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Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung für Bohrrohre einer Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Tiefbohrung, mit wenigstens einem Rohrlager, dass vertikal auf einer Arbeitsebene der Bohrvorrichtung angeordnet ist und einen offenen Abschnitt aufweist, durch den die Bohrrohre in das Rohrlager einbringbar oder aus dem Rohrlager entnehmbar sind.
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Beim Erstellen von Tiefbohrungen, beispielsweise für die Förderung von Erdöl und Erdgas oder für die Energiegewinnung aus geothermischer Energie wird ein Bohrwerkzeug verwendet, das über einen aus Bohrgestänge und Bohrstrangteilen wie Schwerstangen, Bohrmotore oder dergleichen bestehenden Bohrstrang angetrieben wird. Während des Bohrfortschritts als solches müssen, nachdem ein gewisser Bohrfortschritt erzielt wurde, weitere Bohrstangen dem Bohrstrang hinzugefügt werden. Diese Bohrstangen werden von außen zugeführt. Dafür ist neben der Bohranlage auf dem Bohrplatz ein Rohrlager vorgesehen.
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Weiterhin ist es während des Erstellens der Tiefbohrung notwendig, das Bohrwerkzeug zu wechseln, entweder weil es verschlissen ist, oder sich die geologischen Gegebenheiten geändert haben, und deswegen eine andere Art von Werkzeug notwendig wird. Zum Wechseln des Bohrwerkzeugs muss der gesamte Bohrstrang aus dem Bohrloch ausgebaut werden, und nachdem ein neues Bohrwerkzeug vorgesehen wurde, wieder eingebaut werden. Hierfür werden die Bohrstangen des Bohrgestänges, beispielsweise bei großen Anlagen, jeweils zu zwei oder drei Stück auf einmal aus- und eingebaut, und in den Turm der Bohranlage aufrecht abgestellt. Dafür sind im Mast sogenannten Fingerbühnen vorgesehen, auf denen ein Arbeiter steht, und der das Rohr mit einer Schlinge aus dem Elevator des Topdrives übernimmt und in dem Raum zwischen den Fingern abstellt und sichert bzw. die Rohre herausnimmt. Diese Arbeit ist schwer und weist ein nicht unerhebliches Verletzungsrisiko auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rohrlager bereitzustellen, mit dem eine Bohranlage mit Bohrrohren und dergleichen automatisiert und auf einfache Weise sicher und schnell mit geringem Wartungsaufwand versorgt werden kann.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Rohrlager mit einem Führungselement versehen ist, durch das ein von dem Führungselement auf der einen Seite und dem Rohrlager auf der anderen Seite begrenzten Handhabungsraum im Bereich des offenen Abschnitts entsteht, dass die Handhabungsvorrichtung wenigstens ein Greifelement zum Greifen des Bohrrohrs aufweist, dass das Greifelement horizontal verfahrbar ist, und das Bohrrohr über das Greifelement im Bereich des Handhabungsraums verfahrbar ist.
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Vorteilhaft ist dabei, dass eine automatisierte Zu- und Abfuhr der Bohrrohre ermöglicht wird. Weiterhin fungiert das Führungselement als Sicherung, sodass die Bohrrohre nicht aus dem Rohrlager unkontrolliert herausfallen können.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass zwei oder mehr Rohrlager vorgesehen sind, die mit dem Führungselement verbunden sind. Hierdurch wird optimaler Abstellraum und ein Definierter Handhabungsraum bereitgestellt.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Rohrlager einen boxartigen Aufbau aufweist, bevorzugt mit einem zwei Seitenwänden und einer Rückwand, wobei das Rohrlager bevorzugt zur Aufnahme von wenigstens zwei miteinander verschraubten Bohrrohren ausgelegt ist.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Rohrlager einen Bodenabschnitt aufweist, auf dem bevorzugt wenigstens ein Vorsprung vorgesehen ist, der besonders bevorzugt so angeordnet ist, dass das auf dem Vorsprung angeordnete Bohrrohr geneigt im Rohrlager angeordnet ist, und/oder dass ein dem Bodenabschnitt gegenüberliegender Abschnitt offen ausgeführt ist und in diesem Abschnitt fingerartige Vorsprünge vorgesehen sind, zwischen denen ein Aufnahmeraum für die Bohrrohre besteht, wobei die Vorsprünge bevorzugt mit Vertiefungen zur Aufnahme von Gewindeabschnitten der Bohrrohre.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Rohrlager so angeordnet ist, dass die offene Seite des Rohrlagers vom Bohrturm weg zeigt. Hierdurch wird ein optimales Bewegen der Bohrrohre ohne nachteilige Schwenkbewegungen ermöglicht.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Handhabungsvorrichtung ein Halteelement aufweist, das das Bohrrohr in horizontaler Richtung haltend umschließt, und dass bevorzugt eine vertikale Bewegung des Bohrrohres zulässt. Dieses ermöglicht eine definierte Horizontalbewegung und ermöglicht gleichzeitig ein sicheres vertikales Bewegen.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Greifelement vertikal verfahrbar ist.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Handhabungsvorrichtung einen unteren Abschnitt und einen räumlich getrennt angeordneten oberen Abschnitt aufweist, wobei die Abschnitte bevorzugt synchron verfahrbar sind, wobei das synchrone Verfahren mechanisch oder über eine Steuerung erfolgt, und dass der obere Abschnitt auf dem Führungselement verfahrbar angeordnet ist. Dieses ermöglicht auf einfache Weise ein definiertes Bewegen über die gesamte Länge des Bohrrohres hinweg.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der obere Abschnitt einen Grundkörper und ein Greif- oder Halteelement aufweist, das horizontal gegenüber dem Grundkörper verfahrbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine räumliche Darstellung einer Bohranlage mit erfindungsgemäßer Vorrichtung,
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2a eine räumliche Ausschnittsansicht zu 1,
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2b eine weitere räumliche Ausschnittsansicht zu 1,
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2c eine dritte räumliche Ausschnittsansicht zu 1, und
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3a–9b den Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine Bohranlage 100 mit einem auf einer Arbeitsplattform 101 angeordneten Mast 102, in dem ein sogenannter top drive 103 über einem über dem Bohrloch (nicht dargestellt) angeordneten sogenannten Wellcenter 104 angeordnet ist. Die Bohranlage 100 steht auf einem Bohrplatz 105. Auf dem Bohrplatz 105 angeordnet und in Verbindung mit der Arbeitsplattform 101 ist ein Catwalk 106. Auf dem Bohrplatz 105 neben dem Catwalk 106 ist des Weiteren ein horizontales Rohrlager (nicht dargestellt) für das Zuführen von einzelnen Rohren, Casings, Schwerstangen oder anderen Bestandteilen des Bohrstrangs (nicht dargestellt) vorgesehen.
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Parallel zum Mast 102 ist ein vertikales Rohrlager 10 angeordnet. In dem Rohrlager 10 sind Rohre 11, hier in Form von sogenannten Triples, jeweils drei miteinander verschraubten Rohren 11, angeordnet. Doubles sind ebenfalls möglich. Das Rohrlager 10 besteht aus zwei Boxen 12, dargestellt in 2c, die vertikal aufgerichtet sind. Die Boxen 12 weisen in vertikal aufgerichteter Form eine Bodenplatte 13 auf, auf der Vorsprünge 14 (3a) angeordnet sind. Die Boxen weisen einen Gitterrahmen 15 auf, der aus zwei Seitenabschnitten 16, 17 und einem rückseitigen Abschnitt 18 besteht. Auf der Unterseite ist der Gitterrahmen 15 durch die Bodenplatte 13 verschlossen. An der Oberseite ist der Gitterrahmen 15 offen ausgeführt. Im Bereich der offenen Oberseite 19 sind fingerartige Vorsprünge 20 vorgesehen, die sich vom rückseitigen Abschnitt 18 des Gitterrahmens zur offenen Seite 21 des Gitterrahmens hinstrecken. Die fingerartigen Vorsprünge 20 (2b, 3b) sind dabei parallel zueinander angeordnet, so dass Räume 22 entstehen, innerhalb denen die Rohre 11 stapelartig anordbar sind. Die Vorsprünge 20 weisen gemäß einer besonderen Ausführung Vertiefungen 23 auf, in denen die Gewindeabschnitte 24 der Rohre 11 anordbar sind. In der vorliegenden Ausführungsform (siehe auch 3b) sind die Gewindeabschnitte 24 nicht in den Vertiefungen 23 gelagert.
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Sind die Rohre 11 in einer Box 12 gelagert, so bestehen sie mit ihrem unteren Gewindeabschnitt 25 auf einem Vorsprung 14 der Bodenplatte 13 auf. Die Vorsprünge 14 sind dabei so auf der Bodenplatte angeordnet, dass die Rohre 11 zum Mast hingeneigt in der Box 12 im Raum 22 zwischen den fingerartigen Vorsprüngen 20 angeordnet sind. Die Boxen 12 sind auf der Arbeitsplattform 101 so angeordnet, dass die offene Seite 21 der Boxen 12 vom Mast 102 wegzeigen. Die Boxen 12 sind dabei so auf der Arbeitsplattform 101 angeordnet, dass sie einen Abstand zueinander aufweisen. Hierdurch entsteht ein Durchgang 26 zwischen den Boxen 12, durch die die Rohre 11 zum Wellcenter 104 hin-/ oder wegbewegt werden können. Die mit ihrer offenen Seite 21 vom Mast 102 wegzeigenden Boxen 12 sind über ein Führungselement 27 miteinander verbunden. Das Führungselement 27 weist zwei parallel zur offenen Seite 21 angeordnete Streben 28, 29 auf. Diese sind an ihren äußeren Enden über eine Querstrebe 30 miteinander verbunden. Die Querstrebe 30 erstreckt sich über den Verbindungsabschnitt zwischen den Streben 28, 29 hinaus, so dass ein Abstandshalter 31 entsteht, der mit dem jeweils vom Durchgang 26 weg angeordneten Seitenabschnitt 16, 17 verbunden ist. Dadurch entsteht ein Handhabungsraum 32, zwischen der offenen Oberseite 21 der Box 12 und dem Führungselement 27, beziehungsweise dessen Strebe 28. In diesem Handhabungsraum können die Rohre 11 beim Zu-/ bzw. Abführen zum Rohrlager 10 bewegt werden. Gleichzeitig fungiert das Führungselement 27 als Sicherungselement, da dadurch verhindert wird, dass in einer Box angeordnete Rohre 11 aus dieser herausfallen können.
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Die Boxen 12 sind mit Anschlägen 33 an den Seitenabschnitten 16, 17 angeordnet, die – wie in 2a dargestellt – zur offenen Seite 21 hinzeigen. Beim Aufbau der Bohranlage werden die Boxen 12 über die Anschläge 33 mit einem Kran verbunden und auf der Arbeitsplattform 101 mit ihren Bodenplatten 13 abgesetzt. Anschließend werden sie an ihrer Oberseite 19 mit dem Führungselement 27 verbunden.
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Parallel zum Führungselement 27 ist auf der Arbeitsplattform 101 ein Anordnungselement 34 vorgesehen. Dieses Anordnungselement 34 ist bevorzugt analog dem Führungselement 27 aufgebaut.
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Zum Entnehmen der Rohre 11 aus den Boxen 12 und dem Zuführen der Rohren 11 zum Wellcenter 104, damit diese dort an den Topdrive 103 übergeben werden können, ist ein Rohrmanipulator 40 vorgesehen. Der Rohrmanipulator 40 weist einen unteren Abschnitt 41 (2a) und einen oberen Abschnitt 42 (2b) auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der untere Abschnitt ein Greifelement 43 und der obere Abschnitt ein Halteelement 44 auf. Es ist allerdings auch möglich, dass beide Abschnitte 41, 42 mit Greifelementen 43 oder der untere Abschnitt 41 mit einem Halteelement 44 und der obere Abschnitt 42 mit einem Greifelement 43 ausgeführt sind.
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Der untere Abschnitt 41 weist eine Basis 45 auf, die auf Schienen 46, die auf dem Anordnungselement 34 angeordnet sind, in horizontaler Richtung verfahrbar ist. Das Verfahren erfolgt über eine nicht dargestellte Antriebseinheit und kann elektrisch oder hydraulische erfolgen. Auf der Basis 45 ist ein Grundkörper 47 horizontal verfahrbar angeordnet die Verfahrbewegung des Grundkörpers 47 im Bezug auf die Basis 45 erfolgt im Wesentlichen rechtwinklig zu den Schienen 46. Der Grundköper 47 weist eine Bodenstrebe 48 auf, auf der eine vertikal Strebe 49 angeordnet ist, die über eine diagonal Strebe 50 gegenüber der Bodenstrebe 48 stabilisiert wird. Das Greifelement 43 ist vertikal verfahrbar an einer vertikalen Strebe 51 eines Greifabschnitts 52 angeordnet. Die vertikale Strebe 51 ist über zwei Arme 53 mit der vertikal Strebe 49 des Grundkörpers 47 über Drehbuchsen 54 verschwenkbar verbunden. Das Verschwenken erfolgt über einen Hydraulikzylinder 55, der zwischen vertikal Strebe 49 und vertikal Strebe 51 angeordnet ist.
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Der Grundkörper 47 kann gegenüber der Basis 45 soweit verschoben werden, dass das Greifelement 43 ein im Raum 22 angeordnetes Rohr 11 greifen kann, dass auf dem Vorsprung 14 aufsteht, das dem rückseitigem Abschnitt 18 der Box 12 am nächsten liegt, ohne dass die vertikal Strebe 51 gegenüber der vertikal Strebe 49 des Grundkörpers 47 verschwenkt werden muss. Eine darüberhinausgehende Bewegung des Rohres beispielsweise durch den Durchgang 26 zum Wellcenter 104 hin, erfolgt dann durch Betätigung des Hydraulikzylinders 55, wodurch die vertikal Strebe 51 über die Arme 53 parallelogrammartig verschwenkt wird und so entsprechend zum Wellcenter 104 hin bewegt wird.
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Der obere Abschnitt 42 weist einen Grundkörper 56 auf, der auf den Streben 28, 29 des Führungselements 27 verfahrbar ist. Der Grundkörper 56 ist mit dem Halteelement 44 so verbunden, dass innerhalb des Grundkörpers 56 ein teleskopartig ausgeführter Vorschubskörper 57 vorgesehen ist. Der Vorschubskörper 57 weist dabei mehrere Teleskopabschnitte 58 auf. Das Halteelement 44 weist zwei Halteabschnitte 59 auf, die das Rohr 11 umschließen, so dass es gegenüber dem Halteelement 44 horizontal nicht mehr bewegbar ist. Die Halteabschnitte bilden im geschlossenen Zustand allerdings einen Raum 60, innerhalb dessen das Rohr 11 vertikal beweglich ist.
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Der untere Abschnitt 41 und der obere Abschnitt 42 bewegen sich entlang der Schienen 46 beziehungsweise des Führungselements 27 synchron. Dieses wird entweder durch eine mechanische Verbindung oder durch eine entsprechend vorgesehene Steuerung gewährleistet.
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In den 3a bis 9b wird der Ablauf der Entnahme eines Rohres 11 aus einer Box 12 eines Rohrlagers 10 und das Zuführen des Rohrs 11 zum Wellcenter 104 bezeigt. In 3a ist der Rohrmanipulator 40 so vor der Box 12 angeordnet, dass er das zu entnehmende Rohr 11 durch Verfahren des Grundkörpers 47 auf der Basis 45 des Rohrmanipulators 40 anfahren und dann mit dem Greifelement 43 greifen kann. In 3a ist die Startposition des unteren Abschnitts 41 des Rohrmanipulators 40 gezeigt. In 3b ist die Startposition des oberen Abschnitts 42 des Rohrmanipulators 40 gezeigt. Das Mittlere der drei in 3a und 3b angeordneten Rohre 11 soll dabei entnommen werden. Hierfür wird (4a und 4b) der Grundkörper 47 gegenüber der Basis 45 soweit verfahren, dass das Greifelement 43 das Rohr 11 greifen kann. Synchron wird dabei der obere Abschnitt 42 des Rohrmanipulators betätigt und das Halteelement 44 zum Rohr 11 hin verfahren. Hierfür wird der aus den Teleskopabschnitten 58 bestehende Vorschubkörper 57 gegenüber dem Grundkörper 56 verschoben und die Halteabschnitte 59 schließen sich um das Rohr 11. Anschließend wird das Rohr 11 durch Verfahren des Greifelements 43 auf der Vertikalstrebe 51 angehoben, so dass sich der untere Gewindeabschnitt 25 des Rohres 11 von dem Vorsprung 14 der Bodenplatte 13 der Box 12 löst. Anschließend wird, wie in 6a und 6b dargestellt ist, der Grundkörper 47 gegenüber der Basis und synchron dazu der Vorschubkörper 57 gegenüber dem Grundköper 56 verschoben beziehungsweise eingefahren, wodurch das Rohr 11 aus dem Raum 22 zwischen den fingerartigen Vorsprüngen 20 entnommen wird und in den Handhabungsraum 32 zwischen der offenen Seite 21 der Box 12 und der Strebe 28 des Führungselements 27 bewegt wird. Anschließend wird, wie in 7a und 7b dargestellt ist, der Rohrmanipulator 40 beziehungsweise dessen unterer Abschnitt 41 und oberer Abschnitt 42 horizontal entlang den Schienen 46 beziehungsweise Streben 28, 29 zum Durchgang 26 zwischen den Boxen 12 verschoben. Anschließend wird das Rohr 11 in Richtung des Wellcenters 104 durch den Durchgang 26 hindurch bewegt, indem zuerst der Grundkörper 47 gegenüber der Basis 45 verschoben wird (8) und anschließend die Vertikalstrebe 51 über Betätigung des Hydraulikzylinders 55 unter der Führung der Arme 53 parallelogrammartig zum Wellcenter 104 hin bewegt wird. Um dabei den unteren Gewindeabschnitt 25 gegenüber der Arbeitsplattform 101 in Höhe konstant zu halten, kann das Greifelement 43 gegenüber der Vertikalstrebe 51 entsprechend verschoben werden. Das Verschieben des Halteelements 44 des oberen Abschnitts 42 ist in 9b dargestellt. Dabei werden wiederum die Teleskopabschnitte 58 des Vorschubkörpers 57 gegenüber dem Grundkörper 56 ausgefahren. Die Bewegung erfolgt synchron mit der Bewegung des Greifelements 43.
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Im Bereich des Wellcenters 104 kann dann das Rohr an einen weiteren Rohrmanipulator übergeben werden, der das Rohr dem Verschrauben mit dem Bohrstrang und dem Topdrive 103 beziehungsweise dessen Elevator (nicht dargestellt) zuführt. Alternativ kann über entsprechendes Anordnen des Rohres im Wellcenter 104 das Rohr 11 auch direkt dem Elevator des TopDrives 103 zugeführt werden. Ist das Rohr 11 entweder an einem weiteren Rohrmanipulator oder den Elevator des Topdrives 103 übergeben, können das Greifelement 43 und das Halteelement 44 geöffnet werden und das Rohr entsprechend freigegeben werden.
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Soll das Rohr 11 am Wellcenter 104 übernommen und dem Rohrlager 10 zugeführt werden, wird das zuvor beschriebene Verfahren in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rohrlager
- 11
- Rohr
- 12
- Box
- 13
- Bodenplatte
- 14
- Vorsprung
- 15
- Gitterrahmen
- 16
- Seitenabschnitt
- 17
- Seitenabschnitt
- 18
- Rückseitiger Abschnitt
- 19
- Oberseite
- 20
- Vorsprung
- 21
- offene Seite
- 22
- Raum
- 23
- Vertiefung
- 24
- Gewindeabschnitt
- 25
- unterer Gewindeabschnitt
- 26
- Durchgang
- 27
- Führungselement
- 28
- Strebe
- 29
- Strebe
- 30
- Querstrebe
- 31
- Abstandshalter
- 32
- Handhabungsraum
- 33
- Anschlag
- 34
- Anordnungselement
- 40
- Rohrmanipulator
- 41
- Unterer Abschnitt
- 42
- Oberer Abschnitt
- 43
- Greifelement
- 44
- Halteelement
- 45
- Basis
- 46
- Schiene
- 47
- Grundkörper
- 48
- Bodenstrebe
- 49
- Vertikalstrebe
- 50
- Diagonalstrebe
- 51
- Vertikalstrebe
- 52
- Greifabschnitt
- 53
- Arm
- 54
- Drehbuchse
- 55
- Hydraulikzylinder
- 56
- Grundkörper
- 57
- Vorschubkörper
- 58
- Teleskopabschnitt
- 59
- Halteabschnitt
- 60
- Raum
- 100
- Bohranlage
- 101
- Arbeitsplattform
- 102
- Mast
- 103
- Topdrive
- 104
- Wellcenter
- 105
- Bohrplatz
- 106
- Catwalk
