DE2350635A1

DE2350635A1 - Verfahren und vorrichtung zum bohren von bohrloechern

Info

Publication number: DE2350635A1
Application number: DE19732350635
Authority: DE
Inventors: Stanley Bert Mccaleb
Original assignee: Sun Oil Co
Current assignee: Sunoco Inc
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1974-04-18
Also published as: US3818996A; SE404228B; GB1442656A

Description

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PIPL-HiO-D-BBBINGHATJS 2350635 TELEX 5-23565 AURO D

SUN OIL COMPANY (DELAWARE) 9. Oktober 1973

DA-10 845

Priorität: 10. Oktober 197-2, U.S.A., Nr. 296 358

Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von Bohrlöchern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern in Erdformation, die Stoffe enthalten, die zum Anbacken am Bohrwerkzeug und den Bohrstangen bzw. Schwerstangen neigen, sowie ein Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern durch eine Erdformation mit anbackendem Schieferton und eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren. Bei der Erfindung geht es insbesondere darum, eine sog. Werkzeugverbackung, d.h. ein Anbacken von Bohrklein am Bohrwerkzeug, zu verhindern, wenn Bohrlöcher durch Formationen mit feinkörnigem Material, wie beispielsweise anhaftende Tone, niedergebracht werden.

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Beim Bohren treten.Schwierigkeiten auf, wenn durch Erdformatiönen gebohrt wird,- die Stoffe enthalten, die am Bohrwerkzeug oder am Bohrgestänge bzw. Bohrstrang anbacken oder anhaften. Wenn eine grössere Menge von Formationsmaterial am Bohrwerkzeug anhaftet, ist dessen Schneidwirkung stark vermindert und der Bohrstrang kann im Bohrloch festklemmen. Wenn der Bohrstang festgeklemmt ist, können bestimmte Verfahren angewendet werden, um das Bohrgestänge oder die Bohrstange freizubekommen. Zunächst besteht die Möglichkeit, zu versuchen, den Bohrstrang mit dem Hebezeug freizuziehen. Dann besteht die Möglichkeit, mit Hilfe von Rüttlern, die im Bohrstrang angeordnet sind, zu versuchen, den Bohrstrang von der Formation freizurütteln. Wenn der Bohrstrang nicht durch das' Hebezeug herausgezogen werden kann oder wenn die im Bohrstrang befindlichen Rüttler nicht die gewünschte Wirkung erzielen, müssen teurere Verfahren angewendet werden. In der Regel .wird versucht, alle Bohrstangen bzw-. Schwerstangen oberhalb der in der Formation festsitzenden Bohrstange zu entfernen» Das noch freie Ende des Bohrstranges wird ermittelt, und eine Explosionsladung wird verwendet, um die unmittelbar oberhalb des freien Endes liegende Verbindung zu lockern. Sobald die Verbindung '.gelockert ist, kann das Bohrgestänge oberhalb des freien Endes gedreht werden, um es von der im Bohrloch fest-.sitzenden Bohrstange zu trennen. Sobald das Bohrgestänge oberhalb des freien Endes entfernt worden ist, wird ein Waschrohr in das Bohrloch gefahren, wobei das Waschrohr einen grösseren Durchmesser als die im Bohrloch festsitzende Bohrstange hat. Wenn das Waschrohr bis zur Bohrstange herabgelassen worden ist, wird Wasser in Umlauf gesetzt, das das Waschrohr hinabströmt und im Ringraum aufwärtsströmt, wodurch versucht wird, das die Bohrstange festhaltende Material wegzuwaschen. Sobald festgestellt worden ist, dass der restliche Abschnitt des Bohrstranges von der Formation freigemacht worden ist, wird ein Fangwerkzeug in das Bohrloch Mn-

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abgelassen, tarn zu versuchen, die obere Verbindungsstelle der Bohrstange zu erfassen, damit der Bohrstrang aus dem Bohrloch geborgen werden kanni Wenn entweder die Bohrstange durch die Umspülung nicht freigemacht werden kann oder wenn sie mit dem Fangwerkzeug nicht geborgen werden kann, muss das Bohrloch mit einem Ablenkungskeil verschlossen werden, damit dieser Bereich umgangen werden kann. Eine Ablenkfläche wird oberhalb der festsitzenden Bohrstange angeordnet, und ein neuer BoHrstrang wird in das Bohrloch eingefahren und um die festsitzende Bohrstange herum abgelenkt_β

Es ist klar ersichtlich, dass diese Verfahren teuer sind, und dass viel Aufmerksamkeit angewandt werden sollte, um ein Festsitzen einer Bohrstange zu vermeiden. Die' Kosten dieser Verfahren sind wesentlich höher, wenn das Festsitzen bei Bohrungen im Küstenvorfeld auftritt» Selbst wenn die Werk-.zeugverbackung nicht zu einem Festsitzen führt, erweisen sich die verminderte Bohrleistung sowie die Notwendigkeit, den Bohrstrang herauszuziehen, um das Bohrwerkzeug und die Bohrstangen bzw. Schwerstangen zu reinigen, als verhältnismässig kostspielig. '

Darüber hinaus können Werkzeugverbackungen zu Äusblasungen führen, wenn der Bohrstrang herausgezogen wird und eine Zone mit hohem Druck gebohrt worden ist» Wenn der Bohrstrang herausgezogen wird, wirkt das Bohrwerkzeug mit dem anbackenden Material wie ein Stopfen auf die Formation und führt dazu, dass sie ausblast»"Wegen der sehr hohen Kosten beim Eindämmen einer Ausblasung wird sehr viel Sorgfalt darauf ■ verwendet, in solchen Situationen eine übermässige Werkzeugverbackung zu vermeiden,, Daher werden mehr Fahrten durchgeführtj um das Bohrwerkzeug su säubern und zu überprüfen, wenn anhaftende Formationen gebohrt werden. Daher

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ist die Bohrleistung stark vermindert, wodurch die Kosten des Bohrlochs i-/esentlich erhöht

Eine Formation, die sich als äusserst schwierig erweist, ist Schieferten aus znontmorillonitiscfrean Ton« Dieser Ton hat zwei tetraedrische Siliziumdioxidschichten und eine in der Mitte befindliche oktaedrische Aluniiniumoxidschicht,» Dieser Ton "v/eist eine starke negative Ladung auf«, Austauschbare Kationen neutralisieren diese negative Ladung,, und auf der. Oberfläche des Tons liegt ein Kationenschwarm vor« Wenn diese Kationen vollständig hydratisiert sind,, ■ sind sie lockerer an den Ton gebunden, da sie einen gewissen Abstand, sur Tonoberf lache haben,, der durch den gross en Radius des liydratisierten Moleküls verursacht ist» Je weiter diese Kationen vom Ton entfernt sind, desto -sdiwäclier ist die Bindung zwischen den Kationen und dem.Ton*

"Während des Bohrens wird insbesondere im Vorlcüstengebiet in der Regel eine- Spütcrübe auf Wasserbasis verwendet, da Spültrübsn auf Qlbasis wegen d©r Umweltverschmutsungsvorschriften nicht geeignet sind« Wenn das Bohrwerkzeug in Berührung mit diesen Tonen,kommt, führt die umlaufende Spültrübe auf Wasserbasis zu einer weiteren Hydratisierung der Kationen am Ton. Wenn das Bohrwerkzeug·, mit diesen Tonen in Berührung koramt, ermöglichen die hydratisierten Kationen ein leichteres Abscheren von Tonteilchen. Sobald diese Tone von der zurückbleibenden Tonmatrix getrennt worden sind, liegen sie in einem"teilweise dispergierten, hydratisierten Zustand vor, in dem sie ihre grösste Plastizität haben. Da die Tone eine starke negative Ladung aufweisen, haften sie bei Berührung am metallischen Bohrstrang. In diesem Zustand bauen sich die Tone auf dem Bohrstrang auf und können ggf. den Bohrvorgang unterbrechen.

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Ein Verfahren, nach dem -gegen diese an-hafSenden Tone vorgegangen wird, ist. die Verwendung einer Spül trübe auf Ölbasis, die eine wässrige Phase aufweist,, die mit ETatrium-' dUoriden und Kalziumchloriden gesättigt ist«, Diese Chloride wirken auf die Tone über ossnotischen Druck, wobei das im Ton enthaltene Wasser- in die mit Chloriden gesälügte wässrige Phase der Spültrübe auf Ölbasis bei dem Bestreben überführt wird, die Salzkonzentrationen anzugleichen„

Im Vorküstengebiet ist jedoch die Verwendung ifob Spültrüben auf Ölbasis wegen der Umweltverschmutzungsvorscliriften riskant«, In diesen Vorküstengebieten werden häufig Spültrüben auf Kalk- oder Gipsbasis verwendet, um das Anbacken des Tons zu verhindern. Die Leim- oder Gipsbasis verhindert eine weitere Hydratation der Tone und beseitigthäufig an die Tone gebundenes Wasser in gleicher Weise, ^Le dies im · Zusammenhang mit den Spültrüben auf Ölbasis beschrieben wurde«, Die Verwendung von Spültrüben auf Kalk- oder Gipsbasis kann ■_. jedoch wegenÄer Verdünnung der Spültrübe, die zur Aufrechterhaltung des Trübengewichts eine häufige und starke Zufuhr von -Trübenmaterial notwendig macht, verhältnismässig teuer sein. In. den Gebieten ₀ in denen Spültrüben auf Ölbasis verwendet werden können«lassen es die im Vergleich zu üblichen Bohrflüssigkeiten grösseren Kosten dieser Spültrüben wünschenswert erscheinen,- für anhaftende Tone ein weniger teures Bohrverfahren zu finden«,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren der oben angegebenen Gattung sowie eine dafür geeignete Vorrichtung zu schaffen, die ein kostengünstigeres Bohren durch Erdformationen mit anhaftendem bzw. anbackendem Material erlauben= Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zmBohren von Bohrlöchern in Erdformationen, die Stoffe enthalten, die zum

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Anbacken se Bohrwerkzeug und den Bohrstangen bzw«, Schwerst angen seigern dadurch gelöst« dass eine negative ,elektrische JUadLtoig ssif das Bohrwerkzeug zumindest während des Zeitraumes aufgebracht wird,, während dessen die anbackenden Stoffe gebohrt werden.

Die Äisfgabs wird im Hinblick auf ein Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern durch eine Srdformation mit anbackendem Schief ertön dadurch gelöst,, dass ein drehendes Bohrwerkzeug sb ctics Formation angesetzt wird und dass während des Bohreae caireb. die Schiefertonformation auf das" Bohrwerk— seug eine negative Ladung aufgebracht wird«,

Hinblick aof die Vorrichtung zum Bohren durch Erdformationen mit eiaer lidhesi Kons ent rat ion von feinkörnigen Stoffen wird die Aufgabe gelöst durch ein Bohrwerkzeug, ein an dem Bohrwerkzeug angebrachtes, zur Oberfläche ragendes Bohrgestänge OBd eine Einrichtung zur Äufbrindung einer negativen Ladung anf. das Bohrwerkzeug_o

Gemäss. der Erfindung wird das Anhaften von Erdformationen am Bohrgerät durch Aufdrücken einer negativen elektrischen Ladung auf das Bohrwerkzeug verhindert.=, Vorzugsweise wird die negative elektrische Ladung aufgebracht, indem auf einer Baugruppe oberhalb des Bohrwerkzeugs eine nennenswerte Menge von Magnesium angeordnet wird, wobei die Unterschiede in den elektromotorischen Potentialen bzw» Kräften zwischen Stahl und .Magnesium aus genutz, wer den. Es können aber auch im Bdhi3och angeordnete Batterien, ein Stromgenerator oder eine zu einer elektrisehen Energiequelle auf der Oberfläche führende elektrische Leitung verwendet werden»

Eine Werkzeugverbackung wird somit durch Aufgeben einer negativen elektrischen Ladung auf das Bohrwerkzeug

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Verblendung einer foimetallischen, elektromotorischen Potentialdifferenz, Von Batterien oder anderen elektrischen Energiequellen verhindert»

Äusführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, und t^erden im folgenden näher erläuterte Es zeigen?

Fig_o 1 einen Schnitt durch den unteren Abschnitt .eines Bohrstranges mit daran befestigten Magnesiümringezi;

Fig_o 1Ä eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Pig»"1?

Fig„ 2 eine Ansicht _s teilweise im Schnitts eines mit einer -elektrischen Energiequelle verbundenen Bohrstrangesι wad '

Fig_o 3 ■ eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des unteren ft& schnittes eines Bohrstranges mit einem mit dem"· Bohrwerkzeug verbundenen BatteriesatZo

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In Fig. 1 ist ein Bohrloch 38 dargestellt, in dem sich das untere Ende eines Bohrgestänges befindet. Der dargestellte Abschnitt des Bohrgestänges weist eine Bohrwerkzeugbaugruppe 10 auf, die im wesentlichen die gleichen Aussenabmessungen wie die gewöhnlichen Bohrstangen hat. Auf dieser Baugruppe sind Magnesiumringe 18 angeordnet. Diese Magnesiumringe .1.8 können auf der Baugruppe 10 angebracht werden, in-dem der mittlere Abschnitt der Baugruppe abgedreht wird, so dass dieser Abschnitt der Baugruppe einen geringeren Durchmesser als die Enden der Baugruppe hat. Dieser abgedrehte Abschnitt der Baugruppe ist mit 42 bezeichnet. Die Magnesiumringe 18 können dann erwärmt werden, so dass sich ihr Innendurchmesser erweitert und sie über die nicht abgedrehten Abschnitte der Bohrwerkzeugbaugruppe 10 und auf den abgedrehten Abschnitt 42 geschoben werden können. Nach dem Abkühlen sind die Magnesiumringe 18 fest an dem abgedrehten Abschnitt 42 der Bohrwerkzeugbaugruppe 10 angebracht.

Die Bohrwerkzeugbaugruppe 10 ist unmittelbar oberhalb des Bohrwerkzeugs 12 angeordnet, das sich am Boden 36 des Bohr-Jochs 38 befindet. Das Bohrwerkzeug ist von herkömmlicher Bauart und weist kegelige Körper 32 mit darauf befindlichen Zähnen 14 auf. Bohrwerkzeuge werden in der Regel aus einsatzgehärtetem· Stahl oder einer einsatzgehärteten Legierung gefertigt, und die Zähne des Bohrwerkzeugs sind in der Regel mit Wolframcarbid überzogen, das eine hohe Verschleissfestigkeit hat. Zwischen den Zähnen 14 sind bei 34 Einlagen aus Magnesium vorgesehen, damit dieses Material unmittelbar neben den Zähnen des Bohrwerkzeugs vorhanden ist. Da Magnesium ein ziemlich weiches Material ist, kann es vorzuziehen sein, das Magnesium im Inneren des Bohrwerkzeugs oder in Bereichen auf der Aussenseite des Bohrwerkzeugs anzuordnen, die keinem starken Verschleiss unterliegen.

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Für die folgende Erläuterung wird angenommen, dass die Formation 16 feinkörnige Stoffe enthält, wie beispielsweise montmorillonitischen Ton oder grosse Mengen anderen feinkörnigen Tons, der ähnliche Hafteigenschaften hat.

Beim Bohren in eine Formation 16 aus feinkörnigen Stoffen, die ein Anbacken und/oder Anschwellen verursachen, ist das übliche Problem die Hydratisierung der Tone. Sobald das Bohrwerkzeug 12 die Formation 16 angreift, scheren die Zähne 14 Teile des hydratisierten Tons ab. Wenn diese Tone teilweise dispergiert sind, haben sie ihre grösste Plastizität und eine starke negative Ladung. Wegen dieser starken negativen Ladung werden die Tone zum Bohrwerkzeug und den Bohrstangen gezogen.

Das auf der Bohrwerkzeugbaugruppe 10 angeordnete Magnesium hat eine hohe elektromotorische Kraft, die dem Bohrwerkzeug 12 eine negative Ladung aufprägt. Da Magnesium die stärker negative Spannung hat, wirkt es als Anode, und da das Bohrwerkzeug die weniger negative Spannung hat, wirkt es als Kathode. Dies wird am deutlichsten aus Fig. lA_#in der der Magesiumring als Anode auf der linken Seite und das Bohrwerkzeug als Kathode auf deijrechten Seite dargestellt sind. Zwischen beiden befindet sich Bohrflüssigkeit als Elektrolyt, und die metallische Verbindung zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Magnesium verbindet die Anode mit der Kathode unter Vervollständigung des Kreises.

Wie in Fig. IA dargestellt ist, fliesst der Strom über die "durch das Bohrgestänge gebildete metallische Verbindung vom Magnesium zum Bohrwerkzeug, wenn als Elektrolyt v/irkende Bohrflüssigkeit vorhanden ist. Aufgrund der Potentialdifferenz zwischen der Magnesiumanode und der durch das Bohrwerkzeug gebildeten Kathode findet eine Elektrodenwanderung

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vom Magnesium zum Bohrwerkzeug entlang der durch das Bohrgestänge gebildeten metallischen Verbindung statt. Die an der durch das Bohrwerkzeug gebildeten Kathode auftretenden Überschusselektronen werden von den positiv geladenen Wasserstoffionen im Elektrolyten unter Bildung freien Wasserstoffs aufgenommen. Aufgrund dieses Elektrodenverlustes reagieren Magnesiumionen an der Anode mit Hydroxylionen. Die Bildung von Wasserstoff am kathodischen Bohrwerkzeug hilft auch bei der Verhinderung des Anbackens von Tonen, da der Wasserstoff die Oberfläche des Bohrwerkzeugs bedeckt. Durch dieses Verfahren wird das Bohrwerkzeug vor anbackendem Ton geschützt, wobei das Magnesium als sich verzehrende Anode wirkt.

In der praktischen Spannungenreihe hat technisch reines Magnesium -1,75 V, wogegen sauberer Schweißstahl Spannungen von -0,5 V bis -0,8 V hat. Im folgenden ist eine Tabelle der Spannungen einiger Metalle gegenüber einer gesättigten Kupfer-Kupfersulfat-Bezugselektrode aufgeführt.

Praktische Spannungsreihe (gemessen gegenüber einer Kupfer-Kupfersulfat-Bezugselektrode)

Metall Spannung (V)

technisch reines Magnesium -1,75

Magnesiumlegierung (6%Α1τ 3%Zn; 0,15%Mg) . -1,6 Zink -1,1

Aluminiumlegierung (5%Zn) -1, o5

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(Metall) (Spannung (V)) technisch reines Aluminium -0,8

Schweißstahl (sauber und glänzend) -0,5 bis -0,8

Schweißstahl (rostig) -0,2 bis -0,5 Gusseisen -0,5

Kupfer, Messing, Bronze -0,2

In dem Fall, dass die durch die Bohrwerkzeugbaugruppe mit MagnsBium auf dem Bohrwerkzeug erzeugte abstos sende Kraft nicht ausreicht, den Ton abzustossen, kann es erforderlich sein, das Magnesium auf dem Bohrwerkzeug 12 selber anzuordnen. Um eine Werkzeugverbackung - mit diesem Ausdruck wird der ubermässige Aufbau von Ton auf dem-Bohrwerkzeug, bezeichnet zu verhindern, kann, es erforderlich sein, Einlagen aus Magnesium zwischen den Zähnen des Bohrwerkzeugs anzuordnen. Dadurch wird eine Vielzahl von sich verbrauchenden Anoden unmittelbar neben den Zähnen geschaffen. Ein anderer möglicher Anbrindungsort für das Magnesium ist zwischen den Zahnreihen auf dem kegeligen Körper bzw. Bohrkegel 32. Da Magnesium nicht sehr verschleissfest ist, kann es erforderlich sein, das Magnesium auf einem Abschnitt der Aussenseite des Bohrwerkzeugs anzuordnen, der nicht direkt in Berührung mit der Formation 16.kommt. Da zu irgendeiner Zeit die gesamte Aussenseite des Bohrwerkzeugs in Berührung mit der Formation kommen kann, kann es von Vorteil sein, das Magnesium in der Innenbohrung des Bohrwerkzeugs anzuordnen.

Ausser zum Schutz des Bohrwerkzeugs.können Magnesiumringe auch zum Schutz von Gestängeführungen, Erweiterungsbohrern oder von beliebigen anderen Abschnitten des Bohrgestänges

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verwendet werden, bei denen das Anbacken von Tonen usw. den Bohrbetrieb unterbrechen könnte.

In Fig. 2 ist ein übliches Bohrgestänge 11 dargestellt, das sich in einem Bohrloch 38 befindet, das bis in eine Formation 16 mit feinkörnigen Stoffen einschließlich von Tonen niedergebracht worden ist. Am Ende des Bohrgestänges 11 ist ein herkömmliches Bohrwerkzeug 12 mit darauf befindlichen Zähnen 14 angeordnet. Diese Zähne 14 greifen in den Boden 36 des Bohrlochs 38. Unmittelbar oberhalb des Bohrwerkzeugs 12 ist eine Bohrwerkzeugbaugruppe 10 angeordnet. Diese Baugruppe ist von herkömmlicher Bauart und ist in der Weise abgedreht worden, dass der Durchmesser des mittleren Abschnitts vermindert ist. Um den abgedrehten Abschnitt deyBaugruppe 10 herum ist ein Ring aus Isoliermaterial 44 angeordnet, der am oberen und unteren Ende nach aussen ragende Schultern aufweist. Zwischen diesen Schultern des Isoliermaterials 44 befindet sich sich verbrauchendes Anodenmaterial 46, wie beispielsweise Eisen mit hohem Siliziumgehalt. Auf der Oberfläche 40 Js t ein Drehtisch 20 und eine Energiequelle für elektrische Energie angeordnet, wie beispielsweise ein Generator oder eine Verbindung zum elektrischen Netz. Eine isolierte elektrische Leitung 22 läuft von der Energiequelle 24 zu dem sich verbrauchenden Anodenmaterial 46. Diese elektrische Leitung 22 verlässt das Bohrgestänge 11 bei 26 und ist mit dem Generator bzw. der Energiequelle24 verbunden. Der Generator 24 liegt mit Masse über eine elektrische Verbindung 50 am Bohrgestänge bzw. den Bohrstangen. Die elektrische Leitung ist in der Zeichnung im Inneren des Bohrgestänges dargestellt; wenn sich jedoch die nach unten gerichtete Strömung der Spültrübe im Inneren des Bohrgestänges als problematisch erweist, kann es von Vorteil sein, die elektrische Leitung 22 auf der Aussenseite des Bohrgestänges anzuordnen.

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Bei der anhand von Fig. 2 erläuterten Einrichtung kann eine negative elektrische Ladung dem Bohrwerkzeug 12 aufgedrückt werden, indem elektrische Energie von der Energiequelle über die Leitung 22 geliefert wird, die mit der sich verbrauchenden Anode 46 verbunden ist. Diese Anode wirkt dann in der gleichen Weise wie der in Verbindung mit Fig. 1

beschriebene Magnesiumring. Ein Vorteil dieses Vorgehens besteht in der Möglichkeit, dem Bohrwerkzeug eine stärker negative Ladung aufzudrücken, als dies mit der bimetallisehen Potentialdifferenz möglich ist, die durch den in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Magnesiumring 18 erzeugt wird. Durch geeignete Steuerung kann erreicht werden, dass zum Schutz des Bohrwerkzeugs Energie nur dann zugeführt wird, wenn anbackende Formationen gebohrt werden. Wenn, dem Bohrwerkzeug die negative Ladung aufgedrückt ist, wird der negativ geladene Ton abgestossen, so dass er nicht .am Bohrwerkzeug haftet. Zusätzlich können auch die Bohrstangen durch eine ähnliche Einrichtung an geeigneten Stellen negativ aufgeladen werden, damit anhaftende Tone abgestossen werden. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, dass es für tiefere Bohrungen nicht sinnvoll eingesetzt werden kann, da dann ein starker Stromverlust aufgrund des inneren ■ Widerstandes der elektrischen Leitung 22 auftreten würde.

In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, die auch in Formationen erfolgreich eingesetzt werden kann, die tiefer liegen als die, in denen die Anordnung nach Fig. 2 einen wirkungsvollen Schutz herbeiführen kann. Der untere Abschnitt eines Bohrgestänges ist in einem Bohrloch 38 angeordnet, das eine Formation 16 durchdringt, die anbackende Stoffe enthält. Das Bohrgestänge umfasst eine Bohrwerkzeugbaugruppe 10, unterhalb derer ein Bohrwerkzeug 12 angeordnet ist, das in Eingriff mit dem Boden 36 der Formation 16 dargestellt ist. Das Bohrwerkzeug ^l 2 weist kegelige Körper bzw. Bohrkegel 32 mit

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darauf befestigten Zähnen 14 auf. Im Inneren der Bohrwerkzeugbaugruppe 10 befindet sich ein Batteriesatz 28, der längs der Wand der Bohrwerkzeugbaugruppe 10 angeordnet ist. Der Batteriesatz 28 enthält eine Vielzahl von Batterien, die gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind und die gut isoliert und geschützt sind, so dass sie durch Bohrflüssigkeit oder andere Flüssigkeiten nicht beeinträchtigt werden. Eine elektrische Verbindung 30 verbindet den Batteriesatz -28 mit dem Anodenmaterial 46, das durch Isoliermaterial 44, wie beispielsweise faseriges Siliziumdioxid-Epoxid, isoliert ist. Die isolierte Anode ist auf dem abgedrehten Abschnitt 42 der Bohrwerkzeugb-augruppe 10 angeordnet.

Es ist klar ersichtlich, dass mit der beschriebenen Vorrichtung eine negative Ladung auf das Bohrwerkzeug 12 aufgebracht werden kann, indem der Anode bzw. dem Anodenmaterial 46 von dem Batteriesatz 28 Energie zugeführt wird, um das Bohrwerkzeug 12 in gleicher Weise zu schützen, wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Wenn die Zähne 14 auf dem Bohrwerkzeug 12 in der Formation 16 mit Stoffen in Berührung kommen, die die Neigung haben, am Bohrwerkzeug anzubacken, wirkt somit die durch den Batteriesatz 28 geliefert Ladung in dem Sinne, dass äi.e negativ geliadenen feinen Stoffe, wie beispielsweise montmorillonitischer Ton, abgestossen werden.

Durch das Aufbringen einer negativen Ladung nach einem der in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebene Verfahren können grosse Einsparungen erreicht werden, wenn durch schwierige Formationen gebohrt wird. Anbackende Schiefertone und ähnliche Stoffe haben zu beträchtlichen Verlusten an Zeit und Geld, bisweilen sogar zum vollständigen Verlust eines Bohrloches geführt. Daher können grosse Ein-

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sparungen erreicht werden, indem verhindert wird₅ dass diese Stoffe sich am Bohrgestänge bzw_o Bohrstrang absetzen. ·

In der vorstehenden Beschreibung sind bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben und in den Figuren dargestellt» Es ist offensichtlich, dass Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsrahmen zu verlassen. Diese' Veränderungen und Abwandlungen fallen unter den Erfindungsgedanken.

Patentansprüche:

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Claims

Patent ansprüche

1. Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern in Erdfonnationen, die Stoffe enthalten, die zum Anbacken am Bohrwerkzeug und den Bohrstangen bzw. Schwerstangen neigen,

dadurch gekennzeichnet, dass eine negative elektrische Ladung auf das Bohrwerkzeug zumindest während des Zeitraumes aufgebracht wird, während dessen die anbackenden Stoffe gebohrt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ladung auf das Bohrwerkzeug aufgebracht wird, indem ein Metall mit twesentlich höherer elektromotorischer Kraft als der des Bohrwerkzeugs nahe dem Bohrv/erkzeug angeordnet wird.

3·. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall mit hoher elektromotorischer Kraft Magnesium in Form eines oder mehrerer Ringe ist, die auf eine herkömmliche Bohrwerkzeugbaugruppe aufgepresst oder aufgeschrumpft sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ladung auf das

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Bohrwerkzeug aufgebracht wird, indem das Bohrwerkzeug mit einer Energiequelle für elektrische Energie verbunden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die anbackenden Stoffe der Erdformationen montmorillonitischen Ton enthalten, dadurch ge k:e nnzeichnet, dass auch auf den unteren Abschnitt des Bohrgestänges bzw. Bohrstranges eine negative elektrische Ladung gegeben wird.

6. · Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern durch eine Erdformation mit anbackendem Schieferton, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehendes Bohrwerkzeug •an die Formation angesetzt wird und dass während des Bohrens durch die Schiefertonformation auf das Bohrwerkzeug eine negative Ladung aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ladung auf das Bohrwerkzeug aufgebracht wird, in-dem ein Metall mit wesentlich höher elektromotorischer Kraft als der des Bohrwerkzeugs nahe dem Bohrwerkzeug angeordnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der anbackende Schiefer-

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ton Ton aus zwei tetraedrischen Schichten und einer in der Mitte befindlichen oktaedrischen Schicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Ladung auf das Bohrwerkzeug aufgebracht wird, indem das Bohrwerkzeug mit einer auf der Oberfläche befindlichen Energiequelle für elektrischen Strom verbunden wird.

9. Vorrichtung zum Bohren durch Srdfonaationen mit einer hohen Konzentration von feinkörnigen Stoffen, zu denen;, auch Tone gehören, nach Anspruch 1 oder 6, gekennzeichnet durch ein Bohrwerkzeug (12), ein an dem Bohrwerkzeug angebrachtes, zur Oberfläche ragendes Bohrgestänge (11) und eine Einrichtung C18; 28; 22, 24) zur Aufbringung einer negativen Ladung auf das Bohrwerk-

zeug.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Aufbringung der Ladung ein Metallteil (18) umfasst, das eine höhere elektromotorische Kraft als das Bohrwerkzeug hat und auf einer Bohrwerkzeugbaugruppe (10) "hzw. einem Bohrwerkzeugträger nahe dem Bohrwerkzeug angebracht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn-

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ζ e i chn e t, dass die Einrichtung zur Aufbringung
der Ladung eine unabhängige, abgeschlossene Energiequelle (28) umfasst, die neben dem Bohrwerkzeug angeordnet und mit diesem verbunden ist.

12. Vorrichtung nach' Anspruch 9, dadurch g e k.e η η zeichnet, dass die Einrichtung zur Aufbringung der Ladung eine isolierte elektrische Leitung (22) und

eine auf der Oberfläche (40) angeordnete Energiequelle
(24) für elektrische Energie umfasst, wobei die elektrisehe Leitung sich zwischen der Energiequelle und einer
sich verzehrenden Anode (46) nahe dem Bohrwerkzeug erstreckt und&iese miteinander verbindet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (18) einen nennenswerten Anteil an Magnesium enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch, g ekennze lehnet, dass die Einrichtung zur Aufbringung
der Ladung ein Metall (18) mit einer höheren elektromotorischen Kraft als der des Bohrwerkzeugs (12) umfasst, wobei das Metall am Bohrwerkzeug angebracht ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass das Metall zwischen den Zähnen (14) auf dem Bohrwerkzeug angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Magnesium umfasst und zwischen den Zähnen (14) des Bohrwerkzeugs (12) angeordnet ist.

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