DE2652901A1

DE2652901A1 - Vorrichtung und verfahren zur sicherung eines bohrloches

Info

Publication number: DE2652901A1
Application number: DE19762652901
Authority: DE
Inventors: Phillip S Sizer
Original assignee: Otis Engineering Corp
Current assignee: Otis Engineering Corp
Priority date: 1975-11-24
Filing date: 1976-11-20
Publication date: 1977-06-02
Also published as: CA1056363A; EG13701A; US4076083A; NO763463L; AU507376B2; NO148564B; DK454476A; NL7613106A; NO148564C; GB1505443A; US4108257A; AU1908276A

Description

P.O.Box 34380 ^US ⁶^ ^82H -

Dallas, Texas 7523¹I / V.St.A.

Hamburg, den 19· November 1976

Vorrichtung und Verfahren zur Sicherung eines Bohrloches

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sicherung eines Bohrloches während des Bohrens.

Häufig werden Bohrlöcher in eine Gesteinsformation getrieben, die einen ungewöhnlich hohen Gasdruck hat. Dabei wird entweder eine Gasformation oder eine Gas-Flüssigkeitsformation angetroffen, die ein Ausblasen aus dem Bohrloch und damit eine Beschädigung des Bohrlochs und des Bohrgestänges sowie einen Verlust von Bohrflüssigkeit verursachen kann, sofern die Bedienungsmannschaft nicht schnell genug reagiert. · .,

Es sind bereits Bohrvorrichtungen mit einer Vielzahl von Ausbruchsventilen in einer Ventilkette bekannt. Die an der Erdoberfläche liegenden Ausbruchsventile sichern ein

DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE *

OTIS ENGINEERING CORPORATION (Prio: 24. November 1975 I

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Bohrloch jedoch nicht am Ursprung der auftretenden Schwierigkeiten, nämlich am Bohrlochgrund in der Hochdruckformation. Durch Erdoberflächen-Ausbruchventile kann lediglich der Hochdruck im Bohrloch eingeschlossen werden. Strömt jedoch eine Gasblase durch den zwischen dem Bohrgestänge und dem Bohrloch gebildeten Ringraum nach oben, dann wird der Gefälledruck der Bohrflüssigkeit unwirksam und die Erdoberflächeneinrichtungen können dem hohen Gasdruck nicht standhalten. Ferner kann die Gasblase die Stempel der Ausbruchsventile so stark beschädigen, daß diese funktionsuntüchtig werden.

Aus den US-PS 3 283 823 und 3 322 215 sind ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sicherung und Regelung des Pormationsdruckes am Bohrlochgrund bekannt. Dabei dient eine im Bohrgestänge unmittelbar über dem Bohrmeißel sitzende Dichtung mit offener Bohrung zum Verschließen des Bohrlochringraumes. Zum Verschließen der Bohrgestängebohrung an der Dichtung ist eine weitere Verschlußeinrichtung vorgesehen. Die über der Dichtung liegende Bohrgestängebohrung steht ferner mit dem über der Dichtung liegenden Bohrlochringraum in Verbindung. Da der von der strömenden Bohrflüssigkeit erzeugte Gefälledruck nur oberhalb der Dichtung vorhanden ist, muß diese unmittelbar über dem Bohrmeißel sitzen. Die Anordnung der Dichtung unmittelbar über dem Bohrmeißel verlangt jedoch eine Dichtung der offenen Bohrlochbohrung, die in weichem Sedimentgestein schwer oder gar nicht zu erreichen ist.

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Aus der US-PS 3 42.7 "651 ist ebenfalls eine unmittelbar über dem Bohrmeißel sitzende Dichtung zum Verschließen des Bohrlochringraumes bekannt. Dabei ermöglicht eine Verbindungseinrichtung das Zirkulieren von Bohrflüssigkeit aus der Bohrgestängebohrung in den über der Dichtung liegenden Bohrlochringraum, obgleich die Bohrung dabei offen bleibt. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt darin, daß die Dichtung eine offene Bohrung besitzt.

Aus der US-PS 3 503 445 ist eine Dichtung mit offener Bohrung für den Bohrlochringraum bekannt, bei welcher ein durch das Bohrgestänge nach unten beförderter Steuerkolben ein Buchsenventil verschiebt, so daß die Dichtung aufgeblasen und eine Verbindung zwischen der Bohrgestängebohrung und dem Bohrlochringraum hergestellt wird. Der Steuerkolben verschließt außerdem die Bohrung. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt in der Verwendung einer Dichtung mit offener Bohrung, die den Bohrlochringraum in weichem Gestein nicht zu dichten vermag und die eine ununterbrochen Zirkulation von Bohrflüssigkeit unter der Dichtung nicht zuläßt.

Aus der US-PS 3 710 862 ist eine Dichtung mit Umschaltventil für ein Bohrloch bekannt, bei der die Bohrflüssigkeit bis über die Dichtung im Bohrgestänge hinunter, durch eine Arbeit sdichtung und in den unter der Dichtung liegenden Bohrlochringraum zirkuliert. Das Zirkulieren der Bohrflüssigkeit erfolgt dabei nach dem Bohren des Bohrlochs und dem Ent-

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fernen des Bohrgestänges. Die Bohrflüssigkeit kann dann von unterhalb der Dichtung nach oben durch den Ringraum der Arbeitsdichtung und in den Bohrlochringraum oberhalb der Dichtung strömen. Diese Vorveröffentlichung betrifft jedoch nicht die Steuerung und Sicherung von beim Bohren auftretenden hohen Formationsdrücken, sondern vielmehr von Bohrlöchern mit niederen Formationsdrücken.

Es ist aus der US-PS 3 527 296 bekannt, das Bohrgestänge in einem ausgekleideten Bereich eines Bohrlochs abzudichten. Dabei ist jedoch keine Zirkulation der Bohrflüssigkeit für die Behandlung des Bohrloches vorgesehen.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Sicherung des ganzen schlammigen Bohrlochs zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine.Vorrichtung gemäß kennzeichnendem Teil des Hauptanspruchs.

Dadurch wird erreicht, daß der an der Erdoberfläche liegende Bohrlochringraum von dem während des Bohrens durchstoßenen Gestein getrennt und eine Zirkulation der Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge und das ganze Bohrloch aufrecht erhalten wird.

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Vorzugsweise sind auf dem Bohrgestänge in Abständen wahlweise betätigbare Dichtungs-Bohrflüssigkeitssteuereinrichtungen angeordnet, die eine gute Dichtung und eine Zirkulationsströmung gewährleisten, wobei Formationsdruckflüssigkeit zur leichteren Steuerung durch das Bohrgestänge an die Erdoberfläche strömt.

In einer Weiterbildung der Erfindung dient eine Flüssigkeitssteuerung mit einem Dichtungsumlaufkanal zusammen mit der Dichtung zum Einschließen von Hochdruckgas an einer Stelle des Bohrgestänges, von der der Druck leichter regelbar ist.

Vorzugsweise ist ein Umschalt- oder Nebenweg- und Rückschlagventil vorgesehen, das ein ununterbrochenes Zirkulieren von Bohrflüssigkeit unter der Dichtung gestattet, um den hohen Formationsdruck durch den Gefälledruck der zirkulierenden Bohrflüssigkeit zu kompensieren und den über der Dichtung liegenden Ringraum vor Formationsgas zu schützen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der im Bohrlochringraum auftretende hohe Formationsdruck in Notfällen an das Innere des Bohrgestänges übertragen.

Insbesondere wird eine kontinuierliche Flüssigkeitszirkulation unter der Dichtungsstelle und eine demgegenüber umgekehrt gerichtete Zirkulation über der Dichtungsstelle eingerichtet'.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Figur 1 eine Schemaansicht eines Bohrloches während des Bohrens;

Figur 2 eine Ansicht eines in das Bohrloch einzusetzenden Gerätes;

Figur 3 einen schematischen Schnitt durch das mit einer Spindel im Bohrloch in Eingriff stehende Gerät;

Figur k einen schematischen Schnitt durch das Gerät mit aktivierter, auf der Spindel sitzender Dichtung;

Figur 5A Schnitte durch eine Spindel mit Dichtungen und ^un Ventilbereichen für einen Teil der Abblassperrvorrichtung;

Figur 6 einen Teilschnitt durch das mit der Spindel aus Figur 5 in Eingriff stehende Gerät;

Figur 7 einen Teilschnitt durch das Gerät aus Figur 6 während der Dichtungsaktivierung der Ventilsteuerung;

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Figur 8 einen Teilschnitt durch das Gerät aus Figur 6 während des Einsetzens in das Bohrgestänge;

Figur 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 aus Figur 8;

Figur 10 eine schematische Darstellung einer Steuerung für das Einbringen des Geräts in die Einsetzeinrichtung gemäß Figur 8; und

Figur 11 eine schematische Darstellung einer anderen Spindelausführung mit Dichtung und Umlaufverbindung.

Figur 1 zeigt ein Bohrloch 20 mit Bohrgestänge, welches entweder von der Erdoberfläche 22 oder vom Meeresgrund aus gebohrt ist.

Mit zunehmender Bohrlochtiefe werden immer mehr Auskleidungsstücke 24 gesetzt.

In der Auskleidung 24 sitzt ein übliches Bohrgestänge 26 mit einem am unteren Ende angeordneten Bohrkopf 28.

Bohrflüssigkeit strömt in Richtung der Pfeile durch das Bohrgestänge 26 nach unten, durch den Bohrkopf 28 und schließlich durch den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge 26 und der Bohrlochwand 20 nach oben. Dies ist die übliche Strömungsrichtung für die Bohrflüssigkeit. Die umströmende Bohrflüssigkeit kann

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die üblicherweise beim Bohren auftretenden Gesteinsdrücke aufnehmen, da der Gefälledruck des zirkulierenden Bohrschlammes im allgemeinen größer als der Bohrlochbodendruck ist.

Figur 1 zeigt eine Anzahl von schematisch dargestellten Einrichtungen 30 für die Steuerung der Dichtung und der Bohrflüssigkeit. Diese Einrichtungen 30 dichten im aktivierten Zustand den zwischen dem Bohrgestänge 26 und dem Bohrschacht 20 oder der Auskleidung 2k gebildeten Ringraum Außerdem dienen sie zur Flüssigkeitssteuerung eines die Einrichtung 30 umströmenden Flüssigkeitsstroms.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beim Auftreten einer ungewöhnlichen Situation, beispielsweise beim Auftreten eines hohen Formationsgasdrucks eine bestimmte Einrichtung 30 aktiviert. Durch das Abdichten des Ringraums zwischen dem Bohrschacht und dem Bohrgestänge sowie durch das Steuern der Zirkulationsströmung wird der Ringraum oberhalb der bestimmten Einrichtung 30 geschützt. Dadurch kann eine Gasblase nicht in den Ringraum über der bestimmten Einrichtung aufsteigen und einen höheren Druck auf den Auskleidungsabschluß und die nicht dargestellten Oberflächenausbruchsventile ausüben.

Die Einrichtungen 30 sind in der Weise im Bohrgestänge untergebracht, daß zu den Einrichtungen 30 gehörende Dich-

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tungen den Ringraum um das Bohrgestänge 26 wirksam abdichten. Da die Dichtung in einem lockeren oder weichen Gestein nicht hält, sitzt die Einrichtung 30 vorzugsweise in der Auskleidung 2*1. über die Länge des Bohrgestänges 26 können mehrere Einrichtungen 30 verteilt sein, so daß jeweils eine Einrichtung 30 in der Auskleidung 2k aktivierbar ist.

Durch das Aktivieren der zur Einrichtung 30 gehörenden Dichtung wird eine die Dichtung umströmende gesteuerte Ringströmung erzeugt. Die normale, im Bohrgestänge 26 nach unten strömende Ringströmung wird umgekehrt und Bohrschlamm zur aktivierten Einrichtung 30 im Ringraum hinuntergepumpt. Der Bohrschlamm strömt unter Umströmung der Dichtung durch die Einrichtung 30, anschließend nach unten um den Bohrkopf 28 und wieder nach oben zur Einrichtung 30. Von der Einrichtung 30 strömt der Bohrschlamm durch das Bohrgestänge 26 zur Oberfläche zurück. Vorzugsweise verhindert die Einrichtung 30 außerdem eine im Ringraum nach oben gerichtete Rückströmung, um sicherzustellen, daß Hochdruckgas nach dem Aktivieren der Einrichtung 30 nicht in den über der Einrichtung 30 liegenden Ringraum gelangen kann. Hierbei ist ein Rückschlagventil von großem Wert, falls die Ringströmung aus irgendeinem Grunde unterbrochen werden soll. Damit läßt sich eventuell im Ringraum über der Einrichtung 30 vorhandenes Gas durch eine ununterbrochene Ringströmung entfernen. Formationsgas wird somit über der Einrichtung 30 im Bohrgestänge 26 eingeschlossen.

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Das im Bohrgestänge 26 eingeschlossene Gas kann sicherer und leichter kontrolliert werden, während andere Bohrlochsicherungen durchgeführt werden müßten, wenn das Gas in den Ringraum über der Einrichtung 30 steigen könnte. Die gesteigerte Sicherheit und Kontrollierbarkeit ist deswegen gegeben, weil die Auskleidung 24 nicht zur Aufnahme von hohen Differentialdrücken konstruiert ist, die von einer zwischen dem Bohrgestänge und der Auskleidung sitzenden Gasblase hervorgerufen würden. Es ist allgemein bekannt, daß die Auskleidung 24 aus einem dünnwandigen Rohr mit großem Durchmesser besteht und daß der Außendruck im oberen Teil der Auskleidung Atmosphärendruck ist. Der obere Teil der Auskleidung kann daher keinen größeren Innendruck aushalten. Andererseits hat das Bohrgestänge 26 einen kleinen Durchmesser, und es hat eine derartige Festigkeit, daß es hohe Innendrücke aufnehmen kann. Außerdem wird das Bohrgestänge 26 von dem umströmenden Bohrschlamm abgestützt.

Zur Betätigung der Dichtung dient ein Stempel 32, der in das Bohrgestänge 26 einsetzbar ist und beim Auftreten eines hohen Pormationsgasdruckes nach unten transportierbar ist. Figur 1 zeigt das Einsetzen des Stempels 32 in schematischer Darstellung. Der Stempel liegt in einem Umströmungsstempeleinsetzer 34, der einen Teil des Schlauches 36 für die Bohrflüssigkeit bildet. Eine Steuerleitung 38 dient zum gesteuerten Einsetzen des Stempels 32 in die Bohrflüssigkeit.

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Zu dem bekannten, in Figur 1 dargestellten Bohrgestänge gehört eine Mitnehmerstange 4o zur übertragung des Drehmoments auf das Bohrgestänge 26, ein Knochengelenk 42 zur drehbaren Halterung der Mitnehmerstange 40, ein Haken 44 und ein Hampelmann 46 zum Anheben und Absenken der Mitnehmerstange 40 und eines flexiblen Schlauches 36 mit Schwanenhals 48 für die Einleitung von Bohrflüssigkeit in das Knochengelenk 42.

Zur Unterstützung für die Steuerung eines ungewöhnlich hohen Formationsdrucks dient ein am oberen Ende der Mitnehmerstange 40 sitzendes Ventil 50.

Figur 2 zeigt das Einsetzen des Stempels 32 in den Bohrflüssigkeitsstrom nach dem Bohren eines Bohrschachts in eine Formation mit ungewöhnlich hohem Formationsdruck. Die umströmende Bohrflüssigkeit transportiert den Stempel 32 im Bohrgestänge 26 nach unten.

Der Stempel 32 wird bis zur Einrichtung 30 abwärts transportiert.

Figur 3 zeigt den Stempel 32 beim Eintreffen an der Einrichtung 30. Die zur Einrichtung 30 gehörende Dichtung 52 ist eingefahren, und ein Buchsenventil 54 verhindert eine Strömung durch eine öffnung 56 und einen Kanal 58» Durch andauernde Ringströmung wird das Buchsenventil 54 in die in Figur 4

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gezeigte Lage gebracht, wobei die öffnung 56 zum Befüllen der Dichtung freiliegt und der Umströmkanal 6O des Buchsenventils 54 niit dem Kanal 58 ausgerichtet ist. Die Dichtung 52 ist auf einen vorbestimmten Druck befüllt, wenn eine in einer Bohrung des Stempels 32 sitzende Zerreißscheibe 62 zerbricht. Beim Aufbrechen der Zerreißscheibe 62 wird die Strömungsrichtung gemäß den Pfeilen in Figur 4 umgekehrt, um frischen Bohrschlamm in den über der Einrichtung liegenden Ringraum einzubringen und dadurch das Gas oder den gasversetzten Schlamm im Ringraum zu verdrängen und den Ringraum druckfrei zu halten. Bei Verwendung eines Rückströmungs-Rückschlagventil 64 wird der Ringraum zuerst zur Entlüftung an der Oberfläche geöffnet, da das Rückschlagventil 64 das Einleiten von zusätzlichem Gasdruck in den Ringraum während der Strömungsumkehr oder während anderer Vorgänge unterbindet, bei denen die Ringströmung unterbrochen wird. Dadurch wird hoher Formationsdruck mittels der Dichtung 52 in dem unter der Dichtung liegenden Ringraum eingeschlossen, und die Bohrflüssigkeitsringströmung wird durch ein Ventil umgesteuert, so daß sie oberhalb der Dichtung 52 im Bohrgestänge 26 nach oben gerichtet ist.

Die Figuren 5a und 5b zeigen eine andere Einrichtung 30 mit zugehöriger Dichtung 52 und einem Teil der Ventilanordnung. Die Einrichtung 30 umfaßt eine rohrförmige Spindel 68 mit einer durchgehenden Bohrung 70 und mit an bei-

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den Enden vorgesehenen Gewinden 72 zum Anschluß an das Bohrgestänge 26. Die Bohrung 70 der Spindel 68 hat etwa den gleichen Durchmesser wie die Bohrung des Bohrgestänges 26.

Auf der Spindel 68 sitzt die Dichtung 52 für das Abdichten der Bohrlochwand. Die dargestellte Dichtung 52 ist eine aufblasbare Muffendichtung.

Die Dichtung 52 besitzt ein federndes, elastomeres Dichtungselement 74, das um eine Dichtungsmuffe 76 angeordnet ist.

Das Dichtungselement 7** besteht aus irgendeinem federnden, elastomeren Dichtungsmaterial, das eine wirksame Dichtung gewährleistet. Das Dichtungselement 74 dient vorzugsweise zur Abdichtung der Bohrschachtauskleidung 24. Falls diese jedoch fehlt, dann muß das Dichtungselement entweder den offenen Bohrschacht abdichten, oder das Bohrgestänge 26 muß.soweit angehoben werden, bis die Einrichtung 30 innerhalb der Auskleidung 24 liegt. Letzteres ist jedoch nicht immer möglich.

Die Muffe 76 umgibt die rohrförmige Spindel 68. Das Dichtungselement 74 ist an der äußeren Ringfläche der Muffe 76 befestigt, die einen dünneren Mittelbereich 78 besitzt. Der dünnere Mittelbereich 78 ist aufblasbar und ausdehnbar, so daß das Dichtungselement 74 an der Auskleidung 24 anliegen kann. Um die Muffe 76 um die Spindel 68 zu halten, ist das untere Ende 76a der Muffe zwischen einer nach unten

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gerichteten Schulter 8O der Spindel 68 und einem Kragen eingeschlossen. Zum Aufblasen und Ausdehnen der Dichtung ist das obere Ende 76b der Muffe 76 auf der Spindel 68 verschiebbar montiert.

Durch Einleiten von Flüssigkeit in den Ringraum 84 zwischen der Dichtungsmuffe 76 und der rohrförmigen Spindel 68 wird die Dichtung 52 aufgeblasen. Um das Ausströmen der eingeleiteten Flüssigkeit aus dem Ringraum 84 zu verhindern, sind am oberen und unteren Ende 76b und 76a der Muffe 76 zwischen dieser und der Spindel 68 Dichtungen 86 vorgesehen. Eine Einlaßöffnung 88 steht mit der Bohrung 70 der Spindel 68 und dem Ringraum 84 in Verbindung. Das Einströmen von Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung 88 wird von einem Ventil 90 gesteuert. Ein ringförmiges Rückschlagventil 92 verhindert ein Rückströmen der eingeleiteten Flüssigkeit.

Zum Entlüften der Dichtung steht eine Ablaßbohrung 94 mit der Bohrung 70 der Spindel 68 und dem Ringraum 84 in Verbindung. Ein Buchsenventil 96 steuert diese Ablaßbohrung 94 und schließt anfänglich die Ablaßöffnung 94. Das Buchsenventil 96 wird mit Hilfe eines Scherrings 98 lösbar in dieser Verschlußstellung gehalten. Es besitzt außerdem innere Ausnehmungen 100 für das Zusammenwirken mit einem im Bohrgestänge absenkbaren Stempel. Soll die Dichtung abgelassen werden, so wird ein Stempel durch das Bohrgestänge solange nach unten transportiert, bis er an den

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Ausnehmungen 100 des Buchsenventils 96 anliegt. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Stempels wird der Scherring 98 abgeschert und und das Buchsenventil 96 bis zum Anliegen an der Schulter 102 abwärts bewegt. In dieser Lage steht der Ringraum 84 über die Ablaßöffnung 94 mit der Bohrung in Verbindung, so daß Flüssigkeit aus dem Ringraum 84 in die Bohrung 70 strömen kann.

Um ein Zusammenfallen der Dichtungsmuffe 76 um die rohrförmige Spindel 68 beim Absenken durch das Bohrloch zu verhindern, wird Flüssigkeit in den Ringraum 84 zwischen der Muffe 76 und der Spindel 68 gebracht. Eine obere und untere öffnung 104 bzw. IO6 dienen zum Befüllen des Ringraums mit einer nicht zusammendrückbaren Flüssigkeit. In diese Öffnungen sind Stopfen einsetzbar. Zum Befüllen des Ringraums 84 werden die Stopfen entfernt und Flüssigkeit durch die untere öffnung 106 in den Ringraum 84 eingebracht. Strömt die Flüssigkeit aus der oberen öffnung 104 aus, dann ist der Ringraum 84 voll, und die Stopfen werden zum Einschließen der Flüssigkeit in die öffnungen eingesetzt.

Um ein Berühren der Dichtung 52 mit der Auskleidung oder dem Bohrschacht und damit ein Aufreißen des federnden Dichtungselements 74 zu verhindern, sind an jedem Ende der Dichtungsmuffe 76 auf der rohrförmigen Spindel 68 vergrößerte Kragen 82 bzw. IO8 vorgesehen. Die äußere Ringfläche der Kragen 82 bzw. Iö8 hat einen größeren Durchmesser als

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die Außenfläche des Dichtungselements JH. Beim Absenken der Einrichtung 30 liegen somit lediglich die Kragen 82 und 108 am Bohrschacht an und schützen das Dichtungselement Th.

Um ein Verschieben der Dichtung 52 zu verhindern, sind vorzugsweise Knöpfe 110 vorgesehen, die sich beim Einleiten von Flüssigkeit in den Ringraum 84 für das Betätigen der Dichtung 52 nach außen bewegen und die Wand des Bohrschachtes erfassen. Normalerweise werden die Knöpfe 110 von einer Feder 112 in eingezogener Stellung gehalten. Zum Hinausdrücken der Knöpfe 110 gegen die Feder 112 ist vorzugsweise weniger Kraft erforderlich als zum Ausdehnen der Dichtungsmuffe 76, so daß die Knöpfe vor dem Ausdehnen der Dichtungsmuffe 76 gegen die Bohrschachtwand gedrückt werden. Eine Dichtung 114 verhindert den Austritt von Flüssigkeit an den Knöpfen.

Die Einrichtung 30 umfaßt ferner eine Ventilanordnung für eine die Dichtung 52 umströmende gesteuerte Ringströmung. Die Ventilanordnung ermöglicht eine ununterbrochene Ringströmung der Bohrflüssigkeit unterhalb der betätigten Dichtung 52 und eine Rückströmung der Bohrflüssigkeit im Bohrgestänge 26 über der Dichtung 52. Vorzugsweise besitzt die Ventilanordnung auch Einrichtungen zur Verhinderung des Einströmens von Flüssigkeits- und Gasdruck in den über der betätigten Dichtung 52 liegenden Ringraum. Gemäß den Figuren 3j 4 und 11 ist die die betätigte Dichtung 52 um-

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strömende gesteuerte Ringströmung eine im Ringraum zur betätigten Einrichtung 30 hinunterströmende Parallelströmung, die die Einrichtung 30 unter Umströmung der betätigten Dichtung 52 durchsetzt, durch den Ringraum weiter abwärts strömt und durch den Bohrkopf 28 im Bohrgestänge 26 wieder nach oben führt. Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung 30 (Figur 5j 6 und 7) ist die gesteuerte Ringströmung als Umschaltströmung geführt, so daß die Bohrflüssigkeit bei umgekehrter Strömungsrichtung im Ringraum oberhalb der Dichtung nach unten strömt, in der Einrichtung umgeleitet wird und unter der Dichtung im Bohrgestänge weiter abwärts bis durch den Bohrkopf fließt, während die Rückströmung unterhalb der Dichtung im Ringraum nach oben gerichtet ist, in der Einrichtung 30 überkreuzt und oberhalb der Dichtung im Bohrgestänge 26 bis zur Erdoberfläche erfolgt. Eine Ringströmung mit gesteuerter Überkreuzung wird aufgrund der umgekehrten Zirkulation bevorzugt, da hierbei kein in dem offenen Loch vorhandenes Bohrmehl durch öffnungen im Bohrkopf 28 gedrückt wird. Hingegen kann bei umgekehrter paralleler Ringströmung Bohrmehl in die öffnungen im Bohrkopf 28 gedrückt werden, was ein Verstopfen dieser öffnungen und eine Unterbrechung der Ringströmung zur Folge hat.

Die Figuren 5A und 5B zeigen Teile eines in der Einrichtung 30 gebildeten Umschaltventils mit zwei Gruppen von Verbindungseinrichtungen und mit Ventilen. Die beiden Verbindungseinrichtungen verbinden die innere Bohrung 70 der rohrför-

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migen Spindel 68 mit dem Äußeren der rohrförmigen Spindel 68 an äußeren öffnungen, die an gegenüberliegenden Seiten der Dichtung 52 liegen. Eine erste Gruppe von Verbindungseinrichtungen verbindet die Bohrung 70 an der Öffnung 116 mit Hilfe eines Kanals 118 der Spindel 68 mit den über der Dichtung 52 liegenden Öffnungen 120. Eine zweite Gruppe von Verbindungseinrichtungen verbindet die Bohrung 70 an der Öffnung 122 durch die Spindel 68 mit einer unter der Dichtung 52 liegenden Stelle.

Eine Art, die Bohrung 70 der Spindel 68 mit dem Äußeren der Spindel an Öffnungen zu verbinden, die an gegenüberliegenden Seiten der Dichtung 52 gemäß den Figuren 5A und 5B liegen, besteht darin, die rohrförmige Spindel 68 mit einem vergrößerten Bohrungsteil 121 und einer inneren Rohrspindel 123 zu versehen. Der vergrößerte Bohrungsteil 121 und die innere Rohrspindel 123 erstrecken sich von einer Seite der Dichtung 52 zu deren anderer Seite. Die innere Rohrspindel 123 liegt innerhalb des vergrößerten Bohrungsteils 121 und ist an der rohrförmigen Spindel 68 beispielsweise durch Schweißnähte an ihren Enden 123a und 123b befestigt. Dann erstreckt sich die Öffnung 116 durch die innere Rohrspindel 123 von der Bohrung 70 zu dem zwischen der inneren Rohrspindel 123 und dem vergrößerten Bohrungsteil 121 liegenden Ringraum 118. Zu der ersten Gruppe der Verbindungseinrichtungen gehören dann die Öffnung 116, der Ringraum 118 und die Öffnungen 122.

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Das Ventil 90 steuert die Verbindungseinrichtungen, und zwar versperrt es die öffnungen 116 und 122 in seiner Anfangslage gemäß Figur 5B derart, daß Bohrflüssigkeit zwar durch die Bohrung 70 der Spindel 68 strömen, jedoch nicht durch die Verbindungseinrichtung fließen kann. Scherstifte 126 halten das Ventil 90 in seiner Anfangslage. Das Ventil 90 weist eine öffnung 128 zur Strömungsverbindung mit einer Öffnung 116 und einer öffnung 130 zur Strömungsverbindung mit einer öffnung 122 für die Bildung einer Querströmung für das in eine zweite Lage verschobene Ventil 90 auf.

Figur 6 zeigt den Betätigungsstempel 32 nach dem Abwärtstransportieren durch das Bohrgestänge 26, wobei dessen Schulter an einer nach oben gerichteten Schulter 133 des Ventils 90 anliegt.

Der Betätigungsstempel 32 dient zur Betätigung der Dichtung 52, und zwar dient vorzugsweise ein einziger Stempel sowohl zur Betätigung der Dichtung 52 als auch zur Steuerung der Ventilanordnung.

Wenn der Stempel 32 mit dem Buchsenventil 90 in Eingriff gelangt ist, bewirkt eine weitere Zufuhr von Druckflüssigkeit im Bohrgestänge 26 ein Abscheren der im Stempel 32 sitzenden Scherstifte 26 und ein Verschieben des Ventils 90 nach unten in die in Figur 7 dargestellte Lage. In dieser Lage ist die Dichtung betätigbar und das Umschaltventil steuerbar.

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Die Dichtung wird durch weiteres Abwärtsfördern von im Bohrgestänge 26 fließender Bohrflüssigkeit betätigt, die durch die nunmehr geöffnete Einlaßöffnung 88 hinter das federnde ringförmige Rückschlagventil 92 und in den zwischen der Dichtungsmuffe 76 und der Spindel 68 gebildeten Ringraum strömt. Ein fortgesetztes Einströmen von Flüssigkeit in den Ringraum 84 drückt die Knöpfe 110 nach außen in Eingriff mit der Wand des Bohrlochs und entfaltet die Dichtung 52, wobei das obere Ende 76b der Dichtungsmuffe auf der Spindel 68 gleitet, bis das Dichtungselement 74 dichtend an der Wand der Auskleidung 24 anliegt. Während der Dichtungsausdehnung kann keine Flüssigkeit um den Stempel 32 durch die Öffnungen 130 und 122 in den unter der Einrichtung 30 liegenden Ringraum strömen, da eine um den Stempel 32 vorgesehene Dichtung 132 mit dem Ventil 90 oberhalb der Öffnung 130 in Eingriff steht.

Die in den Figuren 5, 6 und 7 dargestellte Ventilanordnung dient zur Ringströmungsumschaltung, und zwar stehen bei in die zweite Lage verschobenem Ventil 90 die Öffnung 128 mit der Öffnung 116 der ersten Gruppe von Verbindungseinrichtungen und die Öffnung 130 des Ventils 90 mit der Öffnung 122 der zweiten Gruppe der Verbindungseinrichtungen in Verbindung. Der Stempel 132 steuert somit das Ventil 90 im Sinne einer überkreuzungs-Ringströmung.

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Der Stempel 32 besitzt einen länglichen Körper 13¹Jj Einrichtungen zur Verhinderung einer unerwünschten Strömungsverbindung zwischen zwei Stellen sowie einen sich durch den Körper 134 erstreckenden Kanal. Zur Verhinderung einer unerwünschten Strömungsverbindung dienen im Abstand auf dem Körper 34 angeordnete erste und zweite Dichtungen I36 und 138. Wenn der längliche Körper mit dem Ventil 90 in Eingriff steht, bilden die erste und zweite Dichtung I36 bzw. I38 eine Dichtungsstelle l4o zwischen den beiden Endbereichen und 144 des Körpers 134. Ein erster Kanal mit einer öffnung 146 und einer blinden Bohrung 148 verbindet das Äußere des Körpers 134 im einen Dichtungsbereich l40 mit einem Endbereich 142 des Körpers 134. Wenn der Stempel 32 mit der Ventilanordnung in Eingriff steht, besteht eine Strömungsverbindung zwischen dem Äußeren des Bohrgestänges 26 oberhalb der Dichtung 52 und dem Inneren des Bohrgestänges 26 an der Stelle der Dichtung durch die erste Verbindungseinrichtung der Spindel 68, wozu die öffnung 120, der Ringraum II8 und die öffnung 116, die öffnung 128 des Ventils 90 und der erste Kanal mit der öffnung 146 und der blinden Bohrung 148 gehören. Flüssigkeit kann außerdem vom Äußeren des Bohrgestänges 26 unter der Dichtung 52 in das Innere des Bohrgestänges 26 oberhalb der Dichtung 52 durch die zweite Verbindungseinrichtung mit der öffnung 122, der öffnung 130 des Ventils und der öffnung I60 des Stempels 32 strömen. In der ersten Verbindungseinrichtung liegt ein Rückschlagventil zur Verhinderung einer Rückströmung in den oberhalb der Dichtung 52 befindli-

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chen Ringraum. Das Rückschlagventil umfaßt eine Kugel 152 in der blinden Bohrung 148, welche mittels einer Feder gegen einen Sitz 154 gedrückt wird. Die erste Dichtung verhindert eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Überkreuzungsstellen der Ringströmung. Die zweite Dichtung 138 verhindert zusammen mit dem Rückschlagventil eine Rückströmung zwischen dem Inneren des Bohrgestänges unter der Dichtung 52 und dem Äußeren des Bohrgestänges oberhalb der Dichtung 52.

Der außerdem als Dichtungsbetätigungseinrichtung wirkende Stempel weist eine im Abstand zur ersten und zweiten Dichtung 136 und 138 liegende, den Körper 13¹J umgebende dritte Dichtung 132 auf. Zwischen den beiden Endbereichen 142 und 144 ist somit ein weiterer Dichtungsbereich I58 gebildet. Diese dritte Dichtung 132 verhindert bei aufgespannter Dichtung ein Umströmen des Stempels 32 in den unter der Dichtung 52 liegenden Ringraum. Mit der dritten Dichtung 132 ist ein zweiter Strömungspfad gebildet, der die öffnung 160 und die blinde Bohrung 162 umfaßt und das Äußere des Körpers 134 in dem zweiten Dichtungsbereich I58 mit dem zweiten Endbereich 144 des Körpers 134 verbindet, um eine Kreuzungsströmung zuzulassen.

In der blinden Bohrung 162 ist eine Zerreißscheibe 164 vorgesehen, die das Aufblasen der Dichtung auf einen vorbestimmten Druck gestattet, über diesem Wert bricht die

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Zerreißscheibe und läßt die Flüssigkeit durch den zweiten Strömungspfad fließen.

Vorzugsweise ist eine Sperreinrichtung für das Verriegeln des Stempels 32 innerhalb der Spindel 68 nach dem Betätigen der Dichtung 52 und dem Steuern der Umschaltventilanordnurig vorgesehen. Als Sperreinrichtung dient jede Einrichtung, die den Stempel 32 gegen eine Aufwärtsbewegung in der Spindel 68 verriegelt. Wegen der zu erwartenden hohen Formationsdrücke, die im Bohrgestänge 26 auf den Stempel 32 in Richtung nach oben wirken, muß die Sperreinrichtung einem beträchtlichen Druckunterschied standhalten können.

Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Sperreinrichtung verriegelt sich selbst beim Eintreten in eine geeignete Ausnehmung. Die Sperreinrichtung umfaßt eine auf dem oberen Ende des Stempels verschiebbar angebrachte Trägermuffe 166, die zumindest eine Verriegelungsklaue 168 trägt. Wird der Stempel 32 in das Bohrgestänge 36 eingeschoben, dann werden die Trägermuffe und die Verriegelungsklaue 168 durch Berührung mit dem Bohrgestänge 26 in einer oberen Stellung gehalten (Figur 6). Nachdem der Stempel 32 mit dem Ventil 90 in Eingriff gelangt ist und dieses nach unten bewegt hat, gleiten die Trägermuffe 166 und die Verriegelungsklauen 168 um den Stempel 32 nach unten. Dabei werden die Verriegelungsklauen I68 durch einen kegelförmigen Ansatz 170 aufgespreizt. In dieser aufgespreizten Stel-

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lung stehen die unteren Nasen 168a der Verriegelungsklauen l68 mit einer nach unten gerichteten Schulter 172 in der Spindel 68 in Eingriff. Dadurch ist der Stempel 32 gegen eine Aufwärtsbewegung in der Spindel 68 verriegelt.

Bei der Verwendung von mehreren Einrichtungen 30 verwendet man Ziehkeile anstelle des an der Schulter 133 anliegenden Stempels 32, wobei die Ziehkeile mit Ausnehmungen in bestimmten Einrichtungen 30 in Eingriff bringbar sind (US-PS 2 673 614).

Zum Einsetzen des Stempels 32 in das Bohrgestänge 26 ist jede Vorrichtung geeignet, durch die der Stempel im Bohrgestänge 26 abwärts zur Einrichtung 30 transportiert werden kann. Vorzugsweise soll der Stempel mit Hilfe der Einsetzvorrichtung schnell in das Bohrgestänge 26 einsetzbar sein. Die Figuren 8 und 9 zeigen eine derartige Einsetzvorrichtung.

Die Einsetzvorrichtung umfaßt eine Nebenweg-Stempeleinsetzvorrichtung 34 j einen Stempelaufnehmer 174, eine Stempelhaltevorrichtung im Stempelaufnehmer 174 und eine Flüssigkeit sabgabevorrichtung.

Zu der Nebenweg-Stempeleinsetzvorrichtung 34 gehört ein Teil des Bohrschlauches 36. Die Nebenweg-Stempeleinsetzvorrichtung oder der Nebenwegstutzen 34 liegt unmittelbar stromaufwärts vor dem Schwanenhals 48, wo er gut gehalten wird.

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Außerdem braucht bei einer Anordnung des Nebenwegstutzens an dieser Stelle das Knochengelenk 42 nicht ausgetauscht zu werden.

Zur Halterung des Stempelaufnehmers 17¹J im Nebenwegstutzen 34 sind zwei Nasen 176 und 178 an den Nebenwegstutzen 34 angeschweißt. Die Bohrflüssigkeit umströmt den Stempelaufnehmer im Ringraum I80 zwischen dem Stempelaufnehmer 174 und dem Nebenwegstutzen 3^· Vorzugsweise ist der Querschnitt des Ringraumes I80 gleich oder größer als der Querschnitt des Bohrschlauches 36· In das stromaufwärts liegende Ende 174a des Stempelaufnehmers 174 ist ein stromlinienförmiger Stopfen 184 eingeschraubt, der eine weitgehend wirbelfreie Strömung der Bohrflüssigkeit gewährleisten soll.

Das stromabwärts liegende Ende 174b des Stempelaufnehmers 174 ist offen, damit der Stempel 32 in die Bohrflüssigkeit einschießbar ist.

Der Stempel 32 ist mittels eines durch einen Portsatz des Stopfens 184 ragenden Scherstifts 182 lösbar im Stempel aufnehmer 17^ gehalten. Im Ringraum zwischen dem Stempel 32 und dem Stempelaufnehmer 174 ist eine Flüssigkeitsausstoßeinrichtung vorgesehen, bei der der Stopfen 184 das eine Ende 174a des Stempelaufnehmers 174 verschließt und wobei die auf dem Stempel 32 angeordneten ersten, zweiten

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und dritten Dichtungen 132, 136 und 138 den zwischen dem Stempel 32 und dem Stempelaufnehmer IfH gebildeten Ringraum abdichten.

Durch die Nase 176 erstreckt sich ein Kanal 188, an den eine Steuerleitung 38 anschließbar ist.

Da der Stempel 32 mittels des Scherstifts 182 lösbar im Stempelaufnehmer 17¹I gehaltert ist, kann er jederzeit in die Bohrflüssigkeit eingeschossen werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, daß Flüssigkeit durch die Steuerleitung 38 in den Ringraum zwischen dem Stempel 32 und
dem Stempelaufnehmer IJk eingespritzt wird, überschreitet der Druck im Ringraum einen vorgegebenen Wert, dann schert der Scherstift 182 ab, und der Stempel wird nach unten aus dem unteren Ende 17¹Jb des Stempelaufnehmers IJk in den Bohrflüssigkeitsstrom gedrückt. Anschließend transportiert die Bohrflüssigkeit den Stempel 82 abwärts zur Einrichtung 30.

Die Figuren 10 und 8 zeigen eine Steuerschaltung für das Einspritzen von Flüssigkeit durch die Steuerleitung 38
in die Stempeleinsetzvorrichtung. Die Steuerschaltung
umfaßt einen Motor, eine Pumpe, Tanks, Ventile und Leitungen. Der Motor I90 treibt die Pumpe 192, die Flüssigkeit aus einem Tank 19*1 unter Druck in eine Leitung I96 fördert. Der Flüssigkeitsdruck wird durch ein Regelventil 198 geregelt. Vom Regelventil I98 wird die Flüssig-

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keit über Leitungen 200 und 202 zu den Ausbruchsventilen und der Stempeleinsetzvorrichtung 34 gefördert.

Ein Dreiwegeventil 204 steuert die Druckflüssigkeit in der Leitung 200 für das Ausbruchsventil. In der in Figur 10 dargestellten Stellung des Dreiwegeventils 204 strömt Druckflüssigkeit durch die Leitung 206 zu den Ausbruchsventilen B.O.P. 208, um diese zu betätigen. Wird das Dreiwegeventil 204 um 90° gegen den Uhrzeigersinn verstellt, dann kann die Druckflüssigkeit nicht durch das Ventil strömen, und die Ausbruchsventile 208 werden in einen Tank 210 abgelassen. In dieser Schaltung sind die Ausbruchsventile 208 als geschlossene Ventile vorgespannt.

Gemäß Figur 8 steuert ein Dreiwegeventil 212 eine Leitung 202, wobei in der in Figur 8 dargestellten Stellung des Dreiwegeventils 212 Flüssigkeit aus der Leitung 202 in die Steuerleitung 38 strömt. Nach den Einschießen des Stempels wird das Dreiwegeventil 212 um 90 gegen den Uhrzeigersinn verdreht. Dadurch kann die von der Pumpe geförderte Druckflüssigkeit nicht durch den Nebenwegstutzen ausströmen. Außerdem wird vom Nebenwegstutzen 34 durch die Steuerleitung 38 zurückströmende Flüssigkeit in den Tank 214 geleitet.

Im Normalbetrieb steht das Ventil 212 so, daß die Druckflüssigkeit nicht in die Stempeleinsetzvorrichtung gelangt,

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sondern daß letztere ununterbrochen mit dem Tank 214 in Verbindung steht. Dadurch wird kein Druck in der Stempeleinsetzvorrichtung aufgebaut, der den Stempel 32 in unerwünschter Weise einschießen könnte.

Man erkennt anhand der Steuerschaltung, daß die Leitung 202 dauernd unter Druck steht. Zum Einschießen des Stempels 32 in die Bohrflüssigkeit ist somit lediglich das Umschalten des Dreiwegeventils 212 erforderlich. Das Dreiwegeventil 212 kann an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein, beispielsweise auf der Bohrplattform in der Nähe der Bohrmannschaft. Dadurch kann der Stempel 32 beim Auftreten eines ungewöhnlich hohen Formationsdrucks schnell in die Bohrflüssigkeit eingeschossen und zu einer Dichtungseinrichtung 30 transportiert werden.

Man erkennt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein ungewöhnlich hoher Formationsdruck durch Betätigen einer Dichtung und durch Steuern der Bohrflüssigkeitsströmung in der Nähe dieser Dichtung steuerbar ist.

Figur 11 zeigt eine Ausführung der Erfindung, wobei die Dichtung 52 auf einer rohrförmigen Spindel 216 sitzt. In der Spindelwand ist ein Verbindungskanal 218 vorgesehen, der in die Außenwand der Spindel 216 mündet. Die Dichtung 52 ist durch Einleiten von Flüssigkeit durch eine öffnung 220 betätigbar, die normalerweise von einem Buchsenventil

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222 verschlossen ist. Das Buchsenventil 222 wird mittels eines Betätigungsstempels 224 in eine die Öffnung freigebende Stellung bewegt. Der Betätigungsstempel hat ein Rückschlagventil 226 zum wahlweisen Absperren der Flüssigkeitsströmung durch den Betätigungsstempel 224 während des Befüllens der Dichtung 52 oder zur Freigabe einer gesteuerten Flüssigkeitsströmung durch den Betätigungsstempel 224 in den über der Dichtung 52 liegenden Teil des Bohrgestänges. Nach dem Betätigen der Dichtung 52 erfolgt die Rückströmung durch den Nebenweg-Verbindungskanal 218, in dem ein Rückschlagventil 228 zur Unterbindung einer Rückströmung in den oberhalb der Dichtung 52 liegenden Ringraum angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Dichtung 52 ist eine im Bohrloch liegende Dichtung, die den Ringraum um das Bohrgestänge 26 abdichtet. Die Dichtungseinrichtung 30 liegt innerhalb des Bohrgestänges 26, so daß die betätigte Dichtung einen wirksamen Abschluß bildet. Vorzugsweise liegt die Einrichtung 30 innerhalb der Auskleidung 24. Die erfindungsgemäße Dichtung kann jedoch auch zum Abschließen eines unausgekleideten Bohrschachtes verwendet werden, wobei die Dichtung unmittelbar an der Wand des Bohrschachtes anliegen würde. Bei weichen Gesteinsformationen ist es manchmal schwierig, einen unausgekleideten Bohrschacht wirksam abzudichten. Stellt das Bedienungspersonal fest, daß sich keine wirksame Dichtung in einem unausgekleide-

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ten Schachtbereich herstellen läßt, dann wird das Bohrgestänge 26 soweit angehoben, bis die Dichtung 52 gegen eine feste Gesteinsformation liegt und den Bohrschacht abdichtet.

Die Ventilanordnung oder die Verbindungskanäle gestatten eine ununterbrochene Ringströmung der Bohrflüssigkeit unterhalb der Dichtung, die gemäß Erfindung nicht unmittelbar über dem Bohrkopf zu sitzen braucht, sondern an einer beliebigen Stelle innerhalb des Bohrgestänges sitzen kann, vorzugsweise an einer gut abdichtbaren Stelle. Die Ventilanordnung schließt ferner den Formationshochdruck im Inneren des Bohrgestänges 26 oberhalb der Dichtung 52 ein. Das Bohrgestänge 26 kann höheren Drücken besser standhalten als die Auskleidung 24 oder der Bohrschachtabschluß. Ferner kann der im Bohrgestänge 26 nach oben übertragene Hochdruck leichter von dem im Bohrgestänge 26 sitzenden Sicherheitsventil 50 geregelt werden.

Ist die Ventilanordnung so gesteuert, daß die Bohrflüssigkeit die Dichtung umströmt, dann wird die Richtung der Flüssigkeitsströmung umgekehrt. Bis zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Bohrflüssigkeitsströmung parallel nach unten durch das Bohrgestänge und außerhalb des Bohrgestänges nach oben. Vorzugsweise ist eine gesteuerte Kreuzungsströmung vorgesehen, wobei bei der Strömungsumkehr die Bohrflüssigkeit außerhalb des Bohrgestänges bis zur Umschalt-

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stelle in der Ventilanordnung nach unten strömt und von der Ventilanordnung unterhalb der Dichtung im Bohrgestänge weiter nach unten fließt. Anschließend strömt die Bohrflüssigkeit durch den Bohrkopf aus und außerhalb des Bohrgestänges bis zur Ventilanordnung nach oben. In der Ventilanordnung wird die Bohrflüssigkeitsströmun wieder in das Innere des Bohrgestänges umgeleitet und strömt oberhalb der Dichtung im Bohrgestänge an die Erdoberfläche.

Das in der Umschaltventilanordnung sitzende Rückschlagventil wirkt als Sicherheitsventil und verhindert das Ausströmen von hohem Formationsdruck in den oberhalb der Dichtung liegenden Außenraum des Bohrgestänges und damit ein Umströmen der Dichtung für den Fall, daß keine Bohrflüssigkeit in den Bohrschacht gepumpt wird.

Der erfindungsgemäße Betätigungsstempel dient sowohl zur Betätigung der Dichtung als auch zur Steuerung der Umschaltventilanordnung. Anstelle eines Stempels können auch zwei Stempel verwendet werden, und zwar ein Betätigungsstempel für die Dichtung und einen Steuerstempel für die Umschaltventilanordnung.

Befindet sich der Betätigungsstempel in seiner Steuerstellung in der Ventilanordnung gemäß den Figuren 3, ^, 6 und 7 ₉ wobei eine ununterbrochene Ringströmung hergestellt ist, dann bildet er einen Teil der Ventilanordnung. Es kann

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aber auch eine andere Ventilanordnung gemäß Figur 11 vorgesehen sein, wobei der Steuerstempel keinen Teil der Ventilanordnung bildet.

Mit Hilfe der Nebenweg-Stempeleinsetzvorrichtung ist der Betätigungs- und Steuerstempel schnell in das Bohrgestänge und damit in die Bohrflüssigkeit einbringbar.

Man erkennt, daß mit der erfxndungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren in einem Bohrschacht auftretende hohe Drücke aus dem Ringraum zwischen Bohrgestänge und Bohrschacht in das Innere des Bohrgestänges übertragbar sind, in dem sie leichter und wirksamer gesteuert werden können.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Sicherung eines Bohrloches vor Gasoder Flüssigkeitsausbrüchen, mit einer Bohrlochauskleidung, einem Bohrgestänge, einem Bohrkopf sowie mit im Bohrloch zirkulierender Bohrflüssigkeit, gekennzeichnet durch eine einen Teil des Bohrgestänges (26) bildende und eine Dichtung (52) tragende Spindel (68) mit einer Umschaltventilanordnung für das Umschalten von im Bohrgestänge (26) und im Ringraum zwischen dem Bohrgestänge (26) und der Bohrlochauskleidung (24) bei unaufgespannter Dichtung (52) zueinander paralleler Bohrflüssigkeitsströmung in eine die aufgespannte Dichtung (52) innen umströmende Bohrflüssigkeitsströmung, durch einen die Dichtung (52) betätigenden und dadurch den Ringraum zwischen dem Bohrgestänge (26) und der Auskleidung (24) abdichtenden Betätigungsstempel (222), und durch einen die Umschaltventilanordnung betätigenden Steuerstempel (224).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstempel (222) und der Steuerstempel (224) ein einziger Stempel (32) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (68) einen Verbindungskanal

ORiGiNAL INSPECTED

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mit an gegenüberliegenden Seiten der Dichtung (52) liegenden Auslaßöffnungen aufweist, und daß der Verbindungskanal von einem Ventil gesteuert ist, das mit Hilfe des Stempels (32) aus einer den Verbindungskanal verschließenden Anfangsstellung in eine einen Strömungsweg um die Dichtung (52) freigebende Endstellung bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel einen länglichen Körper (134) hat, der zwischen seinen Endbereichen (142; 144) von einer ersten und einer zweiten Dichtung (136 bzw. I38) umgeben ist, und daß ein erster Durchgangskanal mit dem zwischen der ersten und zweiten Dichtung (136 und 138) liegenden Dichtungsbereich (l40) und dem ersten Endbereich (142) des Körpers (134) in Verbindung steht, wobei ein Rückschlagventil (152) im ersten Durchgangskanal liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (134) Schultern zum Eingriff mit Anschlägen eines Bohrgestängerohres aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Stempel (32) eine im

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Abstand zur ersten und zweiten Dichtung (136, 138) liegende dritte Dichtung (132) umgibt, und daß ein zweiter Durchgangskanal mit dem Äußeren des Körpers (13¹J) in dem zwischen der ersten und dritten Dichtung (136, 132) gebildeten zweiten Dichtungsbereich (158) und dem zweiten Endbereich (I¹JJl) des Körpers (13¹O in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgangskanal mit einer bei vorbestimmtem Druck brechenden Zerreißscheibe (164) verschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen in der Bohrflüssigkeitsleitung sitzenden Stempelaufnehmer (17*0 mit einer Nebenwegleitung zum Umströmen des Stempelaufnehmers (174), mit einer öffnung im stromabwärts liegenden Ende (174b) des Stempelaufnehmers (174) zum Auswerfen des Stempels (32), durch eine abscherbare Halteeinrichtung (182; 186) zur lösbaren Halterung des Stempels (32) im Stempelaufnehmer (174), und durch eine Druckausstoßeinrichtung zum Abscheren und Ausstoßen des Stempels (32).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (68) Anschläge

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aufweist, die mit am Stempel (32) angeordneten Anschlägen zusammenwirken und die Bewegung des Stempels (32) in der Spindel (68) in der Weise begrenzen, daß eine Anzahl von im Bohrgestänge (26) angeordneten Spindeln (68) jeweils von einem bestimmten Stempel (68) erfaßbar ist.

9. Verfahren zur Sicherung eines Bohrloches vor Gas- oder Flüssigkeitsausbrüchen während des Bohrens, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Bohrgestänge und der Wand des Bohrschachts gebildete Ringraum mittels einer aufblasbaren Dichtung abgedichtet und der auftretende Hochdruck oberhalb der Dichtung im Inneren des Bohrgestänges an die Erdoberfläche geleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrflüssigkeit an der aufgeblasenen Dichtung innen vorbeigeführt wird, den Bohrkopf umströmt und oberhalb der Dichtung im Inneren des Bohrgestänges nach oben fließt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrflüssigkeitsstrom im Bereich der Dichtung derart umgeschaltet wird, daß die oberhalb der Dichtung außerhalb des Bohrgestänges strömende Bohrflüssigkeit unterhalb der Dichtung im Inneren des Bohrgestänges weiterströmt und vom Äußeren des Bohrgestänges

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unterhalb der Dichtung in das Innere des Bohrgestänges oberhalb der Dichtung geleitet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Dichtung und zum Verschließen des zwischen dem Bohrgestänge und
dem Bohrschacht gebildeten Ringraumes ein Stempel im Bohrgestänge abwärts transportiert wird, der den Bohrflüssigkeitsstrom im Bereich der Dichtung von einer Parallelströmung im Bohrgestänge und im Ringraum in eine sich überkreuzende, an der Dichtung vorbeiströmende und oberhalb von der Dichtung im Inneren des
Bohrgestänges nach oben fließende Strömung umschaltet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Austreten von Bohrflüssigkeit in den oberhalb der Dichtung liegenden Ringraum nach dem Aufblasen der Dichtung verhindert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückströmen der Bohrflüssigkeit aus dem Inneren des Bohrgestänges in den oberhalb der Dichtung liegenden Ringraum verhindert wird.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblasen der Dichtung mittels eines durch das Bohrgestänge transportierten Betäti-

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gungsstempels und das Umschalten der Bohrflüssigkeitsströmung von einer Parallelströmung in eine sich überkreuzende Strömung mittels eines im Bohrgestänge abwärts transportierten Steuerstempels erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel lösbar in einem im Bohrflüssigkeitsstrom liegenden und mit einer Öffnung zum Ausstoßen des Stempels versehenen Stempelaufnehmer befestigt und daß eine zwischen dem Stempel und dem Stempelaufnehmer vorgesehene Ausstoßeinrichtung stromaufwärts von der öffnung des Stempelaufnehmers unter Druck gesetzt wird.

su:ah:bü

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