EP1632640A9 - Method and apparatus for filling a drill string with a drilling fluid - Google Patents
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- EP1632640A9 EP1632640A9 EP05006234A EP05006234A EP1632640A9 EP 1632640 A9 EP1632640 A9 EP 1632640A9 EP 05006234 A EP05006234 A EP 05006234A EP 05006234 A EP05006234 A EP 05006234A EP 1632640 A9 EP1632640 A9 EP 1632640A9
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
- E21B21/106—Valve arrangements outside the borehole, e.g. kelly valves
Definitions
- the invention relates to a filling device for filling of drilling fluid in drill pipe or in Bohrrat a drill string, as used in oil or gas wells and a method for their operation.
- drilling methods are used in which drilling fluid are filled in certain compositions in the drill pipe of a drill string and directed to the drill head.
- the individual drill pipe are formed as a hollow cylinder and provided at the ends with openings for the passage of drilling fluid to the drill head.
- the drilling fluid is conducted during the drilling process through the drill pipe into the borehole and sprayed through the nozzles arranged at the drill head under high pressure in the borehole.
- the resulting in drilling operation cutting residues are thus continuously removed from the teeth of the cutting tool and secured its necessary cooling.
- the fluid level should fill the cavity of the borehole as completely as possible and reach to the surface of the drilling platform.
- the drilling fluid also protects against uncontrollable gas leakage, so-called blow-outs and serves to transport the cuttings from the bottom of the well in Bohrschlammauffangvortechnischen the drilling platform.
- the drill string itself consists of a plurality of coupled drills, which in turn comprise a plurality of drill pipes.
- the drill string must be continuously extended by new drill string.
- the drill pipes are combined into drills and transported by the elevator on the platform to the well and coupled to the drill string.
- drilling fluid In order to maintain the necessary drilling fluid level in the well, which is also important for an effective circulation of the drilling fluid, drilling fluid must be supplied with the extension of the drill string.
- the drill string After completion of the drilling operations, the drill string is removed from the wellbore in most cases and casings used to stabilize and line up the wellbore.
- filling valves are usually coupled to the drill string and partially lowered into the filled with drilling fluid casing, where then supplied by pumping drilling fluid is dispensed through differently designed closable openings and nozzles in the annulus between the drill string and casing .
- the filling valve also prevents the undesired backflow of contaminated drilling fluid, also called drilling mud, into the drill string after the pump is shut off.
- a drilling fluid refilling apparatus which discharges the drilling fluid into the freed annulus between the drill string and the walls of the wellbore.
- the cylindrical filler described herein is bolted to the topdrive of the elevator and the tubular drill string.
- the cylindrical walls provided with one or more laterally disposed outlet openings for the drilling fluid to be dispensed can be closed by a valve slidable between two positions.
- the refilling device is also used for cementing casings and must be lowered both for filling the well with drilling fluid, as well as for cementing in the well.
- the inventive solution relates to a filling device for filling a drill string, drill pipes or drills with drilling fluid.
- Essential components of the inventive solution are a cylindrical body comprising a piston chamber with at least one closable filling opening for drilling fluid and having an end piece for coupling the filling device to the Topdrive (rotary drive head) of the Tiefbohrstranges.
- the inventive filling device is further characterized in that a hollow cylindrical filling piston for discharging drilling fluid into the drill string in the piston chamber of the cylindrical base body is arranged to slide axially movable. In the cavity of the filling piston also engages an axially movable piston valve and cooperates with the piston chamber such that caused by the Bohrierikeitstik opening position and caused by an external media pressure, in particular compressed air closing positions is ingestible and effective.
- the device of the invention is preferably used to fill up drills or drill pipes with drilling fluid during their installation to reposition the drill string.
- the filling device is mounted on the drilling platform in the coupling device of the elevator and connected to the pump system for the supply of drilling fluid, and an external pressure medium source for actuating the filling valve.
- the embodiment relates to the filling device according to the invention and a method for their operation for filling of drilling fluid in a Bohrzug which serves to extend the drill string during installation. Depending on the drill hole depth to be achieved, this process must be repeated very frequently.
- the frequency of the drill string to be used and replenished for the extension of the drill string, as well as the changeover time required therefor, are optimization variables that can be influenced by the technique used.
- the individual drill pipe or drill string combined into a drill string are then hooked into the elevator, coupled to the downhole drill string, and lowered into the wellbore.
- the filling device For coupling to the top drive of the elevator, the filling device according to the invention is screwed to an intermediate piece of light.
- the cylindrical basic body 1 of the filling device is provided with an end piece 2 which has a coupling means formed with a corresponding screw thread (FIG. 1).
- the filling device furthermore has a connection 10 for the supply and the discharge of printing media 16.
- printing medium compressed air is generally used on drilling platforms for easy availability.
- the external controllable compressed air source which is designed in particular as a pneumatic control unit, is then connected by means of compressed air hose to the terminal 10 of the filling device and secured against rotation.
- connection valve 10 for the compressed air is connected via a pressure channel with the gas-tight closed cylindrical space between the outer surface of the filling piston 9 and the inner surface of the piston chamber 5 m.
- the piston valve 4 arranged in the base body 1 and the hollow cylindrical filling piston 9 cooperating with the piston valve.
- the piston valve 4 comprises an inlet-side valve disk 6, which are arranged together with an outlet-side valve plug 7 at a certain distance from one another on a valve guide rod 8.
- the valve guide rod 8 extends on the inlet side through the filling opening 3 in the stop / valve seat 14 and is connected to a disc via which exerts a restoring force for closing the valve disk 6 of the piston valve 4 through the disposed between the disc and the valve seat 14 valve return spring 11.
- valve plug 7 The arranged at the outlet end of the valve guide rod 8 valve plug 7 is dimensioned and provided on its circumference with inner sealing lips, that it can penetrate into the opening of the hollow cylindrical filling piston 9 and close it.
- the tubular filling piston 9 is itself arranged axially slidably in the piston chamber 5 and formed on the inlet side as an annular stop 12 with a groove, which closes gas-tight and media-tight with the inner wall of the piston chamber 5.
- the drilling fluid passes through the piston chamber 5 into the tube opening of the filling piston 9 which forwards them into the drill train to be filled.
- the filling piston is, for example, pushed down by a flushing pressure of the drilling fluid of about 9 bar until the internal piston valve 4 releases the flow path into the hollow filling piston rod 9.
- the stroke of the filling piston should be about 60 cm here. However, other stroke parameters corresponding to the design requirements of other drilling rigs are also covered by this invention.
- the filling speed with which the drill string is now filled should preferably not exceed 250 l / min.
- a train should remain dry and the volume to be pumped calculated in advance and adjusted at the drilling fluid pumping device.
- valve plug 7 closes the hollow filling piston rod 9 and the valve disk 6 of the piston valve 4 is pressed against the valve seat 14.
- the closure of the filling opening 3 through the valve disk 6 is also supported by the return spring 11.
- a flushing pressure of the drilling fluid of at least 9 bar and a compressed air supply to the ring floor of at least 7 bar is provided in this preferred embodiment.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Fülleinrichtung zum Auffüllen von Bohrflüssigkeit in Bohrgestänge oder in Bohrzüge eines Bohrstrangs, wie sie bei Erdöl- oder Erdgasbohrungen Verwendung finden und ein Verfahren zu deren Betrieb.The invention relates to a filling device for filling of drilling fluid in drill pipe or in Bohrzüge a drill string, as used in oil or gas wells and a method for their operation.
Beim Betrieb von Bohreinrichtungen zum Tiefbohren, insbesondere zur Erschließung von Erdöl- oder Erdgaslagerstätten werden Bohrverfahren angewendet, bei denen Bohrflüssigkeit in bestimmten Zusammensetzungen in das Bohrgestänge eines Bohrstrang eingefüllt und zum Bohrkopf geleitet werden. Dazu sind die einzelnen Bohrgestänge hohlzylindrisch ausgebildet und an den Enden mit Öffnungen zur Durchleitung von Bohrflüssigkeit bis zum Bohrkopf versehen.
Mittels Pumpeinrichtung im Bereich der Plattform wird die Bohrflüssigkeit während des Bohrvorgangs durch das Bohrgestänge in das Bohrloch geleitet und durch am Bohrkopf angeordnete Düsen unter hohem Druck in das Bohrloch eingesprüht. Die im Bohrbetrieb anfallenden Schneidrückstände werden dadurch kontinuierlich von den Zähnen des Schneidwerkzeuges entfernt und dessen notwendige Kühlung gesichert.
Dabei sollte der Flüssigkeitsstand den Hohlraum des Bohrlochs möglichst vollständig ausfüllen und bis dicht zur Oberfläche der Bohrplattform reichen. Denn neben der überaus wichtigen Verminderung der Reibungsverluste des Bohrgestänges schützt die Bohrflüssigkeit auch vor unkontrollierbarem Gasaustritt, so genannten Blow-outs und dient dem Transport des Bohrkleins von der Sohle des Bohrlochs in Bohrschlammauffangvorrichtungen der Bohrplattform.In the operation of drilling rigs for deep drilling, in particular for the development of oil or natural gas deposits drilling methods are used in which drilling fluid are filled in certain compositions in the drill pipe of a drill string and directed to the drill head. For this purpose, the individual drill pipe are formed as a hollow cylinder and provided at the ends with openings for the passage of drilling fluid to the drill head.
By means of pumping means in the region of the platform, the drilling fluid is conducted during the drilling process through the drill pipe into the borehole and sprayed through the nozzles arranged at the drill head under high pressure in the borehole. The resulting in drilling operation cutting residues are thus continuously removed from the teeth of the cutting tool and secured its necessary cooling.
The fluid level should fill the cavity of the borehole as completely as possible and reach to the surface of the drilling platform. Because in addition to the extremely important reduction in the friction losses of the drill string, the drilling fluid also protects against uncontrollable gas leakage, so-called blow-outs and serves to transport the cuttings from the bottom of the well in Bohrschlammauffangvorrichtungen the drilling platform.
Der Bohrstrang selbst besteht dabei aus einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Bohrzügen, welche wiederum mehrere Bohrgestänge umfassen.The drill string itself consists of a plurality of coupled drills, which in turn comprise a plurality of drill pipes.
In Abhängigkeit von dem erzielten Bohrfortschritt und der zu erreichenden Endtiefe des Bohrlochs, muss der Bohrstrang ständig durch neue Bohrgestänge verlängert werden. Die Bohrgestänge werden zu Bohrzügen zusammengefasst und durch den Elevator auf der Plattform zum Bohrloch transportiert und an den Bohrstrang angekoppelt. Zur Aufrechterhaltung des notwendigen Bohrflüssigkeitspegels im Bohrloch, was auch für eine wirkungsvolle Zirkulation der Bohrflüssigkeit von Bedeutung ist, muss mit der Verlängerung des Bohrstrangs auch Bohrflüssigkeit zugeführt werden.
Nach Abschluss der Bohrarbeiten wird das Bohrgestänge in den meisten Fällen aus dem Bohrloch entfernt und Futterrohre zur Stabilisierung und Auskleidung des Bohrlochs eingesetzt.Depending on the drilling progress achieved and the final depth of the well to be achieved, the drill string must be continuously extended by new drill string. The drill pipes are combined into drills and transported by the elevator on the platform to the well and coupled to the drill string. In order to maintain the necessary drilling fluid level in the well, which is also important for an effective circulation of the drilling fluid, drilling fluid must be supplied with the extension of the drill string.
After completion of the drilling operations, the drill string is removed from the wellbore in most cases and casings used to stabilize and line up the wellbore.
Insbesondere auch aus Kostengründen ist es wünschenswert, die einzelnen Arbeitsschritte bei der Verlängerung des Bohrstrangs und der Aufrechterhaltung eines optimalen Bohrflüssigkeitspegels im Bohrloch mit minimalem Zeitaufwand und eine bedienerfreundlichen und zuverlässigen Technik durchzuführen.
Diesem Ziel wurden zahlreiche Entwicklungsarbeiten in der Bohrtechnik unterworfen. Einen besonderen Schwerpunkt bilden dabei auch die in der Patentliteratur ausführlich beschriebenen Tools und technischen Hilfseinrichtungen, welche zum Auffüllen und zum Zirkulieren Bohrflüssigkeit verwendetet werden.In particular, for cost reasons, it is desirable to perform the individual steps in the extension of the drill string and maintaining an optimal Bohrflüssigkeitspegels in the borehole with minimal expenditure of time and a user-friendly and reliable technique.
This goal has been subjected to numerous development work in the drilling technique. Particular emphasis is also placed on the tools and technical auxiliary equipment described in detail in the patent literature, which are used for filling and circulating drilling fluid.
Dabei finden die konstruktive Optimierung, die störungsfreien Betriebsdauer, sowie die verfahrenstechnische Minimierung von Umrüstzeiten der entwickelten Tools besondere Beachtung.Here, the constructive optimization, the trouble-free operating time as well as the procedural minimization of changeover times of the developed tools are given special attention.
So wurden beispielsweise vielfach Vorrichtungen vorgeschlagen, die eine gleichzeitige Auffüllung des Bohrstrangs und die Zirkulation von Bohrflüssigkeit zwischen dem Bohrstrang und dem Futterrohr erlauben. Solche bekannten Auffüllvorrichtungen sind meist in zylinderförmigen Gehäusen, mit einem druckbetätigten und in Achsrichtung verschiebbaren Ventil zum Öffnen und Schließen des Leitungsweges der Bohrflüssigkeit in das Bohrgestänge untergebracht.
Zur Auffüllung von Futterrohren eines Bohrstranges werden meist so genannte Füllventile an den Bohrstrang angekuppelt und zum Teil auch in das mit Bohrflüssigkeit aufzufüllende Futterrohr abgesenkt, wo dann die mittels Pumpe zugeführte Bohrflüssigkeit über verschieden ausgelegte verschließbare Öffnungen und Düsen in den Ringraum zwischen Bohrstrang und Futterrohr abgegeben wird. Das Füllventil verhindert auch den unerwünschten Rückfluss von verunreinigter Bohrflüssigkeit, auch Bohrschlamm genannt in den Bohrstrang nach dem Abschalten der Pumpe.For example, many devices have been proposed which allow simultaneous filling of the drill string and the circulation of drilling fluid between the drill string and the casing. Such known Auffüllvorrichtungen are usually housed in cylindrical housings, with a pressure-actuated and displaceable in the axial direction valve for opening and closing the conduction path of the drilling fluid in the drill pipe.
For filling of casings of a drill string so-called filling valves are usually coupled to the drill string and partially lowered into the filled with drilling fluid casing, where then supplied by pumping drilling fluid is dispensed through differently designed closable openings and nozzles in the annulus between the drill string and casing , The filling valve also prevents the undesired backflow of contaminated drilling fluid, also called drilling mud, into the drill string after the pump is shut off.
Einige technische Lösungen verwenden Werkzeuge, die vorteilhaft mit dem Topdrive des Bohrgestells verbunden, insbesondere verschraubt werden und ebenfalls ein druckbetätigtes Einlassventil aufweisen, dass durch die strömende Bohrflüssigkeit geöffnet wird.
So wird in der
Aus der
Die hier beschriebene zylinderförmige Füllvorrichtung wird mit dem Topdrive des Elevators und dem röhrenförmigen Bohrgestänge verschraubt. Die mit einer oder mehrerer seitlich angeordneten Auslassöffnung für die abzugebende Bohrflüssigkeit versehenen zylindrischen Wände können durch ein zwischen zwei Positionen gleitfähigem Ventil verschlossen werden.
Die Auffülleinrichtung findet auch zum einzementieren von Futterrohren Anwendung und muss sowohl zum Befüllen des Bohrlochs mit Bohrflüssigkeit, wie auch zum Zementieren in das Bohrloch abgesenkt werden.Some technical solutions use tools that are advantageously connected to the topdrive of the drilling rig, in particular screwed and also have a pressure-actuated inlet valve that is opened by the flowing drilling fluid.
So will in the
From the
The cylindrical filler described herein is bolted to the topdrive of the elevator and the tubular drill string. The cylindrical walls provided with one or more laterally disposed outlet openings for the drilling fluid to be dispensed can be closed by a valve slidable between two positions.
The refilling device is also used for cementing casings and must be lowered both for filling the well with drilling fluid, as well as for cementing in the well.
Weitere gattungsgemäße Fülleinrichtungen werden auch in der
Alle diese vorbekannten Einrichtungen, sei es nun nur zum Auffüllen oder auch zum kombinierten Auffüllen und Zirkulieren von Bohrflüssigkeit weisen zahlreiche Nachteile auf.
So ist oft eine zeitaufwendige Prozedur zur An- und Abkopplung der vor bekannten Füllwerkzeuge und Hilfseinrichtungen an das Bohrgestänge oder den Bohrzug notwendig, sowie ein kompliziertes und störungsanfällige Absenken in das Bohrloch.
Auch ist mit diesen Einrichtungen kein Befüllen der anzukoppelnden Bohrzüge während deren Einbaus in den Bohrstrang möglich.
Die mit rückgespültem Bohrschlamm verunreinigten und gleitend angeordneten Ventilteile, sowie deren Austrittsöffnungen verstopfen und müssen zeitaufwendig gereinigt werden.All of these previously known devices, whether only for filling or for combined filling and circulation of drilling fluid, have numerous disadvantages.
So is often a time-consuming procedure for coupling and decoupling of known filling tools and auxiliary equipment to the drill pipe or Bohrzug necessary, as well as a complicated and prone to failure lowering into the well.
Also, with these facilities no filling of the coupled towing drills during their installation in the drill string possible.
The dirty with backwash drilling mud and slidably arranged valve parts, and their outlet openings clog and need time consuming cleaning.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, mit der diese Nachteile beseitigt werden und ein schnelles, zeitsparendes und zuverlässiges Auffüllen von Bohrzügen mit Bohrflüssigkeit gewährleistet wird.It is therefore an object of the present invention to provide a device and a method for their operation, with which these disadvantages are eliminated and a fast, time-saving and reliable filling of Bohrzügen is ensured with drilling fluid.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Fülleinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the filling device according to the invention according to the characterizing features of
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.In the subclaims further advantageous embodiments and further developments of the invention are given.
Die erfinderische Lösung betrifft eine Fülleinrichtung zum Auffüllen eines Bohrstranges, von Bohrgestängen oder Bohrzügen mit Bohrflüssigkeit.The inventive solution relates to a filling device for filling a drill string, drill pipes or drills with drilling fluid.
Wesentliche Bestandteile der erfinderischen Lösung sind ein zylindrischer Grundkörper, der eine Kolbenkammer mit mindestens einer verschließbaren Einfüllöffnung für Bohrflüssigkeit umfasst und ein Endstück zum Koppeln der Fülleinrichtung an den Topdrive (Drehantriebskopf) des Tiefbohrstranges aufweist. Die erfinderische Fülleinrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein hohlzylindrischer Füllkolben zur Abgabe von Bohrflüssigkeit in den Bohrstrang in der Kolbenkammer des zylindrischen Grundkörpers axial beweglich gleitend angeordnet ist.
In den Hohlraum des Füllkolbens greift außerdem ein axial bewegliches Kolbenventil ein und wirkt derart mit der Kolbenkammer zusammen, dass eine durch den Bohrflüssigkeitsdruck bewirkte Öffnungsposition und eine durch einen externen Mediendruck, insbesondere Druckluft bewirkte Schließpositionen einnehmbar und wirksam ist.Essential components of the inventive solution are a cylindrical body comprising a piston chamber with at least one closable filling opening for drilling fluid and having an end piece for coupling the filling device to the Topdrive (rotary drive head) of the Tiefbohrstranges. The inventive filling device is further characterized in that a hollow cylindrical filling piston for discharging drilling fluid into the drill string in the piston chamber of the cylindrical base body is arranged to slide axially movable.
In the cavity of the filling piston also engages an axially movable piston valve and cooperates with the piston chamber such that caused by the Bohrflüssigkeitsdruck opening position and caused by an external media pressure, in particular compressed air closing positions is ingestible and effective.
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird vorzugsweise zum Auffüllen von Bohrzügen oder Bohrgestängen mit Bohrflüssigkeit während deren Einbaus zum Nachsetzen des Bohrstrangs verwendet.
Dazu wird die Fülleinrichtung auf der Bohrplattform in die Kopplungseinrichtung des Elevators eingehängt und mit dem Pumpensystem für die Zuführung von Bohrflüssigkeit, sowie einer externen Druckmedienquelle zur Betätigung des Füllventils verbunden.
Bei dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist es nicht notwendig die "Füllöffnung" des Tools in das Bohrloch oder Futterrohr abzusenken oder an den Bohrstrang anzukoppeln, was zu erheblichen Zeiteinsparungen beim Nachsetzen der Bohrgestänge führtThe device of the invention is preferably used to fill up drills or drill pipes with drilling fluid during their installation to reposition the drill string.
For this purpose, the filling device is mounted on the drilling platform in the coupling device of the elevator and connected to the pump system for the supply of drilling fluid, and an external pressure medium source for actuating the filling valve.
With this device according to the invention it is not necessary to lower the "filling opening" of the tool into the borehole or casing or to couple it to the drill string, which leads to considerable time savings when repositioning the drill string
Einzelheiten der Erfindung sollen nun Anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.Details of the invention will now be explained in more detail with reference to drawings and an embodiment.
Es zeigen:
- Fig. 1
- Die erfindungsgemäße Fülleinrichtung in der Öffnungsstellung
- Fig. 2
- Die Fülleinrichtung bei
geschlossenem Füllkolben 9
- Fig. 1
- The filling device according to the invention in the open position
- Fig. 2
- The filling device with closed
filling piston 9
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die erfindungsgemäße Fülleinrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb zum Auffüllen von Bohrflüssigkeit in einen Bohrzug der zur Verlängerung des Bohrstrangs während des Einbaus dient. In Abhängigkeit von der zu erreichenden Bohrlochtiefe muss dieser Vorgang sehr häufig wiederholt werden. Die Häufigkeit der zur Verlängerung des Bohrstrangs einzusetzenden und aufzufüllenden Bohrzüge, sowie die dafür benötigte Umrüstzeit sind dabei durch die verwendete Technik beeinflussbare Optimierungsgrößen. Die einzelnen Bohrgestänge oder die zu einem Bohrzug zusammengefassten Bohrgestänge werden dann in den Elevator eingehängt, mit dem im Bohrloch befindlichen Bohrstrang gekoppelt, sowie in das Bohrloch abgesenkt.The embodiment relates to the filling device according to the invention and a method for their operation for filling of drilling fluid in a Bohrzug which serves to extend the drill string during installation. Depending on the drill hole depth to be achieved, this process must be repeated very frequently. The frequency of the drill string to be used and replenished for the extension of the drill string, as well as the changeover time required therefor, are optimization variables that can be influenced by the technique used. The individual drill pipe or drill string combined into a drill string are then hooked into the elevator, coupled to the downhole drill string, and lowered into the wellbore.
Zur Ankopplung an den Topdrive des Elevators wird die erfindungsgemäße Fülleinrichtung mit einem zwischengesetzten Schonstück verschraubt. Dazu ist der zylindrische Grundkörper 1 der Fülleinrichtung mit einem Endstück 2 versehen, das ein mit einem entsprechenden als Schraubengewinde ausgebildeten Kopplungsmittel aufweist (Fig. 1).
Die Fülleinrichtung verfügt weiterhin über einen Anschluss 10 für die Zuführung und den Auslass von Druckmedien 16. Als Druckmedium wird wegen der leichten Verfügbarkeit auf Bohrplattformen in der Regel Druckluft verwendet.
Die externe regelbare Druckluftquelle, welche insbesondere als pneumatische Steuereinheit ausgebildet ist, wird dann mittels Druckluftschlauch mit dem Anschluss 10 der Fülleinrichtung verbunden und gegen Verdrehung gesichert.For coupling to the top drive of the elevator, the filling device according to the invention is screwed to an intermediate piece of light. For this purpose, the cylindrical
The filling device furthermore has a
The external controllable compressed air source, which is designed in particular as a pneumatic control unit, is then connected by means of compressed air hose to the
Das Anschlussventil 10 für die Druckluft ist über einen Druckkanal mit dem gasdicht abgeschlossenen zylindrischen Zwischenraum zwischen der äußeren Oberfläche des Füllkolbens 9 und der inneren Oberfläche der Kolbenkammer 5 m verbunden.The
Weitere erfindungswesentliche Komponenten der Fülleinrichtung sind das ebenfalls im Grundkörper 1 angeordnete Kolbenventil 4 und der mit dem Kolbenventil zusammenwirkende hohlzylindrische Füllkolben 9.
Das Kolbenventil 4 umfasst einen einlassseitigen Ventilteller 6, der gemeinsam mit einem auslassseitigen Ventilstopfen 7 in einem bestimmten Abstand zueinander auf einer Ventilführungsstange 8 angeordnet sind. Die Ventilführungsstange 8 erstreckt sich einlassseitig durch die Einfüllöffnung 3 im Anschlag/Ventilsitz 14 und ist mit einer Scheibe verbunden über die eine durch die zwischen der Scheibe und dem Ventilsitz 14 angeordnete Ventilrückstellfeder 11 eine Rückstellkraft zum Schließen des Ventiltellers 6 des Kolbenventils 4 ausübt.
Der am auslassseitigen Ende der Ventilführungsstange 8 angeordnete Ventilstopfen 7 ist derart dimensioniert und auf seinem Umfang mit inneren Dichtlippen versehen, dass er in die Öffnung des hohlzylindrischen Füllkolben 9 eindringen und diese verschließen kann.
Der röhrenförmig ausgebildete Füllkolben 9 ist selbst axial gleitend in der Kolbenkammer 5 angeordnet und einlassseitig als Ringanschlag 12 mit Nut ausgeformt, welche gas- und mediendicht mit der Innenwand der Kolbenkammer 5 abschließt.Further components of the filling device which are essential to the invention are also the
The
The arranged at the outlet end of the
The
Im folgenden soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung näher erläutert werden.
Nach erfolgter Ankopplung der Fülleinrichtung an den Topdrive des Bohrstrangs Mittels Schonstück (4 1/2 IF), dem Anschluss der Bohrflüssigkeitszuleitung und der Druckluft über das Anschlussventil 10 wird der Druckluftraum zwischen äußerem Füllkolben 9 und Innenwand der Kolbenkammer 5 entlastet, so dass sich der Füllkolben 9 in Auslassrichtung zur Rohröffnung des Bohrzuges aus dem Grundkörper 1 herausbewegt und der Ventilstopfen 7 die Auslassöffnung des Füllkolben freigibt. An der pneumatischen Steuereinheit (nicht dargestellt) ist der entsprechende Hebel in die Position "Piston down" zu stellen.
Nun ist die Ringpumpe für die Zuführung der Bohrflüssigkeit im Stand anzufahren und die über einen Druckschlauch, den Topdrive und durch das Schonstück strömende Bohrflüssigkeit öffnet gegen die Federkraft der Ventilrückstellfeder 11 den Ventilteller 6 und gibt die Einfüllöffnung 3 der Kolbenkammer 5 frei.In the following, the operation of the filling device according to the invention will be explained in more detail.
After coupling the filling device to the Topdrive of the drill string means Schonstück (4 1/2 IF), the connection of the Bohrflüssigkeitszuleitung and the compressed air via the
Now, the annular pump for supplying the drilling fluid to start in the state and flowing through a pressure hose, the Topdrive and the Schonstück drilling fluid opens against the spring force of the
So gelangt die Bohrflüssigkeit durch die Kolbenkammer 5 in die Rohröffnung des Füllkolbens 9 welche diese in den zu befüllenden Bohrzug weiterleitet.Thus, the drilling fluid passes through the
Der Füllkolben wird beispielsweise durch einen Spülungsdruck der Bohrflüssigkeit von ca. 9 Bar nach unten geschoben bis das interne Kolbenventil 4 den Fliessweg in die hohle Füllkolbenstange 9 frei gibt.The filling piston is, for example, pushed down by a flushing pressure of the drilling fluid of about 9 bar until the
Der Hub des Füllkolbens soll hier etwa 60 cm betragen. Es werden aber auch andere Hub-Parameter entsprechend den konstruktiven Erfordernissen anderer Bohranlagen durch diese Erfindung erfasst.
Die Füllgeschwindigkeit mit der nun der Bohrzug aufgefüllt wird, sollt vorzugsweise 250 l/min nicht übersteigen.The stroke of the filling piston should be about 60 cm here. However, other stroke parameters corresponding to the design requirements of other drilling rigs are also covered by this invention.
The filling speed with which the drill string is now filled should preferably not exceed 250 l / min.
Nach Abschluss des Auffüllvorgangs und Abstellen der Ringpumpe schließt das Ventil und führt zur Entleerung der Kolbenkammer 10 und des Füllkolbens.
Dazu wird den an der pneumatischen Steuereinheit angeordnete Schalthebel in die Position "Piston up" gestellt.
Dadurch zieht sich der Füllkolben in das Kolbengehäuse zurück.After completion of the filling and stopping the ring pump closes the valve and leads to the emptying of the
To do this, place the control lever on the pneumatic control unit in the "Piston up" position.
As a result, the filling piston retracts into the piston housing.
Um das Herausspritzen der Bohrflüssigkeit zu vermeiden, sollte vorzugsweise ein Zug trocken bleiben und das zu pumpende Volumen vorher berechnet und an der Bohrflüssigkeits-Pumpeneinrichtung eingestellt werden.To avoid splashing out of the drilling fluid, preferably a train should remain dry and the volume to be pumped calculated in advance and adjusted at the drilling fluid pumping device.
Nach Beendigung des Füllvorgangs wird die Ringpumpe auf der Bohrplattform abgeschalte, und es erfolgt die automatische Entleerung der Kolbenkammer 5.After completion of the filling operation, the annular pump is switched off on the drilling platform, and there is the automatic emptying of the piston chamber. 5
Durch Betätigung des Hebels "Piston up" der pneumatischen Steuereinheit wird Druckluft über das Anschlussventil 10 in die Kolbenkammer 5 gepumpt und der Füllkolben 9 nach oben in Richtung Einfüllöffnung 3 bewegt (Ausgangsstellung).By actuating the "Piston up" lever of the pneumatic control unit, compressed air is pumped via the
Durch die Schließbewegung des Füllkolbens 9 verschließt der Ventilstopfen 7 die hohle Füllkolbenstange 9 und der Ventilteller 6 des Kolbenventils 4 wird gegen den Ventilsitz 14 gedrückt. Der Verschluss der Einfüllöffnung 3 durch den Ventilteller 6 wird auch durch die Rückstellfeder 11 unterstützt.Due to the closing movement of the
Zum wirksamen und störungsfreiem Betrieb der Fülleinrichtung ist in diesem bevorzugtem Ausführungsbeispiel ein Spülungsdruck der Bohrflüssigkeit von Mindesten 9 Bar und eine Druckluftversorgung auf dem Ringfloor von mindestens 7 Bar vorgesehen.For effective and trouble-free operation of the filling device, a flushing pressure of the drilling fluid of at least 9 bar and a compressed air supply to the ring floor of at least 7 bar is provided in this preferred embodiment.
Neben der leichten Bedienbarkeit und der schnellen Montage oder Demontage der Fülleinrichtung ist auch deren dauerhaft zuverlässiger Betrieb von besonderen Vorteil. Die Verstopfungs- und Verschmutzungsgefahr, sowie das Auftreten von Fehlfunktionen werden durch die vorliegende konstruktive erfinderische Lösung minimiert. Sehr vorteilhaft ist auch die zu erreichende Zeitersparnis bei der erfindungsgemäße Anwendung des Tools. So kann beispielsweise eine Zeitersparnis von einer Minute und 50 Sekunden pro einzubauenden dreier Zug gegenüber herkömmlichen bekannten Einfüll- und /oder Zirkuliervorrichtungen erzielt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer externen Druckluftquelle zur zuverlässigen Betätigung des Füllkolbens 9.
Hier wird nicht nur der Gegendruck der Bohrflüssigkeit zum Verschluss des Bohrstrangs durch das Kolbenventil 4 verwendet, sondern zusätzlich eine starke pneumatische Druckkraft, die im zylinderförmigen Hohlraum der Kolbenkammer 5 erzeugt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt also und die Befüllung neuer Bohrzüge mit Bohrflüssigkeit schon während deren Ankoppelung an den Bohrstrang und während deren Einbauzeitzeit.In addition to the ease of use and the fast assembly or disassembly of the filling device and their permanently reliable operation is of particular advantage. The risk of clogging and soiling, as well as the occurrence of malfunction are minimized by the present constructive inventive solution. Also very advantageous is the time savings to be achieved in the inventive application of the tool. Thus, for example, a time saving of one minute and 50 seconds can be achieved per three train to be installed compared to conventional known filling and / or circulating devices. Particularly advantageous is the use of an external compressed air source for reliable operation of the filling piston. 9
Here, not only the back pressure of the drilling fluid for closing the drill string is used by the
According to the invention, therefore, and the filling of new drills with drilling fluid already takes place during their coupling to the drill string and during their installation time.
Bezugszeichenliste
- 1
- zylindrischer Grundkörper
- 2
- Endstück des Grundkörpers mit Kopplungsmitteln
- 3
- Einfüllöffnung
- 4
- Kolbenventil
- 5
- Kolbenkammer
- 6
- einlassseitiger Ventilteller des Kolbenventils
- 7
- auslassseitiger Ventilstopfen des Kolbenventils
- 8
- Ventilführungsstange
- 9
- hohlzylindrischer Füllkolben
- 10
- Anschlussventil für Druckmedium
- 11
- Ventilrückstellfeder
- 12
- Ringanschlag mit Nut des Füllkolbens
- 13
- Dichtmittel der Füllkolbenführung
- 14
- Anschlag/Ventilsitz
- 15
- Füllkolbenführung
- 16
- Druckmedienanschluss
- 1
- cylindrical body
- 2
- End piece of the main body with coupling means
- 3
- fill opening
- 4
- piston valve
- 5
- piston chamber
- 6
- inlet-side valve disk of the piston valve
- 7
- outlet-side valve plug of the piston valve
- 8th
- Valve guide rod
- 9
- hollow cylindrical filling piston
- 10
- Connection valve for pressure medium
- 11
- Valve return spring
- 12
- Ring stop with groove of the filling piston
- 13
- Sealant of the filling piston guide
- 14
- Stop / valve seat
- 15
- Füllkolbenführung
- 16
- Media Connection
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet, dass
ein hohlzylindrischer Füllkolben (9) zur Abgabe von Bohrflüssigkeit in den Bohrstrang in der Kolbenkammer (5) des zylindrischen Grundkörpers (1) axial beweglich gleitend angeordnet ist und mit einem in den Hohlraum des Füllkolbens (9) eingreifenden Kolbenventils (4), welches ebenfalls axial beweglich in der Kolbenkammer (5) angeordnet ist, derart zusammenwirkt, dass Öffnungs- und Schließpositionen zur Abgabe von Bohrflüssigkeit einnehmbar sind.Filling device for filling a deep drill string or one or more drill trains with drilling fluid, consisting of a cylindrical base body (1) enclosing a piston chamber (5) with at least one closable filling opening (3) for drilling fluid and an end piece (2), which has connecting means and for coupling to the topdrive of the drill string,
characterized in that
a hollow cylindrical filling piston (9) for discharging drilling fluid into the drill string in the piston chamber (5) of the cylindrical base body (1) is slidably mounted axially movable and with a piston valve (4), which also axially in the cavity of the filling piston (9) is movably arranged in the piston chamber (5), cooperates such that opening and closing positions for discharging drilling fluid are ingestible.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Grundkörper (1) ein Anschlussventil (10) zur Zuführung oder Entspannung flüssiger oder gasförmiges Medien insbesondere Druckluft , in den zylindrischen Innenraum zwischen Grundkörper (1) und Füllkolben (9) der Kolbenkammer (5) aufweist, wodurch eine druckbeaufschlagte Bewegung des Füllkolbens (9) zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung zu bewirken ist.Filling device according to claim 1,
characterized in that
the base body (1) has a connection valve (10) for supplying or relaxing liquid or gaseous media, in particular compressed air, into the cylindrical interior between the base body (1) and filling piston (9) of the piston chamber (5), whereby a pressure-loaded movement of the filling piston (9 ) is to effect between an open and closed position.
dadurch gekennzeichnet, dass
sowohl der Grundkörper (1), wie auch das Füllkolben (9) Anschlagmittel (14,15), insbesondere einen einlassseitigen Ventilsitz (14) und eine auslassseitige Füllkolbenführung (15) aufweisen, mit deren Anordnung der Füllkolbenhub zwischen Öffnungsstellung und die Schließstellung des Füllkolbens (9) im Grundkörper (1) fixierbar ist, wobei die Füllkolbenführung (15) Dichtmittel (13) aufweist, welche die Anordnung flüssigkeits- und gasdicht abschließen.Filling device according to claim 1 or 2,
characterized in that
both the base body (1), as well as the filling piston (9) stop means (14,15), in particular an inlet-side valve seat (14) and an outlet-side Füllkolbenführung (15), with their arrangement of the Füllkolbenhub between the open position and the closed position of the filling piston ( 9) in the base body (1) can be fixed, wherein the filling piston guide (15) sealing means (13), which complete the arrangement liquid and gas-tight.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kolbenventil (4) eine Ventilführungsstange (8) mit einem Ventilteller (6) und in einem definierten Abstand mindestens einem Ventilstopfen (7) aufweist, welche(r) welcher derart ausgebildet ist, dass er in dem hohlzylindrischen Innenraum des Füllkolbens (9) flüssigkeitsdicht einführbar ist, wodurch dessen Verschluss ermöglicht wird, und eine einlassseitig Ventilrückstellfeder (11) oberhalb des Anschlag/Ventilsitz (14) derart angeordnet ist, dass durch deren Federkraft der einlassseitige Ventilteller (6) gegen den Ventilsitz (14) verschließbar ist.Filling device according to claim 3,
characterized in that
the piston valve (4) has a valve guide rod (8) with a valve disk (6) and at a defined distance at least one valve plug (7), which is designed such that it is liquid-tight in the hollow cylindrical interior of the filling piston (9) is insertable, whereby its closure is made possible, and an inlet side valve return spring (11) above the stopper / valve seat (14) is arranged such that by their spring force of the inlet-side valve disc (6) against the valve seat (14) is closable.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Füllkolben (9) einlassseitig mit einem Ringanschlag (12) versehen ist, welcher mindestens eine umlaufenden Nut zur Aufnahme von Dichtmitteln, insbesondere eines O-Rings aufweist, welche das Volumen des Druckmediums von der in die Kolbenkammer (5) strömenden Bohrflüssigkeit trennt,
wobei der in den Füllkolben (9) einführbare Ventilstopfen (7) in seinem Umfang ebenfalls mit mindestens einem Dichtmittel versehen ist, wodurch der Verschluss des Füllkolbens gegenüber dem Tiefbohrstrang oder Bohrzug ermöglicht wird.Filling device according to claim 4,
characterized in that
the filling piston (9) is provided on the inlet side with an annular stop (12) which has at least one circumferential groove for receiving sealing means, in particular an O-ring, which separates the volume of the pressure medium from the drilling fluid flowing into the piston chamber (5),
wherein the in the filling piston (9) insertable valve plug (7) is also provided in its periphery with at least one sealing means, whereby the closure of the filling piston relative to the drill string or Bohrzug is made possible.
dadurch gekennzeichnet, dass
das Endstück (2) des Grundkörper (1) der Fülleinrichtung an dem Topdrive des Bohrgestänges flüssigkeitsdicht verschraubt und die Druckmedienzufuhr (16) mit dem Anschlussventil (10) verbunden wird und das Auffüllen der Bohrzüge mit Bohrflüssigkeit während deren Einbaus in den Bohrstrang erfolgt.Method for operating a filling device according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the end piece (2) of the main body (1) of the filling device is screwed liquid-tight to the top drive of the drill pipe and the pressure medium supply (16) is connected to the connection valve (10) and the filling of the drill pipes with drilling fluid takes place during their installation in the drill string.
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Auffüllen eines Bohrzuges die in den Bohrzug unter Druck einzufüllende Bohrflüssigkeit das Kolbenventil (4) öffnet und durch die Einfüllöffnung (3) in die Kolbenkammer (5) eindringt, wodurch der hohlzylindrische Füllkolben (9) in dem Grundkörper (1) nach unten geschoben wird bis der auslassseitige Ventilstopfen (7) des Kolbenventils (4) den Fliessweg in den Füllkolben (9) freigibt und die vorbestimmte Menge von Bohrflüssigkeit über dessen Auslassöffnung in den Bohrzug einfüllt.Method according to claim 6,
characterized in that
for filling a Bohrzuges in the Bohrzug under pressure to be filled drilling fluid opens the piston valve (4) and through the filling opening (3) into the piston chamber (5) penetrates, whereby the hollow cylindrical filling piston (9) in the base body (1) is pushed down until the outlet-side valve plug (7) of the piston valve (4) releases the flow path into the filling piston (9) and fills the predetermined amount of drilling fluid into the drill train via its outlet opening.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druck der einzufüllenden Bohrflüssigkeit 8 bis 10 Bar beträgt und der Öffnungsweg des Füllkolbens (9) 60 cm beträgt,
wobei die Füllgeschwindigkeit des Bohrzuges oder des Bohrstranges 250 l/min nicht übersteigt.Method according to claim 7,
characterized in that
the pressure of the drilling fluid to be filled is 8 to 10 bar and the opening travel of the filling piston (9) is 60 cm,
the filling speed of the drill string or drill string does not exceed 250 l / min.
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Abschluss des Füllvorgangs keine weitere Zuführung von Bohrflüssigkeit über die Einfüllöffnung (3) erfolgt und das Kolbenventil (4) geschlossen wird, in dem der einlassseitige Ventilteller (6) mittels Ventilrückstellfeder (11) gegen den flüssigkeitsdichten Ventilsitz (14) gedrückt wird.Method according to claim 6,
characterized in that
at the conclusion of the filling process no further supply of drilling fluid through the filling opening (3) and the piston valve (4) is closed, in which the inlet-side valve plate (6) by means of valve return spring (11) against the liquid-tight valve seat (14) is pressed.
dadurch gekennzeichnet, dass,
durch mittels einer externe Druckgasquelle, insbesondere einen drucklufterzeugenden Kompressor, Druckgas über das Anschlussventil (10) in den zylindrischen Innenraum zwischen Grundkörper (1) und Füllkolben (9) geleitet wird, wodurch der Füllkolben (9) in seine Schließstellung bewegt wird, wobei
der Ventilkolben (7) in das Innere des Füllkolbens (9) eingeschoben wird und diesen verschließt und der Ventilteller (6) durch den Ringanschlag (12) des Füllkolbens (9) gegen den Ventilsitz (14) gehalten wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
by means of an external pressure gas source, in particular a compressed air generating compressor, compressed gas via the connection valve (10) in the cylindrical space between the base body (1) and filling piston (9) is passed, whereby the filling piston (9) is moved to its closed position, wherein
the valve piston (7) is inserted into the interior of the filling piston (9) and closes it and the valve disk (6) is held against the valve seat (14) by the annular stop (12) of the filling piston (9).
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Vermeidung des Überlaufs von Bohrflüssigkeit mindestens ein Bohrzug des Bohrstrangs nicht befüllt wird und das zu pumpende Füllvolumen vor der Befüllung berechnet und mittels Einstellung der Bohrflüssigkeits-Füllpumpe (Ringpumpe) gesteuert wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
to avoid the overflow of drilling fluid at least one Bohrzug the drill string is not filled and the filling volume to be pumped calculated before filling and controlled by adjusting the drilling fluid filling pump (ring pump).
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