EP1632640B1 - Verfahren und Fülleinrichtung zum Auffüllen von Bohrzügen mit Bohrflüssigkeit - Google Patents

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EP1632640B1
EP1632640B1 EP05006234A EP05006234A EP1632640B1 EP 1632640 B1 EP1632640 B1 EP 1632640B1 EP 05006234 A EP05006234 A EP 05006234A EP 05006234 A EP05006234 A EP 05006234A EP 1632640 B1 EP1632640 B1 EP 1632640B1
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EP
European Patent Office
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filling
piston
valve
drilling fluid
drill
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EP05006234A
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English (en)
French (fr)
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EP1632640A1 (de
EP1632640A9 (de
Inventor
Marco Frenzel
Ullrich Esch
Manfred Lafeld
Ingo Reuter
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Ed Oil Tools Service Rental GmbH
Original Assignee
Ed Oil Tools Service Rental GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • 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 via 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 arranged 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.
  • a filling device for filling a deep drill string or one or more drill trains is described with drilling fluid.
  • This filling device consists of a cylindrical body, which has a piston chamber with at least one Includes filling opening for drilling fluid and an end piece, which has connecting means and is used for coupling to the top drive of Tiefbohrstranges.
  • 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.
  • the filling opening described here is not closable and there is also no device provided with which the hollow cylindrical filling piston can be opened and discharged for dispensing drilling fluid.
  • Other generic filling devices are also in the US 2002/0189814 A1 and the EP 939193 A2 described.
  • 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 its 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. 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 a restoring force for closing the valve disk 6 of the piston valve 4 is exerted by the valve return spring 11 disposed between the disk and the valve seat 14.
  • 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 this can close.
  • 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 annular pump for supplying the drilling fluid to start in the state and the flowing through a pressure hose, the Topdrive and the Schon Western drilling fluid opens against the spring force of the valve return spring 11, the valve plate 6 and the filling opening 3 of the piston chamber 5 free.
  • 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 pre-calculated 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.

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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.
  • 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.
  • Der Bohrstrang selbst besteht dabei aus einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Bohrzügen, welche wiederum mehrere Bohrgestänge umfassen.
  • 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.
  • 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 der Bohrflüssigkeit verwendetet werden.
  • Dabei finden die konstruktive Optimierung, die störungsfreie, Betriebsdauer, sowie die verfahrenstechnische Minimierung von Umrüstzeiten der entwickelten Tools besondere Beachtung.
  • 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.
  • 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 EP 929731 B1 eine sehr komplexe Füll- und Zirkuliervorrichtung für Bohranlagen offenbart, die das abschnittsweise Auffüllen von Futterrohren in einem Bohrloch mit Bohrflüssigkeit beschreibt. Dabei wird das Bohrfluid mittels eines in das Bohrwerkzeug eingehängtes Einfüllwerkzeug jedem einzusetzenden Futterrohr hinzugefügt. Der Flüssigkeitseinlass erfolgt über Einlassdüsen, welche durch eine Bohrschlamm-Ventileinrichtung gegen den aus dem Bohrloch zeitweise herausdrängenden Bohrschlamm geschützt werden. Dieses vorbekannte Hilfswerkzeug soll auch die Zirkulation der Bohrflüssigkeit und das Zementieren des Futterrohres im Bohrloch ermöglichen. Die zu erzielende Multifunktionsfähigkeit bedingt dabei allerdings einen komplizierten Aufbau und eine hohe Störanfälligkeit der Vorrichtung.
    Aus der EP 774564 A2 ist ebenfalls eine Auffülleinrichtung für Bohrflüssigkeit bekannt, welche die Bohrflüssigkeit in den freigebohrten Ringraum zwischen dem Bohrstrang und den Wänden des Bohrlochs abgibt.
    Die hier beschriebene zylinderförmige Füllvorrichtung wird mit dem Topdrive des Elevators und dem röhrenförmigen Bohrgestänge verschraubt. Die mit einer oder mehrerer seitlich angeordneten Auslassöffnungen 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.
    In der als nächster Stand der Technik anzusehenden US 6460620 B1 wird eine Fülleinrichtung zum Auffüllen eines Tiefbohrstranges oder eines oder mehrerer Bohrzüge mit Bohrflüssigkeit beschrieben. Diese Fülleinrichtung besteht aus einem zylindrischen Grundkörper, der eine Kolbenkammer mit mindestens einer Einfüllöffnung für Bohrflüssigkeit umschließt und ein Endstück, welches Verbindungsmittel aufweist und zur Kopplung an den Topdrive des Tiefbohrstranges dient. Dabei ist ein hohlzylindrischer Füllkolben zur Abgabe von Bohrflüssigkeit in den Bohrstrang in der Kolbenkammer des zylindrischen Grundkörpers axial beweglich gleitend angeordnet. Allerdings ist die hier beschriebene Einfüllöffnung nicht verschließbar und es ist auch keine Vorrichtung vorgesehen, mit welcher der hohlzylindrische Füllkolben zur Abgabe von Bohrflüssigkeit geöffnet und geschlossen werden kann.
    Weitere gattungsgemäße Fülleinrichtungen werden auch in der US 2002/0189814 A1 und der EP 939193 A2 beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Fülleinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Die erfinderische Lösung betrifft eine Fülleinrichtung zum Auffüllen eines Bohrstranges, von Bohrgestängen oder Bohrzügen mit Bohrflüssigkeit.
  • 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.
  • 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 führt
  • Einzelheiten der Erfindung sollen nun Anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 Die erfindungsgemäße Fülleinrichtung in der Öffnungsstellung
    • Fig. 2 Die Fülleinrichtung bei geschlossenem Füllkolben 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • So gelangt die Bohrflüssigkeit durch die Kolbenkammer 5 in die Rohröffnung des Füllkolbens 9 welche diese in den zu befüllenden Bohrzug weiterleitet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nach Beendigung des Füllvorgangs wird die Ringpumpe auf der Bohrplattform abgeschaltet, und es erfolgt die automatische Entleerung der Kolbenkammer 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).
  • 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.
  • Zum wirksamen und störungsfreien. 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.
  • Neben der leichten Bedienbarkeit und der schnellen Montage oder Demontage der Fülleinrichtung ist auch deren dauerhaft zuverlässiger Betrieb von besonderem 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 erfindungsgemäßen 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 die Befüllung neuer Bohrzüge mit Bohrflüssigkeit schon während deren Ankoppelung an den Bohrstrang und während deren Einbauzeitzeit.
    • 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

Claims (11)

  1. Fülleinrichtung zum Auffüllen eines Tiefbohrstranges oder eines oder mehrerer Bohrzüge mit Bohrflüssigkeit, bestehend aus einem zylindrischen Grundkörper (1), der eine Kolbenkammer (5) mit mindestens einer Einfüllöffnung (3) für Bohrflüssigkeit umschließt, einem hohlzylindrischen Füllkolben (9) zur Abgabe von Bohrflüssigkeit in den Bohrstrang bzw. in die Bohrzüge, welcher in der Kolbenkammer (5) des zylindrischen Grundkörpers (1) axial beweglich gleitend angeordnet ist und einem Endstück (2), welches Verbindungsmittel aufweist und zur Kopplung an den Topdrive des Tiefbohrstranges dient,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einfüllöffnung (3) verschließbar ist
    und der hohlzylindrische Füllkolben (9) mit einem in den Hohlraum eingreifenden Kolbenventil (4), welches ebenfalls axial beweglich in der Kolbenkammer (5) angeordnet ist, derart zusammenwirkt, dass Öffnungs- und Schließpositionen zur Abgabe von Bohrflüssigkeit einnehmbar sind.
  2. Fülleinrichtung nach Anspruch 1,
    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.
  3. Fülleinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sowohl der Grundkörper (1), wie auch der 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.
  4. Fülleinrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kolbenventil (4) eine Ventilführungsstange (8) mit einem Ventilteller (6) und in einem definierten Abstand mindestens einem Ventilstopfen (7) aufweist, welcher derart ausgebildet ist, dass er in dem hohlzylindrischen Innenraum des Füllkolbens (9) flüssigkeitsdicht einführbar ist, wodurch dessen Verschluss ermöglicht wird, und eine einlassseitige Ventilrückstellfeder (11) oberhalb des Anschlagmittels bzw. Ventilsitzes (14) derart angeordnet ist, dass durch deren Federkraft der einlassseitige Ventilteller (6) gegen das Anschlagmittel bzw. den Ventilsitz (14) verschließbar ist.
  5. Fülleinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der 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.
  6. Verfahren zum Betrieb einer Fülleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5,
    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.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    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.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    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.
  9. Verfahren nach Anspruch 6 ,
    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.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass,
    mittels einer externen Druckgasquelle, insbesondere eines drucklufterzeugenden Kompressors, 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.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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, vorzugsweise einer Ringpumpe gesteuert wird.
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