Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Analysieren von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem

Material vom Ende eines Bohrstrangs, das mit dem Bohrschlamm transportiert wird.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, bei Bohrungen,

insbesondere bei Ölbohrungen, den zum Bohren verwendeten

Bohrschlamm und insbesondere mit diesem zur Oberfläche

transportiertes Bruchmaterial, also Material, welches am unteren Ende eines Bohrstranges abgetragen wurde, zu analysieren. Dabei lassen sich wertvolle Informationen über die Beschaffenheit des Bohrlochs und den Bohrvorgang selbst gewinnen, was erheblich zur Sicherheit und Wirtschaftlichkeit einer Bohrung beiträgt.

Beispiele hierfür liefern die unter den Nummern US 6,386,026 Bl, US 7,642,474 B2, US 2008/0196942 AI, US 2015/0013448 AI und US 20140333754 AI veröffentlichten Patente und Patentanmeldungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technologie zur Analyse von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material, welches von einem bohrkopfseifigen Ende eines Bohrstrangs zur Oberfläche befördert wird, zur Verfügung zu stellen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 8.

Es ist bekannt, dass unterschiedliche Arten und

Zusammensetzungen von Mineralien unterschiedliche Eigenschaften haben. Bei der Bestimmung von Mineralien und

Mineralzusammensetzungen werden im Stand der Technik vorwiegend Eigenschaften ermittelt, die mit der Reaktion der Mineralien auf sichtbare und nicht sichtbare Strahlung im Zusammenhang stehen. Dies kann beispielsweise Röntgenstrahlung, Gammastrahlung oder auch Licht im sichtbaren und nicht sichtbaren Spektrum sein. Dabei wird der Einfluss der Kristallstruktur der einzelnen

Mineralien auf die jeweiligen elektromagnetischen Wellen

beobachtet, erfasst und analysiert. Um bei dieser Form der

Gesteinsanalyse zuverlässige Aussagen über die

Materialbeschaffenheit zu treffen, ist üblicherweise die

Auswertung einzelner diskreter Proben erforderlich. Dies stellt unter Laborbedingungen kein Problem dar. Möchte man Mineralien jedoch während eines fortlaufenden Prozesses, wie beispielsweise während des Bohrens, kontinuierlich analysieren, ist diese

Methode mit vielen Nachteilen verbunden. Die bisherigen

Lösungsansätze bieten hierfür keine Lösungen, sondern reihen vielmehr einzelne diskrete Messungen hintereinander, um einen kontinuierlichen Datenfluss zu simulieren.

Weiters ist es bekannt, Festigkeitseigenschaften eines Gesteins mit der Art des Gesteins in Verbindung zu bringen. Hierfür kann das Material beispielsweise zerkleinert werden, wobei ermittelt wird, wieviel Kraft für das Zerkleinern erforderlich ist. Diese Information allein ist aber für eine genaue Bestimmung einer Mineral Zusammensetzung unzureichend .

Bei der Erfindung wird das zu analysierende Material zwar auch zerkleinert und dieser Vorgang erfasst, es wird dabei jedoch nicht allein die für das Zerkleinern benötigte Kraft, sondern das Ereignis des Brechens der einzelnen Materialstücke erfasst.

Dieses Erfassen kann erfindungsgemäß auf zwei Arten erfolgen, die jede für sich alleine aber auch einander ergänzend

eingesetzt werden können.

In der ersten Aus führungs form wird die zum Zerbrechen

aufgewendete Spannung (Druck der Walzen) und die Verformung bzw. werden die dabei erzeugten Schwingungen wenigstens einer Walze eines Zerkleinerers erfasst, während diese das Material, welches analysiert werden soll, zerkleinert.

Bei der zweiten Aus führungs form werden akustische Informationen beim Zerkleinern des Materials erfasst. Stark vereinfacht ausgedrückt wird also das „Knirschen" beim Zerkleinern

aufgenommen. Selbstverständlich beeinflussen die

schwingungstechnischen Eigenschaften der Walze das Knirschen auch und werden entsprechend berücksichtigt.

Bei beiden Varianten der Erfindung wird also eine durch das Brechen hervorgerufen mechanische Spannung/Kraft und eine

Verformung bzw. eine durch das Brechen des Materials beim

Zerkleinern hervorgerufene Folge von Schwingungen erfasst. Diese Schwingungsfolgen oder auch Kennlinien werden dann verschiedenen Gesteinsstrukturen zugeordnet.

Beiden Varianten gemeinsam ist, dass das Analysieren des

Brechens in einem kontinuierlichen Materialfluss erfolgen und daher keine diskreten Proben erforderlich sind bzw.

analysiert werden.

Für die Erfindung ist zudem wesentlich, dass der Druck, die Verformung und/oder die Schwingungen nicht punktuell sondern immer im Zeitverlauf betrachtet werden, da so die einzelnen Komponenten auf ihre Brucheigenschaften hin analysiert werden können und nicht mehr nur auf ihre Härte, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Entsprechend werden bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung Kennlinien der oben genannten Änderungen mit Bezug zu den jeweiligen Materialien auf der Recheneinheit hinterlegt und während des Betriebs mit den erfassten Änderungen verglichen. Weitere bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten

Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Diese zeigt :

Fig. 1 stark schematisiert eine Anlage zum automatisierten

Analysieren von Bohrschlamm, insbesondere von abgetragenem Material, welches von einem

bohrkopfseifigen Ende eines Bohrstrangs zur Oberfläche befördert wird, wobei die Anlage eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Anlage 1 wird Bohrschlamm, welcher durch einen ersten Pfeil 2 dargestellt ist, auf ein Rüttelsieb 3 geleitet. Unter Bohrschlamm werden im Sinne der Erfindung sowohl die zum Bohren verwendete Flüssigkeit (auch als „drilling fluid" oder „mud" bezeichnet) als auch die mit der Flüssigkeit transportierten, beim Bohren abgetragenen

Materialien (auch als „cuttings" oder „cavings" bezeichnet) verstanden. Ein Analysieren des abgetragenen Materials wird daher im Sinne der Erfindung auch als Analysieren des

Bohrschlamms verstanden.

Das Rüttelsieb 3 trennt den Teil des Bohrschlamms, der erneut zum Bohren verwendet werden kann, von den zu analysierenden Bestandteilen. Der Anteil, welcher einer erneuten Verwendung zugeführt werden kann bzw. soll, ist durch einen zweiten Pfeil 4 dargestellt .

Selbstverständlich kann dieser Anteil des Bohrschlamms vor seiner erneuten Verwendung (Recycling) einer weiteren Aufbereitung oder/oder anderen Analysen zugeführt werden. So kann beispielsweise für diesen Teil des Bohrschlamms ein Anteil an organischen Verbindungen oder eine mittlere Dichte ermittelt werden oder er kann beispielsweise verschiedene Filter

durchlaufen .

Noch auf dem Rüttelsieb 3 befindlich gelangt der verbleibende Anteil des Bohrschlamms unter eine Berieselung 5, welche das Material wäscht. Danach wird es in der dargestellten

Aus führungs form von einer Kamera 6 aufgenommen.

Die Aufnahmen der Kamera 6 können dabei für verschiedene Zwecke verwendet werden. So kann beispielsweise die Größe und Form des Materials ermittelt werden. Die sich daraus ergebenden Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten werden weiter unten erläutert.

Das Material (dargestellt durch einen dritten Pfeil 7) gelangt dann in einen Zerkleinerer 8 (auch als „crusher" bezeichnet) , welcher in der dargestellten Aus führungs form zwei Walzen 9 aufweist, zwischen denen das Material hindurch geleitet wird. Die Walzen 9 zerkleinern das Material, wodurch beim Brechen der einzelnen Materialbrocken Geräusche entstehen bzw. die Walzen in für das Brechen spezifische Vibrationen geraten. Diese

Schwingungen werden durch einen oder mehrere Sensoren 10 zum Erfassen der mechanischen und/oder akustischen Schwingungen wenigstens einer Walze und/oder des Materials erfasst, und an eine Recheneinheit 11 weitergeleitet, die aus den Sensordaten eine Bruchkennlinie ermittelt, aufgrund welcher vorzugsweise automatisch bzw. computerunterstützt erkannt wird, welches Material gerade von den Walzen zerkleinert wird. Beim

Interpretieren der Bruchkennlinie können auch die Aufnahmen der Kamera 6 hinzu gezogen werden, da unterschiedlich große Stücke unterschiedliche Bruchkennlinien verursachen können. Eine Kamera 6, insbesondere zum Ermitteln der Größe einzelner

Materialkomponenten, kann daher vorteilhaft ergänzend eingesetzt werden. Weiters kann mit der Kamera 6 eine Anzahl der in den Zerkleinerer fallenden Materialstücke bestimmt werden, was die Analyse der Brucheigenschaften ebenfalls vorteilhaft

unterstützt .

Zusätzlich kann die Recheneinheit 11 einen Bezug zwischen den ermittelten Materialzusammensetzungen und der Zeit herstellen, und so eine lithologische bzw. petrographische Analyse der

Bohrung durchführen sowie auf die Stabilität der Bohrung

schließen .

Selbstverständlich erzeugen auch Materialien, die nicht

berieselt und aufgenommen wurden, typische Kennlinien, weswegen auch eine Anlage ohne die entsprechenden Komponenten 5, 6 zum Berieseln und Aufnehmen erfindungsgemäß arbeiten kann.

Weiters kann eine Analyse auch nur für einen Teil des

Bohrschlamms erfolgen, beispielsweise um die Anlage 1

entsprechend klein zu gestalten. Hierfür kann beispielsweise nur ein prozentualer Anteil des Bohrschlamms in die Anlage geleitet werden oder es wird nur ein Teil des auf dem Rüttelsieb 3 verbleibenden Materials analysiert. Hierfür kann beispielsweise ein zusätzliches Rüttelsieb vorgesehen sein, welches nur einen Teil des Materials zum Zerkleinerer leitet.

Erfindungsgemäß muss das Material nicht zwischen zwei Walzen 9 zerkleinert werden, wenngleich dies bei der Erfindung bevorzugt ist. Der Zerkleinerer 8 kann auch mit mehr Walzen 9 oder

Walzenpaaren ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, nur eine Walze oder zwei oder mehr Walzen hintereinander zu verwenden und das Material zwischen dieser bzw. diesen Walze (n) und einem festen Widerstand, wie eine Platte, hindurch zu führen und dabei zu zerkleinern.

Das zerkleinerte Material (dargestellt durch einen vierten Pfeil 12) gelangt nach dem Zerkleinerer 8 auf ein Förderband 13, wo es zunächst mittels einer Rolle 14 gleichmäßig ausgebreitet und geglättet wird. Das Förderband 13 läuft dann mit dem

geglätteten, zerkleinerten Material (dargestellt durch einen fünften Pfeil 15) an unterschiedlichen Sensoren 16 vorbei.

Die Sensoren 16 können dabei ergänzende Messungen nach bekannten Methoden durchführen. Beispielsweise kann es sich bei den

Sensoren 16 um Sensoren zur Röntgenfluoreszenzanalyse, zur

Gammaspektroskopie und/oder zur Nahinfrarotspektroskopie

handeln .

Nach den zusätzlichen, optionalen Analysen kann das Material der Entsorgung zugeführt werden, was durch einen sechsten Pfeil 17 dargestellt ist. Selbstverständlich können von diesem entsorgten Material auch diskrete Proben genommen und abgeleitet werden, um zusätzlich einer herkömmlichen Analyse, gegebenenfalls

„offline" in einem Labor, zugeführt zu werden.

Bezugs zeichenliste :

1 Anlage

2 erster Pfeil (Bohrschlamm)

3 Rüttelsieb

4 zweiter Pfeil (Bohrschlamm-Anteil für Recycling)

5 Berieselung

6 Kamera

7 dritter Pfeil (Material nach Rüttelsieb)

8 Zerkleinerer (Crusher)

9 Walzen

10 Sensor Recheneinheit

vierter Pfeil (zerkleinertes Material)

Förderband

Rolle zum Glätten

fünfter Pfeil (geglättetes, zerkleinertes Material) Sensoren (bspw. NIR-, XRF- oder Gamma-Sensoren) sechster Pfeil (Material für Entsorgung)