werden kann. Die Verwendung dieses Gerätes und die richtige GewichtsbeStimmung vorgegebener Werte verhindern das Eindringen von Formationsflüssigkeit oder den Verlust von Bohrflüssigkeit in bezug auf das Bohrloch durch Alarmgeben.

Zusammenfassung

Ein Bohrflüssigkeitstank besitzt einen Schwimmerkörper, der mit einem Ende eines biegsamen Kabels verbunden ist, das mit einem Gewicht an seiner anderen Seite versehen ist und zwei elektrische Schalter entsprechend der Bewegung des Schwimmerkörpers berührt. Das Kabel besitzt ebenfalls mehrere, mit Abstand angeordnete, Auslöser zum Berühren eines dritten Schalters, der ein elektrisches Signal liefert, das den volumetrischen Anteil der Schlammströmung aus dem Tank in das Bohrloch anzeigt. Zwei Magnetventile sprechen logisch auf die Lage des Schwimmerkörpers, auf einen Totleitungstaster, der die Hakenbelastung anzeigt, und auf einen Klappentaster in der Bohrflüssigkeitsrückführleitung vom Bohrloch an. Es erfolgt eine automatische Regelung des Füllens des Tanks, des Entleerens des Tanks und der Höhe der Bohrflüssigkeit, die in das Erdbohrloch gelangt. Die elek-

-17-309836/0555

Claims

-ie- ^7310966 MC-69-15 DRESSER INDUSTRIES, INC5 Dallas/Texas - USA Patentansprüche

1. Gerät zum Bohren eines Loches, in dem eine Verschalung in das Bohrloch hineingeht, das Bohrrohr in das Bohrloch in der Verschalung verläuft, Bohrflüssigkeit von einem Bohrflüssigkeitstank durch das Bohrloch hinabläuft, durch den Ringraum, der das Bohrrohr umgibt, zurückkehrt und über eine Bohrflüssigkeitsrückführleitung aus dem Bohrloch entnommen wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Füllen des Bohrflüssigkeitstanks (7) auf eine vorgegebene Höhe, eine Einrichtung zum Abgeben von Bohrflüssigkeit in einem Vorratstank (32) in das Bohrrohr (3) Je nach einem vorgegebenen Verlauf, der zum Bohrvorgang gehört, und eine Einrichtung zum Unwirksammachen der Abgabeeinrichtung entsprechend dem Erreichen eines gegebenen Wertes im Ringraum des Bohrloches (1) durch die Bohrflüssigkeit.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgebeeinrichtung auf eine gegebene Änderung im Wert der Hakenbelastung des Bohrrohres (3) anspricht.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Erzeugen einer Reihe elektrischer Signale, die die volumetrisehen Flüssigkeitsschwankungen im Bohrflüssigkeitstank (7) anzeigen und daß eine Schaltung mindestens einen Teil der Signale mit vorgegebenen elektrischen Minimal- und Maximalsignalen vergleicht, durch die der Flüssigkeitsverlust und -gewinn im Bohrloch bestimmt wird.

-19-309836/0555

4-, Gerät nawh Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite-Einrichtung zum Unwirksammachen der Abgabeeinrichtung entsprechend der Bohrflüssigkeit im/pank, die die vorgegebene Höhe im Ringraum <Je«f Bo»\Lochs erreicht.

Dipl.-

309836/0555