DE2353128A1

DE2353128A1 - Verfahren und vorrichtung zum bekaempfen von beginnenden gasausbruechen bei arbeiten in einem durch untergrundformationen gefuehrten bohrloch

Info

Publication number: DE2353128A1
Application number: DE19732353128
Authority: DE
Inventors: Frans De Klerk; Philip William Pattynama; Willem Schuyf; Bart Tent
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1972-10-25
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1974-05-09
Also published as: NL7314658A; DE2353128C2; GB1452272A; CA978179A; IT996877B; FR2204754B1; FR2204754A1

Description

Verfahren und Vorrichtung

zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen Taei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch.

Bei Arbeiten in einem Schacht, insbesondere bei Tiefbohrarbeiten, ist die Möglichkeit gegeben, daß ungeachtet der sorgfältigen Einstellung des spezifischen Gewichtes der u.a. zum Verschließen (Verfestigen) der Bohrlochwand verwendeten Spülung ein Ungleichgewicht eintritt zwischen dem Druck der-Spülung im Bohrloch und dem Druck des Fludes im Parenraum der Untergrund format! on, durch oder in die das Bohrloch niedergefahren wird. Diese Erscheinung wird als beginnender Gasausbruch .(•'kick") bezeichnet und ist an einem verstärkten Rückstrom von Spülung aus- dem Bohrloch feststellbar. Ein'solcher verstärkter Rückstrom von Spülung entsteht dadurch, daß ELud aus der Formation in das Bohrloch fließt, und ist bedingt durch das Ungleichgewicht der Drücke. Wird ein solcher beginnender Gasausbruch, insbesondere dann, wenn das in das Bohrloch

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eindringende Flud ganz oder teilweise aus Gas besteht, nicht bekämpft, kann sich, aus diesem Frühstadium leicht ein richtiggehender Ausbruch entwickeln. Es ist bekanntlich schwierig, einen'sogenannten Springer, d.h. einen Schacht oder ein Bohrloch, in dem ein Gasausbruch stattfindet, unter Kontrolle zu halten. Es sollte daher jede mögliche Maßnahme getroffen werden, einen solchen Gasausbruch durch Bekämpfen seines Frühstadiums bereits im Zeitpunkt seiner Erkennung zu.verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich beginnende Gasausbrüche bei Arbeiten in einem Bohrloch, beispielsweise bei Bohrarbeiten oder "beim Herausziehen von Arbeitsgerät aus dem Bohrloch, in zuverlässiger und einfacher Weise bekämpfen lassen, sowie ein Verfahren zum Handhaben dieser Vorrichtung, welches, um die Entwicklung von Gasausbrüchen zu verhindern, deren rasche und sichere Bekämpfung in ihrem Frühstadium erlaubt.

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten In einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch gelöst, die zwischen zwei Elementen eines aus Rohren zusammengesetzten Bohrgestänges . angeordnet ist und sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß ein Vorrichtimgs-Häuptteil von überwiegender Längsausdeimung in seiner Längsrichtung von einer Leitung durchsetzt ist, in welcher ein erstes Ventilsystem zum Steuern eines Fludstromes durch die Leitung angeordnet ist, daß das Vorriehtungs-Hauptteil von einem vergrößerbaren Packer umschlungen ist, dessen elastische, ringförmige Manschette an jedem Ende an eine Ringhülse angeschlossen ist, die in Achsenrichtung verschieblich an einem Teil der Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils angeordnet ist, und gegen diese Außenwand abdichtet, und daß zum Steuern des Fludstromes zwischen der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils und der sich in Längsrichtung durch dieses erstreckenden Leitung sowie zwischen der Höhlung des vergrößerbaren Packers und der durch das Vorrichtungs-Hauptteil führenden Leitung ein zweites Ventilsystem dient,

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zu dem eine der Ringhülsen gehört, wobei die RinghüTse während der Vergrößerung des Packers durch Einleiten von Plud in dessen Höhlung von einer Vorrichtung in einer Stellung gehalten ist, in der sie die Verbindung zwischen der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils und dec durch diese führenden Leitung unterbricht, jedoch Strömung zwischen dieser Leitung und der Höhlung des vergrößerbaren Packers zuläßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bekämpfen-von beginnenden G-asausbrüchen bei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen geführten-Bohrloch, in dem hängend Arbeitsgerät mit einem Bohrgestänge und mit der Vorrichtung nach der Erfindung angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Arbeiten gestoppt werden., daß der das Bohrgestänge umschließende Bohrloch-Hingraum nahe^ des Bohrlochmundes abgeschlossen und das erste Ventilsystem geschlossen wird, daß durch das Bohrgestänge Flud nach unten gepumpt wird, um den Packer zu vergrößern und dadurch den das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Eingraum abzuschließen, daß das Verpumpen von Flud gestoppt wird, daß das Bohrgestänge gegenüber dem vergrößerten und an die Bohrlochwand angepreßten Packer verstellt wird, um das zweite Ventilsystem zu betätigen und dadurch die Verbindung zwischen der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils und der durch diesen geführten Leitung herzustellen, daß der Bohrloch-Ringraum nahe des Bohrlochmundes geöffnet wird, daß erneut Flud durch das Bohrgestänge gepumpt Und die Zusammensetzung des Fludes geändert wird, daß mit dem verschieden zusammengesetzten Flud das im Bohrloch-Ringraum befindliche Flud verdrängt wird, daß das Umwälzen von Flud gestoppt und anschließend das Bohrgestänge gegenüber dem vergrößerten und an die Bohrlochwand angepreßten Packer verstellt wird, um das zweite Ventilsystem zu betätigen und dadurch die Verbindung zwischen der Leitung und der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils zu unterbrechen und die Leitung mit der Höhlung des Packers zu verbinden, um den Packer zu verkleinern, und daß die Arbeiten wieder aufgenommen werden.

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

Pig. 1 . einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen nach der Erfindung, '

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausbildungsform der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausbildungsform einer Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen nach der Erfindung, im Zustand beim Bohren des Bohrloches,

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar nach Peststellen eines beginnenden Gasausbruches,·

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

Fig. 6 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung bei vergrößertem Packer,

Fig. 7 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung im Zustand beim Umwälzen einer Bohrspülung mit höherem spezifischen

.(Sichte)
Gewicht/als die anfänglich benutzte Bohrspülung,

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

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausbildungsform der Vorrichtung nach der Erfindung im Zustand beim Bohren des Bohrloches,

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Pig. TO eine Fig; 9 ähnliche.- D ar st ellung .im Zustand unmittelbar nach Feststellen eines- beginnenden G-asausbruches,

Fig. 11 eine Fig. 9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar vor dem Vergrößern des Packers, .

Fig: 12 _ eine Fig. 9 ähnliche. Darstellung im Zustand während ' des Vergrößerns des Packers,

Fig. 13 eine .Fig. .9 ähnliche Darstellung im Zustand unmittelbar- vor dem Umwälzen einer Bohrspülung mit höherem

■ · ,(Dichte)

- spezifischem Gewich1/als die anfänglich benutzte

Bohrspülung, und . *

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

Die in Fig. 1 gezeigte- Vorrichtung zum Bekämpfen eines beginnenden Gasausbruehes weist ein Vorrichtungs-Hauptteil 1 von überwiegender LängsaEdehnung auf, das von einer in Längsrichtung sich erstreckenden Mittelleitung 2 durchsetzt,ist. Das obere Ende des- Vorrichtungs-Hauptteils X ist mit einer Koppelungsvorrichtung 3 versehen, mit der sich das Vorrichtungs-Hauptteil mit (nicht gezeichnetem) rohrförmigen! Arbeitsgerät zum Bohren eines Bohrloches verbinden läßt. Dieses Arbeitsgerät kann ein Bohrgestänge mit einer daran angeschlossenen Schwerstange sein. * · .

Rings um das Vorrichtungs-Häuptteil .1 ist ein Packer 4 mit zwei an'der. Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils verschieblichen Ringhülsen 5 und 6 angeordnet. Der Packer ist vergrößerbar, um den ringförmigen Raum abzuschließen, der das Vorrichtungs-Hauptteil T umgibt,"wenn dieses hängend in einem Bohrloch angeordnet ist. Dieses Absperren des ringförmigen Raumes (Bohrloch-Ringraumes) läßt sich durch Ausweiten einer elastischen, ·

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ringförmigen Manschette 7 erzielen, die an ihren Enden mit den Ringhülsen 5 und 6 verbunden ist. Die Ringhülse 5 gleitet an einem Teil 8 des Vorrichtungs-Hauptteils 1. Der Durchmesser dieses Teils 8 ist kleiner als der eines Teils 9 des Vorrichtungs-Hauptteils 1, an dem die verschiebliche Ringhülse 6 abgestützt ist. Da die Ringhülse 5 einen größeren Querschnitt aufweist als die Ringhülse 6, wird.sie stets nach oben gedrängt, wenn der Packer 4 durch Einleiten von unter Druck stehendem Flud durch eine in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils 1 ausgebildete Bohrung 10 vergrößert wird. -Auf diese Weise bleibt über die Bohrung 10 die Verbindung zwischen der Höhlung des Packers 4 und der Mittelleitung 2 während des Vergrößerns des Packers 4 aufrechterhalten. In normalen Betriebszuständen liegt der Packer 4 mit seiner Ringhülse 6 an einer Schulter des Vorrichtungs-Hauptteils 1 an. Bei Vergrößern des Packers verschiebt sich die Ringhülse 6 nach oben.

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

Das untere Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 1 trägt ein teleskopartig'verschiebbares Teil (Teleskop-Teil) 12 mit einem Keil 14, einer Keilnut 15 und einer Hülse 16. Das untere Ende. der Hülse 16,-obgleich in einem Stück mit einer Bohrkrone (Bohrmeißel) 17 gezeichnet, ist normalerweise von dieser getrennt ausgebildet und mit einer entsprechenden Koppelungs^ vorrichtung mit der Bohrkrone 17 verbunden. Im Sinne der

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speziellen Beschreibung und der Schutzanspräche wird der Bohrmeißel 17 als Teil des rohrförmigen Arbeitsgerätes verstanden, das in einem Bohrloch hängend angeordnet werden kann. Der Keil 14 und die Keilnut 15 bilden eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung zum Übertragen des Bohrdrehmomentes vom Vorrichtungs-Hauptteil 1 auf den Bohrmeißel 17.

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

Das untere Ende der Hülse 16 weist Öffnungen 25 auf, -mit denen sieh ein Strom von Bohrflud (Bohrspülung) von der Innenseite des Hülse 16 zum Bohrmeißel 17 führen läßt. Diese Öffnungen können von den Düsenöffnungen des Bohrmeißels 17 gebildet sein.

Es wird nun die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zum-Bekämpfen'beginnender Gasausbrüche beschrieben.

Während der Bohrarbeit ist die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen mit einem an sich bekannten rohrförmigen bzw. aus Rohren zusammengesetzten Arbeitsgerät zur Herstellung von Bohrlöchern, wie z.B. einem Bohrgestänge mit Schwerstange in einem Bohrloch hängend angeordnet. Das letekop-Verbindungsteil 13 und der Packer 4 nehmen-dabei die in Fig. 1 gezeichnete Stellung ein. Obgleich ein Druckunterschied besteht zwischen dem Flud in der Mittelleitung 2 und dem; Flud in dem außerhalb·des Vorrichtungs-Hauptteils 1 liegenden Raum, widersteht die elastische., ringförmige

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Manschette 7 des Packers 4 infolge ihrer ausreichenden Steifigkeit diesem Druckunterschied und behält ihre im wesentlichen ringförmige Gestalt bei. Das von (nicht gezeichneten) Pumpen zum Bohrmeißel 17 geförderte Bohrflud strömt durch die Mittelleitung 2, zwischen dem Verschlußglied 18 und dem Sitz 19» zwischen dem Verschlußglied 20 und dem Sitz und durch die Öffnungen 25.

Sobald ein beginnender Gasausbruch festgestellt wird, werden die der Mittelleitung 2 Flud liefernden Pumpen abgeschaltet und das (nicht gezeichnete) Bohrgestänge, an das das Vorrichtungs-Hauptteil 1 angeschlossen ist, wird hochgehoben. Der das Bohrgestänge umschließende Bohrloch-Ringraum wird am Bohrlochmund mit (nicht gezeichneten) an sich "bekannten Bohr loch-Ab sperrungs— vorrichtungen (Preventern) verschlossen. Da der Druck im Bohrloch größer ist als der Druck in der Hülse 16, bleibt das TeIeskop-Verbindungsteil 13 in der gezeichneten eingefahrenen Stellung.

Durch Anschließen des oberen Endes des Bohrgestänges an atmosphärischen Druck beginnt Flud aus dem Bohrloch durch die Öffnungen 25 am Verschlußglied 20 und Sitz 21 vorbei in die Mittelleitung 2 zu strömen. Dadurch wird am Verschlußglied 20 ein Druckunterschied erzeugt, so daß das Verschlußglied 20 sich gegen seinen Sitz 21 bewegt und den Zugang zur Mittelleitung 2 absperrt. Sobald die Strömung aufhört, hat sich ein Druckgleichgewicht zwischen der Innen- und Außenseite, der Hülse 16 hergestellt, die sich demzufolge unter der Wirkung ihres eigenen Gewichtes nach unten bewegt und dadurch das leleskop-Verbindungsteil 13 ausfährt. Gleichzeitig wird das Verschlußglied 18 in seinen Sitz 19 gezogen und bleibt in dieser Stellung, wenn nachfolgend durch Wiedereinschalten der Pumpen Flud in das Innere der Mittelleitung 2 gefördert wird. Sodann wird der Pumpendruck so weit verstärkt, daß der Packer 4 vergrößert und an die Bohrlochwand angepreßt wird. Die Ringhülse 5 bleibt während der Vergrößerung an ihrem Platz

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und" die Bohrung TO bleibt geöffnet., Di& Ringhülse 6 ist nach, oben verstellt. Ba der Packer 4 gegen die; Bohrlo-chwand festgesetzt ist, können das Bohrgestänge und das Vorrichtungs-flaupt— teiZ 1/|;@gSnuibir^eäem Packer 4 nach, oben verstellt werden,, umdie,Bohrung 10 des ersten Ventilsystems; 1:2 in einer oberhalb der zu diesem Ventilsystem gehörenden Ringhüise 5 liegenden Stellung anzuordnen» Das unter hohem Druck stehende .Flud strömt dann aus der Mittelleitung: 2 durch die Bohrung 10 in den Bohrloch,—Ringraum oberhalb des Packers 4. Durch Öffnen der Preventer im oberen Teil des Bohrloeh-Ringraumes kann über ^da;s Bohrgestänge und den Bohrloch-Hingraum Spülung umgewälzt werden. Durch; Erhöhen des spezifischen &ewiohtes/deM^x?au?t4s, das in diesen Bohrloch—Ringraum eingeleitet Wird und dadurch: das 'Flud mit verhältnismäßig niedrigem, spezifischen Gewicht (Dichfe) verdrängt, wird der hydrostatische: Druck Oberhalb des Packers

4 verstärkt* .Sobald der hydrostatische Druck einen Wert erreicht, der ausreicht, um den unterhalb des: Packers 4 herrschenden Druck des beginnenden Gasausbruehs nie der zuhaltein,, wird das. Umwälzen von Flud gestoppt und das Bohrgestänge wird abgesenkt, um die Bohrung IO in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung, zu bringen. Der Packer 4 wird dadurch verkleinert., Weiteres· Absenken des Bohrgestänges bewirkt das Einfahren des Teleskop-Verbindungsteils: t3> sobald der Bohrmeißel ^? am.BohrloGhtiefsten aufsitzt.' Das Verschluß glied 18 wird daher von seinem Sitz 19 gelöst und die Bohrarbeiten können wie der auf genommen' werden. Es leiichtet ein, daß: die Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gäsausbrüchen erheut betriebsbereit ist ..

V/o notwendig können Dichtungen angeordnet öein, um Flud— strömung zwischen Stellen verschiedenen Druckes zu verhindern. Insbesondere sind derartige Dichtungen zwischen den, Einghülsen

5 bzw. 6 und den Flächen 8 bzw. 9 angeordnet.

Die Verschlußglieder 18 und 20 können" mit einer anderen als in der Zeichnung gezeigterL Gestalt ausgebildet sein. Bei Bedarf kann das. Verschlußglied 20 weggelassen sein. Das Ausfahren³

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des Teleskop-Verbindungsteile geschieht dann durch Anheben des Bohrgestänges, nachdem der Durchgang durch das Bohrgestänge und· durch den dieses umschließenden Bohrloch-Ringraum im Bereich, des Bohrlochmund.es abgesperrt wurde.

Durch Ausbilden eines, (nicht gezeichneten) Kanals von kleinem Querschnitt durch das Verschlußglied. 18 läßt sich der unterhalb des vergrößerten Packers herrschende Druck messen. Dies erlaubt eine exakte Berechnung des spezifischen Gewichtes (Dichte) des Fludes, das zur Bekämpfung des beginnenden Gas— ausbruches in das Bohrloch eingeleitet werden soll.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Werkzeug weist die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen kein TeIeskop-Verbindungsteil auf, ist daher billigem und im Betrieb im Bohrloch weniger störanfällig.. Das Vorrichtungs-Hauptteil 31 weist eine Leitung 32 sowie eine Koppelungsvorrichtung 33 auf, mit der es sich an ein (nicht gezeichnetes) rohrförmiges bzw. aus Rohren zusammengesetztes Arbeitsgerät zur Ausführung von Arbeiten in einem. Loch verbinden läßt. Da das Vorrichtungs-Hauptteil 31 einen Bohrmeißel 34 trägt, handelt es sich, bei den vorzunehmenden Arbeiten um Bohrarbeiten und das rohrförmige Arbeitsgerät ist ein Bohrgestänge. Der Anschluß des Bohrmeißels 34 ^an ^^as untere -Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 31 ist mit einer (nicht gezeichneten) zweckdienlichen Koppelungsvorrichtung hergestellt. Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausbildungsform weist das Werkzeug (Vorrichtung) entsprechend Fig. 2 einen Packer 35 mit zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils 31 verschi©blichen Ringhülsen 36 und 37 sowie mit einer ausweitbaren elastischen, ringförmigen Manschette 38 auf. Die Ringhülse 36 ist im Querschnitt größer ausgeführt als die Ringhülse 37 und ruht an einem Teil 39 des Vorrichtungs-Hauptteils 31 auf, dessen Querschnitt kleiner ist als der eines Teils 40 des Vorrichtungs-Hauptteils 31» Die untere Ringhülse 37 stützt sich an einer Schulter 41 des Vorrichtungs-Hauptteils 31 ab.

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Die elastische ringförmige Manschette 38 ist ausreichend steif, um den Packer 35 in der gezeichneten Stellung zu halten.

Das Vorrichtungs-Hauptteil 31 trägt ein erstes Ventilsystem 42 und ein zweites Ventilsystem 43.

Zum zweiten Ventilsystem 43 gehören drei Bauteile, nämlich die Hülse 36, eine Bohrung 44 und eine Innenhülse 45» die sich über eine Stange 46 am ersten Ventilsystem 42 abstützt.

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

Die Öffnung 51 steht über einen Raum 52 mit einer Öffnung 53A im unteren Ende des Vorrichtungs-Hauptteils 31 in Verbindung. Diese Öffnung 53A kann auch durch die Strahldüse oder Strahl-., düsen des Bohrmeißels 34 gebildet sein. '

Ist die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung (Werkzeug) an einem rohrförmigen Bohrgerät angehängt in einem Bohrloch angeordnet, besteht für von (nicht gezeichneten) Pumpen gefördertes Bohrfluid ein von Hindernissen'freier Durchlaß über das Bohrgestänge und.die Schwerstange zum Vorrichtungs-Hauptteil 31, in welchem

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es entlang der Leitung 32, durch das Innere der Innenhülse 45» den das zweite Verschlußglied 54 umgebenden Raum, den Durchlaß zwischen dem ersten Verschlußglied 47 und dem zweiten Verschlußglied 54» weiter durch einen Innenraum 55 d-^es ersten Verschlußgliedes 47» die Öffnung 51, den Raum 52 und durch die Öffnung 53A zum Bohrmeißel 34 strömt.

Sobald ein beginnender Gasausbruch im Bohrloch festgestellt wird, werden die Pumpen abgeschaltet und ein (nicht gezeichneter) Preventer zum Absperren des das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraumes am Bohrlochmund betätigt. Danach wird das obere Ende des Bohrgestänges geöffnet, wodurch sich eine nach, oben gerichtete Pludströmung durch die Öffnung 53A, den Raum 52, die Öffnung 51 und durch den Innenraum 55 des Verschlußgliedes 47 ergibt. Diese Strömung erzeugt einen Druckunterschied am Veischlußglied 47, das sich daher nach oben bewegt und am Außenumfang des Verechlußgliedes 54 absperrt. Die Verstellgeschwindigke.it des Verschlußgliedes 47 ist u.a. durch die Puffervorrichtung 48,49,50 gesteuert.

Danach werden die Pumpen erneut eingeschaltet und der Druck in der Leitung 32 erhöht, so daß sich eine Verstellung des ersten Ventilsystems 42 nach unten ergibt. Während dieser Abwärtsverstellung versucht die Feder 53» die beiden Verschlußglieder 47 und 54 auseinander zu drängen. Da ihr jedoch, die Puffervorrichtung 48,49»50 entgegenwirkt, bleibt das Verschlußglied 54 in abdichtender Stellung am Verschlußglied 47, bis dieses wieder die in Pig. 2 gezeichnete Stellung einnimmt. Da der Pumpendruck oberhalb des ersten Ventilsystems 42 höher ist als der Druck des beginnenden Gasausbruchs im Bohrloch, bleiben die Verschlußglieder 54 und 47 in gegenseitiger Anlage und sperren den Durchgang durch die Leitung 32 ab.

Die Abwärtsverstellung der Verschlußgliedes 54 betätigt das 'zweite Ventilsystem 43 durch das Verschieben der Innenhülse 45, wobei die Bohrung 44 freigelegt wird. Diese stellt dann eine

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Verbindung her zwischen der Leitung 32- und der Höhlung, des Packers. 35, so daß diese'r durch das unter hohem. Druck in die Bohrung 44 eindringende Fluel vergrößert wird. Sobald der Packer 35 gegen die (nicht gezeichnete]:' Bohrlochwand festgesetzt ist, wird das Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung zum Bohrloch-Ringraum oberhalb; des Packers 35 hin zu öffnen. Das unter hohem. Druck stehende Flud strömt dann, in diesen Bohrloch-Ringraum» Durch Öffnen des Preventers am Bohrlochmund kann das Flud in diesem Ringraum von einem Flud verdrängt werden, dessen spezifisches Gewicht'(Dicht,e.) größer ist als das des anfänglich in diesem Ringraum vorhandenen Fluds. Das Flud hoher Dichte wird von den (nicht gezeichneten) Pumpen in das Innere des Bohrgestänges gefördert. Sobald der hydrostatische Druck oberhalb des-Packers- 35 ausreichend erhöht ist, wird das Bohrgestänge erneut abgesenkt, um die Verbindung zwischen der Bohrung 44 und der Höhlung des Packers 35 und der leitung 32 herzustellen. Durch allmähliches Verringern, des Fluddruckes in der Leitung 32 wird der Packer 35 verkleinert, und sobald der Ausgleich zwischen dem Druck oberhalb des geschlossenen ersten Ventilsystems 42 und dem Druck im Bohrloch, hergestellt: ist, bewegen sich die beiden Verschluß glieder 47 und 54 dieses Ventilsystems 42 unter der Wirkung der Feder 53 voneinander weg und geben den Durchgang. durc.h die Leitung erneut frei. Danach können die Arbeiten, die bei Peststellung des beginnenden Gasausbruchs unterbrochen wurden, im Bohrloch wieder aufgenommen werden*

Bei Bedarf kann das -zweite: Ventilsystem 43 ⁵Bi^ einer. Sntlastungsleitung versehen sein,, um die Höhlung des: Packers 35 in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung der Snenhülse 45 an einer oberhalb de_S Packers liegenden Stelle zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 31 hin zu entlasten.

Während des Betriebes der in Fig. 2 "dargestellten Vorrichtung bei der Bekämpfung eines beginnenden Gasausbruchs in der vorbeschriebenen Weise läßt sich, im vergrößerten Zustand des

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Packers der Druck des beginnenden Gasaushruchs messen. Hierzu wird das Bohrgestänge angehoben, um die Bohrung 44 in eine Stellung oberhalb der Ringhülse 36 zu bringen, und dann der Druck in der Leitung 32 allmählich verringert, bis ein konstanter Druck erreicht ist. Dieser ist der Druck des beginnenden. Gasausbruchs» Hiervon ausgehend kann die erforderliche Dichte des Fluds berechnet werden, das zur Bekämpfung des beginnenden Gasausbruchs im Umlauf in den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers geleitet werden muß.

Infolge dieses allmählichen Druckabbaues in der Leitung 32 hat sich das erste Ventilsystem 42 geöffnet. Dieses Ventil— system muß erneut geschlossen werden, um zum Verdrängen des im Bohrloch-Ringraum- oberhalb des Packers befindlichen Fludes mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht (Dichte) Fludumlauf zu ermöglichen. Hierzu wird das Bohrgestänge an seinem oberen Ende so weit geöffnet, daß in der Leitung 32 eine aufwärts gerichtete Strömung erzeugt wird. Diese verstellt das erste Verschlußglied 47 des ersten Ventilsystems 42 nachoben, um am zweiten Verschlußglied 54 dieses Ventilsystems abzudichten. Danach wird der Druck in der Leitung 32 rasch erhöht, um das erste Ventilsystem 42 nach unten zu verschieben, ohne daß die Feder 53 die beiden Verschlußglieder 47 und voneinander weg bewegen kann. Dadurch wird erneut die Verbindung zwischen der Bohrung 44 und der Leitung 32 hergestellt. Es kann nun der zuvor beschriebene Fludumlauf durchgeführt werden. " ■

Anstelle einer einzigen Bohrung 44 (Fig. 2) können zwei Bohrungen vorgesehen sein, wobei die erste die Leitung 32 mit dem Bohrloch-Ringraum oberhalb des vergrößerten Packers 35, die zweite die Leitung 32 mit der Höhlung des Packers 35 verbindet. Die Hülse· 36 sperrt in ihrer oberen Endstellung die zweite Bohrung,, in ihrer unteren Endstellung die ersi;e Bohrung ab. Die Innenhülse 45 wirkt nur mit der zweiten Bohrung zusammen.

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Die Puffervorrichtung zum Steuern der Verstellgeschwindigkeit des ersten Verschlußgliedes 47 des ersten Ventilsystems 42 kann auch zwischen dem ersten Verschlußglied 47 und dem zweiten. Verschlußglied 54 dieses 'Ventilsystems angeordnet sein. Diese Puffervorrichtung "braucht nur zu arbeiten, wenn sich das erste Ventilsystem 42 nach unten verschiebt. Zum Verbinden der beiden Teile des. Zylinders 48 kann daher ein (nicht gezeichneter) Kanal vorgesehen- sein, dessen Querschnitt größer ist als der der Bohrung 50 im Kolben 49 der Puffervorrichtung. In diesen Kanal ist ein (nicht gezeichnetes) Rückschlagventil eingebaut, das nur diesen Kanal verschließt, wenn das erste Ventilsystem 42 nach unten geht.

Zum Verriegeln des zweiten Verschlußgliedes 54 des ersten Ventilsystems 42 in der Schließstellung kann zwischen diesem Verschlußglied oder zwischen einem Verlängerungsstück dieses Verschlußgliedes und dem Vorrichtungs-Hauptteil 1 ein Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet sein, das in der Zeichnung jedoch nicht gezeigt ist. Der Zylinder ist über eine (nicht gezeichnete) Bohrung mit dem Raum unterhalb des vergrößerten .Packers 35 verbunden, wobei der Zugang zu dieser'Bohrung durch die Stellung der Ringhülse 37 gesteuert ist. Durch Verstellen des Bohrgestänges gegenüber dem Vergrößerten Packer kann das ITud im Innern des Zylinders eingeschlossen und auf diese .Weise das. zweite Verschlußglied 54 in seiner Schließstellung verriegelt werden.

Ein dem im vorstehenden Abschnitt beschriebenen VerriegäLungssystem ähnliches kann für das erste Verschlußglied 47 des ersten Ventilsy-stems 42 vorgesehen werden. Der Zylinder dieses (nicht gezeichneten) Verriegelungssystems kann den Schließvorgang des ersten Verschlußgliedes 47 unterstützen, was bedeutet, daß der Querschnitt der Bohrung 51 erweitert werden kann. Dieser Querschnitt kann sogar mit dem des Durch-, lasses (Raumes) 52,-gleich gemacht werden. Diese Art von Verriegelungssystem wM auch weiter unten im Zusammenhang . mit der in Fig. 9 dargestellten Ausbildungsform beschrieben.

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

Weist das in I"ig. 2 dargestellte Werkzeug (Vorrichtung) anstelle einer einzigen Bohrung 44 zwei Bohrungen auf, deren Arbeitsweise weiter oben beschrieben wurde, und ist weiterhin ein mit dem ersten Verschlußglied 47 des ersten Ventilsystems 42 zusammenwirkendes Verriegelungssystem mit einem Zylinder-Kolben-Aggregat vorgesehen, dessen Arbeitsweise ebenfalls schon beschrieben wurde, muß das Zusammenwirken zwischen dem Packer und dem Vorrichtungs-Hauptteil über ein Stift-Schlitz-System erfolgen, mit dem der Packer im vergrößerten Zustand in drei verschiedenen Stellungen gegenüber dem Vorrichtungs-Hauptteil angeordnet werden kann. Dabei verschließt die Teil des zweiten Ventilsystems bildende Ringhülse in der ersten und in der zweiten Stellung die Verbindung zwischen der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils und der durch dieses führenden Leitung, ind?r zweiten und dritten Stellung die Verbindung zwischen der genannten Leitung und der Höhlung des Packers, und die andere Ringhülse sperrt in der dritten Stellung den Zugang zu der Bohrung ab, die von der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils zum Zylinder-Eolben-Aggregat des ersten Verschlußgliedes des ersten Ventilsystems führt.

Die Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen in der in Pig. 3 bis 8 dargestellten Ausbildungsform ist an zweckentsprechender Stelle eines rohrförmigen bzw. aus Rohren zusammengesetzten Arbeitsgerätes zum Bohren eines Loches in die unter der Erdoberfläche liegende Bodenformation angeordnet, Sowhl am oberen als auch am unteren Teil eines Vorrichtungs-Hauptteils 101 von überwiegender Längsausdehnung sind (nicht ' gezeichnete) Koppelungsvorrichtungen zum Verbinden des

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Vorrichtungs-Hauptteils mit dear erwähnten Arbeitsgerät vorgesehen, Bas Arbeitsgerät kann ein_: Bohrgestänge mit einer daran angeschlossenen Schwerstange sein.-

Das Vorrichtungs-Hauptteil 101 ist von einer in längsriehtung sieh erstreckenden Leitung 102 durchsetzt C^ig* 3) -

Das^: Variehtungs—Hauptteil 101 ist von einem Packer 104 umschlossen, der zwei an der Außenwand des Vorrichtungs-Haupt teils 101 versehiebliche Ringhülsen 105 und 106 aufweist und vergrößerbar ist ^- um- bei "hängender Anordnung des Vorriehtungs-Hauptteils 101 in 'einem Bohrloch den das Hauptteil 101 umschließenden Bohrioch-Ringraum abzusperren« Bieses Absperren kann durch'Aufweiten einer elastischen, ringförmigen Manschette 107 erfolgen, die mit ihren Enden an die Ringhulsen . 105 und 106 angeschlossen ist. Me Ringhulse 105 ist: an einem ieil> TOS des Vorrichtungs-Haoptteils TÖ1 verschiebbar, dessen Durchmesser kleiner ist als d-er eines (Teiles 109 cLes Eaupt:- teils 1 Qt, an welchem; sich die Einghülse WG verschieblich abstützt.: Da die Querschnittsflache der Ringhulse 105 "großer ist als die der Ringhulse iÖ6_f wird die Ringhulse 105 während äeT Vergrößerung des Packers tO4 durch Einleiten unter Druck stehenden Fluds über eine in der Wanä des ^rrichtungs-Hauptteils 101 ausgebildete Bohrung 110 stets nach oben gedrängt. Auf diese Weise wird während des; 'Vergrößörns des Packers 104 die Terbindung zwischen der' Bohrung 110 und der Höhlung des Packers 104 aufrechterhalten» In normalen Betriebszuständen liegt der Packer 104 mit seiner Ringhulse 106 an einer Schulter iii des Vorrichtungs-Hauptteils 101 an. Durch die Ver~. größerung des Packers 104 wird die Ringhulse 106 nach oben verstellt.

Das Vörrichtungs-Hauptt.eil 101 trägt ein erstes Ventilsystem 112 und din zweites Ventilsystem 113.

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Zum zweiten Ventilsystem 113 gehören drei" Bauteile, nämlich die Ringhülse 105,, die Bohrung 110^: und ein Verschlußglied 114, das sich in' nachstehend näher beschriebener Weise über eine Stange 115 am ersten Ventilsystem 112 abstützt. Das Ver— schlußglied 114 ist in zwei Endstellungen verstellbar. In seiner oberen Endstellung liegt es an einer Schulter 116 eines Teil des Vorrichtungs-Hauptteils 101 bildenden Ventilgehäuses 117 an, während es in der unteren. Endstellung an einer Schulter 118 des Ventilgehäuses 117 aufruht. Eine sich mit einem Ende an einer Führung 120 für die Stange 115 abstützende Feder 119 drängt das Verschlußglied 114 in die obere Endstellung» Die Führung 120 bildet Teil des Ventilgehäuses 117. .

Ein zwischen zwei Teilen 114A und 114B des Ve-rschlußgliedes 114 liegender ringförmiger Raum 121 ist in der oberen Endstellung des Verschlußgliedes 114 über die Bohrung 110 an die Höhlung des Packers 104 und über eine Leitung 121A an die. Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 101" angeschlossen. In der in Fig. 5 gezeichneten, unteren Endstellung des Verschlußgliedes 114 steht die Höhlung des Packers 104 über die Bohrung 110 mit der Leitung 102 in Verbindung, während die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 101 über die Leitung 121A an den ringförmigen Raum 121 des Verschlußgliedes 114 angeschlossen bleibt»

Das untere Ende der Stange 115 ist an das erste Ventilsystem

112 angeschlossen. Dieses weist ein erstes Verschlußglied 122 und ein mit der Stange 115 verbundenes zweites Verschlußglied

123 auf. Das erste Verschlußglied 122 ist in zwei End stellungerverstellbar. In seiner in Fig. 3 gezeichneten unteren Stellung liegt es an einer an der Innenwand der durch das Vorrichtungs-Hauptteil 101 führenden Leitung 102 ausgebildeten Schulter

124 an, während es in seiner in Fig. 4 gezeichneten oberen Endstellung an einer am Gehäuse 117 des zweiten Ventilsystems

113 ausgebildeten Schulter 125 aufruht.

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■ _: - - 19..- 43 769 ;

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

Außerdem ist am ersten Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112 ein¹*Zylinder-Kolben-Aggregat 130,131 angeordnet. Der Zylinder 130 steht über eine Bohrung 132 mit einer Höhlung 133 des Packers 104 in Verbindung.

Durch das erste Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 1/12 geht ein mittig angeordneter Durchlaß 134 hindurch. Dieses

erste Verschlußglied 1.22 arbeitet nach'Art eines Rückschlagventils und läßt sich durch Umschalten der Strömung in eine Richtung schließen, die der von Pfeilen angegebenen Strömungsrichtung des Bohrfludes während der Bohrarbeiten entgegengerichtet ist. Diese Strömung in der Gegenrichtung erzeugt an den Strahldüsen eines (nicht gezeichneten) Bohrmeißels einen Druckunterschied. Da der unterhalb des Kolbens I3I liegende Zylinderraum I30 über die Bohrung 132» die Höhlung 133 des Packers 104, die Bohrung 110, den Raum 121 und die Leitung 121A an die Außenseite des Vorrichhmgs-Hauptteils 101 angeschlossen ist, besteht dieser Druckunterschied ebenfalls am Kolben 131 und die daraus resultierende Kraft verschiebt das Verschlußglied 122 in eine Stellung, in der dieses am Verschlußglied 123 anliegt. Diese Verschiebung des Verschluß^- gliedes 122 in die Schließstellung wird durch den Druckunterschied begünstigt, der erzeugt wird, wenn die Strömung am Verschlußglied 122 durch den Durchlaß 134 in diesem Verschlußglied geleitet ist. -

Das erste Verschlußglied.,. 122 des· ersten Ventilsystems 112 vermag mit dem zweiten Verschlußglied 123 des gleichen Systems

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zusammenzuwirken, um den Durchgang durch die Leitung 102 in der in Pig. 4 gezeichneten Stellung abzusperren. Zwischen den- miteinander in Berührung kommenden Teilen der beiden Verschlußglieder 122 und 123 sind (nicht gezeichnete) Dichtglieder angeordnet.

112 Die Kelativstellung zwischen den das erste Ventilsystem/bildenden Verschlußgliedern 122 und 123 läßt sich in nachfolgend näher beschriebener Weise während der Verstellung dieser Verschlußglieder in eine Stellung, in welcher das erste Verschlußglied 122 sich in seiner unteren Endstellung befindet, beibehalten (Fig. 5). ■

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

Es folgt nun die Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 3 bis δ dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen.

Ist das Werkzeug (Vorrichtung) in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung hängend in einem Bohrloch angeordnet, besteht ein von Hindernissen freier Durchgang für von (nicht gezeichneten) Pumpen gefördertes Bohrflud durch das (nicht gezeichnete) Bohrgestänge mit Schwerstange zum Vorrichtungs-Hauptteil 101 und durch dieses hindurch über die Leitung 102, wodurch es längs der Seitenwand des Ventilgehäuses 117 geleitet wird, durch den Raum zwischen den ersten und zweiten Verschlußgliedern 122 und 123 des ersten Ventilsystems 112 und durch den im Verschlußglied 122 mittig ausgebildeten Durchlaß 134. Daran anschließend wird die Strömung, deren Richtung mit Pfeilen angegeben ist, durch zweckentsprechende (nicht gezeichnete) Rohrkörper zu einem (nicht gezeichneten) Bohrmeißel geleitet'.

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Sobald im Bohrloch ein beginnender tJaBa^sbrueh festgestellt -wird, werden die Pumpen abgeschaltet und -ein f nichtgezeichneter) Preventer wird betätigt, um am Bohrlochwand den das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Hingraum abzusperren» Danaeli wird das obere Ende des Bohrgestänges geöffnet, so daß sich durch die Leitung 102 eine nach oben gerichtete Fliid— strömung in einer der in Mg. 3 mit Pfeilen angegebenein Sichtung entgegengesetzten -Richtung ergibt» Diese «Lurch den verhältnismäßig hohen Druck -des beginnenden üJasausbruehs im Bohrloch bedingte Strömung erzeugt am ¥ers©hlußglied 122 land an dessen ifColben 131 einen Druckunt er schied. Das ¥erschluB-glied 122 bewegt sich daher nach oben und dichtet am Außenumfang des yerschlußgliedes 123 ab,. Diese Stellung ist in Fig* 4 dargestellt. Die BewegungsgescnwJ-Bdigkeit &es fer-. sehlußgliedes 122 ist u,a„ von 4er Puffervorrichtung 1,27,12B, 129 gesteuert,.

Daran ansehließend werden die !Pumpen erneut eingeschaltet. Der Druck in der Leitung t©2 wird erhöht., -so daß sich «Las erste ITentilsystem 112 nach untern bewegt (Mg.. 51» Die !feder 126 versucht, die beiden ¥erSchlußglieder 122 und 123 während dieser Abwärtsbewegung, .auseinander zu -dräaagen, ihr wirkt Jedoch die Puffervorriehtung 127^128,129 entgegen, so daß das erste ¥ersehlußglied 122 in. abdichteaidsr Stellung am ¥erschlußglied 123 bleibt, bis es seine in Fig.» 5 gezeichnete untere Stellung eingenommen hat»-Da der Pumpendruek oberhalb des ersten Ventilsystems 112 höher ist als der Brück des beginnenden Gasausbruches im Bohrloch,, bleiben -die yerschlufiglieder.122 und 123 inAnlage aneinander und sperren die Leitung 102 ab. . ... . '..'.-

Die VerSchiebung des Versehlußgliedes 123 nach unten betätigt das zweite Ventilsystem 113 durch Verstellen des Verschluß.-gliedes.114, das über die Stange 115' mit dem Versehlußglied 123 des ersten Ventilsystems 1.12 yerbundeii ist. Der Zugang zur Bohrung 110 ist dann geöffnet und flud unter einem höheren als dem Druck des beginnenden Gasausbruehs im Bohrloch kann

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dann in die Höhlung 133 des Packers 104 und in den Zylinder 130 unterhalb des am Verschlußglied 122 des ersten .Ventilsystems 112· angebrachten Kolbens I3I eindringen, wie mit Pfeilen in Fig. 5 angegeben. Dies .führt zur Vergrößerung des ..: Packers 104, der dadurch mit Abdichtung an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand angepreß-fc wird- Sobald der Packer 104 vergrößert -und .gegen die Bolirloabwand festgesetzt ist (Fig. 6), wird clas Bohrgestänge "angehoben, um das Vorrichtungs-Hauptteil 101 gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Packer so zu verstellen,, daß die Bohrung 110 gegenüber dem Bohrloch-Siaagrauin oberhalb des Packers 104 freigelegt wird (Fig. 7). Anschließend werden die Pumpen abgeschaltet..

Während der.Verstellung des yorrichtungs-Hauptteils 101 gegenüber dem an die Bohrlochwand angepreßten Packer 104 wird das in der Höhlung 133 des Packers 104 befindliche Flud zuerst gegenüber tier Leitung 102 abgesperrt und danach durch die Verschiebung der Einghülse 105, die im Vergleich mit der Binghölse 106 einen "verliältnisinäßig großen Querschnitt aufweist., gegen eine ringförmige Schulter 135 weiter zusammengedrückt» Die Schulter 135 liegt zwischen den Teilen 108 und 109 des yorrichtungs-Hauptteils 101, an denen die Einghülsen 105 und 106 verschoben werden.. Auf diese Y»^:eise wird der Druck ind?r Höhlung 133 erhöht und übersteigt den in der Leitung 102 auf dein Si ve au des Packers 1Ό4 herrschenden Druck, so daß das Verschlußglied 122 des ersten Ventilsystems 112 nach oben verstellt wird. Während dieser letzt— ■genannten Bewegung bleibt der Packer 104 in abdichtender Anlage an der Bohrlochwand und am Vorrichtungs-Hauptteil 101.

In den in Fig, 6 und 7 gezeichneten Stellungen des ,Verschluß— gliedes 122 ergeben sich für den Zylinderraum I30 und für die Höhlung 133 des Packers 104 gleiche VoIxunenunterschiede. Beim besehriebeneh und dargestellten Beispiel liegt die Ringhülse 105 am Ende des Hubes an der' Schulter 135 an, während gleichzeitig das Verschlußglied 122 an der Schulter 125 des Ventilgehäuses 117 zur Anlage kommt.

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Nachdem das Versöhlußglied 1'22 in die in Fig. 7 gezeichnete Stellung verstellt worden ist, kann der Druck des beginnenden-Gasausbruches, d.h. der Druck des im das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraum oberhalb des vergrößerten Packers 104 befindlichen Fludes in der folgenden Weise gemessen werden.

In der in Fig. 7 gezeichneten Stellung ist das obere Ende des Bohrloeh-Ringraumes oberhalb des Packers 104 noch abgesperrt. Enthält dieser Bohrloch-Ringraum nur Flüssigkeit, und ist der Zugang zum Bohrgestänge vor dem Abschalten der Pumpen verschlossen worden, ist der in der Leitung 102 unmittelbar über dem Ventilsystem 112 herrschende Druck höher als in der Leitung 102 unterhalb des Ventilsystems 112. Durch allmähliches Verringern des in der Leitung 102 über dem Ventilsystem 112 stehenden Druckes, beispielsweise durch eine vorsichtige Druckentlastung am oberen Ende des Bohrgestänges, wird ein Zustand erreicht, bei dem die Drücke ober- und unterhalb des Ventilsystems 112 im wesentlichen gleich sind. Daraus ergibt sieh eine Aufwärtsbewegung der Kombination aus dem Verschlußglied 114 und dem Verschlußglied 123» die dann als Meßkolben wirkt. Diese Aufwärtsbewegung wird gestoppt, wenn das Teil 114A des Verschlußgliedes 114 an der Schulter 116 zur Anlage kommt. Die -Verbindung zwischen der. Leitung 102 und der Bohrung 1 TO ist dann geschlossen, wobei die Bohrung 110 in der in Fig. 7 gezeichneten Stellung an den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 angeschlossen ist. Der dann am oberen Ende des . Bohrgestänges gemessene Druck ist gleich dem Druck des beginnenden Gasausb'ruches, vermindert um den Druck, den die hydrostatische Säule im Bohrgestänge und die Feder 119 erzeugen. Der Zeitpunkt, in dem das.Verschlußglied 114 den Zugang zur Bohrung 110 absperrt, läßt sich durch Beobachten des Druckabfalles im Bohrloch-Ringraum oberhalb des-Packers 104 feststellen. - .:".- "-'. ■ .. ■ ·-.--.--"

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Enthält der Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 .jedoch ein teilweise aus Gas bestehendes Flud, muß die Messung des Druckes des beginnenden Gasausbruches in anderer als der vorbeschriebenen Weise vorgenommen werden. Es leuchtet ein, daß in diesem Fall, wenn das Bohrgestänge verstellt wird, um die Bohrung 110 an den Bohrloch-Ringraüm oberhalb des Packers anzuschließen, und wenn die Pumpen abgeschaltet werden, der Druck im Bohrgestänge aufgrund der Kompressibilität des im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 befindlichen Gases unter den Druck des beginnenden Gasausbruches abfällt. Unter der Wirkung des auf das untere Ende des Verschlußgliedes 123 wirkenden Druckes des beginnenden Gasausbruches wird daher das Verschlußglied 114 nach oben in die in Fig. 4 gezeichnete Stellung bewegt, in der die Verbindung zwischen der Bohrung 110 und der Leitung 102 unterbrochen ist. Danach wird durch vorsichtiges Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit an der Öffnung des Bohrgestänges der Druck im Bohrgestänge allmählich erhöht. Gleichzeitig wird das Verhalten des Druckes im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 beobachtet. Sobald der Druck im Innern dps Bohrgestänges auf einen Wert angestiegen ist, bei dem der Druck unmittelbar über dem Verschlußglied 114 um einen geringen Betrag größer ist als die Summe aus dem Druck des beginnenden Gasausbruches unterhalb des Ver'schlußgliedes 123 und dem von der Feder 119 ausgeübten Druck, wird das Verschlußglied 114 nach unten bewegt und öffnet dadurch den Zugang zur Bohrung 11Ό. Dieser Zeitpunkt läßt sich bestimmen, indem man den Druck im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 beobachtet, der«dann anzusteigen" beginnt. Der zu diesem speziellen Zeitpunkt am oberen Ende des Bohrgestänges gemessene Druck ist. dann gleich dem Druck des beginnenden Gasausbruches, vermindert um den Druck, den die hydrostatische Säule im Bohrgestänge und die Feder erzeugen.

Es leuchtet ein, daß während der Vornahme der vorbeschriebenen Druckmessung der Raum unterhalb des Packers 104 sowohl vom

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übrigen Bohrlochraum als auch von der Innenseite des Bohrgestänges abgetrennt ist, so daß das Eindringen von Tanter hohem Druck stehendem Flud in das Bohrloch oder in das Bohrgestänge verhindert wird. Insbesondere ist das Eindringen von unter hohem Druck stehendem Gas verhindert, das die exakte . Messung des Druckes des beginnenden Gasausbruches beeinträchtigen würde. Diese Isolierung der Gasausbruchs-Zone gegenüber dem übrigen Bohrlochraum wird durch die Wirkung des Verschlußgliedes 123 und des Verschlußgliedes 114 erreicht, die miteinander kombiniert als Meßkolben arbeiten.

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

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

Durch Messen des Druckes in der vorbeschriebenen. Weise läßt sich der Druck des beginnenden Gasausbruches berechnen. Sodann wird eine Spülung mit einem für die Bekämpfung des.beginnenden Gasausbruches ausreichenden spezifischen Gewicht (Dichte) vorbereitet. Diese Spülung wird dann im Umlauf in das Bohrgestänge mit einem Druck eingeleitet, der ausreicht, um das Verschlußglied 114 und das Verschlußglied 123 gegen den Druck des beginnenden Gasausbruchs und gegen die ?/irkung der Feder 119 nach unten zu verstellen, so daß der Zugang zur Bohrung 110

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geöffnet wird (Fig. 7) und die im Bohrgestänge und im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 104 befindliche Spülung mit verhältnismäßig niedrigem spezifischen Gewicht (Dichte) auf diese Weise durch die schwerere Spulung ersetzt werden kann. Um dieser Umlauf zu ermöglichen, wird das obere Ende des Bohrloch-Ringraumes geöffnet und die"Spülungspumpen werden eingeschaltet, um die neue Spülung nach unten durch das Bohrgestänge zu pumpen.

Sobald der Bohrloch-Ringraum mit Spülung von verhältnismäßighohem spezifischen Gewicht (Dichte) gefüllt ist, wird der Spülungsumlauf gestoppt und das Bohrgestänge gegenüber dem gegen die Bohrlochwand festgesetzten Packer 104 verstellt. Bas Verschlußglied 114 bewegt sich daher nach oben und stellt dadurch die Verbindung zwischen einer Seite der Bohrung 110 und der Leitung 121A her. Außerdem wird die andere Seite der Bohrung 110 an die Höhlung 133 des Packers 104-angeschlossen. Diese Stellung ist in Fig. 8 dargestellt, in welcher mit Pfeilen die Strömungsrichtung der aus dem Zylinderraum 130 und aus der Höhlung 133 des Packers 104 ausfließenden Flüssigkeit angegeben ist. Das Verschlußglied 122 bewegt sich daher nach unten und gibt dadurch erneut, die Leitung 102 frei. Der Packer verkleinert sich und nimmt unter dem Einfluß seiner Elastizität seine in Fig. 3 gezeigte Ausgangsstellung ein.

Durch Einpumpen der Spülung mit verhältnismäßig hohem spezifischem.Gewicht (Dichte) nach unten durch das Bohrgestänge und durch Drehen des Bohrgestänges können die Bohrarbeiten nun wiederaufgenommen werden.

Ba der Packer 104 sich unmittelbar über dem (nicht gezeichneten) Bohrmeißel anordnen läßt, erlaubt das Werkzeug (die Vorrichtung) nach der Erfindung den im wesentlichen vollständigen .austausch der beim Niederbringen eines Bohrloches in diesem befindlichen Spülung.

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

Während normaler Arbeiten, die mit rohrförmigem bzw. aus Rohren zusammengesetztem Arbeitsgerät,- in das die Vorrichtung nach der Erfindung eingegliedert ist, ausgeführt werden, kann es nicht zu einer unbeabsichtigten Vergrößerung des Packers 104 kommen, da dessen Vergrößerung zuerst einen umgekehrten Flüssigkeitsstrom im rohrförmigen Arbeitsgerät voraussetzt.

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

Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß in der in Fig. 7 gezeichneten Stellung' des Packers 104 und des Verschlußgliedes 122 die Ringhülse 105 und das Verschlußglied 122 nicht unbedingt an den Schultern 135 bzw. 425 anliegen: müssen. Es reicht, wenn nur an einer dieser Schultern das entsprechende Gegenstück anliegt. Jedoch sollte das Verschlußglied 122 so weit hochgefahren sein, daß es. in abdichtender Anlage am Verschlußglied 123 bleibt, wenn dieses in seine obere Endstellung: hochgefahren wird. Hierzu sei auf die in Fig. 4 gezeichnete Relativstellung zwischen den Verschlußgliedern 122 und 123 hingewiesen. . ·

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

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Da die Puffervorrichtung nur zu arbeiten braucht, wenn das erste Ventilsystem 112 sich nach unten bewegt, kann zum Verbinden der beiden Teile des Zylinders 127 ein (nicht gezeichneter) Kanal vorgesehen sein, dessen Querschnitt größer ist als der der Bohrungen 129 im Kolben 128 der Puffervorrichtung. In diesen Kanal ist ein (nicht gezeichnetes) Rückschlagventil eingebaut, das nur diesen Kanal verschließtj wenn sich das erste Verschlußglied 122 nach unten bewegt.

Es folgt nun' die Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise der in Fig. 9 Ms 14 dargestellten Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen..

Der Hauptunterschied zwischen den in Figo 9 und 3 gezeigten Ausbildungsformen nach der Erfindung liegt im Verriegelungssystem, das zum Festhalten ,des ersten Verschlußgliedes des ersten Ventilsystems in seiner oberen Stellung benutzt wird. Ein weiterer Unterschied ergibt sich aus der Stellung der Öffnung, durch die bei Verkleinerung des vergrößerbaren Packers Spülung aus dem Packer abgelassen wird. Diese Öffnung befindet sich nahe des unteren Endes des Packers?, so "daß eine Ablagerung von Feststoffen aus der Spülung im unteren Teil der Packer-Höhlung vermieden ist.

Wie die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung ist die in Fig. 9 gezeigte Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden Gasausbrüchen an einer zweckentsprechenden Stelle in einem zum Niederbringen eines Bohrloches benutzten rohrförmigen bzw. aus Rohren zusammengesetzten Bohrgerätes angebracht. Zu diesem Zweck weist ein Vorrichtungs-Hauptteil 201 von überwiegender Längsausdehnung an seinem oberen und unteren Ende (nicht gezeichnete) Schraub-Koppelungsvorrichtungen zum Anschließen des Vorrichtungs-Hauptteils 201 an das genannte Arbeitsgerät auf.

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Das Vorriehtungs-Hauptteil 201 weist eine in Achgenrichtung sich erstreckende !Leitung 2Ό2 auf. Außerdem ist an seiner Außenwand verschieblich ein Packer 204 mit zwei Ringhülsen 205 und 206 angebracht, an die eine elastische, ringförmige Manschette. 207 angeschlossen ist. An der Außenfläche des Vorriehtungs-Hauptteils 201 befindet sich ein.Anschlag 208 zum Begrenzen des nach unten gerichteten Hubes der. Ringhülse 2059 deren Aufwärtshub von einer· Ringfläche 209 am Vorriehtungs-Hauptteil 201 begrenzt ist. Unterhalb der Ringhülse -206 ist eine Feder 210 angeordnet, die den Packer 204 in verkleinertem Zustand in der in Fig, 9 gezeichneten Stellung, im vergrößerten Zustand in der■Stellung entsprechend Fig. 12 hält. In beiden Stellungen sperrt die Ringhülse 205 eine Bohrung 211 gegen den Raum außerhalb.des Vorrichtungs-Hauptteils 201 ab.

Im verkleinerten Zus-tand des Packers 204 (Fig. 9) steht eine Höhlung 212 des Packers über eine Bohrung 213_? einen Raum und eine Bohrung 215 mit der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 in Verbindung, Die* Bohrung 215 ist mit der Ringhülse 206 gegen die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils absperrbar, wenn dieses gegenüber dem vergrößerten Packer in die in Fig. 13 gezeichnete Stellung nach oben verstellt ist» . .

In der durch das Vorriehtungs-Hauptteil 201 führenden Leitung 202 sind zwei Ventilsysteme angeordnet. Das erste Ventilsystem 216 ist von einer Versehlußhülse 217 und einein Verschlußkörper -218 gebildet.. Der obere Teil der nach Art eines Rücks.clalagventils arbeitenden-Versehlußhülse 217 vermag mit dem Verschlußkörper 218 zusammenzuwirken, der mit einem-Verschlußring 2T9.A des zweiten Ventil sy st ems 219 verbunden ist. Die Ringhülse 205 und die Bohrung 211 bilden Teil des ?swei"ten Ventilsystems 219. Y/ähre.nd des Bohrens: ist der Versehlußring 219A des .zweiten Ventilsystems 219 durch die Y/irkung einer Feder 220 in der in Fig. 9 gezeichneten Stellung gehalten, während die Versehlußhülse 217 de^s ersten Ventilsystems 216

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durch, die Wirkung einer feder 221 in ihrer unteren Stellung gehalten ist, Die Feder. 221 ist in einer mit ül gefüllten Pufferkammer 222 untergebracht, die einen Kolben 223 mit einer Bohrung 224 aufweist.

Die VersohlußMIlse 217 weist drei v/eitere Kolben 225, 226 und

227 auf. Der Kolben 225 wirkt mit einem Zylinderraum 228 zusammen, der über eine Bohrung 229 an die in Aöisenrichtung sich, erstreckende leitung 202 angeschlossen ist. In der in ?i-g. gezeichneten Stellung des ersten und zweiten Ventilsystems 216 ■ und 219 ist die Bohrung 229 abgesperrt, so daß im Zylinderraum

228 Flüssigkeit eingesperrt ist und Bewegung der Verschlußhülse 217 nach."unten verhindert ist. Der Kolben 226 schließt den Zylinderrauia 214 an dessen oberem Ende ab. Wird dem Zylinderraum 214 Flüssigkeit unter hohem Druck zugeführt, bewegt sich die VerschlußMilse 217 unter dem Einfluß dieses Druckes in die in Fig. 10 gezeichnete Stellung nach oben, wobei der genannte Druck zu Beginn des Hubes auf den Kolben 226, am Ende des Hubes auf den Kolben 227 wirkt.

In der in Fig. 13 gezeichneten Stellung des Verschlußkörpers 218 ist die Ve3S3hlußMIlse 217 in ihrer oberen Stellung durch Flüssigkeitsdruck festgehalten, der in nachstehend erläuterter Weise auf einen Zylinderraum 234 .ausgeübt wird.

In allen Stellungen der Verschluß hülse 217 ist ein Raum 230 oberhalb des Kolbens 226 über eine Bohrung 231 entlastet 9).

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

Fig, 9 zeigt die Stelliaag des ersten und zweiten Ventilsystems 216 und 219 während, normaler Bohrarbeiten, Die Strömung des Bohrfludes ist mit Pfeilen 232 angegeben. Der Druck des durch

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die Mittelleitung 202 fließenden Bohrfludes wirkt über die Bohrung 231 auf die Oberseite des Kolbens 226 der Verschlußhülse 217 des ersten Ventilsystems 216. Da dieser Druck größer ist als der außerhalb des Vorrichtungs-Eauptteils 201 herrschende Druck, welcher unter anderem über die Bohrung auf die Unterseite des Kolbens 226 wirkt, bleibt die Verschlußhülse 217 in der in Pig. 9 gezeichneten unteren Stellung.

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

Danach wird dem Bohrgestänge erneut Flüssigkeit zugeführt. Der Druck oberhalb des Verschlußkörpers 218 wird erhöht, um diesen gegen die Wirkung der Feder 220.nach unten zu verstellen (Fig. 11)j wodurch ebenfalls der Verschlußring 219A des zweiten Ventilsystems verstellt wird und sich die Bohrung öffnet, so daß Flud unter Druck aus der Leitung 202 entsprechend den Pfeilen 233 in Fig. 12 in die Höhlimg 212 des Packers 204 strömen und dadurch die elastische, ringförmige Manschette 207 aufweiten kann, um diese an die (nicht gezeichnete) Bohrlochwand anzupressen. Infolge der. Y/irkxmg der Puffervorrichtung 221,222,223,224 kann sich die ¥erschlußhülse 217 nicht nach unten bewegen und bleibt daher in ihrer oberen Stellung, da die Bohrung 229 durch den Versehlußkörper 218 abgesperrt und dadurch die Flüssigkeit im Zylinderraum 228 eingeschlossen ist. Beim Vergrößern des Packers 204 wird

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die untere Ringhülse 206 des Packers durch, die Feder 210 nach oben verstellt. Die Ringhülse 205 des Packers 204 "bleibt in ihrer oberen Stellung. Die Bohrung 211 bleibt geöffnet, so daß Flüssigkeit in die Höhlung 212.des Packers 204 zugeführt werden kann.

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

Durch nachfolgendes Erhöhen des über dem Verschlußkörper 218 stehenden Druckes wird der Verschlußkörper 218 zusammen mit dem Verschlußring 219A des zweiten Ventilsystems nach unten verschoben. Diese Stellung des Verschlußringes 21-9A ist in Fig. 13 nicht gezeichnet. Dadurch wird die Bohrung 211 geöffnet und Flud unter Druck kann aus dein Raum über dem Verschlußkörper 218 in den Bohrlochraum oberhalb des Packers 204 strömen. Wie bereits in Einzelheiten im Zusammenhang mit der in Fig. 2 bis 8 dargestellten Ausbildungsform erläutert, kann das unter Druck stehende Flud ein verhältnismäßig hohes spezifisches Gewicht (Dichte) aufweisen, um das Flud mit verhältnismäßig geringem spezifischem Gewicht (Dichte) zu verdrängen, das sich im Bohrloch-Ringraum befindet. Außerdem

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läßt sieh der unterhalb des Verschlußkörpers 218 herrschende Druck messen, um Angaben über-den Druck des beginnenden. Gasausbruches zu erhalten» Diese Druckmessung kann in der gleichen V/ei se vorgenommen werden wie im Zusammenhang: mit dem in Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert.

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

Nachdem eine ausreichende Menge von Flud aus der leitung-202 in den Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packers 204 geleitet worden ist, wird die diese Flüssigkeit fördernde Pumpe abgeschaltet. Der Druck in der Leitung 202 oberhalb des Verschliißkörpers 218 wird verringert und der Verschlußkörper 218 bewegt sich zusammen mit dem Verschlußring 219A nach oben ' ■ und sperrt dadurch die Bohrung 211 ab. Diese Stellung ist in Fig. 13 dargestellt»

Danach wird das Vorrichtungs-Hauptteil 201 gegenüber dem vergrößerten Packer 204 durch Niederfahren des- (nicht gezeichneten) Bohrgestänges so weit nach unten verstellt, bis die Ringfläche 209 des-Vorrichtungs-Hauptteils 201 an der Ringhülse 205 anliegt (Fig. 14). Durch diese Verstellung wird die Bohrung 215 geöffnet. Infolge der Verstellung der Verschlußhülse 217, die durch die Wirkung der Feder 221 -nach unten bewegt wird-,· kann die Flüssigkeit aus dem Zylinderraum 234 austreten und zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils 201 strömen. Die Flüssigkeit in der Pufferkammer 222 wird dann durch die Öffnung 224 ausgeschoben. In der unteren Stellung der Verschlußhülse 217, welche .der in Fig. 9 gezeichneten Stellung entspricht, steht die Höhlung 212 des Packers 204

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über die Bohrung 213 und den Raum 214 mit der Bohrung 215 in Verbindung. Das innerhalb des Packers 204, befindliche Bohrflud wird durch die Wirkung der Elastizität der Manschette 207 aus dem Packer ausgeschoben. Feststoffe, die sich, irn unteren Teil der Höhlung 212 des Packers 204 abgelagert haben könnten, werden durch die aus dem Packer ausströmende Fluss igle ext fortgeschafft. Der Packer ist im verkleinerten. Zustand erneut betriebsbereit. In der in Fig. 9 gezeichneten Stellung des Packers 204 und der beiden Ventilsysteme 216 und 219 können die Bohrarbeiten wiederaufgenommen werden.

Es leuchtet ein, daß an den zur Abdichtung gegen andere Bauteile der Vorrichtung zum Bekämpfen von beginnenden G-asausbrüchen verwendeten Flächen Dichtglieder, wie z.B. O-Ringe angebracht sein können.

Außerdem können die Ringhülsen 205 und 206 den gleichen Durchmesserunterschied aufweisen wie die Ringhülsen 105 und 106 des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels.

/Anspruch, ο

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Claims

IJK. ING. F. WiriiSTJIOKF S MÜNCHEN 90 • ΒΗ.Ε.ν.ΡΙΪΟΙΙΜΑΝΝ SCHVTB'fllPSTWSr 2 IJR. ING. IJ. BEIIRKXS . 2353128 xb-.-fok (O^ J) βτϊοβι UIPkIKG. R. «OKTZ TEtEl52107C PHOTKCTPATENT MÜNCHEN 1A-43 769 ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Bekämpfen von "beginnenden Gasausbrüchen bei Arbeiten in einem durcli Unt ergrundf ormat ionen geführten Bohrloch., die zwischen zwei Elementen eines aus Rohren zusammengesetzten Bohrgestänges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorrichtung-Hauptteil (1; 31; 101; 201) von überwiegender Längsausdehnung in seiner Längsrichtung von einer Leitung (2; 32; 102; 202) durchsetzt ist, in welcher ein erstes Ventilsystem (18,19,20,21; 42; 112; 216) zum Steuern eines Fludstromes durch die Leitung angeordnet ist, daß das Vorrichtungs-Hauptteil (1; 3^j 101; 201) von einem vergrößerbaren Packer (4; 35; 104; 204) umschlungen ist, dessen elastische, ringförmige Manschette (7; 38; 107; 207) an jedem Ende an .eine Ringhülse (5,6; 36,37; '105,106; 205,206) angeschlossen ist, die in Achsenrichtung verschieblich an einem Teil (S,9; 39j40; 108,109) der Außenwand des Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31; 101; 201) angeordnet ist, und gegen diese Außenwand abdichtet, und daß zum Steuern des Pludstromes zwischen der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31; 101; 201) und der in Längsrichtung sich,durch dieses erstreckenden Leitung (2; 32; 102; 202) sowie zwischen der Höhlung (133; 212) des vergrößerbaren Packers (4; 35; 104; 204) vaaä. der durch das Vorrichtungs-Hauptteil (1; 31; 101; 201) führenden Leitung (2; 32; 102; 202) ein zweites Ventilsystem (12; 43; 113; 219) dient, zu dem eine der Ringhülsen (5; 36; 105; 205) gehört, wobei die Ringhülse (5; 36; 105; 205) während der Vergrößerung des Packers (4; 35; 104; 204) durch Einleiten von Flud in dessen Höhlung (133; 212) von einer Vorrichtung in einer Stellung gehalten ist, in der sie die Verbindung zwischen der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils ("1; 31; 101; 201)

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und der durch dieses führenden Leitung (2; 32; 102; 202) unterbricht, jedoch Strömung zwischen dieser Leitung und der Höhlung des vergrößerbaren Packers zuläßt.

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

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil des zweiten Ventilsystems (12; 43; 113; 219) bildende Ringhülse (5; 36; 105; 205) in zwei Endstellungen verstellbar ist und mit wenigstens einer in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (1; 31;. 101; 201) ausgebildeten Bohrung (10; 44; 110; 211) zusammenwirkt, die in einer Endstellung der Ringhülse (5; 36; 105; 205) die durch das Vorrichtungs-Haupt teil (1; 31; 101; 201) führende Leitung (2; 32; 102; 202) an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils anschließt und in der anderen Endstellung der Ringhülse die Verbindung zwischen dieser Leitung (2; 32; 102; 202) und der Höhlung (133; 212) des vergrößerbaren Packers (4; 35; 104; 204) herstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil des zweiten Ventilsystems bildende Ringhülse in zwei Endstellungen verstellbar ist und mit einer ersten, in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils ausgebildeten Bohrung, welche die durch das Vorrichtungs-Hauptteil führende Leitung an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils anschließt, und mit einer zweiten, in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils ausgebildeten Bohrung zusammenwirkt, welche- die Verbindung zwischen.dieser Leitung und der Höhlung

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des vergrößerbaren. Packers .herstellt, wobei äie Rirnghülse in der einen Endstellung die erste Bohrung, in der anderen Sndstellung die zweite Bohrung absperrt.

5. - Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η -

ζ e i chnet, daß zum zweiten Ventilsystem (43J 113» 219) ein in der durch das Vorrichtungs-Hauptteil (31? 1015 201) führenden Leitung (32; 102} 202) angeordnetes und vom ersten Ventilsystem (42; 112; 216) betätigbares Fludsteuerelement (45; 114; 219A) gehört, das in zwei Endstellungen verstellbar ist und in der einen Endstellung die Bohrung (44; 110; 211) absperrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zum zweiten Ventilsystem ein in der durch das Vorrichtungs-Hauptteil führenden leitung angeordnetes und vom ersten Ventilsystem betätigbares Pludsteuerelement ■ gehört, das in zwei Endstellungen'verstellbar ist und in der einen Endstellung die zweite Bohrung absperrt»

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Endstellungen der Ringhülse (36) Lind des Fludsteuerelementes (114) des zweiten Ventilsystems (113) die Höhlung/des^Packers (104) über eine Sntlastungsleitung (110,121,121A) zur Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (101) hin entlastbar ist.

8. Vorrichtung nach- einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gek e nnz ei chne t, daß das erste Ventilsystem (42; 112; 216) ein erstes Verschlußglied (47; 122; 217) und ein zweites Verschlußglied (54; 123; 218) aufweist, von denen jedes in zwei Endstellungen bewegbar ist, daß diese Verschlußglieder (47,54; 122,123; 217,218) mit einer Vorrichtung (53; 119; 220) auseinander und in Stellungen drängbar Bind, in denen die in Längsrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) von überwiegender Längsausdehnung geführte

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Leitung (32; 102; 202) freigegeben ist, und daß die Relativgeschwindigkeit zwischen den auseinander gedrängten Verschluß—-gliedern (47,54-; 122,123; 217,218) mit einer Puffervorrichtung (48,49,50; 127,128,129; 222,223,221,224) regelbar ist, wobei die beiden Verschlußglieder bei Anlage aneinander die Leitung absperren, und wobei das erste Verschlußglied (47; 122; 217) nach Art eines Rückschlagventils arbeitet und das zweite Verschlußglied (54; 123; 218) mit dem Fludsteuerelement (45; 114; 219A) des zweiten Ventilsystems (43; 113; 219) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffervorrichtung nur wirksam ist, wenn sich die Verschlußglieder des ersten Ventil syst eins in der Richtung bewegen, in der durch das rohrf örmige Bohrgestänge geleitete Bohrflüssigkeit strömt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k c η η zeichnet, daß die Puffervorrichtung hydraulisch wirkt und zwischen den beiden Verschlußgliedern des ersten Ventilsystems angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach .Anspruch 8 oder 9, dadurch gr e k e η η — zeichnet, daß die Puffervorrichtung (48,49»50; 127, 123,129; 221,222,223,224) hydraulisch wirkt und zwischen den ersten Verschlußglied (47; 122; 217) des ersten Ventilsystems (42; 112; 216) .und dem Vorrichtungs-Hauptteil (31; 101; 201) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch. gekennzeich. ne t, daß zwischen den zweiten Verschlußglied (54) des ersten Ventilsystens (42) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (31) ein Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet ist, wobei der Zylinder an die Außenseite des Vorrichtunge-Hauptteils über eine in dessen Wand ausgebildete Bohrung angeschlossen ist, die mit der Ringhülse (37) de's vergrößerbaren

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Packers (35) absperrbar ist, die nicht zum zweiten Ventilsystem (43) gehört.

13. Vorrichtung nach einem, der Ansprüche 8 bis 11, dadurch

g e k e nnz e ichne t, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (201). ein Zylinder-Kolben-Aggregat (214,227) angeordnet ist, wobei dar Zylinder (214) über eine Bohrung (215) in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (201) an dessen Außenseite angeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gek en η ze i chne t, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Varichtungs-Hauptteil (201) ein Zylinder-Eolben-iferegat (228,225) angeordnet ist, wobei der Zylinder (228) an die in Aehsenrichtung durch das Vorrichtungs-Hauptteil (201) geführte Leitung (202) über eine Bohrung (229) angeschlossen ist,, die mit dem in der Leitung (202) angeordneten Fludsteuerelement des zweiten Verschlußgliedes (218) steuerbar ist.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gek e η η -zeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (217) des ersten Ventilsystems (216) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (201) ein zweites Zylinder-Kolben-Aggregat angeordnet ist, wobei der Zylinder über getrennte Verbindungsbohrungen in der Wand des Vorrichtungs-Hauptteils (201) an die Höhlung . (21 2) des Packers (204) und an die Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (201) angeschlossen ist, und wobei die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils-(201) mit einer Ringhülse . des Packers (204) und die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Höhlung (212) des Packers (204) mit einem Kolben des ersten Verschlußgliedes (217) des ersten Ventilsystems (216) steuerbar ist.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch und einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Verschlußglied (122) des ersten Ventilsystems (112) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (101) ein Zylinder-Kolben-iferegat (130,131) angeordnet ist, dessen Zylinder (130)· an die Höhlung (133) des vergrößerbaren Packers (104) angeschlossen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch g e k e η η -

ζ ei chne t, daß das Zusammenwirken zwischen dem Packer (35) und dem Vorrichtungs-Hauptteil (31) über ein Stift— Schlitz-System erfolgt, mit dem sich der Packer (35) im vergrößerten Zustand in drei verschiedenen Stellungen gegenüber dem Vorrichtungs-Hauptteil (31) anordnen läßt, wobei die Teil des zweiten Ventilsystems (43) bildende Ringhülse (36) in der ersten und in der zweiten Stellung die Verbindung zwischen der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (3Ό und der durch dieses führenden Leitung (32), in der zweiten und dritten Stellung die Verbindung zwischen der Leitung (32) und der Höhlung des Packers (35) unterbricht, und wobei die andere Ringhülse (37) in der dritten Stellung den Zugang zu der Bohrung absperrt, die von der Außenseite des Vorrichtungs-Hauptteils (31) zum Zylinder-Kolben-Aggregat des ersten Verschlußgliedes (47) des ersten Ventilsystems (42) führt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrichtungs-Hauptteil (1) ein Teleskop-Verbindungsteil (13) mit Drehmoment-Übertragungsvorr.ichtungen (14,15) aufweist, und daß. zum ersten Ventilsystem (18,19,20,21) ein erstes Verschlußglied (18) gehört, das über ein Verbindungsstück (23) mit einem der Bauteile (16) des Teleskop-Verbindungsteils (I3) verbunden und in zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei das erste Verschlußglied (18) in der ausgefahrenen Stellung des teleskop-Verbindungsteils (13) die durch das Vorrichtungs-Hauptteil (1).führende

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Leitung (2) absperrt und in der eingefahrenen Stellung: des Teleskop-Verbindungsteils (13) freigibt.

19· Vorrichtung nach. Anspruch 18,, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zum ersten Ventilsystem (18_rt9_}20,21) ein zweites Verschluß glied (20) g:ehö:rt,. das nach Art eines Rückschlagventils arbeitet und in zwei EndStellungen am Verbindungsstück (23) verstellbar ist, wobei es in der einen Endstellung die Leitung (2) absperrt»

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, 18 oder

19» dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß die Hinghülsen (5,6; 36,37; 105,iQ6» 206,206) des Packers (4;. 35ί 104; 204) um das Vorrichtungs-Hauptteil (1; 31; 101 r 201) frei drehbar sind.

21. Verfahren zum Bekämpfen von beginnenden Grasausbrüchen bei Arbeiten in einem durch Untergrundformationen geführten Bohrloch, in dem hängend Arbeitsgerät mit einem Bohrgestänge und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 angeordnet ist, dadurch gek ennze lehnet, daß

a) die Arbeiten gestoppt werden,

b) der das Bohrgestänge umschließende Bohrloch-Ringraum nahe des Bohrlochmundes abgeschlossen und das erste Ventilsystem geschlossen wird,

c) durch das Bohrgestänge Flud nach unten gepumpt wird, um den Packer zu vergrößern und dadurch den das Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraum abzuschließen,

d) das Verpumpen von Flud gestoppt wird,

e) das Bohrgestänge gegenüber dem vergrößerten und an die Bohrlochwand angepreßten Packer verstellt wird, um das: zweite Ventilsystem zu betätigen und dadurch die Verbindung zwischen der Fmgebung des Vorriehtungsr-Hauptteils und der durch die ses geführten Leitung herzustellen,

f) der Bohrloch-Ringraum nahe des Bohrlochmundes geöffnet ward,

g) erneut Flud durch, das Bohrgestänge gepumpt und die Zusammensetzung des Pludes geändert wird,

h) mit dein verschieden zusammengesetzten Flud das im Bohrloch-Hingraum befindliche Flud verdrängt wird,

i) das Umwälzen von Flud gestoppt und anschließend das Bohrgestänge gegenüber dem vergrößerten und an die Bohrlochwand angepreßten Packer verstellt wird, um das zweite Ventilsystem zu betätigen und dadurch die Verbindung zwischen der Leitung und der Umgebung des Vorrichtungs-Hauptteils zu unterbrechen, um den Packer zu verkleinern, und

j) die Arbeiten v/iederaufgenommen werden.

22. Verfahren nach- Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das ilnheben des Bohrgestänges zwischen den Arbeitsschritten (a) und (b) vorgenommen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22 bei Verwendung des Arbeitsgerätes in Verbindung mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß, indem das obere Ende des Bohrgestänges zeitweise geöffnet und ein aufwärts gerichteter Fludstrom durch das Bohrgestänge zugelassen wird, das erste Ventilsystem im Arbeitsschritt (b) geschlossen wird, nachdem der das Bohrgestänge umschließende Bohrloch-Ringraum auf einem Niveau nahe des Bohrlochmundes abgeschlossen wurde.

24. Verfahren nach Anspruch 21 bei Verwendung des Arbeitsgerätes in Verbindung mit der Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen des ersten Ventilsystems im Arbeitsschritt (b) das Arbeitsgerät vom Bohrlochtiefsten abgehoben wird.

25. Verfahren nach Anspruch 21 bei Verwendung des Arbeitsgerätes in Verbindung mit der Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19» dadurch gekennzeichnet, daß z,um Betätigen des ersten Ventilsystems im Arbeitsschritt (b) dessen erstes

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Verschlußglied geschlossen wird, indem man das Arbeitsgerät vom Bohrlochtiefsten abhebt, und das zweite Verschlußglied des ersten Ventilsystems geschlossen wird, indem man das obere Ende des Bohrgestänges öffnet und einen aufwärts gerichteten Fludstrom durch das Bohrgestänge zuläßt, wobei diese Arbeitsschritte in beliebiger Reihenfolge sowohl untereinander als auch mit dem Arbeitsschritt des Absperrens des das- Bohrgestänge umschließenden Bohrloch-Ringraumes nahe des Bohrlochmundes durchgeführt werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gele e'nnze i chne t, daß der Druck im Bohrloch-Ringraum unterhalb des gegen die Bohrlochwand festgesetzten Packers gemessen wird, und daß dieser Arbeitsschritt zwischen den Arbeitsschritten (e) und (f) durchgeführt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26 bei Verwendung des Arbeitsgerätes in Verbindung mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch g ek en η ζ e ichne t, daß der ArbeiiEBChritt des Messens das allmähliche Verändern des Druckes am Zugang zum Bohrgestänge und das Messen des Druckes an dieser Stelle einschließt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrloch-Ringraum nahe des Bohrlochmundes geöffnet wird, und daß der Druck am Zugang zum Bohrgestänge gemessen wird, wenn sich der Zustand des im Bohrloch-Ringraum befindlichen Fludes verändert.

29. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22 bei Verwendung des Arbeitsgerätes in Verbindung mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13> dadurch g ek e η η ze i chne t, daß zwischen den Arbeitsschritten (e) und (f) der Druck im Bohrloch-Ringraum unterhalb des gegen die Bohrlochwand festgesetzten Packers, gemessen wird, wobei zum Öffnen des ersten Ventilsystems der Drück im oberen Teil des Bohrgestänges

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langsam verringert wird, die Druckveränderung im Bohrgestänge bis zum Erreichen des niedrigsten Wertes gemessen wird, und anschließend das obere Ende des Bohrgestänges geöffnet wird, um das erste Ventilsystem zu schließen.

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L e e F s e r t e