DE2632456C2

DE2632456C2 - Injektionsvorrichtung für einen Doppelrohr-Bohrstrang

Info

Publication number: DE2632456C2
Application number: DE2632456A
Authority: DE
Inventors: George Alan Wichita Falls Tex. Ford
Original assignee: Walker Neer Manufacturing Co Inc
Current assignee: Walker Neer Manufacturing Co Inc
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1985-08-08
Also published as: FR2328154A1; AU502471B2; CA1033349A; FR2328154B1; MX145550A; US3978923A; DE2632456A1; AU1595176A

Description

ne Ringkammer aufweist, die über äußere Kanäle mit dem zwischen den beiden koaxialen Rohrstücken verlaufenden Ringkanal und Ober mehrere innere Kanäle mit dem im inneren Rohrstück verlaufenden Zentralkanal in Strömungsverbindung steht, und daß in der Ringkammer ein Ventil zum Absperren der Strömungsverbindung zwischen dem Ringkanal und dem Zentralkanal angeordnet ist

Es ist zwar bekannt, bei einem Bohrstrang eine ventilgesteuerte Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Rohrstrangs vorzusehen (US-PS 19 09 589). Hierzu wird in den Rohrstrang eine Einrichtung aus zwei ineinandergreifenden Rohrstücken eingebaut, von denen das eine radiale Durchtrittsschlitze aufweist die durch das andere axial zu ihm verstellbaren Rohrstück in der einen Endstellung verschlossen und in der anderen Endstellung geöffnet sind. Diese Ausbildung ist jedoch für das Einleiten von Druckluft zur Steigförderung weder vorgesehen noch geeignet. Die bekannte Einrichtung läßt sich nicht ohne weiteres an beiden Enden mit den Segmenten eines Doppelrohr-Sirangs verbinden. Das Ventil kann nur von außen gesteuert werden und ist nicht selbsttätig wirksam, um lediglich den Durchtritt von Druckluft bzw. eine Durchsirömen in einer Richtung /u bewirken. Vielmehr wird das geöffnete Ventil nur bei Vorhandensein von Druckunterschieden innerhalb und außerhalb des Rohrstrangs und in der durch den Druckunterschied vorgegebenen Richtung durchströmt Zudem sind die vorgesehenen Durchtrittsöffnungen infolge ihrer Größe und radialen Ausrichtung nicht geeignet, Druckluft in feiner Verteilung von der einen Seite auf die andere Seite des Rohrstrangs zu überführen.

Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Injektionsvorrichtung sozusagen an jedem gewünschten Punkt längs des Bohrstrangs angeordnet werden kann und dann bewirkt, daß Luft aus dem Ringkanal in einer glatten bzw. im wesentlichen turbulenzfreien Strömung fein verteilt in den Zentralkanal hineindiffundiert. Gleichzeitig wird eine entgegengesetzte Flüssigkeitsströmung verhindert. Daher ermöglicht die erfindungsgemäße Injektionsvorrichtung eine wesentliche Verbesserung der Steigförderung des beim Bohren anfallenden Erdmaterials durch den Zentralkanal.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Einspritzvorrichtung in einem Axialschnitt;

F i g. 2 einen Teilquerschnitt längs Linie 2-2 in F i g. 1 und

Fig. 3 einen Teilquerschnitt längs Linie 3-3 in Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Einspritzvorrichtung ein äußeres Rohrstück 12, in dem konzentrisch ein inneres Rohrstück 14 angeordnet ist. Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel umfaßt das innere Rohrstück 14 ein erstes inneres Rohrstück 16 und ein zweites inneres Rohrstück 18, es ist jedoch Tiöglich, das innere Rohrslück 14 einteilig auszubilden.

Am oberen Ende der Einspritzvorrichtung schließt sich ein Element eines Doppelrohr-Bohrstrangs 20 an. Dieses Element umfaßt ein Außenrohr 22 und ein dazu konzentrisches Innenrohr 24. In entsprechender Weise ist an das untere Ende der Einspritzvorrichtung ein Element des Doppelrohr-Bohrstrangs angeschlossen, das aus einem Außenrohr 26 und aus einem Innenrohr 28 besieht. Die Innenrohre 24 und 28 sind konzentrisch innerhalb der Außenrohre 22 bzw. 26 angeordnet und bilden zusammen einen Rohrringkanal 30 und einen Zentralkanal 32.

Das äußere Rohrstück 12 der Einspritzvorrichtung ist an seinen Enden mit den Außenrohren 22 und 26 des Doppelrohrstrangs 20 in bekannter Weise verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung 34. Das innere Rohrstück 14 schließt mit seinen Enden an die Innenrohre 24 und 28 des DoppelrohrstrEjigs 20 an. Auf

ίο diese Weise sind der Ringkanal 30 und der Zentralkanal 32 über die Länge der Einspritzvorrichtung ohne Unterbrechung.

Gemäß F i g. 1 ist das obere Ende 36 des ersten inneren Rohrstücks 16 teleskopisch mit dem Innenrohr 24 verbunden. Eine Dichtmanschette 38 mit O-Ringen 40 ist am unteren Ende des Innenrohrs 24 befestigt und nimmt das obere Ende 36 des ersten inneren Rohrstücks 16 auf. Die O-Ringe 40 bilden eine Gleitdichtung, so daß der Zentralkanal 32 vom Ringkanal 30 isoliert ist In entsprechender Weise ist das untere Ende 42 des zweiten inneren Rohrstücks 18 mit einer Dichtungsmanschette 44 versehen, die O-Ringe 46 aufweist. Das obere Ende des Innenrohrs 28 ist teleskopisch innerhalb der Dichtungsmanschette 44 aufgenommen, wodurch wiederum eine Abdichtung entsteht Die Dichtungsmanschette 44 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entfernbar mit dem unteren Ende 42 des zweiten inneren Rohrstücks 18 verbunden, beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung 48, so daß das Innere der Spritzvorrichtung zugänglich ist. Die Dichtungsmanschette 44 umfaßt einen radialen Armstern oder Zentrieransätze 50. Zwischen den Enden 36 und 42 des inneren Rohrstücks 14 und den anschließenden Enden der Innenrohre 24 bzw. 28 sind vorzugsweise Spalten 52 vorgesehen, um in einem begrenzten Ausmaß Axialbewegungen zu ermöglichen, wie es in der US-PS 32 08 539 beschrieben ist.

Das innere Rohrstück 14 der Einspritzvorrichtung ist mit dem äußeren Rohrstück 12 vorzugsweise nur an einem Punkt oder über einen begrenzten Längenabschnitt verbunden, oder aber die Rohrstücke 12 und 14 sind in anderer Weise mit Einrichtungen versehen, um durch unterschiedliche Dehnung hervorgerufene Relativbewegungen zwischen den beiden Rohrstücken zu ermöglichen, vie es in der US-PS 32 08 539 beschrieben ist. Gemäß Fig. 1 ist das erste innere Rohrstück 16 innerhalb des äußeren Rohrstücks 12 mittels eines Armsterns oder mittels Ansätzen 54 aufgehängt, die sich auf einer Schulter 56 am äußeren Rohrstück 12 abstützen.

Ein Sprengring 58 hält den Armstern 54 in Anlage an der Schulter 56. Strömungskanäle 60 im Armstern 54 gewährleisten einen ununterbrochenen Strömungsweg innerhalb des Ringkanals 30.

Das obere Ende 62 des zweiten inneren Rohrstücks 18 ist mit enger Passung konzentrisch innerhalb des unteren Endes 64 des ersten inneren Rohrstücks 16 aufgenommen. Die Rohrstücke 16 und 18 bilden zwischen sich eine Ringkammer 66. Ein ringförmiger Ventilsitz 68 ist am unteren Ende 64 des ersten inneren Rohrstücks 16 vorgesehen, um die Ringkammer 66 gegenüber dem Ringkanal 30 zu isolieren. Der Ventilsitz 68 ist vorzugsweise entfernbar am unteren Ende 64 des ersten Rohrstück 16 befestigt, beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung 70, damit die Ringkammer 66 zugänglich ist.

Der Ventilsitz ist mit einer Reihe von Kanälen 72 versehen, die eine Strömungsverbindung zv. ischen dem Ringkanal 30 und der Ringkammer 66 bilden.

Innerhalb der Ringkammer 66 ist ein ringförmiges

Rückschlagventil 74 konzentrisch zur Außenumfangsfläche des zweiten inneren Rohrstücks 18 angeordnet und auf diesem axial verschiebbar. Das Rückschlagventil 74 spricht auf eine Druckdifferenz zwischen dem Ringkanal 30 und der Ringkammer 66 an, um die Kanäle 72 zu öffnen und eine Strömung durch die Kanäle 72 zu ermöglichen. Wenn sich jedoch die Druckdifferenz verringert, schließt das Rückschlagventil 74 unter Schwerkraftwirkung die Kanäle 72.

Das obere Ende 62 des zweiten inneren Rohrstücks 18 weist eine Reihe von mit Umfangsabstand zueinander angeordneten Nuten oder öffnungen 76 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen der Ringkammer 66 und dem Zentralkanal 32 schaffen. Wenn daher ein Strömungsmittel wie Druckluft durch den Ringkanal 30 abwärts gepumpt wird, strömt ein Teil davon unter der Wirkung des Rückschlagventils 74 durch die Kanäle 72 in die Ringkammer 66. Von der Ringkammer 66 strömt die Luft durch die Nuten oder öffnungen 76 in den Zentralkanai 32. ;o

Die Kanäle 72 sind vorzugsweise in Form von kleinen runden Löchern ausgebildet, die mit regelmäßigem Abstand in Umfangsrichtung verteilt längs eines Kreises im Ventilsitz 68 ausgebildet sind. Die Öffnungen 76 sind gleichfalls mit gleichen Umfangsabständen um das obere Ende 62 des zweiten inneren Rohrstücks 18 verteilt. Sie sind vorzugsweise wesentlich kleiner als die Kanäle 72 ausgeführt. Die öffnungen 76 sollten möglichst klein sein, ohne daß jedoch die Steigluftförderfähigkeit des Systems geopfert wird. Vorzugsweise werden die öffnungen 76 klein genug ausgeführt, um eine effektive Diffusion der Luft in den Zentralkanal 32 zu erreichen. Ferner werden die öffnungen 76 vorzugsweise so angeordnet, daß die Luft längs der Innenumfangsfläche des ersten inneren Rohrstücks 16 austritt, wodurch ein Minimum an Turbulenz hervorgerufen wird. Zwar sind verschiedene Größen und Abstände der Kanäle 72 und der öffnungen 76 zulässig, es wurde jedoch festgestellt, daß gute Ergebnisse erreicht werden, wenn die Kanäle 72 einen Durchmesser von etwa 1,6 mm und einen Mittcnabstand zwischen benachbarten Kanälen von etwa 6 bis 10 mm aufweisen, wobei diese Abmessungen für die öffnungen 76 um mehr als die Hälfte dieser Werte herabgesetzt ist.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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bO

Claims

Patentansprüche:

1. Injektionsvorrichtung für einen Doppelrohr-Bohrstrang, dessen Einzellängen aus Segmenten bestehen, die von einem Außen- und einem konzentrisch in diesem angeordneten Innenrohr gebildet sind, von denen ein im Innern des Innenrohrs verlaufender Zentralkanal und ein zwischen Innen- und Außenrohr verlaufender Ringkanal begrenzt sind, wobei die Injektionsvorrichtung ein an beiden Enden jeweils mit dem Außenrohr eines der Doppelrohr-Segmente verbindbares äußeres Rohrstück und konzentrisch in diesem angeordnet ein an seinen beiden Enden jeweils mit dem Innenrohr eines der Doppelrohr-Segmente verbindbares inneres Rohrstück aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohrstück (14) dei Injektionsvorrichtung eine Ringkammer (66) aufweist, die über äußere Kanäle (72) mit dem zwischen den beiden koaxialen Rohrstücken (12; 16, 18) verlaufenden Ringkanal (30) und über mehrere innere Kanäle (76) mit demJm inneren Rohrstück (14) verlaufenden Zentralkanal (32) in Strömungsrichtung steht, und daß in der Ringkammer (66) ein Ventil (77) zum Absperren der Strömungsverbindung (72,66,76) zwischen dem Ringkanal (30) und dem Zentralkanal (32) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohrstück (14) aus einem ersten und einem zweiten Rohrstück (16,18) besteht, die teleskopartig gegeneinander verschiebbar sind und zwischen denen die Ringkammer (66) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rückwärtige Ende (62) des zweiten inneren Rohrstücks (18) mit enger Passung im vorderen Ende (64) des ersten inneren Rohrstücks (16) geführt ist und daß die inneren Kanäle (76) zwischen den Umfangsflächen der beiden teleskopartig zusammenwirkenden Enden (62, 64) der beiden inneren Rohrstücke (16,18) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ringkammer (66) zum Zentralkanal (32) führenden inneren Kanäle (76) von sich axial erstreckenden Nuten zwischen dem Außenumfang des zweiten inneren Rohrstücks (IS) und dem Innenumfang des ersten Rohrstücks (16) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Ventilsitz (68), der sich zwischen dem ersten inneren Rohrstück (16) und dem zweiten inneren Rohrstück (18) erstreckt und die Kanäle (72) aufweist, die durch das axial verlagerbare Ventil (74) absperrbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ringkanal (30) zur Ringkammer (66) führenden äußeren Kanäle (72) von längs eines Kreises im Ventilsitz (68) vorgesehenen Löchern gebildet sind, wobei das Ventil (74) ringförmig ausgebildet und innerhalb der Ringkammer (66) auf der Außenumfangsfläche des zweiten inneren Rohrstücks (18) axial verschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis fc>, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (74) ein Rückschlagventil zur Verhinderung einer Strömung aus der Ringkammer (66) in den Ringkanal (30) ist.

Die Erfindung betraft eine Injektionsvorrichtung für einen Doppelrohr-Bohrstrang, dessen Einzellängen aus Segmenten bestehen, die von einem Außen- und einem konzentrisch in diesem angeordneten Innenrohr gebild det sind, von denen ein im Inneren des Innenrohrs verlaufender Zentralkanal und ein zwischen Innen- und Außenrohr verlaufender Ringkanal begrenzt sind, wobei die Injektionsvorrichtung ein an seinen beiden Enden jeweils mit dem Außenrohr eines der Doppelrohr-Seg mente verbindbares äußeres Rohrstück und konzen trisch in diesem angeordnet ein an seinen beiden Enden jeweils mit dem Innenrohr eines der Doppelrohr-Segmente verbindbares inneres Rohrstück aufweist.

Eine derartige Injektionsvorrichtung ist bekannt (US-

PS 32 08 539). Dabei dient der Zentralkanal der Hochförderung des beim Bohren anfallenden Erdmaterials und beim Kernbohren auch der Bruchstücke des Kerns, in dem durch den Ringkanal Schlamm oder Wasser hinabgepumpt wird, das unter Umspülen des Bohrmeißels in den Zentralkanal dringt und durch diesen nach oben abströmt. Durch das Vorhandensein eines weiteren Ringkanals auf der Außenseite des Außcnrohrstrangs zwischen diesem und der Bohrlochwand können weitere Maßnahmen zur Beeinflussung des Spülvorgangs und zur Anpassung an die Verhältnisse in der jeweils durchbohrten Erdformation getroffen werden. Bei der bekannten Injektionsvorrichtung weist das äußere Rohrstück nach außen und abwärts gerichtete Durchtrittsöffnungen auf, um nach Absperrung des äußeren Bohr- lochkanals an seinem oberen Ende einen Teil der durch den Ringkanal herabströmenden Spülflüssigkeit auf die Außenseite des Außenrohres zu leiten, von wo sie unter Umspülung des Bohrmeißels in den Zentralkanal einströmt. Das teleskopisch mit dem Innenrohrstrang ver- bundene innere Rohrstück weist demgegenüber keine öffnungen auf, die den Ringkanal auf seiner Außenseite mit dem Zentralkanal an seiner Innenseite verbinden würden.

Man weiß, daß bei der vorbeschriebenen Arbeitswci-

se mit einem Doppelrohr-Bohrstrang das Hochfördern des Bohrmaterials durch den Zentralkanal durch Einleiten von Luft in diesen vorteilhaft unterstützt werden kann. Die Druckluft wird beispielsweise gleichzeitig mit der Spülflüssigkeit durch den Ringkanal nach unten gc pumpt, oder aber es wird eine eigene Hilfsleitung für Luft vorgesehen. Gegebenenfalls kann auch bei wasserführenden Formationen ausschließlich Druckluft hinabgepumpt werden. Bei all diesen Luftfördertechniken tritt die Druckluft an einer Stelle in den Zentralkanal ein, durch den sie dann aufsteigt.

Es wurde nun festgestellt, daß bei einer solchen Steiglörderung die Pumpleistung wesentlich erhöht werden kann, wenn die Druckluft nicht nur am unteren Ende des Steigkanals, sondern in einer oder mehreren Stufen über die Bohrstranglänge verteilt eingeleitet wird, wobei die Einleitung zweckmäßigerweise so erfolgen sollte, daß einer Turbulenz entgegengewirkt und die Luft in besonders kleinen Blasen in den Sleigkanal eingeführt wird.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Injektionsvorrichtung so auszubilden, daß sie problemlos an beliebiger Stelle zwischen benachbarten Doppelrohr-Segmenten eingebaut werden kunn und geeignet ist, zur Unterstützung der Stcigluftfördcrung

ti 5 Druckluft in feiner Verteilung in den Zentralkanal einzuleiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das innere Rohrstück der Injektionsvorrichtung ei-