DE2400805A1

DE2400805A1 - Bohrgestaengelagereinrichtung

Info

Publication number: DE2400805A1
Application number: DE2400805A
Authority: DE
Inventors: Jan Hendrik Besijn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-01
Filing date: 1974-01-09
Publication date: 1974-08-15
Also published as: IT1007180B; JPS49110502A; JPS549962B2; FR2216431B1; NL174285C; DE2400805B2; GB1422923A; CA1002932A; NO143324C; FR2216431A1; DE2400805C3; NL7400274A; RO64278A; AU6515374A; NO143324B; NO740317L; US3870165A

Description

Jan Hendrik Besijn, Bergambacht, Lekdijk-Oost, Holland

Bohrgestangelagereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bohrgestängelagereinrichtung zur steuerbaren Aufnahme und Halterung von
mehreren Bohrgestängeabschnitten innerhalb eines
Bohrturms.

Bei Tiefbohrvorgängen ist es notwendig, Bohrgestängeoder Rohrabschnitte in einem Bohrturm rasch und wirksam zu handhaben. Es ist beispielsweise beim Tiefbohren nach der Rotary-Bohrmethode notwendig, während eines Bohrvorgangs den Meißelschaft im Bohrloch einige Male auszuwechseln. Der Meißelschaft bzw. die Schwerstange besteht aus Rohrabschnitten, deren Enden durch Schraubverbindungen miteinander befestigt sind. Beim Entfernen des Bohrmeißels aus dem Loch ist es üblich, den Bohrmeißel soweit anzuheben, bis einige Verbindungen der als Bohrgestänge bezeichneten Bohrstange
oberhalb der Bohrturmplattform bzw. -bühne liegen.

Z/be

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Die das untere Ende des Gestänges mit dem übrigen Teil des Bohrmeißels verbindende Schraubverbindung wird sodann gelöst«, Das gelöste Bohrgestänge wird angehoben und nach einer Seite des Bohrturms hin geschwenkt, wo es in vertikaler Anordnung gelagert wirdc Dei" Meißelschaft wird sodann soweit angehoben, bis ein weiterer Gestängeabschnitt über der Bohrturmplattform bzw« -bühne erscheint α Beim Einfahren in das Loch, d^h. beim Wiedereinsetzen des Bohrgestänges in das Bonrloch, findet der entgegengesetzte Vorgang Verwendung, wobei das Gestänge aus seiner Lagerstellung abschnittsweise herausgenommen wird. Der Gestängeabschnitt wird aus der Lagereinrichtung vertikal entnommen, über das Bohrloch bewegt und mit seiner Achse auf das Bohrloch ausgerichtet. Das untere Ende des Gestängeabschnitts wird sodann an den Teil des sich im Bohrloch befindlichen MeißelSchafts angeschlossen, und der Meißelschaft wird soweit abgesenkt, bis das obere Ende des zuletzt angeschlossenen Gestängestücks soeben über der Bohrturmplattform bzw. -bühne liegt, worauf die Operation wiederholt wird.

Mit der Entwicklung komplizierterer Bohranlagen und mit den mit der Verwendung solcher Anlagen verbundenen Aufwendungen wurde es notwendig, die Gestangestücke rasch und effektiv zu handhaben, um die zur Gestängehandhabung erforderliche Zeit zu minimalisieren und eine dementsprechend große Zeit dem Niederbringen des Bohrlochs zuzuordnen. Dies gilt insbesondere bei Offshore-Bohroperationen, da die Anlage hierbei so aufgebaut sein muß, daß die Rüstzeit, d.h. die Zeit, in der keine echten Bohrvorgänge stattfinden können, minimalisiert wird» Der Gegenstand der Erfindung eignet sich insbesondere für derartige Offshore-Operationen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt, und das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel ist zur Verwendung an versenkbaren Bohrplattformen geeignet.

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Dffshore-Bohrungen, die entweder von einer versenkbaren Plattform, einem Leichter oder Bohrschiff aus vorgenommen werden können, schaffen zusätzliche Probleme, da die die Plattform und den Bohrturm in Kipp- und Rollbewegungen versetzende Meerestätigkeit die Schaffung einer zufriedenstellenden Einrichtung zur Gestängehandhabung wesentlich macht. Beim Offshore-Bohren ist wegen der hohen Anlagekosten die Rüst- bzw. Ruhezeit, d.h«, die Zeit, bei der aufgrund von Wetteroder Seebedingungen der Bohrvorgang unterbrochen werden muß, ein wesentlicher Faktor der Gesamtkosten beim Niederbringen des Tiefbohrlochs. Zusätzlich spielen Sicherheitsüberlegungen in einem erheblich größeren Ausmaß eine Rolle als bei den meisten Landbohrungen.

Gestängelagereinrichtungen bekannter Ausführung sind nicht vollständig zufriedenstellend beim Offshore-Bohren und auch nicht bei Landbohrungen, bei denen rauhere klimatische Bedingungen vorherrschen. Es ist festzustellen, daß das vertikale Zusammenstecken einer großen Anzahl schwerer Bohrstangen in einem Bohrturm, dessen Plattform, auf der die Bohrstangen gelagert sind, etwas instabil ist, Risiken für das Personal und die

laßt
Anlage entstehen. Die Erfindung beseitigt derartige Gefahren und Risiken und ermöglicht eine wirksamere und sicherere Betriebsweise. Aufgrund der erfindungsgemäß gewährleisteten vollständig sicheren Betriebsweise können Bohroperationen beispielsweise unter solchen Wetter- und Seebedingungen ausgeführt werden, bei denen mit anderen Anlagen (bekannter Ausführung) der Bohrbetrieb eingestellt werden müßte. Daher stellt die erfindungsgemäße Bohrgestängelagereinrichtung maximale Bohr-Betriebsseiten zur Verfügung, bei denen die Bohranlage in Verbindung mit dem Erfindungsgegenstand benutzt werden kann« Dabei soll die erfindungsgemäße Lagereinrichtung zur vertikalen Lagerung bzw. Halterung von Bohrstangen, insbesondere Ölbohrstangen, auf instabilen Plattformen, z.B. den Plattformen von Bohrschiffen oder halbversenkbaren Plattformen geeignet,

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jedoch auch zur Lagerung von Bohrgestängen auf einer stabilen Offshore-Plattform oder einem Landbohrturm anwendbar sein.

Die erfindungsgemäße Bohrgestängelagereinrichtung zur steuerbaren Aufnahme und Halterung von mehreren Bohrgestängeabschnitten innerhalb eines Bohrturms weist eine in der Regel horizontal angeordnete Rahmenanordnung auf, die oberhalb der Bühne oder Plattform des Bohrturms befestigt ist und mehrere verschieblich gelagerte Lagerarme haltert. Die Lagerarme sind mit einer Vielzahl von in gegenseitigem Abstand angeordneten Rippen oder Vorsprängen ausgestattet, welche nach einer Seite offene Lagerzellen am Lagerarm bilden, mit der nächstgelegenen Seite des benachbarten Lagerarms verschieblich in Eingriff bringbar sind und im Zusammenwirken mit dieser Seite des benachbarten Lagerarms geschlossene Zellen bilden. Außerdem findet ein System aus pneumatischen oder hydraulischen Zylindern oder anderen geeigneten und bekannten Antriebsmitteln Verwendung„ Jeder Lagerarm kann mit Hilfe einer elektrischen Steuereinrichtung selektiv derart verschoben werden, daß die im benachbarten Lagerarm gebildeten Lagerzellen nacheinander geöffnet bzw. geschlossen werden. Geeignet angeordnete Sicherheitsrelais bilden bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung eine Verriegelungseinrichtung für Magnetventile derart, daß stets ein formschlüssiger Eingriff mit jedem Lagerarm gewährleistet ist und die Lagerarme niemals frei verschieblich sind, so daß die in ihnen gelagerten Bohrstangen nicht zufällig freigegeben werden können. In voll ausgefahrener Lage eines Lagerarms, bei der alle Lagerzellen des benachbarten Lagerarms geschlossen sind, bildet der voll ausgezogene Lagerarm selbst eine weitere Gruppe von Lagerzellen für die aufeinanderfolgende Aufnahme von Gestängestücken_a

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Neben der Erhöhung der Zuverlässigkeit, Sicherheit für Personal und Bohranlage und der Verbesserung der Zeitausnutzung insbesondere unter schwierigen Bohrverhältnissen hat die erfindungsgemäße Lagereinrichtung den weiteren Vorteil, daß ihre bewegten Teile aus schweren Stücken bestehen können, die mit relativ hohen Kräften getrieben werden, so daß eine auf ihnen evtl« gebildete Eisschicht durch die Antriebskräfte selbst gebrochen werden kann. Die neue Bohrgestärigelagereinrichtung ist zur Aufnahme von Bohrstangen unterschiedlichen Querschnitts geeignet, wobei derartige Bohrstangen auch gleichzeitig gelagert werden können. Die Lagereinrichtung kann in geeigneter Weise an teil- oder vollautomatisierte Bohrvorgänge angepaßt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert* In der Zeichnung zeigts

Pig. 1 eine Seiten-Teilansicht eines Bohrturms;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die beschriebene Bohrgestänge! agereinrichtung in Relation zum Bohrloch;

Fig, 3 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Hälfte

der in der Fig. 2 gezeigten Lagereinrichtung;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Lagereinrichtung entlang den Linien 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht der Lagereinrichtung entlang den Linien 5-5 der Fig. 3;

Fig. 6 ein vergrößerter Teilschnitt durch die Lagerarme und Verbindungselemente entlang den Linien 6-6 der Fig. 5;

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Fig» 7 eine vergrößerte Sohnittansicht durch einen Lagerarm mit einem zurückgezogenen Sperriegel entlang den Linien 7-7 der Fig. 4;

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt auf einen Lagerarm und den in Verriegelungsstellung befindlichen Sperriegel entlang den Linien 8-8 der Fig.. 4; und

Fig. 9a bis 9d aufeinanderfolgende Arbeitsphasen des Sperriegelmechanismus.

Bei der beschriebenen Einrichtung handelt es sich um ein System, das zur Aufnahme rohrförmiger Stangenabschnitte in nahezu vertikaler Anordnung verwendbar ist. In der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist es insbesondere zur Lagerung eines Bohrgestänges im Turm einer Bohranlage, beispielsweise eines Offshore-Bohrturms, der zumindest einer gewissen Wellenbewegung unterliegt, brauchbar, da das System steuerbar und individuell jede Bohrstange in einer dieser zugeordneten individuellen Zelle fest! egt und eine unerwartete Bewegung oder ein Kippen der Bohrstange verhindert. Wie nachfolgend deutlich werden wird, besteht das System aus einfachen, massiven beweglichen Teilen, welche durch Wetter- und Abnutzungseinflüsse nicht ohne weiteres angegriffen werden können, und es findet eine einzige, zwangsgesteuerte Betätigungsvorrichtung für jede Stangen-Lagerreihe Verwendung.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Bestandteile eines typischen Bohrgestells sind dort teilweise schematisch zur Veranschaulichung des baulichen Zusammenhangs und der Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung dargestellt* Ein Bohrturm 39 ist in Fig. 1 auf einer Bohrplattform gezeigt, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Hauptplattform einer Offshore-Bohranlage gebildet ist. Der Bohrturm 39 ist an seinem oberen Ende mit einer Turmrolle und

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druckluftbetätigten Hebevorrichtungen 41 ausgestattet. Der losrollende Block (Hampelmann) wird über ein Bohrseil von den Turmrollen gehalten und kann längs der Bohrturmachse durch Betätigung des Hebewerks angehoben oder gesenkt werden. In alternativer Ausführung können andere Vorrichtungen, z.B. eine Turmrolle in einem Hebeausgleicher oder hydraulische Hebewerke ohne Turmrolle verwendet werden. In Fig. 2 fällt die Achse des Bohrturms mit der Achse eines Drehtisches 37 und eines mit 34 bezeichneten Bohrlochs zusammen» An dem Bohrturm 39 ist eine Gestänge-Umsetzanordnung angebracht, zu der ein Hebekopf 3 2 und ein Umsetzkopf 36 gehören. Eine der den Erfindungsgegenstand bildenden Lagereinrichtungen ist an dem Bohrturm mit 33 bezeichnet.

In Fig. 1 ist die Lagereinrichtung 33 in Seitenansicht gezeigt. Sie besteht aus Stahlbauteilen und ist angenähert 25 m über der Hauptplattform 38 angeordnet. Die Lagereinrichtung 33 kann jedoch in irgendeiner beliebigen Höhe oberhalb der Hauptplattform 38 am Bohrturm befestigt werden, wobei ihre Installationshöhe von der Länge der verwendeten Gestängeabschnitte 40 bestimmt werden sollte. Normalerweise setzt sich die Lagereinrichtung 33 aus zwei einzelnen Bohrgestängelagereinheiten 18 zusammen, obwohl zwei Lagereinheiten nicht notwendig sind. Diese Gestängelägereinheiten sind spiegelbildlich zueinander ausgebildet und in der in Fig. 2 ersichtlichen Weise an dem Bohrturm 39 angeordnet. Die Lagereinrichtung 33 verläuft in einer Horizontalebene etwa parallel zur Hauptplattform 38, so daß sie die normalen Bohrvorgänge nicht stört. Jede Lagereinheit 18 ist außerdem so angeordnet, daß sich die nachfolgend noch im einzelnen beschriebenen Gleitarme in Richtung der gegenüberliegenden Lagereinheit und der Mittellinie des Gerätetischs 37 bewegen, wenn die Lagereinrichtung gefüllt wird, und von der Mittellinie des Drehtisches fortbewegen, wenn sie in.der aus Fig, 2 am besten erkennbaren Weise geleert wird.

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Da die Lagereinrichtung 33 aus zwei Lagereinheiten 18 besteht, genügt es, nur eine Lagereinheit im einzelnen zu beschreiben, die andere Einheit ist spiegelbildlich ausgebildet.

Die Lagereinrichtung 33 besteht aus zwei, baulich unabhängigen Gestängelagereinheiten 18, einer rechten und einer linken Seite. Jede Lagereinheit 18 ist am Bohrturm 39 durch eine Befestigungsvorrichtung gehaltert, die an den End- und Mittelträgern 61, 62, 63 und 64 und den Trägern 65, 66 und 44 angebracht ist (vgl ο Fig. 3 und 4) «, Die Lagereinheit 18 ist im Bohrturm bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß die Endträger 63 und 64, der Endträger 66, der vordere Trägerarm 44 und der hintere Trägerarm 65 einen rechteckigen Rahmen bilden, wobei die Endträger 63 und 64 die dem Bohrloch 37 nächstliegende Rahmenseite begrenzen.

Jede Gestängelagereinheit 18 ist so angeordnet, daß die Bohrstangenabschnitte 40 nahe jedes Stangenendes in das Lager eingesetzt werden können, während das untere Ende jedes Stangenabschnitts auf der Hauptplattform, vorzugsweise auf einer Plattform 38 mit Vertiefungen zur Aufnahme und Halterung der unteren Enden der Stangenabschnitte und Festlegung gegen horizontale Bewegungen aufruht. Die Lagereinheit 18 ist so abgestimmt, daß die Bedienungsperson die Stangen zum Niederbringen in das Bohrloch aus dem Lager entfernen kann und beim Herausheben aus dem Bohrloch wieder in das Lager einsetzen kann.

Im folgenden wird insbesondere auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen. Jede Lagereinheit 18 ist rahmenförmig durch einen Endträger 66, einen rückwärtigen Trägerarm 65, einen vorderen Trägerarm 44, der mit einem stationären Lagerarm 67 fluchtet, Endträger 63 und und Mittelstreben 61 und 62 begrenzt. Die Endträger

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und 64 liegen unterhalb der Träger bzw. Streben 61 und 63 (Fig. 4). Bei dem beschriebenen AusfUhrungsbeispiel sind der Endträger 66 und die vorderen und rückwärtigen Trägerarme 44 und 65 Breitflanschträger (Peinerträger), während die Streben bzw. Träger 61, 6 2, 63 und 64 durch Kastenprofile aus Stahl gebildet sind. Die Endstreben und Trägerarme sind so angeordnet, daß ihre Stege in einer horizontalen Ebene und ihre Flansche in einer vertikalen Ebene verlaufen. Die Streben bzw ο Träger 61, 62, 63 und 64 sind so angeordnet, daß die längere Querschnittsseite in einer Vertikalebene und die kürzere Querschnittsseite in einer Horizontalebene liegen.

Der Endträger 66 ist mit dem rückwärtigen Trägerarm 65 und dem vorderen Trägerarm 44 verbunden, wobei der Endträger und die Trägerarme in einer Ebene angeordnet sind. Der hintere Trägerarm 65 ist ein durchlaufendes Bauteil, das am Anschlußpunkt mit den Endträgern 63 und endet» Der obere Endträger 63 ist mit der Oberseite der Flansche 51 des rückwärtigen Trägerarms· 65 befestigt, und der untere Träger 64 ist an der Unterseite der Flansche 51 des rückwärtigen Trägerarms angeschlossen. Die oberen und unteren Mittelstreben 61 und 62 sind mit dem hinteren Trägerarm 66 in der gleichen Weise wie die Endträger 63 und 64 verbunden« Diese Verbindung macht es möglich, daß die Trägerarme 44 und 65 die Träger bzw. Streben 61, 62, 63 und 64 durchgehend durchdringen. Der vordere Trägerarm 44 ist in derselben Weise wie der rückwärtige Trägerarm 65 an die Streben 61, 62, 63 und angeschlossenο Der vordere Trägerarm 44 steht jedoch über die Endträger 63 und 64 vor und bildet mit seinem vorstehenden Abschnitt einen stationären Lagerarm 67, der an einem Endfinger 71 endet. Daher sind der stationäre Lagerarm 6 7 und der vordere Trägerarm 44 als ein durchlaufendes Bauelement ausgebildet.

Die Verbindung zwischen den Trägern 61, 62, 63 und 64 und den Trägerarmen ist am besten in Figo 4 zu erkennen.

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Winkelstücke 14 ermöglichen die Verschraubung zur Befestigung der Streben an den Trägerarmen, wobd. Versteifungen 12 der Verbindung eine zusätzliche Torsxonssteifigkeit geben. Die Oberseite der oberen Streben 61 und 63 und die Unterseite der unteren Streben 62 und 64 sind durch horizontale Versteifungsträger 15 verbunden, die den Streben eine zusätzliche Torsionsfestigkeit geben und elektrische Verbindungsleitungen enthalten können.

Die bevorzugte Ausführungsform ist insbesondere in Fig. 3 und 5 gezeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es acht längsverschiebliche Lagerarme 68, deren Zahl generell von der erforderlichen Lagerkapazität abhängig ist, einen stationären Lagerarm 67 und einen rückwärtigen Lagerarm 46«, Die verschieblich gelagerten Lagerarme 68 bilden zusammen mit Halterippen 69 einzelne Lagerzelien 42. Die Halterippen 69 sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus Stahlblech hergestellt und an einem Ende mit dem Lagergleitarm 68 verbunden, wobei das vorspringende Ende in der am deutlichsten in Fig. 6 gezeigten Weise mit zwei Führungsnuten 43 versehen ist. Die Lagerarme 68 bilden die Vorder- und Rückseiten der Lagerzellen 42, während die Halterippen 69 die seitlichen Begrenzungen der Lagerzellen (Fig. 3) darstellen. Jeder Lagerarm 68 steht mit den beiden benachbarten Lagerarmen über Führungsklauen 70 und die Halterippen in Verbindung, wobei die Führungsklauen in den Führungsnuten 43 in Eingriff stehen (Fig. 6). Durch den formschlüssigen ^Eingriff der Führungsklauen 70 und der Halterippen 69 wird die relative Bewegung der Lagerarme 68 gegeneinander begrenzt, jedoch eine Längsbewegung eines Lagerarms 68 in Bezug auf den benachbarten Lagerarm zum Aus- und Einschieben des Lagerarms freigegeben«, Die Führungsklauen ⁷O werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei Stahlwinkel gebildet, welche an der Rückseite des Lagerarms 68 befestigt sind (Fig. 6). Die Halterippe 69 ist an der

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Vorderseite des Lagerarms 68 in einer Ebene mit den Führungsklauen 70 angebracht. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist jeder Lagerarm 68 vierzehn Halterippen 69 zusätzlich zu einem Endfinger 71 auf. Der rückwärtige Lagerarm 46 ist im Prinzip gleich den Lagergleitarmen 68 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß er an seiner Frontseite keine Halterippen aufweist.

Die Lagerarme 68 und 46 sind schrittweise in vorgegebene Stellungen verschieblich und dort festlegbar. Dies geschieht mit Hilfe eines Schrittschaltwerks, das bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vertikal verschiebliche Sperriegel 22 und 27 aufweist. Die Sperriegel 22 und 27 können in im Unterflansch der Lagerarme 68 (vgl. Fig. 3 und 4) ausgebildete Rastlöcher 26 eingreifen«

Im folgenden wird insbesondere auf die Fig. 4 Bezug genommen, in der eine Schnittansicht der Antriebs- und Sperrvorrichtung 49 gezeigt ist. Selbstverständlich kann die elektrische Steuereinrichtung für das Schrittschaltwerk ebenso wie das Schrittschaltwerk selbst verschiedene Formen annehmen. Ein wichtiger Gesichtspunkt für das Schrittschaltwerk besteht darin, daß die Lagerarme zu jeder Zeit, und zwar unabhängig von der Stellung, derart zwangsverriegelt sind, daß jegliche Bewegung verhindert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Antriebs- und Sperrvorrichtung 49 aus einem horizontalen Hydraulikzylinder 20_s zwei vertikalen Pneumatikzylindern 21 und 45, einer Lagerarmführung 19 und zwei Gruppen von Lagerarm-Sperriegeln 22 und 27 und Sperriegelhülsen 25.Der vertikale Pneumatikzylinder 21 ist mit der ihm zugeordneten Sperriegelhülse 25 an der der Endstrebe 66 nächstgelegenen Seite der unteren Mittelstrebe 62 befestigte Der· Lagerarm-Sperriegel 22 ist in der Riegelhülse 25 verschieblich gelagert und kann mit Hilfe des Pneumatikzylinders 21 in Hubrichtung aus-

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oder eingefahren werden. Ein Ende des horizontalen Hydraulikzylinders 20 ist durch einen Verbindungsbolzen 29 an der dem vertikalen Pneumatikzylinder 21 gegenüberliegenden Seite der unteren Mittelstrebe 6 2 angeschlagen, und das andere Ende des Hydraulikzylinders 20 ist durch einen Bolzen 28 mit der Lagerarmführung verbunden. Die Lagerarmführung 19 ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein vorgeformter Stahlbauteil, der längs eines Lagerarms 68 praktisch ohne seitliches Spiel gleitend gelagert ist. Das dem horizontalen Hydraulikzylinder 20 gegenüberliegende Ende der Lagerarmführung 19 haltert den vertikalen Pneumatikzylinder 45 und dessen Sperriegelhülse 25, in der der Sperriegel 27 verschieblich gelagert ist. Daher wird der vertikale Pneumatikzylinder 45 zusammen mit seiner Sperriegelhülse 25 längs des Lagerarms 68 verschoben, wenn die Lagerarmf ührung 19 -von dem horizontalen Hydraulikzylinder 20 bewegt wird, während der vertikale Zylinder 45 den ihm zugeordneten Sperriegel 27 mit den Rastlöchern in und außer Eingriff bringt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Schrittschaltwerk in Kombination mit jedem verschieblichen Lagerarm verwendet. Es ist zu sehen, daß ein einziges Schrittschaltwerk verwendet werden kann, das manuell oder automatisch von einem Lagerarm zu dem im Operationszyklus als nächstem bewegten Lagerarm umgesetzt werden kann.

Nach der Beschreibung der baulichen Ausführung der Lagereinrichtung soll im folgenden auf eine typische Benutzungsart und die Funktionsweise der Lagereinrichtung eingegangen werden. Ein beim Bohren unter Verwendung der neuen Lagereinrichtung normaler Vorgang, der üblicherweise als AushebVorgang aus dem Loch bezeichnet wird, umfaßt die Schritte des Anhebens des Meißelschafts 30 aus dem Bohrloch mit Hilfe der Hebevorrichtung 41, Festlegen des Schafts 30 in Bezug auf den Drehtisch 37, Stabilisieren des Gestängestücks mit dem Umsetzkopf 36,

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wobei die Hebevorrichtung von dem Meißelschaft außer Eingriff gebracht wird, Abschrauben eines Gestängestücks, Anheben des Gestängestücks mit Hilfe des Hebekopfs 32 und Aufsetzen des unteren Endes auf die Hauptplattform, wobei der Umsetzkopf 36 dazu verwendet wird, das obere Ende der Stange 40 in die Lagereinrichtung 33 einzusetzen und in der nachfolgend beschriebenen Weise zu halten. Der umgekehrte Vorgang wird durchgeführt, wenn die Lagereinrichtung 33 entleert werden soll, d.h. wenn das Bohrgestänge in das Bohrloch eingetragen werden soll.

Wenn man annimmt, daß die Lagereinrichtung 18 zunächst leer ist, so kann der Lagerungsvorgang in GEr zurückgezogenen Stellung aller beweglichen Lagerarme 68 und 46 beginnen, bei der die Lagerarme in dem Lagerrahmen 48 eingeschlossen und von den Trägern 61, 62, 63 und abgestützt sind. In dieser Stellung befindet sich der Endstutzen 47 des Lagerarms nahe der Endstrebe 66. Der stationäre Lagerarm 67 nimmt jetzt den ersten Ges-öngeabschnitt 40 auf.

Die erste Stange wird zwischen das erste Halterippenpaar 69, d.hc das den Endträgern 63 und 64 nächstgelegene Paar, in dem mit dem Bezugszeichen 55 bezeichneten Bereich eingesetzt« Der erste verschiebliche Lagerarm 68, der zur besonderen Kennzeichnung das Bezugszeichen 54 trägt und dem vorderen Trägerarm 44 benachbart ist, wird sodann in Richtung der Achse des Bohrturms und des Drehtisches 37 um eine Strecke vorgeschoben, die angenähert der Breite einer Lagerzelle 42 entspricht, wodurch die soeben eingesetzte Stange eingeschlossen und in dieser Stellung festgelegt wird. Die nächstfolgende Stange 40 kann in die nächstbenachbarte Zelle 42 eingesetzt werden,..und der bewegliche Lagerarm 54 wird wiederum um ein Stück vorgeschoben', um diese Zelle 42 abzuschließen. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die letzte Lagerzelle

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42 in dieser Reihe mit einer Stange 40 besetzt und der Lagerarm 54 vor diese Zelle zur Verriegelung der zugehörigen Stange vorgeschoben ist. An diesem Punkt hat der bewegliche Lagersrrt seine voll ausgefahrene Stellung erreicht und wird jetzt nicht nur von den Trägern bzw. Querstreben 61, 62, 63 und 64, sondern auch über die mit den Halterippen 69 des stationären Lagerarms 67 in formschlüssigem Eingriff stehenden Führungsklauen 70 von dem stationären Lagerarm 67 gehalten Auf diese Weise werden alle Gestängeabschnitte 40, die in den Zellen zwischen dem stationären Lagerarm 67 und dem ersten verschieblichen Lagerarm 54 angeordnet sind, fest in Stellung gehalten. Der zuvor beschriebene Vorgang wird danach unter Bewegung des nächstfolgenden Lagerarms 68 usw. wiederholt, bis das gesamte Gestänge eingelagert ist. Dieser Vorgang ist am besten in Fig» 3 zu erkennen, die eine teilweise gefüllte Lagereinheit 18 darstellt.

Zum Auslagern der Stangen wird der hintere Lagerarm 46 schrittweise um jeweils eine Zellenbreite in den Rahmen 48 zurückgeschoben, wobei jeweils eine Lagerzelle eine Stange 40 freigibt. Diese Stange kann sodann der Lagerzelle 42 entnommen werden. Der Lager arm 46 kann danach um eine weitere Lagerzelle verschoben und eine andere Stange entnommen werden. Auf diese Weise können alle Stangen nacheinander entnommen werden.

Die beweglichen Lagerarme 68 können in der Horizontalebene entweder durch einen geeigneten Antrieb oder manuell verschoben werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Antriebsvorrichtung für jeden Lagerarm 68 den kurzhubigen horizontalen Hydraulikzylinder 20^ zwei vertikale Pneumatikzylinder 21 und 45, zwei Lagerarm-Sperriegel 22 und 27, zwei Sperriegelhülsen 25 und eine Lagerarmführung auf (Fig. 4). Der horizontale Hydraulikzylinder 20 ist an der den Endträgern 63 und 64 zugewandten Seite der

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unteren Mittelstrebe 62 durch einen Verbindungsbolzen 29 angeschlagen und dient als Horizontalantrieb für die beweglichen Lagerarme 68. Ein Ende des horizontalen Hydraulikzylinders 20 ist über einen Bolzen 28 mit der Lagerarmführung 19 gekuppelt, welche mit dem yertikalen Pneumatikzylinder 21 verbunden ist. Die Hülse 25 und der Sperriegel 22 sind fest an der dem horizontalen Hydraulikzylinder 20 gegenüberliegenden Seite der unteren Mittelstrebe 62 angebracht. Beide Sperriegel 22 und 27 sind in der Vertikalebene der vertikalen Mittellinie des Lagerarms 68 ausgerichtet. Wie oben beschrieben, sind die Sperriegel 22 und 27 in den Sperriegelhülsen 25 vertikal verschieblich gelagert und von den vertikalen Pneumatikzylindern 21 und 45 angetrieben. Der Sperriegel 27, die zugehörige Sperriegelhülse 25 und der vertikale Pneumatikzylinder 45 können unter Einfluß des horizontalen Hydraulikzylinders 20 verschoben werden, während der Sperriegel 22 und die ihm zugeordnete Halse 25 am unteren Mitteltrager 62 festgelegt sind»

In den Fig., 9a bis 9d sind die aufeinanderfolgenden Funktionsschritte des Schrittschaltwerkes 49 dargestellt. Bei der in Fig. 9a gezeigten Stellung des Schrittschaltwerkes 49 sind der horizontale Hydraulikzylinder 20 und der vertikale Fneumatikzylinder 45 unter dem Sperriegel 27 voll eingefahren. Daher steht der Sperriegel 27 außer Eingriff mit dem Lagerarm-Rastloch 26. Der vertikale Pneumatikzylinder 21 ist voll ausgefahren und der von ihm betätigte Sperriegel 22 in das Rastloch 26 eingerückt, Danach wird der vertikale Pneumatikzylinder 45 auf seinen vollen Hub ausgefahren und bringt den zugehörigen Sperriegel 27 in Eingriff mit dem Rastloch 26. Wenn der Sperriegel 27 eingerückt ist, wird der vertikale Pneumatikzylinder 21 eingezogen, wodurch der Sperriegel 22 aus dem zugehörigen Rastloch ausgerückt wird. Dies ist in Fig. 9b gezeigt» Danach wird der Lagerarm 68 um die Breite

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einer Lagerzelle mit Hilfe des horizontalen Hydraulikzylinders vorgeschoben, der dabei um seine volle Hublänge (Fig. 9c) ausgefahren wird. Nach Erreichen des vollen Hubs des Zylinders 20 wird der Sperriegel 22 eingerückt und der Sperriegel 27 ausgerückt, wobei das Schrittschaltwerk die in Fig_o 9c gezeigte Stellung erreicht. Der horizontale Hydraulikzylinder 20 wird sodann ganz zurückgezogen und bringt den Lagerarm-Sperriegel 27 in eine Stellung unter dem nächstfolgenden Lagerarm-Rastloch 26 (z.B. näher an die Mittelstreben 61 und 62 heran), wie dies in Fig. 9d gezeigt ist; hierbei wird der Arbeitszyklus beendet. Um die Lagereinheit 18 zu entleeren, wird der horizontale Hydraulikzylinder 20 ausgezogen, und danach werden die zuvor beschriebenen Arbeitsschritte in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Steuerkonsole zur Beobachtung und Kontrolle der Lagereinheiten an einer geeigneten Stelle angeordnet. Die Steuerkonsole hat herkömmliche Ausführung und liefert elektrische Signale an Magnetventile, welche den Strom des Hydraulikmediums an die verschiedenen Hydraulikzylinder und Druckluft an die verschiedenen Pneumatikzylinder in der zuvor beschriebenen Einrichtung steuern, wodurch die gewünschte Bewegung und VerriegeLmg der Lagerarme bewirkt wird. Wenn beide Sperriegel und 27 (Fig. 4) eines der Lagerarme 68 gleichzeitig zurückgezogen würden, könnte sich der zugehörige Lagerarm in der Längsrichtung frei bewegen, wodurch die Lagerzellen in einem benachbarten Lagerarm geöffnet und die dort gelagerten Gestängeabschnitte freigegeben wurden. Um dies zu verhindern, sind die Sperriegel und 27 in ihren Sperrstellungen federbelastet und können durch Betätigung von Schaltern zurückgezogen werden, welche die die Zylinder 45 bzw. 21 beaufschlagenden Magnetventile steuern. Es ist jedoch zu beachten, daß die Magnetventile so in die Schaltung einbezogen sind,

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daß nur ein Zylinder 21 oder 45 jeweils eingezogen werden kann, d.h. , wenn ein Zylinder eingezogen ist, ist der andere ausgeschoben. Demgemäß kann ein Sperrriegel 22 bzw. 27 jedes Lagerarms nur dann ausgerückt werden, wenn der andere Sperriegel in der Eingriffsstellung ist, wodurch sichergestellt wird, daß jeder Lagerarm stets durch wenigstens einen der Sperriegel 22 oder 27 festgelegt ist«, Ein unbeabsichtigtes Verschieben und ein unkontrollierter Stellungswechsel eines der Lagerarme wird daher dadurch verhindert, daß der Lagerarm entweder durch den Sperriegel 22 in Bezug auf die mittleren Träger festgelegt ist oder durch den Sperriegel 27 mit der Lagerarmführung zur steuerbaren Bewegung durch den Zylinder 20 zwangsgekoppelt ist, wodurch jede Möglichkeit einer fehlerhaften Betätigung ausgeschlossen ist. Aufgrund der Federbelastung ist der Sperriegel 22 auch bei Energieausfall in der Eingriffsstellung festgelegt und kann nur durch pneumatischen Druck zurückgezogen werden, so daß alle Lagerarme auch in dem Fall verriegelt sind, daß das Pneumatiksystem energielos wird oder in anderer Weise versagt.

Eine Handbetätigung der Lagerarme 68 kann in dem Fall erfolgen, daß aus irgendeinem Grunde die Antriebsvorrichtung ausfällt. Die Bewegung wird durch Einsetzen eines speziellen, mit einem Kragen versehenen Hebeleisens zwischen zwei Halterippen 69 und in ein spezielles vorgebohrtes Loch in einer mit dem unteren Mittelträger 62 verschweißten Platte hervorgerufen. Der bewegliche Lagerarm kann dann unter Ausnutzung der Hebelwirkung des Hebeleisens vor- oder zurückgeschoben werden. Die Verriegelung des Lagerarms kann in einer gewünschten Stellung durch Einsetzen des Hebeleisens zwischen das nächste Paar von Halterippen 69 und in ein spezielles vorgebohrtes Loch verriegelt werden.

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Neben der zuvor beschriebenen Handbetätigung können verschiedene fremdkraftgetriebene Vorrichtungen, z.B. Motoren, Zahnstangentriebe und verschiedene Hydraulik- oder Pneumatikzylinderkombinationen verwendet werden. Aus Gründen der Festigkeit und des einfachen Aufbaus hat sich jedoch die Verwendung von hydraulis<ten HauptzylIndern und pneumatischen Sekundärzylindern als besonders zweckmäßig erwiesen. Ein derartiges System, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist, wird nachfolgend beschrieben. Bei ihm findet ein langhubiger horizontaler Hydraulikzylinder Verwendung. Der Gesamthub des Zylinders ist gleich dem Gesamtauszugsweg des verschieblichen Lagerarms. Da sich der Lagerarm 68 nur über einen Teil seines Auszugswegs pro gespeicherter Stange 40 bewegen darf, wird die Zylinderbewegung bei jeder Stange 40 unterbrochen. Dies kann durch eine ZyIinderhubänderung erfolgen, deren Ausmaß genau der pro Stange erforderlichen Verschiebung des Lagerarms entspricht, oder noch einfacher, durch Einsetzen einer Drossel in die Hydraulikleitungen derart, daß sich der Zylinder nur relativ langsam bewegen kann. Dabei kann der Zylinfer durch direkte manuelle Steuerung bewegt und angehalten werden. Dieses System kann nur dort angewandt werden, wo sich die Bedienungsperson genügend nahe an der Lagereinrichtung befindet, um deren Verstellung zu beobachten.

Im folgenden wird auf die Antriebs- und Sperrvorrichtung gemäß Fig. 4 erneut eingegangen, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird. Jeder verschiebliche Lagerarm 68 weist eine derartige Antriebs- und Sperrvorrichtung auf, die unter dem unteren Mittelträger 62 angeordnet ist. Bei einer alternativen Ausführung wird nur eine Antriebs- und Sperrvorrichtung verwendet, wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, die sich selbst entlang der unteren Mittelstrebe bewegt und in einer Stellung unter jedem Lagerarm 68 feststellt, bis der Lagerarm eine Endstellung erreicht hat, und die sich sodann selbst

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entriegelt und auf den nächsten Lagerarm 68 umsetzt. Diese Horizontalbewegung der Antriebs- und Sperrvorrichtung 49 kann mit Hilfe eines horizontalen Hydraulikzylinders durchgeführt werden, der unter der unteren Mittelstrebe angeordnet ist oder parallel zu der Mittelstrebe verläuft· Eine solche Ausführung hat für ein vollautomatisches System gewisse Vorteile.

Die vorstehend beschriebene stabile und zuverlässige Bohrgestänge-Lagereinrichtung kann in Verbindung mit jeder Art von Bohrturm oder Bohrgestell, und zwar entweder einem Offshore-Bohrturm oder einem Land-Bohrturm verwendet werden. Die Einrichtung dient zur Lagerung von Gestängeabschnitten oder Stangen in einer speziellen, festgelegten Stellung relativ zu dem sich in Betrieb befindlichen Bohrturm.

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Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · ESSEN 1, ALFREDSTRASSE 3H3 · i EL.· (02U1) A77Ö67 Seite - 20 - 2400805 Ansprüche

1. Bohrgestängelagereinrichtung zur steuerbaren Aufnahme und Halterung von mehreren Bohrgestängeabschnitten innerhalb eines Bohrturms bzw. -gestells, dadurch gekennzeichnet, daß an einem am Bohrturm bzw. -gestell (39) angeordneten Rahmen (48) mehrere Lagerarme (68) in den Rahmen einfahrbar und aus letzterem ausfahrbar gehaltert sind, daß an einer Seite jedes Lagerarms über die Länge des Arms ntt gegenseitigem Abstand angeordnete, seitlich vorstehende Ansätze bzw. Rippen (69, 71) angebracht sind, zwischen denen mehrere Lagerzellen (42) zur Aufnahme jeweils eines Bohrgestängeabschnitts (40) gebildet sind und die von dem nächstbenachbarten Lagerarm abdeckbar bzw. schließbar sind, und daß die Lagerarme (68) zum schrittweise aufeinanderfolgenden Frei geben oder Schließen der Lagerzellen (42) durch eine Stellvorrichtung (49) vor- und zurückbewegbar sind.

2. Lagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerarme (68) im wesentlichen horizontal und parallel zueinander im Rahmen (48) axial verschieblich gelagert sind und daß an den den die Rippen (69) tragenden Seiten entgegengesetzten Seiten der Lagerarme Führungsorgane (70) angeordnet sind, die parallel zur Bewegungsrichtung der Lagerarrae verlaufen und mit ihnen zugekehrten Rippen (69) des benachbarten Lagerarms derart in Gleiteingriff bringbar sind, daß eine Relativbewegung benachbarter Lagerarme nur in Längsrichtung erfolgen kann.

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3. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den an einer Seite jedes Lagerarms (68) vorstehenden Rippen (69) etwa gleich, jedoch etwas größer als der Durchmesser des in den Lagerzellen (42) zu halternden Gestängeabschnitts (40) sind und daß die Stellvorrichtung als Schrittschaltwerk (49) ausgebildet ist, das einen ihm zugeordneten Lagerarm bei jedem Stellschritt um etwa den Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen vorschiebt.

4. Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder längsverschiebliche Lagerarm (68) durch eine Verriegelungsvorrichtung (21, 22, 26, 27, 45) in vorgegebenen Stellungen festlegbar ist und daß die Verriegelungsvorrichtung mehrere in die Verriegelungsstellung federnd vorgespannte und mit dem Rahmen (48) verbundene Sperriegel (22, 27) aufweist, die in längs des Lagerarms angeordnete Öffnungen (26) einrückbar sind.

5. Lagereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperriegel (22, 27) betätigende Vorrichtungen (21, 45) so gekoppelt sind, daß jeweils nur einer der Sperriegel (22 oder 27) außer Wirkung setzbar ist.

6. Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (49) zum Verschieben, der Lagerarme (68) eine hydraulische Kolben-Zylindervorrichtung (20) aufweist.

7. Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den Rahmen (48) ein fester Arm (67) vorspringt, der sich parallel, zu den aus dem.Rahmen ausgeschobenen Abschnitten der verschieblichen Lagerarme (68) erstreckt und mit einem benachbarten Lagerarm durch eine Gleitführung (69, 70) verbunden ist.

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8. Lagereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der mit der Gleitführung (69, 70) versehenen Seite des festen Arms (67) mehrere offene Lagerzellen (42) gebildet sind.

9. Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleitstück (46) zum Schließen der Lagerzellen des äußersten Lagerarms (68) vorgesehen ist.

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