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Einrichtung zum Handhaben und waagerechten Lagern von Tiefbohrgestängestücken
Die Erfinung betrifft eine Einrichtung zum Handhaben und waagerechten Lagern von
Tiefbohrgestängestücken mit einer im Bohrgerüst vorgesehenen, in senkrechter Richtung
beweglichen Hebeplattform zum Ziehen und Einfahren des Gestänges sowie mit einer
Vorrichtung zum An- und Losschrauben der Gestängestücke.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist am Fuß des Bohrgerüstes
ein schwenkbarer, kraftbetätigter Hebel vorgesehen, dessen äußeres Ende schwenkbar
mit einem langen Gestängestückträger verbunden ist, wobei ein Ende des Gestängestückträgers
auf Rollen in horizontaler Richtung geführt ist, so daß der Gestängestückträger
durch den kraftbetätigten Hebel nach aufwärts geneigt werden kann, um das obere
Ende des Gestängestückes über die Arbeitsplattform anzuheben und in eine Stellung
zu bringen, in der es dann von einem Hebezeug gehandhabt werden kann. Diese bekannte
Einrichtung weist den Mangel auf, daß die Handhabung der Gestängestücke zwischen
dem die Gestängestücke waagerecht aufnehmenden Stapelgestell und einer senkrechten
Stellung im oberen Teil des Bohrgerüstes, in welcher jedes Gestängestück z. B. durch
eine Hilfsvorrichtung mit dem Gestängestrang gekuppelt oder entkuppelt werden kann,
nicht selbsttätig erfolgt.
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Eine andere bekannte Einrichtung zum Tiefbohren ist so ausgebildet,
daß das Einfahren des Gestänges automatisch erfolgt. Diese Einrichtung ist mit einer
Handhabungseinrichtung für die Gestängestücke versehen, welche die horizontal gelagerten
Gestängestücke mittels eines Förderers aus einem Stapelgestell hochhebt und mittels
einer selbsttätigen überfÜhrungsvorrichtung um 90° in eine senkrechte Stellung dreht,
so daß eine selbsttätig arbeitende Kuppelvorrichtung daran angreifen kann. Während
des Ziehens des Gestänges arbeitet die Einrichtung umgekehrt. Diese Einrichtung
weist notwendigerweise eine beachtliche Größe auf und ist sehr aufwendig, da der
Förderer eine große Anzahl von Gestängestücken aus dem Stapelgestell entnimmt, welches
ein Teil des Bohrgerüstes bildet. Abgesehen davon, daß diese Einrichtung sehr aufwendig
ist, weist sie den Nachteil auf, daß sie nicht ohne weiteres an üblichen Bohrgerüsten
anbringbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Handhaben
und waagerechten Lagern von Tiefbohrgestängestücken zu schaffen, die verhältnismäßig
einfach im Aufbau und daher wirtschaftlich herstellbar ist. Weiterhin soll die Einrichtung
selbsttätig arbeiten und ohne weiteres an bestehenden Bohrgerüsten anbringbar sein.
Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Nähe der
Basis des Bohrgerüstes ein in die aufrechte und liegende Stellung mittels eines
Hubzylinders schwenkbarer Transportarm gelagert ist, dessen äußeres Ende mit Rohrgreifbacken
versehen ist, die in der aufrechten Stellung des Transportarmes ein vom Gestängestrang
losgeschraubtes Gestängestück aufnehmen oder zum Aufschrauben abgeben, während sie
in der liegenden Lage des Transportarmes ein Gestängestück an einen Stapelkran abgeben
oder von diesem aufnehmen, wobei der Stapelkrahn das Gestängestück in ein Stapelgestell
ablegt bzw. diesem entnimmt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist vorgesehen, daß der Stapelkran einen Stützarm aufweist, welcher durch einen
Hubzylinder in geneigte Stellungen beiderseits der Senkrechten schwenkbar ist, wobei
ein mit Rohrgreifbacken versehener Ausleger vorgesehen ist, welcher durch einen
Hubzylinder aufwärts und abwärts bewegbar ist.
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Hierbei können die Rohrgreifbacken an einer schwenkbaren Platte angeordnet
sein, welche zusammen mit dem Stützarm und dem Ausleger sowie mit Stangen und einem
Kniehebel zwei Parallelogramme
bildet, so daß die Platte unabhängig
- von den Schwenkbewegungen des Stützarmes und des Auslegers stets ihre Lage beibehält.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die Rohrschraubvorrichtung
einen Schwenkarm aufweist, der um eine zur Achse des Bohrgestänges versetzte senkrechte
Achse drehbar gelagert ist und mit Rohrgreifrollen versehen ist, deren Gestell an
dem äußeren Ende des- Schwenkarmes zur Ausführung einer Bewegung zwischen einer
Eingriffstellung koaxial zum Rohrgestängeschrank und einer Lage koaxial zu den Greifbacken
des Transportarmes um eine senkrechte Achse drehbar gelagert ist, wobei das Gestell
zusätzlich zur Bewegung des Schwenkarmes und in Abhängigkeit von dieser Bewegung
über Scheiben mittels eines Riemen- oder Kettentriebes gedreht wird. Hierbei ist
es zweckmäßig, daß von den Rohrgreifrollen eine Rolle angetrieben und am äußeren
Ende des Schwenkarmes um eine senkrechte Achse umläuft und zwei Rollen, die auf
kraftbetätigten Schwenkhebeln angeordnet sind, nicht angetrieben werden.
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In den Zeichnungen wird ein Bohrgerüst mit der zugeordneten Stapelvorrichtung,
die gemäß der Erfindung ausgelegt ist, gezeigt: Fig. 1 ist eine Seitenansicht des
Bohrgerüstes und der Stapelvorrichtung; Fig. 2 ist eine Vorderansicht der Stapelvorrichtung
allein bei Blickrichtung von links in Fig. 1; Fig. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht
der Rohrschraubvorrichtung, die im oberen Teil der Fig. 1 gezeigt ist; Fig.4 ist
eine Einzeldarstellung der Rohrgreiferbacken an dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Transportarm;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilzeichnung des freien Endes des in Fig. 1 gezeigten
Stapelarmes.
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Die in Fig. 1 gezeigte Anlage besteht aus einem senkrecht auf einer
Grundplatte 11 stehenden Bohrgerüst 10, wobei die Grundplatte 11 auf dem Untergrund
12 ruht. Auf dem Bohrgerüst 10 werden zur Bewegung auf einer gemeinsamen
senkrechten Achse zwei übereinander angeordnete Hebeplattformen 13 und 14 durch
hydraulische Hebevorrichtungen geführt. Es ist nur eine von zwei Hebevorrichtungen
15 zum Aufzugbetrieb für die Plattform 13 dargestellt, während die beiden Hebevorrichtungen
zum Betrieb der unteren Hebeplattform 14 ganz ausgelassen ist, um eine klarere Darstellung
der Stapelvorrichtung zu erhalten. Da die Hebevorrichtung 15 an sich keinen Teil
der Erfindung bildet, sei nur gesagt, daß die beiden Hebeplattformen 13 und 14 je
etwas mehr als die Hälfte der Länge eines Bohrrohres bestrichen und daß sie sich
während der Übergabe des Bohrgestänges von der einen Plattform auf die andere über
eine kurze Entfernung gemeinsam bewegen.
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Die obere Hebeplattform 13 wird in ihrer obersten Stellung gezeigt.
Sie umfaßt eine im allgemeinen mit 16 bezeichnete Vorrichtung, die die Last des
Bohrgestänges aufnimmt und die Schraubverbindung zwischen den Rohrlängen herstellt
und unterbricht, während sich das Gestänge in Bewegung befindet. Eine von der oberen
Hebeplattform 13 aufragende Säule 17 trägt eine rohrförmige Säule 18, an welcher
die Rohrschraubvorrichtung 19 gelagert ist, um koaxial oberhalb der Vorrichtung
16 zur Herstellung und Unterbrechung einer Verbindung wirksam zu: sein. Die beiden
an der Säule 17 befestigten Bügel 21 und 22 bilden Führungslager für die Bewegung
der Säule 18 in der senkrechten Richtung; während ein an dem Bügel 21 verankerter
hydraulischer Heber 23 die Säule 18 und die Schraubvorrichtung 19 hebt, um 3 eine
Rohrlänge 24 beim Abschrauben derselben vom Bohrgestänge abzuheben. Der obere Abschnitt
des Rohres 24 wird durch Feststellbacken 20 am oberen Ende der Säule 18 festgehalten.
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Die in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab gezeigte Rohrschraubvorrichtung
19 besteht aus einem an der Säule 18 befestigten Schwenkarm 25, der sich mittels
eines hydraulischen Hubzylinders 30 zwischen zwei extremen Stellungen, von denen
die eine in voll ausgezogenen und die andere in strichpunktierten Linien bei 25'
gezeigt ist, mit dieser Säule drehen kann. Die extremen Stellungen entsprechen den
Stellungen, in, denen ein Bohrrohr an den übergabearm, der noch beschrieben wird,
übergeben oder von ihm übernommen wird bzw. in denen das Bohrrohr von der Schraubvorriehtung
19 übernommen oder ihr übergeben werden kann. Die Schraubvorrichtung 19 ist umkehrbar,
damit sie die Rohrlängen zur Bildung eines Gestängestranges aneinanderfügen kann,
bevor diese Verbindungen durch die Einheit zur Herstellung und Unterbrechung solcher
Verbindungen angezogen werden. Der Schwenkarm 25 nimmt an seinem äußeren Ende eine
Rohrgreiferrollenanordnung 26 auf; welche selbst im äußeren Ende des Armes 25 um
eine senkrechte Achse drehbar gelagert ist. Die Anordnung 26 besitzt zwei divergierende
Arme 27, die jeweils drehbar gelagerte, mit Rohrerfassungsrollen 29 versehene Hebel
28 aufnehmen. Die Hebel 28
können mittels zweier hydraulischer Zylinder
31, die in der Anordnung 26 verankert sind, gegeneinander geschlossen oder voneinander
getrennt werden. Die beiden Rollen 29 sind nicht angetriebene Rollen, während zum
Umlauf um eine senkrechte Achse am äußeren Ende des Armes 25 eine angetriebene Schraubrolle
32 angeordnet ist. Die Schraubrolle 32 kann durch einen in Fig. 3 bei 33 angedeuteten
hydraulischen Motor angetrieben werden. Der hydraulische Motor wird natürlich nur
dann in Tätigkeit gesetzt, wenn die Schraub- und nicht angetriebenen Rollen (32,
29) sich in ihren entsprechenden Lagen 32' und 29' um die Mittelachse des Bohrgestänges
befinden, welches durch die obere Plattform 13 gestützt wird.
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Die Anordnung 26 ist zusammen mit ihren divergierenden Armen 27; den
Hebeln 28 und den hydraulischen Zylindern 31 in dem äußeren Ende des Schwenkarmes
25 drehbar gelagert, wobei die Drehung durch einen Riemen oder eine Kette 34 verursacht
wird, welche um eine drehfest an der Säule 17 angeordnete Riemenscheibe 35 und eine
an der Anordnung 26 fest angeordnete Riemenscheibe 36 herumläuft. Die Längen des
Riemens 34 überschneiden sich zwischen den Riemenscheiben 35 und 36. Ein Verschwenken
des Armes 25 durch den hydraulischen Zylinder 30 entgegen dem Uhrzeigersinne aus
der in Fig.3 in voll ausgezogenen Linien gezeigten Stellung heraus veranlaßt den
Riemen 34, der Anordnung 26 eine zusätzliche Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinne
zu erteilen. Dies ermöglicht es der Anordnung 26, sich der Rohrlänge 24 auf der
Achse des Bohrgestänges zu nähern, wobei die Rollen 29 an entgegengesetzten Seiten
derselben vorbeilaufen und die Antriebsrolle 32 sich unmittelbar gegen sie anlegt.
Wenn die Anordnung 26 in Richtung auf die Rohrlänge
24 verschwenkt
worden ist, dann werden die Rollen 29 durch das Zusammenziehen der hydraulischen
Zylinder 31 auseinander gehalten, woraufhin die Zylinder 31 ausgezogen werden und
die nicht angetriebenen Rollen 29 veranlaßt werden, die Rohrlänge 24 gegen die Antriebsrolle
32 zu drücken. Nachdem die Werkzeugverbindung der über die obere Plattform 13 hinausstehenden
Rohrlänge 24 durch die Einheit 16 zur Herstellung und Unterbrechung der Verbindung
unterbrochen worden ist, wird gleichzeitig mit dem hydraulischen Motor 33 der hydraulische
Zylinder 23 betätigt, um die Rohrlänge 24 in dem Augenblick ihres Abdrehens von
dem Bohrgestänge abzuheben.
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Der hydraulische Zylinder 30 wird dann zusammengezogen, um den Arm
25 im Uhrzeigersinne in die in Fig. 3 in voll ausgezogenen Linien gezeigte Stellung
zu verschwenken, währenddessen der Anordnung 26 durch den Riemen 34 eine zusätzliche
Bewegung im Uhrzeigersinne .mitgeteilt wird, um die nicht angetriebenen Rollen 29
auf die entgegengesetzte Seite der Antriebsrolle 32 der Schraubvorvorrichtung 19
zu bringen. Mittlerweile wird die obere Hebeplattform 13 veranlaßt sich zu senken,
wobei sie die Rohrlänge 24 mit sich nimmt, die sich jetzt in entgegengesetzter Richtung
zu dem sich nach oben bewegenden Bohrstrang bewegt, obwohl sie nach der einen Seite
der Plattform 13 gegen ihn versetzt ist. An dem tiefsten Punkt der Plattform 13
nimmt das Bohrrohr 24 die Stellung in dem Bohrgerüst ein, die in Fig. 1 mit 24'
bezeichnet ist, aus welcher es von dem Transportarm und der Stapelvorrichtung fortgenommen
wird.
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Der Transportarm besteht aus einem Gitterträger 38, welcher an dem
einen Ende an einem Zapfen 39 drehbar gelagert ist. Der Zapfen 39 wird von einem
auf der Grundplatte 11 aufrecht stehend angeordneten Bock 41 aufgenommen. Der Transportarm
38 wird in senkrechter Ebene mittels eines hydraulischen Zylinders 42 zwischen einer
in voll ausgezogenen Linien dargestellten aufrechten Stellung und einer in strichpunktierten
Linien dargestellten waagerechten Stellung 38' verschwenkt. Der äußere Abschnitt
des Armes 38 nimmt zwei voneinander auf Abstand gehaltene Rohrgreifer 43 auf, deren
Ausbildung in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Ein sich von dem Arm 38 forterstreckender
Bügel 45 nimmt einen Scharnierbolzen 46 für zwei Klemmbacken 47 auf, die mit kreisförmigen
Ausnehmungen von solcher Form versehen sind, daß sie das Bohrrohr erfassen können.
Die beiden Klemmbacken 47 sind mit Endabschnitten 48 versehen, die sich nach hinten
erstrecken und ein Paar zwischen ihnen verbundene Kniegelenke 49 aufweisen. Der
mittlere Drehpunkt 51 der Kniegelenkverbindung ist mit der Kolbenstange eines hydraulischen
Zylinders 55 verbunden, während der Zylinder selbst an dem Scharnierbolzen 46 verankert
ist. Wenn der Zylinder 55 ausgezogen wird, dann wird die durch die Glieder 49 gebildete
Verbindung geknickt, zieht somit die Endabschnitte 48 zusammen und öffnet die Klemmbacken
47. Ein Zusammenziehen des Zylinders 55 bringt die Gelenkglieder 49 wieder in eine
Linie und schließt somit die Klemmbacken 47 aufeinander. Wenn die Glieder 49 sich
leicht oberhalb des oberen Totpunktes in der zusammengezogenen Stellung des Zylinders
55 befinden, dann bleiben die Klemmbacken 47, falls die hydraulische Anlage versagen
sollte, geschlossen, wodurch das Risiko eines Abfallens einer Rohrlänge vom Transportarm
38 vermindert wird.
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Die Rohrgreifer 43 werden so angeordnet, daß sie das Bohrrohr 24 von
der Schraubvorrichtung 19 in der unteren Stellung der Hebelplattform 13 übernehmen,
und der Transportarm 38 wird daraufhin veranlaßt, nach unten in die waagerechte
Lage 38' zu schwenken. An diesem Punkte befindet sich die Rohrlänge bei 24" in einer
Stellung in der Nähe der Lagerstation, in welcher die Rohrlänge von einem angetriebenen
Stapelkran erfaßt und auf dem Gestell niedergelegt werden kann. Der Stapelkran besteht
aus einem Stützarm 61, der durch ein Drehlager 62 an einem Untersatz 63 befestigt
ist. Ein zwischen einer Bodenverankerung 65 und einem Schwenkpunkt 66 auf dem Stützarm
61 angeordneter hydraulischer Zylinder 64 steuert die Schwenkbewegung des Armes
61 in senkrechter Ebene zwischen den Radien A, B.
Ein Endabschnitt 69 eines
Auslegers 67, welcher von einem an dem oberen Ende des Stützarmes 61 befindlichen
Drehbolzen 68 aufgenommen wird, ist mit einem hydraulischen Zylinder 71 verbunden,
der auf dem Drehbolzen 66 verankert ist. Der Zylinder 71 steuert somit die Bewegung
des Auslegers 67 in einer senkrechten Ebene.
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Der Ausleger 67 nimmt eine Rohrgreifvorrichtung 72 auf, welche ungeachtet
der Stellungen des Stützarmes 61 und Auslegers 67 durch zwei Parallelogrammgestänge,
von denen der Arm 61 bzw. der Ausleger 67 jeweils zwei der langen Seiten bilden,
in einer gleichbleibenden Stellung gehalten wird. Die anderen langen Seiten werden
durch Stangen 73 und 74 gebildet, deren wirksame Längen denjenigen des Armes 61
und Auslegers 67 gleich sind, wobei diese Stangen durch ein Kniehebelgelenk 75 miteinander
verbunden sind. Das untere Ende der Stange 73 wird von einem Drehgelenk 77 auf dem
Untersatz 63 aufgenommen, während das äußere Ende der Stange 74 durch ein Drehgelenk
78 mit der Rohrgreifervorrichtung 72 verbunden ist.
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Die letzterwähnte Vorrichtung, welche in Fig. 5 in vergrößertem Maßstab
gezeigt ist, besteht aus einer Platte 81, an welcher eine feststehende Klemmbacke
82 und eine um einen Bolzen 84 drehbar darauf angeordnete bewegliche Klemmbacke
83 vorgesehen ist. Ferner weist diese Vorrichtung einen hydraulischen Zylinder 85,
welcher zwischen der Platte 81 und einem Ansatz 86 an der Klemmbacke 83 drehbar
angeordnet ist, auf, so daß er die Klemmbacke 83 zwischen der in der Zeichnung in
voll ausgezogenen Linien gezeigten Stellung und einer bei 83' strichpunktiert dargestellten
offenen Stellung drehen kann. Es ist zu beachten, daß die bewegliche Klemmbacke
83 in der offenen Stellung weit genug zurückgeschwenkt wird, so daß sich ein vom
Transportarm getragenes Rohr 24 an der geöffneten Klemmbacke 83' vorbei senkrecht
nach unten in eine Stellung hineinbewegen kann, wo die Klemmbacke durch den Zylinder
85 um das Rohr 24 geschlossen wird. Die Klemmbacken 82 und 83 sind jeweils doppelt
ausgebildet, so daß die Rohrlänge an auseinanderliegenden Punkten zwischen den Rohrgreifern
43 auf dem Transportarm getragen werden kann.
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Durch Steuerung der hydraulischen Zylinder 64 und 71 kann die Rohrgreifervorrichtung
72 auf dem äußeren Arm 67 innerhalb der Begrenzungen des Gestelles in jede beliebige
Lage gebracht werden. Das Gestell, welches auf einer Grundplatte 91 gelagert ist,
besteht
aus zwei Endprofilen 92 und 93, die jeweils Seitenwände 94 aufweisen, die durch
Verstrebungen 95 gestützt sind. In den Endprofilen 92 und 93 sind in einem Abstand,
welcher das Stapeln einer einzigen Rohrlänge zwischen ihnen gestattet, mehrere senkrechte
Unterteilungen 96 befestigt, die an ihren Oberteilen offen sind. Der Abstand zwischen
den Endprofilen 92 und 93 ist größer als der Abstand zwischen den beiden Klemmbackensätzen
82, 83 auf dem Arm 67 beträgt, so daß sich letzterer frei in jede Lage bewegen kann,
um ein Rohr in dem Gestell niederzulegen oder aus ihm zu entnehmen. Die Rohrlängen
werden in waagerechten Schichten in dem Gestell angeordnet und in gleicher Weise
aus ihm entnommen.
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Es ist vorgesehen, daß die Stapelvorrichtung selbsttätig arbeitet,
wobei die Aufeinanderfolge der einzelnen Tätigkeiten mit der Aufeinanderfolge der
einzelnen Tätigkeiten des Bohrgerüstes in Gleichklang gehalten wird, wenn letzteres
einen Rohrstrang zieht und auch wenn es einen Rohrstrang einführt, wobei jede Rohrlänge
in dem einen Fall von automatischer Führung und Steuerung von der Schraubvorrichtung
zum Gestell befördert und in dem anderen Fall von dem Gestell zur Schraubvorrichtung
gehoben wird (die einmal als Abschraub- und einmal als Festschraubvorrichtung arbeitet).
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Der Transportarm und der Stapelarm müssen zwischen genau begrenzten
Stellungen bewegt werden und können unter der Steuerung eines Servomotors, welcher
Stellungswähhnittel und Nachfolgevorrichtungen aufweist, die unterschiedlich auf
den Motor einwirken, in diese Stellungen gebracht werden.