NL8001795A

NL8001795A - METHOD FOR FILLING A WELL AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD

Info

Publication number: NL8001795A
Application number: NL8001795A
Authority: NL
Original assignee: Sredneaziat Nii Prirod Gaza
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1980-09-30
Also published as: WO1980002049A1; FR2452582A1

Description

. *5^ .* -1- 21259/CV/tl. * 5 ^. * -1- 21259 / CV / tl

Aanvrager: Sredneaziatsky nauchno-issledovatelsky institut prirodnogo gaza,· U.S.S.R.Applicant: Sredneaziatsky nauchno-issledovatelsky institut prirodnogo gaza, U.S.S.R.

Korte Aanduiding: Werkwijze voor het opvullen van een put en inrichting 5 voor het uitvóeren van de werkwijze.Brief Designation: Method for filling a well and device 5 for carrying out the method.

. De uitvinding heeft betrekking op put- en boorgat boortechnieken en meer in het bijzonder op een werkwijze voor het opvullen van een boorgat of put tijdens het daarin en daaruit bewegen van boorgereedschappen 10 en op een inrichting' Voor het uitvoeren van deze werkwijze.. The invention relates to well and borehole drilling techniques and more particularly to a method of filling a borehole or well during the movement of drilling tools 10 therein and therefrom and to a device for performing this method.

De onderhavige 'uitvinding kan in het bijzonder doelmatig worden toegepast in de die en gasindustrie evenals in de praktijk van geologisch onderzoek en dergelijke.The present invention is particularly useful in the die and gas industry as well as in the practice of geological survey and the like.

Momenteel vinden de meeste gevallen van een inkalven van de wanden 15 van boorgaten en van het spuien van gas plaats terwijl een boorstreng in het boorgat omhoog wordt bewogen. Terwijl de boorstreng omhoog wordt bewogen beweegt het niveau van de boorsuspensie in de put omlaag en de hydrostatische druk,die wordt aangebracht op de door het boorgaat doorkruiste formaties gaat op overeenkomstige wijze omlaag. Indien de druk 20 in een formatie de hydrostatische druk an de boorsuspensie overschrijdt is er iedere reden om een inkalven van de wanden van het boorgat of een spuien van de zich in de desbetreffende formatie bevindende fluida's of beide te verwachten.At present, most cases of notching the walls of boreholes and of spewing gas occur while a drill string is being moved up the borehole. As the drill string is moved up, the level of the drilling mud in the well moves down and the hydrostatic pressure applied to the formations traversed by the drill goes down correspondingly. If the pressure in a formation exceeds the hydrostatic pressure of the drilling mud, there is every reason to expect a calving of the borehole walls or a blowdown of the fluids contained in the respective formation or both.

Verder treed er,indien een boorstreng omhoog wordt bewogen, een zo-25 genaamde " zuigerwerking " op,dat wil zeggen een bepaalde verlaging van de hydrostatische druk onder de zich omhoog bewegende boorstreng,met de mogelijkheid van de bovengenoemde consequenties.Furthermore, when a drill string is moved upward, a so-called "piston action" occurs, ie a certain decrease in the hydrostatic pressure under the upwardly moving drill string, with the possibility of the above consequences.

Voor het voorkomen van een inkalven van de wanden van een boorgat en een spuien van zich in de formaties bevindende fluida en van de boor-30 suspensie tijdens het omhoog bewegen van de boorstreng in een boorgat is . de praktijk van het opvullen van de put met de boorsuspensie aangenomen .To prevent calving of the walls of a borehole and blow-out of fluids contained in the formations and of the drilling slurry while raising the drill string into a borehole. adopted the practice of filling the well with the drilling mud.

Er zijn verschillende werkwijzen bekend voor het opvullen van een boorgat of put tijdens het omhoog bewegen van boor en visgereedschappen 35 in de put,waarbij het niveau van de boorsuspensie wordt gehandhaafd op het niveau van de onderzijde van de suspensie terugvoergreppel. In de 800 1 7 95 -2- 21259/CV/tl meeste gevallen gaat dit echter vergezeld met een hevelwerking,dat wil zeggen van een overstromen van de boorsuspensie uit de boorstreng indien de afzonderlijke pijpen worden losgeschroefd.Several methods are known for filling a borehole or well during the upward movement of drill and fishing tools 35 in the well, maintaining the level of the drilling mud at the level of the bottom of the slurry return trench. However, in most cases, this is accompanied by a siphoning action, i.e., an overflow of the drilling mud from the drill string when the individual pipes are unscrewed.

Er is een werkwijze bekend voor het opvullen van een put met behulp 5 van boorpompen,die in werking te stellen zijn voor het pompen van de boorsuspensie in de put,waarbij een overmaat aan· boorsuspensie uit de put overstroomt via de suspensie terugvoergreppel waarbij het niveau in de put wordt gehandhaafd op het bodemmerk van de greppel ( Engineer's Reference Book on Earth-Drilling" door V.I. Mishtchevich en N.A.A method of filling a well using drill pumps operable to pump the drilling mud into the well is known in which an excess of drilling mud from the well overflows through the slurry return ditch at which the level in the well is maintained on the bottom mark of the trench (Engineer's Reference Book on Earth-Drilling "by VI Mishtchevich and NA

10 Sidorov, in Rusland, Volume 1, "NEDRA" Publishers, Moscow, 1973, biz. 384).10 Sidorov, in Russia, Volume 1, "NEDRA" Publishers, Moscow, 1973, biz. 384).

Deze techniek van opvullen resulteert in een hevelwerking,welke het werkgebied verontreinigt en de productiviteit en de hygiënische omstandigheden nadelig beïnvloedt.Het gebruik van een hoog vermogen be-15 zittende boorpompen met het oog op het opvullen vergroot de hoeveelheid energie,die tijdens de werking wordt verbruikt.This backfill technique results in a siphon action that contaminates the work area and adversely affects productivity and sanitary conditions. The use of high power drill pumps for backfilling increases the amount of energy consumed during operation. used up.

Verder is er een werkwijze voor het opvullen van een put bekend waarbij boorsuspensie wordt toegevoerd vanuit een opvulvat via een pijp- i leiding en wel onder invloed van de zwaartekracht in de put,waarna de 20 pijpleiding wordt afgesloten voor het onderbreken van de toevoer van de boorsuspensie voor welk doel de pijpleiding is uitgerust met met de hand bedienbare afsluitkleporganen ( "Engineer's Reference Book on Earth-Drilling" door V.I. Mishtchevich en N.A. Sidorov in Rusland, volume 1, "NEDRA" Publishers,Moscow,1973 biz.386).Furthermore, there is known a method of filling a well in which drilling mud is supplied from a filling vessel via a pipeline under the influence of gravity in the well, after which the pipeline is closed off to interrupt the supply of the drilling mud for which purpose the pipeline is equipped with manually operated shut-off valves ("Engineer's Reference Book on Earth-Drilling" by VI Mishtchevich and NA Sidorov in Russia, volume 1, "NEDRA" Publishers, Moscow, 1973 biz.386).

25 Deze bekende techniek resulteert eveneens in hevelwerking. Om dit verschijnsel uit te sluiten is er een praktijk bekend om een deel van de put ongevuld te laten,hetgeen echter tot noodsituaties kan leiden. De handbediening van het kleporgaan beïnvloedt de productiviteit van het in en uit de put bewegen van de gereedschappen nadelig.This known technique also results in siphon action. To exclude this phenomenon, a practice is known to leave part of the well unfilled, which can however lead to emergency situations. The manual actuation of the valve member adversely affects the productivity of moving the tools in and out of the well.

30 Er is verder nog een werkwijze bekend voor het opvullen van een put of boorgat met boorsuspensie tijdens het daarin verplaatsen van boor-pijpen als deel van het boorproces,waarbij de boorsuspensie wordt toegevoerd in het boorgat vanuit een opvulvat via een afmeetvat,dat daarmede in verbinding staat. Deze werkwijze omvat verder het aansluiten van 35· het afmeetvat,waarvan het volume gelijk is aan dat van de met een enkele slag omhoog bewogen boorpijpen,dat wil zeggen het volume van de boorpijp- 80 0 1 7 95 -3- 21259/CV/tl *· -i stand,met een drukbron,welke onder druk staande lucht toevoert in het afmeetvat gelijktijdig met de ingrijping van het mechanisme ,dat de boor-pijpstreng omhoog beweegt. De druk van de samengedrukte lucht drijft het boorfluidum uit het afmeetvat in het boorgat. Volgend op de onderbreking 5 van de toevoer van samengedrukte lucht,dat wil zeggen indien het afmeetvat is geledigd,wordt dit in het opvulvat opgenomen vat gevuld met een volgend volume boorsuspensie onder invloed van de zwaartekracht ('Eig.neer's Reference Book on Earth-Drilling " door V.I. Mishtchevich en N.A. Sidorov, in het Russisch, deel 1, "NEDRA" Publishers,Moscow 1973, 10 biz. 386).A further method is known of filling a well or borehole with drilling mud during the displacement of drill pipes therein as part of the drilling process, wherein the drilling mud is fed into the borehole from a filling vessel via a metering vessel connection. This method further comprises connecting the measuring vessel, the volume of which is equal to that of the drill pipes raised by a single stroke, i.e. the volume of the drill pipe. 80 0 1 7 95 -3- 21259 / CV / tl * -i position, with a pressure source, which supplies pressurized air to the metering vessel simultaneously with the engagement of the mechanism that moves the drill string. The pressure of the compressed air forces the drilling fluid from the metering vessel into the borehole. Following the interruption of the supply of compressed air, i.e. if the metering vessel is emptied, this vessel received in the filling vessel is filled with a further volume of drilling mud under the influence of gravity ('Eig.neer's Reference Book on Earth-Drilling "by VI Mishtchevich and NA Sidorov, in Russian, Part 1," NEDRA "Publishers, Moscow 1973, 10 biz. 386).

Bij deze werkwijze voor het opvullen wordt de handeling slechts bewaakt door de hoeveelheid boorsuspensie,die wordt toegevoerd voor het^ opvullen, hetgeen onvoldoende betrouwbaar is en een ondervullen of overvullen van de put niet positief voorkomt.In this backfilling process, the operation is monitored only by the amount of drilling mud supplied for backfilling, which is insufficiently reliable and does not positively prevent underfilling or overfilling of the well.

15 Met de uitvinding wordt beoogd het verkrijgen van een werkwijze voor het opvullen van een boorgat met een boorsuspensie terwijl de boor-pijpen daarin worden verplaatst,bij welke werkwijze de regeling van het toevoeren van de suspensie in het boorgat automatisch zal worden uitgevoerd onder het volgen van het niveau van de boorsuspensie in het boor-20 gat. Verder wordt met de uitvinding beoogd het verkrijgen van een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze waarin de opvul en afmeetva-ten zodanig moeten zijn vervaardigd en onderling verbonden,dat de hoeveelheid van de boorsuspensie ,die wordt toegevoerd in het boorgat automatisch zal worden geregeld afhankelijk van het niveau van de boorsuspensie 25 in het boorgat.The object of the invention is to obtain a method of filling a borehole with a drilling mud while the drill pipes are moved therein, in which method the regulation of the introduction of the suspension into the borehole will be carried out automatically with the following of the level of the drilling mud in the drill hole. Furthermore, the object of the invention is to provide an apparatus for carrying out this method in which the filler and metering vessels must be manufactured and interconnected such that the amount of the drilling mud supplied into the borehole will be automatically controlled depending on of the level of the drilling mud 25 in the borehole.

Het wezen van de huidige uitvindig is gelegen in een werkwijze voor het opvullen van een boorgat of put met boorsuspensie terwijl daarin de boorpijpen worden verplaatst als deel van het proces van het boren van het boorgat inclusief het toevoeren van de boorsuspensie vanaf een opvul-30 vat in het boorgat via een daarmede in verbinding staand afmeetvat,welke werkwijze in overeenstemming met de uitvinding verder omvat het tot stand brengen van een zuiging in het opvulvat in de ruimte boven de zich daarin bevindende boorsuspensie en het in verbindig brengen van deze zuig-ruimte met het afmeetvat ter controle -* van de opvulhandeling door het 35 verminderen van de zuiging in het opvulvat op rekening van delen van atmosferische lucht, welke inkomen van de putkop indien het niveau van de boorsuspensie in de putkop onder het verbindingspunt van het afmeetvat flnni7Q5 -4- 21259/CV/tl met de putkop komt.The essence of the present invention resides in a method of filling a borehole or well with drilling mud while the drill pipes are moved therein as part of the process of drilling the borehole including supplying the drilling mud from a filler barrel in the borehole via a metering vessel communicating therewith, the method according to the invention further comprising establishing a suction in the filling vessel in the space above the drilling mud contained therein and connecting said suction chamber with the metering vessel to control the filling operation by reducing the suction in the filling vessel on account of parts of atmospheric air, which input from the wellhead if the level of the drilling mud in the wellhead below the connection point of the metering vessel flnni7Q5 -4 - 21259 / CV / tl with the wellhead.

Deze werkwijze voorziet in een automatisch opvullen van een boorgat met de boorsuspensie indien het niveau daarin omlaag beweegt. De aanwezigheid van regelkleppen en armaturen in de baan van de boorsuspensie, 5 die wordt gebruikt voor het opvullen,vergroot de betrouwbaarheid van de hier beschreven werkwijze. Het opvullen* volgens de onderhavige werkwijze wordt uitgevoerd in twee fasen: tijdens de eerste fase wordt het afmeet-vat snel geledigd,terwijl gedurende de tweede fase deze verhoudingsgewijs langzaam opnieuw wordt gevuld vanuit het hoofdvulvat terwijl het 10 opvullen doorgaat.This method provides for automatic filling of a borehole with the drilling mud when the level moves down therein. The presence of control valves and fittings in the path of the drilling mud used for backfilling increases the reliability of the method described here. The filling * of the present method is carried out in two phases: during the first phase, the metering vessel is emptied rapidly, while during the second phase it is refilled relatively slowly from the main filling vessel as the filling continues.

Het is doelmatig de boorsuspensie voor de opvuldoeleinden gereed te maken in soortjelijk gewicht onder dat van de boorsuspensie in de boorpij-pen.It is expedient to prepare the drilling mud for backfilling purposes in specific gravities below that of the drilling mud in the drill pipes.

Indien een boorgat is opgevuld met een boorsuspensie van een soort-15 gelijk gewicht onder dat van de boorsuspensie in de boorpijp beweegt het niveau van de. boorsuspensie in de boorpijpen omlaag. Indfen het niveau van de boorsuspensie in de boorpijpen met 30 tot 50 meter van het oppervlak omlaag is bewogen wordt het overstromen van de suspensie uit pijpenIf a borehole is filled with a drilling mud of a similar weight below that of the drilling mud in the drill pipe, the level of the. drill mud in the drill pipes down. If the level of the drilling mud in the drill pipes has been lowered by 30 to 50 meters from the surface, the suspension of the pipes will overflow

JJ

die worden losgeschroefd,dat wil zeggen het zogenaamde verschijnsel van 20 hevelwerking voorkomen.which are unscrewed, ie prevent the so-called siphon effect.

Het is verder doelmatig het soortelijk gewicht van dat deel van de boorsuspensie,dat wordt gevoed vanuit het afmeetvat in het boorgat tijdens de aanvankelijke opvulfase ,te verminderen door het beluchten van deze vloeistof met gas van een volume,dat althans nagenoeg een vijfvou-25 dig volume van de ringvormige of achter de pijpen gelegen ruimte van het boorgat tot een diepte van 3o tot 50 meter is.It is further effective to reduce the specific gravity of that portion of the drilling mud fed from the borehole metering vessel during the initial backfill phase by aerating this liquid with gas of a volume which is at least about five times volume of the annular or borehole space of the borehole to a depth of 3o to 50m.

Met andere woorden is het doelmatig het soortelijk gewicht te verminderen niet van het gehele volume van de boorsuspensie ,maar van slechts een deel daarvan.Verder is het ,bij het zo omlaag brengen van 30 het soortelijk gewicht van de boorsuspensie,van belang te voorzien in een daaropvolgend herstellen van dit soortelijk gewicht. Om die reden is het het doéhatigste het soortelijk gewicht te verminderen door het beluchten van suspensie. Indien men met betrekking hiertoe in ogenschouw neemt, dat het volume van gasbellen wordt verminderd tot een vijfde bij een 2 35 diepte van ongeveer 40 meter,met de druk opgevoerd tot ongeveer 5 kgf/cm (in oyereenstemming met het soortgelijk gewicht van de boorsuspensie) zal het duidelijk zijn,dat het volume van de voor het beluchten van de boor- 800 1 7 95In other words, it is effective to reduce the specific gravity not of the entire volume of the drilling mud, but of only a part thereof. Furthermore, when reducing the specific gravity of the drilling mud in this way, it is important to provide subsequent recovery of this specific gravity. For this reason, it is most cost effective to reduce the specific gravity by aerating suspension. If one considers in this regard that the volume of gas bubbles is reduced to one fifth at a depth of about 40 meters, with the pressure increased to about 5 kgf / cm (in accordance with the equivalent weight of the drilling mud) it will be appreciated that the volume of the air for aerating the drill 800 1 7 95

Jr -5- 21259/CV/tl suspensie toegevoerde gassen overeenkomstig moet worden opgevoerd voor het compenseren van deze samendrukking. Samengenomen geven de bovengenoemde maatregelen een uitkomst gelijkwaardig aan een vermindering van het niveau van de boorsuspensie in de boorpijpen over 30 tot 50 meter 5 en voorkomen positief het optreden van hevelwerking.Jr -5- 21259 / CV / tl slurry supplied gases should be stepped up accordingly to compensate for this compression. Taken together, the above measures give an equivalent result in a reduction in the level of the drilling mud in the drill pipes over 30 to 50 meters 5 and positively prevent the occurrence of siphon action.

Volgens een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding wordt het beluchten van de boorsuspensie bewerkstelligd door electrische flotatie.According to an exemplary embodiment of the invention, aeration of the drilling mud is effected by electrical flotation.

Het bewerkstelligen van het beluchten door electrische flotatie maakt het mogelijk om gemakkelijk de verzadiging van de boorsuspensie met 10 de gassen te regelen door 'de hoeveelheid per tijdseenheid toegevoerd gas en door de afmeting van de gasbellen.The effect of aeration by electric flotation makes it possible to easily control the saturation of the drilling mud with the gases by the amount of gas supplied per unit time and by the size of the gas bubbles.

Voor het uitvoeren van de hier beschreven werkwijze wordt een in- , richting voorgesteld,waarin het opvulvat,dat is aangepast voor het opnemen Van de boorsuspensie, in verbinding staat met de putkop ‘via een 15 fluidumdicht afmeetvat,waarbij in de inrichting volgens de uitvinding het opvulvat althans nagenoeg fluidumdicht is en in verbinding staat met een zuigbron, het afmeetvat nabij de putkop is opgesteld onder het niveau van de onderzijde van de suspensie terugvoergreppel daarvan,het afmeet- . Λ .To perform the method described herein, a device is proposed in which the filler barrel adapted to receive the drilling mud communicates with the wellhead through a fluid tight metering vessel, the apparatus of the invention the fill vessel is at least substantially fluid tight and communicates with a suction source, the metering vessel near the well head is disposed below the level of the bottom of the slurry return trench thereof, the metering vessel. Λ.

vat in verbinding staat met het opvulvat via twee leidingen,waarvan de 20 eerste met een einde in \erbinding staat met het onderste gedeelte van het opvulvat op een punt boven het niveau van ée onderzijde van de suspensie terugvoergreppel van de put,terwijl zijn andere einde in verbinding staat met het onderste gedeelte van het afmeetvat,en de tweede leiding met een einde in verbinding staat met het bovenste gedeelte van het opvul-25 vat bij het gebied voor het tot stand brengen van een zuigruimte daarin, terwijl het andere einde omlaag is gebracht in het afmeetvat.vessel communicates with the filler barrel through two conduits, the first of which is end-connected to the bottom portion of the filler barrel at a point above the level of one bottom of the slurry return trench, while its other end communicates with the lower portion of the metering vessel, and the second conduit with one end communicates with the upper portion of the fill vessel at the area for creating a suction space therein, while the other end is down placed in the measuring vessel.

Terwijl de inrichting verhoudingsgewijs constructief eenvoudig is geeft de inrichting een automatische regeling van de werking voor het opvullen van een boorgat met boorsuspensie. De afwezigheid van regelklep-30 pen en armaturen verhoogd de betrouwbaarheid van de werking van de inrichting.While the device is relatively structurally simple, the device provides automatic control of the operation of filling a borehole with drilling mud. The absence of control valves and fixtures increases the reliability of the operation of the device.

Het is doelmatig ,dat het einde van de tweede leiding,welke omlaag is gebracht in het afmeetvat ,zal zijn voorzien van zich daardoorheen uitstrekkende openingen,die in lengterichting van de leiding op afstand 35 van elkaar zijn gelegen.Advantageously, the end of the second conduit, which is lowered into the metering vessel, will have apertures extending therethrough spaced in the longitudinal direction of the conduit.

Deze openingen in het in het afmeetvat omlaag gebrachte “einde van 80 0 1 7 95 -6- 21259/CV/tl de tweede leiding voorzien in het bewerkstelligen van een automatische regeling van de .toevoer van de boorsuspensie uit het opvulvat in afhankelijkheid-van het ledigen van het afmeetvat. Indien het afmeetvat leeg wordt stroomt lucht in· het opvulvat via het maximale aantal van de 5 dan open openingen. Terwijl het afmeetvat opnieuw w>rdt gevuld met de boorsuspensie wordt een steeds groter aantal van deze openingen afgesloten ,zodat minder lucht in het opvulvat stroomt,waardoor een gelijkmatig voeden van de boorsuspensie in het boorgat wordt gewaarborgd.These openings in the lowered end of the metering vessel of the second line provide for automatic control of the feed of the drilling mud from the filling vessel depending on the emptying the measuring vessel. When the measuring vessel becomes empty, air flows into the filling vessel via the maximum number of the 5 then open openings. As the metering vessel is refilled with the drilling mud, an increasing number of these openings are closed, so that less air flows into the filling vessel, thereby ensuring an even feeding of the drilling mud into the borehole.

Het is doelmatig,dat de hier beschreven inrichting zal zijn voor:· 10 zien van een kamer,die eveneens is opgesteld onder het niveau van de onderzijde van de suspensie tertgroer greppel,terwijl de kamer daarin electrodes opneemt,die te verbinden zijn met een gelijkstroombron en het ondergedeelte van de kamer in verbinding staat met het afmeetvat,terwijl het bovengedeelte daarvan via een verbindingsleiding in verbinding staat 15 met de putkop op een punt,dat is gelegen op het niveau vande onderzijde van de kamer.It is expedient that the apparatus described herein be for: seeing a chamber also disposed below the level of the bottom of the suspension trench groove, while the chamber incorporates electrodes therein which are connectable to a DC source and the bottom portion of the chamber communicates with the metering vessel, while the upper portion thereof communicates with the wellhead at a point located at the level of the bottom of the chamber via a connecting line.

De opname van de bovenomschreven kamer maakt het mogelijk een beluchten van de boorsuspensie met gassen uit te voeren ten einde hetThe inclusion of the above-described chamber makes it possible to aerate the drilling mud with gases in order to

JJ

soortgelijk gewicht daarvan omlaag te brengen en zo een overstromen van 20 de boorsuspensie uit de losgeschroefde boorpijp te voorkomen,dat wil zeggen de zogenaamde sifons te voorkomen. Verder onderbreekt het bovengenoemde patroon van verbinding tussen de kamer en de put,terwijl dit een stroming onder invloed van de zwaartekracht van de boorsuspensie toelaat,automatisch het beluchten van de boorsuspensie op het moment, 25 dat het omlaag voeren van de suspensie ophoudt.to reduce its equivalent weight and thus prevent overflow of the drilling mud from the unscrewed drill pipe, ie to prevent the so-called siphons. Furthermore, the above-mentioned pattern of connection between the chamber and the well, while permitting gravity flow of the drilling mud, automatically interrupts the aeration of the drilling mud at the moment when the suspension is lowered.

Het is doelmatig, dat de electrodes zullen zijn verbonden met een gelijkstroombron,via een polariteit omwisselschakelaar. Deze verbinding voorziet in een periodiek reinigen van de electrodes van zich daarop neergezette deeltjes.Advantageously, the electrodes will be connected to a DC power source via a polarity changeover switch. This connection provides for periodic cleaning of the electrodes of particles deposited thereon.

30 De werkwijze voor het opvullen van een boorgat met boorsuspensie, terwijl de boorpijpen daarin worden verplaatst,als deel van een boorgat boorproces, en de inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze in overeenstemming met de huidige uitvinding voorzien in een betrouwbare automatische gelijkmatige regeling van het niveau van de boorsuspensie 35 in een boorgat terwijl de boorpijpen daarin worden verplaatst. Er is ook een overstromen van de boorsuspensie uit de losgeschroefde boorpij- 800 1 7 95 * C; -7- 21259/CV/tl pen,dat wil zeggen het zogenaamde optreden van sifons,vermeden.The method of filling a borehole with drilling mud while the drill pipes are moved therein, as part of a borehole drilling process, and the apparatus for carrying out this method in accordance with the present invention provides reliable automatic uniform control of the level of the drilling mud 35 in a borehole as the drill pipes are moved therein. There is also an overflow of the drilling mud from the unscrewed drill pipe 800 1 7 95 * C; -7- 21259 / CV / tl pen, ie the so-called appearance of siphons, avoided.

De constructieve eenvoud van de inrichting bevordert de betrouwbaarheid van de werking,voorziet in een gelijkmatig voeden van de boor-suspensie in het boorgat,onderbreekt automatisch het beluchten van de 5 boorsuspensie als het naar beneden voeren daarvan ophoudt en maakt het mogelijk een periodiek reinigen van de electrodes van zich daarop neergezette deeltjes uit te voeren.The structural simplicity of the device promotes reliability of operation, provides an even feeding of the drilling mud into the borehole, automatically interrupts the aeration of the drilling mud when its downward suspension ceases, and allows periodic cleaning of the electrodes of particles deposited thereon.

De uitvinding zal hieronder nader worden beschreven aan de hand van in bijgaande figuren schematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeelden 10 van een inrichting volgens de uitvinding.The invention will be described in more detail below with reference to illustrative embodiments 10 of a device according to the invention, which are schematically shown in the accompanying figures.

Fig. 1 toont schematisch een inrichting voor het opvullen van een boorgat. ,Fig. 1 schematically shows an apparatus for filling a borehole. ,

Fig. 2 toont schematisch een inrichting voor het opvullen van een boorgat voorzien van een kamer voor het beluchten van de boorsuspensie.Fig. 2 schematically shows a borehole filling apparatus provided with a chamber for aerating the drilling mud.

15 Zoals is aangeduid in de tekeningen wordt voor het opvullen van een boorgat of put 1 (fig.l) met boorsuspensie tijdens het in het boorgat verplaatsen van boorpijpen 2 als deel van het proces voor het boren van een boorgat,de boorsuspensie toegevoerd vanaf een opvulvat 3 in hetAs indicated in the drawings, to fill a borehole or well 1 (Fig. 1) with drilling mud while moving drill pipes 2 into the borehole, as part of the borehole drilling process, the drilling mud is supplied from a fill barrel 3 in it

JJ

boorgat 1 via een afmeetvat 4 ,dat daarmede in verbinding staat. Een 20 zuiging wordt opgewekt in het opvulvat 3 in de ruimte boven de boorsuspensie, waarbij deze zuigruimte in verbinding staat met het afmeetvat 4. De opvulhandeling wordt geregeld door het verminderen van de zuiging in het ojwulvat 3 met delen van atmosferische lucht inkomendvan de kop van de put 1 indien het niveau van de boorsuspensie daarin wordt omlaag 25 gebracht onder het verbindigspunt van het afmeetvat 4 met de kop van de put 1.borehole 1 through a metering vessel 4 which communicates therewith. A suction is generated in the filling vessel 3 in the space above the drilling mud, this suction space being in communication with the measuring vessel 4. The filling operation is controlled by reducing the suction in the filling vessel 3 with parts of atmospheric air entering from the head of the well 1 if the level of the drilling mud therein is lowered below the point of connection of the metering vessel 4 with the head of the well 1.

In overeenstemming met een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de boorsuspensie voor de opvuldoeleinden vervaardigd met een soortgelijk gewicht onder het soortgelijk gewicht van de boorsuspensie 30 dat de boorpijpen 2 vult.In accordance with a preferred embodiment of the invention, the drilling mud for the filling purposes is manufactured with a specific weight below the specific weight of the drilling mud 30 filling the drill pipes 2.

De vermindering van het soortgelijk gewicht wordt litgeVoerd met een deel van de boorsuspensie,welke van het afmeetvat 4 stroomt in het boorgat 1 tijdens de eerste fase van de opvulhandeling door dit deel van de boorsuspensie te beluchten met gassen in een volume ,dat vijf maal het volu-35 me van de ringvormige ruimte in het boorgat tot een diepte van 30 tot 50 meter bezit.The reduction of the specific gravity is carried out with a portion of the drilling mud flowing from the metering vessel 4 into the borehole 1 during the first stage of the backfill operation by aerating this portion of the drilling mud with gases in a volume five times the volume of the annular space in the borehole to a depth of 30 to 50 meters.

800 1 7 95 -8- 21259/CV/tl800 1 7 95 -8- 21259 / CV / tl

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt dit beluchten bewerkstelligd door electrische flotatie.According to a preferred embodiment of the invention, this aeration is effected by electrical flotation.

De voordelen van de hier beschreven werkwijze zullen duidelijker worden uit de hieronder volgende beschrijving van een uitvoeringsvoor-5 beeld van de inrichting met behulp waarvan deze werkwijze kan worden uitgevoerd.The advantages of the method described here will become more apparent from the following description of an exemplary embodiment of the device by means of which this method can be carried out.

De inrichting voor het opvullen van het boorgat of de put 1 omvat een opvulvat 3 en een afmeetvat 4. Het opvulvat 3 is fluidumdicht en staat via een klep 5 in verbinding met een zuigbron 6,welke in het weer-10 gegeven uitvoeringsvoorbeeld wordt gevormd door een vacuumpomp.Het opvulvat 3 is zodanig opgesteld,dat de onderzijde daarvan zich op hetzelfde niveau bevindt als de onderzijde van de suspensie terugvoergreppel 7 van ' de put 1.The device for filling up the borehole or well 1 comprises a filling vessel 3 and a measuring vessel 4. The filling vessel 3 is fluid-tight and communicates via a valve 5 with a suction source 6, which in the embodiment shown is formed by a vacuum pump. The filling vessel 3 is arranged such that the bottom side thereof is at the same level as the bottom side of the suspension return trench 7 of the well 1.

Het afmeetvat 4 is opgesteld nabij de kop van de put 1 en een wei-15 nig onder het niveau van de bodem van de suspensie terugvoergreppel 7 en staat in verbinding met het opvulvat 3 via twee leidingen 8 en 9. De ... - —eerste leiding 8 staat met een einde in verbinding met het onderste gedeelte van het opvulvat 3 en wel op een punt boven het niveau van de bodem van de supensie terugvoergreppel 7 van de put 1 ,terwijl het andere einde 20 van de leiding 8 in verbinding staat met het onderste gedeelte van het afmeetvat 4. Een einde van de tweede leiding 9 staat in verbinding met het bovenste gedeelte van het opvulvat 3 bij het gebied,waar de zuigruimte daarin is gevormd,terwijl het andere einde van de leiding 9 omlaag is gebracht in het afmeetvat 4. Dit andere einde is voorzien van een aantal in 25 de lengterichting van de leiding op afstand van elkaar gelegen en zich door de wand van de leiding uitstrekkende openingen 10,die zijn aangebracht voor het waarborgen van een gelijkmatige regeling van het toevoeren van de supensie vanuit het opvulvat 3 in het afmeetvat 4 ,indien dit afmeetvat 4 wordt geledigd.The metering vessel 4 is positioned near the head of the well 1 and a little below the level of the bottom of the slurry return trench 7 and communicates with the filling vessel 3 via two lines 8 and 9. The ... - - first conduit 8 communicates with one end to the lower portion of fill vessel 3 at a point above the level of the bottom of the superior return trench 7 of well 1, while the other end 20 of conduit 8 communicates with the lower portion of the metering vessel 4. One end of the second conduit 9 communicates with the upper portion of the filling vessel 3 at the area where the suction space is formed therein, while the other end of the conduit 9 is lowered into the metering vessel 4. This other end is provided with a number of openings 10 spaced in the longitudinal direction of the conduit and extending through the wall of the conduit, which are arranged to ensure an even regulation. ng of feeding the slurry from the filling vessel 3 into the measuring vessel 4 when this measuring vessel 4 is emptied.

30 Voor het verminderen van het soortplijk gewicht van de boorsuspen- sie door het beluchten daarvan is de inrichting voorzien van een kamer 11 (fig,2),die is opgesteld in de verbinding tussen het afmeetvat 4 en het boorgat 1 onder het niveau van de onderzijde van de suspensie terugvoergreppel 7. Deze kamer 11 staat in verbinding met het afmeetvat 4 via 35 een verbindingspijp 12,die in verbinding staat met zowel het onderste gedeelte van het afmeetvat 4 als van de kamer 11. Op het bovenste gedeelte 800 1 7 95 -9- 21259/CV/tl van de kamer 11 is een einde van een verdere verbindingspijp 13 aangesloten jterwijl het· andere einde van de pijp 13 is aangesloten op het putkop-gedeelte van het boorgat 1 op een punt hetzij op of onder het niveau van de bodem van de kamer 11.In order to reduce the specific gravity of the drilling mud by aerating it, the device is provided with a chamber 11 (fig. 2), which is arranged in the connection between the metering vessel 4 and the borehole 1 below the level of the bottom of the suspension return trench 7. This chamber 11 communicates with the metering vessel 4 via a connecting pipe 12, which communicates with both the lower part of the metering vessel 4 and the chamber 11. On the upper part 800 1 7 95 21259 / CV / tl of the chamber 11, one end of a further connecting pipe 13 is connected while the other end of the pipe 13 is connected to the wellhead portion of the borehole 1 at a point either at or below the level from the bottom of the chamber 11.

5 In de kamer 11 zijn electrodes 14 en 15 opgenomen.De electrodes 14 en 15 zijn met een gelijkstroom spanningsbron· 16 verbonden via een polariteit omzetschakelaar 17,die is aangebracht om een periodiek reinigen van de electroden van zich daarop neergezette deeltjes mogelijk te maken.Electrodes 14 and 15 are accommodated in chamber 11. Electrodes 14 and 15 are connected to a direct current voltage source · 16 via a polarity converting switch 17, which is arranged to allow periodic cleaning of the electrodes of particles deposited thereon.

Het afmeetvat 4 van het hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeeld 10 staat via een leiding 18 in verbinding met de putkop van het boorgat 1 op een punt onder de bodem van de suspensie terugvoergreppel 7,maar boven het verbindingspunt van de verbindingspijp 13. ·The metering vessel 4 of the above-described exemplary embodiment 10 communicates via a pipe 18 with the wellhead of the borehole 1 at a point below the bottom of the suspension return trench 7, but above the connection point of the connecting pipe 13. ·

Het soortelijk gewicht van de in een put toegevoerde vloeistof kan echter worden omlaag gebracht door andere op zich bekende technieken en 15 apparatuur,die voor het beoogde doel geschikt zijn.However, the specific gravity of the liquid fed into a well can be reduced by other techniques and equipment known per se, which are suitable for the intended purpose.

De inrichting voor het opvullen van een put met boorsuspensie werkt als volgt.The well filling device with drilling mud operates as follows.

Voorafgaand aan het omhoog bewegen van de boorpijpen 2 wordt het * boorgat of de put 1 doorgespoeld. Bij het einde van de doorspoelfase, 20 indien de van het boorgat 1 terugkomende vloeistof geen slik of bagger bevat wordt de vacuuminrichting 6 bekrachtigd en de klep 5 geopend voor het opbouwen van een zuiging in het opvulvat 3. Onder de in het opvul-vat 3 opgewekte zuiging stroomt de boorsuspensie daarin vanuit het boorgat 1 langs de volgende route: boorgat 1, leiding 13, beluchtingskamer 25 11 ,verbindingspijp 12,afmeetvat 4, leiding 8, opvulvat 3. Het opvul vat 3 wordt gevuld met de boorsuspensie tot een niveau, dat voldoende is voor het compenseren van het volume van de in de put lomhoog bewogen boorpijpen 2. Indien het opvulvat 3 is gevuld met een voldoend grote hoeveelheid boorsuspensie wordt de klep 5 gesloten waardoor het gereed-30 maken van de inrichting voor het automatisch opvullen van het boorgat 1 met boorsuspensie is beëindigd. Öp dit tijdstip zijn het afmeetvat 4 en de beluchtingskamer 11 beide met de boorsuspensie gevuld.Prior to raising the drill pipes 2, the borehole or well 1 is flushed. At the end of the flushing phase, if the liquid returning from the borehole 1 does not contain any sludge or dredge, the vacuum device 6 is energized and the valve 5 is opened to build up a suction in the filling vessel 3. Under the filling vessel 3 generated suction, the drilling mud therein flows from the borehole 1 along the following route: borehole 1, conduit 13, aeration chamber 11, connecting pipe 12, metering vessel 4, conduit 8, filling vessel 3. The filling vessel 3 is filled with the drilling mud to a level, which is sufficient to compensate for the volume of the drill pipes moved at a high rate in the well 2. If the filling vessel 3 is filled with a sufficiently large amount of drilling mud, the valve 5 is closed, so that the device for automatically filling up the borehole 1 is terminated with drilling mud. At this time, the metering vessel 4 and the aeration chamber 11 are both filled with the drilling mud.

Indien de streng boorpijpen 2 in het boorgat 1 omhoog wordt bewogen beweegt het niveau van de boorsuspensie daarin omlaag waardoor toe-35 gang wordt geschapen voor atmosferische lucht in het afmeetvat via de leiding 18.Zodoende stroomt atmosferische lucht in het bovenste gedeelte 800 1 7 95 -10- 21259/cy/tl van het afmeetvat 4 totdat de inlaat van de leiding 18 weer opnieuw wordt gesloten ten gevolge van een stijging van boorsupsensie. Een deel van de in het afmeetvat instromende atmosferische lucht duwt de boor-suspensie daaruit voor het vullen van het boorgat 1,terwijl de rest van 5 de atmosferische lucht via de opeiiingen 10 en de leiding 9 in het op-vulvat 3 stroomt ter vermindering van de zuiging- daarin. De verminderde zuiging of Onderdruk in het opvulvat 3 resulteert daarin ,dat een deel van de boorsuspensie vanuit het opvulvat 3 via de leiding 8 in het afmeetvat 4 stroomt onder het afsluiten van de openingen 10. Indien het 10 instromen van de lucht via de leiding 18 wordt stopgezet stroomt alle lucht,welke in het afmeetvat 4 is gestroomd, eventueel in het opvulvat 3,zodat een evenwicht van de zuigkrachten en krachten van de hydrostatic sche hoogte van de boorsuspensie wordt verkregen.When the string of drill pipes 2 in the borehole 1 is moved upward, the level of the drilling mud therein moves downward, creating access for atmospheric air into the metering vessel via line 18. Thus, atmospheric air flows into the upper portion 800 1 7 95 -10-21259 / cy / tl of the metering vessel 4 until the inlet of the conduit 18 is closed again due to an increase in drilling mud. Part of the atmospheric air flowing into the metering vessel pushes the drilling slurry therefrom to fill the borehole 1, while the remainder of 5 the atmospheric air flows through the opiations 10 and the conduit 9 into the filling vessel 3 to reduce the suction therein. The reduced suction or negative pressure in the filling vessel 3 results in that a part of the drilling mud flows from the filling vessel 3 via the pipe 8 into the measuring vessel 4, closing the openings 10. When the air flows in via the pipe 18 all air which has flowed into the measuring vessel 4 flows, possibly into the filling vessel 3, so that an equilibrium of the suction forces and the hydrostatic height of the drilling mud is obtained.

Het uitvoeren van het einde van de leiding 9 met de doorgaande ope-15 ningen 10 waarborgt ,dat het afmeetvat 4 snel wordt geleegd en dan gelei-delijl vanuit het opvulvat 3 weer wordt gevuld. De snelle doortocht van een groot luchtvolume in het opvulvat 3 wordt zodoende uitgesloten en zodoende wordt een overvullen van de put 1 eveneens uitgesloten. Het boor-fluidum ,dat vanuit het afmeetvat 4 in het boorgat 1 wordt gevoerd met 20 het oog op het opvullen stroomt via de verbindingspijpen 12 en 13 en door de beluchtingskamer 11,terwijl een gelijkstroom vanaf de gelijkstroom spanningsbron £ via de schakelaar 17 wordt toegevoerd aan de electrodes 14 en 15. De stroom doet de waterbasis van de boorsuspensie uiteenvallen, zodat gasbellen worden gevormd op de electrodes 14 en 15. De afmeting 25 van de gasbellen en de hoeveelheid daarvan hangt af van het vermogen van de electrodes 14, 15, de mate van mineralisering van de boorsuspensie en van de spanning van de electrische stroom. De gasbellen beluchten de boorsuspensie en verminderen dienovereenkomstig het soortelijk gewicht daarvan.Execution of the end of the conduit 9 with the through-openings 10 ensures that the metering vessel 4 is emptied quickly and is then refilled gradually from the filling vessel 3. The rapid passage of a large volume of air in the filling vessel 3 is thus excluded and thus an overfilling of the well 1 is also excluded. The drilling fluid, which is fed from the metering vessel 4 into the borehole 1 for filling up, flows through the connecting pipes 12 and 13 and through the aeration chamber 11, while supplying a direct current from the direct current voltage source £ via the switch 17 to the electrodes 14 and 15. The current disintegrates the water base of the drilling mud so that gas bubbles are formed on the electrodes 14 and 15. The size of the gas bubbles and the amount thereof depends on the power of the electrodes 14, 15, the degree of mineralization of the drilling mud and of the voltage of the electric current. The gas bubbles aerate the drilling mud and accordingly reduce its specific gravity.

30 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt op deze wijze slechts van een deel van de boorsuspensie ,die wordt gebruikt voor het opvullen,het soortelijk gewicht vermindert en welgedurende de eerste fase van de opvulhandeling. Het volume van het gas voor de beluchting wordt ingesteld om overeen te komen met het volume van de ringvor-35 mige ruimte in het boorgat tot een diepte van 30 - 50 meter.According to a preferred embodiment of the invention, only a part of the drilling mud used for backfilling is reduced in this way and during the first stage of the backfilling operation. The volume of the gas for the aeration is adjusted to correspond to the volume of the annular space in the borehole to a depth of 30 - 50 meters.

80 0 1 7 95 -11- 21259/CV/tl80 0 1 7 95 -11- 21259 / CV / tl

Indien de boorsuspensie stopt met stromen door de beluchtingskamer 11 stuwen de daarin ontwikkelde gassen de Suspensie uit deze kamer 11, zodat de electroden 14 en 15 worden omgeven door een gasvormig medium waarbij de opwekking van gassen eveneens ophoudt. Voor het reinigen van 5 de electroden 14 en 15 van zich daarop neergezette deeltjes wordt de de polariteit omzettende schakelaar 17 automatisch in werking gesteld voor het omkeren van de polariteit van de electrische stroom bij de electroden 14 en 15 met een gegeven periodiciteit , dat wil zeggen bijvoorbeeld iedere 30 minuten.When the drilling mud stops flowing through the aeration chamber 11, the gases developed therein push the Slurry out of this chamber 11, so that the electrodes 14 and 15 are surrounded by a gaseous medium, whereby the generation of gases also ceases. To clean the electrodes 14 and 15 of particles deposited thereon, the polarity converting switch 17 is automatically actuated to reverse the polarity of the electric current at the electrodes 14 and 15 at a given periodicity, i.e. for example every 30 minutes.

10 Indien de boorpijpen 2 in het boorgat 1 worden gebracht wordt de vacuumpomp 6 bekrachtigd en de klep 5 geopend. De uit het boorgat 1 gedrongen beluchte boorsuspensie wordt aangezogen in het opvulvat 3 langs, de volgende baan: boorgat 1, verbindingspijp 13, beluchtingskamer 11, verbindingspijp 12, afmeetvat 4, leiding 8,opvulvat 3. Terwijl een 15 onderdruk in het opvulvat 3 wordt gehandhaafd vindt een ontgassen van de beluchte boorsuspensie plaats,dat wil zeggen dat de aanvankelijke eigenschappen daarvan weer worden hersteld. Volgend op het laatste ontgassen wordt de inrichting weer opnieuw gereed gemaakt voor het opvullen van het boorgat 1 met boorsuspensie indien de boorpijpen 2 daarin omhoog 20 worden bewogen.When the drill pipes 2 are introduced into the borehole 1, the vacuum pump 6 is energized and the valve 5 is opened. The aerated drilling mud forced out of the borehole 1 is sucked into the filling vessel 3 along the following path: borehole 1, connecting pipe 13, aeration chamber 11, connecting pipe 12, measuring vessel 4, pipe 8, filling vessel 3. While an underpressure is supplied in the filling vessel 3 a degassing of the aerated drilling mud takes place, i.e. the initial properties thereof are restored. Following the last degassing, the device is again prepared for filling the borehole 1 with drilling mud when the drill pipes 2 are moved upwards therein.

Met een stuurmodel van de inrichting uitgevoerde onderzoekingen hebben de doelmatigheid daarvan aangetoond. Het gebruikmaken van de hier beschreven inrichting geeft betrouwbaarheid,voorkomt noodgevallen bij het boren van boorgaten veroorzaakt door een onvoldoend opvullen van een 25 boorgat met boorsuspensie indien de boorpijpen daarin omhoog worden bewogen en brengt de kosten naar beneden,die samenhangen met verliezen van boorsuspensie,dat wordt gebruikt voor opvuldoeneinden indien aanvullende boorsuspensie moet worden gereed gemaakt.Investigations carried out with a control model of the device have demonstrated their effectiveness. Using the apparatus described herein provides reliability, avoids emergencies in drilling wells caused by insufficient filling of a borehole with drilling mud when the drill pipes are moved up therein, and reduces the costs associated with drilling mud loss. used for filler ends if additional drilling mud is to be prepared.

30 800 1 7 9530 800 1 7 95

Claims

1. A method of filling a borehole or well with drilling mud while the drill pipes are moved therein as part of an operation for drilling a borehole, the drilling mud being fed from a filler barrel into the borehole through a metering vessel. communicated, characterized by generating a suction or under pressure in the filler barrel in the space above the drilling mud contained therein and communicating the suction space with the measuring vessel to control the filler operation by reducing the suction in the filler barrel with atmospheric air entering the wellhead as the level of the drilling mud therein moves down below the junction of the metering vessel with the wellhead.

A method according to claim 1, characterized by preparing the drilling mud for the filling purposes with a specific gravity below that of the drilling mud in the drill pipes.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the specific weight of a portion of the drilling slurry is reduced, from the metering vessel being fed into the borehole at the initial stage of the backfill operation, by aerating it with gases in a volume J corresponding to the volume of the drill pipes over a length of 20 to 50 meters.

Method according to claim 3, characterized in that aeration of the drilling mud is effected by electrical flotation.

A device for carrying out the method according to any one of the preceding claims, wherein a filler vessel adapted to contain drilling mud communicates with the wellhead via a fluid seal. metering, characterized in that the filling vessel is fluid tight and communicates with a zug source, the metering vessel being disposed near the well head below the level of the bottom of the slurry return handle thereof and the metering vessel communicating with the filling vessel via 30 two pipes, the first pipe of which communicates with one end to the lower part of the filler vessel at a point above the level of the bottom of the slurry return trench of the borehole, while the other end thereof communicates with the lower part of the the metering vessel, and the second lead with one end connects to the upper portion of the fill vessel in the area where a suction is generated therein, while the other end of the 800 1 7 95 -13- 21259 / CV / the second line has been fed down into the measuring vessel.

6. Device as claimed in claim 5, characterized in that the end of the second conduit fed downwards in the measuring vessel has spaced openings in the wall 5 thereof in the longitudinal direction of the conduit.

A device according to claim 5 or 6, characterized in that the device comprises a chamber positioned below the level of the bottom of the slurry return borehole while communicating in the chamber with a DC source electrodes are arranged and a lower portion of the chamber communicates with the metering vessel while the upper portion of the chamber communicates via a connecting pipe with the wellhead at a point located at or below the level of the bottom of the chamber .

8. Device as claimed in claim 7, characterized in that the electrodes 15 can be connected to a direct current source via a switch by means of which the polarity can be changed. J 800 1 7 95