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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Detektieren von Unregelmässigkeiten bei Zugverbindern von
Bohrgestängen, entlang deren die Einrichtung bewegbar ist.
Beim Bohren von Bohrlöchern, z. B. für öl oder Gas, und bei andern Arbeiten einschliesslich Abschluss-,
Behandlungs- oder Herstellungsarbeiten an den Bohrlöchern werden Rohrlängen periodisch aus-und eingebaut.
Der Bohr- oder Rohrstrang besteht aus Bohrgestängezügen, welche aus einzelnen Rohrlängen zusammengeschraubt sind ; diese Bohrgestängezüge werden im Bohrstrang sukzessive zusammen-oder auseinandergeschraubt, wenn der Bohrstrang in das Bohrloch eingelassen oder aber aus dem Bohrloch entfernt wird. Beim Bohren des Bohrloches wird der Bohrgestängestrang periodisch in relativ kurzen Abständen aus-und eingebaut, um den Bohrmeissel auszuwechseln, was beträchtliche Arbeiten und Unkosten mit sich bringt. Um nun das Ver- bzw. Aufschrauben der sogenannten Zugverbinder zwischen den Gestängezügen zu erleichtern, wurden Motorzangen entwickelt, welche einen motorisch angetriebenen Gestängezangenmechanismus besitzen, der in Kombination mit einem stationären Gegenhalte-Gestängezangenmechanismus benutzt wird, wobei die zum
Auf-bzw.
Zusammenschrauben der Verbindung relativ zueinander drehbaren Zugverbinderteile in den einzelnen
Mechanismen festgeklemmt werden.
Beispielsweise wird eine derartige kombinierte Gestängezange an einer Winde befestigt, so dass sie relativ zu einem Bohrgestängestrang usw. gehoben bzw. gesenkt und insbesondere in eine Stellung gebracht werden kann, in der die angetriebene Zange und die Gegenhaltezange in Eingriff mit den Zugverbinderteilen gebracht werden können.
Bei der händischen Steuerung derartiger Einrichtungen zum In-Stellung-Bringen von Gestängezangen ist es notwendig, dass das Bedienungspersonal bzw. der bedienende Arbeiter visuell die Positionen des Zugverbinders und der Zange miteinander vergleicht, wenn letztere angehoben oder gesenkt wird, um die Zange genau positionieren zu können. Es ist jedoch oft der Fall, dass die Bohr- bzw. andere Behandlungs- oder Herstellungsarbeiten am Bohrloch während der Nacht oder während anderer Zeiten, zu denen schlechte Sichtverhältnisse herrschen, durchgeführt werden. Ausserdem ist es im Falle von automatischen Bohranlagen notwendig, dass die Gestängezange automatisch und genau in die richtige Lage in bezug auf den jeweiligen Zugverbinder in einem Bohrstrang gebracht wird.
Es ist nun ein Ziel der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen ; insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Detektoreinrichtung der eingangs angeführten Art, mittels welcher die Bohrgestänge bzw.
Zugverbinder sicher detektiert werden können und welche in ihrem Aufbau einfach und robust ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung vorerwähnter Art ist gekennzeichnet durch ein an einem Ende offenes, längliches Gehäuse mit einem sich darin in Längsrichtung erstreckenden zylindrischen Hohlraum, welches Gehäuse mit seiner Längsrichtung normal auf ein Bohrgestänge in vorbestimmtem Abstand davon befestigbar ist, wobei das offene Ende dem Bohrgestänge zugewandt ist, durch einen im Hohlraum des Gehäuses angeordneten länglichen, zylindrischen, rohrförmigen Körper, der zumindest über einen Abschnitt einen kleineren Aussendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses aufweist und so mit der Gehäuseinnenwand eine zylindrische Ringkammer bildet, die am offenen Ende des Gehäuses offen ist und in der eine Hülse in Längsrichtung verschiebbar aufgenommen ist, wobei ein Ende dieser Hülse aus der Ringkammer ragt und die Hülse mit der Kraft einer Feder od.
dgl. elastischen Einrichtung in Richtung aus der Ringkammer beaufschlagt ist, wobei eine Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Auswärtsbewegung der Hülse, die weiters bezüglich des Gehäuses drehfest angeordnet ist, vorgesehen ist, welche Hülse am genannten, aus der Ringkammer ragenden Ende einen Kopf trägt, an dem ein zylindrischer, rohrförmiger Träger in Längsrichtung verstellbar befestigt ist, der sich mit dem einen Ende in den rohrförmigen Körper bzw. dessen Abschnitt mit kleinerem Aussendurchmesser erstreckt und am andern Ende einen magnetischen Sensor trägt, wobei am Kopf ein oder mehrere an das Bohrgestänge bzw. die Zugverbinder anlegbare (r) Abstandshalter, insbesondere in Form von entlang der Zugverbinder abrollenden Rollen, angeordnet ist bzw. sind zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Kopf und den Zugverbindern.
Die Erfindung ist insbesondere bei Bohranlagen mit vertikal bewegbaren Gestängezangen mit Vorteil anwendbar. Die Detektoreinrichtung bzw. der Sensor ist dabei zweckmässig in der Nähe der kombinierten Gestängezange, vorzugsweise direkt an der Gestängezange befestigt ; bei Erreichen der richtigen Position der
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der angetriebene Zangenteil bzw. der Gegenhalte-Zangenteil mit ihren Klemmbacken in Eingriff mit den Zugverbinderteilen des Gestängezugverbinders gebracht werden können. Der Detektor oder Sensor, insbesondere ein magnetischer Wirbelstromdetektor, detektiert dabei die Grenzfläche zwischen zwei Zugverbinderteilen entsprechend der vorhandenen Diskontinuität oder Unregelmässigkeit, wobei das Steuersignal abgegeben wird, durch das z.
B. die Winde für die Gestängezange ausser Betrieb gesetzt wird, so dass die Gestängezange in der geeigneten Position relativ zum Zugverbinder angehalten wird.
Die erfmdungsgemässe Detektoreinrichtung ist infolge ihrer "doppel-teleskopartigen" Konstruktion stabil widerstandsfest und robust und dabei ausserordentlich anpassungsfähig, was für den üblichen, rauhen Betrieb bei Bohranlagen von grossem Vorteil ist.
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Um ferner auch bei verschiedenen Grössen bzw. Durchmessern der Zugverbinder einheitliche Abstände erzielen zu können, oder gegebenenfalls auch zur Kompensierung von Grössenunterschieden auf Grund von
Abnutzungen der Zugverbinder, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse lösbar befestigt und in Längsrichtung verstellbar ist zur Einstellung des Abstandes des offenen Gehäuseendes vom Bohrgestänge.
Es sei noch erwähnt, dass beispielsweise aus der USA-Patentschrift Nr. 3, 361, 961 eine Detektoreinrichtung zum Überprüfen von sich um ihre Längsachsen drehenden Rundstangen auf Oberflächenfehler bekannt ist, wobei die Sonde infolge einer Schwenkaufhängung und einer einfachen gefederten Halterung grossen
Unregelmässigkeiten der Stangen folgt und der Abstand zwischen der Sonde und dem Prüfling dadurch konstant gehalten wird. Die bekannte Einrichtung ist dabei, abgesehen von der durch die andere Aufgabenstellung bedingten unterschiedlichen Konstruktion, insbesondere auch wenig robust, und sie wäre daher (auch nach entsprechender Umkonstruktion) für einen Betrieb in Bohranlagen kaum geeignet.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen : die Fig. l eine Teil-Seitenansicht einer Gestänge-Zangenanordnung mit einer Winde, wobei Teile der Gestängezange weggebrochen sind zur Veranschaulichung eines darin befindlichen Zugverbinders ; Fig. 2 eine Detailansicht in vergrössertem Massstab zur Illustration eines typischen Gestängezugverbindes, wobei Teile der Gestängezange mit unterbrochenen Linien dargestellt sind ; Fig. 3 einen Horizontalschnitt gemäss der Linie 3-3 in Fig. l zwischen dem angetriebenen Zangenteil und dem Gegenhalte-Zangenteil, in vergrössertem Massstab, zur Veranschaulichung der Anordnung der Detektoreinrichtung ; Fig. 4 einen Vertikalschnitt gemäss der Linie 4-4 in Fig. 3, in vergrössertem Massstab ;
Fig. 5 eine Seitenansicht der Detektoreinrichtung gemäss der Erfindung, entsprechend der Linie 5-5 in Fig. 4 ; Fig. 6 einen Querschnitt gemäss der Linie 6-6 in Fig. 4, in etwas grösserem Massstab ; und die Fig. 7 eine Detailansicht im Schnitt entsprechend der Linie 7-7 in Fig. 4, in vergrössertem Massstab.
In Fig. l ist eine Kran- oder Windeneinrichtung dargestellt, mittels welcher eine Gestängezange--T--in bezug auf einen Bohrgestängestrang, wie das Bohrgestänge--P--mit einem Zugverbinder der zwei Bohrgestängezüge verbindet, in vertikaler Richtung bewegt und in Stellung gebracht werden kann. Die Windeneinrichtung weist einen vertikalen Ständer --10-- auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem I-Träger besteht und einen unteren Sockel --14-- aufweist, während am oberen Ende des Ständers --10-- ein oberer Stützbalken --12-- befestigt ist. Obere und untere Halte-bzw. Lagereinrichtungen--16
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Bohrloches verschwenken zu können.
Ein im allgemeinen hohler und länglicher, rechteckiger Tragrahmen --20-- ist entlang des Ständers --10-- verschieblich angeordnet und kann relativ zum Ständer --10-- nach oben oder unten bewegt
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Richtung verdreht, je nachdem, ob die Verbindung zusammen oder aufgeschraubt werden soll.
Neben dem Ständer --10-- erstreckt sich an dessen Seite in vertikaler Richtung eine Kraftantriebseinrichtung etwa in Form eines Hydraulikzylinders--34--. Der Hydraulikzylinder --34-- ist am unteren Ende am Sockel --14-- schwenkbar befestigt und trägt am oberen Ende der Kolbenstange eine Rolle oder ein Zahnrad--38--, über das eine oder mehrere Kette (n)--36--läuft bzw. laufen, die mit ihrem bzw. ihren, einen, unteren Ende (n) am Sockel --14-- verankert ist (sind) und anderseits am Tragbügel --24-- befestigt ist (sind).
Die dadurch gebildete Winde ist derart, dass der Bewegungsweg der Gestängezange - doppelt so gross ist wie die jeweilige Verschiebung des Kolbens des Hydraulikzylinders, so dass die Gestängezange-T-über eine grosse vertikale Strecke bewegt werden kann, ohne dass ein gleich langer Zylinder bzw. Kolben benötigt wird.
Im Betrieb der Winde wird, wenn der Bohrstrang eingelassen wird, die Gestängezange--T--in eine Position abgesenkt, die für den Elevator, der die Bohrrohre hält, genügend freien Raum gewährleistet, bis das Bohrgestänge im Bohrloch mit Hilfe eines üblichen Klemmechanismus gehalten wird und der Elevator ausgeklinkt wurde. Ein nächster Bohrgestängezug wird dann am oberen Ende des Bohrstranges eingesetzt, und die Gestängezange wird in eine Stellung gehoben, in der die jeweiligen Zangenteile mit den entsprechenden Zugverbinderteilen in Eingriff gebracht werden können.
Beim Einholen oder Ausbauen des Bohrstranges wird die Gestängezange--T-ebenfalls abgesenkt, um den Elevator auf den in den Klemmkeilen gehaltenen Bohrstrang
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absenken und/oder einklinken zu können, und wenn die Zugverbinder nacheinander gehoben werden, wird die Gestängezange--T--mit Hilfe der Winde gehoben, um die Gestängezange mit den Zugverbindern in Eingriff bringen zu können.
Dabei besteht insbesondere das Problem, die Gestängezange--T--in bezug auf den Bohrstrang--P--derart in Stellung zu bringen, dass die Greif- oder Klemmbacken der Gegenhaltezange --26-- bzw. der Antriebszange-30--, die in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt und mit --26a bzw. 30a-bezeichnet sind, in Eingriff mit den entsprechenden Zugverbinderteilen --26b und 30b-des Zugverbinders--J--gebracht werden können, u. zw. nicht nur, wenn der Bohrstrang--P--aus dem Bohrloch entfernt wird, sondern auch, wenn der Bohrstrang--P--wieder in das Bohrloch eingelassen wird.
Beim Ausbauen des Bohrstranges--P--aus dem Bohrloch müssen die Zugverbinderteile im Bohrgestänge auseinandergeschraubt werden und beim Einlassen des Bohrstranges--P--werden die Zugverbinder im Bohrstrang zusammengeschraubt. Beim Aus- und Einbauen eines Bohrstranges in einem Bohrloch wird dieser, wie bereits oben angeführt, üblicherweise in einem Elevator aufgehängt, welcher mit Hilfe eines üblichen Hebewerkes der Bohranlage in die Höhe gewunden werden kann, bzw. wird der Bohrstrang im Bohrloch mit einem üblichen Klemmechanismus gehalten, während eine Rohrlänge oder ein Gestängezug aus dem Bohrstrang geschraubt oder mit diesem zusammengeschraubt wird.
Während der Zeit, in der der Bohrstrang nicht vom Klemmechanismus gehalten, sondern vom Elevator bewegt wird, wird die Gestängezange--T--normalerweise aus dem Wege nach unten abgesenkt, aber wenn der Bohrstrang im Klemmechanismus gehalten wird, wird die Gestängezange --T-- in eine Stellung emporgehoben, in der die Klemmbacken --26a und 30a--mit den entsprechenden
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vergrössert, wenn schlechte Sichtverhältnisse herrschen, wie etwa in der Nacht oder während Schlechtwetters.
Die Erfindung sieht hier eine die Zugverbinder detektierende Detektoreinrichtung--M--vor, die zwischen der Gegenhaltezange--26--und der Antriebszange--30--angeordnet ist, um den Bohrstrang abzutasten bzw. zu verfolgen, wenn die Gestängezange--T--gehoben wird, und um einen Zugverbinder zu ermitteln, wobei ein Abschalten der Winde veranlasst wird, wenn die Gestängezange-T-in der richtigen Position ist.
Die Detektoreinrichtung --M-- gemäss den Fig. 3 bis 7 umfasst einen auf magnetische Wirbelströme ansprechenden Detektor oder Sondenkopf, wobei die Anordnung derart ist, dass die Zugverbinderteile aus nächster Nähe abgetastet werden.
Im einzelnen besitzt die Detektoreinrichtung--M--ein längliches hohles Gehäuse--100--, das auf der Gegenhaltezange--26--mittels lösbaren Klemmen oder Laschen--101--in geeigneter Weise befestigt ist, so dass die Anordnung des Gehäuses --100-- auf der Zange --26-- in radialer Richtung relativ zu der Öffnung--102--in der Gestängezange für die Bohrrohre eingestellt werden kann. Es können auch andere Arten der Befestigung des Gehäuses --100-- zur Anwendung gelangen, wobei insbesondere Vorrichtungen mit vorgesehen werden können, mit deren Hilfe die Detektoreinrichtung bzw. der Sensor in eine Betriebsstellung zugestellt oder aus dieser Betriebsstellung zurückgezogen werden kann, wenn die Detektoreinrichtung nicht verwendet wird.
Innerhalb des Gehäuses--100--der Detektoreinrichtung--M--befindet sich ein innerer länglicher Körper --103-- mit einer zylindrischen Aussenoberfläche--104--, auf welche in Längsrichtung eine
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Ausrichtung im Gehäuse --10-- gehalten wird.
Am äusseren Ende der Hülse ist in geeigneter Weise ein Sonden-oder Tastkopf--111--befestigt, welcher ein paar vertikal und seitlich in Abstand voneinander vorgesehenen Rollen --112 und 113--trägt, die um Achsen --14-- drehbar angeordnet sind, wodurch die Nähe bzw. der Abstand des Kopfes--111--zum Bohrrohr--P--und insbesondere zu den Zugverbinderteilen--26b und 30b-- vorbestimmt wird, wobei die Feder --108-- weiterhin einen Druck auf die Hülse --105-- ausübt, der bewirkt, dass die Hülse --105-- in Längsrichtung aus dem Gehäuse--100-- ragt, u. zw. in einem Ausmass, das durch die Länge des Schlitzes--110--bestimmt wird.
Der Schlitz --110-- kann so lang sein, dass die Auswärtserstreckung der Hülse--105--in bezug auf das Gehäuse --100-- so begrenzt wird, dass die Rollen-112 und 113-noch nicht die Mittelteile der Bohrrohre --P-- mit kleinerem Durchmesser berühren, dass sie aber auf alle Fälle an den dickeren Kupplungs- oder Zugverbinderteilen --26b und 30b-- zur Anlage kommen, u. zw. ungeachtet der Unterschiede der Durchmesser der Zugverbinder, welche infolge Abnutzung auftreten können.
Der Kopf --111-- trägt einen sich teleskopartig in eine Bohrung --115-- innerhalb des inneren Körpers --103-- erstreckenden rohrförmigen Halter oder Träger--116--, welcher bei--117--in den Kopf --111-- einstellbar eingeschraubt ist und eine Spulenanordnung --118-- enthält, die innerhalb eines Isolierkörpers --119-- aufgenommen ist und Spulen-Cl, C2--aufweist, welche über Leiter-120 bzw.
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121--mit einem Stromversorgungs- und Steuerteil verbunden sind, der nicht Gegenstand dieser Erfindung ist und dessen Beschreibung sich daher erübrigt.
Die Diskontinuität an der oberen Endschulter--122a--der unteren Zugverbindermuffe--122--, welche an der nach unten weisenden Schulter--124a--des
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in einer geeigneten Stellung relativ zum Zugverbinder befindet, wie in Fig. 4 dargestellt, in welcher Position die Klemmbacken --26a und 30a-der Gestängezangenteile-26 und 30--, wie in Fig. 2 dargestellt, mit den entsprechenden Zugverbinderteilen --26b und 30b-in Eingriff gebracht werden können.
Die Spulen --Cl, C2-- können beispielsweise an eine Brückenschaltung angeschlossen sein. die die üblichen festen und variablen Widerstände für den Brückenabgleich enthält und an eine Stromquelle, beispielsweise in Form eines Oszillators, angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der Brückenschaltung wird einem
Verstärker zugeführt, der mit Hilfe eines die Empfindlichkeit steuernden Potentiometers einstellbar ist. Das
Ausgangssignal des Verstärkers wird beispielsweise demoduliert und einem Messgerät zugeführt. Auch kann das noch nicht demodulierte Ausgangssignal des Verstärkers einem Schwellenwertschaltkreis zugeführt werden, der ausgelöst wird, wenn das nicht demodulierte Signal einen vorbestimmten Pegel hat. Dadurch wird dann z.
B. ein
Relais erregt, um die Tätigkeit des Antriebs--34--der Winde zu steuern. Gewünschtenfalls kann dieses von der Detektoreinrichtung--M-gesteuerte Relais, oder irgendeine andere auf das Detektorsignal ansprechende
Einrichtung, die bei Erreichen einer geeigneten Relativposition zwischen Gestängezange--T--und Zugverbinder--J--erregt wird, auch dazu verwendet werden, die Gestängezangenteile --26 bzw. 30-selbst zu betätigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Detektieren von Unregelmässigkeiten bei Zugverbindern von Bohrgestängen, entlang deren die Einrichtung bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein an einem Ende offenes, längliches Gehäuse (100) mit einem sich darin in Längsrichtung erstreckenden zylindrischen Hohlraum, welches Gehäuse (100) mit seiner Längsrichtung normal auf ein Bohrgestänge (P) in vorbestimmtem Abstand davon befestigbar ist, wobei das offene Ende dem Bohrgestänge (P) zugewandt ist, durch einen im Hohlraum des Gehäuses (100) angeordneten länglichen, zylindrischen, rohrförmigen Körper (103), der zumindest über einen Abschnitt einen kleineren Aussendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses (100) aufweist und so mit der Gehäuseinnenwand eine zylindrische Ringkammer bildet, die am offenen Ende des Gehäuses (100)
offen ist und in der eine Hülse (105) in Längsrichtung verschiebbar aufgenommen ist, wobei ein Ende dieser Hülse (105) aus der Ringkammer ragt und die Hülse (105) mit der Kraft einer Feder od. dgl. elastischen Einrichtung (108) in Richtung aus der Ringkammer beaufschlagt ist, wobei eine Begrenzungseinrichtung (109,110) zur Begrenzung der Auswärtsbewegung der Hülse (105), die weiters bezüglich des Gehäuses (100) drehfest angeordnet ist, vorgesehen ist, welche Hülse (105) am genannten, aus der Ringkammer ragenden Ende einen Kopf (111) trägt, an dem ein zylindrischer, rohrförmiger Träger (116) in Längsrichtung verstellbar befestigt ist, der sich mit dem einen Ende in den rohrförmigen Körper (103) bzw.
dessen Abschnitt mit kleinerem Aussendurchmesser erstreckt und am andern Ende einen magnetischen Sensor (Spulen 118) trägt, wobei am Kopf (111) ein oder mehrere an das Bohrgestänge (P) bzw. die Zugverbinder (J) anlegbare (r) Abstandshalter, insbesondere in Form von entlang der Zugverbinder abrollenden Rollen (112,113), angeordnet ist bzw. sind zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Kopf (111) und den Zugverbindern (J).
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