DE3517139C1

DE3517139C1 - Method and device for reducing the hook load of a drill pipe

Info

Publication number: DE3517139C1
Application number: DE19853517139
Authority: DE
Inventors: Theodor 4300 Essen Köhler; Heinrich 4235 Schermbeck Sparenberg
Original assignee: BERGBAU BOHRGESELLSCHAFT RHEIN; BERGBAU-BOHRGESELLSCHAFT RHEIN-RUHR MBH 4350 RECKLINGHAUSEN DE; Bergbau Bohrgesellschaft Rhein Ruhr Mbh 4350 Recklinghausen
Current assignee: Bohrgesellschaft Rhein-Ruhr Mbh 45657 Recklinghau
Priority date: 1985-05-11
Filing date: 1985-05-11
Publication date: 1986-02-13

Abstract

In a method for reducing the hook load of a drill pipe operated in a flushing fluid according to the cable core drilling method, the drill pipe is on the one hand closed at a distance from its upper end, e.g. in the region of the core pipe, and on the other hand partially freed from the flushing fluid on the inside.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Gewichtsentlastung die Hakenlast des Bohrgestänges zu vermindern, so daß man mit vorhandener Bohreinrichtung größere Tiefen und/oder Bohrungsdurchmesser als bisher erbohren kann. The invention is based on the object by a Weight relief to reduce the hook load of the drill pipe, so that one with existing drilling equipment can drill greater depths and / or bore diameters than before.

Die Erfindung löst diese Aufgabe in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch, daß das Bohrgestänge einerseits im Abstand von seinem Oberende verschlossen wird, andererseits im Inneren teilweise von der Spülung befreit wird. The invention solves this problem in terms of the method by that the drill pipe is closed on the one hand at a distance from its upper end, on the other hand, it is partially freed from the rinse inside.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht darin, daß man mit dem Seilkernbohrverfahren über die bisherige Tiefe von 1500 bis 1600 m hinaus bis 2000 m gelangen kann und/oder der Bohrungsdurchmesser von 100 auf 150 mm vergrößert werden kann. Dies ist möglich, weil die Gestängelast durch den entstandenen Auftrieb des leeren Bohrgestängeteils einerseits und durch den anstehenden, von unten auf das verschlossene Kern rohr wirksamen Bohrlochdruck andererseits reduziert wird. The advantage achieved by the invention is that you with the rope core drilling method beyond the previous depth of 1500 to 1600 m can reach up to 2000 m and / or the bore diameter is increased from 100 to 150 mm can be. This is possible because the boom load is caused by the resulting buoyancy the empty drill rod part on the one hand and through the pending, from below the closed core pipe effective borehole pressure is reduced on the other hand.

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. So wird man im einfachsten Fall das Bohrgestänge zunächst verschließen und danach von der Spülung befreien. Eine andere, bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst bei unverschlossenem Bohrgestänge ein Teil der Spülung aus dem Bohrgestänge entfernt wird, danach das Bohrgestänge verschlossen wird und anschließend der von Spülung leere Teil des das Bohrgestänge umgebenden Ringraumes mit Spülung gefüllt wird. Dabei empfiehlt es sich in allen Fällen, das Bohrgestänge in einem noch Spülung aufweisenden Bereich zu verschließen. Besonders bevorzugt ist der Verschluß des Bohrgestänges im Bereich des Kernrohres. For the further development there are several within the scope of the invention Options. In the simplest case, the drill rod will be closed first and then remove from the rinse. Another preferred embodiment of the The method is characterized in that initially with the drill pipe unsealed part of the mud is removed from the drill pipe, then the drill pipe is closed and then the part of the drill pipe that is empty of flushing surrounding annulus is filled with rinsing. It is recommended in all Cases to close the drill pipe in an area still having mud. The closure of the drill rod in the area of the core tube is particularly preferred.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen im Bohrgestänge ablaßbaren sowie abdichtend verriegelbaren Sperrkolben und durch einen im Bohrgestänge auf- sowie niederbewegbaren Förderkolben. Der Sperrkolben weist vorzugseise an eine Querschnittsverengung des Kernrohres anlegbare Dichtmanschetten zum Abdichten gegen den Sohlendruck, oberhalb der Dichtmanschetten einen auf der Querschnittsverengung aufsetzbaren Landering und oberhalb des Landeringes in Kernrohrausnehmungen verrastbare Sperrklinken auf. A device for carrying out the method according to the invention is characterized by a drainable and sealingly lockable in the drill pipe Locking piston and a delivery piston that can be moved up and down in the drill pipe. The locking piston preferably has a constriction in the cross section of the core tube Sealing sleeves for sealing against the sole pressure, above the sealing sleeves a landing ring that can be placed on the cross-sectional constriction and above the landing ring pawls that can be locked in the core tube recesses.

Zusätzlich empfiehlt es sich, den Sperrkolben mit einem Spülungskanal mit in Sohlenrichtung durchströmbarem Rückschlagventil zu versehen; auf diese Weise kann auch bei verschlossenem Kernrohr noch eine Spülung von innen nach außen vorgenommen werden. Auch der Förderkolben weist zweckmäßigerweise einen Spülungsdurchlaß mit einstellbarem Durchlaßventilkörper auf. Darüber hinaus kann der Förderkolben auch mit einem Druckgas enthaltenden, bei der Spülungsförderung zur Bohrsohle hin zu öffnenden Behältnis versehen sein, um bei verschlossenem Bohrgestänge die Spülung herausfördern zu können.In addition, it is recommended to use the locking piston with a flushing channel to be provided with a non-return valve that can be flown through in the direction of the sole; in this way flushing can be carried out from the inside to the outside even when the core tube is closed will. The delivery piston also expediently has a flushing passage adjustable passage valve body. In addition, the delivery piston can also with a pressurized gas containing, when the mud is conveyed to the bottom of the drill hole be provided with an opening container to flush the drill pipe with the drill pipe closed to be able to convey out.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 teils in Seitenansicht, teils im Längsschnitt einen Sperrkolben zur Durchführung des Verfahrens und F i g. 2 teils in Seitenansicht, teils im Längsschnitt einen Förderkolben zur Durchführung des Verfahrens. The invention is explained below with reference to a drawing. It shows F i g. 1 shows a locking piston partly in side view, partly in longitudinal section to carry out the procedure and F i g. 2 partly in side view, partly in longitudinal section a delivery piston for carrying out the process.

Der Sperrkolben 1 und der Förderkolben 2 dienen zum Vermindern der Hakenlast eines in einer Spülung nach dem Seilkernbohrverfahren betriebenen Bohrgestänges 3,4. Der Sperrkolben list im Bohrgestänge 3,4 ablaßbar und im Kernrohr 4 abdichtend verriegelbar (vgl. Fig. 1). Zu diesem Zweck weist der Sperrkolben 1 an eine Querschnittsverengung 5 des Kernrohres 4 anlegbare Dichtmanschetten 6 zum Abdichten gegen den Sohlendruck, oberhalb der Dichtmanschetten 6 einen auf der Querschnittsverengung 5 aufsetzbaren Landering 7 und oberhalb des Landeringes 7 in Kernrohrausnehmungen 8 verrastbare Sperrklinken 9 auf. Außerdem ist der Sperrkolben 1 mit einem Spülungskanal 10 mit in Sohlenrichtung durchströmbarem Rückschlagventil 11 versehen. Außerdem erkennt man in der F i g. 1 oberhalb der Sperrklinken 9 noch Einrichtungen 12 zum Fangen und Lösen des Sperrkolbens 1 zwecks Entfernung aus dem Kernrohr 4. The locking piston 1 and the delivery piston 2 are used to reduce the Hook load of a drill rod operated in a mud using the cable core drilling method 3.4. The locking piston can be drained in the drill rod 3, 4 and sealed in the core tube 4 lockable (see Fig. 1). For this purpose, the locking piston 1 has a cross-sectional constriction 5 of the core tube 4 sealing collars 6 which can be applied to seal against the sole pressure, Above the sealing collars 6, one can be placed on the cross-sectional constriction 5 Landing ring 7 and above the landing ring 7 in core tube recesses 8 latchable Pawls 9 open. In addition, the locking piston 1 is provided with a flushing channel 10 Provided check valve 11 through which flow can flow in the sole direction. Also recognizes one in FIG. 1 above the pawls 9 still devices 12 for catching and releasing the locking piston 1 for removal from the core tube 4.

Der Förderkolben 2 (vgl. F i g. 2) ist im Bohrgestänge 3, 4 auf- sowie niederbewegbar und mit einem Spülungsdurchlaß 13 versehen. Im Spülungsdurchlaß 13 ist ein Durchlaßventilkörper 14 angeordnet, dessen Stellung die Sinkgeschwindigkeit des Förderkolbens 2 und die in der Zeiteinheit aus dem Bohrgestänge 3 herausförderbare Spülungsmenge bestimmt. The delivery piston 2 (see Fig. 2) is in the drill rod 3, 4 on- as well as movable down and provided with a flushing passage 13. In the mud passage 13 a gate valve body 14 is arranged, the position of which determines the rate of descent of the feed piston 2 and that which can be fed out of the drill rod 3 in the unit of time Determined flush volume.

Der beschriebene Sperrkolben 1 und der Förderkolben 2 werden zur Gewichtsentlastung wie folgt verwendet: Das Gewicht des Bohrstranges 3, 4 ist von einer Abfangvorrichtung übernommen. Diese Abfangvorrichtung ist von der Konstruktion des Bohrmastes getrennt und steht auf zwei Hydraulikzylindern auf gesonderten Stahlbetonfundamenten. Benötigt wird die Abfangvorrichtung zum Aufbringen des Gegenmomentes beim Ent- bzw. Verschrauben der Einzelrohre und zur Aufnahme des Bohrstranggewichtes während des Ablegens der Einzelrohre mit dem Flaschenzugsystem. Das Innenrohr ist durch den Bohrstrang nach oben gezogen und abgelegt worden. Der Bohrstrang ist oben und unten offen, es herrscht Druckausgleich. An einem drehungsfreien Drahtseil wird der Förderkolben 2 bis zu einer bestimmten Tiefe in den Bohrstrang 3, 4 eingefahren. Die Tiefe ist nach der vorgesehenen Gewichtsentlastung ermittelt. Ab dieser Tiefe wird das Drahtseil aufgespult, der Förderkolben 2 wird nach oben gezogen, und die vorberechnete Flüssigkeitssäule wird nach oben in einen Ausgleichstank gefördert. Gleichzeitig strömt die im Ringraum befindliche Flüssigkeit durch den unten offenen Bohrstrang in dessen Innenraum nach bis zum Druckausgleich beider Flüssigkeitssäulen. Nun wird der Sperrkolben 1 in den Innenraum des Bohrstranges 3, 4 abgesenkt und bis zum Dichtsitz eingeschwommen. Dieser Dichtsitz ist identisch mit der Querschnittsverengung 5, die das Durchrutschen des Innenrohres nach unten verhindert. Damit ein eventuelles Durchspülen des Sperrkolbens 1 für Störfälle noch gewährleistet ist, ist der Sperrkolben mit dem Rückschlagventil 11 versehen. Sollte der Sperrkolben 1 nochmals gelöst werden müssen, ist das mit der Lösevorrichtung für das Innenrohr möglich. Nachdem der Sperrkolben 1 eingerastet ist, wird der Flüssigkeitsspiegel im Ringraum bis oben aufgefüllt. Während des Auffüllens des Ringraumes beginnt die Gewichtsentlastung wirksam zu werden: 1) Durch die entstehende Druckdifferenz zwischen Ringraum und Bohrstranginnenraum; diese Druckdifferenz bewirkt über den unten eingerasteten Sperrkolben ein Anheben des Bohrstranges; 2) durch das Verdrängungsvolumen, das durch das Herausfördern der Flüssigkeitssäule aus dem Bohrstranginnenraum entstanden ist. The locking piston 1 described and the delivery piston 2 are used for Weight relief used as follows: The weight of the drill string 3, 4 is from taken over by an interception device. This interception device is of the construction of the drilling mast and stands on two hydraulic cylinders on separate reinforced concrete foundations. The support device is required to apply the counter-torque when unlocking or removing Screwing the individual tubes together and for taking up the weight of the drill string during the Laying down of the individual tubes with the pulley system. The inner tube is through the Drill string pulled up and deposited. The drill string is up and down open, there is pressure equalization. The delivery piston is attached to a rotation-free wire rope 2 run into the drill string 3, 4 to a certain depth. The depth is determined according to the intended weight relief. From this depth the wire rope will wound up, the delivery piston 2 is pulled up, and the precalculated liquid column is pumped up into a compensation tank. At the same time, the flows in the annulus located liquid through the drill string open at the bottom in its interior after up to the pressure equalization of both liquid columns. The locking piston 1 is now in the interior of the drill string 3, 4 lowered and floated up to the sealing seat. This sealing seat is identical to the cross-sectional constriction 5, which causes the slipping of the inner tube downwards. This means a possible flushing of the locking piston 1 is still guaranteed for malfunctions, the locking piston with the check valve is 11 provided. If the locking piston 1 has to be loosened again, this is also indicated the release device for the inner tube possible. After the locking piston 1 has engaged is, the liquid level in the annulus is filled up to the top. While filling up of the annulus, the weight relief begins to take effect: 1) Through the resulting Pressure difference between the annulus and the interior of the drill string; causes this pressure difference A lifting of the drill string via the locking piston which is locked in at the bottom; 2) through the displacement volume created by the pumping out of the column of liquid from the Drill string interior has arisen.

Es gilt: Gred = T1 x GR - [((T1 + T2)Ages-(T1 - T2)Ai] YFL wobei: Gred = reduzierte Gestängelast GR = Gewicht der Rohre pro Meter T, = die untersuchteTiefe T2 = Tiefe des Flüssigkeitsspiegels im Rohrinnern Ages = gesamter Querschnitt des Rohres (mit eingerastetem Dichtkolben) Af = innerer Querschnitt des Rohres FFL = Spez. Gewicht der Flüssigkeit The following applies: Gred = T1 x GR - [((T1 + T2) Ages- (T1 - T2) Ai] YFL where: Gred = reduced rod load GR = weight of the pipes per meter T, = the investigated depth T2 = depth of the liquid level inside the pipe Ages = total cross section of the Pipe (with locked sealing piston) Af = inner cross-section of the pipe FFL = Specific weight of the liquid

Claims

Claims: 1. Method for reducing the hook load of a Drill rods operated in a mud using the rope core drilling method, d a d u re g e k e n n -z e i n e t that the drill pipe is on the one hand at a distance of its upper end is closed, on the other hand, in the interior partially by the rinse is released.

2. The method according to claim 1, characterized in that the drill pipe is initially closed and then freed from the rinse.

3. The method according to claim 1, characterized in that first if the drill pipe is not closed, some of the mud is removed from the drill pipe is, then the drill pipe is closed in the area of the core tube and then the part of the annular space surrounding the drill pipe that is empty of mud with mud is filled.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the drill pipe is closed in an area having mud.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in, that the drill pipe is closed in the area of the core tube.

6. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 5, characterized by one that can be drained and sealed in the drill rod (3, 4) lockable locking piston (1) and by one in the drill rod (3, 4) as well downwardly movable delivery piston (2).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the locking piston (1) Sealing collars that can be placed against a cross-sectional constriction (5) of the core tube (4) (6) for sealing against the sole pressure, above the sealing sleeves (6) a on the cross-sectional constriction (5) attachable landing ring (7) and above the landing ring (7) has pawls (9) which can be locked in core tube recesses (8).

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the locking piston (1) with a flushing channel (10) through which a flow can flow in the direction of the sole Check valve (11) is provided.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that that the delivery piston (2) has a flushing passage (13) with an adjustable passage valve body (14).

10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that that the delivery piston (2) containing a pressurized gas when purging is provided to the drilling base to be opened container.

The invention relates to a method for reducing the hook load a drill rod operated in a mud using the rope core drilling method and an apparatus for performing this method.

For all bores that are driven vertically into the ground, determines the weight of the drill string or drill pipe the dimensioning of the load-bearing parts and the hoist drive of the drilling rigs. The weight of the drill string depends on the depth of the hole to be reached. The drill string consists of screwed together, high-strength pipes of approx.

9.0 m in length and is inserted into the borehole with a pulley system. or extended. The pulley rope is in the movable hook block and in the tower crown shifted on the drill mast. One end of the rope is over one load cell firmly connected to structural parts of the drilling device, the other The end is placed on the elevator drum. The drill string is attached to the hook block attached by means of transition parts. By winding and unwinding the on the elevator drum attached pull rope is the hook block according to the height of the drilling mast moves up or down. This is necessary 1) after each drilling of the individual pipes, to screw on a new single pipe, 2) each time the drill string is removed, in order to unscrew the individual tubes, and 3) each time the drill string is installed, to screw the individual tubes together.

From this it can be seen that both the pulley system as well the structural parts of the drilling mast with increasing depth of the hole a growing Subject to load. This burden from the weight of the drill string will still be increased by the so-called train reserve. The train reserve should generally be 50% of the pure drill string load to avoid the drill string in the event of any rock disturbances possibly still to be able to move. From the above it can also be seen that the or expansion of the drill string is associated with considerable expenditure of time. this applies in particular to exploration wells made using the core drilling process will.

Core bores are used by means of an annular cutting tool to drill a stone pillar, which in the lowest, specially designed tube of the Drill string is recovered. If the lowest individual tube is filled with the drill core, the entire drill string must be removed, the drill core from the lowest individual pipe emptied and the entire drill string reinstalled. To save time here, the so-called rope core drilling method is often used (cf.

Journal "ERZMETALL", Volume 30 [1977], Issue 5, pp. 195 to 200). The peculiarity of the rope core drilling process is that it is used to rescue the drilled Kernes no longer the entire drill string is removed. Inside the lowest Single tube there is a tube with a smaller diameter, the so-called inner tube, which engages with locking structures in the grooves of this single tube. The locks can be released by means of a release device attached to a non-rotating Wire rope is retracted and lowered into the drill string, loosened and connected to the Wire rope can be conveyed upwards from the borehole. That assumes that the The drill string has largely the same internal diameter at all points. This is true up to the lowest single pipe too. In this tube, the so-called core tube, are in fixed positions, etc. Screws for the locking of the inner tube as well as diameter constrictions that prevent the inner tube from slipping through prevent downward.