JP4904275B2 - 掘削泥に含まれる少なくとも一つのガスを取り出すための装置及び関連した分析アッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、
閉鎖容器と、
掘削泥を閉鎖容器に供給するための手段と、
閉鎖容器から掘削泥を排出するための手段と、
キャリアーガスを閉鎖容器に導入するための手段と、
閉鎖容器の上部内に開口しており、閉鎖容器の下流で吸引手段に連結されたガス取り出しパイプとを備えた、掘削泥に含まれる少なくとも一つのガスを取り出すための装置に関する。

油井又は他の流出井（特にガス、蒸気、水）を掘削するとき、井戸から出てくる掘削泥に含まれる気体化合物の分析を行うことが知られている。この分析は、掘削中に横切られる地層の地質学的連続性を再構成することを可能にすると共に、遭遇する流体鉱床（ｆｌｕｉｄ ｄｅｐｏｓｉｔｓ）に作業する可能性を決定することに関わる。

連続的に実施されるこの分析は、２つの主要な工程を含む。第１工程は、泥によって搬送されたガス（例えば、炭化水素化合物、二酸化炭素、硫化水素）を取り出す工程である。第２の工程は、取り出したガスの定性分析及び定量分析を行う工程を含む。

第１工程では、多くの場合、上文中に言及した種類の、機械的攪拌を行うガス抜き装置（米国特許第４，６３５，７３５号）が使用される。泥から取り出されたガスは、閉鎖容器に導入したキャリアーガスと混合され、ガス取り出しパイプを介して吸引によって分析機まで搬送される。この分析機は、取り出されたガスの定量分析を行うことができる。

このような装置は、完全に満足されるようなものではなかった。これは、ガスを取り出すため、泥を閉鎖容器内で勢いよく攪拌する必要があるためである。この攪拌の作用により、泥残滓が閉鎖容器の壁に投げつけられ、場合によっては、キャリアーガスを閉鎖容器に導入するパイプを塞いでしまう。

取り出しパイプの吸引の作用により、閉鎖容器内の圧力が低下する。圧力が臨界値よりも下である場合には、泥が取り出しパイプに吸い込まれ、このパイプを通して搬送されてしまう。

取り出しパイプ及び分析手段が汚染された場合、取り出しパイプを交換するため、及び分析手段の洗浄を行うため、ガスの分析を中断しなければならない。

従って、本発明の目的は、掘削泥に含まれるガスを取り出し、分析する上での信頼性を向上することである。

上記目的のため、本発明は、上文中に言及した種類の装置であって、
選択的に通気するための手段を更に有し、この選択的通気手段は、
取り出しパイプ内に開口する通気パイプと、
装置における少なくとも一つの所定の位置での圧力が所定の設定値よりも低い場合に通気パイプを開放するのに適した、通気パイプを閉鎖するための手段と、を備えていることを特徴とする装置に関する。

本発明による装置は、以下に列挙する特徴のうちの一つ又は複数を、単独で、又は技術的に可能な任意の組み合わせに従って、含んでいてもよい。
閉鎖手段は、通気パイプを自律的に開放するのに適している；
所定の位置は、通気パイプの、閉鎖手段と取り出しパイプとの間にある；
閉鎖手段は液体を含む；
通気パイプはサイホン形成部分を含み、液体は、所定の位置での圧力が設定値よりも高い場合、サイホン形成部分内に配置される；
サイホン形成部分の内部体積は、閉鎖容器の内部体積の１０％よりも小さい；そして、
キャリアーガスを閉鎖容器に導入するための手段は、大気圧の空気用の吸気部を含み、設定値と大気圧との間の差は５０ｍｂａｒ（ｈＰａ）よりも小さい。

本発明は、更に、掘削泥に含まれる少なくとも一つのガスを分析するためのアッセンブリであって、
泥を採取するための手段と、
採取手段が、掘削泥を供給するための手段内に開放されている、上述のような取り出し装置と、
取り出しパイプに連結された、ガスを分析するための手段とを有するアッセンブリに関する。

次に、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する。

下文に亘り、「上流」及び「下流」という用語は、パイプ内の流体の流れ方向に関するものと理解されるべきである。
本発明による分析アッセンブリ（ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、例えば、産油井を掘削するための設備で使用される。

図１に示すように、設備１１は、回転掘削工具１５によって穿孔された（ｂｏｒｅｄ）キャビティ１４内の掘削ダクト１３と、地表（ｓｕｒｆａｃｅ）設備１７と、本発明による分析アッセンブリ１９とを備えている。

掘削ダクト１３は、回転掘削工具１５によって下層土２１に穿孔されるキャビティ１４内に配置される。地表２２において、掘削ダクト１３は、排液パイプ２５が設けられた井戸へッド２３を備えている。

掘削工具１５は、掘削へッド２７と、掘削具（ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｉｔｔｉｎｇ）２９と、液体を注入するためのへッド３１とを備えている。
掘削へッド２７は、下層土２１の岩石を通して穿孔するための手段３３を備えている。掘削へッド２７は、掘削具２９の下部に取り付けられており、掘削ダクト１３の底部に位置している。

掘削具２９は、一組の中空掘削管を含む。これらの管は、内部空間３５の境界を定め、この内部空間により、液体を地表２２から掘削へッド２７に供給できる。その目的のため、液体を注入するためのへッド３１が掘削具２９の上部に螺着されている。

地表設備１７は、掘削工具１５を支持し且つ回転可能に駆動するための手段４１と、掘削液体を注入するための手段４３と、振動篩４５とを備えている。
注入手段４３は、掘削具２９の内部空間３５に液体を導入することによって、この液体を内部空間３５内に流すため、注入へッド３１に液圧的に連結されている。

振動篩４５は、排液パイプ２５から排出された、掘削残滓を含有する液体を集め、液体から固体の掘削残滓を分離する。
図２に示すように、分析アッセンブリ１９は、排液パイプ２５内に開口された（ｔａｐｐｅｄ）泥採取手段５１と、ガス取り出し装置５３と、取り出したガスを分析するための手段５５とを有する。変形例では、泥採取手段５１は、排液パイプ２５が開放された液体受け入れタンク内に開口する。

泥採取手段５１は、排液パイプ２５内に突出した態様で配置された液体採取へッド５７と、連結管５９と、流量が調節可能な蠕動ポンプ６１とを備えている。
ガス取り出し装置５３は、閉鎖容器６３と、泥を閉鎖容器６３に供給するためのパイプ６５と、泥を閉鎖容器６３から排出するためのパイプ６７と、キャリアーガスを閉鎖容器６３に導入するための手段６９と、取り出したガスを閉鎖容器６３から取り出すためのパイプ７１と、選択的に通気（ｖｅｎｔｉｎｇ）するための手段７２とを備えている。

閉鎖容器６３は、密閉容器であり、その内部容積は、０．０４リットル（０．００００４ｍ^３）乃至０．３リットル（０．０００３ｍ^３）、又は０．３リットル（０．０００３ｍ^３）乃至３リットル（０．００３ｍ^３）である。閉鎖容器６３は、泥が循環する下部７３と、ガスの覆いを有する上部７５とを有する。閉鎖容器６３は、更に、この閉鎖容器６３内に突出するように取り付けられた攪拌機７９を含む攪拌手段７７を備えている。攪拌機７９は、閉鎖容器６３の上部７５に取り付けられたモータ８１によって回転駆動される。攪拌機７９は、泥内に浸漬した攪拌移動本体８３を有する。

泥を供給するためのパイプ６５は、蠕動ポンプ６１の出口と、閉鎖容器６３の下部７３に設けられた入口開口部８５との間を延びる。
この供給パイプ６５には、泥の温度を、２５℃乃至１２０℃、好ましくは、６０℃乃至９０℃の値にするため、加熱手段（図示せず）が設けられていてもよい。

排出パイプ６７は、閉鎖容器６３の上部７５に設けられた溢流通路８７と、ガス取り出し装置５３から排出された泥を受け入れるための保持タンク（ｖａｔ）８９との間を延びる。

変形例では、保持タンク８９は、振動篩４５から取り出された液体を受け入れるためのタンク９０によって形成される。
排出パイプ６７は、水平方向に対して約４５°の角度をなす、下方に傾斜した上流部分９１と、サイホン形成屈曲部９３と、下端９７で開放した実質的に垂直な下流部分９５とを連続して備えている。下端は、保持タンク８９に収容された液体の液面の上方で保持タンク８９に面している。

供給パイプ６５を介して閉鎖容器６３に導入された泥は、溢流通路８７を通って排出パイプ６７内に溢流することによって排出される。更に、排出された泥の幾分かは、排出パイプ６７のサイホン形成屈曲部９３に一時的に滞留し、これによりガスが排出パイプ６７の下端９７を介して閉鎖容器６３の上部７５に入ることを防ぐ。従って、閉鎖容器６３内へのガスの導入は、単に、キャリアーガスを導入するための手段６９によって行われる。

保持タンク８９及びタンク９０に集められた泥は、泥を再循環させるためのパイプ９８によって注入手段４３に再利用される。
キャリアーガスを閉鎖容器に導入するための手段６９は、排出パイプ６７の上流部分９１に取り付けられた吸気部９８を備えている。この吸気部９８は、排出パイプの注入通路９９内に開放している。

図示の例では、キャリアーガスは、設備周囲の大気圧の空気によって構成されており、そのため、閉鎖容器６３内の圧力は、注入通路９９が開放している時には、実質的に一定に大気圧に保持される。

取り出しパイプ７１は、閉鎖容器の上部７５に設けられた取り出し開口部１０１と、分析手段５５との間を延びている。取り出しパイプ７１は、上流から下流にかけて、上流部分１０３と、液体回収容器（ｖｅｓｓｅｌ）１０４と、体積流量制御装置１０５と、移送ライン１０７と、吸引手段１０９とを備えている。

液体回収容器１０４は、上流部分１０３が開放した受け入れ開口部を備え、さらに、その上部に、体積流量制御装置１０５に連結された排出開口部とを備えている。
変形例では、液体回収容器１０４と体積流量制御装置１０５との間に濾過段（ｓｔａｇｅ）が配置される。

液体回収容器１０４の基部には、バルブを備えた排液パイプ１０４Ａが設けられている。
体積流量制御装置１０５は、較正された断面を有するくびれ部分１０６を有する管によって形成されている。

移送ライン１０７は、***領域の、井戸へッド２３の近くに配置された閉鎖容器６３を、非***領域の、井戸へッド２３から所定距離の位置、例えば加圧室に配置された分析手段５５に連結する。

移送ライン１０７は、ポリマー材料、特にポリエチレンから製造でき、例えば１０ｍ乃至５００ｍの範囲の長さを有する。
吸引手段１０９は、閉鎖容器６３から取り出したガスを分析手段５５まで吸引によって搬送できる真空ポンプを備えている。

選択的に通気するための手段７２は、通気パイプ１１５と、この通気パイプ１１５を閉鎖するための手段１１７とを備えている。
通気パイプ１１５は、液体回収容器１０４と取り出し開口部１０１との間で、取り出しパイプ７１の上流部分１０３に開口させられ（ｔａｐｐｅｄ）ている。

通気パイプ１１５は、下端が互いに連結された２つの平行な柱部１１９Ａ及び１１９Ｂを有するサイホン形成部分１１９を備えている。
図２の右側の柱部１１９Ｂは、実質的に水平なパイプ部分によって取り出しパイプ７１に連結されている。図２の左側の柱部１１９Ａは通気部（ｖｅｎｔ）に連結されている。通気部は、設備１９を取り囲むガスであってもよいし、又は天然ガスのリザーバであってもよい。

閉鎖手段１１７は、通気パイプ１１５のサイホン形成部分１１９内の液体を含む。
柱部１１９Ａ及び１１９Ｂ内の液体は、洗浄液、例えば水等によって、又は低揮発性の液体、例えば油によって形成される。更に一般的には、この液体は、分析手段５５によって定量分析されるべき化合物、特に Ｃ_１乃至Ｃ_８の炭化水素、及びベンゼン、トルエン、及びキシレン等の芳香族化合物と干渉しうる気体化合物を生成しない。

柱部１１９Ａ及び１１９Ｂ内の液体の液面高さは、通気パイプ１１５と取り出しパイプ７１との間の開口位置（ｔａｐｐｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）１２１での圧力が所定の設定値よりも低い場合に通気パイプ１１５内の液体に吸引力が加わり、取り出しパイプ７１に流入するように選択される。

設定値と大気圧との間の差は、０ｍｂａｒ（ｈＰａ）乃至５０ｍｂａｒ（ｈＰａ）、特に１０ｍｂａｒ（ｈＰａ）乃至４０ｍｂａｒ（ｈＰａ）である。
更に、柱部１１９Ａ及び１１９Ｂの内部容積は、通気パイプ１１５を閉鎖するのに必要な液体の体積が、閉鎖容器６３の内部容積の１０％よりも小さいように選択される。更に、液体の体積は、液体回収容器１０４の容積よりも小さい。

左側の柱部１１９Ａには、この柱部１１９Ａ内の液体を検出するためのセンサ１２３が設けられており、このセンサは、分析アッセンブリ１９を制御するための手段１２５に電気的に接続されている。センサ１２３は、柱部１１９Ａ内に液体がないことを検出すると、警報信号を発し、この信号が制御手段１２５に伝達される。分析手段５５は、取り出される一つ又は複数のガスを検出して定量分析できる計器１３１を備えている。

計器１３１は、分析されるべきガスに応じて、例えば、二酸化炭素を定量分析するための赤外線検出装置、炭化水素を検出するためのＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）クロマトグラフ、又はＴＣＤ（熱伝達率検出器）クロマトグラフを備えている。計器１３１は、更に、質量分析計に連結されたガスクロマトグラフィーシステムを備えている。このシステムは、ＧＣ−ＭＳという略名を有する。こうして、複数のガスを検出し、同時に定量分析できる。

手段１３１は、ライン１０７に設けられた開口（ｔａｐ）に連結されている。この開口は、真空ポンプ１０９の上流に、この真空ポンプ１０９の近くに配置されている。
井戸の掘削中の本発明による分析アッセンブリ１９の作動を図１を参照して以下に詳細に説明する。

掘削作業を行うため、掘削工具１５を地表設備４１によって回転駆動する。掘削液を注入手段４３によって掘削具２９の内部空間３５に導入する。この液体は、掘削へッド２７まで下降し、掘削へッド２７を通って掘削ダクト１３内に入る。この液体は、穿孔手段３３を冷却し、潤滑する。液体は、次いで、掘削作業によって生じた固体の屑を集め、掘削具２９と掘削ダクト１３の壁との間に形成された環状空間を介して戻り、次いで排液パイプ２５によって排出される。

図２を参照すると、その後、パイプ２５内を流れる掘削泥の所定の部分を連続的に採取するため、蠕動ポンプ６１を作動する。
この泥部分を供給パイプ６５を介して閉鎖容器６３に搬送する。

泥中に含まれるガスの取り出しを行うため、及び取り出したガスを、注入通路９９を介して吸引したキャリアーガスと混合するため、攪拌機７９をモータ８１によって回転駆動し、閉鎖容器６３の下部７３内の泥を攪拌する。

真空ポンプ１０９が発生する吸引力の作用で、ガス混合物を、取り出しパイプ７１を介して取り出す。混合物を分析手段５５まで搬送し、ここで、計器１３１によって定性分析及び定量分析を行う。

閉鎖容器６３の壁及び排出パイプ６７の壁に投げつけられた泥残滓が、注入通路９９を塞いだ場合、真空ポンプ１０９による閉鎖容器６３からのガス混合物の吸引が、閉鎖容器６３内にキャリアーガスを導入することによって補償されなくなる。その結果、閉鎖容器６３内及び取り出しパイプ７１内の圧力が低下する。

取り出しパイプ７１内の圧力が、特に開口位置１２１で設定値以下に低下したとき、通気パイプ１１５内に収容された液体が取り出しパイプ７１に吸い込まれる。
この液体が全て、取り出しパイプ７１内に入ると、通気パイプ１１５が開放される。液体は液体回収容器１０４内に集められる。取り出しパイプ７１は通気部に連結され、パイプ７１の上流部分１０３内の、次いで閉鎖容器６３内の圧力の値がほぼ直ちに上昇し、大気圧に戻る。

従って、最初に通気パイプ１１５内に収容された液体だけが取り出しパイプ７１に吸い込まれる。この結果、取り出しパイプ７１及び／又は分析手段５５が掘削泥で詰まることが防止される。

閉鎖手段１１７は、開口位置１２１での圧力が設定値よりも低い場合に通気パイプ１１５を独立して開放するのに適している。
次いで、左側の柱部１１９Ａ内に液体がないことを検出センサ１２３が検出し、警報信号を警報手段１２５に伝達する。

次いで、注入通路９９が、オペレータ、又は自動洗浄装置によって洗浄された後、所定量の液体が通気パイプ１１５に導入されて、通気パイプ１１５を閉鎖する。
取り出しパイプ７１、真空ポンプ１０９、及び／又は分析手段５５の計器１３１の洗浄や交換を必要とせずに、分析アッセンブリ１９を使用状態に非常に迅速に復帰させる。

変形例では、閉鎖手段１１７は、破壊可能なフラップや圧力で制御されるバルブを備えている。
この最後に言及した場合には、上流部分１０３内の所定の点の圧力が所定の設定値よりも低い場合にバルブを開放できる。

本発明による取り出し装置５３により、掘削泥に含有されるガスの取り出し及び分析を行うための特に信頼性が高いアッセンブリを利用可能にできる。
装置５３は、簡単であり且つ安価な手段によって、取り出しパイプ７１が掘削泥によって閉塞されることがないようにする。これにより、掘削作業の生産性及び安全性が向上する。

図１は、本発明による分析アッセンブリが設けられた掘削設備の概略垂直断面図である。 図２は、本発明による分析アッセンブリの主要部分の概略垂直断面図である。

符号の説明

１１ 掘削設備
１３ 掘削ダクト
１４ キャビティ
１５ 回転掘削工具
１７ 地表設備
１９ 分析アッセンブリ
２１ 下層土
２２ 地表
２３ 井戸へッド
２５ 排液パイプ
２７ 掘削へッド
２９ 掘削具
３１ へッド
３５ 内部空間

Claims (7)

1. 閉鎖容器（６３）と、
   掘削泥を前記閉鎖容器（６３）に供給するための手段（６５）と、
   前記閉鎖容器（６３）から掘削泥を排出するための手段（６７）と、
   キャリアーガスを前記閉鎖容器（６３）に導入するための手段（６９）と、
   前記閉鎖容器（６３）の上部（７５）内に開口しており、前記閉鎖容器（６３）の下流で吸引手段（１０９）に連結されたガス取り出しパイプ（７１）とを備えた、掘削泥に含まれる少なくとも一つのガスを取り出すための装置（５３）であって、
   選択的に通気するための手段（７２）を更に有し、この選択的に通気するための手段は、
   前記取り出しパイプ（７１）内に開口する通気パイプ（１１５）と、
   前記通気パイプ（１１５）を閉鎖するための閉鎖手段（１１７）とを備え、前記閉鎖手段は、前記装置における少なくとも一つの所定の位置（１２１）での圧力が所定の設定値よりも低い場合に前記通気パイプ（１１５）を開放するのに適しており、前記所定の位置（１２１）は、前記通気パイプ（１１５）の、前記閉鎖手段（１１７）と前記取り出しパイプ（７１）との間にある、ことを特徴とする装置（５３）。
2. 請求項１に記載の装置（５３）において、
   前記閉鎖手段（１１７）は、前記通気パイプ（１１５）を自律的に開放するのに適している、ことを特徴とする装置（５３）。
3. 請求項１又は２に記載の装置（５３）において、
   前記閉鎖手段（１１７）は、液体を含む、ことを特徴とする装置（５３）。
4. 請求項３に記載の装置（５３）において、
   前記通気パイプ（１１５）はサイホン形成部分（１１９）を含み、前記液体は、前記所定の位置（１２１）での圧力が前記設定値よりも高い場合、前記サイホン形成部分（１１９）内に配置される、ことを特徴とする装置（５３）。
5. 請求項３又は４に記載の装置（５３）において、
   前記サイホン形成部分（１１９）の内部体積は、前記閉鎖容器（６３）の内部体積の１０％よりも小さい、ことを特徴とする装置（５３）。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置（５３）において、
   キャリアーガスを前記閉鎖容器（６３）に導入するための前記手段（６９）は、大気圧の空気用の吸気部（９８）を含み、前記設定値と大気圧との間の差は５０ｍｂａｒ（５０ｈＰａ）よりも小さい、ことを特徴とする装置（５３）。
7. 掘削泥に含まれる少なくとも一つのガスを分析するためのアッセンブリ（１９）であって、
   掘削泥を採取するための手段（５１）と、
   前記採取手段（５１）が、掘削泥を供給するための手段（６５）内に開放されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置（５３）と、
   取り出しパイプ（７１）に連結された、ガスを分析するための手段（５５）とを有する、ことを特徴とするアッセンブリ（１９）。

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