DE2353128C2 - Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem Bohrloch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch, mit einem langgestreckten Hauptteü. der an den Enden mit Kupplungseinrichtungen zur Drehmomentübertragung zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten eines Bohrgestänges versehen ist und durch den sich eine Leitung in Längsrichtung erstreckt, mit einem ersten System zur Steuerung eines Fluidstroms durch die Leitung, mit einem den Hauptteil umschließenden Pakker, der eine eiastische ringförmige Manschette aufweist, die an einem Ende mit einer Ringhülse verbunden ist, die abgedichtet and axial verschieblich auf einem At_lianwandabschriitt des Kauptteils gelagert ist, und mit einem zweiten System zur Steuerung der Strömungsverbindung zwischen der Außenseite des Hauptteils und der Leitung sowie zwischen dieser und dem Inneren der aufweitbaren Manschette.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (WORLDOIUNov. 1969. Seiten 105 ff.).

Insbesondere bei Tiefbohrarbeiten kann es zu einem Ungleichgewicht zwischen dem Druck der Spülung und dem Druck im Porenraum der Untergrundformation kommen, so daß in der Formation enthaltene Fluide in das Bohrloch aus .trömen können. Auf diese Weise kann es zu einem beginnenden Gasausbruch kommen, der durch einen verstärkten Rückstrom von Spülung feststellbar ist. Wird der beginnende Gasausbruch nicht im

Anfangsstadium bekämpft, kann sich daraus ein richtiggehender Ausbruch entwickeln, der nur noch schwer unter Kontrolle zu halten ist. Daher ist eine schnelle Bekämpfung eines beginnenden Gasausbruchs von großer Bedeutung.

Bei der bekannten Vorrichtung ist zur Absperrung des Fluidstroms durch die Leitung ein Verschlußstopfen vorgesehen, der im Bedarfsfall von der Erdoberfläche aus durch das Bohrgestänge abgesenkt werden muß, bis er mit einer im Hauptteil ausgebildeten Sitzfläche zusammenwirkt. Dieses kompliziert die Handhabung und verzögert die Zusteuerung der Leitung, die zum Aufweiten des Packers als Maßnahme gegen den beginnenden Gasausbruch erforderlich ist. Des weiteren ist bei der bekannten Vorrichtung die Manschette des Packers nur am einen Ende mit einer Ringhülse versehen, wobei das zweite System zur Steuerung der Strönuingsverbindung zwischen der Leitung und der Außenseite des Huupiieils unabhängig von der Stellung des Packers erfolgt. Dementsprechend ist es nicht möglich, bei aufgeweitetem Packer den llauptteil gegenüber dem Pakker zu verlagern, um auf diese Weise eine einfache Steuerung des zweiten Systems über das Bohrgestänge zu ermöglichen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung der bekannten Vorrichtung zu vereinfachen und ihre Handhabung zu erleichtern, so daß die Gegenmßnahmen bei einem beginnenden Gasausbruch schnell und zuverlässig zur Wirkung gebracht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste System ein ständig in der Leitung angeordnetes Ventilsystem ist. daß die Manschette des Pakkers auch an ihrem anderen Ende mit einer Ringhüise verbunden ist, die abgedichtet und axial verschieblich auf einem Außenwandabschnitt des Hauptteils gelagert ist, daß das zweite System ein Veniilsystem ist, zu dem eine der Ringhülsen gehört, und daß eine Einrichtung zum Zurückhalten dieser Ringhülse beim Einleiten von Fluid in das Innere der Manschette in einer Stellung vorgesehen ist, in der die Verbindung zwischen der Außenseite des Hauptteils und der Leitung durch die Ringhüise abgesperrt, eine Strömung zwischen der Leitung und dem Inneren der Manschette jedoch freigegeben ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in folgender Weise gearbeitet: Sobald ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die Bohrarbeiten gestoppt, der cbs Bohrgestänge umschließende Ringraum wird nahe dem Bohrlochmund abgeschlossen, und die Leitung im Hauptteil wird mittels des ersten Systems geschiossen. Daraufhin wird Fluid durch das Bohrgestänge nach unten gepumpt, um den Packer aufzuweiten und an die Bohrlochwand anzupressen, so daß der das Bohrgestänge umschließende Ringraum auch in Höhe der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeschlossen wird. Darauf wird nach Beendigung des Niederpumpens von Fluid das Bohrgestänge gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Packer verstellt, um das /weite VcnülsvMem /u betätigen und dadurch die Verbindung /wischen der Außenseite des Hatiptieils und der durch den Haupueil geführten Leitung herzustellen, wobei die betreffende Ringhülse diese Verbindung aufsteuert. Nunmehr wird der Bohrlochringraum nahe dem Bohrlochmund geöffnet und ein Fluid anderer Zusammensetzung durch das Bohrgestänge gepumpt, wobei das alte Fluid mit einer für die Bekämpfung des beginnenden Gasausbruchs nicht geeigneten Zusammensetzung verdrängt wird. Schließlich wird das Bohrgestänge gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Pakker zurückverstellt, um das zweite System zu betätigen und dabei die Verbindung zwischen der Leitung und der Außenseite des Hauptteils zu unterbrechen und das Innere des Packers bzw. seiner Manschette mit der Leitung zu verbinden, so daß diese sich zusammenzieht und den Bohrlochringraum in Höhe des Hauptteils wieder freigibt. Nunmehr kann die normale Arbeit wieder aufgenommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen.

!■' i g. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausbildungsform der in Fig. I dargestellten Vorrichtung.

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausbildungsform einer Vorrichtung nach der Krfindung /um Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen im Zustand beim Bohren des Bohrloches,

Fig.4 eine Fig.3 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar nach Feststellen eines beginnenden Gasausb-uches,

Fig.5 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar vor dem Vergrößern des Packers,

F i g. 6 eine F i g. 3 ähnliche Darstellung bei vergrößertem Packer,

F i g. 7 eine F i g. 3 ähnliche Darstellung im Zustand beim Umwälzen einer Bohrspülung mit höherem spezij5 fischen Gewicht (Dichte) als die anfänglich benutzte Bohrspülung,

Fig. 8 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung im Zustand während der Verkleinerung des Packers und vor Wiederaufnahme der Bohrarbeiten,

F i g. 9 einen Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausbildungsform der Vorrichtung nach der Erfindung im Zustand beim Bohren des Bohrloches.

Fig. 10 eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar nach Feststellen eines beginnenden Gasausbruches,

Fig. Il eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar vor dem Vergrößern des Packers,

Fig. 12 eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand während des Vergrößerns des Packers. F i g. 13 eine F i g. 9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar vor dem Umwälzen einer Bohrspülung mit höherem spezifischem Gewicht (Dichte) als die anfänglich benutzte Bohrspülung, und

Fig. 14 eine Fig.9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar vor dem Verkleinern des Packers.

Die in Fig.! gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen eines beginnenden Gasausbruches weist ein Vorrichtungs-Hauptteil 1 von überwiegender Längsausdehnung auf. das von einer in Längsrichtung sich erstrekbo kenden Miltelleitung 2 durchsetzt ist. Das obere Ende des Vnrriehiungs-Hauptteils I ist mit einer Koppelungsviirrichtung Λ versehen, mil der sich das Vorrichlungs-Hauptteil mit (nicht ge/eichncteir.) rohrförmigen! Arbeitsgerät zum Bohren eines Bohrloches verbinden läßL Dieses Arbeitsgerät kann ein Bohrgestänge mit einer daran angeschlossenen Schwerstange sein.

Rings um das Vorrichtungs-Hauptteil 1 ist ein Packer 4 mit zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Haupt-

teils versehicblichen Kinghiilscn 5 und h iingeurdiict. Dc Packer ist vergrößerbar, um den ringförmigen Kaum abzuschließen, der dns Vorrichlungs-Miiupttcil I umgibt, wenn dieses hangend in einem Bohrloch angeordnet ist. Dieses Absperren des ringförmigen Kaumes (Bohrloch-Ringraumcs) laßt sich durch Ausweiten einer elastischen, ringförmigen Manschette 7 erzielen, die an ih'vn linden mit ilen Ringhülsen 5 und 6 verbunden ist. Die Ringliülsc 5 gleitet an einem Teil 8 des Voiriehüings-Hauptteils 1. Der Durchmesser dieses Teils 8 ist kleiner als der eines Teils 9 des Vorrich'ungs-Hauptteils I. an dem die verschiebliche Ringhülse 6 abgestützt ist. Da die Ringhülse 5 einen größeren Querschnitt aufweist als die Rinphülsc 6, wird sie stets nach oben gedrängt, wenn der Packer 4 durch Einleiten von unter Druck stehendem Fluid durch eine in der Wand des Vorrichtungs-Huupltcils 1 ausgebildete Bohrung 10 vergrößert wird. Auf diese Weise bleibt über die Bohrung 10 die Verbindung zwischen der Höhlung des Packers 4 und der Mittelleitung 2 während des Vergrößerns des Pakkers 4 aufrechterhalten. In normalen Betriebszusländen liegt der Packer 4 mit seiner Ringhülse 6 an einer Schulter 11 des Vorrichtungs-Hauptteils 1 an. Bei Vergrößern des Packers 4 verschiebt sich die Ringhülse 6 nach oben.

Sobald der Packer 4 vergrößert und dessen elastische Manschette 7 an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand angepreßt ist. kann das Vorrichtungs-Hauptteil 1 gegenüber dem Packer 4 verstellt werden. Bei Anheben des Vorrichtungs-Hauptteils 1 bleibt der Packer 4 auf dem Niveau gehalten, auf dem es im Bohrloch festgesetzt ist. r^;e Bohrung 10 wird an der Ringhülse 5 vorbeigeführt, bis sie eine Verbindung zwischen der Umgebung des Vorrichiungs-Hauptteils 1 und der Mittelleitung 2 herstellt. Ringhülse 5 und Bohrung 10 bilden auf diese Weise ein Ventilsystem, das nachstehend als zweites Ventilsystem 12 bezeichnet ist.

Das untere Ende des Vorrichtungs-Hauptteils I tragt ein teleskopartig verschiebbares Teil (Teleskop-Teil) 13 mit einem Keil 14, einer Keilnut 15 und einer Hülse 16. Das untere Ende der Hülse 16, obgleich in einem Stück mit einer Bohrkrone (Bohrmeißel) 17 gezeichnet, ist normalerweise von dieser getrennt ausgebildet und mit einer entsprechenden Kopplungsvorrichtung mit der Bohrkrone 17 verbunden. Im Sinne der speziellen Beschreibung und der Patentansprüche wird der Bohrmeißel 17 als Teil des rohrförmigen Arbeitsgerätes verstanden, das in einem Bohrloch hängend angeordnet werden kann. Der Keil 14 und die Keilnut 15 bilden eine Drehmoment-Clbertragungsvorriehtung zum Übertragen des Bohrdrehmomentes vom Vorrichtungs-Hauptteil 1 auf den Bohrmeißel 17.

Ein erstes Ventilsystem weist ein mit einem Sitz 19 zusammenwirkendes erstes Verschlußglied 18 und ein nach Art eines Rückschlagventils arbeitendes (selbstsperrendes) zweites Verschlußglied 20 auf, das mit einem am unteren Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 1 ausgebildeten Sitz 21 zusammenwirkt. In seiner Ruhestellung ist das Verschlußglied 20 von einer mit dem Vorrichtungs-Hauptteil 1 verbundenen Abstützung 22 in einem vorbestimmten Abstand vom Sitz 21 gehalten. Durch eine im Verschlußglied 20 ausgebildete Aussparung 24 ist eine Stange 23 hindurchgesteckt, die das erste Verschlußglied 18 mit der Hülse 16 des Teleskop-Verbindungsteils 13 verbindet

Das untere Ende der Hülse 16 weist öffnungen 25 auf. mit denen sich ein Strom von Bohrfluid (Bohrspülung) von der Innenseite der Hülse 16 zum Bohrmeißel 17 führen läßt. Diese öffnungen können von den Düsenöffluingeii des Hohnneil.lels 17 gebildet sein.

Ils wird nun die Arbeitsweise der in F i g. I dargestcll ten Vorrichtung /um Bekämpfen beginnender Gasausbrüche beschrieben.

■> Während der Uohrarbeit ist die in F i g. I gezeigte Vorrichtung /um Bekämpfen von beginnenden Gasausbriichcn mit einem an sich bekannten rohrförmigen b/w. aus Ruinen /usanimcngcset/lcn Arbeitsgerät /ui· Herstellung von Bohrlöchern, wie ι. B. einem Hohrgr ίο stange mit Schwerstange in einem Bohrloch hängend angeordnet. Das Teleskop-Verbindungsteil 13 und der Packer 4 nehmen dabei die in Fig. I gezeichnete Stellung ein. Obgleich ein Druckunterschied besteht zwischen dem Fluid in der Mittelleitung 2 und dem Fluid in dem außerhalb des Vorrichtungs-Hauptteils 1 hegenden Raum, widersteht die elastische, ringförmige Manschette 7 des Packers 4 infolge ihrer ausreichenden Steifigkeit diesem Druckunterschied und behält ihre im wesentlichen ringförmige Gestalt bei. Das von (nicht gezeichneten) Pumpen zum Bohrmeißel 17 geförderte Bohrfluid strömt durch die Miltelleitung 2, zwischen dem Versschlußglied 18 und dem Sitz 19, zwischen dem Verschlußglied 20 und dem Sitz und durch die öffnungen 25.

Sobald ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die der Mittelleitung 2 Fluid liefernden Pumpen abgeschaltet, und das (nicht gezeichnete) Bohrgestänge, an das das Vorrichtungs-Hauptteil 1 angeschlossen ist, wird hochgehoben. Der das Bohrgestänge umschließende Bohrloch-Ringraum wird am Bohrlochmund mit (nicht gezeichneten) an sich bekannten Bohrloch-Absperrungsvorrichtungen (Prevcntern) verschlossen. Da der Druck im Bohrloch größer ist als der Druck in der Hülse 16. bleibt das Teleskop-Verbinj5 dungsteil 13 in der gezeichneten eingefahrenen Stellung. Durch Anschließen des oberen Endes des Bohrgestänges an atmosphärischen Druck beginnt Fluid aus dem Bohrloch durch die öffnungen 25 am Verschlußglied 20 und Sitz 21 vorbei in die Mittelleitung 2 zu strömen. Dadurch wird am Verschlußglied 20 ein Druckunterschied erzeugt, so daß das Verschlußglied 20 sich gegen seinen Sitz 21 bewegt und den Zugang zur Mittelleitung 2 absperrt. Sobald die Strömung aufhört, hat sich ein Druckgleichgewicht zwischen der Innen- und Außenseite der Hülse 16 hergestellt, die sich demzufolge unter der Wirkung ihres eigenen Gewichtes nach unten bewegt und dadurch das Teleskop-Verbindungsteil 13 ausfährt. Gleichzeitig wird das Verschlußglied 18 in seinen Sitz 19 gezogen und bleibt in dieser Stellung, wenn nachfolgend durch Wiedereinschalten der Pumpen Fluid in das Innere der Mittelleitung 2 gefördert wird. Sodann wird der Pumpendruck so weit verstärkt, daß der Packer 4 vergrößert und an die Bohrlochwand angepreßt wird. Die Ringhülse 5 bleibt während der Vergrößerung an ihrem Platz, und die Bohrung 10 bleibt geöffnet. Die Ringhüise 6 ist nach oben verstellt. Da der Packer 4 gegen die Bohrlochwand festgesetzt ist, können das Bohrgestänge und das Vorrichtungs-Hauptteil 1 anschließend gegenüber dem Packer 4 nach oben verstellt werden, um die Bohrung 10 des ersten Ventilsystems 12 in einer oberhalb der zu diesem Ventilsystem gehörenden Ringhülse 5 liegenden Stellung anzuordnen. Das unter hohem Druck stehende Fluid strömt dann aus der Mittelleitung 2 durch die Bohrung 10 in den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 4. Durch Öffnen der Preventer im oberen Teil des Bohrloch-Ringraumes kann über das Bohrgestänge und den Bohrloch-Ringraum Spülung umgewälzt wer-

den. Durch Erhöhen des spezifischen Gewichts (Dichte) des Fluides, das in diesen Bohrloch-Ringraum eingeleitet wird und dadurch das Fluid mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht (Dichte) verdrängt, wird der hydrostatische Druck oberhalb des Packers 4 verstärkt. Sobald der hydrostatische Druck einen Wert erreicht, der ausreicht, um den unterhalb des Packers 4 herrschenden Druck des beginnenden Gasausbruchs niederzuhauen, wird das Umwälzen von Fluid gestoppt, und das Bohrgestänge wird abgesenkt, um die Bohrung 10 in die in F i g. 1 gezeichnete Stellung zu bringen. Der Packer 4 wird dadurch verkleinert. Weiteres Absenken des Bohrgestänges bewirkt das Einfahren des Teleskop-Verbindungsteils 13, sobald der Bohrmeißel 17 am Bohrlochtiefsten aufsitzt. Das Verschlußglied 18 wird daher von seinem Sitz 19 gelöst, und die Bohrarbeiten können wiederaufgenommen werden. Es leuchtet ein, daß die Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gausausbrüchen erneut betriebsbereit ist.

Wo notwendig, können Dichtungen angeordnet sein, um Fluidströmung zwischen Stellen verschiedenen Druckes zu verhindern. Insbesondere sind derartige Dichtungen zwischen den Ringhülsen 5 bzw. 6 und den Flächen 8 bzw. 9 angeordnet.

Die Verschlußglieder 18 und 20 können mit einer anderen als in der Zeichnung gezeigten Gestalt ausgebildet sein. Bei Bedarf kann das Verschlußglied 20 weggelassen sein. Das Ausfahren des Teleskop-Vcrbindungsteils geschieht dann durch Anheben des Bohrgestänges, nachdem der Durchgang durch das Bohrgestänge und durch den dieses umschließenden Bohrloch-Ringraum im Bereich des Bohrlochmundes abgesperrt wurde.

Durch Ausbilden eines (nicht gezeichneten) Kanals von kleinem Querschnitt durch das Verschlußglied 18 läßt sich der unterhalb des vergrößerten Packers herrschende Druck messen. Dies erlaubt eine exakte Berechnung des spezifischen Gewichts (Dichte) des Fluids, Ö35 zur Sskänr^fun" de*i beginnenden Gsssusöruches in das Bohrloch eingeleitet werden soll.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Werkzeug weist die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen kein Teleskop- Verbindungsteil auf, ist daher billiger und im Betrieb im Bohrloch weniger störanfällig. Das Vorrichtungs-Hauptteil 31 weist eine Leitung 32 sowie eine Koppelungsvorrichtung 33 auf, mit der es sich an ein (nicht gezeichnetes) rohrförmiges bzw. aus Rohren zusammengesetztes Arbeitsgerät zur Ausführung von Arbeiten in einem Loch verbinden läßt. Da das Vorrichtungs-Hauptteil 31 einen Bohrmeißel 34 trägt, handelt es sich bei den vorzunehmenden Arbeiten um Bohrarbeiten und das rohrförmige Arbeitsgerät ist ein Bohrgestänge. Der Anschluß des Bohrmeißels 34 an das untere Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 31 ist mit einer (nicht chend steif, um den Packer 35 in der gezeichneten Stellung zu halten.

Das Vorriclitungs-Hauptteil 31 trägt ein erstes Ventilsystem 42 und ein zweites Ventilsystem 43. Zum zweiten Ventilsystem 43 gehören drei Bauteile, nämlich die Hülse 36, eine Bohrung 44 und eine Innenhülse 45, die sich über eine Stange 46 am ersten Ventilsystem 42 abstützt.

An das erste Verschlußglied des ersten Ventilsystems ίο 42, das von einem selbstsperrenden Verschlußglied 47 gebildet ist, ist eine Puffervorrichtung angeschlossen, welche aus einem mit öl gefüllten Zylinder 48 und einem mit dem Verschlußglied 47 verbundenen Kolben 49 zusammengesetzt ist. Durch den Kolben 49 hindurch ist eine Bohrung 50 mit kleinem Durchmesser ausgebildet. Das untere Ende des Verschlußgliedes 47 weist eine öffnung 51 auf, deren Größe so gewählt ist, daß, w;nn eine nach oben gerichtete Fluidströmung durch diese öffnung geht, an beiden Seiten des Verschlußgliedes 47 2-, ein Druckunterschied erzeugt wird. Dieser Druckunterschied ist ausreichend groß, um das VerschluUglicd 47 gegen die Wirkung einer Feder 53 nach oben zur Abdichtung am unteren Ende eines zweiten Verschlußgliedcs 54 des ersten Ventilsystcms 42 zu verstellen. Das Verschlußglied 54 ist über die Stange 46 mit der Innenhülse 45 des zweiten Ventilsystems 43 verbunden.

Die öffnung 51 steht über einen Raum 52 mit einer öffnung 53.4 im unteren Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 31 in Verbindung. Diese öffnung 53/4 kann auch jo durch die Strahldüse oder Strahldüsen des Bohrmeißels 34 gebildet sein.

1st die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung (Werkzeug) an einem rohrförmigen Bohrgerät angehängt in einem Bohrloch angeordnet, besteht für von (nicht gezeichneten) Pumpen gefördertes Bohrfluid ein von Hindernissen freier Durchlaß über das Bohrgestänge und die Schwerstange zum Vorrichtungs-Hauptteil 31. in welchem es entlang der Leitung 32.. durch das Innere der Innenhülse 45, den das zweite Verschlußglied 54 umgebenden Raum, den Durchlaß zwischen dem ersten Verschlußglied 47 und dem zweiten Verschlußglied 54, weiter durch einen Innenraum 55 des ersten Verschlußgliedes 47. die öffnung 51, den Raum 52 und durch die Öffnung 53,4 zum Bohrmeißel 34 strömt. Sobald ein beginnender Gasausbruch im Bohrloch festgestellt wird, werden die Pumpen abgeschaltet und ein (nicht gezeichneter) Preventer zum Absperren des das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraumes am Bohrlochmund beiätigt. Danach wird das obere Ende des Bohrgestänges geöffnet, wodurch sich eine nach oben gerichtete Fluidströmung durch die öffnung 53/4, den Raum 52, die Öffnung 51 und durch den Innenraum 55 des Verschlußgliedes 47 ergibt. Diese Strömung erzeugt einen Druckunterschied am Verschluß-

gezeichneten) zweckdienlichen Koppelungsvorrichtung 55 glied 47, das sich daher nach oben bewegt und am Auhergestellt. Wie bei der in F i g. 1 dargestellten Ausbil- ßenumfang des Verschlußgliedes 54 absperrt. Die Ver-

dungsform weist das Werkzeug (Vorrichtung) entsprechend F i g. 2 einen Packer 35 mit zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils 31 verschieblichen Ringhülsen 36 und 37 sowie mit einer auswcilbarcn elastischen, ringförmigen Manschette 38 auf. Die Ringhülse 36 ist im Querschnitt größer ausgeführt als die Ringhülse 37 und ruht an einem Teil 39 des Vorrichtungs-Hauptteils 31 auf, dessen Querschnitt kleiner ist als der eines Teils 40 des Vorrichtungs-Hauptteils 3J. Die untere Ringhülse 37 stützt sich an einer Schulter 41 des Vorrichtungs-Hauptteils31 ab.

Die elastische ringförmige Manschette 38 ist ausrei-Stellgeschwindigkeit des Verschlußgliedes 47 ist u.a. durch die Puffervorrichtung 48,49,50 gesteuert Danach werden die Pumpen erneut eingeschaltet und

M> der Druck in der Leitung 32 erhöht, so daß sich eine Verstellung des ersten Veniilsysicm.s 42 nach unten or gibt. Während dieser Abwärtsstcliung versucht die Feder 53, die beiden Verschlußglieder 47 und 54 auseinander zu drängen. Da ihr jedoch die Puffervorrichtung 48, 49, 50 entgegenwirkt, bleibt das Verschluiigüed 54 in abdichtender Stellung am Vcrschlußglied 47, bis dieses wieder die in Fig. 2 gezeichnete Stellung einnimmt. Da der Pumpendruck oberhalb des ersten Ventilsystems

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höhe: ist als der Druck des beginnenden Gasausbruchs im Bohrloch, bleiben die Verschiußglieder 54 und 47 in gegenseitiger Anlage und sperren den Durchgang durch die Leitung 32 ab.

Die Abwärtsverstellung der Verschlußglieder 54 betätigt das zweite Ventilsystem 43 durch das Verschieben der Innenhülse 45, wobei die Bohrung 44 freigelegt wird. Diese stellt dann eine Verbindung her zwischen der Leitung 32 und der Höhlung des Packers 35, so daß dieser durch das unter hohem Druck in die Bohrung 44 eindringende Fluid vergrößert wird. Sobald der Packer 35 gegen die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand festgesetzt ist, wird das Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung 44 zum Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 35 hin zu öffnen. Dis unter hohem Druck stehende Fluid strömt dann in diesen Bohrloch-Ringraum. Durch öffnen des Preventers am Bohrlochmund kann das Fluid in diesem Ringraum von einem Fluid verdrängt werden, dessen spezifisches Gewicht (Dichte) größer ist als das dieses Ventilsystems abzudichten. Danach wird der Druck in der Leitung 32 rasch erhöht, um das erste Ventilsystem 42 nach unten zu verschieben, ohne daß die Feder 53 die beiden Verschlußglieder 47 und 54 voneinander weg bewegen kann. Dadurch wird erneut die Verbindung zwischen der Bohrung 44 und der Leitung 32 hergestellt. Es kann nun der zuvor beschriebene Fluidumlauf durchgeführt werden.
Anstelle einer einzigen Bohrung 44 (Fig. 2) können

ίο zwei Bohrungen vorgesehen sein, wobei die erste die Leitung 32 mit dem Bohrloch-Ringraum oberhalb des vergrößerten Packers 35, die zweite die Leitung 32 mit der Höhlung des Packers 35 verbindet. Die Hülse 36 sperrt in ihrer oberen Endstellung die zweite Bohrung, in ihrer unteren Endstellung die erste Bohrung ab. Die innenhülse 45 wirkt nur mit der zweiten Bohrung zusammen.

Die Puffervorrichtung zum Steuern der Verstellgeschwindigkeit des ersten Verschlußgliedes 47 des ersten

des anfänglich in diesem Kingraum vorhandenen Fluids. 20 Ventiisysieiiüi 42 kanu auch ^.wischen dem ersten Vcr-Das Fluid hoher Dichte wird von den (nicht gezeichne- Schlußglied 47 und dem zweiten Verschlußglied 54 die-

ten) Pumpen in das Innere des Bohrgestänges gefördert. Sobald der hydrostatische Druck oberhalb des Packers 35 ausreichend erhöht ist, wird das Bohrgestänge erneut abgesenkt, um die Verbindung zwischen der Bohrung 44 und der Höhlung des Packers 35 und der Leitung 32 herzustellen. Durch allmähliches Verringern des Fluiddruckes in der Leitung 32 wird der Packer 35 verkleinert, und sobald der Ausgleich zwischen dem Druck oberhalb des geschlossenen ernten Ventilsystems 42 und dem Druck im Bohrloch hergestellt ist, bewegen sich die beiden Verschlußglieder 47 und 54 dieses Ventilsystems 42 unter der Wirkung der Feder 53 voneinander weg und gehen den Durchgang durch die Leitung 32 erneut frei. Danach können die Arbeiten, die bei Feststellung des beginnenden Gasausbruchs unterbrochen wurden, im Bohrloch wieder aufgenommen werden.

Bei Bedarf kann das zweite Ventiisysteni 43 inii einer Entlastungsleitung versehen sein, um die Höhlung des ses Ventilsystems angeordnet sein. Diese Puffervorrichtung braucht nur zu arbeiten, wenn sich das erste Ventilsystem 42 nach unten verschiebt. Zum Verbinden der beiden Teile des Zylinders 48 kann daher ein (nicht gezeichneter) Kanal vorgesehen sein, dessen Querschnitt größer ist als der der Bohrung 50 im Kolben 49 der Puffervorrichtung. In diesen Kanal ist ein (nicht gezeichnetes) Rückschlagventil eingebaut, das nur diesen Kanal verschließt, wenn das erste Ventilsystem 42 nach unten geht.

Zum Verriegeln des zweiten Verschlußgliedes 54 des ersten Ventilsystems 42 in der Schließstellung kann zwischen diesem Verschlußglied oder zwischen einem Verlängerungsstück dieses Verschlußgliedes und dem Vorrichtungs-Hauptteil 1 ein Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet sein, das in der Zeichnung jedoch nicht gezeigt ist. Der Zylinder ist über eine (nicht gezeichnete)

Bohrung mit dem Raum unterhalb des vergrößerten Packers 35 in der in F i g. 2 gezeichneten Stellung der 40 Packers 35 verbunden, wobei der Zugang zu dieser Boh-Innenhülse 45 an einer oberhalb des Packers liegenden rung durch die Stellung der Ringhülse 37 gesteuert ist. Stelle zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 31 Durch Verstellen des Bohrgestänges gegenüber dem hin zu entlasten. vergrößerten Packer kann das Fluid im Innern des Zy-

Während des Betriebes der in Fig.2 dargestellten linders eingeschlossen und auf diese Weise i>s zweite Vorrichtung bei der Bekämpfung eines beginnenden 45 Verschlußglied 54 in seiner Schließstellung verriegelt Gasausbruchs in der vorbeschriebenen Weise läßt sich
im vergrößerten Zustand des Packers der Druck des
beginnenden Gasausbruchs messen. Hierzu wird das
Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung 44 in eine
Stellung oberhalb der Ringhülse 36 zu bringen, und 50
dann der Druck in der Leitung 32 allmählich verringert,
bis ein konstanter Druck erreicht ist. Dieser ist der
Druck des beginnenden Gasausbruchs. Hiervon ausgehend kann die erforderliche Dichte des Fluids berechnet
werden, das zur Bekämpfung des beginnenden Gasaus- 55 (Raumes) 52 gleich gemacht werden. Diese Art von Verbruchs im Umlauf in den Bohrloch-Ringraum oberhalb riegelungssystem wird auch weiter unten im Zusamdes Packers geleitet werden muß.

Infolge dieses allmählichen Druckabbaues in der Lei-

werden.

Ein dem im vorstehenden Abschnitt beschriebenen Verriegelungssystem ähnliches kann für das erste Verschlußglied 47 des ersten Ventilsystems 42 vorgesehen werden. Der Zylinder dieses (nicht gezeichneten) Verriegelungssystems kann den Schließvorgang des ersten Verschlußgliedes 47 unterstützen, was bedeutet, daß der Querschnitt der Bohrung 51 erweitert werden kann. Dieser Querschnitt kann sogar mit dem des Durchlasses

tung 32 hat sich das erste Ventilsystem 42 gecifnet. Dieses Ventilsystem muß erneut geschlossen werden, um zum Verdrängen des im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers befindlichen Fluides mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht (Dichte) Fluidumlauf zu ermöglichen. Hierzu wird das Bohrgestänge an seinem menhang mit der in F i g. 9 dargestellten Ausbildungsform beschrieben.

Die Ringhülsen der gezeigten Packer 4 und 35 weisen beide Dichtglieder auf, um den Druck, bei dem der Pakker vergrößert wird, aufrechtzuerhalten, sobald das Bohrgestänge gegenüber dem Packer verstellt und die Verbindung zwischen der in Längsrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil gehenden Leitung und der

oberen Ende so weit geöffnet, daß in der Leitung 32 eine 65 Höhlung des Packers unterbrochen wird, aufwärts gerichtete Strömung erzeugt wird. Diese ver- Weist das in F i g. 2 dargestellte Werkzeug (Vorrich-

stellt das erste Verschlußglied 47 des ersten Ventilsystems 42 nach oben, um am zweiten Verschlußglied tung) anstelle einer einzigen Bohrung 44 zwei Bohrungen auf, deren Arbeitsweise weiter oben beuchrieben

wurde, und ist weiterhin ein mit dem ersten Verschlußglied 47 des ersten Ventilsystems 42 zusammenwirkendes Verriegelungssystem mit einem Zylinder-Kolben-Aggregat vorgesehen, dessen Arbeitsweise ebenfalls schon beschrieben wurde, mu3 das Zusammenwirken zwischen dem Packer und dem Vorrichtungs-Hauptteil über ein Stift-Schlitz-System erfolgen, mit dem der Pakker im vergrößerten Zustand in drei verschiedenen Stellungen gegenüber dem Vorrichtungs-Hauptteil angeschriebener Weise über eine Stange 115 am ersten Ventilsystem 112 abstützt. Das Verschlußglied Ii4 ist in zwei EndsteUungen verstellbar. In seiner oberen Endstellung liegt es an einer Schulter 116 eines Teil des Vorrichtungs-Hauptteils 101 bildenden Ventilgehäuses 117 an, während es in der unteren Endstellung an einer Schulter 118 des Ventilgehäuses 117 aufruht. Eine sich mit einem Ende an einer Führung 120 für die Stange 115 abstützende Feder 119 drängt das Verschiußglied 114 in

ordnet werden kann. Dabei verschließt die Teil des io die obere Endstellung. Die Führung 120 bildet Teil des

zweiten Ventilsystems bildende Ringhülse in der ersten und in der zweiten Stellung die Verbindung zwischen der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils und der durch dieses führenden Leitung, in der zweiten und dritten Stellung die Verbindung zwischen der genannten Leitung und der Höhlung des Packers, und die andere Ringhülse sperrt in der dritten Stellung den Zugang zu der Bohrung ab, die von der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils zum Zylinder-Kolben-Aggregat des ersten Verschlußgliede?; des ersten Ventilsystems führt. Die Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen in der in F i g. 3 bis 8 dargestellten Ausbildungsform ist an zweckentsprechender Stelle eines rohrförmigen bzw. aus Rohren zusammengesetzten Ar-Ventilgehäuses 117.

Ein zwischen zwei Teilen 114Λ und 114S des Verschlußgliedes 114 liegender ringförmiger Raum 121 ist in der oberen Endstellung des Verschlußgliedes 114 über die Bohrung 110 an die Höhung des Packers 104 und über eine Leitung 121A an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 101 angeschlossen. In der in F i g. 5 gezeichneten unteren Endstellung des Verschlußgliedes 114 steht die Höhlung des Packers 104 über die Bohrung 110 mit der Leitung 102 in Verbindung, während die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 101 über die Leitung 121A an den ringförmigen Raum 121 des Verschlußgliedes 114 angeschlossen bleibt Das untere Ende der Stange 115 ist an das erste Ven-

beitsgerätes zum Bohren eines Loches in die unter der 25 tilsystem 112 angeschlossen. Dieses weist ein erstes VerErdoberfläche liegende Bodenformation angeordnet Schlußglied 122 und ein mit der Stange 115 verbundenes Sowohl am oberen als auch am unteren Teil eines Vorrichtungs-Hauptteils 101 von überwiegender Längsaus

dehnung sind (nicht gezeichnete) Koppelungsvorrichzweites Verschlußglied 123 auf. Das erste Verschlußglied 122 ist in zwei EndsteUungen verstellbar. In seiner in F i g. 3 gezeichneten unteren Stellung liegt an einer an

tungen zum Verbinden des Vorrichtungs-Hauptteils mit 30 der Innenwand der durch das Vorrichtungs-Hauptteil

dem erwähnten Arbeitsgerät vorgesehen. Das Arbeitsgerät kann ein Bohrgestänge mit einer daran angeschlossenen Schwerstange sein.

Das Vorrichtungs-Hauptteil 101 ist von einer in Längsrichtung sich erstreckenden Leitung 102 durch- J5 setzt (F ig. 3).

Das Vorrichtungs-Hauptteil 101 ist von einem Packer 104 umschlossen, der zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils 101 verschiebliche Ringhülsen 105 und 106 aufweist und vergrößerbar ist. um bei hängender Anordnung des Vorrichtungs-Hauptteils 101 in einem Bohrloch den das Hauptteil 101 umschließenden Bohrloch-Ringraum abzusperren. Dieses Absperren kann durch Aufweiten einer elastischen, ringförmigen 101 führenden Leitung 102 ausgebildeten Schulter 124 an. während es in seiner in F i g. 4 gezeichneten oberen Endstcllung an einer am Gehäuse 117 des zweiten Ventilsystcms 113 ausgebildeten Schulter 125 aufruht.

Das erste Verschiußglied 122 des ersten Vcntilsystems 112 ist von einer Feder 126 in seine untere Endstellung gedrängt. Diese Feder ist in einem mit öl gefüllten Zylinder 127 angeordnet, der zusammen mit einem am ersten Verschlußglied 122 angebrachten Kolben 128 eine Puffervorrichtung bildet Der Kolben 128 ist von einer oder mehreren, im Durchmesser kleinen Bohrungen 129 durchsetzt.

Außerdem ist am ersten Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112 ein Zylinder-Kolben-Aggregat

Manschette 107 erfolgen, die mit ihren Enden an die 45 130, 131 angeordnet. Der Zylinder 130 steht über eine

Ringhülsen 105 und 106 angeschlossen ist. Die Ringhülse 105 ist an einem Teil 108 des Vorrichtungs-Hauptteils 101 verschiebbar, dessen Durchmesser kleiner ist als der eines Teiles 109 des Hauptteils 101, an welche, sich die Ringhülse 106 verschieblich abstützt. Da die Querschnittsfläche der Ringhüise 105 größer ist als die der Ringhüise 106, wird die Ringhülse 105 während der Vergrößerung des Packers 104 durch Einleiten unter Druck s;ehenden Fluids über eine in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils 101 ausgebildete Bohrung 110 stets nach oben gedrängt. Auf diese Weise wird während des Vergrößerns des Packers 104 die Verbindung zwischen der Bohrung 110 und der Höhlung des Packers 104 aufrechterhalten. In normalen Betriebszuständen liegt der Packer 104 mit seiner Ringhülse 106 an einer Schulter wi 111 des Vorrichtungs-Hauptteils 101 an. Durch die Vergrößerung des Packers 104 wird die Ringhülse 106 nach oben verstellt.

Das Vorriehlungs-Haupucil 101 trägt ein erstes Vcntilsystem 112 und ein /weites Vcntilsystem 113. h-

/um /weiten Vcniilsysicm 113 gehören drei Bauteile, nämlich die Ringhülse 105, die Bohrung 110 und ein Vri schluLlglieil 114, iliis sii'h in unchMeheiul niiher he Bohrung 132 mit einer Höhlung 133 des Packers 104 in Verbindung.

Durch da» erste Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112'geht ein mittig angeordneter Durchlaß hindurch. Dieses erste Verschlußglied 122 arbeitet nach Art eines Rückschlagventils und läßt sich durch Umschalten der Strömung in eine Richtung schließen, die der von Pfeilen angegebenen Strömungsrichtung des Bohrfluides während der Bohrarbeilen entgegengerichtet ist. Diese Strömung in der Gegenrichtung erzeugt an den Strahldüsen eines (nicht gezeichneten) Bohrmeißels einen Druckunterschied. Da der unterhalb des Kolbens 131 liegende Zylinderraum 130 über die Bohrung 132. die Höhlung 133 des Packers 104, die Bohrung 110, den Raum 121 und die Leitung 12M an die Außenseite des Vorriohiungs-Hauptlcils 101 angeschlossen ist, besieht dieser Druckunterschied ebenfalls am Kolben 131. und die daraus resultierende Krafl verschiebt das VorschlulJglied 122 in eine Stellung, in der dieses am VcrsehluUglied 123 anliegt. Diese Verschiebung des Verschluüglicdes 122 in die Schließstellung wird durch der Druckunterschied begünstigt, der erzeugt wird, wenn die Strömung um Vcrschliillglial 122 durch ilen 1 lurch-

laß 134 in diesem VerschlußgUed geleitet ist.

Das erste VcrschluBglicd 122 des ersten Vcniilsysiciiis 112 vermag mil dem /weilen Vcru'tiliiBglicd I2i tU-s kIcu-Iicii SyMcius /iisanuiicii/uwiikcii. um ilen l'Jiii.liKiiiiK »liirili du· !.rilling 102 in ili-i in Ι·*ι κ 4 μι· /Γΐ'Ίιιΐι-Ιι-Μ Sli-lliiiij; ah/.u%prnvii. '/.wischen ilen null-in ■Hitler in ΙΙι-πΐΙιπιιιμ kommenden IVilcii der beulen VorscMiilfglktlcr 122 und IZl sind (nicht ge/eiihnclc) Diehlglieder angeordnet

Druck des beginnenden Gasausbruches im Bohrloch, bleiben die VerschluBglieder 122 und 123 in Anlage anciniindcruml sperren die Leitung 102 :ih.

Dir Vitm-Iiii-Iiiiiik des VrrvlilnllKlietlcN 121 uiu-li im irii Ικ·ΐίΐιΐ£ΐ ι!:ι\ /weile VciiliNvMrin 111 durch VcTMi'l Ιι·ιι lies VrrschluUitlirtlrs I H. iliis lllu-i «lic SluiiKr II¹S mil ilciti VervliluÜKlifd 121 ilc«. crMcii VeiUiKysicms 112 verbunden Lsi Der/.UHiing /in Hohlinij: I HJiM ilnim geöffnet, und Fluid unter einem höheren als dem Druck

h k d

g g g

Die Relativstellung zwischen den das erste Verstellsy- io des beginnenden Gasausbruchs im Bohrloch kann dann stern 112 bildenden Verschlußgliedern 122 und 123 läßt in die Höhlung 133 des Packers 104 und in den Zylinder

130 unterhalb des am Verschlußglied 122 des ersten

sich in nachfolgend näher beschriebener Weise während der Verstellung dieser Verschlußglieder in eine Stellung, in welcher das erste Verschlußglied 122 sich in seiner unteren Endstellung befindet beibehalten (F i g. 5).

Wo erforderlich können Dichtglieder angeordnet sein, um Fluidströmung zwischen Stellen verschiedenen Druckes zu verhindern. Insbesondere sind Dichtglieder zwischen den Ringhülsen 105 bzw. 106 und den Flächen 108 bzw. 109 angeordnet

Es folgt nun die Beschreibung der Arbeitsweise der in F i g. 3 bis 8 dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen.

Ist das Werkzeug (Vorrichtung) in der in F i g. 3 gezeichneten Stellung hängend in einem Bohrloch angedi fi Dh

Ventilsystems 112 angebrachten Kolbens 131 eindringen, wie mit Pfeilen in Fi g. 5 angegeben. Dies führt zur Vergrößerung des Packers 104. der dadurch mit Abdichtung an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand angepreßt wird. Sobald der Packer 104 vergrößert ir.. J gegen die Bohrlochwand festgesetzt ist (F i g. 6), wird das Bohrgestänge angehoben, um das Vorrichtungs-Hauptteil 101 gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Packer so zu verstellen, daß die Bohrung 110 gegenüber dem Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 freigelegt wird (F i g. 7). Anschließend werden die Pumpen abgeschaltet
Während der Verstellung des Vorrichtungs-Haupt-

ordnet, besteht ein von Hindernissen freier Durchgang teils 101 gegenüber dem an die Bohrlochwand angefür von (nicht gezeichneten) Pumpen gefördertes Bohr- preßten Packer 104 wird das in der Höhlung 133 des fluid durch das (nicht gezeichnete) Bohrgestänge mit Packers 104 befindliche Fluid zuerst gegenüber der Lei-Schwerstange zum Vorrichtungs-Hauptteil 101 und tung 102 abgesperrt und danach durch die Verschiebung durch dieses hindurch über die Leitung 102, wodurch es 30 der Ringhülse 105, die im Vergleich mit der Ringhülse längs der Seitenwand des Ventilgehäuses 117 geleitet 106 einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweist, ih d d i

g g

wird, durch den Raum zwischen den ersten und zweiten Verschlußgliedern 122 und 123 des ersten Ventilsystems 112 und durch den im Verschlußglied 122 mittig ausgebildeten Durchlaß 134. Daran anschließend wird die Strömung, deren Richtung mit Pfeilen angegeben ist, durch zweckentsprechende (nicht gezeichnete) Rohrkörper zu einem (nicht gezeichneten) Bohrmeißel geleitet

Sobald im Bohrloch ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die Pumpen abgeschaltet, und ein (nicht gezeichneter) Preventer wird betätigt, um am Bohrlochmund den das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraum abzusperren. Danach wird das obc

f dß ih dh

gegen eine ringförmige Schulter 135 weiter zusammengedrückt. Die Schulter !35 liegt zwischen den Teilen 108 und 109 des Vorrichtungs-Hauptteils 101, an denen die Ringhülsen 105 und 106 verschoben werden. Auf diese Weise wird der Druck in der Höhlung 133 erhöht und übersteigt den in der Leitung 102 auf dem Niveau des Packers 104 herrschenden Druck, so daß das Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112 nach oben verstellt wird. Während dieser letztgenannten Bewegung bleibt der Packer 104 in abdichtender Anlage an der Bohrlochwand und am Vorrichtungs-Haupiteil 101.

In den in Fig.6 und 7 gezeichneten Stellungen des Vcrschlußgliedcs 122 ergeben sich für den Zylinder-

g p

re Ende des Bohrgestänges geöffnet, so daß sich durch 41 raum 130 und für die Höhlung 133 des Packers 104

llid lih Vlhid Bi bhib d

gg

die Leitung 102 eine nach oben gerichtete lluidströmung in einer der in F i g. 3 mit Pfeilen angegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung ergibt Diese durch den verhältnismäßig hohen Druck des beginnenden Gasausbruchs im Bohrloch bedingte Strömung erzeugt am Verschlußglied 122 und an dessen Kolben 131 einen Druckunterschied. Das VerschluUglied 122 bcwegt sich daher nach oben und dichtet am Außenumfang des Verschlußglicdes 123 ab. Diese Stellung ist in Fi g. 4 dargestellt Die Bewegungsgeschwindigkeit des Verschlußgliedes 122 ist u. a. von der Puffervorrichtung 127,128,129gesteuert.

Daran anschließend werden die Pumpen erneut eingeschaltet Der Druck in der Leitung 102 wird erhöhl, so gleiche Vulumcniintcrschicde. Beim beschriebenen und dargestellten Beispiel liegt die Ringhülsc 105 am Ende des Hubes an der Schulter 135 an, während gleichzeitig das Verschlußglicd 122 an der Schuller 1'25 des Ventilgehäuses 117 zur Anlage kommt

Nachdem das Verschlußglicd 122 in die in F i g. 7 gezeichnete Stellung verstellt worden ist, kann der Druck des beginnenden Gasausbruehcs. d. h. der Druck des im das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraum oberhalb des vergrößerten Packers 104 befindlichen Fluidcs in der folgenden Weise gemessen werden.

In der in Fig. 7 gezeichneten Stellung ist das obere Ende des Bohrloch-Ringraumes oberhalb des Packers 104 noch abgesperrt. Enthält dieser Bohrloch-Ringraum

g g

daß sich das erste Ventilsystcm 112 nach unten bewegt to nur Flüssigkeit, und ist der Zugang zum Bohrgestänge (F i g. 5). Die Feder 126 versucht, die beiden Verschluß- vor dem Abschalten der Pumpen verschlossen worden.

ist der in der Leitung 102 unmittelbar über dem Ventilsystem 112 herrschende Druck höher als in der Leitung 102 unterhalb des Ventilsystems 112. Durch allmähliches Verringern des in der Leitung 102 über dem Ventilsystem 112 stehenden Druckes, beispielsweise durch ei-

glieder 122 und 123 während dieser Abwärtsbewegung auseinander zu drängen, ihr wirkt jedoch die Puffervorrichtung 127, 128, 129 entgegen, so daß das erste Ver-Schlußglied 122 in abdichtender Stellung am Verschlußglied 123 bleibt bis es seine in F i g. 5 gezeichnete untere Stellung eingenommen hat. Da der Pumpendruck oberhalb des ersten Ventilsystems 112 höher ist als der ne vorsichtige Druckentlastung am oberen Ende des Bohrgestänges, wird ein Zustand erreicht, bei dem die

Drücke ober- und unterhalb des Ventilsystems 112 im wesentlichen gleich sind. Daraus ergibt sich eine Aufwärtsbewegung der Kombination aus dem Verschlußglied 114 und dem Verschlußglied 123, die dann als Meßkolben wirkt Diese Aufwärtsbewegung wird gestoppt wenn das Teil 114A des Verschlußgliedes 114 an der Schulter 116 zur Anlage kommt Die Verbindung zwischen der Leitung 102 und der Bohrung 110 ist dann geschlossen, wobei die Bohrung 110 in der in Fig.7 gezeichneten Stellung an den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 angeschlossen ist Der dann am oberen Ende des Bohrgestänges gemessene Druck ist gleich dem Druck des beginnenden Gasausbruches, vermindert um den Druck, den die hydrostatische Säule im Bohrgestänge und die Feder 119 erzeugen. Der Zeitpunkt, in dem das Verschlußglied 114 den Zugang zur Bohrung 110 absperrt läßt sich durch Beobachten des Druckabfalles im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Pakkers 104 feststellen.

Enthält öei Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 jedoch ein teilweise aus Gas bestehendes Fluid, muß die Messung des Druckes des beginnenden Gasausbruches in anderer als der vorbeschriebenen Weise vorgenommen werden. Es leuchtet ein, daß in diesem Fall, wenn das Bohrgestänge verstellt wird, um die Bohrung 110 an den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 anzuschließen, und wenn die Pumpen abgeschaltet werden, der Druck im Bohrgestänge aufgrund der Kompressibilität des im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 befindlichen Gases unter den Druck des beginnenden Oasausbruches abfällt Unter der Wirkung des auf das untere EnHe des ^werschlußgliedes 123 wirkenden Druckes des beginnenenden Gasausbruches wird daher das Verschlußglied ί V4 nach oben in die in F i g. 4 gezeichnete Stellung bewegt, in der die Verbindung zwischen der Bohrung 110 und der Leitung 102 unterbrochen ist. Danach wird durch vorsichtiges Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit an der öffnung des Bohrgestänges der Druck im Bohrgestänge allmählich erhöht. Gleichzeitig wird das Verhalten des Druckes im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 beobachtet Sobald der Druck im Innern des Bahrgestänges auf einen Wert angestiegen ist, bei dem der Druck unmittelbar über dem Verschlußglied 114 um einen geringen Betrag größer ist als die Summe aus dem Druck des beginnenden Gasausbruchs unterhalb des Verschlußgliedes 123 und dem von der Feder 119 ausgeübten Druck, wird das Verschlußglied 114 nach unten bewegt und öffnet dadurch den Zugang zur Bohrun? 110. Dieser Zeitpunkt läßt sich bestimmen, indem man den Druck im B&hrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 beobachtet, der dann anzusteigen beginnt. Der zu diesem speziellen Zeitpunkt am oberen Ende des Bohrgestänges gemessene Druck ist dann gleich dem Druck des beginnenden Gasausbruches, vermindert um den Druck, den die hydrostatische Säule im Bohrgestänge und die Feder 119 erzeugen.

Es leuchtet ein, daß während der Vornahme der vorbeschriebenen Druckmessung der Raum unterhalb des Packers 104 sowohl vom übrigen Bohrlochraum als »lieh VDIi der Innenseite ik's Hohrgesliinges abgetrennt isi. so dal) dm Kiiulringen von unter hohem Druck sie hciulem Fluid in (Ins Bohrloch oder in (Ins lli>hr>;r.siilii>:».-vcrliiiulurl wird. Insbesondere ist das limliingen von iiulcrn hohem Druck stehendem (ins verhindert, ilns die i'Miklc Messung des Druckes des beginnenden Cjasaus bruchcs beeinträchtigen würde. Diese Isolierung der Gasausbruchs-Zone gegenüber dem übrigen llohrlochraum wird durch die Wirkung des Verschlußgliedes 123 und des Verschlußgliedes 114 erreicht die miteinander kombiniert als Meßkolben arbeiten.

Es leuchtet ein, daß bei Bedarf die am oberen Ende des Bohrgestänges zur Messung des Druckes des beginnenden Gasausbruches vorgenommene Druckveränderung mehr als einmal durchgeführt werden kann. So ist es möglich, den Druck am Eingang zuerst auf einen Wert herabzusetzen, bei dem das Verschlutiglied 114 sich nach oben bewegt und nachfolgend auf einen Wert zu erhöhen, bei dem dieses Verschlußglied 114 nach unten geht Auch kann dieser Druck zuerst erhöht und dann herabgesetzt werden.

Um einwandfrei sicherzustellen, daß sick weder im ι;. Bohrgestänge noch im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 Gas befindet, kann das in diesen Räumen befindliche Fluid mit einer Flüssigkeit ausgeschoben werden. Dieser Umlauf kann in der in F i g. 7 mit Pfeilen angegebenen Richtung oder in entgegengesetzter Richtung erfolgen.

Durch Messen des Druckes in der vorbeschriebenen Weise läßt sich der Druck des beginnenden Gasausbruches berechnen. Sodann wird eine Spülung mit einem für die Bekämpfung des beginnenden Gasausbruches ausreichenden spezifischen Gewicht (Dichte) vorbereitet Diese Spülung wird dann im UmJauf in das Bohrgestänge mit einem Druck eingeleitet der ausreicht um das Verschlußglied 114 und das Verschlußglied 123 gegen den Druck des beginnenden Gasausbruchs und gcgen die Wirkung der Feder 119 nach unten zu verstellen, so daß der Zugang zur Bohrung 110 geöffnet wird (Fig. 7) und die im Bohrgestänge und irrt Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 befindliche Spülung mit verhältnismäßig niedrigem spezifisehen Gewicht (Dichte) auf diese Weise durch die schwerere Spülung ersetzt werden kann. Um diesen Umlauf zu ermöglichen, wird das obere Ende des Bohrloch-Ringraumes geöffnet, und die Spülungspumpen werden eingeschaltet, um die neue Spülung nach unten durch das Bohrgestänge zu pumpen.

Sobald der Bohrloch-Ringraum mit Spülung von verhältnismäßig hohem spezifischen Gewicht (Dichte) gefüllt ist, wird der Spülungsumlauf gestoppt und das Bohrgestänge gegenüber dem gegen die Bohrlochwand festgesetzten Packer 104 verstellt. Das Verschlußglied 114 bewegt sich daher n,:ch oben und stellt dadurch die Verbindung zwischen einer Seite der Bohrung 110 und der Leitung \2\Λ her. Außerdem wird die andere Seite der Bohrung 110 an die Höhlung 133 des Packers 104 angeschlossen. Diese Stellung ist in F i g. 8 dargestellt, in. welcher mit Pfeilen die Strömungsrichtung der aus dem Zylinderraum 130 und aus der Höhlung 133 des Packers 104 ausfließenden Flüssigkeit angegeben ist. Das Verschlußgiied 122 bewegt sich daher nach unten und gibt dadurch erneut die Leitung 102 frei. Der Packer verkleinert sich und nimmt unter dem Einfluß seiner Elastizität seine in F i g. 3 gezeigte Ausgangsstellung ein.

Durch Einpumpen der Spülung mit verhältnismäßig

hohem spezifischem Gewicht (Dichte) nach unten durch

Wi das Bohrgestänge und durch Drehen des Bohrgestänges können die llohrtirbeiien nun wiederaufgenommen werden.

Du der l'nckiT 104 sieh unmittelbar IIIht dein (mehl ge/riilnieleii) UohnueiLlel anordnen HlUl. crlaiilii das h·· Werk/eil): (die Vorrichtung) mich der l'rfindiiiig ilen im wesentlichen vollständigen Austausch der heim Nieder bringen eines Bohrloches in diesem befindlichen Spii lung.

Durch Hochfahren des Bohrgestänges Iäßit sich der Packer 104 auf jeder beliebigen Höhe im Bereich festsetzen und kann somit an hierfür geeigneten Stdlfen der Bohrlochwand angepreßt werden.

Während normaler Arbeiten, die mit rohrfiji-migem b/w. aus Rohren zusammengesetztem Arbcil&g'crät. in das die Vorrichtung nach der Erfindung eingegliedert ist. ausgeführt werden, kenn es nicht /.» eineir unbeabsichtigten Vergrößerung des Puckers 104 kommicn, da dessen Vergrößerung zuerst einen umgekehrten Flüssigkeitsstrom im ringförmigen Arbeitsgerät voraussetzt.

Bei Bedarf kann rwischen die Ringhülse 106 und die Schulter 111 eine (nicht gezeichnete) Feder eingesetzt sein. Dadurch ergibt sich für die Ringhülse MK> eine nutzbare Hublänge, die ausreicht, die Öffnung: der Bohrung 110 zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 101 zu erlauben, sobald das Bohrgestänge gegenüber dem Packer in vergrößertem Zustand versiiellt wird, selbst wenn dieser Packer an die Wand eines Bohrloches angepreßt ist, dessen Durchmesser nur wenig größer ist als der des Vorrichtungs-Hauptteiis 101.

Es sei außerdem darauf hingewiesen, Jaß im der in F i g. 7 gezeichneten Stellung des Packers 104 und des Verschlußgliedes 122 die Ringhülse 105 und das Verschlußglied 122 nicht unbedingt an den Schultern 135 bzw. 125 anliegen müssen. Es reicht, wenn nur an einer dieser Schultern das entsprechende Gegenstück: anliegt Jedoch sollte das Verschlußglied 122 so weit hochgefahren sein, daß es in abdichtender Anlage an·. Verschlußglied 123 bleibt, wenn dieses in seine obere Endiftellung hochgefahren wird. Hierzu sei auf die in F i g. 4 gezeichnete Relativstellung zwischen den Verschlußgliedern 122 und 123 hingewiesen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auch zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen betätigen, die im Bohrloch während anderer als Bohrarbeiten auftreten, beispielsweise beim Ziehen des Arbeitsgerätes aus dem Bohrloch.

Da die Puffervorrichtung nur zu arbeiten braucht, wenn das erste Ventilsystem 112 sich nach unten bewegt, kann zum Verbinden der beiden Teile des Zylinders 127 ein (nicht gezeichneter) Kanal vorgesehen sein, dessen Querschnitt größer ist als der der Bohrungen 329 im Kolben 128 der Puffervorrichtung. In diesen Kanal ist ein (nicht gezeichnetes) Rückschlagventil eingebaut, das nur diesen Kanal verschließt, wenn sich das emc Vetschlußglied 122 nach unten bewegt.

Es folgt nun die Beschreibung des Aufbau:» und der Arbeitsweise der in F i g. 9 bis 14 dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen.

Der Hauptunterschied zwischen den in F i g <i und 3 gezeigten Ausbildungsformen nach der Erfindung liegt im Verriegelungssystem, das zum Festhalten des ersten Verschlußglied^s des ersten Ventilsystems in seiner oberen Stellung benutzt wird. Ein weiterer Unterschied ergibt sich aus der Stellung der Öffnung, durch die bei Verkleinerung des vergrößerbaren Packers Spülung aus dem Packer abgelassen wird. Diese Öffnung befindet sich nahe des unteren Endes des Packers, so daß eine Ablagerung von Feststoffen aus der Spülung im unteren Teil der Packer-Höhlung vermieden ist.

Wie die in Fig.3 dargestellte Vorrichtung ist die in Fig.9 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen an einer zweckentsprechenden Stelle in einem zum Niederbringen eines Bohnoches benutzten rohrförmigen bzw. aus Rohrein zusammengesetzten Bohrgerätes angebracht. Zu diesem Zweck weist ein Vorrichtungs-Hauptteil 201 von überwiegender Längsausdehnung an seinem oberen und unteren Ende (nicht gezeichnete) Schraub-Koppelungsvorrichtungen zum Anschließen des Vorrichtungs-Hauptteils 201 an das genannte Arbeitsgerät auf.
Das Vorrichtungs-Hauptteil 201 weist eine in Achsenrichiung sich erstreckende Leitung 202 auf. Außerdem ist an seiner Außenwand versehieblich ein Packer 204 mit zwei Ringhülsen 205 und 206 angebracht, an die eine elastische, ringförmige Manschette 207 angeschlossen ist- An der Außenfläche des Vorrichtungs-Hauptteils

201 befindet sich ein Anschlag 208 zum Begrenzen des nach unten gerichteten Hubes der Ringhülse 205, deren Aufwärtshub von einer Ringfläche 209 am Vorrichtungs-Hauptteil 201 begrenzt ist Unterhalb der Ring-

hülse 206 ist eine Feder 210 angeordnet, die den Packer 204 in verkleinertem Zustand in der in F i g. 9 gezeichneten Stellung, im vergrößerten Zustand in der Stellung entsprechend Fig. 12 hält In beiden Stellungen sperrt die Rin^hülse 205 eine Bohrung 211 gegen den Raum

außerhalb des Vorrichtungs-Haur y.eils 2Cl ab.

im verkleinerten Zustand des Farkers 204 (Fig.9) steht eine Höhlung 212 des Packers über eine Bohrung 213, einen Raum 214 und eine Bohrung 215 mit der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 in Verbin-

dung. Die Bohrung 215 ist mit der Ringhülse 206 gegen die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 absperrbar, wenn dieses gegenüber dem vergrößerten Packer 204 in die in Fig. 13 gezeichnete Stellung nach oben verstellt ist.

In der durch das Vorrichtungs-Hauptteil 201 führenden Leitung 202 sind zwei Ventilsysieme angeordnet Das erste Ventilsystem 216 ist von einer Verschlußhülse

217 und einem Verschlußkörper 218 gebildet Der obere Teil der nach Art eines Rückschlagventils arbeitenden

Verschlußhülse 217 vermag mit dem Verschlußkörper

218 zusammenwirken, der mit einem Verschlußring 219/4 des zweiten Ventilsystems 219 verbunden ist. Die Ringhülse 205 und die Bohrung 211 bilden Teiides zweiten Ventilsystems 219. Während des Bohrens ist der Verschlußring 219A des zweiten Ventilsystems 219 uurch die Wirkung einer Feder 220 in der in Fig.9 gezeichneten Stellung gehalten, während die Verschlußhülse 217 des ersten Ventilsystems 216 durch die Wirkung einer Feder 221 in ihrer unteren Stellung gehalten

ist. Die Feder 221 ist in einer mit öl gefüllten Pufferkammer 222 untergebracht, die einen Kolben 223 mit einer Bohrung 224 aufweist.

Die Verschlußhülse 217 weist drei weitere Kolben 225, 226 und 227 auf. Der Kolben 225 wirkt mit einem

so Zylinderraum 228 zusammen, der über eine Bohrung 229 an die in Achsenrichtung sich erstreckende Leitung

202 angeschlossen isi. In der in Fig. 12 gezeichneten Su living des ersten und zweiten Ventilsystems 216 und

219 ist die Bohrung 229 abgesperrt, so daß am Zylinderraum 228 Flüssigkeit eingesperrt und Bewegung der

Verschlußhülse 217 nach unten verhindert ist. Der Kolben 226 schließt den Zylinderraum 214 an dessen oberen Ende ab. Wird dem Zylinderraum 214 Flüssigkeit unter hohem Druck zugeführt, bewegt sich die Verschlußhülse 217 unter dem Einfluß dieses Druckes in die in F i g. 10 gezeichnete Stellung nach oben, ,vobei der genannte Druck zu Beginn des Hubes auf den Kolben 226, am Ende des Hubes auf den Kolben 227 wirkt.
In der in Fig 13 gezeichneten Stellung des Ver-

schlußkörpers 218 ist die Verschlußhülse 217 in ihrer oberen Stellung durch Flüssigkeitsdruck festgehalten, der in nachstehend erläuterter Weise auf einen Zylinderraum 234 ausgeübt wird.

In allen Stellungen der Verschlußhülse 217 ist ein Raum 230 oberhalb des Kolbens 226 über eine Bohrung 231 entlastet (F ig. 9).

Es folgt die Beschreibung der Arbeitsweise der in F i g. 9 bis 14 dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen.

F i g. 9 zeigt die Stellung des ersten und zweiten Vcntüsystems 216 und 219 während normaler Bohrarbeiten. Die Strömung des Bohrfluides ist mit Pfeilen 232 angegeben. Der Druck des durch die Mittelleitung 202 fließenden Bohrfluides wirkt über die Bohrung 231 auf die Oberseite des Kolbens 226 der Verschlußhülse 217 des ersten Ventilsystems 216. Da dieser Druck größer ist als der außerhalb des Vorrichtungs-Hauptteils 201 herrschende Druck, welcher unter anderem über die Bohrung 215 auf die Unterseite des Kolbens 226 wirkt, bleibt die Verschlußhülse 217 in der in F i g. 9 gezeichneten unteren Stellung.

Sobald ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die Preventer am oberen Teil des Bohrloches geschlossen und die Zufuhr von Bohrflüssigkeit zur Leitung 202 unterbrochen. Durch Anschließen des oberen Teils des Bohrgestänges an atmosphärischen Druck fällt der über dem Kolben 226 stehende Druck unter den außerhalb des Vorriehiungs-Hauplteils 201 herrschenden und auf die Unterseite des Kolbens 226 wirkenden Druck ab. Dadurch wird die Verschlußhülse 217 nach oben in die in Fig. 10 gezeichnete Stellung bewegt und drückt die Feder 221 zusammen. Das obere Ende der Verschlußhülse 217 dichtet am Außenumfang des Verschlußkörpers 218 ab und verschließt dadurch die in Achsenrichtung verlaufende Leitung 202.

Danach wird dem Bohrgestänge erneut Flüssigkeit zugeführt. Der Druck oberhalb des Verschlußkörpers 218 wird erhöht, um diesen gegen die Wirkung der Feder 220 nach unten zu verstellen (Fig. 11). wodurch ebenfalls der Verschlußring 219/4 des zweiten Ventiisystems verstellt wird und sich die Bohrung 211 öffnet, so daß Fluid unter Druck aus der Leitung 202 entsprechend den Pfeilen 233 in F i g. 12 in die Höhlung 212 des Packers 204 strömen und dadurch die elastische, ringförmige Manschette 207 aufweiten kann, um diese an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand anzupressen. Infolge der Wirkung der Puffervorrichtung 221, 222, 223, 224 kann sich die Verschlußhülsc 217 nicht nach unten bewegen und bleibt daher in ihrer oberen Stellung, da die Bohrung 229 durch den Verschlußkörper 218 abgesperrt und dadurch die Flüssigkeit im Zylinderraum 228 eingeschlossen ist. Beim Vergrößern des Packers 204 wird die unte-e Ringhülse 206 des Packers durch die Feder 210 nach oben verstellt. Die Ringhülse 205 des Packers 204 bleibt in ihrer oberen Stellung. Die Bohrung 211 bleibt geöffnet, so daß Flüssigkeit in die Höhlung 212 des Packers 204 zugeführt werden kann.

Danach wird die Flüssigkeitszufuhr zur Leitung 202 gestoppt, woraus sich ein Druckabfall im Raum über dem Verschlußkorper 218 ergibt, der dann zusammen mit dem Verschlußring 219/4 nach oben bewegt und dadurch die Bohrung 211 absperrt (F i g. 13). Daran anschließend wird das Bohrgestänge, in dus die in Fig. 9 bis 14 dargestellte Vorrichtung /um Bekämpfen von beginnenden Gusausbn'iclicn eingegliedert ist. nach oben gefahren. Das Vorrichtungs-Hauptteil 201 wird gegenüber ilcüi gegen die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand festgesetzten Packer 204 nach oben verstellt (Fig. Ί3). Infolge dieser Verstellung steht die Bohrung 211. die bisher an die Höhlung 212 des Packers 204 angeschlossen war. nunmehr in Verbindung mit der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils im Bereich oberhalb des Packers 204, während die bisher mit der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 verbunden gewesene Bohrung 215 nunmehr an die Höhlung 212 des Packers 204 angeschlossen ist.

Durch nachfolgendes Erhöhen des über dem Verschlußkorper 218 stehenden Druckes wird der Verschlußkörper 218 zusammen mit dem Verschlußring 219/4 des zweiten Ventilsystems nach unten verschoben.

ίο Diese Stellung des Verschlußringes 219A ist in Fig. 13 nicht gezeichnet. Dadurch wird die Bohrung 211 geöffnet, und Fluid unter Druck aus dem Raum über dem Verschlußkorper 218 in den Bohrlochraum oberhalb des Packers 204 strömen. Wie bereits in Einzelheiten im

is Zusammenhang mit der in Fig. 2 bis 8 dargestellten Ausbildungsform erläutert, kann das unter Druck stehende Fluid ein verhältnismäßig hohes spezifisches Gewicht (Dichte) aufweisen, um das Fluid mit verhältnismäßig geringem spezifischem Gewicht (Dichte) zu ver-

2» drängen, das sich im Bohrloch-Ringraum befindet. Außerdem läßt sich der unterhalb des Verschlußkörpers 218 herrschende Druck messen, um Angaben über den Druck des beginnenden Gasausbruches zu erhalten. Diese Druckmessung kann in der gleichen Weise vorgcnonimen werden wie im Zusammenhang mit dem in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert.

Während allen zur Druckmessung und zum Umwälzen von Bohrfluid durch die Bohrung 211 vorgenommenen Arbeitsgängen bleibt die Verschlußhülse 217 in ihrer oberen Stellung, da ihre Verschiebung nach unten durch die unterhalb des Kolbens 227 eingeschlossene Flüssigkeit verhindert wird. Obgleich diese Flüssigkeit über die Bohrung 215 mit der Höhlung 212 des Packers 204 in Verbindung steht, kann sie nicht aus dem Raum 234 austreten, da der Packer 204 nicht weiter vergrößerbar ist.

Nachdem eine ausreichende Menge von Fluid aus der Leitung 202 in den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 204 geleitet worden ist, wird die diese Flüssigkeit fördernde Pumpe abgeschaltet. Der Druck in der Leitung 202 oberhalb des Verschlußkörpers 218 wird verringert, und der Verschlußkorper 218 bewegt sich zusammen mit dem Verschlußring 219/4 nach oben und sperrt dadurch die Bohrung 211 ab. Diese Stellung ist in Fig. IJdargestellt.

Danach wird das Vorrichtungs-Hauptteil 201 gegenüber dem vergrößerten Packer 204 durch Niederfahren des (nicht gezeichneten) Bohrgestänges so weit nach unten verstellt, bis die Ringfläche 209 des Vorrichtungs-Hauptteils 201 an der Ringhülse 205 anliegt (¹⁷Ig. 14). Durch diese Verstellung wird die Bohrung 215 geöffnet. Infolge der Verstellung der Verschlußhülse 217, die durch die Wirkung der Feder 221 nach unten bewegt wird, kann die Flüssigkeit aus dem Zylinderraum 234 austreten und zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 strömen. Die Flüssigkeit in der Pufferkammer 222 wird dann durch die öffnung 224 ausgeschoben. In der unteren Stellung der Verschlußhülse 217, welche der in Fig.9 gezeichneten Stellung entspricht, steht die

no Höhlung 212 des Packers 204 über die Bohrung 213 unc den Kiiiini 214 mit der Bohrung 215 in Verbindung. Da.« innerhalb des Packers 204 befindliehe Bohrfluid win durch die Wirkung der Elastizität der Manschette 2Oi aus dem Packer ausgesehnben. Feststoffe, die sich in

bS unteren Teil der Höhlung 212 des Packers 204 abgeht gcrt haben könnten, werden durch die aus dem Packe ausströmende Flüssigkeit fortgeschafft Der Packer is im verkleinerten Zustand erneut betriebsbereit. In de

in I·' i g. 9 gezeichneten Stellung des Packers 204 und der beiden Ventilsyslcmc 216 und 219 können die Bohrarbeiten wiederaufgenommen werden.

Ls leuchtet ein, daß an den zur Abdichtung gegen andere Bauteile der Vorrichtung zum Bekämpfen von ^ri

beginnenden Gasausbrüchen verwendeten f-'liichen _s

Dichtglicdcr. wie z. B, O-Ringe angebracht sein können. |j

Auü^rdcm können die Ringhülsen 205 und 206 den glei- f|

chen Durchmesserunterschied aufweisen wie die Ringhülsen 105 und 106 des in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch, mit einem langgestreckten Hauptteil, der an den Enden mit JCupplungseinrichtungen zur Drehmomentübertragung zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten eines Bohrgestänges versehen ist und durch den sich eine Leitung in Längsrichtung erstreckt, mit einem ersten System zur Steuerung eines Fluidstrotns durch die Leitung, mit einem den Hauptteil umschließenden Packer, der eine elastische, ringförmige Manschette aufweist, die an einem Ende mit einer Ringhülse ver- ·5 bunden ist, die abgedichtet und axial verschieblich auf einem Außenwandabschnitt des Hauptteils gelagert ist, und mit einem zweiten System zur Steuerung der Strömungsverbindung zwischen der Außenseite des Hauptteils und der Leitung sowie zwisehen &eser und dem Inneren der aufweitbaren Manschette, dadurch gekennzeichnet, daß das erste System (18,19,20,21; 42; 112; 216) ein ständig in der Leitung (2; 32; 102; 202) angeordnetes Ventilsystem ist, daß die Manschette (7; 38; 107; 207) des Packers (4; 35; 104; 204) auch an ihrem anderen Ende mit einer Ringhülse (5;36; 105; 205) verbunden ist, die abgedichtet und axial verschieblich auf einem Außenwandabschnitt (8; 39; 108) des Hauptteils (1; 31; 101; 201) gelagert ist, daß das zweite System (12; 43; 113; 219) ein Ventilsystem ist, zu dem eine der Ringhülsfcii (5; 36; 105; 205) gehört, und daß eine Einrichtung zum Zurückhalten dieser Ringhülse (5; 36; 105; 205) beim Einleiten von Fluid in das Innere (133, 212) der Manschette (7 38; 107; 207) in einer Stellung vorgesehen ist, in der die Verbindung zwischen der Außenseite des Hauptteils(l;31; 101;201) und der Leitung (2; 32; 102; 202) durch die Ringhülse (5; 36; 105; 205) abgesperrt, eine Strömung zwischen der Leitung (2; 32; 102; 202) und dem Inneren (133; 212) der Manschette (7; 38; 107; 207) jedoch freigegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil des zweiten Ventilsystems (12; 43; 113) bildende Ringhülse (5; 36; 105) mit größerem Querschnitt ausgeführt ist als die andere Ringhülse (6; 37; 106) und an einem Teil (8; 39; 108) des Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31; 101) angeordnet ist, der im Querschnitt kleiner ist als der Teil (9; 40; 109), an welchem die andere Ringhülse (6; 37; 106) abgcstützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil des zweiten Ventilsystems (12; 43; 113; 219) bildende Ringhülse (5; 36; 105; 205) in zwei Endstellungen verstellbar ist und mit wenigstens einer in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31; 101; 201) ausgebildeten Bohrung (10; 44; 110; 211) zusammenwirkt, die in einer Endstellung der Ringhülse (5; 36; 105; 205) die durch das Vorrichtungs-Hiiuptteil (1; 31; 101; 201) führende no Leitung (2; 32; 102; 202) an die Auuenseile des Vorriehiiings-Haupticils anschließt und in der anderen F.ndsicllung der Ringhülsc die Verbindung /wischen dieser Leitung (2; 32; 102; 202) und der Höhlung (133; 212) des vergrößerten Puckers (4; 35; 104; 204) b-> herstellt.

A. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gckenn/eidinel. dall die Teil des /weilen Venlilsystems bildende Ringhülse in zwei Endstellungen verstellbar ist und mit einer ersten, in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils ausgebildeten Bohrung, weiche die durch das Vorrichtungs-Hauptteil führende Leitung an die Außenseite des Vorriohtungs-Hauptteils anschließt, und mit einer zweiten, in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils ausgebildeten Bohrung zusammenwirkt, welche die Verbindung zwischen dieser Leitung und der Höhlung des vergrößerten Packers herstellt wobei die Ringhülse in der einen Endstellung die erste Bohrung, in der anderen Endstellung die zweite Bohrung absperrt

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß zum zweiten Ventilsystem (43; 113; 219) ein in der durch das Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) führenden Leitung (32; 102; 202) angeordnetes und vom ersten Ventilsystem (42; 112; 216) betätigbares Fluidsteuerelement (45; 114; 2i9A) gehört, das in zwei Endstellungen verstellbar ist und in der einen Endstellung die Bohrung (44; 110; 211) absperrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß zum zweiten Ventilsystem ein in der durch das Vorrichtungs-Hauptteil führenden Leitung angeordnetes und vom ersten Ventilsystem betätigbares Fluidsteuerelement gehört, das in zwei Endstellungen verstellbar ist und in der einen Endstellung die zweite Bohrung absperrt

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß in einer der Endstellungen der Ringhülse (36) und des Fluidsteuerelementes (114) des zweiten Ventilsystems (113) die Höhlung (133) des Packers (104) über eine Entlastungsieitung (110,121, 121,4,7 zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (101) hin entlastbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilsystem (42; 112; 216) ein erstes Vcrschlußglied (47; 122; 217) und ein zweites Verschlußglied (54; 123; 218) aufweist von denen jedes in zwe'i Entstellungen bewegbar ist. daß diese Verschlußglieder (47,54; 122, 123; 217,218) mit einer Vorrichtung (53; 119; 220) auseinander und in Stellungen drängbar sind, in denen die in Längsrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) von überwiegender Längsausdehnung geführte Leitung (32; 102; 202) freigegeben ist, und daß die Relativgesci,windigkeit zwischen den auseinandei gedrängten Verschlußgliedern (47,54; 122, 123;217,218)mit einer Puffervorrichtung(48,49,50; 127, 128, 129; 222, 223, 221, 224) regelbar ist, wobei die beiden Verschlußglieder bei Anlage aneinander die Leitung absperren, und wobei das erste Verschlußglied (47; 122; 217) nach Art eines Rückschlagventils arbeitet und das zweite Verschlußglied (54; 123; 218) mit dem Fluidsteuerelement (45; 114; 2\9A) des zweiten Ventilsystems (43; 113; 219) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung nur wirksam ist, wenn sich die Versehlußglieder des ersten Vemilsy-SiL¹MiS in (tor Richtung bewegen, in der durch chis rohrförmigc Bohrgestange geleitete Bohrflüssigkeit strömt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung hydraulisch wirkt und zwischen den heidcn Verschliißjjlieilein lies ersten Vcntilsystcms angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9. dadurch

gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung (48, 49, 50; 127_; 128, 129; 221, 222, 223, 224) hydraulisch wirkt und zwischen dem ersten Verschlußglied (47; 122; 217) des ersten Ventilsystems (42; 112; 216) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nacii einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Verschlußglied (54) des ersten Ventilsystems (42' und dem Vorrichtungs-Hauptieil (31) ein Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet ist, wobei der Zylinder an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils über eine in dessen Wand ausgebildete Bohrung angeschlossen iist, die mit der Ringhülse (37) des vergößerbaren F'ackers (35) absperrbar ist, die nicht zum zweiten Ventilsystem (43) gehört.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis II. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorriehtungs-Haupiteil (201) ein Zy-Hnder-Kolben-Aggregai (214, 227) angeordnet ist, wobei der Zylinder (214) über eine Bohrung (215) in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (201) an dessen Außenseite angeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (201) ein Zylinder-KoIben-Aggregat (228, 225) angeordnet ist, wobei der Zylinder (228) an die in Achsenrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil (201) geführte Leitung (202) über eine Bohrung (229) angeschlossen ist, die mit dem in der Leitung (202) angeordneten Fluidsteuereiement des zweiten Verschlußgliedes (218) steuerbar ist

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (201) ein zweites Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet ist, wobei der Zylinder über getrennte Verbindungsbohrungen in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (201) an die Höhlung (212) des Packers (204) und an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (201) angeschlossen ist, und wobei die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (201) mit einer Ringhülse des Packers (204) und die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Höhlung (212) des Packers (204) mit einem Kolben des ersten Verschlußwliedes (217) des ersten Ventilsystems (216) steuerbar ist.

!6. Vorrichtung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 2 und einem der Anspruches bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (122) des ersten Ventilsystems (112) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (101) ein Zylinder-Kolben-Aggregat (130, 131) angeordnet ist. dessen Zylinder (130) an die Höhlung (133) des vergrößerbaren Packers (104) angeschlossen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge- t>o kennzeichnet, daß das Zusammenwirken /wischen dem Packer (35) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (31) über ein Stift-Schlitz-System erfolgt, mit dem sich der Packer (35) im vergrößerten Zustand in drei verschiedenen Stellungen gegenüber dem Vorrichtungs-Hauptteil (31) anordnen läßt, wobei die Teil des zweiten Ver'ilsystems (43) bildende Ringhülse (36) in der ersten und in der zweiten Stellung die Verbindung /.wischen der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (31) und der durch dieses führenden Leitung (32). in der zweiten und dritten Stellung die Verbindung zwischen der Leitung (32) und der Höhlung des Packers (35) unterbricht, und wobei die andere Ringhülse (37) in der dritten Stellung den Zugang zu der Bohrung absperrt, die von der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (31) zum Zylinder-Kolben-Aggregat des ersten Verschlußgliedes (47) des ersten Ventilsystems (42) führt

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrichtungs-Hauptteil (1) ein Teleskop-Verbindungsteil (13) mit Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (14, 15) aufweist, und daß zum ersten Ventilsystem (18, 19, 20, 21) ein erstes Verschlußglied (18) gehört, das über ein Verbindungsstück (23) mit einem der Bauteile (16) des Telcskop-Verbindungsteils (13) verbunden und in zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei das ^rste Verschlußglied (18) in der ausgefahrenen Stellung des Teleskop-Vertv <dungsieils (13) die durch das Vorrichtungs-Kaupttci! (I) führende Leitung (2) absperrt und in der eingefahrenen Stellung des Teleskop-Verbindungsteils (13) freigibt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum ersten Ventilsystem (18, 19, 20, 21) ein zweites Versch'.ußglied (20) gehört, das nach Art eines Rückschlagventils arbeitet und in zwei Endsteliungen am Verbindungsstück (23) verstellbar ist, wobei es in der einen Endstellung die Leitung (2) absperrt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhülsen (5, 6; 36, 37; 105, J06; 206, 206) des Pakkers (4; 35; 104; 204) um das Vorrichtungs-Hauptteil (1;31;101;201)fre/drehbarsind.