DE102015215220A1

DE102015215220A1 - Device for introducing / discharging a pipe string into / from a borehole

Info

Publication number: DE102015215220A1
Application number: DE102015215220.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ennulat; Sebastian ZIEGLER
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Offenbart wird eine Vorrichtung (1) zum Einbringen/Ausbringen eines Rohrstrangs (2) in ein/aus einem Bohrloch (4) mit zumindest einer ersten Greifvorrichtung (10; 14) für das Greifen des Rohrstrangs (2) und zumindest einer ersten Antriebsvorrichtung (12;16) zum Einbringen/Ausbringen des Rohrstrangs (2) in das/aus dem Bohrloch (4), wobei die Greifvorrichtung (10; 14) und/oder die Antriebsvorrichtung (12; 16) jeweils mindestens einen Linearantrieb (10; 12; 14; 16) aufweisen.Disclosed is a device (1) for introducing / discharging a tubing string (2) into / from a borehole (4) with at least one first gripping device (10; 14) for gripping the tubing string (2) and at least one first drive device (12 16) for introducing / discharging the tubing string (2) into / from the wellbore (4), wherein the gripping device (10; 14) and / or the drive device (12; 16) each comprise at least one linear drive (10; 12; 14 16).

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen/Ausbringen eines flexiblen Rohrstrangs in ein/aus einem Bohrloch gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. The present invention relates to a device for introducing / delivering a flexible pipe string into / from a well according to the preamble of claim 1.

Spulenförmige Rohrstrangeinführer, sogenannte coiled tubing injectors, werden verwendet, um flexible Endlosrohrstränge in ein Bohrloch einzuführen bzw. aus einem Bohrloch auszubringen. Dabei weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Rohrstrangeinführer zwei gegenläufig rotierende Ketten auf, deren Kettenglieder mit Greifvorrichtungen ausgestattet sind, die mit dem Rohrstrang in Eingriff gehen und diesen in Einbring- bzw. Ausbringrichtung bewegen. Dabei sind die gegenläufig rotierenden Kettenantriebe in einem Bereich neben dem Rohrstrang als gerade sich linear in eine gemeinsame Richtung bewegende Schub- bzw. Zugvorrichtung ausgebildet. Coiled tubing injectors are used to introduce flexible continuous tubing strands into or out of a wellbore. In this case, known from the prior art Rohrstrangeinführer on two counter-rotating chains, the chain links are equipped with gripping devices that go into engagement with the tubing and move it in the introduction or dispensing direction. In this case, the counter-rotating chain drives are formed in a region next to the pipe string as straight pushing or pulling device moving linearly in a common direction.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die Antriebsritzel und Stützrollen für die Kette von Lagern getragen werden, deren Lebensdauer verringert ist, da die Lager oftmals außerhalb der optimalen Betriebsbedingungen arbeiten. Grund dafür ist der Betrieb der Kette mit stark wechselnden Geschwindigkeiten als auch das mit diesen Geschwindigkeitswechseln einhergehende Problem, einen Schmierfilm optimal in dem Lager auszubilden. So sind die Schmiermittelanforderungen an ein langsam drehendes Lager sehr unterschiedlich zu einem schnell drehenden Lager und können beide gleichzeitig nur schwer zufriedengestellt werden. A disadvantage of this method, however, is that the drive pinion and support rollers are supported for the chain of bearings whose life is reduced because the bearings often operate outside the optimal operating conditions. The reason for this is the operation of the chain with rapidly changing speeds as well as the problem associated with these speed changes to optimally form a lubricating film in the bearing. Thus, the lubricant requirements for a slowly rotating bearing are very different from a fast rotating bearing and both can be difficult to satisfy at the same time.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Einbringen bzw. Ausbringen eines Rohrstrangs in ein bzw. aus einem Bohrloch bereitzustellen, die sowohl bei langsamen als auch schnellen Betriebsgeschwindigkeiten nachteillos einsetzbar ist. Object of the present invention is therefore to provide a device for introducing or deploying a pipe string in or out of a well, which is disadvantageous in both slow and fast operating speeds.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by a device according to claim 1.

Im Folgenden wird eine Vorrichtung zum Einbringen/Ausbringen eines Rohrstrangs in ein/aus einem Bohrloch mit zumindest einer Greifvorrichtung für das Greifen des Rohrstrangs und zumindest einer ersten Antriebsvorrichtung zum Einbringen/Ausbringen des Rohrstrangs in das/aus dem Bohrloch vorgestellt. Statt der aus dem Stand der Technik bekannten gegenläufigen Kettenantriebe, weist die Vorrichtung als Greifvorrichtung und/oder als Antriebsvorrichtung jeweils mindestens einen Linearantrieb auf. Dadurch kann auf die aus dem Stand der Technik bekannten Lager der Kettenantriebsritzel und -stützrollen verzichtet werden, so dass die Lebensdauer der Rohrstrangeinbringungsvorrichtung deutlich erhöht ist. Des Weiteren kann durch die Linearlager eine Einbringvorrichtung bereitgestellt werden, die aufgrund der geringeren Anzahl der Einzelkomponenten weniger wartungsintensiv ist und die schneller ausgetauscht werden kann. Der modulare Aufbau mit einzelnen Linearantrieben erlaubt somit ein schnelles und einfaches Ersetzen der zu reparierenden Elemente. Des Weiteren kann über die Linearantriebe ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hydrauliksystem zum Kraftbeaufschlagen des Rohrstrangs in Einführrichtung ersetzt werden, wodurch Risiken für die Umwelt und die Menschen reduziert werden. Die Linearantriebe haben weiterhin den Vorteil, dass sie sowohl bei langsamen Geschwindigkeiten als auch hohen Geschwindigkeiten gleichermaßen arbeiten können, so dass der Verschleiß verringert wird. In the following, an apparatus for introducing / discharging a tubing string into / from a wellbore with at least one gripping device for gripping the tubing string and at least one first drive device for introducing / discharging the tubing string into / from the wellbore is presented. Instead of the known from the prior art counter-rotating chain drives, the device as a gripping device and / or as a drive device in each case at least one linear drive. As a result, the known from the prior art bearings of the chain drive pinion and support rollers can be omitted, so that the life of the Rohrstrangeinbringungsvorrichtung is significantly increased. Furthermore, can be provided by the linear bearings an introduction device, which is less maintenance-intensive due to the smaller number of individual components and can be replaced faster. The modular design with individual linear drives thus allows a quick and easy replacement of the elements to be repaired. Furthermore, a known from the prior art hydraulic system for applying force to the tubing in the insertion direction can be replaced on the linear actuators, thereby reducing risks to the environment and people are reduced. The linear drives also have the advantage that they can work equally well both at slow speeds and high speeds, so that the wear is reduced.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel arbeitet der mindestens eine Linearantrieb der Greifvorrichtung in Richtung Rohrstrang, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Einbring/Ausbringrichtung des Rohrstrangs. Dagegen arbeitet der Linearantrieb der Antriebsvorrichtung in Einbring-/Ausbringrichtung des Rohrstrangs. Dadurch kann der Rohrstrang sicher von der Greifvorrichtung festgehalten werden, während er gleichzeitig mithilfe des Linearantriebs der Antriebsvorrichtung in das/aus dem Bohrloch eingebracht/ausgebracht wird. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die Greifvorrichtung und/oder die Antriebsvorrichtung jeweils zwei einander gegenüberliegende Linearantriebe aufweisen, wodurch ein besonders sicheres Greifen des Rohrstrangs bereitgestellt werden kann. Die paarweise Anordnung des Linearantriebs der Antriebsvorrichtung dagegen sorgt für eine gleichmäßige Einbring/Ausbringbewegung, ohne dass Scherkräfte zu einem Verklemmen des Rohrstrang in dem Bohrloch führen können. According to an advantageous embodiment, the at least one linear drive of the gripping device works in the direction of the pipe string, preferably substantially perpendicular to an insertion / removal direction of the pipe string. In contrast, the linear drive of the drive device operates in the introduction / Ausbringrichtung the pipe string. Thereby, the tubing string can be securely held by the gripping device, while at the same time being introduced / deployed into / from the borehole by means of the linear drive of the drive device. It is particularly preferred if the gripping device and / or the drive device in each case have two mutually opposite linear drives, whereby a particularly secure gripping of the tubing string can be provided. The paired arrangement of the linear drive of the drive device, however, ensures a uniform insertion / Ausbringbewegung without shear forces can lead to jamming of the tubing string in the borehole.

Gemäß einem weiterhin vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist zumindest einer der Linearantriebe als vorzugsweise elektrisch betriebener Gewindetrieb, insbesondere als Planetenrollenantrieb ausgebildet. Derartige Linearantriebe sind zum einen dazu ausgelegt, hohe Lasten zu bewegen, zum anderen können sie sowohl langsame als auch schnelle Bewegungen realisieren, ohne Einbußen bei der Betriebsfähigkeit oder dem Verschleiß hinnehmen zu müssen. Weiterhin können derartige Gewindetriebe elektrisch betrieben werden, was zu einem Ersatz der im Stand der Technik für den Antrieb der Hydraulik notwendigen Dieselmotoren führt. Dadurch kann eine emissionsarme Vorrichtung bereitgestellt werden, die zudem geräuscharm arbeitet. According to a further advantageous embodiment, at least one of the linear drives is designed as a preferably electrically operated screw drive, in particular as a planetary roller drive. Such linear drives are designed for one thing to move high loads, on the other hand, they can realize both slow and fast movements, without having to accept losses in operability or wear. Furthermore, such screw drives can be operated electrically, which leads to a replacement of the diesel engines necessary in the prior art for driving the hydraulics. As a result, a low-emission device can be provided, which also operates quietly.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Linearantrieb der Antriebsvorrichtung ein in Einbring-/Ausbringrichtung feststehendes erstes Element, insbesondere eine Gewindetriebmutter und ein zu dem ersten Element im Wesentlichen in Einbring-/Ausbringrichtung bewegbares zweites Element, insbesondere eine Gewindespindel auf. Zudem weist auch der Linearantrieb der Greifvorrichtung ein in Richtung Rohrstrang feststehendes erstes Element, insbesondere eine Gewindetriebmutter und ein in Richtung Rohrstrang relativ zu dem ersten Element bewegbares Greifelement, insbesondere eine Gewindespindel auf. According to a further advantageous embodiment, the linear drive of the drive device has a fixed in the insertion / Ausbringrichtung first element, in particular a screw nut and a to the first element in Substantially movable in the introduction / dispensing direction second element, in particular a threaded spindle. In addition, the linear drive of the gripping device also has a first element fixed in the direction of the pipe string, in particular a threaded nut and a gripping element movable in the direction of the pipe string relative to the first element, in particular a threaded spindle.

Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn mindestens ein elektrisch betriebener Gewindetrieb eine Gewindetriebmutter, eine in der Gewindetriebmutter drehend gelagerte Gewindespindel und einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor aufweist, wobei der Rotor mit der Gewindetriebmutter des Gewindetriebs verbunden ist. Dadurch kann die rotatorische Bewegung des Elektromotors über die Gewindetriebmutter direkt in eine translatorische Bewegung der Gewindespindel übersetzt werden, wobei die translatorische Bewegung wiederum für das Greifen des Rohrstrangs bzw. das Einbringen/Ausbringen des Rohrstrangs verwendet wird. It is particularly preferred if at least one electrically operated screw drive has a threaded nut, a threaded spindle rotatably mounted in the threaded nut and an electric motor with a stator and a rotor, wherein the rotor is connected to the threaded nut of the screw drive. Thereby, the rotational movement of the electric motor can be translated via the screw nut directly into a translational movement of the threaded spindle, wherein the translational movement is in turn used for gripping the pipe string or the introduction / discharge of the tubing.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Trägereinheit aufweist, die in Einbring-/Ausbringrichtung bewegbar ist und das erste Element, insbesondere den Elektromotor mit einem mit der Gewindetriebmutter wirkverbundenen Rotor, des Linearantriebs der Greifvorrichtung trägt und die mit dem zweiten Element, insbesondere der Gewindespindel, des Linearantriebs des Antriebselements wirkverbunden ist. Durch das Trägerelement kann eine Synchronisierung der Linearantriebe der Antriebseinrichtung erreicht werden, wodurch ein klemmfreies Bewegen des Rohrstrangs in dem Bohrloch ermöglicht wird. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, den Linearantrieb, insbesondere die Gewindespindel der Antriebsvorrichtung direkt mit dem Elektromotor, d. h. dem feststehenden Element der Greifvorrichtung zu koppeln, wobei die Synchronisation dann beispielsweise über entsprechend vorhandene Steuergeräte bereitgestellt wird. It is furthermore advantageous if the device has a carrier unit which is movable in the introduction / dispensing direction and which carries the first element, in particular the electric motor with a rotor operatively connected to the threaded nut, of the linear drive of the gripping device and with the second element, in particular the threaded spindle , the linear drive of the drive element is operatively connected. By the support member, a synchronization of the linear drives of the drive means can be achieved, whereby a jam-free movement of the tubing string is made possible in the wellbore. Of course, it is also possible, the linear drive, in particular the threaded spindle of the drive device directly to the electric motor, d. H. to couple the fixed element of the gripping device, wherein the synchronization is then provided, for example via corresponding existing control devices.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Greifelement des Linearantriebs der Greifvorrichtung einen Greifschuh auf, der dazu ausgelegt ist, mit dem Rohrstrang kraftschlüssig in Eingriff zu gehen. Derartige Greifschuhe verbessern den Halt der Greifvorrichtung an dem Rohrstrang und sorgen so für eine sichere aber beschädigungsfreie Fixierung des Rohrstrangs in der Greifvorrichtung. Dabei sind insbesondere Greifschuhe vorteilhaft, die eine möglichst hohe Kontaktreibung zwischen Rohrstrang und Greifschuh herstellen, so dass bei der nachfolgenden Bewegung in Einbring-/Ausbringrichtung der Rohrstrang nicht durch die Greifschuhe der Greifvorrichtung rutscht. Um eine Beschädigung zu verhindern, kann der Greifschuh weiterhin elastische Elemente, wie beispielsweise Federn, aufweisen, die für eine sichere aber beschädigungsfreie, kraftschlüssige Verbindung zwischen Greifschuh und Rohrstrang sorgen. According to a further advantageous embodiment, the gripping element of the linear drive of the gripping device on a gripper shoe which is adapted to frictionally engage with the pipe string. Such gripping shoes improve the grip of the gripping device on the pipe string and thus ensure a secure but damage-free fixation of the pipe string in the gripping device. In particular, gripping shoes are advantageous, which produce the highest possible contact friction between the tubing string and the gripper shoe, so that during the subsequent movement in the introduction / dispensing direction the tubing string does not slip through the gripper shoes of the gripping device. In order to prevent damage, the gripper shoe may further comprise elastic elements, such as springs, which ensure a secure but damage-free, non-positive connection between gripper shoe and pipe string.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zumindest ein erstes und ein zweites Greif-/Antriebssystem auf, die jeweils mindestens eine Greifvorrichtung und eine Antriebsvorrichtung umfassen, wobei die Greif-/Antriebssysteme in Einbring-/Ausbringrichtung übereinander angeordnet sind. Dadurch kann die auf den Rohrstrang ausgeübte Einbring-/Ausbringkraft erhöht oder eine kontinuierliche Rohstrangbewegung bereitgestellt werden. Dazu werden vorzugsweise die Linearantriebe der Greifvorrichtungen und die Linearantriebe der Antriebsvorrichtungen parallel und/oder sequentiell mittels eines Steuergeräts angesteuert. According to a further advantageous embodiment, the device comprises at least a first and a second gripping / drive system, each comprising at least one gripping device and a drive device, wherein the gripping / drive systems are arranged in the introduction / Ausbringrichtung one above the other. Thereby, the application / application force exerted on the pipe string can be increased or a continuous raw strand movement can be provided. For this purpose, preferably the linear drives of the gripping devices and the linear drives of the drive devices are controlled in parallel and / or sequentially by means of a control device.

Um beispielsweise eine kontinuierliche Einbringbewegung des Rohrstrangs bereitzustellen, ist das Steuergerät, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, dazu ausgelegt, die übereinander angeordneten Greif-/Antriebssysteme alternierend anzusteuern, so dass immer eines der Greif-/Antriebssysteme mit dem Rohrstrang in Eingriff ist und diesen in Einbring-/Ausbringrichtung bewegt. Soll dagegen die Einbring-/Ausbringkraft erhöht werden, können die Greif-/Antriebssysteme gleichzeitig angesteuert werden, so dass sie zusammenarbeiten. To provide, for example, a continuous insertion movement of the pipe string, the control unit, as another advantageous embodiment shows, designed to control the stacked gripping / drive systems alternately, so that always one of the gripping / drive systems with the pipe string is engaged and this moved in the introduction / application direction. If, on the other hand, the introduction / application force is to be increased, the gripping / drive systems can be activated simultaneously so that they work together.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können. Further advantages and advantageous embodiments are specified in the claims, the description and the drawings. In particular, the combinations of features given in the description and in the drawings are purely exemplary, so that the features can also be present individually or otherwise combined.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert. In the following, the invention will be described in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings. Here, the embodiments and the combinations shown in the embodiments are purely exemplary and are not intended to define the scope of the invention. This is defined solely by the appended claims.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einbringen/Ausbringen eines Rohrstrangs in ein/aus einem Bohrloch; und 1 a schematic representation of a device for introducing / discharging a pipe string in / from a borehole; and

2 eine schematische Grafik eines Ansteuermusters der in 1 dargestellten Linearantriebe. 2 a schematic diagram of a drive pattern of in 1 illustrated linear actuators.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In the following, the same or functionally equivalent elements are identified with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Einführen eines Rohrstrangs 2 in ein Bohrloch 4. Dabei weist die Vorrichtung 1 ein erstes Greif-/Antriebssystem 6 und ein zweites Greif-/Antriebssystem 8 auf, die übereinander angeordnet sind. Jedes dieser Greif-/Antriebssysteme 6, 8 wiederum weist eine Greifvorrichtung 10, 14 und eine Antriebsvorrichtung 12, 16 auf, die jeweils mindestens zwei einander gegenüberliegenden Linearantrieben 10-1, 10-2; 12-1, 12-2; 14-1, 14-2; 16-1, 16-2 umfassen. Selbstverständlich können auch mehr oder weniger Linearantriebe pro Greif-/Antriebssystem 6, 8 vorgesehen sein. 1 schematically shows a device 1 for introducing a pipe string 2 in a borehole 4 , In this case, the device 1 a first gripping / driving system 6 and a second gripping / driving system 8th on, which are arranged one above the other. Each of these gripping / drive systems 6 . 8th in turn has a gripping device 10 . 14 and a drive device 12 . 16 on, each at least two opposing linear drives 10-1 . 10-2 ; 12-1 . 12-2 ; 14-1 . 14-2 ; 16-1 . 16-2 include. Of course, more or less linear drives per gripping / drive system 6 . 8th be provided.

Die in 1 dargestellten Linearantriebe der Greifvorrichtungen 10, 14 sind als elektrisch betriebene Gewindetriebe ausgebildet und weisen eine Gewindetriebmutter 20 und eine Gewindespindel 22 auf. Analog weisen auch die Linearantriebe 12; 16 der Antriebsvorrichtungen eine Gewindetriebmutter 24 und eine Gewindespindel 26 auf. Dabei werden die Gewindetriebmuttern 20, 24 üblicherweise mit einem Rotor einer Elektromaschine 28 angetrieben. Bei Drehung des Rotors der elektrischen Maschine 28 werden die Gewindetriebmuttern 20, 24 in Rotation versetzt, wodurch wiederum, wie bei Gewindetrieben bekannt, die Rotation der Gewindetriebmuttern 20, 24 eine translatorische Bewegung der Gewindespindel 22, 26 bedingt. Das bedeutet gleichzeitig, dass sich die Greifvorrichtungen 10, 14 in X-Richtung des Rohrstrangs 2 bewegen (siehe Pfeil X), während die Gewindespindel 22, 26 der Antriebsvorrichtungen 12, 16 sich in Einbring-/Ausbringrichtung Y des Rohrstrangs bewegen. In the 1 shown linear drives the gripping devices 10 . 14 are designed as electrically operated screw drives and have a threaded nut 20 and a threaded spindle 22 on. Analog also point the linear drives 12 ; 16 the drive devices a threaded nut 24 and a threaded spindle 26 on. This will be the screw nuts 20 . 24 usually with a rotor of an electric machine 28 driven. Upon rotation of the rotor of the electric machine 28 become the screw nuts 20 . 24 rotated, which in turn, as known in screw drives, the rotation of the screw nuts 20 . 24 a translational movement of the threaded spindle 22 . 26 conditionally. This means at the same time that the gripping devices 10 . 14 in the X direction of the pipe string 2 move (see arrow X) while the threaded spindle 22 . 26 the drive devices 12 . 16 to move in the introduction / Ausbringrichtung Y of the tubing.

Dabei sind an den Gewindespindeln 22, 26 der Greifvorrichtungen 10, 14 Greifelemente, vorzugsweise in Form von Greifschuhen 30, angeordnet, die in kraftschlüssigen Eingriff mit dem Rohrstrang 2 gehen und dazu ausgelegt sind, den Rohrstrang 2 zwischen sich beschädigungsfrei festzulegen. Ist der Rohrstrang 2 nun zwischen den Greifschuhen 30 festgelegt, kann mithilfe der Antriebsvorrichtungen 12, 16 eine Bewegung in Einbring-/Ausbringrichtung Y des Rohrstrangs 2 ausgeführt werden. Dazu wird wiederum der Elektromotor 28 der Antriebsvorrichtungen 12, 16 bestromt, so dass sich die Gewindetriebmuttern 24 der Antriebsvorrichtungen 12, 16 drehen und so eine translatorische Bewegung der Gewindespindeln 26 der Antriebsvorrichtungen 12, 16 in Einbring-/Ausbringrichtung ermöglichen. Here are the threaded spindles 22 . 26 the gripping devices 10 . 14 Gripping elements, preferably in the form of grip shoes 30 , arranged in frictional engagement with the tubing 2 go and are designed to the tubing 2 between them without damage. Is the tubing string 2 now between the grab shoes 30 can be set using the drive devices 12 . 16 a movement in the introduction / Ausbringrichtung Y of the pipe string 2 be executed. This in turn is the electric motor 28 the drive devices 12 . 16 energized, so that the screw nuts 24 the drive devices 12 . 16 rotate and so a translational movement of the threaded spindles 26 the drive devices 12 . 16 allow in Einbring- / Ausbringrichtung.

Wie weiterhin in 1 dargestellt, wirken dabei die Gewindespindeln 26 der Antriebseinrichtungen 12, 16 auf die feststehenden Elemente, insbesondere den Elektromotor 28, der Greifvorrichtungen 10, 14. Dazu sind, wie dargestellt, Trägereinheiten 32 vorgesehen, auf denen die Elektromotoren 28 der Greifvorrichtungen 10, 14 fest montiert sind. Ebenfalls sind an der Trägereinheit 32 die Gewindespindeln 22, 26 festgelegt, so dass bei Bewegung der Gewindespindeln 22, 26 gleichzeitig die gesamte Trägereinheit 32 und damit die von ihr getragenen Greifvorrichtungen 10, 14 bewegt werden. As continues in 1 shown, thereby acting the threaded spindles 26 the drive devices 12 . 16 on the fixed elements, in particular the electric motor 28 , the gripping devices 10 . 14 , These are, as shown, carrier units 32 provided on which the electric motors 28 the gripping devices 10 . 14 are firmly mounted. Also on the carrier unit 32 the threaded spindles 22 . 26 set, so that when moving the threaded spindles 22 . 26 at the same time the entire carrier unit 32 and thus the gripping devices carried by it 10 . 14 to be moved.

Da die Greifschuhe 30 kraftschlüssig den Rohrstrang 2 umfassen, wird durch diese translatorische Bewegung der Trägereinheit 32 bzw. der Gewindespindeln 22, 26 der Rohrstrang 2 in Einbring- bzw. Ausbringrichtung Y bewegt. Because the gripper shoes 30 force fit the pipe string 2 comprise, by this translational movement of the carrier unit 32 or the threaded spindles 22 . 26 the pipe string 2 moved in the introduction or dispensing Y.

Dabei können die Greif-/Antriebssysteme 6, 8 mittels eines nicht dargestellten Steuergeräts derart angesteuert werden, dass sie parallel, also gleichzeitig greifen und sich in Einbring-/Ausbringrichtung Y bewegen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Systeme 6, 8 sequentiell arbeiten, um ein kontinuierliches Einbringen bzw. Ausbringen des Rohrstrangs 2 in das/aus dem Bohrloch 4 zu ermöglichen. The gripping / drive systems can do this 6 . 8th be controlled by a control device, not shown in such a way that they engage in parallel, ie simultaneously and move in the introduction / Ausbringrichtung Y. However, it is also possible that the systems 6 . 8th work sequentially to a continuous introduction or deployment of the pipe string 2 into / out of the borehole 4 to enable.

2 zeigt ein entsprechendes Diagramm der Ansteuerung für die Greif-/Antriebssysteme 6, 8 für eine kontinuierliche Bewegung des Rohrstrangs 2. Wie dem Diagramm von 2 zu entnehmen ist, ist auf der X-Achse die Zeit t aufgetragen, während die Y-Achse die jeweiligen Positionen der Gewindespindeln 22, 26 in den Gewindetriebmuttern 20, 24 beschreibt. Dabei bedeutet die Position 0 auf der Y-Achse den komplett eingefahrenen Zustand, während die Position 1 den komplett ausgefahrenen Zustand beschreibt. Wie weiterhin 2 zu entnehmen ist, sind die Graphen 34, 36, 38, 40 der Systeme 6, 8 übereinander angeordnet, wobei jeweils die unteren Graphen 34, 38 den Greifvorrichtungen 10, 14 und die oberen Graphen 36, 40 der Antriebsvorrichtungen 12, 16 zugeordnet sind. 2 shows a corresponding diagram of the control for the gripping / drive systems 6 . 8th for a continuous movement of the pipe string 2 , Like the diagram of 2 can be seen, the time t is plotted on the X-axis, while the Y-axis, the respective positions of the threaded spindles 22 . 26 in the threaded nuts 20 . 24 describes. The position 0 on the Y-axis means the completely retracted state, while the position 1 describes the fully extended state. As before 2 it can be seen are the graphs 34 . 36 . 38 . 40 of the systems 6 . 8th arranged one above the other, in each case the lower graphs 34 . 38 the gripping devices 10 . 14 and the top graphs 36 . 40 the drive devices 12 . 16 assigned.

Startet man beim Zeitpunkt t₀, so kann man den Graphen 34, 36 entnehmen, dass das Greif-/Antriebssystem 6 gerade mit seinem Zyklus beginnt, während das Greif-/Antriebssystem 8 mitten in einem Zyklus steht. Betrachtet man den Graph 36 des Greif-/Antriebssystems 6, so sieht man weiterhin, dass die Antriebsvorrichtung 12 zum Zeitpunkt t₀ vollkommen ausgefahren ist, während dem Graph 34 zu entnehmen ist, dass die Greifvorrichtung 10 vollkommen eingefahren ist. Nun wird bis zu einem Zeitpunkt t₁ die Greifvorrichtung 10 zugestellt, so dass sie den Rohrstrang 2 kraftschlüssig umgreift. Währenddessen bewegt sich die Antriebseinheit 12 in Richtung des eingefahrenen Zustands 0, da sich gleichermaßen auch der Rohrstrang 2 bewegt, wie den Graphen 38, 40 des Greif-/Antriebssystems 8 zu entnehmen ist. Hier ist bis zu einem Zeitpunkt t₁ die Greifvorrichtung 14 in kraftschlüssigem Eingriff mit dem Rohrstrang 2, der wiederum mittels der Antriebsvorrichtung 16 in das Bohrloch 4 hinein bewegt wird. Die Greifeinrichtung 10 des Greif-/Antriebssystems 6 ist dagegen zu einem Zeitpunkt t₁ in kraftschlüssigem Eingriff mit dem Rohrstrang 2 und kann erst dann den Rohrstrang 2 in Richtung Bohrloch 4 mithilfe der Antriebsvorrichtung 12 bewegen. Dadurch kann gleichzeitig zum Zeitpunkt t₁ der kraftschlüssige Eingriff der Greifvorrichtung 14 des Greif-/Antriebssystems 8 gelöst werden und ist zu einem Zeitpunkt t₂ vollständig von dem Rohrstrang 2 entfernt. Gleichzeitig hat auch zum Zeitpunkt t₂ die Antriebsvorrichtung 16 des Greif-/Antriebssystem 8 ihren maximal eingefahrenen Zustand 0 erreicht. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ wird das Greif-/Antriebssystem 8 wieder in seine Ursprungs- bzw. Ausgangssituation verfahren, so dass das Greif-/Antriebssystem 8 zu Zeitpunkt t₃ in der gleichen Position ist wie das Greif-/Antriebssystem 6 zum Zeitpunkt t₀. So gilt ab dem Zeitpunkt t₃ für das Greif-/Antriebssystem 8, das was für das Greif-/Antriebssystem 6 zum Zeitpunkt t₀ oben beschrieben wurde, während sich das Greif-/Antriebssystem 6 in der analogen Position des Greif-/Antriebssystems 8 zum Zeitpunkt t₀ befindet. Demnach hat zu einem Zeitpunkt t₄ die Greifvorrichtung 14 des Greif-/Antriebssystems 8 ihren vollen Reibkontakt mit dem Rohrstrang 2 ausgebildet, so dass die Greifvorrichtung 10 des Greif-/Antriebssystems 6 zum Zeitpunkt t₄ ihren Eingriff lösen kann, bis das Greif-/Antriebssystem 6 bei einem Zeitpunkt t₅ in der maximal eingefahrenen Stellung ist. Während dieser maximal eingefahrenen Stellung zwischen t₅ und t₆ wird der Rohrstrang 2 lediglich über das Greif-/Antriebssystem 8 bewegt, während sich das Greif-/Antriebssystem 6 in seine Ausgangsposition zum Zeitpunkt t₆ zurückbewegt. Zum Zeitpunkt t₆ ist nun die gleiche Position des Greif-/Antriebssystems 6 wie zum Zeitpunkt t₀ erreicht und ein Ansteuerzyklus abgeschlossen. Der Ansteuerzyklus des Greif-/Antriebssystems 8 dagegen geht vom Zeitpunkt t₃ bis zum Zeitpunkt t₉. If you start at the time t ₀ , then you can use the graph 34 . 36 See that the gripping / drive system 6 just begins with its cycle while the gripping / driving system 8th in the middle of a cycle. Looking at the graph 36 of the gripping / drive system 6 , so you continue to see that the drive device 12 is fully extended at time t ₀ , during the graph 34 it can be seen that the gripping device 10 is completely retracted. Now, until a time t _1, the gripping device 10 delivered so that they the tubing 2 positively engages around. Meanwhile, the drive unit moves 12 in the direction of the retracted state 0, since equally the pipe string 2 moves, like the graph 38 . 40 of the gripping / drive system 8th can be seen. Here is up to a time t _1, the gripping device 14 in frictional engagement with the pipe string 2 in turn, by means of the drive device 16 in the borehole 4 is moved into it. The gripping device 10 of the gripping / drive system 6 is in contrast at a time t ₁ in frictional engagement with the pipe string 2 and only then can the tubing string 2 towards the borehole 4 using the drive device 12 move. As a result, at the same time at the time t _1, the non-positive engagement of the gripping device 14 of the gripping / drive system 8th be solved and is at a time t ₂ completely off the pipe string 2 away. At the same time, at the time t _2, the drive device 16 of the gripping / drive system 8th reached their maximum retracted state 0. Between the times t ₂ and t ₃ , the gripping / drive system 8th moved back to its original or initial situation, so that the gripping / drive system 8th at time t _{3 is} in the same position as the gripping / driving system 6 at time t ₀ . So applies from the time t ₃ for the gripping / drive system 8th What the gripping / driving system 6 at the time t ₀ described above, while the gripping / driving system 6 in the analog position of the gripper / drive system 8th is located at time t ₀ . Accordingly, at a time t _4, the gripping device 14 of the gripping / drive system 8th their full frictional contact with the pipe string 2 formed, so that the gripping device 10 of the gripping / drive system 6 at the time t ₄ can solve their engagement until the gripping / driving system 6 at a time t ₅ in the maximum retracted position. During this maximum retracted position between t ₅ and t ₆ , the tubing string 2 only via the gripping / drive system 8th moves while the gripping / driving system 6 moved back to its original position at time t ₆ . At time t ₆ is now the same position of the gripper / drive system 6 as reached at time t ₀ and completed a drive cycle. The drive cycle of the gripping / drive system 8th on the other hand, from time t ₃ to time t ₉ .

Da, wie der 2 zu entnehmen, der Rohrstrang 2 immer entweder von dem Greif-/Antriebssystem 6 oder dem Greif-/Antriebssystem 8 in Eingriffsrichtung bewegt wird, kann der Rohrstrang 2 kontinuierlich in das Bohrloch 4 eingebracht werden. Soll der Rohrstrang 2 aus dem Bohrloch 4 ausgebracht werden, so wird das gleiche Steuerprofil verwendet und lediglich die Zeit in rückwärtiger Richtung durchlaufen. There, like that 2 to remove the tubing 2 always either from the gripping / driving system 6 or the gripping / driving system 8th is moved in the direction of engagement, the tubing string 2 continuously in the borehole 4 be introduced. Should the pipe string 2 from the borehole 4 be applied, so the same control profile is used and only go through the time in the rearward direction.

Wie oben erwähnt, können die Greif-/Antriebssysteme 6; 8 selbstverständlich auch im Wesentlichen parallel arbeiten. Dies hat zwar keine kontinuierliche Bewegung des Rohrstrangs 2 zur Folge, ermöglicht jedoch bei hohen Lastanforderungen an die Bewegung des Rohrstrangs mehr Nachdruck. Dadurch kann insbesondere beim anfänglichen Einbringen des Rohrstrangs 2 in das Bohrloch 4 ein Anfangswiderstand leichter überwunden werden, ohne dafür die gesamte Vorrichtung 1 auf die hohe Belastung ausrichten zu müssen. As mentioned above, the gripping / driving systems 6 ; 8th of course also working in parallel. Although this has no continuous movement of the pipe string 2 As a result, but allows for high load requirements for the movement of the pipe string more emphasis. As a result, in particular during the initial introduction of the pipe string 2 in the borehole 4 an initial resistance can be overcome more easily, without the entire device 1 to align with the high load.

Wie insbesondere 1 zu entnehmen, ist die Vorrichtung 1 zudem modular aufgebaut, so dass die einzelnen Linearantriebe 10, 12, 14, 16, bzw. deren Elemente, leicht und schnell ausgetauscht werden können. Längere Standzeiten aufgrund von Reparaturen können somit vermieden werden. In particular 1 is the device 1 also modular, so that the individual linear drives 10 . 12 . 14 . 16 , or their elements, can be easily and quickly replaced. Longer service life due to repairs can thus be avoided.

Zusammenfassend kann durch die Ausgestaltung der Greif- und/oder Antriebsvorrichtung mit einem Linearantrieb sichergestellt werden, dass eine Einbringvorrichtung bereitgestellt wird, die auf die unterschiedlichsten Betriebsanforderungen problemlos reagieren kann. So kann hohen Belastungen durch eine im Wesentlichen parallele Ansteuerung Rechnung getragen werden, während die kontinuierliche, alternierende Ansteuerung für eine schnelle und effiziente Einbringung des Rohrstrangs in das Bohrloch sorgt. Da weiterhin das gesamte System elektrisch betrieben ist, ist mit der Erfindung außerdem eine Vorrichtung bereitgestellt, die weniger schädliche Emissionen aufweist, leiser arbeitet aber trotzdem eine hohe Effizienz an den Tag legen kann. Außerdem ermöglichen die Linearantriebe eine Vielzahl an unterschiedlichen Betriebsgeschwindigkeiten ohne dabei Kompromisse bei der Schmierung eingehen zu müssen, so dass auch dadurch die Lebensdauer der Einbringvorrichtung deutlich erhöht ist. In summary, it can be ensured by the design of the gripping and / or driving device with a linear drive, that a delivery device is provided, which can easily react to a wide variety of operating requirements. Thus, high loads can be accommodated by a substantially parallel control, while the continuous, alternating control ensures rapid and efficient introduction of the pipe string into the borehole. Furthermore, since the entire system is electrically powered, the invention also provides a device that has less harmful emissions but is quieter but still has high efficiency. In addition, the linear drives allow a variety of different operating speeds without having to compromise on the lubrication, so that also the life of the insertion device is significantly increased.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Vorrichtung zum Einbringen/Ausbringen eines Rohrstrangs Device for introducing / discharging a pipe string
2 2: Rohrstrang tubing
4 4: Bohrloch well
6 6: erstes Greif-/Antriebssystem first gripping / drive system
8 8th: zweites Greif-/Antriebssystem second gripping / drive system
10, 14 10, 14: Greifvorrichtung gripping device
12, 16 12, 16: Antriebsvorrichtung driving device
20, 24 20, 24: Gewindetriebmutter Screw nut
22, 26 22, 26: Gewindespindel screw
28 28: Elektromotor electric motor
30 30: Greifschuh gripper shoe
32 32: Trägereinheit support unit
34 34: Ansteuergraph der Greifvorrichtung 10 Control graph of the gripping device 10
36 36: Ansteuergraph der Antriebsvorrichtung 14 Control graph of the drive device 14
38 38: Ansteuergraph der Greifvorrichtung 12 Control graph of the gripping device 12
40 40: Ansteuergraph der Antriebsvorrichtung 16 Control graph of the drive device 16

Claims

Contraption ( 1 ) for introducing / discharging a pipe string ( 2 ) in a borehole ( 4 ) with at least one first gripping device ( 10 ; 14 ) for gripping the pipe string ( 2 ) and at least a first Drive device ( 12 ; 16 ) for introducing / discharging the pipe string ( 2 ) into / from the borehole ( 4 ), characterized in that the gripping device ( 10 ; 14 ) and / or the drive device ( 12 ; 16 ) at least one linear drive ( 10 ; 12 ; 14 ; 16 ) exhibit.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, wherein the at least one linear drive ( 10-1 ; 10-2 ; 14-1 ; 14-2 ) of the gripping device ( 10 ; 14 ) in the direction (X) pipe string ( 2 ), preferably substantially perpendicular to a feed / discharge direction (Y) of the pipe string ( 2 ), and / or the at least one linear drive ( 12-1 ; 12-2 ; 16-1 ; 16-2 ) of the drive device ( 12 ; 16 ) in the introduction / discharge direction (Y) of the pipe string ( 2 ) is working.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the linear drives ( 10 ; 12 ; 14 ; 16 ) as, preferably electrically operated, threaded drive, in particular as a planetary roller drive, is formed.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the linear drive ( 12-1 ; 12-2 ; 16-1 ; 16-2 ) of the drive device ( 12 ; 16 ) a first element (Y) fixed in the introduction / discharge direction ( 24 ), in particular a threaded nut ( 24 ), and one to the first element ( 24 ) second element which is movable substantially in the introduction / dispensing direction (Y) 26 ), in particular a threaded spindle ( 26 ), and the linear drive ( 10-1 ; 10-2 ; 14-1 ; 14-2 ) of the gripping device ( 10 . 14 ) a fixed in the direction (X) pipe string first element ( 20 ), in particular a threaded nut ( 20 ), and one in the direction of the pipe string (X), relative to the first element (FIG. 20 ), movable second element ( 22 ), in particular a threaded spindle ( 22 ), having.

Contraption ( 1 ) according to claim 3 and 4, wherein at least one electrically driven thread drive ( 10 ; 12 ; 14 ; 16 ) a screw nut ( 20 ; 24 ), one in the screw nut ( 20 ; 24 ) rotatably mounted threaded spindle ( 22 ; 26 ) and an electric motor ( 28 ) having a stator and a rotor, wherein the rotor with the threaded nut ( 20 ; 24 ) of the thread drive ( 10 ; 12 ; 14 ; 16 ) is operatively connected.

Contraption ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein the device ( 1 ) a carrier unit ( 32 ) which is movable in the insertion / Ausbringrichtung (Y) and the first element ( 20 ), in particular an electric motor ( 28 ) with one with a threaded nut ( 20 ) operatively connected rotor, the linear drive ( 10 ; 14 ) of the gripping device and that with the second element ( 26 ), in particular the threaded spindle ( 26 ), the linear drive ( 12 ; 16 ) of the drive element is operatively connected.

Contraption ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the second element ( 22 ) of the linear drive ( 10 ; 14 ) of the gripping device a gripping shoe ( 30 ) adapted to frictionally engage the tubing string.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the gripping device ( 10 ; 14 ) and the drive device ( 12 ; 16 ) at least two oppositely arranged linear drives ( 10-1 ; 10-2 ; 12-1 ; 12-2 ; 14-1 ; 14-2 ; 16-1 ; 16-2 ) exhibit.

Contraption ( 1 according to one of the preceding claims, wherein the device ( 1 ) at least one first gripping / driving system ( 6 ) and a second gripping / driving system ( 8th ) each having at least one gripping device ( 10 ; 14 ) and a drive device ( 12 ; 16 ), the gripping / driving systems ( 6 ; 8th ) are arranged one above the other in the introduction / discharge direction (Y).

Contraption ( 1 ) according to claim 9, wherein there is further provided a control device which controls the superimposed gripping and driving systems ( 6 ; 8th ) such that the gripping and driving systems ( 6 ; 8th ) alternately and / or simultaneously the tubing string ( 2 ) and move in the insertion / removal direction (Y).