DE102004004315A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Handhaben von Gegenständen an einer Bohranlage - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Handhaben von Gegenständen an einer Bohranlage Download PDF

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/20Combined feeding from rack and connecting, e.g. automatically
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/14Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole
    • E21B19/15Racking of rods in horizontal position; Handling between horizontal and vertical position
    • E21B19/155Handling between horizontal and vertical position

Abstract

Zum Verbringen von Gegenständen, insbesondere Segmenten eines Bohrstrangs, in den Arbeitsbereich einer Bohranlage werden eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, die mit minimalem Aufwand an Betriebspersonal, Gerät und Montage ohne Zwischenübergabestationen auskommt. Die Vorrichtung umfaßt wenigstens eine Hubeinrichtung mit einem Hubschlitten, einem Führungsrahmen zum Führen des Hubschlittens und einem Antrieb zum Verfahren des Hubschlittens; einen Schwenkarm, der an dem Hubschlitten angebracht ist; eine Schwenkeinrichtung zum Lagern und Schwenken des Schwenkarms in einer zu der Verfahrrichtung des Hubschlittens senkrechten Ebene und eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines rohr- oder stangenförmigen Bauteils. Sie kann ferner eine Kippeinrichtung zum Kippen der Aufnahmeeinrichtung aufweisen. Der Schwenkarm kann in seiner Länge veränderbar sein.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Handhaben von Gegenständen an einer Bohranlage. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Handhaben von rohr- und stangenförmigen Bauteilen zur Verwendung für eine Vertikalbohrvorrichtung. Das Prinzip der Erfindung kann jedoch durch geeignete Abwandlung auch auf andere Bohrvorrichtungen wie z.B. für Horizontalbohrvorrichtungen oder Schrägbohrvorrichtungen verwendet werden.
  • Stand der Technik
  • Vertikalbohrungen zur Exploration von Öl- und Gasfeldern sowie für Geothermieprojekte wie auch Horizontalbohrungen zur Untertunnelung von Gebäuden, Verkehrswegen oder Wasserstraßen werden seit langem mit Hilfe von Bohranlagen durchgeführt, wobei sich an einem vorderen oder unteren Ende eines Bohrstrangs ein Bohrwerkzeug, auch Bohrkopf genannt, befindet. Der Bohrstrang besteht aus einer Vielzahl von Segmenten, die mit fortschreitender Bohrtiefe oder Bohrlänge nach und nach miteinander verschraubt oder auf sonstige Weise verbunden werden. Am hinteren oder oberen Ende des Bohrstrangs mündet derselbe in eine Bohrvorrichtung, die den Bohrstrang in Rotation versetzt. Eine solche Anordnung bezeichnet man in der Vertikalbohrtechnik als "Top-Drive" im Gegensatz zu Drehtischanordnungen, bei welchen die Segmente beispielsweise eine quadratische Außenkontur aufweisen und formschlüssig in der Mitte eines sich drehenden Drehtischs gefaßt werden. Zusätzlich zum eigentlichen Bohrstrang kann nach und nach ein Hüllrohr (Casing) in den Bohrkanal geschoben werden, in welchem sich der Bohrstrang drehen kann.
  • Der Zufuhr und dem Abtransport von Bohrstangen, Casingen und Sonderzubehör zu und von der Bohranlage kommt im Sinne eines reibungslosen Arbeitsablaufs besondere Bedeutung zu. Standzeiten der Bohranlage außer zum Ein- und Ausbau von Segmenten des Bohrstrangs oder anderen Bauteilen, zur Prüfung, Messung und Wartung sind zu vermeiden.
  • Früher wurden die Segmente von Hand bzw. mit schiefen Ebenen und Seilzügen zur Bohrvorrichtung verbracht, später mit Motorunterstützung. Auch wurden und werden noch Gabelstapler, Kräne und Bagger zum Handhaben von Segmenten und Bauteilen verwendet. Insbesondere bei Vertikalbohranlagen werden heutzutage Handhabungssysteme, sogenannten Pipehandling-Systeme oder Pipehandler, eingesetzt, die eine bequemere Zufuhr und Entnahme erlauben. Beispielsweise werden Bauteile mit einem Kran auf ein Förderbandsystem gehoben, welches sie in das Innere eines Bohrturms transportiert. Dort werden sie von einem Brückenkran übernommen und aufgerichtet, nach oben gezogen und in einem Hängeregister zwischengelagert. Bei Bedarf werden sie von dort mit einem Greifarm entnommen und in die Bohrachse verbracht, wo sie mit dem Bohrstrang verschraubt und in dem Bohrfutter des Drillmotors eingespannt oder alternativ in einen Drehtisch eingesetzt und an einem Haken befestigt werden. Teilweise wird auch die Aufhängevorrichtung, evtl. mit Top-Drive, als Hilfshebevorrichtung verwendet.
  • Die bekannten Pipehandling-Systeme weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So sehen die bekannten Pipehandler mehrere Übergabestellen für die zu handhabenden Bauteile vor. Auch wird teilweise die Aufhängung für den Bohrstrang als Hilfshebevorrichtung verwendet. Daher treten oft Leerzeiten ein, in denen die Bohrung unterbrochen werden muß. Auch sind durch die komplexen Abläufe und die Menge an zu installierendem Gerät die Gesamtkosten des Pipehandlings hoch.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik kostengünstig und einfach aufgebaut ist.
  • Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, bei welchem die Anzahl der Übergabestellen minimiert ist.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, welches auf geringem Raum untergebracht ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, welches auf die Nutzung der Hebe- oder Vorschubeinrichtung für den Bohrstrang als Hilfshebevorrichtung zur Handhabung der zugeführten Bauteile verzichtet.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 18. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Mit dem Handhabungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2 und dem Verfahren gemäß Anspruch 18 ist eine Verbringung von stangen- oder rohrförmigen Gegenständen, die hängend in einem Regal vorliegen, zu einer Vertikalbohrvorrichtung ohne Zwischenschritte möglich.
  • Mit dem System gemäß Ansprüchen 3 bis 5 und dem Verfahren gemäß Anspruch 19 können auch horizontal am Boden liegende Gegenstände ohne Zwischenschritte zu einer Vertikalbohrvorrichtung verbracht werden.
  • Mit dem System gemäß Ansprüchen 6 und 7 und dem Verfahren gemäß Anspruch 20 können Gegenstände ohne Zwischenschritte auch zu einer unter beliebigem Winkel geneigten Bohrvorrichtung verbracht werden.
  • Mit dem System gemäß Ansprüchen 8 und 9 und dem Verfahren gemäß Ansprüchen 21 und 22 können Abstandsunterschiede zwischen der Hubvorrichtung und der Bohrachse einerseits und der Hubvorrichtung und der Aufnahmeposition der Gegenstände andererseits in gewissen Grenzen ausgeglichen werden.
  • Mit dem System gemäß Anspruch 12 kann eine durch das Transportieren erzeugte Schwingung des Gegenstands schnell zur Ruhe gebracht werden.
  • Mit dem System gemäß Anspruch 15 ist eine Anpassung an die Bauhöhe einer Bohrplattform mit modular aufgebautem Unterbau leicht möglich, und die Module des Unterbaus können bereits im Werk mit fertig montierten Elementen des Führungsrahmens versehen werden. Dies verkürzt die Montagezeit auf der Baustelle. Ebenso ist durch Weglassen von Elementen ein Betrieb ebenerdig ohne Unterkonstruktion möglich.
  • Insgesamt wird ein Hantieren mit Gabelstaplern, Baggern, Kränen, Förderbändern, Seilzügen etc. minimiert bzw. kann ganz entfallen. Das gesamte Handhabungssystem ist auf kleinem Raum aufgebaut und an der Bohranlage montiert. Daher fällt kein zusätzlicher Platzbedarf auf der Baustelle an. Es gibt nur noch eine Übergabestelle von einem Lager oder einem Transportfahrzeug zu dem Handhabungssystem und eine Übergabestelle von dem Handhabungssystem an die Borhvorrichtung. Die Handhabung selbst erfordert keinerlei Übergabestellen. Vielmehr werden alle Ausrüstungen des Bohr- und Casingstrangs in allen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in einem einzigen Arbeitsgang ohne Zwischenübergabe an die Bohranlage übergeben. Dies spart Zeit und Kosten für Bedienpersonal und Installationen.
  • Das Handlingssystem arbeitet ferner unabhängig von der Bohranlage. Diese wird nicht als Hilfshebegerät verwendet, so daß sich die Zyklenzeiten minimieren.
  • Aufgrund der einfachen Struktur und Bewegungsabfolge ist schließlich eine Automatisierung der Abläufe leicht realisierbar.
  • Weitere Gesichtspunkte, Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und einiger Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindungunter Bezug auf die Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Seitenansicht einer Bohranlage mit einem Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine Vorderansicht einer Bohranlage mit einem Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine Draufsicht einer Bohranlage mit einem Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • 1 bis 3 zeigen eine Vertikalbohranlage mit einem Handhabungs- oder Handlingsystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Anlage besteht im Wesentlichen aus einem Bohrmast 1, einem daran vertikal beweglichen Schlitten 2, einer den Bohrmast tragenden Plattform 3, die auf einem Unterbau 4 steht, und einer Handhabungsvorrichtung bzw. einem Handlingsystem 5.
  • Der Bohrmast 1 ist in einem Schwenklager 32, das auf einem Grundrahmen 31 der Plattform 3 befestigt ist, schwenkbar gelagert und über eine Strebe 6 in einem Stützlager 33, das ebenfalls an dem Grundrahmen 31 befestigt ist, gegen Kippen abgestützt. Mittels eines Hubzylinders 7, der von dem Grundrahmen 31 zu dem Bohrmast 1 verläuft, kann der Bohrmast 1 zur Montage und Demontage vollständig aufgerichtet bzw. abgesenkt werden. Ein Auslenkzylinder 61 erlaubt eine Längenänderung der Strebe 6 in gewissen Grenzen, wodurch eine Abweichung des Bohrmasts 1 von der Vertikalen möglich ist. Das Stützlager 33 und die Strebe 6 mit dem Auslenkzylinder 61 sind jeweils paarweise vorhanden, wobei die Streben 6 von einem Lagerpunkt 12 im oberen Bereich des Bohrmasts 1 aus nach hinten und zu den Seiten verlaufen. Dadurch wird auch ein Ausschwingen des Bohrmasts 1 nach den Seiten verhindert.
  • Der Schlitten 2 ist in an dem Bohrmast 1 in Längsrichtung angebrachten Laufschienen mit Rollen gelagert und über Zahnräder bzw. Ritzel 24, die über Getriebe 22 bzw. Haltebremsen 23 durch Vorschubmotoren 21 angetrieben werden und in zwei paarweise an den Seiten des Bohrmasts 1 in dessen Längsrichtung angebrachte Zahnstangen 15 eingreifen, längs des Bohrmasts verfahrbar. Neben einer Anordnung von vorliegend beispielsweise sechs Vorschubmotoren 21, Getrieben 22, Haltebremsen 23 und Ritzeln 24 ist auf dem Schlitten 2 ein Drillmotor 25 angebracht, der eine Bohrstangenaufnahmevorrichtung bzw. ein Bohrfutter 26 hält.
  • In der dargestellten Ausführungsform sind die Motoren 21, 25 Hydraulikmotoren und die Haltebremsen 23 federge spannte, hydraulisch lösbare Lamellenbremsen. Die Hydraulikenergie wird in einem auf der Plattform 3 angeordneten Aggregatcontainer 81 erzeugt und über Hydraulikleitungen 85, die im oberen Bereich des Bohrmasts 1 in einer Gelenckette 86 geführt werden, zugeführt.
  • Auf der Plattform 3 befindet sich ein Steuercontainer 82 zur Steuerung der gesamten Bohranlage und eine Brech- und Kontervorrichtung 83. An der Plattform ist ferner eine Keilvorrichtung 33 in der Verlängerung der Bohrachse angebracht, die den Bohrstrang während des Stangenwechsels hält.
  • Seitlich an dem Bohrmast 1 ist eine Seilwinde 84 angebracht, die zur manuellen Handhabung von Lasten auf der Plattform 3 vorgesehen ist. Ferner sind an dem Bohrmast 1 zwei ausfahrbare bzw. ausklappbare oder ausschwenkbare Stützen 58 befestigt, deren Funktion weiter unten erläutert werden wird.
  • Die Plattform 3 bzw. deren Grundrahmen 31 ist auf einem Unterbau 4 montiert, der aus einer Mehrzahl von Segmenten 41 aufgebaut ist, welche paarweise nebeneinander angeordnet und in dieser horizontalen Anordnung übereinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Die Segmente 41 weisen die Abmessungen herkömmlicher 40'ft-Standardseecontainer auf. (40'ft bezeichnet die Standardlänge eines solchen Containers. 1'ft entspricht 30,48 cm.) Der Aufbau der Plattform 3 mit dem Unterbau 4 ist Gegenstand einer gesonderten Anmeldung der Anmelderin der vorliegenden Erfindung. Der Unterbau 4 weist an jeder Seite eine im Querschnitt rechteckige Aussparung auf, die sich über die ge samte Höhe des Unterbaus und auch durch den Grundrahmen 31 der Plattform 3 hindurch erstreckt. In einer der Aussparungen verläuft das Handhabungssystem 5 der vorliegenden Erfindung, während die andere Aussparung verkleidet ist.
  • Die vorstehende Beschreibung gibt einige Entwicklungen aus dem Hause der Anmelderin im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wieder. Eine neuartige Bohrvorrichtung mit geregeltem Vorschub, die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, bildet den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung mit dem Titel "Vorrichtung zum Herstellen von Tiefbohrungen in geologischen Strukturen" (Anwaltsaktenzeichen B/22ST0408/DE) vom selben Anmeldetag. Eine vorteilhafte Unterbaukonstruktion, die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, bildet den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung mit dem Titel "Unterbaukonstruktion für eine Tiefbohr-Plattform" (Anwaltsaktenzeichen B/22ST0409/DE) vom selben Anmeldetag. Neuartige Bohrverfahren, die im Zusammenhang mit der Bohrvorrichtung dieser Anmeldung von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurden, bilden den Gegenstand der deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zum Herstellen von Tiefbohrungen in geologischen Strukturen" (Anwaltsaktenzeichen P/11ST0410/DE) vom selben Anmeldetag. Ein neuartiges, automatisiertes Rohr- oder Stangenlager, das von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde und das mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft zusammenwirkt, bildet den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung mit dem Titel "Rohr- oder Stangenlager für eine Bohranlage" (Anwaltsaktenzeichen B/22ST0411/DE) vom selben Anmeldetag. Auf den Offenbarungsgehalt der vorstehenden Anmeldungen wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vollinhaltlich Bezug genommen.
  • Das Handlingssystem 5 besteht aus einem modularen Führungsrahmen 51, einem Hubschlitten 52, einer Schwenkvorrichtung 53, einem Schwenkarm 54, einer Greifer-Kippvorrichtung 55 mehreren Greifarmpaaren 56b.
  • Der Führungsrahmen 51 ist aus unteren Elementen 51a und einem oberen Element 51b aufgebaut. Die Länge der unteren Elemente 51a des Führungsrahmens 51 entsprechen der Höhe eines Moduls 41 des Unterbaus 4, also der Höhe eines 40'ft-Standardseecontainers. Die Elemente 51a sind jeweils an eine Wand eines Segments 41 aneinander anschließend in der seitlichen Ausnehmung des Unterbaus 4 befestigt. Das obere Element 51b schließt sich oberhalb der unteren Elemente 51a an und ist mit diesen verbunden.
  • Entlang dem Führungsrahmen 51 verlaufen Führungsflächen, auf welchen entsprechende Laufräder 52a des Hubschlittens 52 laufen, und eine Zahnstange 51d, in welche ein durch einen Motor angetriebenes Ritzel des Hubschlittens 52 eingreift. Auf diese Weise ist der Hubschlitten 52 vertikal an dem Führungsrahmen 51 verfahrbar. Die Führungsflächen und die Zahnstange 51d sind ebenfalls modular vorgesehen und an den jeweiligen Elementen 51a, 51b befestigt.
  • Auf dem Hubschlitten 52 ist der Schwenkmechanismus 53 montiert, der eine horizontale Schwenkbewegung um 180° ausführen kann und in welchem dder Schwenkarm 54 schwenkbar gelagert ist. Der Schwenkmechanismus 53, der Hubschlitten 52 und der Führungsrahmen 51 sind derart angeordnet, daß sich die Drehachse des Schwenkmechanismus 53 zu der Drehachse des Drillmotors 25 auf dem Schlitten 2 genau in seitlicher Richtung der Anlage versetzt ist und die Längsachse des Schwenkarms 54 bzw. deren Verlängerung in den beiden Extremlagen des Schwenkmechanismus 53 durch diese beiden Drehachsen verläuft.
  • Der Schwenkarm 54 ist als Teleskopschiebestück ausgeführt und daher in seiner Länge veränderlich. An seinem dem Schwenkmechanismus 53 gegenüberliegenden Ende ist der Greifer 56 vertikal kippbar gelagert. Ein an dem Greifer 56 und dem Schwenkarm 54 befestigter Zylinder 55a bildet den Antriebsmechanismus für die Greifer-Kippvorrichtung 55 und erlaubt eine Kippbewegung des Greifers von 90° relativ zu der Längsachse des Schwenkarms 54.
  • Der Greifer 56 besteht im Wesentlichen aus einem Ausleger 56a und einer Mehrzahl von (in der Figur: vier) daran angebrachten Greifarmpaaren 56b, die über Zylinder oder eine Magnetbetätigung oder dergleichen zugreifen oder lösen können.
  • Die Greifarmpaare 56b und die Greifer-Kippvorrichtung 55 sind so angeordnet, daß sich eine Greiflinie, die als Verbindungslinie der Greifraummittelpunkte der Greifarmpaare 56b definiert ist, in abgekippter Position des Greifers 56 horizontal von der Bohranlage weg erstreckt, während sie in aufgekippter Position des Greifers 56 in senkrechter Richtung verläuft. Ferner ist der Schwenkarm 54 in der Lage, eine Länge derart anzunehmen, daß die Greiflinie bei aufgekippter Position des Greifers 56 und eingeschwenk ter Position des Schwenkarms 54 mit der Drehachse des Drillmotors 25 zusammenfällt.
  • Die Funktionsweise der Handhabungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
    Der Greifer 56 nimmt z.B. eine Bohrstange 91, die an definierter Position liegt oder steht (z.B. aus einem automatisiertem Lager einer Art, für die die Anmelderin der vorliegenden Erfindung eine gesonderte Anmeldung eingereicht hat), mittels der Greifarmpaare 56b. Der Hubschlitten 52 fährt aufwärts, wobei während der Aufwärtsbewegung die Bohrstange mittels der Greifer-Kippvorrichtung 55 in die Vertikale gebracht wird. Der Schwenkarm 54 wird auf eine Länge, die eine mittige Übergabe dieses Stangendurchmessers in die Bohrstrangmitte ermöglicht, eingestellt. Nach Erreichen der oberen Endposition des Hubschlittens 52 wird der Schwenkarm 54 mittels der Schwenkvorrichtung 53 um 90° geschwenkt. Sobald sich der Vorschubschlitten 2 in der Ausgangsposition für die Stangenübergabe befindet, werden aus dem Bohrmast 1 zwei Stützen 58 ausgeklappt und der Schwenkarm 54 mit dem Ausleger 56a um weitere 90° geschwenkt, so daß die Bohrstange 9 an den Stützen 58 anliegt. Die Klappstützen 58 dienen der genauen geometrischen Positionierung und schnellen Beruhigung der Bohrstange 91 nach dem Einlegen.
  • Danach fährt der Vorschubschlitten 2 nach unten, und die Abtriebsspindel des Drillmotors 25 schraubt die Stange 91 an das Bohrfutter 26 an. Dann werden die Stützen 58 eingeklappt, und der Schwenkarm 54 mit dem Greifer 56 schwenkt um 180° zurück und fährt nach unten zur Aufnahme der nächsten Bohrstange 91.
  • Indessen fährt der Vorschubschlitten 2 mit der verschraubten Bohrstange 91 nach unten, und der Drillmotor 25 verschraubt die Bohrstange 91 mit dem in der Keilvorrichtung 33 abgehängten Bohrstrang. Nach Lösen der Keilvorrichtung 33 wird weitergebohrt. Der Ausbau funktioniert prinzipiell in umgekehrter Reihenfolge.
  • Der Greifer ist so ausgebildet, dass er verschiedenste Gestänge, Casingrohre, Schwerstangen, Spülungsmotore etc. greifen bzw. handhaben kann.
  • Der Greifer kann auch eine Hebebox 92 (vgl. den mit einer strichpunktierten Linie umkreisten Ausschnitt in 2) aufnehmen, mittels welcher verschiedenste Materialien auf die Plattform gebracht werden können; der Kippvorgang entfällt dabei.
  • Dieses Handlingsystem bietet folgende Vorteile:
    Ein Hantieren mit Gabelstapler und Baggern sowie eine Installation von und ein Hantieren mit Kränen, Förderbändern, Seilzügen etc. entfällt. Das gesamte Handhabungssystem ist auf kleinem Raum an der Bohranlage montiert. Daher fällt kein zusätzlicher Platzbedarf auf der Baustelle an.
  • Durch den modularen Aufbau des Führungsrahmens 51 ist ein Betrieb des Handlingsystems mit beliebig vielen Unterbaumodulen 41 möglich.
  • Ebenso ist ein Betrieb ebenerdig ohne Unterkonstruktion möglich. In diesem Fall wird nur mit dem oberen Element 51b des Führungsrahmens 51 gearbeitet.
  • Mit dem beschriebenen Handlingsystem kann die Bohranlage mit allen Ausrüstungen des Bohr- und Casingstrangs beschickt werden. Ferner ist ein Handling verschiedenster Materialien mittels Hebebox möglich.
  • Alle Ausrüstungen des Bohr- und Casingstrangs werden in einem einzigen Arbeitsgang ohne Zwischenübergabe an die Bohranlage übergeben. Dies spart Zeit und Kosten für Bedienpersonal und Installationen.
  • Das Handlingssystem arbeitet unabhängig von der Bohranlage. Diese wird nicht als Hilfshebegerät verwendet, so daß sich die Zyklenzeiten minimieren.
  • Das Handlingssystem arbeitet vollautomatisch. Die Automation ist aufgrund der einfachen Struktur und Bewegungsabfolge leicht realisierbar.
  • Das Handlingssystem kann auch wie die Bohranlage selbst in beliebigen Winkeln zur Oberfläche betrieben werden. Gegebenenfalls kann der Freiheitsgrad des Greifers 56 durch eine zusätzliche Drehgelenkeinrichtung in oder an dem Schwenkarm 54 geschaffen werden.
  • Aus Gründen des Explosionsschutzes bei der Exploration von Öl- und Gasfeldern sind alle Motoren und Betätigungsteile am Bohrmast als hydraulische Geräte ausgeführt. In weniger sensitiver Umgebung können diese Geräte auch als elektrische Geräte ausgeführt sein.
  • Der Hubschlitten 52 der vorliegenden Erfindung wird durch Führungsrollen geführt und über einen Ritzel/Zahnstangenmechanismus und einen Motor verfahren. Die Führung und der Antrieb können jedoch auch anders ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Hubschlitten durch Gleitschienen und Gleitböcke geführt sein. Der Hubantrieb kann beispielsweise ein Seilzug, ein Zylinder, eine Kombination aus Zylinder und Seilzugsystem, oder eine Gewindespindel sein.
  • In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Schwenkarm 54 als ein Teleskopschiebestück ausgeführt. Stattdessen kann auch ein Schwenkarm vorgesehen sein, dessen Länge nicht veränderlich ist, und zwar dann, wenn der Abstand von der Drehachse der Schwenkvorrichtung 53 und der Drehachse des Drillmotors 25 so gewählt ist, daß mit einer diesen Abstand herstellenden Länge des Schwenkarms 54 ein Aufnehmen der Gegenstände möglich ist. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn der Durchmesser der zu transportierenden Gegenstände immer gleich ist.
  • In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Greifer 56 kippbar an dem Schwenkarm 54 bzw. an dem Schwenkarm vorgesehen. Der Kippmechanismus 55 kann jedoch entfallen, wenn beispielsweise die Stangen oder Rohre 91 senkrecht in einem Register eingehängt an die Bohranlage angeliefert werden. Bei geeigneter Aufhängung der Gegenstände in dem Register kann, mit der oben genannten Ein schränkung, auch hier gegebenenfalls die Längenänderungsmöglichkeit des Schwenkarms 54 entfallen.

Claims (23)

  1. Vorrichtung zur Handhabung von Gegenständen an einer Bohranlage, mit: einer Hubeinrichtung, welche einen Hubschlitten (52), einen Führungsrahmen (51) zum Führen des Hubschlittens (52) und einen Antrieb zum Verfahren des Hubschlittens (52) aufweist; einem Schwenkarm (54), der an dem Hubschlitten (52) angebracht ist; einer Schwenkvorrichtung (53) zum Schwenken des Schwenkarms (54) in einer zu der Verfahrrichtung des Hubschlittens (52) senkrechten Ebene, wobei die Schwenkvorrichtung (53) einen Arbeitsbereich aufweist, der von einem Bereich außerhalb der Bohranlage zu einem Bereich innerhalb einer Bohrachse der Bohranlage reicht; und einer Aufnahmevorrichtung (56), welche an dem der Hubeinrichtung abgewandten Ende des Schwenkarms (54) angebracht ist und zum Aufnehmen eines rohr- oder stangenförmigen Bauteils (91) ausgelegt ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich der Schwenkvorrichtung (53) 180° beträgt und eine Endlage aufweist, in welcher die Aufnahmevorrichtung (56) das Bauteil genau mit der Bohrachse der Bohranlage fluchtend hält.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet durch eine Kippeinrichtung (55) zum Kippen der Aufnahmevorrichtung (56) relativ zu der Längsachse des Schwenkarms (54).
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippeinrichtung (55) einen Arbeitsbereich von 90° aufweist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippeinrichtung (55) einen Zylinder (55a) aufweist.
  6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch eine Dreheinrichtung zum Drehen der Aufnahmeeinrichtung (56) in einer zu der Längsachse des Schwenkarms senkrechten Ebene.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung einen Arbeitsbereich von bis zu 90° aufweist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm eine Längenänderungseinrichtung zur Änderung seiner Länge aufweist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderungseinrichtung einen Zylinder aufweist.
  10. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (56) eine Mehrzahl von Greifarmpaaren (56b) mit einer Schließeinrichtung zum zangenartigen Schließen und Öffnen der Greifarmpaare (56b) aufweist.
  11. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zum Verfahren des Hubschlittens (52) einen Zylinder aufweist.
  12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zum Verfahren des Hubschlittens (52) eine an dem Führungsrahmen (51) angebrachte Zahnstange (51c) sowie einen an dem Hubschlitten (52) angebrachten Motor mit Ritzel aufweist.
  13. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung zur Montage an einer Plattform (3) angepaßt ist, die einen Bohrmast (1) trägt, welcher einen Vorschubschlitten (2) mit einem Drillantrieb (25) aufweist.
  14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, weiter gekennzeichnet durch an dem Bohrmast (1) befestigte, ausfahrbare oder ausklappbare Stützen (58), die ein Ende einer Schwenkbewegung durch die Schwenkvorrichtung (53) derart definieren, daß der mit der Vorrichtung gehandhabte Gegenstand (91) mit der Bohrachse der Bohranlage fluchtet.
  15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (3) auf einem Unterbau (4) montiert ist und der Führungsrahmen (51) an einer Seitenfläche des Unterbaus (4) montiert ist.
  16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau (4) und die Plattform (3) eine Ausnehmung aufweisen und der Führungsrahmen (51) an einer Seitenfläche der Ausnehmung montiert ist.
  17. Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau (4) im Wesentlichen aus Modulen (41) gleicher äußerer Abmessungen aufgebaut ist und der Führungsrahmen (51) Module (51a) einer Länge aufweist, die einer Höhe eines Moduls (41) des Unterbaus (4) entspricht.
  18. Verfahren zum Zuführen von Segmenten (91) eines Bohrstrangs zu einer Bohrvorrichtung (1, 2, 3), mit den Schritten: Aufnehmen des Segments (91) mit Hilfe einer Aufnahmevorrichtung (56); Verfahren der Aufnahmevorrichtung (56) mit dem Segment (91) mit Hilfe einer Hubvorrichtung (51, 52); Schwenken der Aufnahmevorrichtung (56) mit dem Segment (91) relativ zu der Hubvorrichtung (51, 52) bis zu einem Anschlag mit Hilfe einer auf der Hubvorrichtung (51, 52) angebrachten Schwenkvorrichtung (53), wobei die Aufnahmevorrichtung (56) mittels eines Schwenkarms (54) mit der Schwenkvorrichtung (53) verbunden ist; Verbinden des Segments (91) mit einem Drillantrieb (25) der Bohrvorrichtung; Verbinden des Segments (91) mit dem Bohrstrang; und Lösen des Segments (91) von der Aufnahmevorrichtung (56).
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen Schritt eines Kippens der Aufnahmeeinrichtung (56) relativ zu der Längsachse des Schwenkarms (54).
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, gekennzeichnet durch einen Schritt eines Drehens der Aufnahmeeinrichtung (56) in der Längsachse des Schwenkarms (54).
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch einen Schritt eines Änderns des Abstands zwischen der Aufnahmevorrichtung (56) und der Hubvorrichtung (51, 52).
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt eines Änderns des Abstands zwischen der Aufnahmevorrichtung (56) und der Hubvorrichtung (51, 52) einen Schritt eines Änderns der Länge des Schwenkarms (54) beinhaltet.
  23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt eines Aufnehmens des Segments (91) einen Schritt eines Schließens eines zangenartigen Greifarmpaares (56b) beinhaltet und der Schritt eines Lösens des Segments (91) von der Aufnahmevorrichtung (56) einen Schritt eines Öffnens der zangenartigen Greifarmpaare (56b) beinhaltet.
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