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EP4524362A1 - Drilling emulsion system - Google Patents

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Info

Publication number
EP4524362A1
EP4524362A1 EP24000097.6A EP24000097A EP4524362A1 EP 4524362 A1 EP4524362 A1 EP 4524362A1 EP 24000097 A EP24000097 A EP 24000097A EP 4524362 A1 EP4524362 A1 EP 4524362A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
emulsion
aggregate
unit
designed
drilling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24000097.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Heidler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
H & E Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
H & E Bohrtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE202023001925.7U external-priority patent/DE202023001925U1/en
Priority claimed from DE102023003699.4A external-priority patent/DE102023003699A1/en
Application filed by H & E Bohrtechnik GmbH filed Critical H & E Bohrtechnik GmbH
Publication of EP4524362A1 publication Critical patent/EP4524362A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/41—Emulsifying
    • 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
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/49—Mixing systems, i.e. flow charts or diagrams

Definitions

  • the invention relates to a drilling emulsion system for the variable admixture of subsoil-specific aggregates, in particular for drilling rigs for directional drilling.
  • drilling emulsions for drilling underground is known in the art.
  • Such drilling techniques are known in the art as flush drilling, and can also be horizontal drilling.
  • drilling emulsions supports the drilling process in several ways.
  • the drilling emulsion softens the soil in front of the drill bit, improving the cutting effect and reducing drilling resistance at the drill bit. At the same time, it cools the drill bit.
  • the drilling emulsion flushes the soil loosened by the drilling process out of the drill bit zone and then further out of the drill channel.
  • the drilling emulsion acts as a tribologically beneficial lubricant, thus reducing friction and wear, even on the drill rod surfaces.
  • the drilling emulsion is also partially absorbed by the soil at the borehole wall and subsequently stabilizes the drill channel.
  • the drilling emulsion used in state-of-the-art directional drilling consists of a dispersion of bentonite in water as its base component, to which aggregates are usually added.
  • the aggregates serve primarily to adapt the drilling emulsion to the specific soil type.
  • the current state of the art involves selecting and dosing aggregates based on previously determined information about the subsoil. Furthermore, this can be done based on subjective assessment during the drilling process. The disadvantage of this approach is that it requires extensive experience from the respective rig operator and is prone to errors due to possible misjudgments.
  • a dosing device that is in principle suitable for providing a drilling emulsion is known from the publication DE 10 2009 023 546 A1
  • This device enables the introduction of a powdered medium into a liquid, and in particular the introduction of bentonite into water.
  • the device comprises a guide unit and a dosing unit arranged above it with dosing and brush rollers, whereby the powdered medium dispensed by the dosing unit is scattered onto the liquid surface.
  • the dispersion device enables the production, storage, and dosing of bentonite suspensions. Water and bentonite are thoroughly stirred in a mixing vessel, then transported to a dispersion device, where they are subjected to a shearing effect.
  • the object of the invention is to provide a drilling emulsion system, overcoming the disadvantages of the prior art, which allows adaptation to changing ground conditions with a short reaction time and with precise dosing.
  • the drilling emulsion system is designed to provide a finished drilling emulsion for a drilling rig for a flush drilling operation.
  • the drilling emulsion system is preferably designed as a separate unit, for example, in a container or other base frame, and is connected to a drilling rig.
  • a drilling rig can, in particular, be a horizontal drilling rig.
  • the drilling emulsion system comprises as basic components a base emulsion unit, a mixing and dosing unit and a control unit.
  • the base emulsion unit is designed to provide a base emulsion and to supply it to the mixing and dosing unit via an emulsion line.
  • the base emulsion unit preferably has a container into which the initially powdered bentonite and water are introduced. The starting components are mixed there, for example, by stirring.
  • the drilling emulsion system can also be distributed over a number of different systems.
  • a tanker truck, which holds a prepared base emulsion and is connected via a hose, is also considered a base emulsion unit in this sense.
  • a base emulsion is understood to be a suspension made from bentonite and water—without any additives yet.
  • a finished emulsion is understood to be the drilling emulsion produced from the base emulsion by adding additives.
  • the finished emulsion is the drilling emulsion dispensed from the drilling emulsion system to the drilling rig.
  • the term "emulsion" used here is taken from the technical terminology of drilling technology and is therefore not identical to the generally accepted chemical category.
  • the central physical component is the mixing and dosing unit. It is designed to produce the finished emulsion by adding an aggregate emulsion to the base emulsion.
  • the mixing and dosing unit has at least one aggregate unit. Preferably, however, there are multiple aggregate units.
  • the aggregate unit according to the invention has an aggregate storage container, a preliminary control element, an aggregate emulsion container, and a final control element.
  • the aggregate unit is designed to produce an aggregate emulsion from a powdered aggregate and to make it available for dispensing.
  • the aggregate storage container is designed to hold an aggregate. It is preferably a funnel-shaped container from which the stored aggregate can be metered out using gravity.
  • the pre-stage control element is designed to meter the aggregate into the aggregate emulsion container.
  • the pre-stage control element can be designed, for example, as a solenoid valve located at a funnel-shaped outlet of the aggregate storage container. However, it can also be a preferably controllable screw conveyor that can convey powdered aggregate from the aggregate storage container.
  • the upstream control element can have various operating states.
  • the different operating states allow the amount of aggregate to be removed from the aggregate storage container to be adjusted. In a closed operating state, no aggregate is fed into the aggregate emulsion container, while in an open operating state, a specific amount of aggregate is added to the aggregate emulsion container.
  • the amount of aggregate introduced can be controlled and thus metered by the degree or duration of the opening of the upstream control element.
  • the aggregate emulsion tank is designed to provide an aggregate emulsion from the aggregate.
  • the aggregate emulsion tank receives the aggregate introduced from the aggregate storage tank by the upstream control element.
  • a portion of the base emulsion is introduced into the aggregate emulsion tank via an emulsion branch line, which is connected to the main emulsion line and discharges a secondary flow of the base emulsion from there.
  • a bypass control element is assigned to the emulsion branch line.
  • the bypass control element can also have various operating states for quantity adjustment, such as a closed operating state or an open operating state. The descriptions for the upstream control element also apply accordingly to the bypass control element.
  • the aggregate is mixed with the introduced amount of base emulsion to form a preliminary emulsion.
  • This is referred to as the aggregate emulsion.
  • the aggregate unit can preferably have an agitator or a similar device associated with the aggregate emulsion container to support the fine distribution or dissolution of the aggregate, hereinafter also referred to as dispersion.
  • a temperature control device can be provided to support dispersion.
  • the concentration of the aggregate in the aggregate emulsion can be determined via the amount of aggregate and the amount of base emulsion.
  • the final control element can also have different operating states, such as a closed operating state or an opening state that can be determined in terms of time or quantity, so that the amount of aggregate emulsion that is added to the base emulsion and the time of addition can be precisely determined.
  • the control unit is preferably designed as a controller with an electronic circuit and connected to the sensor elements and actuators.
  • Sensor elements are in particular the sensor unit and actuators are in particular the control elements and the temperature control element.
  • the time required for the fine dispersion of the aggregate particles in the base emulsion and their partial chemical dissolution is advantageously decoupled from the addition to the base emulsion.
  • the quantitative ratio of base emulsion to aggregate is also decoupled from the quantitative ratio in the main stream of the base emulsion.
  • the effective amount of aggregate in the finished emulsion can be precisely determined.
  • the total ratio of water on the one hand and bentonite and aggregates on the other hand can advantageously be controlled simultaneously via the aggregate unit and the concentration.
  • the final control element can be positioned as an inlet point for the aggregate emulsion directly before the discharge point of the finished emulsion from the drilling emulsion system for transfer to the drilling rig, as no longer mixing distance is required after this inlet point.
  • An aggregate recipe defined at the control unit ensures that a corresponding finished emulsion is available at the drill head in a short time. It is also advantageous to have both discontinuous and Depending on the operating conditions, continuous processing of the aggregate emulsion is possible.
  • the sensor unit which preferably has several sensors, records condition values of the aggregate emulsion as parameters for its quality and evaluates them via the control unit.
  • the sensor unit can also record, for example, a fill level of the aggregate storage container.
  • the parameters can preferably be displayed to an operator and also processed by the control unit. Following the processing of the recorded parameters, parameters can be controlled in order to influence the properties of the aggregate emulsion. This includes, in particular, the operating state of the upstream control element being adjustable via upstream control commands.
  • the amount of water added to the aggregate emulsion container can preferably also be controlled via control commands from the control unit.
  • the drilling emulsion system is characterized in that the mixing and dosing system has a plurality of aggregate units.
  • the additional aggregate units are preferably constructed in the same way as the first aggregate unit, although modifications to adapt to the specific properties of the respective aggregate are also possible. According to this development, several different aggregates can be prepared separately for admixture into the main flow of the base emulsion in the emulsion line.
  • the additional aggregate units also preferably have sensor units connected to the control unit, and the control unit is designed to control the multiple aggregate units in a coordinated and preferably automated manner according to stored aggregate recipes depending on the subsoil in front of the drill head.
  • the drilling emulsion system is characterized in that the mixing and dosing system additionally includes a liquid aggregate unit. If the aggregates are not powdered but liquid, they can also be injected into the main base emulsion stream in a quantity-controlled manner in this development.
  • Fig. 1 shows the basic structure of an exemplary embodiment of the drilling emulsion system.
  • the base emulsion unit 10 comprises a container in which a base emulsion is prepared from water—introduced via a water supply (no reference symbol)—and bentonite. The base emulsion is then fed to the mixing and dosing unit 20 via the main emulsion line 50.
  • the mixing and dosing unit 20 comprises, in addition to the aggregate unit 40, another aggregate unit 40-n and a liquid aggregate unit 60.
  • Fig. 2 shows the aggregate unit 40 in an enlarged view and with further details.
  • the aggregate storage container 41 contains a powdered aggregate.
  • the aggregate can be metered into the aggregate emulsion container 43 via the pre-stage control element 42.
  • the pre-stage control element 42 is an electromagnetically actuated valve connected to the control unit 30 via a connecting line (not shown in a dotted line) and controlled from there by means of control commands, referred to here as the pre-stage control signal.
  • base emulsion is also fed to the aggregate emulsion container 43 in a metered manner via the emulsion secondary line 51 and the bypass control element 52.
  • the bypass control element 52 is designed in the exemplary embodiment as a metering pump with a screw drive.
  • the aggregate emulsion container 43 is assigned a temperature control element 46, here an electric heating element, which is also controlled via the control unit 30.
  • a sensor unit 45 has several individual sensors and records state variables such as temperature, fill level, and density of the aggregate emulsion.
  • the sensor unit 45 has, in particular, sensors such as a laser sensor, an ultrasonic sensor, and a capacitance sensor. If the subsoil in front of the drill head requires the addition of aggregate from the aggregate unit 40, a control command, referred to here as a final control signal, is output via the control unit 30, which sets the final control element 44 into an opening operating state determined by time and flow rate.
  • the final control element 44 is also designed as a metering pump with a screw drive.
  • a certain amount of aggregate emulsion is thus added to the base emulsion in the emulsion main line 50 and the finished emulsion thus prepared is discharged from the emulsion main line 50 and fed to the drilling rig.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohremulsionsanlage, aufweisend eine Basisemulsionseinheit (10), eine Misch- und Dosiereinheit (20) eine Steuerungseinheit (30) und eine Emulsionshauptleitung (50) wobei die Basisemulsionseinheit (10) ausgebildet ist, eine Basisemulsion bereitzustellen und mittels der Emulsionshauptleitung (50) der Misch- und Dosiereinheit (20) zuzuführen, wobei die Misch- und Dosiereinheit (20) mit der Emulsionshauptleitung (50) verbunden ist und eine Zuschlagstoffeinheit (40) und eine Emulsionsnebenleitung (51) aufweist und ausgebildet ist, mittels Beimischung einer Zuschlagstoffemulsion zur Basisemulsion eine Fertigemulsion bereitzustellen, wobei die Zuschlagstoffeinheit (40) einen Zuschlagstoffvorratsbehälter (41), ein vorstufiges Stellelement (42), einen Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) und ein finales Stellelement (44) aufweist, wobei die Emulsionsnebenleitung (51) mit der Emulsionshauptleitung (50) verbunden und ausgebildet ist, mittels eines zugeordneten Bypassstellelements (52) einen Nebenstrom der Basisemulsion dosierbar in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) zu leiten, wobei der Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) ausgebildet ist, aus dem Zuschlagstoff eine Zuschlagstoffemulsion bereitzustellen, wobei das finale Stellelement (44) mit der Steuerungseinheit (30) verbunden, von dieser gesteuert sowie ausgebildet ist, die Zuschlagstoffemulsion dosierbar einem Hauptstrom der Basisemulsion beizumischen.The invention relates to a drilling emulsion system, comprising a base emulsion unit (10), a mixing and dosing unit (20), a control unit (30) and an emulsion main line (50), wherein the base emulsion unit (10) is designed to provide a base emulsion and to supply it to the mixing and dosing unit (20) by means of the emulsion main line (50), wherein the mixing and dosing unit (20) is connected to the emulsion main line (50) and has an aggregate unit (40) and an emulsion secondary line (51) and is designed to provide a finished emulsion by admixing an aggregate emulsion to the base emulsion, wherein the aggregate unit (40) has an aggregate storage container (41), a preliminary control element (42), an aggregate emulsion container (43) and a final control element (44), wherein the emulsion secondary line (51) is connected to the emulsion main line (50) and is designed to meter a secondary flow of the base emulsion into the aggregate emulsion container (43) by means of an associated bypass control element (52), wherein the aggregate emulsion container (43) is designed to provide an aggregate emulsion from the aggregate, wherein the final control element (44) is connected to the control unit (30), controlled by it and designed to meter the aggregate emulsion into a main flow of the base emulsion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohremulsionsanlage zur variablen Beimischung baugrundspezifischer Zuschlagstoffe insbesondere für Bohranlagen für Spülbohrungen.The invention relates to a drilling emulsion system for the variable admixture of subsoil-specific aggregates, in particular for drilling rigs for directional drilling.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Bohrungen im Erdreich Bohremulsionen zu verwenden. Solche Erdbohrungen sind im Stand der Technik als Spülbohrungen bekannt, wobei es sich insbesondere auch um Horizontalbohrungen handeln kann.The use of drilling emulsions for drilling underground is known in the art. Such drilling techniques are known in the art as flush drilling, and can also be horizontal drilling.

Die Verwendung von Bohremulsionen unterstützt den Bohrvorgang in mehrfacher Hinsicht. Die Bohremulsion erweicht das vor dem Bohrkopf liegende Erdreich, so dass die Schneidwirkung verbessert und der Bohrwiderstand am Bohrkopf verringert wird. Zugleich kühlt sie den Bohrkopf. Weiterhin wird das durch den Bohrvorgang gelöste Erdreich mittels der Bohremulsion aus der Bohrkopfzone und dann weiter aus dem Bohrkanal ausgeschwemmt. Ferner wirkt die Bohremulsion tribologisch vorteilhaft wie ein Schmiermittel und somit reibungsmindernd und verschleißreduzierend auch an den Bohrgestängemantelflächen. Die Bohremulsion wird zudem an der Bohrlochwandung teilweise von dem Erdreich aufgenommen und führt nachfolgend zu einer Stabilisierung des Bohrkanals.The use of drilling emulsions supports the drilling process in several ways. The drilling emulsion softens the soil in front of the drill bit, improving the cutting effect and reducing drilling resistance at the drill bit. At the same time, it cools the drill bit. Furthermore, the drilling emulsion flushes the soil loosened by the drilling process out of the drill bit zone and then further out of the drill channel. Furthermore, the drilling emulsion acts as a tribologically beneficial lubricant, thus reducing friction and wear, even on the drill rod surfaces. The drilling emulsion is also partially absorbed by the soil at the borehole wall and subsequently stabilizes the drill channel.

Die bei Spülbohrungen nach dem Stand der Technik verwandte Bohremulsion weist als Basiskomponente eine Dispersion von Bentonit in Wasser auf, der in der Regel Zuschlagstoffe zugesetzt werden. Die Zuschlagstoffe dienen insbesondere der erdstoffspezifischen Anpassung der Bohremulsion.The drilling emulsion used in state-of-the-art directional drilling consists of a dispersion of bentonite in water as its base component, to which aggregates are usually added. The aggregates serve primarily to adapt the drilling emulsion to the specific soil type.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Zuschlagstoffe nach zuvor ermittelten Informationen zum Baugrund auszuwählen und zu dosieren. Ferner kann dies nach subjektiver Beurteilung während des Bohrvorgangs erfolgen. Nachteilig ist hierbei, dass dies ein umfangreiches Erfahrungswissen des jeweiligen Anlagenführers erfordert und fehleranfällig infolge möglicher Fehlbeurteilungen ist.The current state of the art involves selecting and dosing aggregates based on previously determined information about the subsoil. Furthermore, this can be done based on subjective assessment during the drilling process. The disadvantage of this approach is that it requires extensive experience from the respective rig operator and is prone to errors due to possible misjudgments.

Eine zur Bereitstellung einer Bohremulsion prinzipiell geeignete Dosiervorrichtung ist aus der Druckschrift DE 10 2009 023 546 A1 bekannt. Mittels dieser Vorrichtung wird die Einbringung eines pulverförmigen Mediums in eine Flüssigkeit und dabei insbesondere die Einbringung von Bentonit in Wasser ermöglicht. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung eine Führungseinheit sowie eine oberhalb dieser angeordnete Dosiereinheit mit Dosier- und Bürstenwalzen, wobei das von der Dosiereinheit abgegebene pulverförmige Medium auf die Flüssigkeitsoberfläche gestreut wird.A dosing device that is in principle suitable for providing a drilling emulsion is known from the publication DE 10 2009 023 546 A1 This device enables the introduction of a powdered medium into a liquid, and in particular the introduction of bentonite into water. For this purpose, the device comprises a guide unit and a dosing unit arranged above it with dosing and brush rollers, whereby the powdered medium dispensed by the dosing unit is scattered onto the liquid surface.

In der Druckschrift DE 195 45 917 A1 werden ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Bentonitdispergierung beschrieben. Die Dispergiervorrichtung ermöglicht die Herstellung, Speicherung und Dosierung von Bentonitsuspensionen. Dabei werden Wasser und Bentonit in einem Mischgefäß vollständig gewendet, gerührt und zu einer Dispergiervorrichtung weitertransportiert und dort einem Schereffekt unterworfen.In the printed matter DE 195 45 917 A1 A method and an associated device for bentonite dispersion are described. The dispersion device enables the production, storage, and dosing of bentonite suspensions. Water and bentonite are thoroughly stirred in a mixing vessel, then transported to a dispersion device, where they are subjected to a shearing effect.

Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 37 33 409 A1 eine Einrichtung zum Mischen von Mischungsbestandteilen und deren Verwendung zur Herstellung von Bentonit- und Dichtwandsuspensionen. Diese sieht die Nutzung eines Durchlaufmischrohrs mit einer darin drehbar gelagerten Mischwelle vor, wobei auf der Mischwelle perforierte Mischpaddel angeordnet sind.Furthermore, the publication discloses DE 37 33 409 A1 A device for mixing mixture components and their use in the production of bentonite and sealing wall suspensions. This device utilizes a continuous mixing tube with a rotatably mounted mixing shaft, with perforated mixing paddles arranged on the mixing shaft.

Die vorstehend aus dem Stand der Technik aufgeführten Lösungen zur Bereitstellung einer Bohremulsion basieren somit auf Misch- und Dosierverfahren mit manueller Steuerung, so dass ein erheblicher Bedienaufwand verbleibt. Zudem wird die Qualität der bereitgestellten Bohremulsion vor allem durch die Berufserfahrung und das Wissen des Bedienpersonals bestimmt.The solutions listed above from the state of the art for providing drilling emulsion are therefore based on mixing and dosing processes with manual control, resulting in considerable operating effort. Furthermore, the quality of the drilling emulsion provided is primarily determined by the professional experience and knowledge of the operating personnel.

Eine Lösung, die die Nachteile einer lediglich manuellen Steuerung vorteilhaft überwindet, beschreibt die Druckschrift DE 10 2017 002 336 A1 . Nach dieser Lösung sind in einer Datenbasis einer Steuerungseinheit Datensätze angelegt, die erdstoffspezifische Zuschlagsstoffrezepturen enthalten. Hieraus werden Steuerbefehle erzeugt und an eine Misch- und Dosiereinrichtung übertragen, die Vorratsbehälter für die pulverförmigen Zuschlagstoffe enthält und dann automatisiert entsprechend der ausgewählten Zuschlagstoffrezeptur die Dosierung und Beimischung in eine Basisemulsion durchführt. Vorteilhaft kann zudem die Auswahl der Zuschlagstoffrezepturen während des Bohrvorgangs geändert werden, wobei das Problem besteht, dass die im Mischvorgang befindlichen Volumina der Bohremulsion verbraucht werden müssen, bevor die Bohremulsion gemäß der geändert ausgewählten Rezeptur am Bohrkopf zur Verführung steht.A solution that advantageously overcomes the disadvantages of a purely manual control is described in the publication DE 10 2017 002 336 A1 According to this solution, data records containing soil-specific aggregate recipes are stored in a control unit database. From these, control commands generated and transferred to a mixing and dosing device, which contains storage containers for the powdered aggregates and then automatically performs dosing and mixing into a base emulsion according to the selected aggregate recipe. Advantageously, the selection of aggregate recipes can also be changed during the drilling process. However, the problem is that the volumes of drilling emulsion in the mixing process must be consumed before the drilling emulsion is available at the drill head according to the modified recipe.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik eine Bohremulsionsanlage bereitzustellen, die eine Anpassung an wechselnde Baugrundbeschaffenheiten mit kurzer Reaktionszeit und mit präziser Dosierung zulässt.The object of the invention is to provide a drilling emulsion system, overcoming the disadvantages of the prior art, which allows adaptation to changing ground conditions with a short reaction time and with precise dosing.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The problem is solved by the features listed in patent claim 1. Preferred developments arise from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Bohremulsionsanlage ist dafür ausgebildet, eine Fertigbohremulsion für eine Bohranlage für eine Spülbohrung bereitzustellen. Die Bohremulsionsanlage ist vorzugsweise als eine separate Einheit beispielsweise in einem Container oder sonstigem Grundgestell ausgebildet und wird an eine Bohranlage angeschlossen. Bei einer solchen Bohranlage kann es sich insbesondere um eine Horizontalbohranlage handeln.The drilling emulsion system according to the invention is designed to provide a finished drilling emulsion for a drilling rig for a flush drilling operation. The drilling emulsion system is preferably designed as a separate unit, for example, in a container or other base frame, and is connected to a drilling rig. Such a drilling rig can, in particular, be a horizontal drilling rig.

Die Bohremulsionsanlage weist erfindungsgemäß als Grundkomponenten eine Basisemulsionseinheit, eine Misch- und Dosiereinheit und eine Steuerungseinheit auf.According to the invention, the drilling emulsion system comprises as basic components a base emulsion unit, a mixing and dosing unit and a control unit.

Die Basisemulsionseinheit ist ausgebildet, eine Basisemulsion bereitzustellen und mittels einer Emulsionsleitung der Misch- und Dosiereinheit zuzuführen. Die Basisemulsionseinheit weist bevorzugt einen Behälter auf, in den das zunächst pulverförmige Bentonit und das Wasser eingeleitet werden. Dort erfolgt, beispielsweise durch Verrühren, die Vermischung der Ausgangskomponenten. Die Bohremulsionsanlage kann auch anlagentechnisch verteilt vorliegen. Als Basisemulsionseinheit in diesem Sinne ist auch ein Tankfahrzeug anzusehen, das eine vorbereitete Basisemulsion aufnimmt und über einen Schlauch angeschlossen wird.The base emulsion unit is designed to provide a base emulsion and to supply it to the mixing and dosing unit via an emulsion line. The base emulsion unit preferably has a container into which the initially powdered bentonite and water are introduced. The starting components are mixed there, for example, by stirring. The drilling emulsion system can also be distributed over a number of different systems. A tanker truck, which holds a prepared base emulsion and is connected via a hose, is also considered a base emulsion unit in this sense.

Als Basisemulsion im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine aus Bentonit und Wasser erstellte Suspension - noch ohne Zuschlagstoffe - verstanden. Als Fertigemulsion wird die Bohremulsion verstanden, wie sie aus der Basisemulsion durch die Zugabe von Zuschlagstoffen erzeugt wurde. Bei der Fertigemulsion handelt es sich um die von der Bohremulsionsanlage an die Bohranlage ausgegebene Bohremulsion. Der hier verwandte Begriff der Emulsion ist der Fachsprache der Bohrtechnik entnommen und damit nicht identisch mit der allgemein üblichen chemischen Kategorie.For the purposes of the present invention, a base emulsion is understood to be a suspension made from bentonite and water—without any additives yet. A finished emulsion is understood to be the drilling emulsion produced from the base emulsion by adding additives. The finished emulsion is the drilling emulsion dispensed from the drilling emulsion system to the drilling rig. The term "emulsion" used here is taken from the technical terminology of drilling technology and is therefore not identical to the generally accepted chemical category.

Die zentrale physische Komponente bildet die Misch- und Dosiereinheit. Sie ist ausgebildet, mittels Beimischung einer Zuschlagstoffemulsion zur Basisemulsion die Fertigemulsion bereitzustellen.The central physical component is the mixing and dosing unit. It is designed to produce the finished emulsion by adding an aggregate emulsion to the base emulsion.

Die Misch- und Dosiereinheit weist mindestens eine Zuschlagstoffeinheit auf. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um mehrere Zuschlagstoffeinheiten. Die erfindungsgemäße Zuschlagstoffeinheit weist einen Zuschlagstoffvorratsbehälter, ein vorstufiges Stellelement, einen Zuschlagstoffemulsionsbehälter und ein finales Stellelement auf. Die Zuschlagstoffeinheit ist ausgebildet, aus einem pulverförmigen Zuschlagstoff eine Zuschlagstoffemulsion herzustellen und diese ausgebbar bereitzustellen.The mixing and dosing unit has at least one aggregate unit. Preferably, however, there are multiple aggregate units. The aggregate unit according to the invention has an aggregate storage container, a preliminary control element, an aggregate emulsion container, and a final control element. The aggregate unit is designed to produce an aggregate emulsion from a powdered aggregate and to make it available for dispensing.

Der Zuschlagsstoffvorratsbehälter ist ausgebildet, einen Zuschlagstoff aufzunehmen. Vorzugsweise handelt es sich um ein trichterförmiges Gefäß, aus dem schwerkraftbasiert der dort bevorratete Zuschlagstoff dosierbar entnommen werden kann.The aggregate storage container is designed to hold an aggregate. It is preferably a funnel-shaped container from which the stored aggregate can be metered out using gravity.

Das vorstufige Stellelement ist ausgebildet, den Zuschlagstoff dosierbar in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter zu leiten. Das vorstufige Stellelement kann beispielsweise als ein Magnetventil ausgebildet sein, das an einem trichterförmigen Auslass des Zuschlagsstoffvorratsbehälters angeordnet ist. Es kann sich aber auch um eine vorzugsweise regelbare Förderschnecke handeln, die pulverförmigen Zuschlagstoff aus dem Zuschlagstoffvorratsbehälter fördern kann.The pre-stage control element is designed to meter the aggregate into the aggregate emulsion container. The pre-stage control element can be designed, for example, as a solenoid valve located at a funnel-shaped outlet of the aggregate storage container. However, it can also be a preferably controllable screw conveyor that can convey powdered aggregate from the aggregate storage container.

Das vorstufige Stellelement kann verschiedene Betriebszustände aufweisen. Durch die unterschiedlichen Betriebszustände ist die Menge des aus dem Zuschlagstoffvorratsbehälter zu entnehmenden Zuschlagstoffes einstellbar. In einem Verschlussbetriebszustand wird kein Zuschlagstoff in den Zuschlagsstoffemulsionsbehälter geleitet, während in einem Öffnungsbetriebszustand eine bestimmte Menge des Zuschlagstoffes in den Zuschlagsemulsionsbehälter gegeben wird. Die eingebrachte Menge des Zuschlagstoffs kann über den Öffnungsgrad oder über die Zeitdauer der Öffnung des vorstufigen Stellelements gesteuert und damit dosiert werden.The upstream control element can have various operating states. The different operating states allow the amount of aggregate to be removed from the aggregate storage container to be adjusted. In a closed operating state, no aggregate is fed into the aggregate emulsion container, while in an open operating state, a specific amount of aggregate is added to the aggregate emulsion container. The amount of aggregate introduced can be controlled and thus metered by the degree or duration of the opening of the upstream control element.

Der Zuschlagstoffemulsionsbehälter ist ausgebildet, aus dem Zuschlagstoff eine Zuschlagstoffemulsion bereitzustellen. Hierfür nimmt der Zuschlagstoffemulsionsbehälter den durch das vorstufige Stellelement aus dem Zugschlagstoffvorratsbehälter eingeleiteten Zuschlagstoff auf. Ferner wird in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter über eine Emulsionsnebenleitung, die mit der Emulsionshauptleitung verbunden ist und aus dieser einen Nebenstrom der Basisemulsion ausleitet, eine Teilmenge der Basisemulsion eingeleitet. Zur Ermöglichung einer exakten Dosierung ist der Emulsionsnebenleitung ein Bypassstellelement zugeordnet. Wie das vorstufige Stellelement kann auch das Bypassstellelement zur Mengeneinstellung verschiedene Betriebszustände als Verschlusssbetriebszustand oder Öffnungsbetriebszustand aufweisen, wobei die Beschreibungsinhalte zu dem vorstufigen Stellelement in entsprechender Weise auch für das Bypassstellelement gelten.The aggregate emulsion tank is designed to provide an aggregate emulsion from the aggregate. For this purpose, the aggregate emulsion tank receives the aggregate introduced from the aggregate storage tank by the upstream control element. Furthermore, a portion of the base emulsion is introduced into the aggregate emulsion tank via an emulsion branch line, which is connected to the main emulsion line and discharges a secondary flow of the base emulsion from there. To enable precise dosing, a bypass control element is assigned to the emulsion branch line. Like the upstream control element, the bypass control element can also have various operating states for quantity adjustment, such as a closed operating state or an open operating state. The descriptions for the upstream control element also apply accordingly to the bypass control element.

Der Zuschlagstoff wird mit der eingeleiteten Menge der Basisemulsion zu einer vorstufigen Emulsion vermischt. Diese wird als die Zuschlagstoffemulsion bezeichnet. Die Zuschlagstoffeinheit kann vorzugsweise ein Rührwerk oder eine ähnliche dem Zuschlagstoffemulsionsbehälter zugeordnete Vorrichtung zur Unterstützung der Feinverteilung oder Lösung des Zuschlagstoffs, nachfolgend auch als Dispergierung bezeichnet, aufweisen. Ferner kann eine Temperierungseinrichtung vorgesehen sein, um die Dispergierung zu unterstützen. Über die Menge des Zuschlagstoffs und die Basisemulsionsmenge kann die Konzentration des Zuschlagstoffs in der Zuschlagstoffemulsion festgelegt werden.The aggregate is mixed with the introduced amount of base emulsion to form a preliminary emulsion. This is referred to as the aggregate emulsion. The aggregate unit can preferably have an agitator or a similar device associated with the aggregate emulsion container to support the fine distribution or dissolution of the aggregate, hereinafter also referred to as dispersion. Furthermore, a temperature control device can be provided to support dispersion. The concentration of the aggregate in the aggregate emulsion can be determined via the amount of aggregate and the amount of base emulsion.

Das finale Stellelement als letztes Funktionselement der Zuschlagstoffeinheit ist mit der Steuerungseinheit verbunden und erhält von dieser Stellbefehle. Das finale Stellelement ist ausgebildet, die Zuschlagstoffemulsion dosierbar dem nach dem Ausleiten des Nebenstroms verbleibenden Hauptstrom der Basisemulsion in der Emulsionshauptleitung beizumischen.The final control element, the last functional element of the aggregate unit, is connected to the control unit and receives control commands from it. The final control element is designed to meter the aggregate emulsion into the main stream of base emulsion remaining in the main emulsion line after the secondary stream has been discharged.

Wie das vorstufige Stellelement und das Bypasstellelement kann auch das finale Stellelement verschiedene Betriebszustände, wie einen Verschlussbetriebszustand oder zeitlich oder mengenmäßig bestimmbaren Öffnungszustand aufweisen, so dass die Menge der Zuschlagstoffemulsion, die der Basisemulsion beigemischt wird, sowie der Zeitpunkt der Beimischung, präzise bestimmbar ist.Like the pre-stage control element and the bypass control element, the final control element can also have different operating states, such as a closed operating state or an opening state that can be determined in terms of time or quantity, so that the amount of aggregate emulsion that is added to the base emulsion and the time of addition can be precisely determined.

Hierbei ist die Steuerungseinheit ausgebildet, ein finales Steuersignal bereitzustellen das ausgebildet ist, den Betriebszustand des finalen Stellelements zu steuern. Als finales Steuersignal im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebszustands des finalen Stellelements, als vorstufiges Steuersignal ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebszustands des vorstufigen Stellelements und als Bypasssteuersignal ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebszustands des Bypasssteuerelements verstanden.Here, the control unit is designed to provide a final control signal that is designed to control the operating state of the final actuating element. Within the meaning of the present invention, a final control signal is understood to be a control signal for controlling the operating state of the final actuating element, a pre-stage control signal is understood to be a control signal for controlling the operating state of the pre-stage actuating element, and a bypass control signal is understood to be a control signal for controlling the operating state of the bypass control element.

Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise als Controller mit einer elektronischen Schaltung ausgebildet und mit den Sensorikelementen und Aktoren verbunden. Als Sensorikelemente sind insbesondere die Sensorikeinheit und als Aktoren sind insbesondere die Stellelemente und das Temperierungselement zu verstehen.The control unit is preferably designed as a controller with an electronic circuit and connected to the sensor elements and actuators. Sensor elements are in particular the sensor unit and actuators are in particular the control elements and the temperature control element.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Bohremulsionsanlage werden insbesondere durch die Zuschlagsstoffeinheit bestimmt.The particular advantages of the drilling emulsion plant according to the invention are determined in particular by the aggregate unit.

Die benötigte Dauer der Feinverteilung der Zuschlagstoffpartikel in der Basisemulsion sowie deren teilweise chemische Lösung wird vorteilhaft von der Beimengung zur Basisemulsion entkoppelt. Ferner wird auch das Mengenverhältnis von Basisemulsion und Zuschlagstoff von dem Mengenverhältnis in dem Hauptstrom der Basisemulsion entkoppelt. Jeder der beiden Effekte unterstützt die Bereitstellung einer qualitativ hochwertigen Zuschlagstoffemulsion als Zwischenstufe vor deren Beimengung zur Basisemulsion. Vorteilhaft ist somit die vollständige Dispergierung und somit die vollständige Wirksamkeit des Zuschlagstoffs sichergestellt und es werden insbesondere Verklumpungen oder ungewünschte Verbindungen mit Bestandteilen der Bentonit-Festphase der Basisemulsion vermieden oder reduziert.The time required for the fine dispersion of the aggregate particles in the base emulsion and their partial chemical dissolution is advantageously decoupled from the addition to the base emulsion. Furthermore, the quantitative ratio of base emulsion to aggregate is also decoupled from the quantitative ratio in the main stream of the base emulsion. Both of these effects support the provision of a high-quality aggregate emulsion as an intermediate stage before its addition to the base emulsion. This advantageously ensures complete dispersion and thus the full effectiveness of the aggregate, and in particular, avoids or reduces clumping or undesired compounds with components of the bentonite solid phase of the base emulsion.

Durch die in einfacher Weise gut einstellbare Konzentration des Zuschlagstoffs in der Zuschlagstoffemulsion kann die effektive Menge des Zuschlagsstoffs in der Fertigemulsion präzise festgelegt werden.Due to the easily adjustable concentration of the aggregate in the aggregate emulsion, the effective amount of aggregate in the finished emulsion can be precisely determined.

Ferner kann vorteilhaft das Gesamtverhältnis aus Wasser einerseits und Bentonit und Zuschlagstoffen andererseits gleichzeitig über die Zuschlagstoffeinheit und über die Konzentration gesteuert werden.Furthermore, the total ratio of water on the one hand and bentonite and aggregates on the other hand can advantageously be controlled simultaneously via the aggregate unit and the concentration.

Vorteilhaft ist zudem die hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Das finale Stellelement kann als Einleitstelle für die Zuschlagstoffemulsion unmittelbar vor der Abgabestelle der Fertigemulsion aus der Bohremulsionsanlage zur Überleitung in die Bohranlage angeordnet werden, da keine längere Durchmischungsstrecke nach dieser Einleitstelle erforderlich ist. Eine an der Steuerungseinheit festgelegte Zuschlagstoffrezeptur bewirkt, dass bereits in kurzer Zeit eine entsprechende Fertigemulsion am Bohrkopf anliegt. Dabei ist zudem vorteilhaft sowohl eine diskontinuierliche als auch je nach Betriebsbedingungen eine kontinuierliche Aufbereitung der Zuschlagstoffemulsion möglich.Another advantage is the high reaction speed. The final control element can be positioned as an inlet point for the aggregate emulsion directly before the discharge point of the finished emulsion from the drilling emulsion system for transfer to the drilling rig, as no longer mixing distance is required after this inlet point. An aggregate recipe defined at the control unit ensures that a corresponding finished emulsion is available at the drill head in a short time. It is also advantageous to have both discontinuous and Depending on the operating conditions, continuous processing of the aggregate emulsion is possible.

Besonders vorteilhaft wurde zudem eine Lösung gefunden, die unabhängig von einer Frischwasserbereitstellung ist, wie sie unter realen Bedingungen an einer Bohrbaustelle oft nicht ohne unverhältnismäßigen Aufwand gewährleistet werden kann.A particularly advantageous solution was also found that is independent of the supply of fresh water, which under real conditions at a drilling site often cannot be guaranteed without disproportionate effort.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohremulsionsanlage dadurch gekennzeichnet, dass dem Zuschlagstoffemulsionsbehälter eine Sensoreinheit zugeordnet ist die ausgebildet ist, mindestens einen Zustandswert der Zuschlagstoffemulsion aus der Gruppe: Füllstand, Dichte, Viskosität, Leitfähigkeit und Temperatur zu erfassen und dass die Sensoreinheit und das vorstufige Stellelement mit der Steuerungseinheit verbunden sind sowie dass die Steuerungseinheit ausgebildet ist, den Zustandswert von der Sensoreinheit zu erhalten, diesen zu verarbeiten und ein vorstufiges Steuersignal bereitzustellen das ausgebildet ist, einen Betriebszustand des vorstufigen Stellelements zu steuern.According to an advantageous development, the drilling emulsion system is characterized in that a sensor unit is assigned to the aggregate emulsion container, which sensor unit is designed to detect at least one state value of the aggregate emulsion from the group: fill level, density, viscosity, conductivity and temperature, and in that the sensor unit and the pre-stage actuating element are connected to the control unit, and in that the control unit is designed to receive the state value from the sensor unit, to process it and to provide a pre-stage control signal which is designed to control an operating state of the pre-stage actuating element.

Gemäß dieser Weiterbildung werden mittels der Sensoreinheit, die vorzugsweise mehrere Sensoren aufweist, Zustandswerte der Zuschlagstoffemulsion als Kenngrößen für deren Qualität erfasst und über die Steuerungseinheit ausgewertet. Optional kann die Sensoreinheit beispielsweise auch einen Füllstand des Zuschlagstoffvorratsbehälters erfassen. Die Kenngrößen können vorzugsweise sowohl für einen Bediener angezeigt als auch durch die Steuerungseinheit verarbeitet werden. In der Folge der Verarbeitung der erfassten Kenngrößen können Parameter gesteuert werden, um die Eigenschaften der Zuschlagstoffemulsion zu beeinflussen. Hierzu zählt insbesondere, dass mittels vorstufigen Steuerbefehlen der Betriebszustand des vorstufigen Stellelements einstellbar ist. Vorzugsweise ist auch die Wassermenge, die in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter gegeben wird, über Steuerbefehle der Steuerungseinheit steuerbar.According to this development, the sensor unit, which preferably has several sensors, records condition values of the aggregate emulsion as parameters for its quality and evaluates them via the control unit. Optionally, the sensor unit can also record, for example, a fill level of the aggregate storage container. The parameters can preferably be displayed to an operator and also processed by the control unit. Following the processing of the recorded parameters, parameters can be controlled in order to influence the properties of the aggregate emulsion. This includes, in particular, the operating state of the upstream control element being adjustable via upstream control commands. The amount of water added to the aggregate emulsion container can preferably also be controlled via control commands from the control unit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohremulsionsanlage dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschlagstoffeinheit ein Temperierungsmittel aufweist. Das Temperierungsmittel ist vorzugsweise eine Elektroheizquelle, die den Zuschlagstoffemulsionsbehälter erwärmt. Vorteilhaft kann so bei besonderen Zuschlagstoffen die Dispergierung ermöglicht oder beschleunigt werden. Besonders vorteilhaft kann sich die Temperierung energetisch zweckmäßig auf die vergleichsweise kleine Menge der Zuschlagstoffemulsion beschränken. Eine Temperierung des hohen Massestroms der Basisemulsion wäre dagegen weder energetisch noch anlagentechnisch vertretbar. Die Elektroheizquelle ist vorzugsweise über die Steuerungseinheit automatisch gemäß den mittels der Sensoreinheit aufgenommenen und verarbeiteten Kenngrößen steuerbar.According to a further advantageous development, the drilling emulsion system is characterized in that the aggregate unit has a temperature control device. The temperature control device is preferably an electric heating source that heats the aggregate emulsion container. This can advantageously enable or accelerate dispersion of special aggregates. Particularly advantageously, the temperature control can be energetically limited to the comparatively small amount of the aggregate emulsion. Temperature control of the high mass flow of the base emulsion, on the other hand, would be neither energetically nor technically feasible. The electric heating source can preferably be controlled automatically via the control unit according to the parameters recorded and processed by the sensor unit.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohremulsionsanlage dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Dosieranlage eine Mehrzahl von Zuschlagstoffeinheiten aufweist.According to a further advantageous development, the drilling emulsion system is characterized in that the mixing and dosing system has a plurality of aggregate units.

Die weiteren Zuschlagstoffeinheiten sind vorzugsweise in gleicher Weise wie die erste Zuschlagstoffeinheit aufgebaut, wobei jedoch auch jeweils Modifikationen zur Anpassung an die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Zuschlagstoffs möglich sind. Gemäß dieser Weiterbildung können mehrere unterschiedliche Zuschlagstoffe für die Beimengung in den Hauptstrom der Basisemulsion in die Emulsionsleitung separat vorbereitet werden. Auch die weiteren Zuschlagstoffeinheiten weisen bevorzugt Sensoreinheiten auf, die mit der Steuerungseinheit verbunden sind und die Steuerungseinheit ist ausgebildet, die mehreren Zuschlagstoffeinheiten koordiniert und vorzugsweise automatisiert nach hinterlegten Zuschlagstoffrezepturen in Abhängigkeit von dem jeweils vor dem Bohrkopf anliegenden Baugrund zu steuern.The additional aggregate units are preferably constructed in the same way as the first aggregate unit, although modifications to adapt to the specific properties of the respective aggregate are also possible. According to this development, several different aggregates can be prepared separately for admixture into the main flow of the base emulsion in the emulsion line. The additional aggregate units also preferably have sensor units connected to the control unit, and the control unit is designed to control the multiple aggregate units in a coordinated and preferably automated manner according to stored aggregate recipes depending on the subsoil in front of the drill head.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohremulsionsanlage dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Dosieranlage zusätzlich eine Flüssigzuschlagstoffeinheit aufweist. Soweit es sich nicht um pulverförmige sondern flüssige Zuschlagstoffe handelt, können diese in dieser Weiterbildung ebenfalls in den Basisemulsionshauptstrom mengengesteuert injiziert werden.According to a further advantageous development, the drilling emulsion system is characterized in that the mixing and dosing system additionally includes a liquid aggregate unit. If the aggregates are not powdered but liquid, they can also be injected into the main base emulsion stream in a quantity-controlled manner in this development.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

Fig. 1
Schematische Übersicht
Fig. 2
Schematische Detaildarstellung
näher erläutert.The invention is illustrated by way of example with reference to
Fig. 1
Schematic overview
Fig. 2
Schematic detailed representation
explained in more detail.

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.Identical reference symbols in the various figures refer to identical features or components. These reference symbols are used in the description even if they are not shown in the respective figure.

Fig. 1 zeigt den Grundaufbau eines Ausführungsbeispiels der Bohremulsionsanlage. Fig. 1 shows the basic structure of an exemplary embodiment of the drilling emulsion system.

Die Basisemulsionseinheit 10 weist ein Behältnis auf, in dem aus Wasser - eingeleitet über eine Wasserzufuhr (ohne Bezugszeichen) - und Bentonit eine Basisemulsion bereitet wird. Die Basisemulsion wird dann über die Emulsionshauptleitung 50 der Misch- und Dosiereinheit 20 zugeführt. Die Misch- und Dosiereinheit 20 weist im Ausführungsbeispiel neben der Zuschlagstoffeinheit 40 eine weitere Zuschlagstoffeinheit 40-n sowie ferner eine Flüssigzuschlagstoffeinheit 60 auf.The base emulsion unit 10 comprises a container in which a base emulsion is prepared from water—introduced via a water supply (no reference symbol)—and bentonite. The base emulsion is then fed to the mixing and dosing unit 20 via the main emulsion line 50. In the exemplary embodiment, the mixing and dosing unit 20 comprises, in addition to the aggregate unit 40, another aggregate unit 40-n and a liquid aggregate unit 60.

Fig. 2 stellt die Zuschlagstoffeinheit 40 in einer Vergrößerung sowie mit weiteren Einzelheiten dar. Fig. 2 shows the aggregate unit 40 in an enlarged view and with further details.

In dem Zuschlagstoffvorratsbehälter 41 ist ein pulverförmiger Zuschlagstoff aufgenommen. Durch das vorstufige Stellelement 42 kann der Zuschlagsstoff dosiert in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter 43 gegeben werden. Das vorstufige Stellelement 42 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, das mit der Steuerungseinheit 30 über eine Verbindungsleitung (ohne Bezugszeichen als Punktlinie) verbunden ist und von dort mittels Stellbefehlen; hier bezeichnet als vorstufiges Stellsignal, gesteuert wird. Ferner wird dem Zuschlagstoffemulsionsbehälter 43 ebenfalls dosierbar Basisemulsion über die Emulsionsnebenleitung 51 und das Bypassstellelement 52 zugeführt. Hierfür ist das Bypassstellelement 52 in dem Ausführungsbeispiel als eine Dosierpumpe mit Schneckenantrieb ausgebildet. Zur Unterstützung der Dispergierung ist dem Zuschlagstoffemulsionsbehälter 43 ein Temperierungselement 46, hier als elektrischer Heizstab, zugeordnet, der ebenfalls über die Steuerungseinheit 30 gesteuert wird.The aggregate storage container 41 contains a powdered aggregate. The aggregate can be metered into the aggregate emulsion container 43 via the pre-stage control element 42. In the present exemplary embodiment, the pre-stage control element 42 is an electromagnetically actuated valve connected to the control unit 30 via a connecting line (not shown in a dotted line) and controlled from there by means of control commands, referred to here as the pre-stage control signal. Furthermore, base emulsion is also fed to the aggregate emulsion container 43 in a metered manner via the emulsion secondary line 51 and the bypass control element 52. For this purpose, the bypass control element 52 is designed in the exemplary embodiment as a metering pump with a screw drive. To assist dispersion, the aggregate emulsion container 43 is assigned a temperature control element 46, here an electric heating element, which is also controlled via the control unit 30.

Eine Sensorikeinheit 45 weist mehrere Einzelsensoren auf und erfasst Zustandsgrößen wie Temperatur, Füllstand und Dichte der Zuschlagstoffemulsion. Die Sensoreinheit 45 weist in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere Sensoren als Lasersensor, Ultraschallsensor und Kapazitätssensor auf. Wenn der Baugrund vor dem Bohrkopf eine Zugabe des Zuschlagsstoffs aus der Zuschlagstoffeinheit 40 erfordert, wird über die Steuerungseinheit 30 ein Stellbefehl, hier bezeichnet als finales Stellsignal, ausgegeben, durch das das finale Stellelement 44 in einen nach Zeit und Durchlassmenge bestimmten Öffnungsbetriebszustand versetzt wird. Auch das finale Stellelement 44 ist in dem Ausführungsbeispiel als eine Dosierpumpe mit Schneckenantrieb ausgebildet.A sensor unit 45 has several individual sensors and records state variables such as temperature, fill level, and density of the aggregate emulsion. In the present embodiment, the sensor unit 45 has, in particular, sensors such as a laser sensor, an ultrasonic sensor, and a capacitance sensor. If the subsoil in front of the drill head requires the addition of aggregate from the aggregate unit 40, a control command, referred to here as a final control signal, is output via the control unit 30, which sets the final control element 44 into an opening operating state determined by time and flow rate. In the exemplary embodiment, the final control element 44 is also designed as a metering pump with a screw drive.

Der Basisemulsion wird damit in der Emulsionshauptleitung 50 eine bestimmte Menge Zuschlagstoffemulsion beigemischt und die so bereitgestellte Fertigemulsion aus der Emulsionshauptleitung 50 aus- und der Bohranlage zugeleitet.A certain amount of aggregate emulsion is thus added to the base emulsion in the emulsion main line 50 and the finished emulsion thus prepared is discharged from the emulsion main line 50 and fed to the drilling rig.

Verwendete BezugszeichenReference symbols used

1010
BasisemulsionseinheitBase emulsion unit
2020
Misch- und DosiereinheitMixing and dosing unit
3030
SteuerungseinheitControl unit
4040
Zuschlagstoffeinheitaggregate unit
4141
ZuschlagstoffvorratsbehälterAggregate storage tank
4242
vorstufiges Stellelementpre-stage actuator
4343
ZuschlagstoffemulsionsbehälterAggregate emulsion tank
4444
finales Stellelementfinal control element
4545
SensoreinheitSensor unit
4646
TemperierungselementTempering element
40-n40-n
weitere Zuschlagstoffeinheitadditional aggregate unit
5050
EmulsionshauptleitungEmulsion main line
5151
EmulsionsnebenleitungEmulsion branch line
5252
BypassstellelementBypass actuator
6060
FlüssigzuschlagstoffeinheitLiquid aggregate unit

Claims (5)

Bohremulsionsanlage, aufweisend eine Basisemulsionseinheit (10), eine Misch- und Dosiereinheit (20) eine Steuerungseinheit (30) und eine Emulsionshauptleitung (50) wobei die Basisemulsionseinheit (10) ausgebildet ist, eine Basisemulsion bereitzustellen und mittels der Emulsionshauptleitung (50) der Misch- und Dosiereinheit (20) zuzuführen, wobei die Misch- und Dosiereinheit (20) mit der Emulsionshauptleitung (50) verbunden ist und eine Zuschlagstoffeinheit (40) und eine Emulsionsnebenleitung (51) aufweist und ausgebildet ist, mittels Beimischung einer Zuschlagstoffemulsion zur Basisemulsion eine Fertigemulsion bereitzustellen wobei die Zuschlagstoffeinheit (40) einen Zuschlagstoffvorratsbehälter (41), ein vorstufiges Stellelement (42), einen Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) und ein finales Stellelement (44) aufweist, wobei der Zuschlagsstoffvorratsbehälter (41) ausgebildet ist, einen Zuschlagstoff aufzunehmen, wobei das vorstufige Stellelement (42) ausgebildet ist, den Zuschlagstoff dosierbar in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) zu leiten, wobei die Emulsionsnebenleitung (51) mit der Emulsionshauptleitung (50) verbunden und ausgebildet ist, mittels eines zugeordneten Bypassstellelements (52) einen Nebenstrom der Basisemulsion dosierbar in den Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) zu leiten, wobei der Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) ausgebildet ist, aus dem Zuschlagstoff eine Zuschlagstoffemulsion bereitzustellen, wobei das finale Stellelement (44) mit der Steuerungseinheit (30) verbunden sowie ausgebildet ist, die Zuschlagstoffemulsion dosierbar einem Hauptstrom der Basisemulsion beizumischen, wobei die Steuerungseinheit (30) ausgebildet ist, ein finales Steuersignal bereitzustellen das ausgebildet ist, einen Betriebszustand des finalen Stellelements zu steuern. drilling emulsion plant, comprising a base emulsion unit (10), a mixing and dosing unit (20), a control unit (30) and an emulsion main line (50), wherein the base emulsion unit (10) is designed to provide a base emulsion and to supply it to the mixing and dosing unit (20) by means of the emulsion main line (50), wherein the mixing and dosing unit (20) is connected to the main emulsion line (50) and has an aggregate unit (40) and an emulsion secondary line (51) and is designed to provide a finished emulsion by admixing an aggregate emulsion to the base emulsion, wherein the aggregate unit (40) has an aggregate storage container (41), a pre-stage adjusting element (42), an aggregate emulsion container (43) and a final adjusting element (44), wherein the aggregate storage container (41) is designed to hold an aggregate, wherein the pre-stage adjusting element (42) is designed to meter the aggregate into the aggregate emulsion container (43), wherein the emulsion secondary line (51) is connected to the emulsion main line (50) and is designed to guide a secondary flow of the base emulsion into the additive emulsion container (43) in a metered manner by means of an associated bypass control element (52), wherein the aggregate emulsion container (43) is designed to provide an aggregate emulsion from the aggregate, wherein the final adjusting element (44) is connected to the control unit (30) and is designed to meteredly add the additive emulsion to a main stream of the base emulsion, wherein the control unit (30) is designed to provide a final control signal which is designed to control an operating state of the final actuating element. Bohremulsionsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Zuschlagstoffemulsionsbehälter (43) eine Sensoreinheit (45) zugeordnet ist die ausgebildet ist, einen Zustandswert zu erfassen aus der Gruppe: - Füllstand - Dichte - Viskosität - Leitfähigkeit - Temperatur dass die Sensoreinheit (45) und das vorstufige Stellelement (42) mit der Steuerungseinheit (30) verbunden sind und dass die Steuerungseinheit (30) ausgebildet ist, den Zustandswert von der Sensoreinheit (45) zu erhalten, diesen zu verarbeiten und ein vorstufiges Steuersignal bereitzustellen das ausgebildet ist, einen Betriebszustand des vorstufigen Stellelements zu steuern sowie ein Bypasssteuersignal bereitzustellen das ausgebildet ist, einen Betriebszustand des Bypassstellelement zu steuern. Drilling emulsion system according to claim 1,
characterized by that the aggregate emulsion container (43) is assigned a sensor unit (45) which is designed to detect a status value from the group: - Fill level - Density - Viscosity - Conductivity - Temperature that the sensor unit (45) and the pre-stage actuating element (42) are connected to the control unit (30) and that the control unit (30) is designed to receive the state value from the sensor unit (45), to process it and to provide a pre-stage control signal which is designed to control an operating state of the pre-stage actuating element and to provide a bypass control signal which is designed to control an operating state of the bypass actuating element. Bohremulsionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuschlagstoffeinheit (40) ein Temperierungselement (46) aufweist.Drilling emulsion system according to one of the preceding claims,
characterized by
that the additive unit (40) has a tempering element (46). Bohremulsionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Misch- und Dosieranlage (20) eine Mehrzahl von Zuschlagstoffeinheiten (40-n) aufweist.Drilling emulsion system according to one of the preceding claims,
characterized by
that the mixing and dosing system (20) has a plurality of aggregate units (40-n). Bohremulsionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Misch- und Dosieranlage (20) eine Flüssigzuschlagstoffeinheit (60) aufweist.Drilling emulsion system according to one of the preceding claims,
characterized by
that the mixing and dosing system (20) has a liquid aggregate unit (60).
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