DE102014003552A1 - Vorrichtung und Verfahren zur frühen Erkennung von Zuflüssen in Untergrundbohrungen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur frühen Erkennung von Zuflüssen in Untergrundbohrungen Download PDF

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Abstract

Die frühe Erkennung von Zuflüssen in Untergrundbohrungen ist wesentlicher Teil der Sicherheitsstrategie bei der Suche nach Rohstoffen in tiefen Formationen. Es bezieht sich allgemein auf die Überwachung der Bohrarbeiten bei der Suche nach Öl oder Gas in tieferen Formationen, die unter Druck stehen. Genauer bezieht sich diese Offenbarung auf Werkzeuge und Methoden zur Identifizierung des Zustroms von Flüssigkeiten und/oder Gasen, vorzugsweise Kohlenwasserstoffe in das Bohrloch in Echtzeit während der Bohrarbeiten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, das eine verlässliche frühe Bestimmung und/oder Überwachung der Zuflüsse in Bohrlöcher mit Ultraschall gestattet. Die Erfindung basiert auf dem physikalischen Effekt der Fortbewegung von mechanischen Wellen des Ultraschalls in gerichteter Form durch das Bohrlochfluid und der Auswertung von Amplitude und Laufzeit. Derartige Vorrichtungen und Verfahren werden bei Tiefbohrarbeiten allgemein benötigt und sind nicht nur auf Offshore-Bohrungen beschränkt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Überwachung der Bohrarbeiten bei der Suche nach Öl oder Gas in tieferen Formationen, die unter Druck stehen. Genauer bezieht sich diese Offenbarung auf Werkzeuge und Methoden zur Identifizierung des Zustroms von Flüssigkeiten und/oder Gasen, vorzugsweise Kohlenwasserstoffe in das Bohrloch in Echtzeit während der Bohrarbeiten.
  • Stand der Technik
  • Andere bekannte Verfahren zur Identifizierung von möglichen Zuflüssen, auch Gas-Kick genannt, verlassen sich auf Dichtemessungen von dem Bohrlochfluid. Siehe zum Beispiel die Patentschriften US 4492865 , US4412130 , US 6648083 , und US 6768106 . Ein Nachteil der Methoden, die Dichtemessungen zugrunde legen ist, dass Gas muss in ausreichender Menge vorhanden sein, um die Dichte der Bohrlochfluide zu beeinflussen. Dichtemessungen mit Verwendung von radioaktiven Quellen erfordern besondere Vorkehrungen an die Technik und an das Personal.
  • Um eine frühe Erkennung der Zuflüsse zu ermöglichen werden auch Verfahren und Vorrichtungen mit Schallwellen vorgeschlagen.
  • In der Patentschrift US20130341094 wird ein Verfahren offenbart, das mit mehreren akustischen Sensoren an einem Bohrgestänge in Längsrichtung Gasblasen in einem Bohrlochfluid erfassen soll.
  • Notwendig sind dabei mit Telekommunikationsleitungen verbundene Sensoren, die entlang des Bohrgestänges montiert sind und längs des Bohrstranges messen. Die Detektion von flüssigen Zuflüssen, welche die Schallgeschwindigkeit beeinflussen, erfolgt nicht.
  • In den Patentschriften US20120298421 und WO20162212A2 wird ein Verfahren beschrieben, wo ein Zustrom von Gas in einem Bohrloch durch einer Vielzahl von akustischen Sensoren entlang der Länge des Bohrstrangs erfasst wird, indem die akustischen Sensoren, akustische Impulse in der Bohrspülung in Längsrichtung des Bohrstrangs ausbreiten und dabei die Veränderung der akustischen Merkmale des Bohrlochfluids überwachen. Diese vorgeschlagene Lösung erfordert den Einbau von Sensoren direkt in den Ringraum des Bohrstranges. Die Übertragung der gewonnen Daten erfordert spezielle Datenleitungen in den Futterrohren. Diese Art der Datenübertragung erfordert zusätzliche erhebliche technische Geräte und Vorrichtungen, die in ihrer konkreten Ausführung bisher nicht bekannt sind. Eine andere darin vorgeschlagen Übertragungsart der Daten mit dem Bohrschlamm in der Steigleitung nach oben, mit der sogenannten „Schlammimpuls-Telemetrie”, ist auf Grund der akustischen Eigenschaften des mit Bohrschlamm beladenen Bohrlochfluids nicht praktikabel. Die bekannte und gesetzmäßig definierte exponentielle Abhängigkeit der Signalschwächung mit zunehmender Entfernung, lässt eine Datenübertragung bzw. Telemetrie über große Entfernungen in Tiefbohrungen mit einem Bohrlochfluid als Datenträger, wie es die vorgeschlagene Lösung beschreibt, als technisch nicht mit ökonomisch vertretbaren Aufwand, realisierbar erscheinen. Auch die Anwendung des „MWD”-Verfahrens mit Druckmodulation des Bohrlochfluids zur schnellen Datenübertragung ist bei mehreren Schallpfaden wenig realistisch. Zeitgleich anfallende Signale können so nicht übertragen werden.
  • In den Patenschriften PCT/US2013/026832 und WO2013126388A1 wird ein Verfahren zum Erfassen eines Gaseinbruchs in einem Bohrlochfluid während Bohrarbeiten beschrieben. Dieses beschriebene Verfahren umfasst:
    • – Messung einer Schallgeschwindigkeit des Bohrlochfluids, bei dem ein akustischen Sensor in einem Bohrloch angeordnet ist;
    • – Messung der Temperatur des Bohrlochfluids mit einem Temperatursensor, der in dem Bohrloch angeordnet ist, und
    • – Vergleich der Messung der Schallgeschwindigkeit des Bohrlochfluids auf die Messung der Temperatur des Bohrlochfluids, um das Gaszustrom-Ereignis zu detektieren.
  • Im Einzelnen werden zur Realisierung dieser Offenbarung folgende Ausführungsbeispiele und deren anhaftende Mängel erläutert:
    • – In der Schwerstange ist ein akustischer Sensor installiert. Dieser soll mit ölgefüllt sein und zum Ringraum hin mit einer Platte aus Polymer oder Metall abgedichtet sein. Die Änderung der akustischen Impedanz des Bohrlochfluids bewirkt eine Änderung des Nachhalles bzw. Ausschwingverhaltens dieser Platte. Die praktische Umsetzung erfordert noch die Stromversorgung und die Telemetrie der Messdaten vom Sensor über die Gesamtlänger der Schwerstange. Da diese aus einzelnen Segmenten besteht und bei jedem Wechsel des Bohrmeißels ausgebaut werden muss, bestehen noch zusätzliche ungelöste technische Probleme. Diese Lösung erfordert spezielle Schwerstangen für „MWD”. Deren Einsatzmöglichkeiten für die Belange der Signalanalyse bei akustischen Anwendungen derzeit nicht bekannt sind.
    • – Die vorgeschlagene Messung der Geschwindigkeit der Ultraschallwelle in der Bohrlochflüssigkeit zwischen Schwerstange und Bohrlochwand ist mit der offengelegten Messanordnung nur fehlerbehaftet möglich.
    • – Die rotierend Schwerstange ist nicht zentrisch fixiert. Die Messlänge zur Laufzeitmessung des Ultraschallsignals verändert sich ständig. Damit ist berechnete Geschwindigkeit mit dem Fehler der Längenänderung behaftet.
    • – Weitere bekannte Offenbarungen zur Bestimmung der Differenz von P-Wellen-Geschwindigkeiten mit längs zur Bohrung angeordneten akustischen Sensoren mit abgestuften Reflektoren, beschreiben die Messung der akustischen Eigenschaften des Bohrlochfluids. Für diese Lösung gelten die schon bei der Patentschrift US20120298421 genannten Einschränkungen der Anwendbarkeit.
  • Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die mit den beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen vorzunehmende frühe Erkennung von Zuflüssen in das Bohrlochfluid, nur mit Änderungen der Schwerstangen oder des Bohrgestänges erfolgen kann. Sie beinhalten zudem keine separate Klassifizierung der detektierten Zuflüsse hinsichtlich des Aggregatzustandes und/oder der Menge. Keines der bekannten Verfahren erlaubt eine schnelle und umfassende Datenermittlung und Datenübertragung unabhängig von der Beeinflussung der Bohrtechnologie und des Bohrlochfluids.
  • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, eine frühe Erkennung von gasförmigen und/oder flüssigen Zuflüssen aus der Formation in das Bohrlochfluid ohne Änderung der vorhandenen Schwerstangen oder Bohrgestänge zu realisieren. Die erfindungsgemäße Lösung soll universell für alle Arten von Tiefbohrungen anwendbar sein. Weiterhin sollen die Zuflüsse hinsichtlich ihres Aggregatzustandes klassifiziert werden.
  • Lösung
  • Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst,
    das ein freier Schallpfad für P-Wellen in einem mit Bohrschlamm gefüllten Rohr so angeordnet ist, das keine Reflexion am Bohrgestänge notwendig ist, die Schallübertragung und oder Schallbeeinflussung unabhängig und ohne Mitwirkung einer Schwerstange oder eines Bohrgestänge allgemein durch einen Teil des Strömungsquerschnittes führt, das mindestens ein Schallpfad quer zur Strömungsrichtung des Bohrlochfluids in einer Rohrleitung angeordnet ist, die Laufzeit des Schallsignals zwischen den beabstandeten akustischen Sensoren und/oder Amplitude bei definierten Zeitpunkten der direkten und/oder der innerhalb des freien Schallpfades ein oder mehrfach reflektierten Schallsignale ermittelt wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Schallpfades wird die Laufzeitmessung ohne die störende Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit des Bohrlochfluids ermöglicht. Das zeichnet die offenbarte Erfindung gegenüber den bekannten Lösungen mit längs am Bohrgestänge angeordneten akustischen Sensoren aus. Ein wesentlicher Vorteil ist weiterhin, das eine langsame Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit nicht als Änderung der Schallgeschwindigkeit erkannt wird und diese damit fälschlich, als ein Zufluss von Gas oder Kohlenwasserstoffen aus der Formation gedeutet wird. Wenn man die Empfindlichkeit des Verfahrens, durch Bildung der ersten Ableitung der Schallgeschwindigkeitswerte nach der Zeit, erhöht, ist dieses Merkmal bedeutungsvoll.
  • Die Korrelation dieser Änderungen mit Änderungen der Schallparameter ist ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der frühzeitigen Erkennung eines Zuflusses von flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Gasen. Die Auswertung von zwei Eigenschaften des Bohrlochfluids erlaubt die Charakterisierung der Zuflüsse hinsichtlich ihres Aggregatzustandes und eine Beurteilung der Quantität der Zuflüsse. Die Abtastung der Amplitudenwerte kann zu verschiedenen Zeitpunkten der im Schallpfad mehrfach reflektierten Schallwelle erfolgen. Damit erreicht man einen großen Dynamikbereich der quantitativen Messung. Voraussetzung dazu ist ein genügend großer Abstand in dem Messtakt zwischen den Sendeimpulsen. Bei sehr stark dämpfenden Bohrlochfluiden ist es vorteilhaft mit einem Burst zu arbeiten. Die Energieabstrahlung ist dabei wesentlich größer.
  • Die bekannte Abhängigkeit der Resonanzfrequenz eines Piezokeramischen Schwingers von der Temperatur erfordert eine Bestimmung der Frequenz der ungezwungen Schwingung des Senders nach dem Ende des Sendimpulses oder Burts. Diese ermittelte Frequenz dient als Sollwert für den nachfolgenden Sendeimpuls oder Burst. Mit bekannten Mitteln wird ein DDS-Generator direkt von der Mikroprozessoreinheit dazu angesteuert. Die Dauer eines Messtaktes ist ausreichend groß für die Datenübertragung der Steuerworte zum DDS-Generator. Sender und Empfänger sind aus Piezomaterialen mit gleichen Temperatureigenschaften gefertigt. Da beide der gleichen Temperatur ausgesetzt sind, genügt es nur den Sender mit einer temperaturabhängigen Frequenz anzusteuern. Diese Maßnahme kann entfallen, wenn der Sender mit kurzen Rechteckimpulsen so angesteuert wird, das sich die optimale Anregefrequenz bei der Resonanzfrequenz mit der geringsten Impedanz automatisch einstellt.
  • Ausführungsbeispiele
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Es zeigen:
  • 1 den Querschnitt durch einen Gas-Kick-Detektor mit Bohrgestänge,
  • 2 die Seitenansicht eines Gas-Kick-Detektors mit 4 Schallpfaden,
  • 3 den Querschnitt durch einen Gas-Kick-Detektors mit Darstellung von um 90° versetzte Schallpfade,
  • 4 die Ansichten eines Gas-Kick-Detektors für Schlammleitungen,
  • 5 einen Gas-Kick-Detektor mit Meeressteigleitung für das Bohrgestänge,
  • 6 einen Gas-Kick-Detektor mit Schlammrücklaufleitung,
  • 7 die Änderung der gemessenen Schallgeschwindigkeit des Bohrlochfluides bei Zufluss eines Flüssigkeit mit niedrigerer Schallgeschwindigkeit,
  • 8 die Änderung der gemessenen Schallgeschwindigkeit des Bohrlochfluids bei Zufluss eines Flüssigkeit mit niedrigerer Schallgeschwindigkeit bei hoher Auflösung,
  • 9 die Änderung der gemessenen Amplitude des Schallsignals im Bohrlochfluid bei Zufluss von Gasblasen.
  • In 1 ist der Querschnitt durch einen Gas-Kick-Detektor mit Bohrgestänge dargestellt. Die Sender (104 und 103) für P-Wellen und die Empfänger (101 und 102) bilden 2 Schallpfade (105 und 106) in dem mit Bohrlochfluid mit Bohrklein (109) gefüllten Ringraum zwischen Bohrgestänge (107) und Meeresstandrohr (108). In einer Ausgestaltung der Erfindung können die Schallpfade (105 und 106) unterschiedlich lang sein.
  • Aus der bekannten Längendifferenz und der Laufzeitdifferenz kann die Schallgeschwindigkeit derart bestimmt werden, das dämpfungsabhängige Laufzeitschwankungen in der Auswertung weniger in das berechnete Ergebnis einfließen.
  • 2 zeigt die Seitenansicht eines Gas-Kick-Detektors mit 4 Schallpfaden für den Einbau in eine hier nicht mit dargestellte Meeressteigleitung. Die Flansche (201) zeigen symbolhaft die Möglichkeit zur Verbindung mit einer Meeressteigleitung oder mit einem Blow-Out-Preventer. Im unterem Teil ist ein Schallpfad mit dem Sensorgehäuse für den Empfänger (203) und dem Sensorgehäuse für den Sensor (204) dargestellt. Im oberem Teil sind zwei weitere um 90° versetzte Schallpfade angeordnet. Das Sensorgehäuse für den Empfänger (205) und das Sensorgehäuse für den Sender (206) sind hier stellvertretend dargestellt. Die gegenläufige Betriebsweise ist nicht zwingend. Eine parallele Anordnung der Sender und Empfänger der Schallpfade ist ebenso erfindungsgemäß.
  • In 3 ist sind die um 90° versetzt angeordneten Schallpfade (310) und (309) dargestellt. Die Sender (307) und (308) und die nicht dargestellten Empfänger sind so angeordnet, dass die Schallpfade (309 und 310) quer zur Strömungsrichtung des Bohrlochfluids angeordnet sind.
  • 4 zeigt in den Ansichten (A, B und C) den Aufbau eines Gas-Kick-Detektors für den Einbau in eine Schlammrücklaufleitung. Da in der Schlammrücklaufleitung kein Bohrgestänge verläuft, kann der Schallpfad (403) mittig quer zur Strömungsrichtung des Bohrlochfluids angeordnet werden. Die Anordnung der Sensorgehäuse für Sender (408) und Empfänger (409) und das Rohrstück mit den Flanschen (410) zum Bohrlochfluideintritt (401) und Bohrlochfluidaustritt (402) kann kreuzförmig ausgebildet werden.
  • Für die redundante Ausgestaltung können auch zwei Gas-Kick-Detektoren hintereinander angeordnet werden.
  • In 5 wird die typische Anwendung eines Gas-Kick-Detektors (500) zur Erkennung von Zuflüssen aus unterirdischen Formationen bei Tiefbohrungen dargestellt. Von der Bohrplattform (501) führt eine Meeressteigleitung (502) zum Blow-Out-Preventer (auch BOP genannt) (510). Der Einbau des Gas-Kick-Detektors (500) kann dabei direkt auf den BOP (510) erfolgen. Beim Einbau am Meeresboden wird auf Grund des herrschenden Druckes der Zufluss meist in flüssiger Form vorliegen. Die Kohlenwasserstoffe und flüssigen Gase besitzen eine wesentlich geringere Schallgeschwindigkeit als wasserbasierte oder ölbasierte Bohrlochfluide. Dieser Zufluss wird durch den Gas-Kick-Detektor (500) als Laufzeitverkürzung der P-Welle zwischen Sender und Empfänger erkannt. Zusätzlich kann der Gas-Kick-Detektor (500) auch innerhalb der Meeressteigleitung (502) angeordnet werden.
  • 6 zeigt eine weitere beispielhafte Anwendung eines Gas-Kick-Detektors (600) zur Erkennung von Zuflüssen aus unterirdischen Formationen bei Tiefbohrungen. Von der Bohrplattform (601) führt ein Bohrgestänge (603) zum Blow-Out-Preventer (auch BOP genannt) (610). Der Einbau des Gas-Kick-Detektors (600) kann dabei zwischen den BOP (610) und einer Tiefseepumpe (605) für den Rücklauf der Bohrlochfluide über die Schlammrücklaufleitung (604) erfolgen. Beim Einbau am Meeresboden wird auf Grund des herrschenden Druckes, der Zufluss meist in flüssiger Form vorliegen. Die Kohlenwasserstoffe und flüssigen Gase besitzen eine wesentlich geringere Schallgeschwindigkeit als wasserbasierte oder ölbasierte Bohrlochfluide. Dieser Zufluss wird durch den Gas-Kick-Detektor (600) als Laufzeitverkürzung der P-Welle zwischen Sender und Empfänger erkannt. Zusätzlich kann der Gas-Kick-Detektor (600) auch innerhalb der Schlammrücklaufleitung (604) angeordnet werden.
  • In 7 wird die Auswirkung von Zuflüssen von Kohlenwasserstoffen oder flüssigen Gasen in die Bohrlochfluide dargestellt. Dabei zeigt die Ordinatenachse (700) die Schallgeschwindigkeit des Bohrlochfluids mit einem Delta der Schallfrequenzänderung von 900 m/s bei unterschiedlichen Zuflüssen (703, 704 und 705) innerhalb einer bestimmten Zeit auf der Abszissenachse (710). Der Zufluss (703) entspricht einer großen Menge an Kohlenwasserstoffen oder Flüssiggas, bei dem die resultierende Schallgeschwindigkeit weit abgesenkt wird. Kleine Zuflüsse (704 und 705), zum Beispiel einzelne Tropfen von wenigen Milliliter Flüssigkeit mit einer geringeren Schallgeschwindigkeit, rufen bei einer groben Auflösung keine bemerkenswerten Änderungen in der graphischen Darstellung hervor. Die digitale Auflösung der Schallgeschwindigkeit ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch besser als 0,1 m/s.
  • 8 zeigt die gleichen Auswirkung von Zuflüssen von Kohlenwasserstoffen oder flüssigen Gasen in die Bohrlochfluide, aber mit einer hochauflösenden Ordinatenachse (800). Dabei zeigt die Ordinatenachse (800) die Schallgeschwindigkeit des Bohrlochfluides bei unterschiedlichen Zuflüssen (803, 804 und 805) innerhalb einer bestimmten Zeit auf der gleichen Abszissenachse (810), wie in 7, aber mit anderer Ordinatenachse (800) mit einem Delta der Schallfrequenzänderung von 5 m/s. Der Zufluss (803) entspricht einer großen Menge an Kohlenwasserstoffen oder Flüssiggas bei dem die resultierende Schallgeschwindigkeit weit abgesenkt wird. Kleine Zuflüsse (804 und 805), zum Beispiel einzelne Tropfen von wenigen Milliliter Flüssigkeit mit einer geringeren Schallgeschwindigkeit, als die Schallgeschwindigkeit der Bohrlochfluide, rufen bei einer feinen Auflösung sehr deutliche Änderungen in der graphischen Darstellung hervor. Legt man ein Toleranzband (801) von 1 m/s um einen Mittelwert von 1589,5 m/s, ist der kleine Zufluss (804) schon deutlich mit 1 m/s außerhalb des mittleren Wertes des Toleranzbandes (801).
  • In 9 wird die Auswirkung von Zuflüssen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder anderen Gasen in die Bohrlochfluide dargestellt. Dabei zeigt die Ordinatenachse (901) die Amplitude des Bohrlochfluids mit einem Delta von 2000 Amplitudeneinheiten bei unterschiedlichen Zuflüssen von Gasen (907 und 909) innerhalb einer bestimmten Zeit auf der Abszissenachse (902). Der Zufluss (907) entspricht einem kontinuierlichen Gaszufluss von 20 ml/min, bei atmosphärischen Bedingungen. Die Gasblasen unterbrechen dabei kontinuierlich einen Teil des Schallpfades zwischen den Sensoren. Bei kontinuierlichem Zufluss von 20 ml/min (907) über einzelne Blasen reduziert sich die Amplitude ohne Zufluss (908) von 3000 Amplitudeneinheiten auf 2250 Amplitudeneinheiten. Bei einer weiteren Erhöhung des Zuflusses auf 50 ml/min (909), sinkt die Amplitude auf etwa 1400 Amplitudeneinheiten. Die Messung der Amplitude erfolgt bei geringen Gaszuflüssen erst bei den nachfolgenden Mehrfachechos. Im dargelegten Ausführungsbeispiel wird beim 6. Mehrfachecho die Amplitude gemessen. Vorteilhafter Weise wird dazu das Hochfrequenzsignal nach dem Empfänger gleichgerichtet und in bekannter Weise die Hüllkurve des Signals ausgewertet.
  • Vorteilhaft wird die Hüllkurve bei unterschiedlichen Mehrfachechos abgetastet. Mit zunehmenden Zufluss durch eine steigende Anzahl von kleinen Gasblasen in einer Zeiteinheit oder von größer werdenden Blasen sinkt die Anzahl der auswertbaren Mehrfachechos. Sollen größere Zuflüsse ausgewertet werden, sind dann beispielsweise die Mehrfachechos 2 oder 3 auszuwerten.
  • Die Erfindung kann bestimmungsgemäß auch im Zusammenhang mit Meeressteigleitungen mit integrierten Datenleitungen oder der „WDP”-Technologie verwendet werden. Damit ist ein Einsatz von mehreren längs des Bohrstranges angeordneten Schallpfaden möglich. Besonders bei Bohrungen in sehr tiefen Wasser kann diese Anordnung hilfreich sein. Beim Aufsteigen des Bohrlochfluids kann es durch den immer geringer werdenden hydrostatischen Druck zu einer vermehrten Ausgasung kommen. Die dabei wachsende Blasengröße kann mit der Amplitudenauswertung direkt bestimmt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 101
    Empfänger
    102
    Empfänger
    103
    Sender
    104
    Sender
    105
    Schallpfad
    106
    Schallpfad
    107
    Bohrgestänge
    108
    Standrohr
    109
    Bohrlochfluid mit Bohrklein
    110
    Bohrlochfluid
    201
    Flansch
    202
    Flansch
    203
    Sensorgehäuse für Empfänger
    204
    Sensorgehäuse für Sender
    205
    Sensorgehäuse für Empfänger
    206
    Sensorgehäuse für Sender
    307
    Sender
    308
    Sender
    309
    Schallpfad
    310
    Schallpfad
    401
    Bohrlochfluideintritt
    402
    Bohlochfluidaustritt
    403
    Schallpfad
    408
    Sensorgehäuse für Sender
    409
    Sensorgehäuse für Empfänger
    410
    Flansch
    500
    Gas-Kick-Detektor
    501
    Bohrplattform
    502
    Meeressteigleitung
    510
    Blow-Out-Preventer
    600
    Gas-Kick-Dektor
    601
    Bohrplattform
    603
    Bohrgestänge
    604
    Schlammrücklaufleitung
    605
    Tiefseepumpe
    610
    Blow-Out-Preventer
    700
    Schallgeschwindigkeit (Ordinatenachse)
    703
    Zufluss
    704
    Zufluss
    705
    Zufluss
    710
    Zeit (Abszissenachse)
    800
    Schallgeschwindigkeit
    801
    Toleranzband
    803
    Zufluss
    804
    Zufluss
    805
    Zufluss
    810
    Zeit (Abszissenachse)
    901
    Amplitude (Ordinatenachse)
    902
    Zeit (Abszissenachse)
    907
    Amplitude mit Zufluss 20 l/min
    908
    Amplitude ohne Zufluss
    909
    Amplitude mit Zufluss 50 l/min
    A
    Seitenansicht des Gas-Kick-Detektors für Schlammleitungen
    B
    Draufsicht auf den Flansch des Gas-Kick-Detektors für Schlammleitungen
    C
    Draufsicht auf das Sensorgehäuse des Gas-Kick-Detektors für Schlammleitungen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4492865 [0002]
    • US 4412130 [0002]
    • US 6648083 [0002]
    • US 6768106 [0002]
    • US 20130341094 [0004]
    • US 20120298421 [0006, 0008]
    • WO 20162212 A2 [0006]
    • US 2013/026832 [0007]
    • WO 2013126388 A1 [0007]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur frühen Erkennung von Zuflüssen in Untergrundbohrungen gekennzeichnet dadurch, das ein freier Schallpfad für P-Wellen in einem mit Bohrschlamm gefüllten Rohr so angeordnet ist, das keine Reflexion am Bohrgestänge notwendig ist, die Schallübertragung und oder Schallbeeinflussung unabhängig und ohne Mitwirkung einer Schwerstange oder eines Bohrgestänge allgemein durch einen Teil des Strömungsquerschnittes führt, das mindestens ein Schallpfad quer zur Strömungsrichtung des Bohrlochfluides in einer Rohrleitung angeordnet ist, die Laufzeit des Schallsignals zwischen den beabstandeten akustischen Sensoren und/oder Amplitude bei definierten Zeitpunkten der direkten und/oder der innerhalb des freien Schallpfades ein oder mehrfach reflektierten Schallsignale ermittelt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, das ein zweiter freier Schallpfad mit einer vom ersten Schallpfad unterschiedlichen Schallpfadlänge vorhanden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit mindestens einem 2. Schallpfad, der um 90° versetzt angeordnet ist, um Veränderungen im Schlamm , die durch Zuflüsse hervorgerufen werden, ohne Beeinflussung und/oder Reflexion an dem Bohrstrang ermittelt zu können.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, das eine Amplitudenmesseinrichtung mit dem Empfangssensor verbunden ist und Bestandteil eines Regelkreises zur Beeinflussung der Sendeleistung und/oder der Verstärkung des Empfängers ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch mindestens einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 mit Generierung eines frequenzvariablen Sendeburstes mit einem DDS-Generator.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Einrichtung der Messung der Resonanzfrequenz des akustischen Schwingers im Sender nach dem Sendeimpuls und Verbindung dieser Messeinheit mit der Sendeeinheit zum Zweck der Korrektur der Anregefrequenz des darauf folgenden Sendeimpulses auf die Frequenz der freien ungezwungenen Schwingung des Sendeschwingers.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die zwischen Blow-Out-Preventer und Meeressteigleitung angeordnet ist, oder in der Meeressteigleitung integriert ist.
  8. Vorrichtung nach 1 bis 6, die nach dem Blow-Out-Preventer im Tiefseebereich in der Schlammrücklaufleitung integriert ist.
  9. Verfahren zum frühen Erkennen von Zuflüssen in Untergrundbohrungen umfassend: Bereitstellung eines Ringraumes von einem Bohrstrang in einem Bohrloch, der von der Tagesoberfläche in eine Formation führt; Bereitstellen einer Bohrflüssigkeit in dem Bohrloch; Bereitstellen von wenigsten zwei sich gegenüberstehenden akustischen Sensoren an beliebigen Stellen, vorzugsweise quer zur Fließrichtung entlang der Länge des Bohrstrangs zu erfassen, in jeder der akustischen Sensoren, akustische Impulse in der Bohrspülung entlang der Länge des Bohrstrangs ausbreitet, wobei jeder der akustischen Sensoren ein elektrisches Signals in Abhängigkeit der Detektion von jeder der akustischen Impulse, Bestimmen einer Veränderung in einem akustischen Merkmal des Bohrfluids auf der Basis der erzeugten Signale, und Bestimmen der Anwesenheit eines Zustroms von Gas in das Bohrloch auf der Basis der bestimmten Änderung von Höhe und oder Länge des akustischen Signales.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das eine Auswertung von mehrfachen Schallechos zwischen den beabstandeten akustischen Sensoren erfolgt, diese Auswertung mithilfe einer Regelung die Verstärkung des Empfängers beeinflusst und/oder die Sendeleistung des Senders beeinflusst und oder die Frequenz des Sendimpulses oder Sendeburstes gleich der Frequenz der freien ungezwungenen Ausschwingung des Senders ist.
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