WO2002077408A1 - Mischvorrichtung für bohrmedien - Google Patents

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WO2002077408A1
WO2002077408A1 PCT/EP2002/002982 EP0202982W WO02077408A1 WO 2002077408 A1 WO2002077408 A1 WO 2002077408A1 EP 0202982 W EP0202982 W EP 0202982W WO 02077408 A1 WO02077408 A1 WO 02077408A1
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drilling
mixing
medium
nozzle
lance
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PCT/EP2002/002982
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Inventor
Franz-Josef Püttmann
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Tracto-Technik Gmbh
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
    • E21B21/062—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole by mixing components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/30—Mixing gases with solids
    • B01F23/32—Mixing gases with solids by introducing solids in gas volumes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/21—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof

Definitions

  • the invention relates to a device for mixing drilling media, in particular for producing a drilling suspension from powdered bentonite or other drilling additives and / or additives and water, and claims the priorities of German patent applications 101 15 560.3 and 101 33 181.9, to which the content refers is taken.
  • liquid or gaseous drilling media are used to remove the soil, to support the removal with the help of drilling tools, to cool them and, in particular, to remove the cuttings.
  • a common drilling medium is made from the clay mineral bentonite, which is commercially available in powder form, and water. Since the mixture of water and bentonite but also many other drilling additives is a suspension, the drilling medium is usually prepared as soon as possible for the planned drilling process. Unused or premixed drilling suspension tends to form two phases so that it must be re-mixed before use. For this purpose it is known to use agitators and other mixing devices.
  • the object of the invention is to create a device which allows improved mixing of a drilling medium and to provide a corresponding method.
  • the invention is not limited to the use of certain drilling media or drilling additives. Rather, the invention can be used to manufacture any drilling media.
  • a mixture of a gas and a liquid (mist / foam) is also conceivable, for example.
  • the main idea of the invention is to generate a vacuum with the aid of compressed air and to suck in at least one component of a drilling medium with the aid of this vacuum and then to transport the component sucked in with the aid of the suction air.
  • bentonite powder or polymer powder is used as an ingredient (drilling additive).
  • the device according to the invention can have a suction device, which is preferably designed as an air suction nozzle.
  • the mixing nozzle is designed as a Venturi nozzle and can have an inlet nozzle and an outlet nozzle as well as an intake opening arranged therebetween for the drilling additive.
  • the drilling additive or the sucked-in component of the drilling medium is preferably mixed downstream, for example with water, behind the mixing nozzle.
  • the device according to the invention can be placed in a handy form consisting of a nozzle with a compressed air connection and a suction nozzle and a suction hose on a water container, wherein the mixing nozzle can have a mixing lance for introducing the drilling additive into the water in the water container.
  • the suction hose can then be led to a bentonite reservoir, for example a container with bentonite powder, and the powder can be introduced into the water in the container through the negative pressure that is created via the suction line and the mixing lance. Due to the air swirling in the mixing nozzle, not only is the powder in finely atomized form introduced into the water, but at the same time it is mixed in the water tank due to the air swirling caused by compressed air.
  • Fig. 1 a schematic representation of the device according to the invention
  • Fiq.2 a longitudinal section through the mixing nozzle according to the invention
  • Fig. 3 a cross section along the line III-III in accordance with FIG. 2;
  • Fig. 4 a further embodiment of the mixing nozzle according to the invention.
  • Fig. 5 a cross section along the line V-V according to Fig.4.
  • a mixing nozzle 1 has a compressed air connection 2, an intake connection 4 and a lance connection 6.
  • a suction hose 12 is located on the intake connection for sucking in a drilling additive.
  • the mixing nozzle also has an inlet nozzle 20, a vacuum chamber 22 and an outlet nozzle 24.
  • the mixing lance 16 is placed on the lance nozzle 6 and inserted into the liquid container 18 with the drilling medium or with water.
  • the mixing nozzle is connected to the pressure medium source 8, such as a compressor, for example, by means of the compressed air hose 10 via the flow connection 2.
  • the suction hose 12 for the drilling additive is connected to the suction nozzle 4.
  • vacuum chamber 22 arises due to the fact that it enters and leaves the inlet nozzle 20 24 emerging air flow a negative pressure, which causes a suction process in the suction hose 12.
  • a drilling additive such as a powder or a liquid or a gas located in an additional drilling container 30, can now be sucked in.
  • the mixing nozzle can also have a plurality of intake ports (FIG. 3).
  • the device according to the invention can be used to mix the drilling medium located in the liquid container 18 by circulating the drilling medium via the suction hose 12 or 13.
  • the mixing lance 16 can also be used to bring the "longer" finished drilling suspension back into a homogeneous mixing state.

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Abstract

Verfahren zum Anmischen eines Bohrmediums, wobei mindestens ein Bestandteil des Bohrmediums mit Luft oder einem anderen Gas angesaugt wird. Vorrichtung zum Einbrigen eines Bohrzusatzes in ein Bohrmedium mit einer Venturidüse (1) und einem Kompressor (8).

Description

"Mischvorrichtunq für Bohrmedien"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anmischen von Bohrmedien, insbesondere zum Herstellen einer Bohrsuspension aus pulverförmigem Bento- nit oder anderen Bohrzusätzen und/oder Additiven und Wasser und nimmt die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 101 15 560.3 und 101 33 181.9 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.
Beim horizontalen Erdbohren werden flüssige oder gasförmige Bohrmedien eingesetzt, um das Erdreich abzutragen, den Abtrag mit Hilfe von Bohrwerk- zeugen zu unterstützen, diese zu kühlen und insbesondere um das Bohrklein abzutransportieren. Ein gebräuchliches Bohrmedium wird aus dem Tonmineral Bentonit, welches im Handel in Pulverform angeboten wird, und Wasser hergestellt. Da es sich bei der Mischung von Wasser und Bentonit aber auch vielen anderen Bohrzusätzen um eine Suspension handelt, wird das Bohrmedium in der Regel möglichst zeitnah zu dem geplanten Bohrvorgang angesetzt. Nicht verbrauchte oder zu früh angesetzte Bohrsuspension hat die Tendenz, zwei Phasen auszubilden, so daß vor der Verwendung ein erneutes Aufmischen erforderlich ist. Hierzu ist es bekannt, Rührwerke und andere Mischvorrichtungen einzusetzen.
Zum Herstellen eines Bohrmediums aus Wasser und pulverförmigen Zusätzen besteht bei einfacher Zugabe des Pulvers in den Wassertank die Gefahr einer Verklumpung der Bohrzusätze, die auch durch eine entsprechende Mischvorrichtung, wie die in der Praxis gebräuchlichen Rührwerke, nicht auf- gelöst werden kann. Es sind daher verschiedene Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, mit denen eine möglichst effektive und klumpenfreie Vermischung von Bohrzusätzen mit Wasser erreicht werden soll. Hierzu werden beispielsweise Prallplatten oder andere Mischstrecken eingesetzt (DE.100 19 759 A1). Bei einer anderen bekannten Technik wird der Bohrzusatz vor dem Einlauf einer Wasserpumpe zugegeben, so daß ein Vermischen in der Wasserpumpe erfolgt.
Auch bei diesen Verfahren und Vorrichtungen besteht das Problem, daß eine Verklumpung des Bohrzusatzes im Bereich der Eintrittsstelle des Pulvers in die Wasserleitung entsteht. Des weiteren sind die beschriebenen Vorrichtungen konstruktiv aufwendig und unhandlich, so daß ein Einsatz vor Ort auf der Baustelle teilweise ausscheidet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein verbessertes Anmischen eines Bohrmediums erlaubt und ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteil- hafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung bestimmter Bohrmedien oder Bohrzusätze beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung zur Herstellung jeglicher Bohrmedien eingesetzt werden. Denkbar ist beispielsweise auch eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit (Nebel/Schaum).
Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, mit Hilfe von Druckluft einen Unterdruck zu erzeugen und mit Hilfe dieses Unterdrucks mindestens einen Bestandteil eines Bohrmediums anzusaugen und den angesaugten Bestandteil dann mit Hilfe der Saugluft zu transportieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Bentonitpulver oder Polymerpulver als Bestandteil (Bohrzusatz) verwendet. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Saug Vorrichtung aufweisen, die vorzugsweise als Luftansaugdüse ausgebildet ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Mischdüse als Venturidüse ausgebildet und kann eine Einlaufdüse und eine Auslaufdüse sowie eine dazwischen angeordnete Ansaugöffnung für den Bohrzusatz aufweisen.
Als Bohrzusatz bzw. als Bestandteil des Bohrmediums sind alle geeigneten Stoffe und Stofformen, gleich ob gasförmig, flüssig oder fest denkbar.
Vorzugsweise wird der Bohrzusatz bzw. der angesaugte Bestandteil des Bohrmediums stromabwärts hinter der Mischdüse beispielsweise mit Wasser vermischt. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in handlicher Form bestehend aus einer Düse mit einem Druckluftanschluß und einem Ansaugstutzen und einem Ansaugschlauch auf einen Wasserbehälter aufgesetzt werden, wobei die Mischdüse eine Mischlanze zum Einleiten des Bohrzusatzes in das in dem Wasserbehälter befindliche Wasser aufweisen kann. Nach dem Einschalten der Druckmittelquelle kann der Ansaug- schlauch dann zu einem Bentonitreservoir, beispielsweise ein Behälter mit Bentonitpulver, geführt werden und das Pulver durch den entstehenden Unterdruck über die Ansaugleitung und die Mischlanze in das in dem Behälter befindliche Wasser eingeleitet werden. Aufgrund der Luftverwirbe- lung in der Mischdüse wird nicht nur das Pulver in fein zerstäubter Form in das Wasser eingebracht, sondern durch die druckluftbedingte Wasserver- wirbelung gleichzeitig in dem Wasserbehälter vermischt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fiq.1 : eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fiq.2: einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Mischdüse;
Fiq.3: einen Querschnitt entlang der Linie lll-lll gemäß Fig.2;
Fiq.4: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischdüse und
Fiq.5: einen Querschnitt entlang der Linie V-V gemäß Fig.4.
Eine Mischdüse 1 weist einen Druckluftstutzen 2, einen Ansaugstutzen 4 und einen Lanzenstutzen 6 auf. An dem Druckluftstutzen 2 befindet sich ein mit einer Druckmittelquelle 8 verbundener Druckluftschlauch 10. An dem Ansaugstutzen befindet sich ein Saugschlauch 12 zum Ansaugen eines Bohrzusatzes. An dem Lanzenstutzen 6 befindet sich eine Mischlanze 16 zum Einleiten der Druckluft und des Bohrzusatzes in das in einem Behälter 18 befindliche Bohrmedium, z. B. Wasser.
Die Mischdüse weist ferner eine Einlaufdüse 20, eine Unterdruckkammer 22 und eine Auslaufdüse 24 auf.
Zum Einmischen des Bohrzusatzes in das Bohrmedium wird die Mischlanze 16 auf den Lanzenstutzen 6 aufgesetzt und in den Flüssigkeitsbehälter 18 mit dem Bohrmedium bzw. mit Wasser eingesetzt. Mittels des Druckluft- schlauchs 10 wird die Mischdüse über den Durchlaufstutzen 2 mit der Druckmittelquelle 8, wie beispielsweise einem Kompressor verbunden. An den Ansaugstutzen 4 wird der Saugschlauch 12 für den Bohrzusatz angeschlossen.
Beim Einschalten des Kompressors entsteht in der Unterdruckkammer 22 aufgrund des in die Einlaufdüse 20 eintretenden und aus der Auslaufdüse 24 austretenden Luftstroms ein Unterdruck, der einen Saugvorgang im Saugschlauch 12 bewirkt. Mit Hilfe des Saugschlauches 12 kann nun ein Bohrzusatz, wie beispielsweise ein in einem Bohrzusatzbehälter 30 befindliches Pulver oder eine Flüssigkeit oder ein Gas angesaugt werden. Die Mischdüse kann auch mehrere Ansaugstutzen aufweisen (Fig.3).
Auch ohne Ansaugen eines Bohrzusatzes läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Mischen des im Flüssigkeitsbehälter 18 befindlichen Bohrmediums verwenden, indem das Bohrmedium über den Saugschlauch 12 oder 13 zirkuliert wird. Die Mischlanze 16 kann auch eingesetzt werden, um "länger" gelagerte fertige Bohrsuspension wieder in einen homogenen Mischungszustand zu versetzen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Anmischen eines Bohrmediums, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bestandteil des Bohrmediums mit Luft oder einem anderen Gas angesaugt wird.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiger oder flüssiger Bestandteil angesaugt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrmedium in einem Kreislauf zum Mischen über die Mischdüse (1) geführt wird.
4. Vorrichtung zum Einbringen eines Bohrzusatzes in ein Bohrmedium mit einer Saugvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Kompressor.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugvorrichtung als Venturidüse ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturidüse eine Einlaufdüse (20) und eine Auslaufdüse (24) aufweist, wobei zwischen der Einlaufdüse und der Auslaufdüse eine Ansaugöffnung für den Bohrzusatz vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch einen Behälter (18) für den einzubringenden
Bohrzusatz.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrzusatz mit dem Bohrmedium stromabwärts hinter der Düse vermischt wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch einen Behälter (18) für das Bohrmedium.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch eine Lanze (16) zum Einbringen des Bestandteils in das Bohrmedium.
11. Mischlanze zum Mischen einer in einem Behälter befindlichen Bohrsuspension mittels eines gasförmigen Mischmediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischlanze (16) mindestens einen Zuführ- kanal mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung für ein gasförmiges Mischmedium und eine Ansaugleitung (12) für einen Bohrzusatz aufweist.
12. Verwendung einer Mischlanze zum Anmischen einer Bohrsuspension mittels Druckluft.
13. Verwendung einer Mischlanze zum Mischen einer abgestandenen Bohrsuspension zum Erreichen eines homogenen Mischzustands.
14. Verwendung einer Mischlanze nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch Verwendung des Saugschlauchs 12 oder eines gesonderten Saugschlauchs 13.
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