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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen, insbesondere
für eine Tiefbohrvorrichtung, die entweder im Onshore-Bereich
oder im Offshore-Bereich zum Einsatz kommt. Der Einsatz derartiger
Tiefbohrvorrichtungen kann beispielsweise zum Vertikalbohren im
Hinblick auf die Erschließung von Lagerstätten
erfolgen. Der Begriff „Lagerstätte” beinhaltet
dabei insbesondere das Vorkommen eines Stoffes in flüssiger,
gasförmiger oder fester Form oder das Vorliegen von energetisch nutzbaren
Verhältnissen in geologischen Strukturen, insbesondere
in Bezug auf Erdöl, Erdgas oder geothermische Energie.
Mit der Bezeichnung „stangenartiges Bauteil” werden
nachfolgend insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,
derartige Bauteile verstanden, deren Längsausdehnung größer
als deren Querausdehnung ist. Derartige Bauteile sind bevorzugt
rohrartig ausgestaltet und dienen beispielsweise zum Einbringen
von Bohrungen.
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Das
Vertikalbohren gelangt bevorzugt zur Ausbeutung von Öl-
und Gasfeldern und bei der Gewinnung von geothermischer Energie
zum Einsatz.
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Das
Prinzip der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Einsatz beim
Tiefbohren beschränkt, sondern kann beispielsweise auch
für andere Bohrvorrichtungen, zum Beispiel für
horizontale Bohrvorrichtungen oder Schrägbohrvorrichtungen,
verwendet werden.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vertikalbohrvorrichtung beispielsweise
entsprechend der Patentschrift
EP1387924 B1 bekannt, bei der eine Vielzahl
von Rohren, die im Erdreich einen Rohrstrang bilden, vor dem Einbringen
im wesentlichen vertikal auf einer Bohrplattform angeordnet werden. In
dieser genannten Patentschrift werden eine Vorrichtung und ein Verfahren
beschrieben, durch die sichergestellt wird, dass beim Einbringen
oder Ausbringen von Rohren jeweils eines von zwei Rohren mit Sicherheit
durch eine Befestigungseinrichtung gehalten wird. Ein typisches
Verfahren zum vertikalen Anordnen der Rohre besteht in einem Fördersystem,
das ein Greifer aufweist und das die Rohre in die gewünschte
Vertikalposition bringt.
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Eine
Verbesserung in Bezug auf das in der
EP1387924 B1 beschriebene Verfahren besteht
im Einsatz von Bohrstangengreifsystemen, wie diese in der
DE 10 2004 004 315
A1 beschrieben sind und in
1 gezeigt
sind. Ein Bohrmast
1 ist auf einem aus Einzelsegmenten
gefertigten Unterbau
2 angebracht an den Bohrmast
1 ist
ein Schlitten
4, an dem ein Top-Drive vorgesehen ist, in
Vertikalrichtung verfahrbar. Bei einer unterhalb des Top-Drives
am Schlitten
4 befindlicher Bohrstange
6 kann
diese in das Bohrloch eingeführt und durch das Top-Drive
ein entsprechender Bohrvorgang ausgeführt werden. Benachbart
zum Unterbau
2 und zu ebener Erde befindet sich ein Bohrstangenmagazin
8 in
dem die einzubringenden Bohrstangen gelagert werden und auf dem aus
dem Bohrloch entnommene Bohrstangen abgelegt werden. In dieser Anmeldung
DE 10 2004 004 315
A1 ist zur Erleichterung des Vorsehens der Bohrstange ein
Bohrstangengreifer
10 an einem Führungsrahmen
12 vorgesehen.
Dieser Bohrstangengreifer greift eine auf dem Bohrstangenmagazin
8 senkrecht
zur Verbindungslinie von Bohrmast und Bohrloch liegende Bohrstange
6a,
verschwenkt diese senkrecht dazu über eine mit
6b gezeigte
Position der Bohrstange, führt eine Translationsbewegung entlang
des Führungsrahmens
12 in die mit
6C gezeigte
Position aus, verschwenkt in eine Position oberhalb des Bohrloches
und ermöglicht dann das Einbringen über den am
Schlitten
4 befindlichen Top-Drive der Bohrstange in das
Bohrloch. Zum Entfernen einer Bohrstange aus dem Bohrloch wird eine umgekehrte
Vorgehensreihenfolge gewählt.
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Zwar
entfällt bei einem derartigen Pipehandlingsystem, wie es
in der
DE 10 2004
004 315 A1 beschrieben ist, die Unsicherheit von an einem
Kran befindlichen schwebenden Lasten. Andererseits bedarf es jedoch
der manuellen Mitwirkung einer Bedienperson, um ein sicheres Verbringen
der Bohrstangen in einem ersten Schritt auf das Bohrstangenmagazin, ein
sicheres Greifen durch den Bohrstangengreifer
10, ein sicheres
Verschwenken in die vorgeschriebene Position unterhalb des Top-Drives
und ein sicheres Einbringen in das Bohrloch von der Bohrstange sicherzustellen.
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Es
ist zu beachten, dass bei herkömmlichen Onshore-Bohranlagen
das Einbringen von Bohrstangen in das Magazin 8 häufig
manuell oder vermittels Gabelstapler vorgenommen wird, was das sichere einzelne
Greifen von Bohrstangen zusätzlich erschwert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen, insbesondere für
Tiefbohrvorrichtungen, vorzusehen durch die eine automatisierte
und/oder sichere Handhabung der stangenartigen Bauteile, insbesondere
Bohrstangen, bis zum Einbringen in ein Bohrloch und ab dem Entfernen
aus dem Bohrloch sicherstellt. Es wird ferner bevorzugt, wenn durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen eine Umsetzung
sowohl bei Onshore-Bohranlagen als auch bei Offshore-Bohranlagen
möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird durch Verfahren und Vorrichtungen zur Handhabung von
stangenartigen Bauteilen entsprechend den unabhängigen
Ansprüchen gelöst. Erfindungsgemäße
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird
eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen vorgesehen,
die eine Ablageeinrichtung für stangeartige Bauteile, in
der stangenartige Bauteile ablegbar sind, eine Hubeinrichtung, die
einen Hubschlitten, eine Führungseinrichtung zum Führen
des Hubschlittens und einen Antrieb zum Verfahren des Hubschlittens aufweist,
und einer an dem Hubschlitten angebrachte Aufnahmeeinrichtung zum
Aufnehmen eines stangenartigen Bauteils von der Ablageeinrichtung
aufweist, wobei die Aufnahmeeinrichtung in Bezug auf den Hubschlitten
in einer zu der Verfahrrichtung des Hubschlittens senkrechten Ebene
in einer solchen Weise schwenkbar ist, dass ein stangenartiges Bauteil
oberhalb eines Bohrloches anordenbar ist. Auf diese Weise kann der
Transport von stangenartigen Bauteilen von der Ablageeinrich tung
bis oberhalb des Bohrloches durch eine Einrichtung vorgenommen werden
und ein Höhenunterschied überwunden werden. Es
wird bevorzugt, dass die stangenartigen Bauteile in der Ablageeinrichtung
im Wesentlichen parallel zu einer Verbindungslinie zwischen Bohrlochmitte
und Mitte des Bohrmastes ablegbar sind. Durch eine derartige Anordnung
ist neben einer kompakten Bauweise der Bohranlage mit Ablageeinrichtung
auch ein raumökonomisches Entnehmen aus der Ablageeinrichtung
möglich. Die vorstehend genannte Vorrichtung zur Handhabung
von stangenartigen Bauteilen wird nachfolgend als Grundstruktur bezeichnet.
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Erfindungsgemäß kann
ferner eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen an
einer Bohranlage, vorzugsweise mit der vorstehenden Grundstruktur,
vorgesehen werden, wobei diese Vorrichtung eine Transporteinrichtung
und eine Steuereinrichtung aufweist. Die Transporteinrichtung ist
für den Transport der stangenartigen Bauteile von einer
Zwischenablageeinrichtung zu einer Ablageeinrichtung für
stangenartige Bauteile bestimmt, wobei ein oder mehrere stangenartige
Bauteile von der Ablageeinrichtung durch eine Aufnahmeeinrichtung
abnehmbar sind. Die Steuereinrichtung ist zur Steuerung der Transporteinrichtung
bestimmt und durch diese ist die Transporteinrichtung mit einer
solchen Weise steuerbar, dass eine Freigabe eines stangenartigen
Bauteils bei der Ablageeinrichtung in Abhängigkeit von
einer Relativposition der Transporteinrichtung in Bezug auf die
Ablageeinrichtung erfolgen kann. Durch die vorstehend genannte Gestaltung
der Vorrichtung kann verhindert werden, dass während eines
Transportes zur Ablageeinrichtung die Bohranlage oder in der Nähe
von diesen befindliche Einrichtungen beschädigt oder zerstört
werden und kann ein Ablegen der stangenartigen Bauteile mit höherer
Sicherheit in der Ablageeinrichtung sichergestellt werden. Dadurch
lässt sich bereits beim Einbringen der stangenartigen Bauteile
in die Ablageeinrichtung eine erhöhte Sicherheit umsetzen.
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Es
wird bevorzugt, wenn die vorstehend genannte Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung
zum Erfassen in Bezug auf das Aufbringen auf die Ablageeinrichtung
aufweist. Dabei wird bevorzugt, dass die Entlastung an der Transporteinrichtung
erfasst wird. Beim Erfassen der Entlastung an der Transporteinrichtung,
beispielsweise an einem Kran, kann sichergestellt werden, dass das
stangenartige Bauteil aufliegt und so mit eine unkontrollierte Abwärtsbewegung
des stangenartigen Bauteils bei der Freigabe durch die Transporteinrichtung
mit höherer Sicherheit ausgeschlossen wird.
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Alternativ
oder in Ergänzung dazu kann in der vorstehend genannten
Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung an der Ablageeinrichtung
vorgesehen sein, die das Aufbringen eines oder mehrerer stangenartiger
Bauteile auf die Ablageeinrichtung erfasst. Durch eine derartige
Erfassung kann sichergestellt werden, dass das stangenartige Bauteil
auf die Ablageeinrichtung und nicht beispielsweise durch eine unkontrollierte
Neigung des stangenartigen Bauteils auf einen Abschnitt in der Umgebung
der Ablageeinrichtung aufsitzt.
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Es
wird ferner bevorzugt, wenn bei der vorstehend genannten Vorrichtung
die Steuereinrichtung die Freigabe des oder der stangenartigen Bauteile
in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Relativposition
zur Ablageeinrichtung gestattet. Diese Abhängigkeit der
Freigabe von der Relativposition ermöglicht es, einen nahen
Bereich oberhalb der Ablageeinrichtung festzulegen, indem nur eine
Freigabe erfolgen kann. Dadurch kann auch im stärkeren Maße
sichergestellt werden, dass sich das stangenartige Bauteil in einer
gewünschten Position an der Ablageeinrichtung befindet.
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Die
vorstehend genannte Vorrichtung kann in einer solchen Weise weitergebildet
sein, dass diese eine Erfassungseinrichtung für die Relativposition der/des
stangenartigen Bauteils an der Transporteinrichtung in Bezug auf
die Ablageeinrichtung aufweist. Ferner kann eine Steuereinrichtung
in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung
für die Relativposition eine Bewegung des stangenartigen
Bauteils bzw. der stangenartigen Bauteile an der Transporteinrichtung
nur in einem bestimmten Raum gestatten. Auf diese Weise kann dreidimensional
festgelegt werden, in welchem Bereich sich das stangenartige Bauteil
oberhalb der Ablageeinrichtung und in einem benachbarten Bereich
befinden kann. Somit können eine Fehlbedienung der Transporteinrichtung
und eine Beschädigung der Bohranlage mit höherer
Sicherheit ausgeschlossen werden und die Automatisierung der Bohranlage
und des Pipehandlings im verstärkten Maße umgesetzt
werden.
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Es
wird bevorzugt, dass bei der vorstehend genannten Vorrichtung die
Erfassungseinrichtung für die Relativposition eine oder
mehrere Positionsgeber an der Transporteinrichtung aufweist. Derartige
Positionsgeber sind beispielsweise Drehgeber oder Längenmesssysteme.
Durch eine derartige Detektierung des Haltelementes für
ein stangenartiges Bauteil an der Transporteinrichtung kann die
Position des stangenartigen Bauteils im Raum effizient bestimmt
werden, ohne dass eine Ermittlung der realen Lage des stangenartigen
Bauteils beispielsweise durch berührungslose Abtastung
notwendig ist. Alternativ dazu lässt sich natürlich
auch die Position des stangenartigen Bauteils im Raum durch mechanische
Elemente, beispielsweise einer Transporteinrichtung, oder berührungslos
erfassen.
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Die
Transporteinrichtung ist bevorzugt ein Kran, wodurch beengten Raumverhältnissen
bei einer Offshore-Bohranlage, jedoch auch bei einer Onshore-Bohranlage
Rechnung getragen werden kann und Fehlbedienungen beispielsweise
bei einem Transport der stangenartigen Bauteile mittels Gabelstapler
ausgeschlossen werden können.
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Erfindungsgemäß wird
ferner eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen in
einer Bohranlage, vorzugsweise entsprechend der Grundstruktur vorgesehen,
die eine Ablageeinrichtung für stangenartige Bauteile aufweist,
die zumindest eine Übergabeeinrichtung für die
einzelne Entnahme des stangenartigen Bauteils durch eine Aufnahmeeinrichtung
aufweist. In eine derartige Übergabeeinrichtung, die beispielsweise
eine Übergaberinne sein kann, ist ein stangenartiges Bauteil
entweder durch eine Transporteinrichtung für den Transport der
stangenartigen Bauteile zur Ablageeinrichtung einbringbar oder durch
eine in der Ablageeinrichtung vorgesehene Vereinzeleinrichtung in
Abhängigkeit von einem Erfassungssignal für die
Position des stangenartigen Bauteils an der Ablageeinrichtung einbringbar.
Eine derartige Vereinzeleinrichtung kann beispielsweise einen Hubzylinder
aufweisen. Beim Einbringen des stangenartigen Bauteils in die Übergabeeinrichtung
durch die Transporteinrichtung lässt sich ein stangenartiges
Bauteil bereits in einer Weise einbringen, dass eine sichere einzelne
Entnahme des stangenartigen Bauteils durch die Aufnahmeeinrichtung
sichergestellt werden kann. Bei der Verwendung von Vereinzelungseinrichtungen
an der Ablageeinrichtung lässt sich eine Vielzahl von stangenartigen
Bauteilen in der Ablageein richtung zuerst vorsehen, und in Abhängigkeit
von der Position eines einzelnen stangenartigen Bauteils an der
Ablageeinrichtung eine Vereinzelung vornehmen. Dadurch können die
Genauigkeitsanforderungen beim Transport von stangenartigen Bauteilen
in die Ablageeinrichtung verringert werden und dennoch eine einzelne
Aufnahme der stangenartigen Bauteile durch die Aufnahmeeinrichtung
sichergestellt werden.
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Bei
der vorstehend genannten Vorrichtung wird bevorzugt, wenn die Ablageeinrichtung
zumindest eine Fördereinrichtung aufweist, die zumindest einen
an einer Förderkette angeordneten Mitnehmer bzw. eine Vielzahl
von an einer Förderkette angeordnete Mitnehmern aufweist,
durch den/die jeweils ein stangenartiges Bauteil zur Position der
Aufnahme durch die Aufnahmeeinrichtung transportierbar ist. Dadurch
lässt sich eine parallele Anordnung der stangenartigen
Bauteile auf der Ablageeinrichtung realisieren.
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Es
wird ferner bevorzugt, wenn die Ablageeinrichtung zumindest eine
Fördereinrichtung aufweist, durch die zumindest zwei stangenartige
Bauteile zu der Übergabeeinrichtung transportierbar sind.
Auf diese Weise lässt sich durch die Aufnahmeeinrichtung
ein stangenartiges Bauteil entnehmen und entweder gleichzeitig oder
mit geringem Zeitversatz durch eine Transporteinrichtung ein weiteres stangenartiges
Bauteil in der Ablageeinrichtung positionieren.
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Ferner
wird bevorzugt, wenn die Ablageeinrichtung eine Vielzahl von Fördereinrichtungen
aufweist, so dass die stangenartigen Bauteile an zumindest jeweils
zwei Positionen durch die Fördereinrichtung bewegbar sind.
Auf diese Weise lässt sich ein Schrägstellen der
stangenartigen Bauteile in der Ablageeinrichtung vermeiden.
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Es
wird besonders bevorzugt, wenn die Ablageeinrichtung drei Fördereinrichtungen
aufweist und die Ablageeinrichtung in Bezug auf die Aufnahmeeinrichtung
mit einer solchen Weise angeordnet ist, dass das stangenartige Bauteil
durch die Aufnahmeeinrichtung zwischen zwei Fördereinrichtungen und
der Ablageeinrichtung entnehmbar ist. Die Lagerung eines stangenartigen
Bauteils auf drei Fördereinrichtungen ermöglicht
ein sicheres Halten des stangenartigen Bauteils bei dem insbesondere
bei Tiefbohranlagen üblichen Längen von Bohrstangen. Die
Entnahme des stangenartigen Bauteils zwischen zwei der drei Fördereinrichtungen
ermöglicht eine Entnahme außerhalb des Massenmittelpunktes
und somit einen vereinfachten Transport des stangenartigen Bauteils
und eine geringe Bauhöhe einer Hubeinrichtung für
die stangenartigen Bauteile an der Aufnahmeeinrichtung.
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Erfindungsgemäß wird
ferner eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen an
einer Bohranlage, vorzugsweise entsprechend der Grundstruktur, mit
einer Ablageeinrichtung vorgesehen, die eine Einrichtung zum Messen
der Länge des stangenartigen Bauteils aufweist. Die Längenmesseinrichtung
weist entweder zumindest zwei mechanische Erfassungseinrichtungen
auf, durch die jeweils das eingebrachte stangenartige Bauteil erfassbar
ist, oder weist eine Erfassungseinrichtung zum berührungslosen
Erfassen des stangenartigen Bauteils an einer vorbestimmten Position
auf. Durch mechanische Erfassungseinrichtungen kann mit akzeptabler
Genauigkeit die Position eines stangenartigen Bauteils in der Ablageeinrichtung
bestimmt werden und somit eine genaue Entnahme durch die Aufnahmeeinrichtung
erleichtert werden.
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Beim
berührungslosen Erfassen von stangenartigen Bauteilen an
einer vorbestimmten Position lässt sich unter Ausschluss
mechanischer Fehler bei einer mechanischen Erfassungseinrichtung
ein sicheres Detektieren eines stangenartigen Bauteils an der vorbestimmten
Position vornehmen.
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Die
vorliegende Vorrichtung ist vorzugsweise in einer solchen Weise
weitergebildet, dass die mechanische Erfassungseinrichtung jeweils
einen in einer Einbringvertiefung für ein stangenartiges
Bauteil vorgespannten Hebel aufweist, durch dessen Bewegung bei
angebrachten stangenartigen Bauteil ein Erfassungssignal auslösbar
ist. Durch diese einfache mechanische Gestaltung lässt
sich ein kostengünstiges Erfassungssystem mit geringer
Ausfallrate umsetzen.
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Es
wird ferner bevorzugt, wenn zumindest zwei Erfassungseinrichtungen
zum berührungslosen Erfassen vorgesehen sind, durch die
in Längsrichtung des stangenartigen Bauteils entgegengesetzt liegende
Abschnitte des stangenartigen Bauteils erfassbar sind. Auf diese
Weise kann mit einem Messvorgang festgestellt werden, in welcher
Richtung ein stangenartiges Bauteil von der gewünschten
Position des stangenartigen Bauteils auf der Ablageeinrichtung abweicht.
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Bei
der vorstehend genannten Vorrichtung wird bevorzugt, wenn die Erfassungseinrichtung
zum berührungslosen Erfassen eine Lichtschranke aufweist.
Dadurch lässt sich kostengünstig ein berührungsloses
Erfassungssystem umsetzen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ferner
bevorzugt, wenn die Längenmesseinrichtung neben der Erfassungseinrichtung
zum berührungslosen Erfassen eine Bewegungseinrichtung
zum Bewegen des in der Ablageeinrichtung eingebrachten Bauteils
in seiner Längsrichtung oder zum Bewegen der Längenmesseinrichtung
in Längsrichtung des eingebrachten stangenartigen Bauteils
aufweist. Auf diese Weise lässt sich entweder das stangenartige Bauteil
in eine gewünschte Position verschieben, die durch die
Längenmesseinrichtung feststellbar ist, oder es lässt
sich die genaue Lage des stangenartigen Bauteils ermitteln, so dass
eine Aufnahmeeinrichtung zum Greifen des stangenartigen Bauteils aus
der Ablageeinrichtung dieses an der gewünschten Relativposition
in Bezug auf seine Längsrichtung greifen kann.
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Darüber
hinaus wird bevorzugt, wenn die Längenmesseinrichtung eine
Steuereinrichtung aufweist, durch die die Bewegungseinrichtung ansteuerbar
ist, so dass das stangenartige Bauteil in der Ablageeinrichtung
angeordnet wird, um durch eine Aufnahmeeinrichtung an einer definierten
Stelle gegriffen zu werden. Somit können Längenmesseinrichtung,
Bewegungseinrichtung und Steuereinrichtung zusammenwirken um einen
definierten Zustand für die Aufnahme durch die Aufnahmeeinrichtung
herbeizuführen.
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Erfindungsgemäß wird
ferner eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen an
einer Bohranlage, vorzugsweise entsprechend der vorstehend genannten
Grundstruktur, vorgesehen, die eine Aufnahmeeinrichtung aufweist,
durch die das stangenartige Bauteil mit mehreren, vorzugsweise zwei,
Greiferarmpaaren aufnehmbar ist. Eine derartige Aufnahmeeinrichtung
kann einen Erfassungshebel für das stangenartige Bauteil
in der Aufnahmeeinrichtung aufweisen, dessen Drehpunkt in Bezug
auf einen Greiferarm ortsfest ist. Auf diese Weise kann auch bei
stangenartigen Bauteilen mit unterschiedlichem Durchmesser ein sicheres
Detektieren von diesem in der Aufnahmeeinrichtung umgesetzt werden.
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Es
wird bevorzugt, wenn bei der vorstehend genannten Vorrichtung der
Hebel in den zwischen den Greiferarmen definierten Raum hin vorgespannt ist,
dadurch kann über ein Drücken des Hebels aus dem
Raum zwischen den Greiferarmen heraus ein Detektieren des vorhandenen
stangenartigen Bauteils in diesem Raum vorgenommen werden.
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Ferner
kann erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung vorgesehen
sein, die eine Bedienung der Aufnahmeeinrichtung nur bei erfasstem
stangenartigen Bauteil in der Aufnahmeeinrichtung gestattet. Dadurch
lassen sich die Fehlerhäufigkeit verringern und Unfälle
vermeiden.
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Darüber
hinaus kann bei der vorstehend genannten Vorrichtung eine Druckerfassungseinrichtung
für den hydraulischen Steuerdruck bzw. Schließdruck
zum Schließen der Greiferarme an der Aufnahmeeinrichtung
vorgesehen sein, wobei die Steuereinrichtung eine Bewegung der Aufnahmeeinrichtung
nur bei erfassten stangenartigen Bauteil in der Aufnahmeeinrichtung
und bei dem vorbestimmten erfassten Steuerdruck gestattet. Auf diese
Weise kann sichergestellt werden, dass nicht nur bei detektiertem
stangenartigen Bauteil in der Aufnahmeeinrichtung sondern erst auch
bei einem gewünschten Haltedruck für das stangenartige
Bauteil durch die Aufnahmeeinrichtung eine Bewegung des stangenartigen
Bauteils stattfinden kann, so dass sich die Fehleranfälligkeit
des Gesamtsystems verringern lässt.
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Es
wird ferner bevorzugt, wenn ein oder mehrere Greifarme mit Erfassungshebel
versehen sind, wobei der Greiferarm oder die Greiferarme entgegengesetzt
zur Aufnahmeöffnung für das stangenartige Bauteil
bevorzugt angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich vermeiden,
dass bei einem nur lockeren Greifen des stangenartigen Bauteils
durch das vordere Greiferarmpaar das Vorhandensein des stangenartigen
Bauteils in der Aufnahmeeinrichtung fehlerhaft detektiert wird und
somit ein sicherer Transport des stangenartigen Bauteils nicht möglich ist.
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Es
wird bei der vorstehend genannten Vorrichtung ferner bevorzugt,
wenn die Greiferarme von jedem Greiferarmpaar in einer solchen Weise
mechanisch verbunden sind, dass diese nur um jeweils den gleichen
Winkel bewegbar sind. Auf diese Weise lässt sich ein definiertes
Halten des stangenartigen Bauteils durch die Aufnahmeeinrichtung
mit einer vorgesehenen Kraft umsetzen und somit den Transport nochmals
sicherer gestalten.
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Es
wird erfindungsgemäß ferner eine Vorrichtung zur
Handhabung von stangenartigen Bauteilen an einer Bohranlage, vorzugsweise
mit der Grundstruktur, vorgesehen, wobei diese eine Erfassungseinrichtung
für das stangenartige Bauteil an einer über dem
Bohrloch angeordneten Hubeinrichtung aufweist. Auf diese Weise lässt
sich die Automatisierung der Handhabung des stangenartigen Bauteils
an einer Bohranlage stärker umsetzen und die Fehlerquote,
beispielsweise aufgrund einer unkontrollierten Abwärtsbewegung
eines an der Hubeinrichtung vorgesehenen stangenartigen Bauteils,
verringern.
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Die
vorstehend genannte Vorrichtung ist bevorzugt in einer solchen Weise
weitergebildet, dass die Erfassungseinrichtung einen an der Hubeinrichtung
angebrachten und in einer Ebene senkrecht zur Hubeinrichtung verschwenkbaren
mechanischen Hebel aufweist, die eine Erfassungseinrichtung für
das Vorliegen des stangenartigen Bauteils in der Hubeinrichtung
auslöst. Auf diese Weise kann mit einfachen mechanischen
Mitteln eine Detektion durchgeführt werden.
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Die
vorstehend genannte Vorrichtung ist bevorzugt in einer solchen Weise
weitergebildet, dass die Erfassungseinrichtung einen Sensor für
den hydraulischen Druck zum Sicherstellen des geschlossenen Zustandes
der Hubeinrichtung aufweist. Damit kann aufgrund des Zustands der
Hubeinrichtung eine Einschätzung über das Einbringen
des stangenartigen Bauteils vorgenommen werden. Insbesondere wird
bevorzugt, wenn dieses in Ergänzung zu dem mechanischen
Hebel vorgesehen ist, weil auf diese Weise aufgrund von zwei Erfassungssignalen
das Vorhandensein des stangenartigen Bauteils in der Hubeinrichtung
festgestellt werden kann.
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Es
wird ferner bevorzugt, dass bei der vorstehend genannten Vorrichtung
die Erfassungseinrichtung einen Schalter zum Erfassen der geschlossenen
Halteeinrichtung für das stangenartige Bauteil an der Hubeinrichtung
aufweist. Dieses erhöht nochmals die Sicherheit, da alternativ
oder in Ergänzung zur vorstehend genannten Erfassungseinrichtung
für den hydraulischen Druck der geschlossene Zustand der
Hubeinrichtung feststellbar ist.
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Ferner
kann die vorstehend genannte Vorrichtung in einer solchen Weise
weitergebildet sein, dass dies eine Aufnahmeeinrichtung für
das stangenartige Bauteil aufweist, durch die das stangenartige Bauteil
an die Hubeinrichtung übergebbar ist und die durch die
Hubeinrichtung aufwärts bewegbar ist. Bei dieser Vorrichtung
wird zusätzlich eine Steuereinrichtung vorgesehen, die
eine von der Aufnahmeeinrichtung unabhängige Bewegung der
Hubeinrichtung mit dem stangenartigen Bauteil erst gestattet, nachdem die
Aufnahmeeinrichtung über das stangenartige Bauteil durch
die Hubeinrichtung angehoben wurde. Auf diese Weise lässt
sich durch eine mechanische Kopplung zwischen Hubeinrichtung über
das stangenartige Bauteil zur Aufnahmeeinrichtung ermitteln, dass
ein sicheres Halten des stangenartigen Bauteils durch die Hubeinrichtung
oberhalb des Bohrlochs vorliegt. Im Ergebnis ist es möglich,
mit hoher Sicherheit ein Freigeben der Aufnahmeeinrichtung von dem stangenartigen
Bauteil vorzunehmen, ohne das die Gefahr eine Abwärtsbewegung
des stangenartigen Bauteils in unkontrollierter Weise vorliegt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur
Handhabung von stangenartigen Bauteilen an einer Bohranlage, vorzugsweise mit
der Grundstruktur, die vorstehend beschrieben wurde, wobei eine
Erfassungseinrichtung für die Position der Aufnahmeeinrichtung
und eine Steuereinrichtung vorgesehen sind, die ein Öffnen
der Aufnahmeeinrichtung mit einbrachten stangenartigen Bauteilen
nur oberhalb der Ablageeinrichtung, vorzugsweise unmittelbar oberhalb
bzw. auf dieser und benachbart zu einer Hubeinrichtung oberhalb
des Bohrlochs gestattet. Auf diese Weise lässt sich eine
Freigabe des stangenartigen Bauteils auf der Aufnahmevorrichtung
außerhalb des gewünschten Bereiches verhindern
und somit die Sicherheit der Bohranlage erhöhen.
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Bei
einer derartig ausgebildeten Vorrichtung wird bevorzugt, wenn die
Steuereinrichtung vorzugsweise in einem Bereich außerhalb
der Position oberhalb der Ablageeinrichtung und vorzugsweise in
einem Bereich benachbart zu einer Hubeinrichtung oberhalb des Bohrlochs
ermöglicht, dass ein hydraulischer Druck zum Halten des
stangenartigen Bauteils an der Aufnahmeeinrichtung erhalten wird.
Auf diese Weise lassen sich Verluste ausgleichen, ohne dass eine
unerwünschte Freigabe des stangenartigen Bauteiles erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird
ferner eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen an
einer Bohranlage, vorzugsweise entsprechend der Grundstruktur mit
zwei, vorzugsweise als Doppelkonus ausgebildeten, Führungselementen
für das stangenartige Bauteil vorgesehen, durch die das
in einer Führungs- bzw. Zentriereinrichtung oberhalb des
Bohrloches befindliche stangenartige Bauteil in Bezug auf ein im
Bohrloch befindliches stangenartigen Bauteils zentrierbar ist. Durch
eine derartige Zentrierung lässt sich ein unkontrolliertes
Aufsetzen eines stangenartigen Bauteils auf eine Arbeitsbühne bzw.
auf eine im Bohrloch befindliche Stange verhindern. Ferner kann
auch dadurch eine automatische Verschraubung von mehreren stangenartigen
Bauteilen oberhalb des Bohrlochs vorgenommen werden.
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Bei
einer derartigen Vorrichtung wird bevorzugt, wenn die Führungselemente
wegsynchron zueinander hin bewegbar sind. Diese Ansteuerung ermöglicht
eine genaue Vorausbestimmung der Position für das stangenartige
Bauteil und verlangt nur einen geringen gerätetechnischen
Aufwand.
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Erfindungsgemäß wird
ferner eine Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen an
einer Bohranlage, vorzugsweise entsprechend der Grundstruktur vorgesehen,
die eine über den Bohrloch befindliche Hubeinrichtung und
eine Steuereinrichtung aufweist, durch die Hubeinrichtung ansteuerbar
ist, so dass nach einer Aufwärtsbewegung der Hubeinrichtung
mit im Bohrloch befindlichen stangenartigen Bauteilen Sicherungskeile
entfernbar sind, das Entfernen der Keile bestätigt werden
kann und ein weiteres Absenken bzw. Anheben des stangenartigen Bauteils
in das Bohrloch oder aus diesem heraus erfolgen kann. Auf diese
Weise kann ein kontrolliertes Einbringen von stangenartigen Bauteilen
in das Bohrloch bzw. Herausnehmen der stangenartigen Bauteile aus
dem Bohrloch mit hoher Sicherheit umgesetzt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Vorderansicht einer Bohranlage nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt
eine Perspektivansicht einer Bohranlage mit der erfingungsgemäßen
Handhabevorrichtung,
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Die 3 und 4 zeigen
Ausschnitte aus 2, d. h. die Ablageeinrichtung
mit Bohrstangengreifer bzw. den Bohrstangengreifer mit Elevator,
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5 zeigt
eine Draufsicht auf eine Abwandlung der Ablageeinrichtung mit Lichtschranke
und Bewegungseinrichtung für die Bohrstange.
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6 zeigt
eine Einrichtung zum mechanischen Erfassen der Bohrstange in der
Ablageeinrichtung.
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7 zeigt
eine Vielzahl von Einrichtungen zum mechanischen Erfassen der Bohrstange
in der Ablageeinrichtung.
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8 zeigt
eine Draufsicht auf die Bohranlage und die Ablageeinrichtung bei
im Greifer befindlicher Bohrstange.
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Die 9A, 9B und 9C zeigen
einen Greifer in der Seitenansicht, eine Hebelanordnung zum Erfassen
der Bohrstange in der Vorderansicht sowie in der Draufsicht.
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10 zeigt
eine Perspektivansicht eines Elevators mit zugeordneter Erfassungseinrichtung.
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Die 11A und 11B zeigen
ein Zentriergestänge sowie eine Detailansicht von diesem zur
Zentrierung der Bohrstange oberhalb des Bohrlochs.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Bezeichnungen beschrieben.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Bohreinlage 20, bei
der die Vorrichtung zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen
und das erfindungsgemäße Verfahren zur Handhabung
von stangenartigen Bauteilen umsetzbar sind. Es ist zu beachten,
dass bei der Darstellung der Bohranlage in 2 eine Darstellung
gewählt wurde, bei der für die Vorrichtungshandhabung
von stangenartigen Bauteilen relevante Elemente der Bohranlage und
ihrer Umgebung dargestellt sind. Eine Bohranlage, beispielsweise
zum Tiefbohren, weist jedoch noch weitere Einheiten auf, wie z.
B. einen Generator, elektrische Steuereinheiten, elektrische Energieverteilermodule, Druckspeicher
und ähnliches.
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Die
in 2 dargestellte Bohranlage 20 weist einen
Unterbau 22 mit einem Bohrmast 24, einen Pipehandler 26,
auf den sich nachfolgend auch als Bohrstangenhandhabeeinrichtung
bezogen wird, und ein Bohrstangenmagazin 28 auf, auf das
sich nachfolgend ebenfalls als Ablageeinrichtung bezogen wird.
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Die
vorliegende Bohranlage 20 kann entweder eine Offshore-Bohranlage
oder eine Onshore-Bohranlage sein. Im Fall der Offshore-Bohranlage
wird bevorzugt, dass der Unterbau 22 auf Schienen in Bezug
auf einen Untergrund sowohl in einer Längsrichtung X als
auch in einer Querrichtung Y verfahrbar ist. Nachfolgend wird davon
ausgegangen, dass unter der Längsrichtung X eine Richtung
verstanden wird, in die sich auch eine Verbindungslinie zwischen
dem Mittelpunkte des Bohrloches 30 benachbart zum Bohrmast 24 und
einer Mittellinie des Bohrmastes 24 erstreckt. Die Querrichtung
Y erstreckt sich rechtwinklig zur Längsrichtung X. Der
Unterbau 22 weist in der in 2 gezeigten
Ausführung drei Etagen auf, die vorzugsweise über
Treppen miteinander verbunden sind. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht auf das Vorsehen des Unter baus mit drei Etagen beschränkt,
sondern es kann in Abhängigkeit von den Bohranforderungen
eine beliebige Etagenzahl vorgesehen werden. Der Unterbau ist bevorzugt
modular ausgebildet, so dass eine stufenweise Errichtung des Unterbaus
möglich ist. Im Unterbau können ein in 2 nicht
dargestellter Blowout-Preventer und ein in 2 nicht
dargestellter Trip-Tank vorgesehen sein. Der Unterbau befindet sich
auf dem einzubringenden Bohrloch, das sich in der oberhalb des Unterbaus
vorgesehenen Arbeitsbühne 32 in dem Bohrloch 30 fortsetzt.
Auf der Arbeitsbühne sind ferner eine Steuerkabine 34 und
ein Kran 36 zum Handhaben von Gegenständen auf
der Arbeitsbühne 32 angeordnet.
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In
Längsrichtung X benachbart gemäß Vorbeschreibung
zum Bohrloch 30 ist der bevorzugt modular aufgebaute Bohrmast 24 vorgesehen,
der in der dargestellten Ausführung zwei miteinander verbundene
Bohrmastsegmente aufweist. Am Bohrmast 24 sind in seiner
Längsrichtung Z, die senkrecht zur Längsrichtung
X und zur Querrichtung Y verläuft, Zahnstangen 38 und
Laufschienen angebracht, an denen ein Vorschubschlitten 40 verfahrbar
ist. Dabei wird zumindest ein Zahnrad am Vorschubschlitten 40 durch
zumindest einen Vorschubmotor angetrieben. Ferner sind am Vorschubschlitten
Haltebremsen ausgebildet, über die der Vorschubschlitten 40 am
Bohrmast 24 ortsfest angeordnet werden kann.
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Der
Vorschubschlitten weist ferner einen Topdrive 42 mit einer
Aufnahmevorrichtung zum Anbringen einer Bohrstange sowie einen Stabschaft 44 mit
angebrachtem Elevator 46 zum Anheben vor Bohrstangen auf.
Der Elevator dient zum schnellen Ein- und Ausbau des Bohrgestänges
in Bezug auf das Bohrloch. Während des Bohrvorgangs, bei
dem das Drehmoment vom Topdrive 42 auf den im Bohrloch
befindlichen Bohrkopf aufgebracht wird, wird der Elevator aus einer
Verbindungslinie zwischen Topdrive und Bohrloch 30 weggeschwenkt.
In 2 nicht dargestellt ist eine Verschraubeinrichtung, über
die Bohrstangen am Bohrloch miteinander verschraubt werden können.
Während des Verschraubens wird eine bereits im Bohrloch
befindliche Bohrstange durch nicht dargestellte Keile an der Arbeitsbühne gehalten.
Zum Anbringen der weiteren Bohrstange wird die weitere Bohrstange über
den Pipehandler 26 bzw. die Bohrstangenhandhabelvorrichtung 26 senkrecht über
dem Bohrloch an der in dieses eingebrachten Bohrstange angeordnet
und mittels der Verschraubeinrichtung mit der im Bohrloch befindlichen Bohrstange
verschraubt.
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Das
Anbringen der Bohrstangen wird über die Steuerkabine 34 überwacht.
Neben dieser Überwachung in der Steuerkabine waren bisher
eine Vielzahl von Überwachungs- und Korrekturvorgängen vom
Einbringen der Bohrstange in das Bohrstangenmagazin 28 bis
zum Verschrauben der Bohrstange mit einer weiteren im Bohrloch 30 befindlichen
Bohrstange notwendig. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl
von Maßnahme vorgeschlagen, um diese Überwachungs-
und Korrekturvorgänge auf ein Minimum zu reduzieren bzw.
vollständig weglassen zu können, so dass sich
das Bedienpersonal in der Steuerkabine 34 auf die Aufgaben
im Zusammenhang mit dem Erstellen des Bohrlochs bzw. mit dem Entfernen
von Bohrgestänge aus diesem konzentrieren kann, ohne dass
ein Schwerpunkt der Tätigkeit auf der Überwachung
des Bohrstangentransportes liegt.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden unterschiedliche Teilabschnitte
der Automatisierung beim Bohrstangentransport beschrieben. Diese
Teilabschnitte können in einer beliebigen Kombination ausgeführt
werden.
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In
der folgenden Beschreibung wird sich ebenfalls auf die 3 und 4 bezogen,
wobei 3 eine vergrößerte Ansicht aus 2 ist,
in der die Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 und das Bohrstangenmagazin 28 dargestellt
sind. In 4 ist die Bohrstangehandhabevorrichtung
zusammen mit dem Elevator 46 am Bohrmast 24 vergrößert
dargestellt.
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Erster Teilabschnitt des Bohrstangentransportes
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird nun das Einbringen der
Bohrstangen in das Bohrstangenmagazin 28 näher
erläutert. Vorzugsweise bei Offshore-Anlagen wird zur Bildung
von Stapeln von Bohrstangen ein Drehkran verwendet. Von diesem Bohrstangenstapel
aus werden die Bohrstangen dann über einen weiteren Drehkran,
der ein Ausführungsbeispiel für die nachfolgende
bezeichnete Transporteinrichtung ist, von dem Stapel zum Bohrstangenmagazin 28 transportiert,
in dem die Bohrstangen für die Aufnahme durch die Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 abgelegt
werden. Bei dem Transport mit dem weiteren Kran sind unterschiedliche
Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Erst einmal ist
sicherzustellen, dass eine Freigabe der Bohrstangen von dem weiteren
Kran nur oberhalb des Bohrstangenmagazins 28 bei abgelegter
Bohrstange erfolgen darf. Ferner ist zu beachten, dass bei dem Transport
der Bohrstange mit dem weiteren Kran eine Beschädigung
der Bohranlage oder Umgebung von diesem mit der in Bewegung befindlichen
Bohrstange vermieden wird. Diese Möglichkeiten der Erhöhung
der Sicherheit werden erfindungsgemäß dadurch
umgesetzt, dass eine Freigabe der Bohrstangen von der Relativposition
der Bohrstangen im Raum, insbesondere im Bezug auf die Ablageeinrichtung,
erfolgt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass bei einer
erfassten Entlastung des zweiten Krans davon ausgegangen wird, dass
sich die Bohrstange auf dem Bohrstangenmagazin 28 befindet.
Anschließend kann dann der weitere Kran geöffnet
werden, so dass die Bohrstange auf dem Bohrstangenmagazin zu liegen
kommt.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, dass an dem Bohrstangenmagazin 28 eine
Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, deren Ausgangssignal eine Freigabe
der Bohrstange am zweiten Kran bewirkt. Diese weitere Erfassungseinrichtung
kann alternativ oder in Ergänzung zur Vorrichtung zum Erfassen
der Entlastung an der Transporteinrichtung vorgesehen werden. In
Ergänzung dazu oder alternativ dazu kann eine Freigabe
der Bohrstange aus dem zweiten Kran oberhalb der Ablageeinrichtung
nur dann erfolgen, wenn sich die Halteeinrichtung für die
Bohrstange am zweiten Kran in einem vorbestimmten Raumbereich oberhalb
der Ablageeinrichtung befindet.
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Alternativ
oder in Ergänzung dazu kann für die Bewegung der
Bohrstange durch den zweiten Kran nur ein vorbestimmter Raumbereich
oberhalb der Ablageeinrichtung und hin zu dem Stapel, dem die Bohrstangen
durch den zweiten Kran entnommen werden, vorgesehen sein. Eine Bewegung
der Bohrstange aus diesem Bereich heraus ist durch eine Bewegungsblockierung
der entsprechenden translatorischen oder rotatorischen Bewegung
des zweiten Krans verhindert. Durch die letztgenannte Maßnahme
lässt sich die Geschwindigkeit des Bohrstangentransportes
vom Stapel zum Bohrstangenmagazin erhöhen und gleichzeitig
eine hohe Sicherheit garantieren.
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Somit
kann mit dem ersten Teilabschnitt des im Vergleich zum Bohrstangentransport
mittels Gabelstapler Bohrstangentransportes eine erhöhte
Sicherheit erreicht werden. Im Vergleich zum Bohrstangentransport
ausschließlich durch eine manuelle Bedienung des zweiten
Kranes lässt sich entsprechend der vorliegenden Erfindung
die Fehlerquote stark verringern.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass
durch den zweiten Kran lediglich eine Bohrstange gleichzeitig zur
Ablageeinrichtung gebracht wird, sondern es können nach
Bedarf zwei oder mehr Stangen durch den zweiten Kran transportiert
werden.
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Zweiter Teilabschnitt des
Bohrstangentransportes
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird nun der zweite Teilabschnitt
des Bohrstangentransportes beschrieben. In diesem zweiten Teilabschnitt
werden die auf das Bohrstangenmagazin 28 aufgebrachten Bohrstangen
in einer solchen Weise vereinzelt, dass diese durch einen der Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 vorgesehenen
Greifer 48 einzeln greifbar sind und oberhalb des Bohrloches 30 angeordnet werden
können. Zu diesem Zweck wird es bevorzugt, dass die Längserstreckung
X' der Bohrstangenmagazins 28 parallel zur Längsrichtung
der Anordnung von Bohrlochmitte 30 und Mitte des Bohrmastes 24 verläuft.
Auf diese Weise lässt sich die vereinzelte Bohrstange aus
dem Bohrstangenmagazin 28 durch den Greifer in unmittelbarer
Nachbarschaft zum Unterbau 22, zu dem das Bohrstangenmagazin 28 in
geringem Abstand ist, greifen und mit geringen Anforderungen an
den Platz in die beabsichtigte Position fördern.
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Das
Bohrstangenmagazin 28 weist entsprechend der Ausführung
aus 3 drei Fördereinrichtungen 50a, 50b und 50c auf,
die sich jeweils in Querrichtung Y erstrecken und die jeweils eine Übergabeeinrichtung,
die in 3 als Übergaberinne 51a, 51b, 51c ausgebildet
ist und eine jeweilige Förderkette 54a, 54b, 54c aufweisen.
Die Fördereinrichtungen 50a, 50b, 50c verlaufen
parallel zueinander und ihre Übergaberinnen 51a, 51b und 51c fluchten
miteinander. Im Ergebnis können auf die Förderketten 54a, 54b, 54c aufgebrachte
Bohrstangen durch die Förderketten in Querrichtung Y gefördert
werden. Beim Erfassen der Bohrstange auf der Förderkette 54a, 54b, 54c an einer
vorbestimmten Position benachbart zur Übergabe 51a, 51b, 51c wird
eine Vereinzelungseinrichtung ausgelöst, die beispielsweise
ein Zylinder sein kann, so dass die Bewegung einer einzelnen Bohrstange
in die Übergaberinne 51a, 51b, 51c ermöglicht
wird. Die Anordnung des Greifers 48 der Bohrstangenhandhabevorrichtung
ist bevorzugt in einer solchen Weise vorgenommen, dass in einen Abschnitt
zwischen zwei der drei Fördereinrichtungen 50a, 50b, 50c der
Greifer 48 eingreifen kann und die Bohrstange greifen kann.
Im Ausführungsbeispiel von 3 sind dieses
die Fördereinrichtungen 50a und 50b.
Der Greifer 48 mit der Bohrstange dreht sich dann in einer
solchen Weise, dass die Bohrstange in eine senkrechte Position gelangt,
in der das kürzere Ende der Bohrstange nach unten zeigt.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein minimaler Hub für
den Greifer 48 ausreichend ist, um die Bohrstange oberhalb
des Bohrlochs 30 zu positionieren und damit keine weiteren
Anlagenteile der Bohranlage berührt werden. An der Förderkette
sind bevorzugt Mitnehmer angeordnet, die eine oder eine bestimmte Anzahl
an Bohrstangen auf der Förderkette zur Übergaberinne 51a, 51b, 51c transportieren
können.
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Als
Alternative zur Verwendung einer Vereinzelungseinrichtung an den
Fördereinrichtungen ist es möglich, dass eine
Bohrstange direkt durch den zweiten Kran in die Übergaberinne
eingebracht wird oder dass auf der Förderkette vorbestimmte
Abteilungen, beispielsweise vorbestimmte Kammern, vorgesehen sind,
in denen jeweils nur eine Bohrstange abgelegt werden kann. Auf diese
Weise kann beim Weitertransport um die Abmessung einer Kammer ein
sicheres Einbringen der Bohrstange in die Übergaberinne 51a, 51b, 51c umgesetzt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Übergaberinne 51a, 51b, 51c beschränkt,
sondern kann auch bei der Verwendung einer beliebigen Übergabeeinrichtung
eingesetzt werden. 5 offenbart die Draufsicht auf
eine Fördereinrichtung 50d, die statt der Fördereinrichtung 50a in 3 verwendet
werden kann. Die Fördereinrichtungen 50b und 50c werden
dann in entsprechend vergleichbarer Weise ausgebildet. Neben der
Förderkette 54d weist die Fördereinrichtung
eine Übergabeeinrichtung 51d auf, die rollenförmig
ausgebildet ist. Die Rolle wird vorzugsweise durch einen Doppelkonus gebildet,
dessen Abschnitte mit geringerem Durchmesser miteinander verbunden
sind. Eine derartige Übergabeeinrichtung 51d in
Rollenform ermöglicht es, dass eine Bohr stange auf dieser
zur Aufnahme durch den Greifer 48 aufgebracht wird. Gleichzeitig besteht
die Möglichkeit, dass bei einem Antrieb der Rolle 51d durch
einen benachbart zu dieser vorgesehenen Motor 56 ein Transport
der Bohrstange in der Längsrichtung X' erfolgen kann und
somit eine Ausrichtung der Bohrstange vorgenommen werden kann, damit
ein Greifen durch den Greifer 48 in einer definierten Position
erleichtert wird.
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Die
Vereinzelung der Bohrstangen kann als Alternative beispielsweise
zum Hubzylinder ebenfalls durch eine entsprechende Vorbewegung der
Förderkette ausgelöst werden. Es wird auch hier
bevorzugt, dass eine Erfassung der Position der Bohrstange zuvor
erfolgt.
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Dritter Teilabschnitt des
Bohrstangentransportes
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 3, 6 und 7 in
Bezug auf eine erste Variante beim dritten Teilabschnitt und unter
Bezugnahme auf die 5 und 8 in Bezug
auf eine zweite Variante des dritten Teilabschnitts beschrieben.
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Es
ist günstig das Vorhandensein der Bohrstange in der Übergaberinne 51a, 51b und 51c in 3 durch
eine in 6 in der Perspektivansicht dargestellte
Erfassungseinrichtung 58 zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 58 weist
einen Winkelhebel 60 auf, der vom Einbringen einer Bohrstange
in eine Vertiefung 62 in der Halterung für den
Winkelhebel 60 in 6 nach unten
gedrückt wird. An diesem Winkelhebel 60 ist eine
Schaltfahne 66 befestigt und mit diesem bewegbar. Wenn
diese Schaltfahne 66 in die Nähe eines an der
Halterung 66 angebrachten Sensors 68 gelangt,
wird dieser Sensor 68 ausgelöst und gibt ein Signal
zur Anzeige des Vorhandenenseins der Bohrstange in der Vertiefung 62 aus.
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Der
Winkelhebel 60 ist durch eine Feder 70 in einer
solchen Weise vorgespannt, dass dieser in die Vertiefung 62 hineinragt.
Die genannte Erfassungseinrichtung 58 ist jedoch nicht
darauf begrenzt, dass Vorhandensein einer Bohrstange in der Übergaberinne
anzuzeigen. In der Draufsicht von 7 ist eine
Variante der Ausgestaltung des Bohrstangenmagazins 28 von 3 angezeigt,
in der eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen 58a–g
sowohl zwischen den Fördereinrichtungen 50a, 50b, 50c als auch
außerhalb von diesen angeordnet sind. Der Abstand der Erfassungseinrichtungen 58a–g
wird von einem Anschlag 72 bestimmt, der in 7 an
der rechten Seite vorgesehen ist. Die beiden Erfassungseinrichtungen 58g und 58f,
die außerhalb des Bereiches zwischen den Fördereinrichtungen 50a, 50b und 50c vorgesehen
sind, sind für den Fall vorgesehen, dass beispielsweise
die Bohrstange eine zu starke Fehllage hat. In Abhängigkeit
von der Länge der eingebrachten Bohrstange lösen
die entsprechenden Erfassungseinrichtungen 58a–g
je nach Bohrstangenlänge aus. Aufgrund der Anordnung der Bohrstange
in der Übergaberinne 51a, 51b, 51c können
entweder der Bohrgreifer 48 in einer Position die Bohrstange
greifen oder kann der Hub des Greifers 48 entsprechend
eingestellt werden, damit eine geeignete Übergabe zum Elevator
am Bohrmast stattfinden kann.
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Entsprechend
einer Abwandlung ist es möglich, die aufgrund der Signale
an den Erfassungseinrichtungen 58a–g ermittelten
Werte für die Länge der Bohrstange mit einem Sollwert
für die Bohrstange zu vergleichen. Bei einer vorbestimmten
Abweichung der Werte kann eine Fehlermeldung erzeugt werden. Eine
Fehlermeldung kann auch erzeugt werden, wenn Signale von Näherungsschaltern
bzw. Erfassungseinrichtungen erfasst werden, die bei gemeinsamer
Auslösung beim Einbringen einer durchgehenden Bohrstange
nicht möglich ist.
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Aufgrund
einer derartigen Gestaltung lässt sich die Fehleranfälligkeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Handhabung
von stangenartigen Bauteilen verringern.
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Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz von Erfassungseinrichtungen 58 entsprechend 6 beschränkt.
Es können beliebige andere mechanische Auslöseeinrichtungen
verwendet werden oder es kann berührungslos gearbeitet werden.
Somit können statt eines oder mehrere Erfassungseinrichtungen 58 z.
B. Lichtschranken verwendet werden. In 5 ist eine
Lichtschranke 74 dargestellt, die bei auf die Übergabeeinrichtung 51d aufgebrachter
Bohrstange ein Erfassungssignal auslöst. Der Einsatz einer
Lichtschranke 74 ist insbesondere im Zusammenhang mit der
translatorischen Bewegung einer Bohrstange in der Übergabeeinrichtung
von Vorteil. Bei einem Verfahren der Bohrstange in die Längsrichtung
X' von dieser über eine Betätigung beispielsweise
des Motors 56 in 5 kann die Bohrstange
in genau die Positi on eingestellt werden, in der beispielsweise
nach dem Detektieren der Bohrstange durch die Lichtschranke diese
sich gerade nicht mehr in der Lichtschranke befindet. Auf diese Weise
kann eine vordefinierte Position der Bohrstange im Bohrstangenmagazin 28 vorgesehen
werden und somit die Aufnahme durch den Greifer 48 in einer definierten
Position ermöglicht werden.
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Als
Alternative zur ortsfesten Anordnung einer oder mehrerer Lichtschranken 74 ist
es auch möglich statt einer Bewegung der Bohrstange über beispielsweise
einen Motor 56 in 5 eine Bewegung
der Lichtschranke vorzunehmen. Auf diese Weise verbleibt die Bohrstange
in der gleichen Relativanordnung im Bohrstangenmagazin, kann jedoch ihre
Position im Bohrstangenmagazin 28 mit Genauigkeit vorhergesagt
werden, sodass eine geeignete Betätigung der Aufnahmeeinrichtung
und ein genaues Anordnen der Bohrstange oberhalb des Bohrlochs 30 ermöglicht
wird.
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In 8 ist
eine Draufsicht auf eine Bohranlage mit dem Bohrstangenmagazin 28 gezeigt,
in der eine Bohrstange 76 durch den Greifer 48 in
Längsrichtung X oberhalb des Bohrstangenmagazins 28 gehalten
wird und in der die Lichtschranke 74 dargestellt ist. Aus
dieser Draufsicht lässt sich erkennen, dass aufgrund der
parallelen Anordnung der Längsrichtung X der Bohranlage
und der Längsrichtung X' des Bohrstangenmagazins eine platzsparende
Anordnung des Bohrstangenmagazins 28 neben dem Unterbau
möglich ist und der Greifer 48 und die Bohrstange 76 ohne
eine Bewegung in Querrichtung Y greifen kann und auf einen geringen
Raumbedarf zum Bohrloch hin 30 verschwenken kann.
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Vierter Teilabschnitt des
Bohrstangentransportes
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird nun die Struktur der
Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 mit dem Greifer 48 detaillierter
beschrieben. Die Bohrstangenhandhabevorrichtung 26, die
nachfolgend auch als Aufnahmeeinrichtung bezeichnet wird, weist
einen Führungsrahmen 80, einen Hubschlitten 82 einen
Schwenkarm 84, eine Greiferdrehvorrichtung 86 und
den Greifer 48 auf. Der Führungsrahmen 80 ist
in einer seitlichen Ausnehmung 88 des Unterbaus 22 angebracht
und vorzugsweise modular aufgebaut, so dass sich der Führungsrahmen 80 aus mehreren
Teilen baut, so dass sich der Führungsrahmen 80 aus
mehreren Teilen zusammensetzen lässt.
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In
seinem unteren Abschnitt, in dem sich der Führungsrahmen
in Unterbau befindet, kann dieser am Unterbau direkt befestigt sein.
In dem Bereich oberhalb der Arbeitsbühne 32 ist
der Führungsrahmen 80 an einem Gittermast 90 befestigt.
Entlang des Führungsrahmens sind sowohl Führungsflächen als
auch beispielsweise Zahnstangen zur Bewegung des Hubschlittens am
Führungsrahmen in der Richtung Z vorgesehen. Die Führungsflächen
und die Zahnstangen können ebenfalls modular angeordnet sein.
An den Hubschlitten 82 ist der Schwenkarm 84, vorzugsweise
um 180° oder kleiner, verschwenkbar. Der Greifer 48 ist über
die Greifdrehvorrichtung 86 verdrehbar. Auf diese Weise
lässt sich bei einem Verschwenken des Schwenkarms 84 in
die in 3 gezeigte linke Richtung, d. h. zum Bohrstangenmagazin 28 hin
in einer Position anordnen, in der die Längsachse des Greifers
in Richtung der Längsachse X' des Bohrstangenmagazins verläuft.
Andererseits ermöglicht eine Bewegung des Schwenkarms 84 vom Bohrstangenmagazin 28 weg
zum Bohrmast 24 hin die Anordnung eines Bohrstangengreifers
achsparallel zum Bohrloch 30 und in einer solchen Weise,
dass die Längsachse des Greifers zur Mittelachse des Topdrives
fluchtend verläuft. Auf diese Weise ist es möglich,
eine Bohrstange aus dem Bohrstangenmagazin 28 lediglich
durch eine Schwenkbewegung und eine Drehbewegung des Greifers oberhalb
des Bohrlochs 30 anzuordnen.
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Es
wird bevorzugt, dass das Bohrstangenmagazin 28 in einer
solchen Weise zum Unterbau benachbart ist, dass eine Längenänderung
des Schwenkarms 84 nicht notwendig ist, um die beschriebene
Bewegung auszuführen.
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Bei
Betrieb des vorstehend beschriebenen Greifers wird mit der vorliegenden
Erfindung die Sicherheit und/oder der Automatisierungsgrad erhöht.
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Zu
diesem Zweck wird mit höherer Sicherheit das Vorliegen
der Bohrstange im Greifer vor einer Transportbewegung von diesem
ermittelt. 9a zeigt eine Seitenansicht
des erfindungsgemäßen Bohrgreifers 48 in
einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Greifers. 9b zeigt
einen Hebelmechanismus zum Erfassen der vorhan denen Bohrstange im
Greifer in der Vorderansicht und 9c zeigt
die Draufsicht auf die erfindungsgemäße Hebelanordnung
für den Greifer.
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Der
Greifer 48 weist im Wesentlichen einen Greiferkörper 100 und
eine Vielzahl, in 3 vier, von an diesem angebrachten
Greifarmanordnungen 102 auf. Diese Greifarmanordnungen 102 werden entsprechend 9A über
Hydraulikzylinder 102a, 104b betätigt.
Jede Greifarmanordnung hat zwei Greifarmpaare, die gesteuert über
die Hydraulikzylinder 104, 104b um den gleichen
Winkelbetrag bewegbar sind. In 9A sind
ein Greifarmpaar 106a, 106b und ein Greifarmpaar 108a, 108b dargestellt.
In dieser in 9A gezeigten geöffneten
Position des Greifers 48 ist der zum Greiferarm 108a gehörige Greifarm 108b nicht
sichtbar. Bei einer Betätigung der Greifarmpaare 106, 106b und 108a, 108b bewegen
sich diese auf einen Bohrstangenmittelpunkt zu, der unabhängig
vom Durchmesser der Bohrstange ist.
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Um
nun zu erfassen, dass sich die Bohrstange im Greifer 48 befindet,
ist am Greifarm 108a die Hebelanordnung 110 vorgesehen,
die ein am Greifarm 108a starr befestigbares Element 112 und
einen drehbar an diesem befestigten Hebel 114 aufweist. Der
Hebel 114 ist an seinem Drehpunkt über ein Gummifederelement 116 zu
dem Raum 118 zwischen den Greifarmen zum Einbringen der
Bohrstange hin vorgespannt. Bei einer Bewegung des Hebels 114 in
Bezug auf das Element 112 entgegen der Federvorspannkraft
des Gummifederelementes 116 wird ein Signal in einem am
Hebel 114 und Element 112 vorgesehenen Sensor 120 ausgelöst,
der das Vorhandensein der Bohrstange im Greifer 48 anzeigt. Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf ein Gummifederelement 116 beschränkt,
sondern es kann eine beliebige Vorspanneinrichtung für
den Hebel in den Raum 118 zwischen den Greiferarmen vorgesehen sein.
Der Sensor 120 ist bevorzugt ein induktiver Näherungsschalter.
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Es
wird bevorzugt, dass der Hebel an einem benachbart zum Ausleger 100 angeordneten
Greiferarmpaar 108a, 108b vorgesehen ist, um eine
Fehldetektierung zu vermeiden, die bei einem Vorsehen an dem äußeren
Greifarmpaar 106a, 106b auftreten würde.
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Es
wird ferner bevorzugt, wenn die Drücke in den Hydraulikzylindern 104a, 104b erfasst
werden und eine Bewegung des Greifers 48 in Bezug auf den Führungsrahmen 80 nur
dann stattfindet, wenn sowohl durch die Hebelanordnung 110 das
Vorhandensein der Bohrstange im Greifer 48 als auch der Druck
zum Anpressen der Greiferarme mit einem vorbestimmten Wert detektiert
wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Bohrstange
mit einer ausreichenden Haltekraft transportiert wird.
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Fünfter Teilabschnitt
des Bohrstangentransportes
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Bei
dem fünften Teil des Bohrstangentransportes ist der Gegenstand
eine sichere Übergabe zwischen der in 4 dargestellten
Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 und dem Elevator 46,
der eine Hubeinrichtung für Bohrstangen oberhalb des Bohrloches
darstellt. 10 zeigt den Elevator 46 mit
eingebrachter Bohrstange 76 detaillierter. Der Elevator 46 weist
zwei Halbschalen 130a, 130b auf, die zum Ergreifen
der Bohrstange 76 hydraulisch geschlossen werden. In 10 oberhalb
der Halbschalen 130a, 130b ist ein Hebel 132 vorgesehen,
der zu der Bohrstange 76 hin vorgespannt ist. Die Vorspannung
kann zum Beispiel durch einen Vierkant, der durch Gummielemente
in eine Richtung vorgespannt ist, erzeugt werden.
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Da
die Bohrstange 76 durch den Greifer 48 zwischen
die Halbschalen 130a, 130b hereingeschwenkt wird,
ist der Hebel in einer solchen Weise anzuordnen, dass dieser bei
einem Hereinschwenkvorgang zurückgedrückt wird.
Bei geschlossenen Halbschalen 130a, 130b baut
sich ein vorbestimmter Druck in den Schließzylindern für
die Halbschalen auf. Dieser Druck kann gemessen werden und zusätzlich
zu einem Betätigungssignal, das durch den Hebel 132 beispielsweise über
Näherungssensoren erzeugt wird, zur Ermittlung der im Elevator
befindlichen Bohrstange 76 verwendet werden. Darüber
hinaus ist es möglich, am Elevator 46, eine Schließklinke
für die Halbschalen vorzusehen, durch die im geschlossenen
Zustand ebenfalls ein Schließsignal für den Elevator
erzeugbar ist.
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In
Ergänzung oder alternativ zu dem vorstehend genannten Verfahren
zum Erfassen der Bohrstange im Elevator ist es möglich,
den Hubschlitten 82 im Führungsrahmen 80 mit
einem in 4 nach oben, das heißt
in Z-Richtung des Bohrmastes freilaufenden Freilauf zu versehen.
Bei einer derartigen Gestaltung kann die durch den Greifer 48 gegriffene Bohrstange
durch den Elevator 46 ebenfalls gegriffen werden und kann
die Bohrstange 76 durch den Elevator einen vorbestimmten
Abstand angehoben werden. In dem Fall, in dem über einen
Bewegungssensor zum Erfassen der Bewegung des Hubschlittens 82 in
Bezug auf den Führungsarm 80 eine Aufwärtsbewegung
des Hubschlittens erfasst wird, wird die Annahme getroffen, dass
die Bohrstange 76 durch den Elevator gegriffen ist.
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Durch
die vorstehend genannte mechanische Kopplung zwischen Elevator und
Greifer kann mit höherer Sicherheit ein festes Greifen
der Bohrstange durch den Elevator sichergestellt werden. Auf diese
Weise kann die Gefahr einer Abwärtsbewegung der Bohrstange,
die nicht fest durch den Elevator gegriffen wurde, verhindert werden.
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Aus
Gründen der erhöhten Sicherheit wird es jedoch
bevorzugt, dass am Bohrmast vorgesehene Sicherheitsbügeln 134, 136 bei
im Elevator befindlicher Bohrstange ebenfalls in die verriegelte
Position gebracht werden, so dass unabhängig von der Fehlerart
ein Herabfallen der Bohrstange vom Bohrmast verhindert werden kann.
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Alternativ
zum Freilauf des Hubschlittens am Führungsrahmen ist es
möglich, die Aufwärtsbewegung des Greifers auf
eine beliebige andere Art, beispielsweise durch Federelastizität
bei der Bewegung zu gestatten.
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Für
eine Sicherstellung des unfallfreien Betriebes der Bohranlage wird
ferner bevorzugt, dass die Position der Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 und/oder
des Greifers 48 erfasst wird, bevor eine Aufnahme der Bohrstange
auf den Bohrstangenmagazin 26 bzw. eine Freigabe am Elevator 46 gestattet wird.
Dieser Umstand erhöht die Sicherheit zusätzlich.
Die Schaltungsanordnung zur hydraulischen Versorgung der Bohrstangenhandhabevorrichtung kann
dafür in einer solchen Weise ausgelegt werden, dass in
dem Bereich außerhalb der definierten Räume für
die Freigabe nur ein Nachspeisen von Druck in Schließrichtung,
beispielsweise zum Leckageausgleich, möglich ist, jedoch
kein Öffnen des Greifers.
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Sechster Teilabschnitt des Bohrstangentransportes
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In
diesem Teilabschnitt erfolgt ein zentriertes Aufbringen der Bohrstange
in Bezug auf eine Verschraubeinrichtung oberhalb des Bohrlochs 30.
Ferner soll ein gesichertes Entfernen der Keile ermöglicht
werden.
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Zu
diesem Zweck ist oberhalb des Bohrloches 30 und einer nicht
gezeigten Verschraubeinrichtung eine in der Draufsicht schematisch
dargestellte Gestängezentriereinrichtung 11a vorgesehen, deren Einzelelement in 11b dargestellt ist.
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Eine
derartige Gestängezentriereinrichtung soll eine außermittig
vom Bohrloch 30 angeordnete Bohrstange mittig über
dem Bohrloch anordnen. Die Gestängezentrierung 140 weist
zwei Zentrierelemente 142a, 142b auf, von denen
das Zentrierelement 142a in der Perspektivansicht in 11b wiedergegeben ist. Das Zentrierelement 142a weist
ein Führungselement 144a auf, dass drehbar in
einer Gabel 146a gelagert ist und vorzugsweise als Doppelkonus mit
einer Nut zwischen den kleinen Durchmessern des Konus ausgebildet
ist. Die Gabel 146a wird durch einen Hydraulikzylinder 148a betätigt
und durch zwei Führungsstangen 150a in der Ausrichtung
konstant gehalten. Zwei dieser Zentrierelemente 142a, 142b sind
gegenüberliegend angeordnet und werden wegsynchron zueinander
hin mit hydraulischem Druck beaufschlagt. Auf diese Weise findet
eine Zwangsführung der Bohrstange über das Bohrloch 30 statt. Der
Einsatz der Gestängezentrierung 140 erfolgt, nachdem
die Bohrstange im Elevator 46 detektiert wurde und vor
einem Verschrauben mit einer im Bohrloch 30 befindlichen
weiteren Bohrstange.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Gestängezentrierung
entfällt die bisher übliche manuelle Zentrierung
der Bohrstange über dem Bohrloch.
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Nach
dem Zentrieren der Bohrstange über der im Bohrloch 30 befindlichen
Bohrstange ist ein sicheres Absenken der durch die Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 als
letztes eingebrachten Bohrstange notwendig.
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Anschließend
findet das Verschrauben der eingebrachten Bohrstange mit der im
Bohrloch 30 befindlichen Bohrstange statt. Danach wird
eine Aufwärtsbewegung des Topdrives mit der Bohrstange bewirkt.
Anschließend werden die Keile, mit denen der im Bohrloch 30 befindliche
Bohrstrang verkeilt ist, entfernt und durch eine Detektionseinrichtung
erfasst, dass die Keile entfernt sind. Erst nach diesem Erfassungssignal
erfolgt ein Absenken der durch die Bohrstangenhandhabevorrichtung 26 als
letztes eingebrachten Bohrstange in das Bohrloch. Bei diesem Absenken
kann eine Kraftdetektion vorgenommen werden, um Keile, die sich
noch im Bohrloch befinden, zu erfassen. Im Falle des Erfassens eines
derartigen Hindernisses kann eine Notabschaltung des Top-Drives
vorgenommen werden.
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Die
vorliegende Erfindung mit den genannten Teilabschnitten ist nicht
auf das Einbringen einer Bohrstange in ein Bohrloch beschränkt,
sondern kann auch entgegengesetzt ausgeführt werden, wobei
sich das Erfassungsprozedere umkehrt. Um den Einbauvorgang und den
Ausbauvorgang besser vergleichen zu können, wird nachfolgend
das Einbau bzw. Ausbauverfahren beschrieben.
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Als
erstes wird der Einbau beschrieben. Nach dem Erfassen der Länge
der Bohrstange im Bohrstangenmagazin erfolgt eine Aufnahme der Bohrstange
durch die Bohrstangenhandhabevorrichtung. Wenn die vorhandene Bohrstange
in der Bohrstangenhandhabevorrichtung erfasst wird und optional
der dazugehörige Hydraulikdruck anliegt, verfährt die
Bohrstangenhandhabevorrichtung in die Warteposition. Bei einem entsprechenden
Einbausignal verschwenkt dann die Bohrstangenhandhabevorrichtung
in die Übergabeposition, während das Top-Drive in
die Übernahmeposition gelangt. Der Elevator wird eingeschwenkt
und geschlossen. Das Signal „Elevator geschlossen” wird
in Abhängigkeit von den genannten Sensorsignalen erzeugt
und es wird die Bohrstange im Elevator detektiert. Bei detektierter Bohrstange
im Elevator verfährt das Top-Drive nach oben. Bei einem
Mitbewegung der Bohrstangenhandhabevorrichtung wird diese detektiert
und es erfolgt ein Abbremsen des Top-Drives, woran sich ein Öffnen
des Greifers der Bohrstangenhandhabevorrichtung anschließt.
Anschließend verschwenkt der Greifer der Bohrstangenhandhabevorrichtung
zum Bohrstangenmagazin zur Aufnahme einer neuen Stange.
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Zum
Einbringen der Bohrstange wird zuerst das Top-Drive nach oben gezogen
und es werden die Keile oberhalb des Bohrlochs geöffnet.
Beim Öffnungssignal für die Keile wird das Top-Drive
nach unten bewegt und das Gestänge in die Keile wieder
abgehängt. Anschließend erfolgt ein Öffnen
des Elevators und ein Feststellen des geöffneten Zustandes des
Elevators, woran sich ein Ausschwenken des Elevators und bei ausgeschwenktem
Elevator eine Bewegung des Top-Drives in die Warteposition nach oben
anschließt. Im Anschluss ist der weitere Einbau des Gestänges
möglich.
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Bei
im Elevator befindlicher Bohrstange fährt der Elevator
zum Entlasten der Keile nach oben, die Keile werden geöffnet,
das Topdrive fährt um eine Gestängelänge
nach oben. Der Bohrstrang wird in die Keile abgehängt.
Dann wird der Bohrstrang entschraubt. Dann schwenkt der Greifer
ein.
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Die
Greifer der Bohrstangenhandhabevorrichtung werden geschlossen und
bei in der Bohrstangenhandhabevorrichtung detektierter Bohrstange
wird der Elevator geöffnet und weggeschwenkt. Bei ausgeschwenktem
Elevator wird das Top-Drive nach oben gezogen, der Greifer ausgeschwenkt
und die Stange in das Bohrstangenmagazin abgelegt. Wenn ein Signal
erzeugt wird, dass keine Bohrstange im Greifer vorliegt und die
Stange im Bohrstangenmagazin vorhanden ist, wird der Bohrstangengreifer in
die Warteposition geführt und das Top-Drive nach unten
in die Aufnahmeposition gefahren, um den Ausbau weiteren Gestänges
vorzubereiten.
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Erfindungsgemäß kann
eine weitere Vorrichtung und ein weiteres Verfahren zur Handhabung
von stangenartigen Bauteilen vorgesehen werden. Diese Vorrichtung
und dieses Verfahren beziehen sich auf den Ausbau der Bohrstangen
bzw. auf das Versehen der Bohrstangen mit Kappen.
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Zur
Vermeidung des Auslaufens von Bohrspülung aus der Bohrstange
kann die Bohrstangenhandhabevorrichtung, beispielsweise benachbart zum
Greifer mit einer Bohrspülungsaufnahmeeinrichtung, beispielsweise
als wannenartig ausgebildetes Element, vorgesehen sein. Dieses wannenartige
Element gestattet beim Ausbauen der Bohrstange den Austritt von
Rohrspülung aus der Bohrstange und verhindert ein Verschmutzen
der Arbeitsbühne 32 und Umgebung mit der Bohrspülung.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der Erfindung ist am Bohrstangenmagazin eine
Einrichtung vorgesehen, die entweder eine Seite oder beide Seiten
der Bohrstangen, die in das Bohrstangenmagazin eingebracht wurden,
mit Schutzkappen versieht. Auf diese Weise ist es möglich,
manuelle Arbeit vom Bedienpersonal zu vermeiden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Handhabung von stangenartigen Bauteilen an einer
Bohranlage. Durch vorrichtungstechnische und verfahrenstechnische
Abwandlungen wird der Automatisierungsgrad und die Sicherheit u.
a. dadurch erhöht, dass die Ablage von stangenartigen Bauteilen
auf einer Ablageeinrichtung in definierten Positionen und unter
definierten Voraussetzungen erfolgt, eine Vereinzelung der stangenartigen
Bauteile auf der Ablageeinrichtung überwacht wird, das
sichere Halten an einem Greifer überprüft wird
und die abgeschlossene Übergabe an einen Elevator bestätigt
wird.
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- 1
- Bohrmast
- 2
- Unterbau
- 4
- Schlitten
- 6,
6a, 6b
- Bohrstange
- 8
- Bohrstangenmagazin
- 10
- Bohrstangengreifer
- 12
- Führungsrahmen
- 20
- Bohranlage
- 22
- Unterbau
- 24
- Bohrmast
- 26
- Bohrstangen-Handhabevorrichtung
- 28
- Bohrstangenmagazin
- 30
- Bohrloch
- 32
- Arbeitsbühne
- 34
- Steuerkabine
- 36
- Kran
- 38
- Zahnstange
- 40
- Vorschubschlitten
- 42
- Top-Drive
- 44
- Stabschaft
- 46
- Elevator
- 48
- Greifer
- 50a,
b, c, d
- Fördereinrichtung
- 51a,
b, c, d
- Übergaberinne
- 54a,
b, c, d
- Förderkette
- 56
- Motor
- 58
- Näherungsschalter
- 60
- Winkelhebel
- 62
- Vertiefung
- 64
- Halterung
- 66
- Schaltfahne
- 68
- Sensor
- 70
- Feder
- 72
- Anschlag
- 74
- Lichtschranke
- 76
- Bohrstange
- 80
- Führungsrahmen
- 82
- Hubschlitten
- 84
- Schwenkarm
- 86
- Greiferdrehvorrichtung
- 88
- seitliche
Ausnehmung
- 90
- Gittermast
- 100
- Greiferkörper
- 102
- Greifarmanordnung
- 104a,
b
- Hydraulikzylinder
- 106a,
b
- Greifarm
- 108a,
b
- Greifarm
- 110
- Hebelanordnung
- 112
- Element
- 114
- Hebel
- 116
- Gummifederelement
- 118
- Raum
- 120
- Sensor
- 130a,
b
- Halbschale
- 132
- Hebel
- 134
- Klappstütze
bzw. Sicherheitsbügel
- 136
- Klappstütze
bzw. Sicherheitsbügel
- 140
- Gestängezentrierung
- 142a,
b
- Zentrierelement
- 144a
- Rolle
- 146a
- Gabel
- 148a
- Hydraulikzylinder
- 150a
- Führungsstange
- X
- Längsrichtung
Bohranlage
- Y
- Querrichtung
Bohranlage
- Z
- Längsrichtung
Bohrmast
- X
- Längsrichtung
Bohrstangenmagazin
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1387924
B1 [0004, 0005]
- - DE 102004004315 A1 [0005, 0005, 0006]