DE2723618A1

DE2723618A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der dichte einer beschwerten spuelfluessigkeit einer tief-, insbesondere einer oelbohrung

Info

Publication number: DE2723618A1
Application number: DE19772723618
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dockhorn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1978-11-30
Also published as: US4201082A; NL7805679A; GB1598615A; DE2821746A1

Description

1. W. Dockhorn, Marienburger Str. 33, 4460 Nordhorn
2. Arnoldus Achterberg, Herodotuslaan 43, Assen, N.L.
"Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte einer beschwerten Spülflüssigkeit einer Tief-, insbesondere einer blbohrung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer beschwerten Spülflüssigkeit einer Tief-, insbesondere einer blbohrung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei Tiefbohrungen dient die Spülflüssigkeit u.a. dazu, das Bohrklein aus der Bohrung herauszufördern. Sle nimmt hierbei jedoch auch andere Stoffe, z.B. Gase, Wasser o.dgl. auf und nimmt sie nach Ubertage mit. Die Art und die Menge solcher in der Spülflüssigkeit enthaltener Stoffe ermöglichen bestimmte Rückschlüsse, u.a.
auf die Art der mit der Bohrung durchörterten geologischen Schichten, aber auch auf mögliche blowouts, die die Bohrung gefährden.
Es ist bekannt, die Spülflüssigkeit fortlaufend dadurch zu überwachen, daß ihr spezifisches Gewicht bzw. ihre Dichte bestimmt wird, um so auf den Gasgehalt Rückschlüsse ziehen zu können. Dazu wird auf einem Bruchteil der länge einer Säule der Spülflüssigkeit an zwei der Höhe nach versetzten Stellen der Druck der Spülflüssigkeit und zwischen den Druckmeßstellen deren Temperatur bestimmt. Durch die Bildung eines Differenzdruckwertes ergibt sich das spezifische Gewicht, das mit der gemessenen Temperatur kompensiert wird (DT-OS 25 07 026).
Kennzeichnend für das bekannte Verfahren ist die Bestimmung des spezifischen Gewichtes der Spülflüssigkeit in absoluten Werten, so d aß die gemessenen Drücke mit einem Temperaturmeßwert kompensiert werden müssen. In diese Messung gehen daher außer dem Gasgehalt auch andere Einflüsse auf die Dichte der Spülflüssigkeit ein. Dazu gehören zusitzende Wässer, Aufschlämmungen unterschiedlichen Bohrkleins o.dgl. Da es häufig gerade auf den Gasgehalt ankommt, dessen Einfluß auf die Dichte der Spülflüssigkeit von den anderen Einflüssen überlagert wird, sind genauere Aussagen mit dem bekannten Verfahren nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gasgehalt der Spülflüssigkeit quantitativ, in weiterer Ausbildung aber auch qualitativ so zu bestimmen, daB die Einflüsse anderer, d.h. nicht gasförmiger Beimenungen der Spülflüssigkeit auf die Messung jedoch unterdrückt werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichte der unter bekanntem Druck stehenden Spülflüssigkeit bestimmt wird, welche dann komprimiert wird, worauf die Dichte der komprimierten Spülflüssigkeit bestimmt und aus den Unterschieden der gemessenen Wichten der Gasgehalt ermittelt wird.
Dadurch, daß man gleichzeitig oder unmittelbar hintereinander die Dichten der Spülflüssigkeit unter verschiedenen Drücken bestimmt, braucht man das exakte spezifische Gewicht der zu messenden ~Spülflüssigkeit nicht zu kennen. Man bildet vielmehr einen Relativwert, dessen Unterschied aus der Druckdifferenz folgt. Da nun die Druckdifferenz lediglich das in der Spülflüssigkeit enthaltene Gas beeinflußt, werden die übrigen, auf die Dichte verändernd wirkenden Einflüsse ausgeschaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat deswegen den Vorteil, daß es technisch besonders einfach realisierbar ist und sich deshalb an der Bohrstelle selbst durchführen läßt. Außerdem können danach die Messungen beliebig oft durchgeführt und die Kennwerte an der Bohrstelle unmittelbar verfügbar gemacht werden.
Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung werden die hydrostatischen Drücke von Spülflüssigkeitssäulen jeweils an mindestens zwei in bekanntem senkrechten Abstand voneinander angeordneten Meßstellen bestimmt; die Druckmessungen werden dabei in einer die Spülflüssigkeit unter Normaldruck und einer die komprimierte Spülflüssigkeit führenden Rohrleitung durchgeführt. Dieses Verfahren erlaubt die Durchführung der Messung in einer Anordnung, die von der Spülflüssigkeit bzw. einem abgezweigten Teil der Spülflüssigkeit durchflossen wird.
Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn die Meßstellen des einen Rohres in der gleichen Höhenlage wie die Meßstellen des anderen Rohres angeordnet werden. Denn hierdurch können hydrostatische Unterschiede ausgeschaltet werden, und lediglich der Kompressionsdruck bestimmt die Druckunterschiede.
Die Einzelheiten und weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens anhand der Zeichnungen; es zeigen Fig. 1 schematisch, d.h. unter Fortlassung aller ftlr das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 eine Einrichtung, welche in der Vorrichtung nach Fig. 1 Verwendung finden kann und Fig. 3 eine Gasentnahmevorrichtung für die qualitative Gasbestsmung.
Die aus einer Tiefbohrung zutage tretende SpülflUssigkeit steht in einem Standronr 1 an. Oberhalb eines nicht dargestellten Blow-Out-Preventers und unterhalb des Spülflüssigkeitsauslaufes zweigt ein Stutzen 2 ab.
Ein Verbindungsrohr 3 ist an den Stutzen 2 bei 4 angeflanscnt. Aus dem Stutzen 3 tritt die Spülflüssigkeit durch ein Absperrorgan unter einem gegebenen, d.h.
bekannten und verhältnismäßig niedrigen Druck in die eigentliche Meßvorrichtung ein; ein Abzweig 3a ermöglicht deren Umgehung und Entleerung.
Zur Meßstrecke gehört in erster Linie eine U-fdrmige, allgemein mit 5 bezeichnete Rohrstrecke. Diese Rohrstrecke hat ein erstes Rohr 6, welches den einen Schenkel der U-förmigen Anordnung bildet. Das Rohr 6 hat einen in seinen Einzelheiten nicht näher dargestellten, bei 7 angebrachten Schlitz, der mit einem Sieb verschlossen ist. Ein Halbrohr 8 ist so auf das Rohr 6 aufgeschweißt, daß es den Schlitz 7 und das Sieb überdeckt. Infolgedessen steht die Spülflüssigkeit auch im Halbrohr 8 an, enthält jedoch nicht die groben Bestandteile der SpülflüssigkeitXcuttings),weil diese durch das Sieb zurückgehalten werden.
Das senkrechte Rohr 6 ist bei 9 an das Verbindungsrohr 3 und bei 10 an eine Pumpe 11 angeschlossen, welche von einem Elektromotor 12 über ein Getriebe 13 angetrieben wird. Die Pumpe ist eine Schneckenpumpe und an sich bekannt, so daß sich deren Beschreibung im einzelnen erübrigt. Statt einer Schneckenpumpe kann auch eine Kolbenpumpe, zweckmäßig eine Zweizylinderpumpe verwendet werden. Die Pumpe steht auf einer Unterlage 15. Ihr Auslaufrohr 16 sowie ein angefl X htes Rohr 17 bilden zusammen den Steg 18 der U-förmigen Meßstrecken. Ein Stutzen 19 dient zum Anflanschen eines weiteren senkrechten Rohres 20, das seinerseits den anderen Schenkel 21 der U-förmigen Anordnung bildet. Am freien Ende des Rohres 20 ist eine Meßanordnung, nämlich ein Manometer 22 angeflanscht.
Ebenso wie das Rohr 6 ist auch das Rohr 20 bei 23 mit einem Schlitz versehen, der seinerseits mit einem nicht dargestellten Sieb verschlossen ist. In weiterer Übereinstimmung mit dem Rohr 6 befindet sich auch auf dem Rohr 20 ein Halbrohr 24, in dem die Spülflüssigkeit ohne grobe Bestandteile ansteht.
Das Rohr 20 endet an einem Flansch 36 für ein Absperrorgan 37, welches das Absperren des Spülfldssigkeitsstromes hinter dem Rohr 20 ermöglicht, aber auch den Spülflüssigkeitsstrom über ein bei 29 angeflanschtes Rohr 26 freigeben kann. Außerdem ist der aus den Teilen 20, 37 und 26 bestehende Rohrbogen über eine untere Leitung 17 kurzgeschlossen, wobei ein Absperrorgan 25 den By-pass verschließen kann.
Einem Computer 27 lassen sich die Meßwerte von zwei Drucksensoren 30 bzw. 31 aufgeben, welche im bekannten Höhenabstand am Halbrohr 8 angebracht sind und den Druck der Spülflüssigkeit messen. Dem Computer 27 werden außerdem die DruckmeBwerte von Drucksensoren 32 und 33 aufgegeben, welche in ebenfalls bekannten und gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel im gleichen Abstand wie die Drucksensoren 30 und 31 am Halbrohr 24 angebracht sind und den Druck der Spülflüssigkeit messen. Ferner ist der Computer über die Leitung 34 mit dem Motor 12 der Pumpe 11 verbunden. Das Manometer 22 ist seinerseits an den Computer und an ein in die Leitung 44 eingeschaltetes Ventil 38 angeschlossen, das bei vorgegebenem Druck einen By-pass 44 schließt und auf einen geringeren Druck als ein Sicherheitsventil 40 in einem By-pass 41 eingestellt ist.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Spülflüssigkeit steht unter einem geringen Vordruck im Halbrohr 8, der sich aus dem Höhenunterschied des Stutzens 2 ergibt. Durch die vorzugsweise aus Draht bestehende Siebabdeckung hindurch gelangt die Spülflüssigkeit ohne die sogenannten Cuttings in das aufgeschweißte Halbrohr 8 und damit an die Sensoren 30 und 31. Die anstehenden Drücke werden elektronisch erfaßt und in den Computer 27 eingegeben.
Über die Verbindungsrohre saugt die Pumpe 11 den Feststoffanteil und die gesiebte Spülflüssigkeit ab. Diese Flüssigkeit wird in das zweite Rohr 20 bei geschlossenem Ventil 25 gedrückt. Hier erfolgt eine Komprimierung der Spülflüssigkeit bis beispielsweise 10 bar mit Hilfe der Pumpe 11. Bei diesem Druck wird an den Sensoren 32 und 33 der Druck der Spülflüssigkeit gemessen. Diese Werte werden an den Computer 27 weitergegeben.
Infolge der VEntileinstellungen in den Ventilen 37 und 25 wird durch die Pumpe 11 im Rohr 18 ein Überdruck erzeugt, der gemäß dem Ausführungsbeispiel 10 bar erreicht. Bei diesem Druck schaltet das Manometer 22 das Ventil 38, das im By-pass zwischen dem Druckrohr 20 und dem Ablaufrohr 26 sitzt. Sobald 10 bar erreicht sind, wird gleichzeitig das an den Dichtesensoren 32, 33 (Hochdruckseite 10 bar) und Dichtesensoren 30, 31 (Niedrdruckseite) anstehende Differenzsignal der Spülungsdichte auf den Computer 27 gegeben. Das Ventil 38 öffnet sich gleichzeitig, der anstehende ueberdruck und dementsprechend das Manometer fallen ab. Damit ist die MaB-strecke für ein erneutes Steuersignal bereit, sobald 10 bar wieder erreicht sind.
Das Sicherheitsventil 40 spricht an, wenn ein höherer Druck als bei 38 eingestellt, entsteht.
Durch die Eingabe der gemessenen Drücke unter dem Druck im Rohr 6 und dem erhöhten Druck im Rohr 20 ergibt sich ein Faktor, der den Gasgehalt der Spülflüssigkeit exakt wiedergibt.
Die in Fig. 2 wiedergegebene Schaltung zeigt ein Steuergerät 50 mit Zuleitungen 51 und 52 zur Pumpe 11. Der Motor der Pumpe ist bei 53 dargestellt und läßt sich über den bei 54 angegebenen Hauptschalter einschalten.
Ein Motorschutzschalter 55 ist vorgesehen. Ein Druckknopfschalter 56 dient zum Einschalten, während ein weiterer Druckknopfschalter 57 zum Ausschalten der Pumpe betätigt wird. Die Vorrichtung hat den Zweck, ein Trockenlaufen der Pumpe zu vermeiden. Wenn nämlich die bei 60 wiedergegebene Elektrode trockenfällt, so ist nicht mehr genügend Spülflüssigkeit für die Pumpe 11 vorhanden. Das Steuergerät löst dann das Schütz 58 aus und gibt einen akustischen Alarm bei 59.
An den Flansch 43 ist ein nur teilweise aus Fig.3 ersichtlichtes Einlaufrohr 65 angeschlossen. Durch dieses Rohr wird die Spülflüssigkeit, deren Gasgehalt qualitativ durch die beschriebene Meßanordnung festgestellt worden ist, in eine allgemein mit 66 bezeichnete Vorrichtung geleitet, die dazu dient, die Voraussetzungen für eine qualitative Gasbestiminung zu schaffen.
Die Vorrichtung 66 besitzt einen Spfllflüssigkeitskasten 67, in den oben das Rohr 65 mündet. Auf dem Deckel 68 ist mit Hilfe einer Platte 69 ein Entgasermotor 70 befestigt, dessen Welle 71 ein Rührwerk bildet, dessen Flügel bei 72 wiedergegeben ist. Der Kasten 67 hat ein Ablaufrohr 73, in dem zwei httereinander angeordnete Schieber 74 und 75 eingeschaltet sind. Die Schieber bilden Wehren 76 und 77, die von oben und unten den Querschnitt des Ablaufrohres 73 verengen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt durch den ersten Schieber 74 mit dem Wehr 76 zunächst von oben und durch den zweiten Schieber. 75 mit Hilfe des Wehres 77 von unten her eingeschränkt. Das Ablaufrohr 73 mündet im übrigen in die Spülungsrinne in die auch der Teil der Spülung gelangt, der aus dem Standrohr abfließt.
Durch die Schieber 74 und 75 ist im Kasten 67 ein flüssigkeitsdichter Abschluß des Ablaufrohres 73 möglich, so daß bei 80 austretendes Gas über einen Nippel 81 aus dem Spülkasten 67 abgezogen werden kann. Die anschließenden Gasmeßgeräte sind nicht wiedergegeben,ermöglichen aber eine qualitative Bemusterung der Gase.
Patentansprüche

Claims

-P a t e n t a n s p r u c h e 1. Verfahren zur Bestimmung der lichte einer beschwerten Spülflüssigkeit einer Tief-, insbesondere einer ö1-bohrung , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dichte der unter bekanntem Druck stehenden Spülflüssigkeit bestimmt wird, welche dann komprimiert wird, worauf die Dichte der komprimierten Spülflüssigkeit bestimmt und aus den Unterschieden der gemessenen Dichten derGasgehalt ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die hydrostatischen Drücke von Spülflüssigkeitssäulen jeweils mindestens an zwei in bekanntem senkrechten Abstand voneinander angeordneten Meßstellen bestimmt und die Druckmessungen in einer die Spülflüssigkeit unter Normaldruck und einer die komprimierte Spülflüssigkeit führenden Rohrleitung gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßstellen des einen Rohres in der gleichen Höhenlage wie die Meßstellen des anderen Rohres angeordnet sind.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , 9 e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine U-förmige Rohrstrecke (5), deren einer Schenkel (6, 8) die Spülflüssigkeit zuleitet und im anschließenden Steg (18) einer Flüssigkeitspurnpe (111 zur Drucksteigerung der Spülflüssigkeit aufweist, wobei im anderen Schenkel (21) die Spülflüssigkeit unter bekanntem Überdruck ansteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e -k e n n z e i oln e t , daß an den zur Drucksteigerung dienenden Steg (18) ein weiterführender Rohrbogen (37, 26) angeschlossen ist, der in einem By-pass (44> ein der Messung dienendes Ventil (38) und in Strömungsrichtung vor dem By-pass (44) in einem weiteren By-pass (41) ein Sicherheitsventil (40) aufweist, das auf einen höheren Druck als das Meßventil (38)angeschlossen ist, das gemäß dem erhöhten Druck geöffnet und geschlossen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t , daB jeder Schenkel ein die Spülflüssigkeit führendes Rohr (6) aufweist, in dem ein mit einem Sieb verschlossener Schlitz (7) angebracht ist, der die Verbindung zu einem Rohr (8) darstellt, welches auf dem Rohr (6)'befestigt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 , g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schutzschaltung gegen Trockenlaufen der Pumpe (11) mit einer Meßelektrode (60= an der Spülflüssigkeitszuleitung (6).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 , d a -d u r c h g ek e n n z e i ch n e t , daß an den weiterführenden Rohrbogen ein Spülkasten (67) mit einem Ablaufrohr (73) angeschlossen ist, der gasdicht abscließbar ist und ein Rührwerk (70, 72) zur Entgasung der Spülflüssigkeit, sowie einen Gasabzugsnippel (81) aufweist.