DE2353128C2 - Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem Bohrloch - Google Patents
Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem BohrlochInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in
einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch, mit einem langgestreckten Hauptteü. der an den
Enden mit Kupplungseinrichtungen zur Drehmomentübertragung zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten
eines Bohrgestänges versehen ist und durch den sich eine Leitung in Längsrichtung erstreckt, mit einem ersten
System zur Steuerung eines Fluidstroms durch die Leitung, mit einem den Hauptteil umschließenden Pakker,
der eine eiastische ringförmige Manschette aufweist, die an einem Ende mit einer Ringhülse verbunden
ist, die abgedichtet and axial verschieblich auf einem At_lianwandabschriitt des Kauptteils gelagert ist, und
mit einem zweiten System zur Steuerung der Strömungsverbindung zwischen der Außenseite des Hauptteils
und der Leitung sowie zwischen dieser und dem Inneren der aufweitbaren Manschette.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (WORLDOIUNov. 1969. Seiten 105 ff.).
Insbesondere bei Tiefbohrarbeiten kann es zu einem Ungleichgewicht zwischen dem Druck der Spülung und
dem Druck im Porenraum der Untergrundformation kommen, so daß in der Formation enthaltene Fluide in
das Bohrloch aus .trömen können. Auf diese Weise kann
es zu einem beginnenden Gasausbruch kommen, der durch einen verstärkten Rückstrom von Spülung feststellbar
ist. Wird der beginnende Gasausbruch nicht im
Anfangsstadium bekämpft, kann sich daraus ein richtiggehender Ausbruch entwickeln, der nur noch schwer
unter Kontrolle zu halten ist. Daher ist eine schnelle Bekämpfung eines beginnenden Gasausbruchs von großer
Bedeutung.
Bei der bekannten Vorrichtung ist zur Absperrung des Fluidstroms durch die Leitung ein Verschlußstopfen
vorgesehen, der im Bedarfsfall von der Erdoberfläche aus durch das Bohrgestänge abgesenkt werden muß, bis
er mit einer im Hauptteil ausgebildeten Sitzfläche zusammenwirkt. Dieses kompliziert die Handhabung und
verzögert die Zusteuerung der Leitung, die zum Aufweiten
des Packers als Maßnahme gegen den beginnenden Gasausbruch erforderlich ist. Des weiteren ist bei
der bekannten Vorrichtung die Manschette des Packers nur am einen Ende mit einer Ringhülse versehen, wobei
das zweite System zur Steuerung der Strönuingsverbindung
zwischen der Leitung und der Außenseite des Huupiieils unabhängig von der Stellung des Packers
erfolgt. Dementsprechend ist es nicht möglich, bei aufgeweitetem
Packer den llauptteil gegenüber dem Pakker
zu verlagern, um auf diese Weise eine einfache Steuerung des zweiten Systems über das Bohrgestänge
zu ermöglichen.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung der bekannten Vorrichtung
zu vereinfachen und ihre Handhabung zu erleichtern, so daß die Gegenmßnahmen bei einem beginnenden Gasausbruch
schnell und zuverlässig zur Wirkung gebracht werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste System ein ständig in der Leitung angeordnetes
Ventilsystem ist. daß die Manschette des Pakkers auch an ihrem anderen Ende mit einer Ringhüise
verbunden ist, die abgedichtet und axial verschieblich auf einem Außenwandabschnitt des Hauptteils gelagert
ist, daß das zweite System ein Veniilsystem ist, zu dem
eine der Ringhülsen gehört, und daß eine Einrichtung zum Zurückhalten dieser Ringhülse beim Einleiten von
Fluid in das Innere der Manschette in einer Stellung vorgesehen ist, in der die Verbindung zwischen der Außenseite
des Hauptteils und der Leitung durch die Ringhüise abgesperrt, eine Strömung zwischen der Leitung
und dem Inneren der Manschette jedoch freigegeben ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in folgender Weise gearbeitet: Sobald ein beginnender Gasausbruch
festgestellt wird, werden die Bohrarbeiten gestoppt,
der cbs Bohrgestänge umschließende Ringraum
wird nahe dem Bohrlochmund abgeschlossen, und die Leitung im Hauptteil wird mittels des ersten Systems
geschiossen. Daraufhin wird Fluid durch das Bohrgestänge nach unten gepumpt, um den Packer aufzuweiten
und an die Bohrlochwand anzupressen, so daß der das Bohrgestänge umschließende Ringraum auch in Höhe
der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeschlossen wird. Darauf wird nach Beendigung des Niederpumpens
von Fluid das Bohrgestänge gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Packer verstellt, um das
/weite VcnülsvMem /u betätigen und dadurch die Verbindung
/wischen der Außenseite des Hatiptieils und
der durch den Haupueil geführten Leitung herzustellen, wobei die betreffende Ringhülse diese Verbindung aufsteuert.
Nunmehr wird der Bohrlochringraum nahe dem Bohrlochmund geöffnet und ein Fluid anderer Zusammensetzung
durch das Bohrgestänge gepumpt, wobei das alte Fluid mit einer für die Bekämpfung des beginnenden
Gasausbruchs nicht geeigneten Zusammensetzung verdrängt wird. Schließlich wird das Bohrgestänge
gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Pakker zurückverstellt, um das zweite System zu betätigen
und dabei die Verbindung zwischen der Leitung und der Außenseite des Hauptteils zu unterbrechen und das Innere
des Packers bzw. seiner Manschette mit der Leitung zu verbinden, so daß diese sich zusammenzieht und
den Bohrlochringraum in Höhe des Hauptteils wieder freigibt. Nunmehr kann die normale Arbeit wieder aufgenommen
werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit
weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. I einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Bekämpfen von beginnenden
Gasausbrüchen.
!■' i g. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte
Ausbildungsform der in Fig. I dargestellten Vorrichtung.
F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausbildungsform einer Vorrichtung nach der Krfindung /um
Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen im Zustand beim Bohren des Bohrloches,
Fig.4 eine Fig.3 ähnliche Darstellung im Zustand
unmittelbar nach Feststellen eines beginnenden Gasausb-uches,
Fig.5 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung im Zustand
unmittelbar vor dem Vergrößern des Packers,
F i g. 6 eine F i g. 3 ähnliche Darstellung bei vergrößertem Packer,
F i g. 7 eine F i g. 3 ähnliche Darstellung im Zustand beim Umwälzen einer Bohrspülung mit höherem spezij5
fischen Gewicht (Dichte) als die anfänglich benutzte Bohrspülung,
Fig. 8 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung im Zustand
während der Verkleinerung des Packers und vor Wiederaufnahme der Bohrarbeiten,
F i g. 9 einen Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausbildungsform der Vorrichtung nach der Erfindung
im Zustand beim Bohren des Bohrloches.
Fig. 10 eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand
unmittelbar nach Feststellen eines beginnenden Gasausbruches,
Fig. Il eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand
unmittelbar vor dem Vergrößern des Packers,
Fig. 12 eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand
während des Vergrößerns des Packers. F i g. 13 eine F i g. 9 ähnliche Darstellung im Zustand
unmittelbar vor dem Umwälzen einer Bohrspülung mit höherem spezifischem Gewicht (Dichte) als die anfänglich
benutzte Bohrspülung, und
Fig. 14 eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar vor dem Verkleinern des Packers.
Die in Fig.! gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen eines beginnenden Gasausbruches weist ein Vorrichtungs-Hauptteil
1 von überwiegender Längsausdehnung auf. das von einer in Längsrichtung sich erstrekbo
kenden Miltelleitung 2 durchsetzt ist. Das obere Ende
des Vnrriehiungs-Hauptteils I ist mit einer Koppelungsviirrichtung
Λ versehen, mil der sich das Vorrichlungs-Hauptteil
mit (nicht ge/eichncteir.) rohrförmigen! Arbeitsgerät
zum Bohren eines Bohrloches verbinden läßL Dieses Arbeitsgerät kann ein Bohrgestänge mit einer
daran angeschlossenen Schwerstange sein.
Rings um das Vorrichtungs-Hauptteil 1 ist ein Packer 4 mit zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Haupt-
teils versehicblichen Kinghiilscn 5 und h iingeurdiict.
Dc Packer ist vergrößerbar, um den ringförmigen
Kaum abzuschließen, der dns Vorrichlungs-Miiupttcil I
umgibt, wenn dieses hangend in einem Bohrloch angeordnet
ist. Dieses Absperren des ringförmigen Kaumes (Bohrloch-Ringraumcs) laßt sich durch Ausweiten einer
elastischen, ringförmigen Manschette 7 erzielen, die an
ih'vn linden mit ilen Ringhülsen 5 und 6 verbunden ist.
Die Ringliülsc 5 gleitet an einem Teil 8 des Voiriehüings-Hauptteils
1. Der Durchmesser dieses Teils 8 ist kleiner als der eines Teils 9 des Vorrich'ungs-Hauptteils
I. an dem die verschiebliche Ringhülse 6 abgestützt ist. Da die Ringhülse 5 einen größeren Querschnitt aufweist
als die Rinphülsc 6, wird sie stets nach oben gedrängt,
wenn der Packer 4 durch Einleiten von unter Druck stehendem Fluid durch eine in der Wand des Vorrichtungs-Huupltcils
1 ausgebildete Bohrung 10 vergrößert wird. Auf diese Weise bleibt über die Bohrung 10 die
Verbindung zwischen der Höhlung des Packers 4 und der Mittelleitung 2 während des Vergrößerns des Pakkers
4 aufrechterhalten. In normalen Betriebszusländen liegt der Packer 4 mit seiner Ringhülse 6 an einer Schulter
11 des Vorrichtungs-Hauptteils 1 an. Bei Vergrößern des Packers 4 verschiebt sich die Ringhülse 6 nach oben.
Sobald der Packer 4 vergrößert und dessen elastische Manschette 7 an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand
angepreßt ist. kann das Vorrichtungs-Hauptteil 1 gegenüber dem Packer 4 verstellt werden. Bei Anheben des
Vorrichtungs-Hauptteils 1 bleibt der Packer 4 auf dem Niveau gehalten, auf dem es im Bohrloch festgesetzt ist.
r;e Bohrung 10 wird an der Ringhülse 5 vorbeigeführt,
bis sie eine Verbindung zwischen der Umgebung des Vorrichiungs-Hauptteils 1 und der Mittelleitung 2 herstellt.
Ringhülse 5 und Bohrung 10 bilden auf diese Weise ein Ventilsystem, das nachstehend als zweites Ventilsystem
12 bezeichnet ist.
Das untere Ende des Vorrichtungs-Hauptteils I tragt ein teleskopartig verschiebbares Teil (Teleskop-Teil) 13
mit einem Keil 14, einer Keilnut 15 und einer Hülse 16. Das untere Ende der Hülse 16, obgleich in einem Stück
mit einer Bohrkrone (Bohrmeißel) 17 gezeichnet, ist normalerweise von dieser getrennt ausgebildet und mit
einer entsprechenden Kopplungsvorrichtung mit der Bohrkrone 17 verbunden. Im Sinne der speziellen Beschreibung
und der Patentansprüche wird der Bohrmeißel 17 als Teil des rohrförmigen Arbeitsgerätes verstanden,
das in einem Bohrloch hängend angeordnet werden kann. Der Keil 14 und die Keilnut 15 bilden eine Drehmoment-Clbertragungsvorriehtung
zum Übertragen des Bohrdrehmomentes vom Vorrichtungs-Hauptteil 1 auf den Bohrmeißel 17.
Ein erstes Ventilsystem weist ein mit einem Sitz 19 zusammenwirkendes erstes Verschlußglied 18 und ein
nach Art eines Rückschlagventils arbeitendes (selbstsperrendes) zweites Verschlußglied 20 auf, das mit einem
am unteren Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 1 ausgebildeten Sitz 21 zusammenwirkt. In seiner Ruhestellung
ist das Verschlußglied 20 von einer mit dem Vorrichtungs-Hauptteil 1 verbundenen Abstützung 22
in einem vorbestimmten Abstand vom Sitz 21 gehalten. Durch eine im Verschlußglied 20 ausgebildete Aussparung
24 ist eine Stange 23 hindurchgesteckt, die das erste Verschlußglied 18 mit der Hülse 16 des Teleskop-Verbindungsteils
13 verbindet
Das untere Ende der Hülse 16 weist öffnungen 25 auf.
mit denen sich ein Strom von Bohrfluid (Bohrspülung) von der Innenseite der Hülse 16 zum Bohrmeißel 17
führen läßt. Diese öffnungen können von den Düsenöffluingeii
des Hohnneil.lels 17 gebildet sein.
Ils wird nun die Arbeitsweise der in F i g. I dargestcll
ten Vorrichtung /um Bekämpfen beginnender Gasausbrüche beschrieben.
■> Während der Uohrarbeit ist die in F i g. I gezeigte
Vorrichtung /um Bekämpfen von beginnenden Gasausbriichcn
mit einem an sich bekannten rohrförmigen b/w. aus Ruinen /usanimcngcset/lcn Arbeitsgerät /ui·
Herstellung von Bohrlöchern, wie ι. B. einem Hohrgr
ίο stange mit Schwerstange in einem Bohrloch hängend
angeordnet. Das Teleskop-Verbindungsteil 13 und der Packer 4 nehmen dabei die in Fig. I gezeichnete Stellung
ein. Obgleich ein Druckunterschied besteht zwischen dem Fluid in der Mittelleitung 2 und dem Fluid in
dem außerhalb des Vorrichtungs-Hauptteils 1 hegenden
Raum, widersteht die elastische, ringförmige Manschette 7 des Packers 4 infolge ihrer ausreichenden Steifigkeit
diesem Druckunterschied und behält ihre im wesentlichen ringförmige Gestalt bei. Das von (nicht gezeichneten)
Pumpen zum Bohrmeißel 17 geförderte Bohrfluid strömt durch die Miltelleitung 2, zwischen
dem Versschlußglied 18 und dem Sitz 19, zwischen dem Verschlußglied 20 und dem Sitz und durch die öffnungen
25.
Sobald ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die der Mittelleitung 2 Fluid liefernden
Pumpen abgeschaltet, und das (nicht gezeichnete) Bohrgestänge, an das das Vorrichtungs-Hauptteil 1 angeschlossen
ist, wird hochgehoben. Der das Bohrgestänge umschließende Bohrloch-Ringraum wird am Bohrlochmund
mit (nicht gezeichneten) an sich bekannten Bohrloch-Absperrungsvorrichtungen (Prevcntern) verschlossen.
Da der Druck im Bohrloch größer ist als der Druck in der Hülse 16. bleibt das Teleskop-Verbinj5
dungsteil 13 in der gezeichneten eingefahrenen Stellung. Durch Anschließen des oberen Endes des Bohrgestänges
an atmosphärischen Druck beginnt Fluid aus dem Bohrloch durch die öffnungen 25 am Verschlußglied
20 und Sitz 21 vorbei in die Mittelleitung 2 zu strömen. Dadurch wird am Verschlußglied 20 ein
Druckunterschied erzeugt, so daß das Verschlußglied 20 sich gegen seinen Sitz 21 bewegt und den Zugang zur
Mittelleitung 2 absperrt. Sobald die Strömung aufhört, hat sich ein Druckgleichgewicht zwischen der Innen-
und Außenseite der Hülse 16 hergestellt, die sich demzufolge unter der Wirkung ihres eigenen Gewichtes
nach unten bewegt und dadurch das Teleskop-Verbindungsteil 13 ausfährt. Gleichzeitig wird das Verschlußglied
18 in seinen Sitz 19 gezogen und bleibt in dieser Stellung, wenn nachfolgend durch Wiedereinschalten
der Pumpen Fluid in das Innere der Mittelleitung 2 gefördert wird. Sodann wird der Pumpendruck so weit
verstärkt, daß der Packer 4 vergrößert und an die Bohrlochwand angepreßt wird. Die Ringhülse 5 bleibt während
der Vergrößerung an ihrem Platz, und die Bohrung 10 bleibt geöffnet. Die Ringhüise 6 ist nach oben verstellt.
Da der Packer 4 gegen die Bohrlochwand festgesetzt ist, können das Bohrgestänge und das Vorrichtungs-Hauptteil
1 anschließend gegenüber dem Packer 4 nach oben verstellt werden, um die Bohrung 10 des
ersten Ventilsystems 12 in einer oberhalb der zu diesem Ventilsystem gehörenden Ringhülse 5 liegenden Stellung
anzuordnen. Das unter hohem Druck stehende Fluid strömt dann aus der Mittelleitung 2 durch die
Bohrung 10 in den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 4. Durch Öffnen der Preventer im oberen Teil
des Bohrloch-Ringraumes kann über das Bohrgestänge und den Bohrloch-Ringraum Spülung umgewälzt wer-
den. Durch Erhöhen des spezifischen Gewichts (Dichte) des Fluides, das in diesen Bohrloch-Ringraum eingeleitet
wird und dadurch das Fluid mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht (Dichte) verdrängt,
wird der hydrostatische Druck oberhalb des Packers 4 verstärkt. Sobald der hydrostatische Druck einen Wert
erreicht, der ausreicht, um den unterhalb des Packers 4 herrschenden Druck des beginnenden Gasausbruchs
niederzuhauen, wird das Umwälzen von Fluid gestoppt, und das Bohrgestänge wird abgesenkt, um die Bohrung
10 in die in F i g. 1 gezeichnete Stellung zu bringen. Der Packer 4 wird dadurch verkleinert. Weiteres Absenken
des Bohrgestänges bewirkt das Einfahren des Teleskop-Verbindungsteils 13, sobald der Bohrmeißel 17 am
Bohrlochtiefsten aufsitzt. Das Verschlußglied 18 wird daher von seinem Sitz 19 gelöst, und die Bohrarbeiten
können wiederaufgenommen werden. Es leuchtet ein, daß die Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden
Gausausbrüchen erneut betriebsbereit ist.
Wo notwendig, können Dichtungen angeordnet sein,
um Fluidströmung zwischen Stellen verschiedenen Druckes zu verhindern. Insbesondere sind derartige
Dichtungen zwischen den Ringhülsen 5 bzw. 6 und den Flächen 8 bzw. 9 angeordnet.
Die Verschlußglieder 18 und 20 können mit einer anderen als in der Zeichnung gezeigten Gestalt ausgebildet
sein. Bei Bedarf kann das Verschlußglied 20 weggelassen sein. Das Ausfahren des Teleskop-Vcrbindungsteils
geschieht dann durch Anheben des Bohrgestänges, nachdem der Durchgang durch das Bohrgestänge und
durch den dieses umschließenden Bohrloch-Ringraum im Bereich des Bohrlochmundes abgesperrt wurde.
Durch Ausbilden eines (nicht gezeichneten) Kanals von kleinem Querschnitt durch das Verschlußglied 18
läßt sich der unterhalb des vergrößerten Packers herrschende Druck messen. Dies erlaubt eine exakte Berechnung
des spezifischen Gewichts (Dichte) des Fluids, Ö35 zur Sskänr^fun" de*i beginnenden Gsssusöruches in
das Bohrloch eingeleitet werden soll.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Werkzeug
weist die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen kein Teleskop-
Verbindungsteil auf, ist daher billiger und im Betrieb
im Bohrloch weniger störanfällig. Das Vorrichtungs-Hauptteil 31 weist eine Leitung 32 sowie eine
Koppelungsvorrichtung 33 auf, mit der es sich an ein (nicht gezeichnetes) rohrförmiges bzw. aus Rohren zusammengesetztes
Arbeitsgerät zur Ausführung von Arbeiten in einem Loch verbinden läßt. Da das Vorrichtungs-Hauptteil
31 einen Bohrmeißel 34 trägt, handelt es sich bei den vorzunehmenden Arbeiten um Bohrarbeiten
und das rohrförmige Arbeitsgerät ist ein Bohrgestänge. Der Anschluß des Bohrmeißels 34 an das untere
Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 31 ist mit einer (nicht chend steif, um den Packer 35 in der gezeichneten Stellung
zu halten.
Das Vorriclitungs-Hauptteil 31 trägt ein erstes Ventilsystem
42 und ein zweites Ventilsystem 43. Zum zweiten Ventilsystem 43 gehören drei Bauteile,
nämlich die Hülse 36, eine Bohrung 44 und eine Innenhülse 45, die sich über eine Stange 46 am ersten Ventilsystem
42 abstützt.
An das erste Verschlußglied des ersten Ventilsystems ίο 42, das von einem selbstsperrenden Verschlußglied 47
gebildet ist, ist eine Puffervorrichtung angeschlossen, welche aus einem mit öl gefüllten Zylinder 48 und einem
mit dem Verschlußglied 47 verbundenen Kolben 49 zusammengesetzt ist. Durch den Kolben 49 hindurch ist
eine Bohrung 50 mit kleinem Durchmesser ausgebildet. Das untere Ende des Verschlußgliedes 47 weist eine
öffnung 51 auf, deren Größe so gewählt ist, daß, w;nn
eine nach oben gerichtete Fluidströmung durch diese öffnung geht, an beiden Seiten des Verschlußgliedes 47
2-, ein Druckunterschied erzeugt wird. Dieser Druckunterschied ist ausreichend groß, um das VerschluUglicd 47
gegen die Wirkung einer Feder 53 nach oben zur Abdichtung am unteren Ende eines zweiten Verschlußgliedcs
54 des ersten Ventilsystcms 42 zu verstellen. Das Verschlußglied 54 ist über die Stange 46 mit der Innenhülse
45 des zweiten Ventilsystems 43 verbunden.
Die öffnung 51 steht über einen Raum 52 mit einer öffnung 53.4 im unteren Ende des Vorrichtungs-Hauptteils
31 in Verbindung. Diese öffnung 53/4 kann auch jo durch die Strahldüse oder Strahldüsen des Bohrmeißels
34 gebildet sein.
1st die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung (Werkzeug) an einem rohrförmigen Bohrgerät angehängt in einem
Bohrloch angeordnet, besteht für von (nicht gezeichneten) Pumpen gefördertes Bohrfluid ein von Hindernissen
freier Durchlaß über das Bohrgestänge und die Schwerstange zum Vorrichtungs-Hauptteil 31. in welchem
es entlang der Leitung 32.. durch das Innere der Innenhülse 45, den das zweite Verschlußglied 54 umgebenden
Raum, den Durchlaß zwischen dem ersten Verschlußglied 47 und dem zweiten Verschlußglied 54, weiter
durch einen Innenraum 55 des ersten Verschlußgliedes 47. die öffnung 51, den Raum 52 und durch die
Öffnung 53,4 zum Bohrmeißel 34 strömt. Sobald ein beginnender Gasausbruch im Bohrloch
festgestellt wird, werden die Pumpen abgeschaltet und ein (nicht gezeichneter) Preventer zum Absperren des
das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraumes am Bohrlochmund beiätigt. Danach wird das obere
Ende des Bohrgestänges geöffnet, wodurch sich eine nach oben gerichtete Fluidströmung durch die öffnung
53/4, den Raum 52, die Öffnung 51 und durch den Innenraum
55 des Verschlußgliedes 47 ergibt. Diese Strömung erzeugt einen Druckunterschied am Verschluß-
gezeichneten) zweckdienlichen Koppelungsvorrichtung 55 glied 47, das sich daher nach oben bewegt und am Auhergestellt.
Wie bei der in F i g. 1 dargestellten Ausbil- ßenumfang des Verschlußgliedes 54 absperrt. Die Ver-
dungsform weist das Werkzeug (Vorrichtung) entsprechend F i g. 2 einen Packer 35 mit zwei an der Außenwand
des Vorrichtungs-Hauptteils 31 verschieblichen Ringhülsen 36 und 37 sowie mit einer auswcilbarcn elastischen,
ringförmigen Manschette 38 auf. Die Ringhülse 36 ist im Querschnitt größer ausgeführt als die Ringhülse
37 und ruht an einem Teil 39 des Vorrichtungs-Hauptteils 31 auf, dessen Querschnitt kleiner ist als der
eines Teils 40 des Vorrichtungs-Hauptteils 3J. Die untere Ringhülse 37 stützt sich an einer Schulter 41 des
Vorrichtungs-Hauptteils31 ab.
Die elastische ringförmige Manschette 38 ist ausrei-Stellgeschwindigkeit
des Verschlußgliedes 47 ist u.a. durch die Puffervorrichtung 48,49,50 gesteuert
Danach werden die Pumpen erneut eingeschaltet und
M> der Druck in der Leitung 32 erhöht, so daß sich eine
Verstellung des ersten Veniilsysicm.s 42 nach unten or
gibt. Während dieser Abwärtsstcliung versucht die Feder
53, die beiden Verschlußglieder 47 und 54 auseinander zu drängen. Da ihr jedoch die Puffervorrichtung 48,
49, 50 entgegenwirkt, bleibt das Verschluiigüed 54 in
abdichtender Stellung am Vcrschlußglied 47, bis dieses
wieder die in Fig. 2 gezeichnete Stellung einnimmt. Da der Pumpendruck oberhalb des ersten Ventilsystems
12
höhe: ist als der Druck des beginnenden Gasausbruchs
im Bohrloch, bleiben die Verschiußglieder 54 und 47 in gegenseitiger Anlage und sperren den Durchgang durch
die Leitung 32 ab.
Die Abwärtsverstellung der Verschlußglieder 54 betätigt das zweite Ventilsystem 43 durch das Verschieben
der Innenhülse 45, wobei die Bohrung 44 freigelegt wird. Diese stellt dann eine Verbindung her zwischen der Leitung
32 und der Höhlung des Packers 35, so daß dieser durch das unter hohem Druck in die Bohrung 44 eindringende
Fluid vergrößert wird. Sobald der Packer 35 gegen die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand festgesetzt
ist, wird das Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung 44 zum Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 35 hin
zu öffnen. Dis unter hohem Druck stehende Fluid
strömt dann in diesen Bohrloch-Ringraum. Durch öffnen des Preventers am Bohrlochmund kann das Fluid in
diesem Ringraum von einem Fluid verdrängt werden, dessen spezifisches Gewicht (Dichte) größer ist als das
dieses Ventilsystems abzudichten. Danach wird der Druck in der Leitung 32 rasch erhöht, um das erste
Ventilsystem 42 nach unten zu verschieben, ohne daß die Feder 53 die beiden Verschlußglieder 47 und 54
voneinander weg bewegen kann. Dadurch wird erneut die Verbindung zwischen der Bohrung 44 und der Leitung
32 hergestellt. Es kann nun der zuvor beschriebene Fluidumlauf durchgeführt werden.
Anstelle einer einzigen Bohrung 44 (Fig. 2) können
Anstelle einer einzigen Bohrung 44 (Fig. 2) können
ίο zwei Bohrungen vorgesehen sein, wobei die erste die
Leitung 32 mit dem Bohrloch-Ringraum oberhalb des vergrößerten Packers 35, die zweite die Leitung 32 mit
der Höhlung des Packers 35 verbindet. Die Hülse 36 sperrt in ihrer oberen Endstellung die zweite Bohrung,
in ihrer unteren Endstellung die erste Bohrung ab. Die innenhülse 45 wirkt nur mit der zweiten Bohrung zusammen.
Die Puffervorrichtung zum Steuern der Verstellgeschwindigkeit des ersten Verschlußgliedes 47 des ersten
des anfänglich in diesem Kingraum vorhandenen Fluids. 20 Ventiisysieiiüi 42 kanu auch ^.wischen dem ersten Vcr-Das
Fluid hoher Dichte wird von den (nicht gezeichne- Schlußglied 47 und dem zweiten Verschlußglied 54 die-
ten) Pumpen in das Innere des Bohrgestänges gefördert. Sobald der hydrostatische Druck oberhalb des Packers
35 ausreichend erhöht ist, wird das Bohrgestänge erneut abgesenkt, um die Verbindung zwischen der Bohrung 44
und der Höhlung des Packers 35 und der Leitung 32 herzustellen. Durch allmähliches Verringern des Fluiddruckes
in der Leitung 32 wird der Packer 35 verkleinert, und sobald der Ausgleich zwischen dem Druck
oberhalb des geschlossenen ernten Ventilsystems 42 und dem Druck im Bohrloch hergestellt ist, bewegen sich die
beiden Verschlußglieder 47 und 54 dieses Ventilsystems 42 unter der Wirkung der Feder 53 voneinander weg
und gehen den Durchgang durch die Leitung 32 erneut frei. Danach können die Arbeiten, die bei Feststellung
des beginnenden Gasausbruchs unterbrochen wurden, im Bohrloch wieder aufgenommen werden.
Bei Bedarf kann das zweite Ventiisysteni 43 inii einer
Entlastungsleitung versehen sein, um die Höhlung des ses Ventilsystems angeordnet sein. Diese Puffervorrichtung
braucht nur zu arbeiten, wenn sich das erste Ventilsystem 42 nach unten verschiebt. Zum Verbinden der
beiden Teile des Zylinders 48 kann daher ein (nicht gezeichneter) Kanal vorgesehen sein, dessen Querschnitt
größer ist als der der Bohrung 50 im Kolben 49 der Puffervorrichtung. In diesen Kanal ist ein (nicht gezeichnetes)
Rückschlagventil eingebaut, das nur diesen Kanal verschließt, wenn das erste Ventilsystem 42 nach unten
geht.
Zum Verriegeln des zweiten Verschlußgliedes 54 des ersten Ventilsystems 42 in der Schließstellung kann zwischen
diesem Verschlußglied oder zwischen einem Verlängerungsstück dieses Verschlußgliedes und dem Vorrichtungs-Hauptteil
1 ein Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet sein, das in der Zeichnung jedoch nicht gezeigt
ist. Der Zylinder ist über eine (nicht gezeichnete)
Bohrung mit dem Raum unterhalb des vergrößerten Packers 35 in der in F i g. 2 gezeichneten Stellung der 40 Packers 35 verbunden, wobei der Zugang zu dieser Boh-Innenhülse
45 an einer oberhalb des Packers liegenden rung durch die Stellung der Ringhülse 37 gesteuert ist.
Stelle zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 31 Durch Verstellen des Bohrgestänges gegenüber dem
hin zu entlasten. vergrößerten Packer kann das Fluid im Innern des Zy-
Während des Betriebes der in Fig.2 dargestellten linders eingeschlossen und auf diese Weise i>s zweite
Vorrichtung bei der Bekämpfung eines beginnenden 45 Verschlußglied 54 in seiner Schließstellung verriegelt
Gasausbruchs in der vorbeschriebenen Weise läßt sich
im vergrößerten Zustand des Packers der Druck des
beginnenden Gasausbruchs messen. Hierzu wird das
Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung 44 in eine
Stellung oberhalb der Ringhülse 36 zu bringen, und 50
dann der Druck in der Leitung 32 allmählich verringert,
bis ein konstanter Druck erreicht ist. Dieser ist der
Druck des beginnenden Gasausbruchs. Hiervon ausgehend kann die erforderliche Dichte des Fluids berechnet
werden, das zur Bekämpfung des beginnenden Gasaus- 55 (Raumes) 52 gleich gemacht werden. Diese Art von Verbruchs im Umlauf in den Bohrloch-Ringraum oberhalb riegelungssystem wird auch weiter unten im Zusamdes Packers geleitet werden muß.
im vergrößerten Zustand des Packers der Druck des
beginnenden Gasausbruchs messen. Hierzu wird das
Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung 44 in eine
Stellung oberhalb der Ringhülse 36 zu bringen, und 50
dann der Druck in der Leitung 32 allmählich verringert,
bis ein konstanter Druck erreicht ist. Dieser ist der
Druck des beginnenden Gasausbruchs. Hiervon ausgehend kann die erforderliche Dichte des Fluids berechnet
werden, das zur Bekämpfung des beginnenden Gasaus- 55 (Raumes) 52 gleich gemacht werden. Diese Art von Verbruchs im Umlauf in den Bohrloch-Ringraum oberhalb riegelungssystem wird auch weiter unten im Zusamdes Packers geleitet werden muß.
Infolge dieses allmählichen Druckabbaues in der Lei-
werden.
Ein dem im vorstehenden Abschnitt beschriebenen Verriegelungssystem ähnliches kann für das erste Verschlußglied
47 des ersten Ventilsystems 42 vorgesehen werden. Der Zylinder dieses (nicht gezeichneten) Verriegelungssystems
kann den Schließvorgang des ersten Verschlußgliedes 47 unterstützen, was bedeutet, daß der
Querschnitt der Bohrung 51 erweitert werden kann. Dieser Querschnitt kann sogar mit dem des Durchlasses
tung 32 hat sich das erste Ventilsystem 42 gecifnet. Dieses
Ventilsystem muß erneut geschlossen werden, um zum Verdrängen des im Bohrloch-Ringraum oberhalb
des Packers befindlichen Fluides mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht (Dichte) Fluidumlauf zu
ermöglichen. Hierzu wird das Bohrgestänge an seinem menhang mit der in F i g. 9 dargestellten Ausbildungsform
beschrieben.
Die Ringhülsen der gezeigten Packer 4 und 35 weisen beide Dichtglieder auf, um den Druck, bei dem der Pakker
vergrößert wird, aufrechtzuerhalten, sobald das Bohrgestänge gegenüber dem Packer verstellt und die
Verbindung zwischen der in Längsrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil gehenden Leitung und der
oberen Ende so weit geöffnet, daß in der Leitung 32 eine 65 Höhlung des Packers unterbrochen wird,
aufwärts gerichtete Strömung erzeugt wird. Diese ver- Weist das in F i g. 2 dargestellte Werkzeug (Vorrich-
stellt das erste Verschlußglied 47 des ersten Ventilsystems
42 nach oben, um am zweiten Verschlußglied tung) anstelle einer einzigen Bohrung 44 zwei Bohrungen
auf, deren Arbeitsweise weiter oben beuchrieben
wurde, und ist weiterhin ein mit dem ersten Verschlußglied
47 des ersten Ventilsystems 42 zusammenwirkendes Verriegelungssystem mit einem Zylinder-Kolben-Aggregat
vorgesehen, dessen Arbeitsweise ebenfalls schon beschrieben wurde, mu3 das Zusammenwirken
zwischen dem Packer und dem Vorrichtungs-Hauptteil über ein Stift-Schlitz-System erfolgen, mit dem der Pakker
im vergrößerten Zustand in drei verschiedenen Stellungen gegenüber dem Vorrichtungs-Hauptteil angeschriebener
Weise über eine Stange 115 am ersten Ventilsystem 112 abstützt. Das Verschlußglied Ii4 ist in
zwei EndsteUungen verstellbar. In seiner oberen Endstellung liegt es an einer Schulter 116 eines Teil des
Vorrichtungs-Hauptteils 101 bildenden Ventilgehäuses 117 an, während es in der unteren Endstellung an einer
Schulter 118 des Ventilgehäuses 117 aufruht. Eine sich mit einem Ende an einer Führung 120 für die Stange 115
abstützende Feder 119 drängt das Verschiußglied 114 in
ordnet werden kann. Dabei verschließt die Teil des io die obere Endstellung. Die Führung 120 bildet Teil des
zweiten Ventilsystems bildende Ringhülse in der ersten und in der zweiten Stellung die Verbindung zwischen
der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils und der durch dieses führenden Leitung, in der zweiten und dritten
Stellung die Verbindung zwischen der genannten Leitung und der Höhlung des Packers, und die andere
Ringhülse sperrt in der dritten Stellung den Zugang zu der Bohrung ab, die von der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
zum Zylinder-Kolben-Aggregat des ersten Verschlußgliede?; des ersten Ventilsystems führt.
Die Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen in der in F i g. 3 bis 8 dargestellten Ausbildungsform
ist an zweckentsprechender Stelle eines rohrförmigen bzw. aus Rohren zusammengesetzten Ar-Ventilgehäuses
117.
Ein zwischen zwei Teilen 114Λ und 114S des Verschlußgliedes
114 liegender ringförmiger Raum 121 ist in der oberen Endstellung des Verschlußgliedes 114
über die Bohrung 110 an die Höhung des Packers 104 und über eine Leitung 121A an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
101 angeschlossen. In der in F i g. 5 gezeichneten unteren Endstellung des Verschlußgliedes
114 steht die Höhlung des Packers 104 über die Bohrung 110 mit der Leitung 102 in Verbindung, während die
Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 101 über die Leitung 121A an den ringförmigen Raum 121 des Verschlußgliedes
114 angeschlossen bleibt Das untere Ende der Stange 115 ist an das erste Ven-
beitsgerätes zum Bohren eines Loches in die unter der 25 tilsystem 112 angeschlossen. Dieses weist ein erstes VerErdoberfläche
liegende Bodenformation angeordnet Schlußglied 122 und ein mit der Stange 115 verbundenes
Sowohl am oberen als auch am unteren Teil eines Vorrichtungs-Hauptteils 101 von überwiegender Längsaus
dehnung sind (nicht gezeichnete) Koppelungsvorrichzweites Verschlußglied 123 auf. Das erste Verschlußglied
122 ist in zwei EndsteUungen verstellbar. In seiner in F i g. 3 gezeichneten unteren Stellung liegt an einer an
tungen zum Verbinden des Vorrichtungs-Hauptteils mit 30 der Innenwand der durch das Vorrichtungs-Hauptteil
dem erwähnten Arbeitsgerät vorgesehen. Das Arbeitsgerät kann ein Bohrgestänge mit einer daran angeschlossenen
Schwerstange sein.
Das Vorrichtungs-Hauptteil 101 ist von einer in
Längsrichtung sich erstreckenden Leitung 102 durch- J5
setzt (F ig. 3).
Das Vorrichtungs-Hauptteil 101 ist von einem Packer 104 umschlossen, der zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils
101 verschiebliche Ringhülsen 105 und 106 aufweist und vergrößerbar ist. um bei hängender
Anordnung des Vorrichtungs-Hauptteils 101 in einem Bohrloch den das Hauptteil 101 umschließenden
Bohrloch-Ringraum abzusperren. Dieses Absperren kann durch Aufweiten einer elastischen, ringförmigen
101 führenden Leitung 102 ausgebildeten Schulter 124 an. während es in seiner in F i g. 4 gezeichneten oberen
Endstcllung an einer am Gehäuse 117 des zweiten Ventilsystcms
113 ausgebildeten Schulter 125 aufruht.
Das erste Verschiußglied 122 des ersten Vcntilsystems 112 ist von einer Feder 126 in seine untere Endstellung
gedrängt. Diese Feder ist in einem mit öl gefüllten Zylinder 127 angeordnet, der zusammen mit einem
am ersten Verschlußglied 122 angebrachten Kolben 128 eine Puffervorrichtung bildet Der Kolben 128 ist von
einer oder mehreren, im Durchmesser kleinen Bohrungen 129 durchsetzt.
Außerdem ist am ersten Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112 ein Zylinder-Kolben-Aggregat
Manschette 107 erfolgen, die mit ihren Enden an die 45 130, 131 angeordnet. Der Zylinder 130 steht über eine
Ringhülsen 105 und 106 angeschlossen ist. Die Ringhülse
105 ist an einem Teil 108 des Vorrichtungs-Hauptteils 101 verschiebbar, dessen Durchmesser kleiner ist als der
eines Teiles 109 des Hauptteils 101, an welche, sich die Ringhülse 106 verschieblich abstützt. Da die Querschnittsfläche
der Ringhüise 105 größer ist als die der Ringhüise 106, wird die Ringhülse 105 während der Vergrößerung
des Packers 104 durch Einleiten unter Druck s;ehenden Fluids über eine in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils
101 ausgebildete Bohrung 110 stets nach oben gedrängt. Auf diese Weise wird während des
Vergrößerns des Packers 104 die Verbindung zwischen der Bohrung 110 und der Höhlung des Packers 104 aufrechterhalten.
In normalen Betriebszuständen liegt der Packer 104 mit seiner Ringhülse 106 an einer Schulter wi
111 des Vorrichtungs-Hauptteils 101 an. Durch die Vergrößerung
des Packers 104 wird die Ringhülse 106 nach oben verstellt.
Das Vorriehlungs-Haupucil 101 trägt ein erstes Vcntilsystem
112 und ein /weites Vcntilsystem 113. h-
/um /weiten Vcniilsysicm 113 gehören drei Bauteile,
nämlich die Ringhülse 105, die Bohrung 110 und ein Vri schluLlglieil 114, iliis sii'h in unchMeheiul niiher he
Bohrung 132 mit einer Höhlung 133 des Packers 104 in Verbindung.
Durch da» erste Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112'geht ein mittig angeordneter Durchlaß
hindurch. Dieses erste Verschlußglied 122 arbeitet nach Art eines Rückschlagventils und läßt sich durch Umschalten
der Strömung in eine Richtung schließen, die der von Pfeilen angegebenen Strömungsrichtung des
Bohrfluides während der Bohrarbeilen entgegengerichtet ist. Diese Strömung in der Gegenrichtung erzeugt an
den Strahldüsen eines (nicht gezeichneten) Bohrmeißels einen Druckunterschied. Da der unterhalb des Kolbens
131 liegende Zylinderraum 130 über die Bohrung 132. die Höhlung 133 des Packers 104, die Bohrung 110, den
Raum 121 und die Leitung 12M an die Außenseite des
Vorriohiungs-Hauptlcils 101 angeschlossen ist, besieht
dieser Druckunterschied ebenfalls am Kolben 131. und
die daraus resultierende Krafl verschiebt das VorschlulJglied
122 in eine Stellung, in der dieses am VcrsehluUglied
123 anliegt. Diese Verschiebung des Verschluüglicdes
122 in die Schließstellung wird durch der Druckunterschied begünstigt, der erzeugt wird, wenn
die Strömung um Vcrschliillglial 122 durch ilen 1 lurch-
laß 134 in diesem VerschlußgUed geleitet ist.
Das erste VcrschluBglicd 122 des ersten Vcniilsysiciiis
112 vermag mil dem /weilen Vcru'tiliiBglicd I2i
tU-s kIcu-Iicii SyMcius /iisanuiicii/uwiikcii. um ilen
l'Jiii.liKiiiiK »liirili du· !.rilling 102 in ili-i in Ι·*ι κ 4 μι·
/Γΐ'Ίιιΐι-Ιι-Μ Sli-lliiiij; ah/.u%prnvii. '/.wischen ilen null-in
■Hitler in ΙΙι-πΐΙιπιιιμ kommenden IVilcii der beulen VorscMiilfglktlcr
122 und IZl sind (nicht ge/eiihnclc)
Diehlglieder angeordnet
Druck des beginnenden Gasausbruches im Bohrloch, bleiben die VerschluBglieder 122 und 123 in Anlage anciniindcruml
sperren die Leitung 102 :ih.
Dir Vitm-Iiii-Iiiiiik des VrrvlilnllKlietlcN 121 uiu-li im
irii Ικ·ΐίΐιΐ£ΐ ι!:ι\ /weile VciiliNvMrin 111 durch VcTMi'l
Ιι·ιι lies VrrschluUitlirtlrs I H. iliis lllu-i «lic SluiiKr II1S
mil ilciti VervliluÜKlifd 121 ilc«. crMcii VeiUiKysicms
112 verbunden Lsi Der/.UHiing /in Hohlinij: I HJiM ilnim
geöffnet, und Fluid unter einem höheren als dem Druck
h k d
g g g
Die Relativstellung zwischen den das erste Verstellsy- io des beginnenden Gasausbruchs im Bohrloch kann dann
stern 112 bildenden Verschlußgliedern 122 und 123 läßt in die Höhlung 133 des Packers 104 und in den Zylinder
130 unterhalb des am Verschlußglied 122 des ersten
sich in nachfolgend näher beschriebener Weise während der Verstellung dieser Verschlußglieder in eine Stellung,
in welcher das erste Verschlußglied 122 sich in seiner unteren Endstellung befindet beibehalten (F i g. 5).
Wo erforderlich können Dichtglieder angeordnet sein, um Fluidströmung zwischen Stellen verschiedenen
Druckes zu verhindern. Insbesondere sind Dichtglieder zwischen den Ringhülsen 105 bzw. 106 und den Flächen
108 bzw. 109 angeordnet
Es folgt nun die Beschreibung der Arbeitsweise der in F i g. 3 bis 8 dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen
von beginnenden Gasausbrüchen.
Ist das Werkzeug (Vorrichtung) in der in F i g. 3 gezeichneten
Stellung hängend in einem Bohrloch angedi fi Dh
Ventilsystems 112 angebrachten Kolbens 131 eindringen, wie mit Pfeilen in Fi g. 5 angegeben. Dies führt zur
Vergrößerung des Packers 104. der dadurch mit Abdichtung an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand angepreßt
wird. Sobald der Packer 104 vergrößert ir.. J gegen
die Bohrlochwand festgesetzt ist (F i g. 6), wird das Bohrgestänge angehoben, um das Vorrichtungs-Hauptteil
101 gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Packer so zu verstellen, daß die Bohrung 110 gegenüber
dem Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 freigelegt wird (F i g. 7). Anschließend werden die Pumpen
abgeschaltet
Während der Verstellung des Vorrichtungs-Haupt-
Während der Verstellung des Vorrichtungs-Haupt-
ordnet, besteht ein von Hindernissen freier Durchgang teils 101 gegenüber dem an die Bohrlochwand angefür
von (nicht gezeichneten) Pumpen gefördertes Bohr- preßten Packer 104 wird das in der Höhlung 133 des
fluid durch das (nicht gezeichnete) Bohrgestänge mit Packers 104 befindliche Fluid zuerst gegenüber der Lei-Schwerstange
zum Vorrichtungs-Hauptteil 101 und tung 102 abgesperrt und danach durch die Verschiebung
durch dieses hindurch über die Leitung 102, wodurch es 30 der Ringhülse 105, die im Vergleich mit der Ringhülse
längs der Seitenwand des Ventilgehäuses 117 geleitet 106 einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweist,
ih d d i
g g
wird, durch den Raum zwischen den ersten und zweiten
Verschlußgliedern 122 und 123 des ersten Ventilsystems 112 und durch den im Verschlußglied 122 mittig ausgebildeten
Durchlaß 134. Daran anschließend wird die Strömung, deren Richtung mit Pfeilen angegeben ist,
durch zweckentsprechende (nicht gezeichnete) Rohrkörper zu einem (nicht gezeichneten) Bohrmeißel geleitet
Sobald im Bohrloch ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die Pumpen abgeschaltet, und
ein (nicht gezeichneter) Preventer wird betätigt, um am Bohrlochmund den das Bohrgestänge umschließenden
Bohrloch-Ringraum abzusperren. Danach wird das obc
f dß ih dh
gegen eine ringförmige Schulter 135 weiter zusammengedrückt. Die Schulter !35 liegt zwischen den Teilen 108
und 109 des Vorrichtungs-Hauptteils 101, an denen die Ringhülsen 105 und 106 verschoben werden. Auf diese
Weise wird der Druck in der Höhlung 133 erhöht und übersteigt den in der Leitung 102 auf dem Niveau des
Packers 104 herrschenden Druck, so daß das Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112 nach oben verstellt
wird. Während dieser letztgenannten Bewegung bleibt der Packer 104 in abdichtender Anlage an der
Bohrlochwand und am Vorrichtungs-Haupiteil 101.
In den in Fig.6 und 7 gezeichneten Stellungen des
Vcrschlußgliedcs 122 ergeben sich für den Zylinder-
g p
re Ende des Bohrgestänges geöffnet, so daß sich durch 41 raum 130 und für die Höhlung 133 des Packers 104
llid lih Vlhid Bi bhib d
gg
die Leitung 102 eine nach oben gerichtete lluidströmung
in einer der in F i g. 3 mit Pfeilen angegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung ergibt Diese
durch den verhältnismäßig hohen Druck des beginnenden Gasausbruchs im Bohrloch bedingte Strömung erzeugt
am Verschlußglied 122 und an dessen Kolben 131 einen Druckunterschied. Das VerschluUglied 122 bcwegt
sich daher nach oben und dichtet am Außenumfang des Verschlußglicdes 123 ab. Diese Stellung ist in
Fi g. 4 dargestellt Die Bewegungsgeschwindigkeit des Verschlußgliedes 122 ist u. a. von der Puffervorrichtung
127,128,129gesteuert.
Daran anschließend werden die Pumpen erneut eingeschaltet
Der Druck in der Leitung 102 wird erhöhl, so gleiche Vulumcniintcrschicde. Beim beschriebenen und
dargestellten Beispiel liegt die Ringhülsc 105 am Ende des Hubes an der Schulter 135 an, während gleichzeitig
das Verschlußglicd 122 an der Schuller 1'25 des Ventilgehäuses 117 zur Anlage kommt
Nachdem das Verschlußglicd 122 in die in F i g. 7 gezeichnete Stellung verstellt worden ist, kann der Druck
des beginnenden Gasausbruehcs. d. h. der Druck des im
das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraum oberhalb des vergrößerten Packers 104 befindlichen
Fluidcs in der folgenden Weise gemessen werden.
In der in Fig. 7 gezeichneten Stellung ist das obere
Ende des Bohrloch-Ringraumes oberhalb des Packers 104 noch abgesperrt. Enthält dieser Bohrloch-Ringraum
g g
daß sich das erste Ventilsystcm 112 nach unten bewegt to nur Flüssigkeit, und ist der Zugang zum Bohrgestänge
(F i g. 5). Die Feder 126 versucht, die beiden Verschluß- vor dem Abschalten der Pumpen verschlossen worden.
ist der in der Leitung 102 unmittelbar über dem Ventilsystem 112 herrschende Druck höher als in der Leitung
102 unterhalb des Ventilsystems 112. Durch allmähliches
Verringern des in der Leitung 102 über dem Ventilsystem 112 stehenden Druckes, beispielsweise durch ei-
glieder 122 und 123 während dieser Abwärtsbewegung auseinander zu drängen, ihr wirkt jedoch die Puffervorrichtung
127, 128, 129 entgegen, so daß das erste Ver-Schlußglied 122 in abdichtender Stellung am Verschlußglied
123 bleibt bis es seine in F i g. 5 gezeichnete untere Stellung eingenommen hat. Da der Pumpendruck oberhalb
des ersten Ventilsystems 112 höher ist als der ne vorsichtige Druckentlastung am oberen Ende des
Bohrgestänges, wird ein Zustand erreicht, bei dem die
Drücke ober- und unterhalb des Ventilsystems 112 im wesentlichen gleich sind. Daraus ergibt sich eine Aufwärtsbewegung
der Kombination aus dem Verschlußglied 114 und dem Verschlußglied 123, die dann als Meßkolben
wirkt Diese Aufwärtsbewegung wird gestoppt wenn das Teil 114A des Verschlußgliedes 114 an der
Schulter 116 zur Anlage kommt Die Verbindung zwischen der Leitung 102 und der Bohrung 110 ist dann
geschlossen, wobei die Bohrung 110 in der in Fig.7
gezeichneten Stellung an den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 angeschlossen ist Der dann am
oberen Ende des Bohrgestänges gemessene Druck ist gleich dem Druck des beginnenden Gasausbruches, vermindert
um den Druck, den die hydrostatische Säule im Bohrgestänge und die Feder 119 erzeugen. Der Zeitpunkt,
in dem das Verschlußglied 114 den Zugang zur Bohrung 110 absperrt läßt sich durch Beobachten des
Druckabfalles im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Pakkers 104 feststellen.
Enthält öei Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers
104 jedoch ein teilweise aus Gas bestehendes Fluid, muß die Messung des Druckes des beginnenden Gasausbruches
in anderer als der vorbeschriebenen Weise vorgenommen werden. Es leuchtet ein, daß in diesem Fall,
wenn das Bohrgestänge verstellt wird, um die Bohrung 110 an den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers
104 anzuschließen, und wenn die Pumpen abgeschaltet werden, der Druck im Bohrgestänge aufgrund der Kompressibilität
des im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 befindlichen Gases unter den Druck des
beginnenden Oasausbruches abfällt Unter der Wirkung des auf das untere EnHe des werschlußgliedes 123 wirkenden
Druckes des beginnenenden Gasausbruches wird daher das Verschlußglied ί V4 nach oben in die in
F i g. 4 gezeichnete Stellung bewegt, in der die Verbindung zwischen der Bohrung 110 und der Leitung 102
unterbrochen ist. Danach wird durch vorsichtiges Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit an der öffnung
des Bohrgestänges der Druck im Bohrgestänge allmählich erhöht. Gleichzeitig wird das Verhalten des
Druckes im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 beobachtet Sobald der Druck im Innern des Bahrgestänges
auf einen Wert angestiegen ist, bei dem der Druck unmittelbar über dem Verschlußglied 114 um
einen geringen Betrag größer ist als die Summe aus dem Druck des beginnenden Gasausbruchs unterhalb des
Verschlußgliedes 123 und dem von der Feder 119 ausgeübten Druck, wird das Verschlußglied 114 nach unten
bewegt und öffnet dadurch den Zugang zur Bohrun? 110. Dieser Zeitpunkt läßt sich bestimmen, indem man
den Druck im B&hrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 beobachtet, der dann anzusteigen beginnt. Der zu
diesem speziellen Zeitpunkt am oberen Ende des Bohrgestänges gemessene Druck ist dann gleich dem Druck
des beginnenden Gasausbruches, vermindert um den Druck, den die hydrostatische Säule im Bohrgestänge
und die Feder 119 erzeugen.
Es leuchtet ein, daß während der Vornahme der vorbeschriebenen
Druckmessung der Raum unterhalb des Packers 104 sowohl vom übrigen Bohrlochraum als
»lieh VDIi der Innenseite ik's Hohrgesliinges abgetrennt
isi. so dal) dm Kiiulringen von unter hohem Druck sie
hciulem Fluid in (Ins Bohrloch oder in (Ins lli>hr>;r.siilii>:».-vcrliiiulurl
wird. Insbesondere ist das limliingen von
iiulcrn hohem Druck stehendem (ins verhindert, ilns die
i'Miklc Messung des Druckes des beginnenden Cjasaus
bruchcs beeinträchtigen würde. Diese Isolierung der
Gasausbruchs-Zone gegenüber dem übrigen llohrlochraum
wird durch die Wirkung des Verschlußgliedes 123 und des Verschlußgliedes 114 erreicht die miteinander
kombiniert als Meßkolben arbeiten.
Es leuchtet ein, daß bei Bedarf die am oberen Ende des Bohrgestänges zur Messung des Druckes des beginnenden
Gasausbruches vorgenommene Druckveränderung mehr als einmal durchgeführt werden kann. So ist
es möglich, den Druck am Eingang zuerst auf einen Wert herabzusetzen, bei dem das Verschlutiglied 114
sich nach oben bewegt und nachfolgend auf einen Wert zu erhöhen, bei dem dieses Verschlußglied 114 nach
unten geht Auch kann dieser Druck zuerst erhöht und dann herabgesetzt werden.
Um einwandfrei sicherzustellen, daß sick weder im ι;. Bohrgestänge noch im Bohrloch-Ringraum oberhalb
des Packers 104 Gas befindet, kann das in diesen Räumen befindliche Fluid mit einer Flüssigkeit ausgeschoben
werden. Dieser Umlauf kann in der in F i g. 7 mit Pfeilen angegebenen Richtung oder in entgegengesetzter
Richtung erfolgen.
Durch Messen des Druckes in der vorbeschriebenen Weise läßt sich der Druck des beginnenden Gasausbruches
berechnen. Sodann wird eine Spülung mit einem für die Bekämpfung des beginnenden Gasausbruches
ausreichenden spezifischen Gewicht (Dichte) vorbereitet Diese Spülung wird dann im UmJauf in das Bohrgestänge
mit einem Druck eingeleitet der ausreicht um das Verschlußglied 114 und das Verschlußglied 123 gegen
den Druck des beginnenden Gasausbruchs und gcgen die Wirkung der Feder 119 nach unten zu verstellen,
so daß der Zugang zur Bohrung 110 geöffnet wird (Fig. 7) und die im Bohrgestänge und irrt
Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 befindliche Spülung mit verhältnismäßig niedrigem spezifisehen
Gewicht (Dichte) auf diese Weise durch die schwerere Spülung ersetzt werden kann. Um diesen
Umlauf zu ermöglichen, wird das obere Ende des Bohrloch-Ringraumes
geöffnet, und die Spülungspumpen werden eingeschaltet, um die neue Spülung nach unten
durch das Bohrgestänge zu pumpen.
Sobald der Bohrloch-Ringraum mit Spülung von verhältnismäßig hohem spezifischen Gewicht (Dichte) gefüllt
ist, wird der Spülungsumlauf gestoppt und das Bohrgestänge gegenüber dem gegen die Bohrlochwand
festgesetzten Packer 104 verstellt. Das Verschlußglied 114 bewegt sich daher n,:ch oben und stellt dadurch die
Verbindung zwischen einer Seite der Bohrung 110 und der Leitung \2\Λ her. Außerdem wird die andere Seite
der Bohrung 110 an die Höhlung 133 des Packers 104 angeschlossen. Diese Stellung ist in F i g. 8 dargestellt, in.
welcher mit Pfeilen die Strömungsrichtung der aus dem Zylinderraum 130 und aus der Höhlung 133 des Packers
104 ausfließenden Flüssigkeit angegeben ist. Das Verschlußgiied 122 bewegt sich daher nach unten und gibt
dadurch erneut die Leitung 102 frei. Der Packer verkleinert sich und nimmt unter dem Einfluß seiner Elastizität
seine in F i g. 3 gezeigte Ausgangsstellung ein.
Durch Einpumpen der Spülung mit verhältnismäßig
hohem spezifischem Gewicht (Dichte) nach unten durch
Wi das Bohrgestänge und durch Drehen des Bohrgestänges
können die llohrtirbeiien nun wiederaufgenommen
werden.
Du der l'nckiT 104 sieh unmittelbar IIIht dein (mehl
ge/riilnieleii) UohnueiLlel anordnen HlUl. crlaiilii das
h·· Werk/eil): (die Vorrichtung) mich der l'rfindiiiig ilen im
wesentlichen vollständigen Austausch der heim Nieder
bringen eines Bohrloches in diesem befindlichen Spii
lung.
Durch Hochfahren des Bohrgestänges Iäßit sich der
Packer 104 auf jeder beliebigen Höhe im Bereich festsetzen und kann somit an hierfür geeigneten Stdlfen der
Bohrlochwand angepreßt werden.
Während normaler Arbeiten, die mit rohrfiji-migem
b/w. aus Rohren zusammengesetztem Arbcil&g'crät. in
das die Vorrichtung nach der Erfindung eingegliedert
ist. ausgeführt werden, kenn es nicht /.» eineir unbeabsichtigten
Vergrößerung des Puckers 104 kommicn, da
dessen Vergrößerung zuerst einen umgekehrten Flüssigkeitsstrom im ringförmigen Arbeitsgerät voraussetzt.
Bei Bedarf kann rwischen die Ringhülse 106 und die Schulter 111 eine (nicht gezeichnete) Feder eingesetzt
sein. Dadurch ergibt sich für die Ringhülse MK>
eine nutzbare Hublänge, die ausreicht, die Öffnung: der Bohrung 110 zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
101 zu erlauben, sobald das Bohrgestänge gegenüber
dem Packer in vergrößertem Zustand versiiellt wird,
selbst wenn dieser Packer an die Wand eines Bohrloches angepreßt ist, dessen Durchmesser nur wenig größer
ist als der des Vorrichtungs-Hauptteiis 101.
Es sei außerdem darauf hingewiesen, Jaß im der in
F i g. 7 gezeichneten Stellung des Packers 104 und des Verschlußgliedes 122 die Ringhülse 105 und das Verschlußglied
122 nicht unbedingt an den Schultern 135 bzw. 125 anliegen müssen. Es reicht, wenn nur an einer
dieser Schultern das entsprechende Gegenstück: anliegt Jedoch sollte das Verschlußglied 122 so weit hochgefahren
sein, daß es in abdichtender Anlage an·. Verschlußglied 123 bleibt, wenn dieses in seine obere Endiftellung
hochgefahren wird. Hierzu sei auf die in F i g. 4 gezeichnete Relativstellung zwischen den Verschlußgliedern
122 und 123 hingewiesen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auch zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen betätigen,
die im Bohrloch während anderer als Bohrarbeiten auftreten, beispielsweise beim Ziehen des Arbeitsgerätes
aus dem Bohrloch.
Da die Puffervorrichtung nur zu arbeiten braucht, wenn das erste Ventilsystem 112 sich nach unten bewegt,
kann zum Verbinden der beiden Teile des Zylinders 127 ein (nicht gezeichneter) Kanal vorgesehen sein,
dessen Querschnitt größer ist als der der Bohrungen 329
im Kolben 128 der Puffervorrichtung. In diesen Kanal ist ein (nicht gezeichnetes) Rückschlagventil eingebaut,
das nur diesen Kanal verschließt, wenn sich das emc
Vetschlußglied 122 nach unten bewegt.
Es folgt nun die Beschreibung des Aufbau:» und der Arbeitsweise der in F i g. 9 bis 14 dargestellten Vorrichtung
zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen.
Der Hauptunterschied zwischen den in F i g <i und 3
gezeigten Ausbildungsformen nach der Erfindung liegt im Verriegelungssystem, das zum Festhalten des ersten
Verschlußglied^s des ersten Ventilsystems in seiner oberen Stellung benutzt wird. Ein weiterer Unterschied
ergibt sich aus der Stellung der Öffnung, durch die bei Verkleinerung des vergrößerbaren Packers Spülung aus
dem Packer abgelassen wird. Diese Öffnung befindet sich nahe des unteren Endes des Packers, so daß eine
Ablagerung von Feststoffen aus der Spülung im unteren Teil der Packer-Höhlung vermieden ist.
Wie die in Fig.3 dargestellte Vorrichtung ist die in
Fig.9 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden
Gasausbrüchen an einer zweckentsprechenden Stelle in einem zum Niederbringen eines Bohnoches
benutzten rohrförmigen bzw. aus Rohrein zusammengesetzten
Bohrgerätes angebracht. Zu diesem Zweck weist ein Vorrichtungs-Hauptteil 201 von überwiegender
Längsausdehnung an seinem oberen und unteren Ende (nicht gezeichnete) Schraub-Koppelungsvorrichtungen
zum Anschließen des Vorrichtungs-Hauptteils 201 an das genannte Arbeitsgerät auf.
Das Vorrichtungs-Hauptteil 201 weist eine in Achsenrichiung sich erstreckende Leitung 202 auf. Außerdem ist an seiner Außenwand versehieblich ein Packer 204 mit zwei Ringhülsen 205 und 206 angebracht, an die eine elastische, ringförmige Manschette 207 angeschlossen ist- An der Außenfläche des Vorrichtungs-Hauptteils
Das Vorrichtungs-Hauptteil 201 weist eine in Achsenrichiung sich erstreckende Leitung 202 auf. Außerdem ist an seiner Außenwand versehieblich ein Packer 204 mit zwei Ringhülsen 205 und 206 angebracht, an die eine elastische, ringförmige Manschette 207 angeschlossen ist- An der Außenfläche des Vorrichtungs-Hauptteils
201 befindet sich ein Anschlag 208 zum Begrenzen des nach unten gerichteten Hubes der Ringhülse 205, deren
Aufwärtshub von einer Ringfläche 209 am Vorrichtungs-Hauptteil 201 begrenzt ist Unterhalb der Ring-
hülse 206 ist eine Feder 210 angeordnet, die den Packer 204 in verkleinertem Zustand in der in F i g. 9 gezeichneten
Stellung, im vergrößerten Zustand in der Stellung entsprechend Fig. 12 hält In beiden Stellungen sperrt
die Rin^hülse 205 eine Bohrung 211 gegen den Raum
außerhalb des Vorrichtungs-Haur y.eils 2Cl ab.
im verkleinerten Zustand des Farkers 204 (Fig.9)
steht eine Höhlung 212 des Packers über eine Bohrung 213, einen Raum 214 und eine Bohrung 215 mit der
Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 in Verbin-
dung. Die Bohrung 215 ist mit der Ringhülse 206 gegen die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 absperrbar,
wenn dieses gegenüber dem vergrößerten Packer 204 in die in Fig. 13 gezeichnete Stellung nach
oben verstellt ist.
In der durch das Vorrichtungs-Hauptteil 201 führenden Leitung 202 sind zwei Ventilsysieme angeordnet
Das erste Ventilsystem 216 ist von einer Verschlußhülse
217 und einem Verschlußkörper 218 gebildet Der obere Teil der nach Art eines Rückschlagventils arbeitenden
Verschlußhülse 217 vermag mit dem Verschlußkörper
218 zusammenwirken, der mit einem Verschlußring 219/4 des zweiten Ventilsystems 219 verbunden ist. Die
Ringhülse 205 und die Bohrung 211 bilden Teiides zweiten
Ventilsystems 219. Während des Bohrens ist der Verschlußring 219A des zweiten Ventilsystems 219
uurch die Wirkung einer Feder 220 in der in Fig.9
gezeichneten Stellung gehalten, während die Verschlußhülse 217 des ersten Ventilsystems 216 durch die Wirkung
einer Feder 221 in ihrer unteren Stellung gehalten
ist. Die Feder 221 ist in einer mit öl gefüllten Pufferkammer
222 untergebracht, die einen Kolben 223 mit einer Bohrung 224 aufweist.
Die Verschlußhülse 217 weist drei weitere Kolben 225, 226 und 227 auf. Der Kolben 225 wirkt mit einem
so Zylinderraum 228 zusammen, der über eine Bohrung 229 an die in Achsenrichtung sich erstreckende Leitung
202 angeschlossen isi. In der in Fig. 12 gezeichneten
Su living des ersten und zweiten Ventilsystems 216 und
219 ist die Bohrung 229 abgesperrt, so daß am Zylinderraum
228 Flüssigkeit eingesperrt und Bewegung der
Verschlußhülse 217 nach unten verhindert ist. Der Kolben
226 schließt den Zylinderraum 214 an dessen oberen Ende ab. Wird dem Zylinderraum 214 Flüssigkeit unter
hohem Druck zugeführt, bewegt sich die Verschlußhülse 217 unter dem Einfluß dieses Druckes in die in
F i g. 10 gezeichnete Stellung nach oben, ,vobei der genannte
Druck zu Beginn des Hubes auf den Kolben 226, am Ende des Hubes auf den Kolben 227 wirkt.
In der in Fig 13 gezeichneten Stellung des Ver-
In der in Fig 13 gezeichneten Stellung des Ver-
schlußkörpers 218 ist die Verschlußhülse 217 in ihrer
oberen Stellung durch Flüssigkeitsdruck festgehalten, der in nachstehend erläuterter Weise auf einen Zylinderraum
234 ausgeübt wird.
In allen Stellungen der Verschlußhülse 217 ist ein Raum 230 oberhalb des Kolbens 226 über eine Bohrung
231 entlastet (F ig. 9).
Es folgt die Beschreibung der Arbeitsweise der in F i g. 9 bis 14 dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen
von beginnenden Gasausbrüchen.
F i g. 9 zeigt die Stellung des ersten und zweiten Vcntüsystems
216 und 219 während normaler Bohrarbeiten. Die Strömung des Bohrfluides ist mit Pfeilen 232 angegeben.
Der Druck des durch die Mittelleitung 202 fließenden Bohrfluides wirkt über die Bohrung 231 auf die
Oberseite des Kolbens 226 der Verschlußhülse 217 des ersten Ventilsystems 216. Da dieser Druck größer ist als
der außerhalb des Vorrichtungs-Hauptteils 201 herrschende Druck, welcher unter anderem über die Bohrung
215 auf die Unterseite des Kolbens 226 wirkt, bleibt die Verschlußhülse 217 in der in F i g. 9 gezeichneten
unteren Stellung.
Sobald ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die Preventer am oberen Teil des Bohrloches
geschlossen und die Zufuhr von Bohrflüssigkeit zur Leitung 202 unterbrochen. Durch Anschließen des oberen
Teils des Bohrgestänges an atmosphärischen Druck fällt der über dem Kolben 226 stehende Druck unter den
außerhalb des Vorriehiungs-Hauplteils 201 herrschenden
und auf die Unterseite des Kolbens 226 wirkenden Druck ab. Dadurch wird die Verschlußhülse 217 nach
oben in die in Fig. 10 gezeichnete Stellung bewegt und
drückt die Feder 221 zusammen. Das obere Ende der Verschlußhülse 217 dichtet am Außenumfang des Verschlußkörpers
218 ab und verschließt dadurch die in Achsenrichtung verlaufende Leitung 202.
Danach wird dem Bohrgestänge erneut Flüssigkeit zugeführt. Der Druck oberhalb des Verschlußkörpers
218 wird erhöht, um diesen gegen die Wirkung der Feder 220 nach unten zu verstellen (Fig. 11). wodurch
ebenfalls der Verschlußring 219/4 des zweiten Ventiisystems
verstellt wird und sich die Bohrung 211 öffnet, so daß Fluid unter Druck aus der Leitung 202 entsprechend
den Pfeilen 233 in F i g. 12 in die Höhlung 212 des Packers 204 strömen und dadurch die elastische, ringförmige
Manschette 207 aufweiten kann, um diese an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand anzupressen. Infolge
der Wirkung der Puffervorrichtung 221, 222, 223, 224 kann sich die Verschlußhülsc 217 nicht nach unten
bewegen und bleibt daher in ihrer oberen Stellung, da die Bohrung 229 durch den Verschlußkörper 218 abgesperrt
und dadurch die Flüssigkeit im Zylinderraum 228 eingeschlossen ist. Beim Vergrößern des Packers 204
wird die unte-e Ringhülse 206 des Packers durch die Feder 210 nach oben verstellt. Die Ringhülse 205 des
Packers 204 bleibt in ihrer oberen Stellung. Die Bohrung 211 bleibt geöffnet, so daß Flüssigkeit in die Höhlung
212 des Packers 204 zugeführt werden kann.
Danach wird die Flüssigkeitszufuhr zur Leitung 202 gestoppt, woraus sich ein Druckabfall im Raum über
dem Verschlußkorper 218 ergibt, der dann zusammen
mit dem Verschlußring 219/4 nach oben bewegt und dadurch die Bohrung 211 absperrt (F i g. 13). Daran anschließend
wird das Bohrgestänge, in dus die in Fig. 9
bis 14 dargestellte Vorrichtung /um Bekämpfen von beginnenden Gusausbn'iclicn eingegliedert ist. nach
oben gefahren. Das Vorrichtungs-Hauptteil 201 wird
gegenüber ilcüi gegen die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand
festgesetzten Packer 204 nach oben verstellt (Fig. Ί3). Infolge dieser Verstellung steht die Bohrung
211. die bisher an die Höhlung 212 des Packers 204 angeschlossen war. nunmehr in Verbindung mit der Außenseite
des Vorrichtungs-Hauptteils im Bereich oberhalb des Packers 204, während die bisher mit der Außenseite
des Vorrichtungs-Hauptteils 201 verbunden gewesene Bohrung 215 nunmehr an die Höhlung 212
des Packers 204 angeschlossen ist.
Durch nachfolgendes Erhöhen des über dem Verschlußkorper
218 stehenden Druckes wird der Verschlußkörper 218 zusammen mit dem Verschlußring
219/4 des zweiten Ventilsystems nach unten verschoben.
ίο Diese Stellung des Verschlußringes 219A ist in Fig. 13
nicht gezeichnet. Dadurch wird die Bohrung 211 geöffnet,
und Fluid unter Druck aus dem Raum über dem Verschlußkorper 218 in den Bohrlochraum oberhalb des
Packers 204 strömen. Wie bereits in Einzelheiten im
is Zusammenhang mit der in Fig. 2 bis 8 dargestellten
Ausbildungsform erläutert, kann das unter Druck stehende Fluid ein verhältnismäßig hohes spezifisches Gewicht
(Dichte) aufweisen, um das Fluid mit verhältnismäßig geringem spezifischem Gewicht (Dichte) zu ver-
2» drängen, das sich im Bohrloch-Ringraum befindet. Außerdem läßt sich der unterhalb des Verschlußkörpers
218 herrschende Druck messen, um Angaben über den Druck des beginnenden Gasausbruches zu erhalten.
Diese Druckmessung kann in der gleichen Weise vorgcnonimen
werden wie im Zusammenhang mit dem in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert.
Während allen zur Druckmessung und zum Umwälzen von Bohrfluid durch die Bohrung 211 vorgenommenen
Arbeitsgängen bleibt die Verschlußhülse 217 in ihrer oberen Stellung, da ihre Verschiebung nach unten
durch die unterhalb des Kolbens 227 eingeschlossene Flüssigkeit verhindert wird. Obgleich diese Flüssigkeit
über die Bohrung 215 mit der Höhlung 212 des Packers 204 in Verbindung steht, kann sie nicht aus dem Raum
234 austreten, da der Packer 204 nicht weiter vergrößerbar ist.
Nachdem eine ausreichende Menge von Fluid aus der
Leitung 202 in den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 204 geleitet worden ist, wird die diese Flüssigkeit
fördernde Pumpe abgeschaltet. Der Druck in der Leitung 202 oberhalb des Verschlußkörpers 218 wird
verringert, und der Verschlußkorper 218 bewegt sich
zusammen mit dem Verschlußring 219/4 nach oben und sperrt dadurch die Bohrung 211 ab. Diese Stellung ist in
Fig. IJdargestellt.
Danach wird das Vorrichtungs-Hauptteil 201 gegenüber dem vergrößerten Packer 204 durch Niederfahren
des (nicht gezeichneten) Bohrgestänges so weit nach unten verstellt, bis die Ringfläche 209 des Vorrichtungs-Hauptteils
201 an der Ringhülse 205 anliegt (17Ig. 14).
Durch diese Verstellung wird die Bohrung 215 geöffnet. Infolge der Verstellung der Verschlußhülse 217, die
durch die Wirkung der Feder 221 nach unten bewegt wird, kann die Flüssigkeit aus dem Zylinderraum 234
austreten und zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 strömen. Die Flüssigkeit in der Pufferkammer
222 wird dann durch die öffnung 224 ausgeschoben. In der unteren Stellung der Verschlußhülse 217, welche der
in Fig.9 gezeichneten Stellung entspricht, steht die
no Höhlung 212 des Packers 204 über die Bohrung 213 unc
den Kiiiini 214 mit der Bohrung 215 in Verbindung. Da.«
innerhalb des Packers 204 befindliehe Bohrfluid win durch die Wirkung der Elastizität der Manschette 2Oi
aus dem Packer ausgesehnben. Feststoffe, die sich in
bS unteren Teil der Höhlung 212 des Packers 204 abgeht
gcrt haben könnten, werden durch die aus dem Packe ausströmende Flüssigkeit fortgeschafft Der Packer is
im verkleinerten Zustand erneut betriebsbereit. In de
in I·' i g. 9 gezeichneten Stellung des Packers 204 und der
beiden Ventilsyslcmc 216 und 219 können die Bohrarbeiten
wiederaufgenommen werden.
Ls leuchtet ein, daß an den zur Abdichtung gegen
andere Bauteile der Vorrichtung zum Bekämpfen von ri
beginnenden Gasausbrüchen verwendeten f-'liichen s
Dichtglicdcr. wie z. B, O-Ringe angebracht sein können. |j
Auü^rdcm können die Ringhülsen 205 und 206 den glei- f|
chen Durchmesserunterschied aufweisen wie die Ringhülsen 105 und 106 des in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (20)
1. Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen
geführten Bohrloch, mit einem langgestreckten Hauptteil, der an den Enden mit
JCupplungseinrichtungen zur Drehmomentübertragung zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten eines
Bohrgestänges versehen ist und durch den sich eine Leitung in Längsrichtung erstreckt, mit einem ersten
System zur Steuerung eines Fluidstrotns durch die Leitung, mit einem den Hauptteil umschließenden
Packer, der eine elastische, ringförmige Manschette aufweist, die an einem Ende mit einer Ringhülse ver- ·5
bunden ist, die abgedichtet und axial verschieblich auf einem Außenwandabschnitt des Hauptteils gelagert
ist, und mit einem zweiten System zur Steuerung der Strömungsverbindung zwischen der Außenseite
des Hauptteils und der Leitung sowie zwisehen &eser und dem Inneren der aufweitbaren
Manschette, dadurch gekennzeichnet, daß das erste System (18,19,20,21; 42; 112; 216) ein
ständig in der Leitung (2; 32; 102; 202) angeordnetes Ventilsystem ist, daß die Manschette (7; 38; 107; 207)
des Packers (4; 35; 104; 204) auch an ihrem anderen Ende mit einer Ringhülse (5;36; 105; 205) verbunden
ist, die abgedichtet und axial verschieblich auf einem Außenwandabschnitt (8; 39; 108) des Hauptteils (1;
31; 101; 201) gelagert ist, daß das zweite System (12;
43; 113; 219) ein Ventilsystem ist, zu dem eine der Ringhülsfcii (5; 36; 105; 205) gehört, und daß eine
Einrichtung zum Zurückhalten dieser Ringhülse (5; 36; 105; 205) beim Einleiten von Fluid in das Innere
(133, 212) der Manschette (7 38; 107; 207) in einer Stellung vorgesehen ist, in der die Verbindung zwischen
der Außenseite des Hauptteils(l;31; 101;201) und der Leitung (2; 32; 102; 202) durch die Ringhülse
(5; 36; 105; 205) abgesperrt, eine Strömung zwischen der Leitung (2; 32; 102; 202) und dem Inneren (133;
212) der Manschette (7; 38; 107; 207) jedoch freigegeben ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil des zweiten Ventilsystems (12;
43; 113) bildende Ringhülse (5; 36; 105) mit größerem
Querschnitt ausgeführt ist als die andere Ringhülse (6; 37; 106) und an einem Teil (8; 39; 108) des
Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31; 101) angeordnet ist, der im Querschnitt kleiner ist als der Teil (9; 40; 109),
an welchem die andere Ringhülse (6; 37; 106) abgcstützt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil des zweiten Ventilsystems
(12; 43; 113; 219) bildende Ringhülse (5; 36; 105; 205) in zwei Endstellungen verstellbar ist und
mit wenigstens einer in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31; 101; 201) ausgebildeten Bohrung
(10; 44; 110; 211) zusammenwirkt, die in einer Endstellung
der Ringhülse (5; 36; 105; 205) die durch das Vorrichtungs-Hiiuptteil (1; 31; 101; 201) führende no
Leitung (2; 32; 102; 202) an die Auuenseile des Vorriehiiings-Haupticils
anschließt und in der anderen F.ndsicllung der Ringhülsc die Verbindung /wischen
dieser Leitung (2; 32; 102; 202) und der Höhlung (133; 212) des vergrößerten Puckers (4; 35; 104; 204) b->
herstellt.
A. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch
gckenn/eidinel. dall die Teil des /weilen Venlilsystems
bildende Ringhülse in zwei Endstellungen verstellbar ist und mit einer ersten, in der Wand des
Vorrichtungs-Hauptteils ausgebildeten Bohrung, weiche die durch das Vorrichtungs-Hauptteil führende
Leitung an die Außenseite des Vorriohtungs-Hauptteils
anschließt, und mit einer zweiten, in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils ausgebildeten
Bohrung zusammenwirkt, welche die Verbindung zwischen dieser Leitung und der Höhlung des vergrößerten
Packers herstellt wobei die Ringhülse in der einen Endstellung die erste Bohrung, in der anderen
Endstellung die zweite Bohrung absperrt
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß zum zweiten Ventilsystem (43; 113;
219) ein in der durch das Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) führenden Leitung (32; 102; 202) angeordnetes
und vom ersten Ventilsystem (42; 112; 216) betätigbares Fluidsteuerelement (45; 114; 2i9A) gehört,
das in zwei Endstellungen verstellbar ist und in der einen Endstellung die Bohrung (44; 110; 211)
absperrt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß zum zweiten Ventilsystem ein in der
durch das Vorrichtungs-Hauptteil führenden Leitung angeordnetes und vom ersten Ventilsystem betätigbares
Fluidsteuerelement gehört, das in zwei Endstellungen verstellbar ist und in der einen Endstellung
die zweite Bohrung absperrt
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß in einer der Endstellungen der Ringhülse
(36) und des Fluidsteuerelementes (114) des
zweiten Ventilsystems (113) die Höhlung (133) des Packers (104) über eine Entlastungsieitung (110,121,
121,4,7 zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
(101) hin entlastbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilsystem
(42; 112; 216) ein erstes Vcrschlußglied (47; 122; 217)
und ein zweites Verschlußglied (54; 123; 218) aufweist von denen jedes in zwe'i Entstellungen bewegbar
ist. daß diese Verschlußglieder (47,54; 122, 123; 217,218) mit einer Vorrichtung (53; 119; 220) auseinander
und in Stellungen drängbar sind, in denen die in Längsrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil
(31; 101; 201) von überwiegender Längsausdehnung geführte Leitung (32; 102; 202) freigegeben ist, und
daß die Relativgesci,windigkeit zwischen den auseinandei
gedrängten Verschlußgliedern (47,54; 122, 123;217,218)mit einer Puffervorrichtung(48,49,50;
127, 128, 129; 222, 223, 221, 224) regelbar ist, wobei
die beiden Verschlußglieder bei Anlage aneinander die Leitung absperren, und wobei das erste Verschlußglied
(47; 122; 217) nach Art eines Rückschlagventils arbeitet und das zweite Verschlußglied
(54; 123; 218) mit dem Fluidsteuerelement (45; 114; 2\9A) des zweiten Ventilsystems (43; 113; 219) verbunden
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Puffervorrichtung nur wirksam ist, wenn sich die Versehlußglieder des ersten Vemilsy-SiL1MiS
in (tor Richtung bewegen, in der durch chis
rohrförmigc Bohrgestange geleitete Bohrflüssigkeit
strömt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung hydraulisch wirkt und zwischen den heidcn Verschliißjjlieilein
lies ersten Vcntilsystcms angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9. dadurch
gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung (48, 49, 50; 127; 128, 129; 221, 222, 223, 224) hydraulisch
wirkt und zwischen dem ersten Verschlußglied (47; 122; 217) des ersten Ventilsystems (42; 112; 216) und
dem Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) angeordnet
ist.
12. Vorrichtung nacii einem der Ansprüche 8 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem
zweiten Verschlußglied (54) des ersten Ventilsystems (42' und dem Vorrichtungs-Hauptieil (31) ein
Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet ist, wobei der Zylinder an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
über eine in dessen Wand ausgebildete Bohrung angeschlossen iist, die mit der Ringhülse
(37) des vergößerbaren F'ackers (35) absperrbar ist, die nicht zum zweiten Ventilsystem (43) gehört.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis II. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten
Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorriehtungs-Haupiteil (201) ein Zy-Hnder-Kolben-Aggregai
(214, 227) angeordnet ist, wobei der Zylinder (214) über eine Bohrung (215) in
der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (201) an dessen
Außenseite angeschlossen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten
Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (201) ein Zylinder-KoIben-Aggregat
(228, 225) angeordnet ist, wobei der Zylinder (228) an die in Achsenrichtung
durch das Vorrichtungs-Hauptteil (201) geführte Leitung (202) über eine Bohrung (229) angeschlossen
ist, die mit dem in der Leitung (202) angeordneten Fluidsteuereiement des zweiten Verschlußgliedes
(218) steuerbar ist
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem
Vorrichtungs-Hauptteil (201) ein zweites Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet ist, wobei der Zylinder
über getrennte Verbindungsbohrungen in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (201) an die Höhlung
(212) des Packers (204) und an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (201) angeschlossen ist,
und wobei die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
(201) mit einer Ringhülse des Packers (204) und die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Höhlung
(212) des Packers (204) mit einem Kolben des ersten Verschlußwliedes (217) des ersten Ventilsystems
(216) steuerbar ist.
!6. Vorrichtung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 2 und einem der Anspruches bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (122) des ersten Ventilsystems (112)
und dem Vorrichtungs-Hauptteil (101) ein Zylinder-Kolben-Aggregat (130, 131) angeordnet ist. dessen
Zylinder (130) an die Höhlung (133) des vergrößerbaren Packers (104) angeschlossen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge- t>o
kennzeichnet, daß das Zusammenwirken /wischen dem Packer (35) und dem Vorrichtungs-Hauptteil
(31) über ein Stift-Schlitz-System erfolgt, mit dem sich der Packer (35) im vergrößerten Zustand in drei
verschiedenen Stellungen gegenüber dem Vorrichtungs-Hauptteil (31) anordnen läßt, wobei die Teil
des zweiten Ver'ilsystems (43) bildende Ringhülse (36) in der ersten und in der zweiten Stellung die
Verbindung /.wischen der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils
(31) und der durch dieses führenden Leitung (32). in der zweiten und dritten Stellung
die Verbindung zwischen der Leitung (32) und der Höhlung des Packers (35) unterbricht, und wobei die
andere Ringhülse (37) in der dritten Stellung den Zugang zu der Bohrung absperrt, die von der Außenseite
des Vorrichtungs-Hauptteils (31) zum Zylinder-Kolben-Aggregat des ersten Verschlußgliedes
(47) des ersten Ventilsystems (42) führt
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrichtungs-Hauptteil
(1) ein Teleskop-Verbindungsteil (13) mit Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (14, 15)
aufweist, und daß zum ersten Ventilsystem (18, 19, 20, 21) ein erstes Verschlußglied (18) gehört, das
über ein Verbindungsstück (23) mit einem der Bauteile (16) des Telcskop-Verbindungsteils (13) verbunden
und in zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei das ^rste Verschlußglied (18) in der ausgefahrenen
Stellung des Teleskop-Vertv <dungsieils (13) die
durch das Vorrichtungs-Kaupttci! (I) führende Leitung
(2) absperrt und in der eingefahrenen Stellung des Teleskop-Verbindungsteils (13) freigibt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß zum ersten Ventilsystem (18, 19, 20, 21) ein zweites Versch'.ußglied (20) gehört, das
nach Art eines Rückschlagventils arbeitet und in zwei Endsteliungen am Verbindungsstück (23) verstellbar
ist, wobei es in der einen Endstellung die Leitung (2) absperrt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ringhülsen (5, 6; 36, 37; 105, J06; 206, 206) des Pakkers
(4; 35; 104; 204) um das Vorrichtungs-Hauptteil (1;31;101;201)fre/drehbarsind.
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