DE2400805B2 - Bohrgestängelagereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrgestängelagereinrichtung zur steuerbaren Aufnahme und Halterung einer Anzahl von Bohrgestängeabschnitten innerhalb eines Bohrturmes bzw. -gesteiles, mit einem am Bohrturm bzw. -gestell angeordneten Rahmen, an welchem mehrere Lagerarme angebracht sind, die einseitig über die Länge des Armes mit gegenseitigem Abstand angeordnete, seitlich vorstehende Ansätze bzw. Rippen aufweisen, zwischen denen Lagerzellen zur Aufnahme jeweils eines Bohrgestängeabschnittes gebildet sind, die von dem benachbarten Lagerarm abdeckbar sind.

Bei Tiefbohrvorgängen ist es notwendig. Bohrgestange- oder Rohrabschnitte in einem Bohrturm rasch und wirksam zu handhaben. Es ist beispielsweise beim Tiefbohren nach der Rotary-Bohrmethode notwendig, wahrend 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 so weit anzuheben, bis einige Verbindungen der als Bohrgestänge bezeichneten Bohrstange oberhalb der Bohrturmplattform bzw. -bühne liegen.

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 wird. Der Meißelschaft wird sodann so weit angehoben, bis ein weiterer Gestängeabschnitt über dir Bohrturmplattform bzw. -bühne erscheint. Beim Einfahren in das Loch, d. h. beim Wiedereinsetzen des Bohrgestänges in das Bohrloch, 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 Meißelschaftes angeschlossen, und der Meißelschaft wird so weit 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 Gestängestücke 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 Erfin-

dung eignet sich insbesondere für derartige Offshore-Operationen. ist jedoch nicht auf diese beschränkt, und das nachfolgend beschriebene Ausfü.irungsbeispiel ist zur Verwendung an versenkbaren Bohrplattformen geeignet

Offshore-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 auf Grund von Wetter- oder Seebedingungen der Bohrvorgang unterbrochen werden muß, ein wesentlicher Faktor der Gesamtkosten beim Niederbringen ties Tiefbohrlochs. Zusätzlich spielen Sicherheitsüberlegungen in einem erheblich größeren Ausmaß eine Rolle als bei den meisten Landbohrungen.

Bohrgestängelagereinrichtungen bzw. -gestelle der eingangs erwähnten Art bei denen also die Lagerzellen für die Rohrgestängeabschnitte durch den nächstfolgenden Lagerarm abgedeckt werden, so daß die Bohrgestängeabschnitte nicht versehentlich aus der Lager einrichtung abstürzen können, sind bekannt. Eine dieser bekannten Lagereinrichtungen (DT-OS 2 051 608) betrifft ein Gestell für eine horizontale Lagt/ung der Bohrgestängeabschnitte. Nach der Entnahme aus dem Gestell müssen die Gestängeabschnitte deshalb erst in die Senkrechte geschwenkt werden, bevor sie an das eigentliche Bohrgestänge angesetzt werden können, und umgekehrt müssen die abgenommenen Gestängeabschnitte nach der Abnahme vom Bohrgestänge zunächst in die Horizontale zurückgeschwenkt werden, bevor sie im Gestell wieder abgelegt werden können. Für dieses Verschwenken von der Horizontalen in die Senkrechte und umgekehrt müssen also entsprechende Vorrichtungen vorgesehen werden. Eine derartige Lagerung ist darüber hinaus aber platzaufwendig, so daß sie zwar bei Bohrstellen an Land, an denen genügend Platz zur Verfügung steht anwendbar ist für im Platz beschränkte Bohrtürme auf Schiffen oder schwimmenden oder auf dem Meeresboden aufsetzbaren Bohrinseln jedoch nicht geeignet ist. Zur Entnahme oder zum Einlegen von Bohrgestängeabschnitten werden die Lagerarme in senkrechter Richtung auseinander auf Abstand gefahren, so daß die zwischen den Armen gebildeten Lagerzellen zugänglich werden. Die Stellvorrichtung zum Verfahren der Lagerarme müssen dabei 5» aber so ausgelegt sein, daß sie in der Lage sind, das Gewicht der Lagerarme und der auf ihnen liegenden Bohrgestängeabschnitte in senkrechter Richtung anzuheben, was entsprechend dimensionierte Stellzylinder und Druckmittelsteuereinrichtungen erforderlich macht. Bei Freigabe eines Lagerarmes werden außerdem sämtliche auf dem betreffenden Lagerarm befindlichen Bohrgestängeabschnitte zugänglich, was bei horizontaler Lagerung und feststehenden Bohrtürmen an Land zulässig sein mag. Bei senkrechter Anordnung der Bohrgestängeabschnitte und auf bewegten Schiffen muß jedoch sichergestellt sein, daß nur der jeweils gerade benötigte Bohrgestängeabschnitt zugänglich ist, damit Unfallgefahren durch umstürzende oder aus dem Gestell springende Gestängeabschnitte mit Sicherheit &5 vermieden werden.

Bei einer weiteren bekannten für senkrechte Lagerung der Bohrgestängeabschnitte eingerichteten Lagereinrichtung (DT-OS 2 001 060) erfolgt die Bildung von Lagerzellen zur Aufnhme der Gestängeabschnitte zwischen den Lagerarme durch in geeigneten Abständen verschwenkbar an den Lagerarmen angeordnete Klinken. Da jede einzelne dieser Klinken wahlweise betätigbar sein muß, um Zugang zum gewählten Bohrgestängeabschnitt zu ermöglichen, ist der Aufwand für die entsprechenden Stellvorrichtungen hoch und das Steuersystem muß entsprechend komplex aufgebaut sein, so daß die Herstellungskosten für diese Lagereinrichtung hoch sind und eine potentiell erhöhte Störanfälligkeit besteht

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Lagereinrichtungen der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß bei möglichst geringem baulichen Aufwand eine absolut sichere Lagerung von Bohrgestängeabschnitten — auch bei senkrechter Lagerung — gegeben ist wobei nur der jeweils gerade benötigte Bohrgestängeabschnitt von der Lagervorrichtung freigegeben wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lagerarme in den Rahmen ein- und aus diesem ausfahrbar ausgebildet und zum schrittweise aufeinanderfolgenden Freigeben oder Schließen der Lagerzellen durch eine Stellvorrichtung betätigbar sind. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine vollständig sichere Betriebsweise, so daß Bohroperationen beispielsweise unter solchen Wetter- und Seebedingungen ausgeführt werden können, bei denen mit anderen Anlagen bekannter Ausführungen der Bohrbetrieb eingestellt werden müßte. Daher stellt die erfindungsgemäße Bohrgestängelagereinrichtung maximale Bohr- Betriebszeiten zur Verfügung, bei denen die Bohranlage in Verbindung mit dem Erfindungsgegenstand benutzt wird. Die erfindungsgemäße Lagereinrichtung ist insbesondere auch zur vertikalen Lagerung bzw. Halterung von Bohrstangen, insbesondere ölbohrstangen, auf instabilen Plattformen, z. B. den Plattformen von Bohrschiffen oder halbversenkbaren Plattformen geeignet. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Lagereinrichtung jedoch auch auf einer stabilen Offshore-Plattform oder einem Landbohrturm angewandt werden.

Die Lagerarme sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen horizontal und parallel zueinander im Rahmen axial verschieblich gelagert und an den die Rippen tragenden Seiten entgegengesetzten Seiten der Lagerarme sind Führungsklauen angeordnet die parallel zur Bewegungsrichtung der Lagerarme verlaufen und mit ihnen zugekehrten Rippen des benachbarten Lagerarms in Gleiteingriff bringbar sind, wobei benachbarte Lagerarme nur in Längsrichtung relativ gegeneinander beweglich sind. Die Führung der beweglichen Lagerarme erfolgt also durch verschiebliche Anordnung am jeweils nächsten Lagerarm.

Die Abstände zwischen den an einer Seite jedes Lagerarms vorstehenden Rippen sind etwa gleich und größer als der Durchmesser des in den Lagerzellen zu nähernden Gestängeabschnitts, und die Stellvorrichtung ist vorzugsweise als Schrittschaltwerk ausgebildet, durch das ein diesem zugeordneter Lagerarm bei jedem Stellschritt um etwa den Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen verschiebbar ist.

Zur sicheren Festlegung der Lagerarme in vorgegebenen Verriegelungsstellungen ist in der erfindungsgemäßen Weiterbildung vorgesehen, daß jeder längsverschiebliche Lagerarm durch eine Verriegelungsvorrichtung in vorgegebenen Stellungen festlegbar ist, die

mehrere in die Verriegelungsstellung federnd vorgespannte und mit dem Rahmen verbundene Sperriegel aufweist, welche in längs des Lagerarms angeordnete öffnungen einrückbar sind.

Zum Entriegeln sind dann die Sperriegel betätigende gekoppelte Vorrichtungen vorgesehen, durch welche jeweils einer der Sperriegel außer Wirkung setzbar ist. Die Stellvorrichtung zum Verschieben der Lagerarme weist vorzugsweise eine an sich bekannte Kolben-Zylindervorrichtung auf. Diese Kolben-Zylindervorrichtungen können so ausgelegt werden, daß sie relativ hohe Kräfte entwickeln, so daß eine auf den Lagerarmen oder in den Führungen gebildete Eisschicht durch die Antriebskräfte gebrochen werden kann.

Die erfindungsgemäße Bohrgestängelagereinrichtung ist zur Aufnahme von Bohrstangen unterschiedlichen Querschnitts geeignet, wobei derartige Bohrstangen auch gleichzeitig gelagert werden können. Außerdem kann die Lagereinrichtung in geeigneter Weise an teil- oder vollautomatisierte Bohrvorgänge angepaßt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seiten-Teilansicht eines Bohrturms, F i g. 2 eine Draufsicht auf die beschriebene Bohrgestängelagereinrichtung in Relation zum Bohrloch,

F i g. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Hälfte der in der F i g. 2 gezeigten Lagereinrichtung,

F i g. 4 eine Schnittansicht der Lagereinrichtung entlang den Linien 4-4 der F i g. 3,

F i g. 5 eine Schnittansicht der Lagereinrichtung entlang den Linien 5-5 der F i g. 3,

F i g. 6 ein vergrößerter Teilschnitt durch die Lagerarme und Verbindungselemente entlang den Linien 6-6 der F i g. 5,

F i g. 7 eine vergrößerte Schnittansicht durch einen Lagerarm mit einem zurückgezogenen Sperriegel entlang den Linien 7-7 der F i g. 4,

F i g. 8 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt auf einen Lagerarm und den in Verriegelungsstellung befindlichen Sperriegel entlang den Linien 8-8 der F i g. 4, und

F i g. 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 festlegt 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 F i g. 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 F i g. 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 druckluftbetätigten Hebevorrichtung 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 F i g. 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 32 und ein Umsetzkopf 36 gehören. Eine der den Erfindungsgegenstand bildenden Lagereinrichtungen ist an dem Bohrturm mit 33 bezeichnet

In F i g. 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 Gestängelagereinheiten 18 sind spiegelbildlich zueinander ausgebildet und in der in F i g. 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 F i g. 2 am besten erkennbaren Weise geleert wird. 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, lede Lagereinheit 18 ist am Bohrturm 39 durch eine Befestigungsvorrichtung gehaitert die an den End- und Mittelträgern 61,62,63 und 64 und den Trägern 65,66 und 44 angebracht ist (vgl. F i g. 3 und 4). Die Lagereinheit 18 ist im Bohrturm bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel so angeordnet,

SS 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 begrenzea

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 Stan-

gen 40 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 F i g. 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 64 und Mittelstreben 61 und 62 begrenzt. Die Endträger

62 und 64 liegen unterhalb der Träger bzw. Streben 61 und 63 (F i g. 4). Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Endträger 66 und die vorderen und rückwärtigen Trägerarme 44 und 65 Breitflanschträger (Peinerträger), während die Streben bzw. Träger 61,62,

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. 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 64 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 64 angeschlossen. 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 67 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 F i g. 4 zu erkennen.

Winkelstücke 14 ermöglichen die Verschraubung zur Befestigung der Streben an den Trägerarmen, wobei Versteifungen 12 der Verbindung eine zusätzliche Torsionssteifigkeit 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 F i g. 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 Lagerzellen 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 F i g. 6 gezeigten Weise mit zwei Führungsnuten 43 versehen ist. Die Lagerarme 68 bilden die Vorder- und Rückseiten der Lagerzellen 42, Nvährend die Halterippen 69 die seitlichen Begrenzungen der Lagerzellen (F i g, 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 (F i g. 6). Durch

ίο 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 70 werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei Stahlwinkel gebildet, welche an der Rückseite des Lagerarms 68 befestigt sind (F i g. 6) Die Halterippe 69 ist an der 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 Ausnähme, 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. F i g. 3 und 4) ausgebildete Rastlöcher 26 eingreifen.

Im folgenden wird insbesondere auf die F i g. 4 Bezug genommen, in der eine Schnittansicht der Antriebsund 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 4"5 aus einem horizontalen Hydraulikzylinder 20, zwei vertikalen Pneumatikzylindern 21 und 45, einer Lagerarmführung 19 und zwei Gruppen von Lagerarm-Sperrie geln 22 und 27 und Sperriegelhülsen 25. Der vertikal« Pneumatikzylinder 21 ist mit der ihm zugeordneter Sperriegelhülse 25 an der der Endstrebe 66 nächstgele genen Seite der unteren Mittelstrebe 62 befestigt. Dei Lagerarm-Sperriegel 22 ist in der Riegelhülse 25 ver schieblich gelagert und kann mit Hilfe des Pneumatik Zylinders 21 in Hubrichtung aus- oder eingefahren wer den. Ein Ende des horizontalen Hydraulikzylinders 21 ist durch einen Verbindungsbolzen 29 an der dem verti kalen Pneumatikzylinder 21 gegenüberliegenden Seit der unteren Mittelst rebe 62 angeschlagen, und das an dere Ende des Hydraulikzylinders 20 ist durch eine Bolzen 28 mit der Lagerarmführung 19 verbundea Di Lagerarmführung 19 ist bei dem beschriebenen Ausfür rungsbeispie! ein vorgeformter Stahlbauteil, der läng eines Lagerarms 68 praktisch ohne seitliches Spiel gle

6s tend gelagert ist. Das dem horizontalen Hydraulikzylir der 20 gegenüberliegende Ende der Lagerarmtfihnjr. 19 halten den vertikalen Pneumatikzylinder 45 un dessen Sperriegelhülse 25. in der der Sperriegel 27 vei

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schieblich gelagert ist. Daher wird der vertikale Pneumatikzylinder 45 zusammen mit seiner Sperriegelhülse 25 längs des Lagerarms 68 verschoben, wenn die Lagerarmführung 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, 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 der 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 64 abgestützt sind. In dieser Stellung befindet sich der Endstutzen 47 des Lagerarms nahe der Endstrebe 66. Der stationäre Lagerarm 67 nimmt jetzt den ersten Gestängeabschnitt 40 auf.

Die erste Stange wird zwischen das erste Halterippenpaar 69, d. h. 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 Lagerann 54 wird wiederum um ein Stück vorgeschoben, um diese Zelle 42 abzuschließen. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die letzte Lagerzelle 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 Lagerarm 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

ίο ist am besten in F i g. 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 Lagerzeiie eine Stange 40 freigibt. Diese Stange kann sodann der Lagerzelle 42 entnommen werden. Der Lagerarm 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

2$ 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 19 auf (F i g.4). Der horizontale Hydraulikzylinder 20 ist an der den Endträgern 63 und 64 zugewandten Seite der 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 vertikalen Pneumatikzylinder

21 verbunden ist. Die Hülse 25 und der Sperriegel 22 sind fest an der dem horizontalen Hydraulikzylinder 20 gegenüberhegenden 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 horizontaler Hydraulikzylinders 20 verschoben werden, während der Sperriegel 22 und die ihm zugeordnete Hülse 25 am unteren Mittelträger 62 festgelegt sind.

In den F i g. 9a bis 9d sind die aufeinanderfolgender Funktionsschritte des Schrittschaltwerkes 49 dargestellt Bei der in F i g. 9a gezeigten Stellung des Schrittschaltwerkes sind die horizontalen Hydraulikzylinder 20 und der vertikale Pneumatikzylinder 45 unter dem Sperriegel 27 voll eingefahren. Daher steht der Sperr riegel 27 außer Eingriff mit dem Lagerarin-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 bringi den zugehörigen Sperriegel 27 in Eingriff mit dem Rastloch 26. Wenn der Sperriegel 27 eingenickt ist wird der vertikale Pneumatikzylinder 21 eingezogen,

wodurch der Sperriegel 22 aus dem zugei:örigen Rastloch ausgerückt wird Dies ist in Fig.9b gezeigt Danach wird der Lagerarm 68 um die Breite einer Lagerzelle mit Hilfe des horizontalen Hydraulikzylinders

vorgeschoben, der dabei um seine volle Hublänge (F i g. 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.9c gezeigte Stellung erreicht. Der horizontale Hydraulikzylinder 20 wird sodann ganz zurückgezogen und bringt den Lagerarm-Sperriegel 27 in eine Stellung unter dem nächstfolgenden Lagerarin-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 Verriegelung der Lagerarme bewirkt <vird. Wenn beide Sperriegel 22 und 27 (F i g. 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 würden. Um dies zu verhindern, sind die Sperriegel 22 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, 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 Sperriegel 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 Lagprarmffihrung zur steuerbaren Bewegung durch den Zylinder 20 zwangsgekoppelt ist, wodurch jede Möglichkeit einer fehlerhaften Betätigung ausgeschlossen ist Auf Grund 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 speziellea 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.

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 hydraulischen 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 verschiebiichen 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 Zylinderhubänderung 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 Zylinder 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 F i g. 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 unten η Mittelstrebe bewegt und in einer Stellung unter jedem Lagerarm 68 feststellt bis der Lagerarm eine Endstellun^ erreicht hat und die sich sodann selbst entriegelt unc auf den nächsten Lagerarm 68 umsetzt Diese Horizon talbewegung der Antriebs- und Sperrvorrichtung 45 kann mit Hilfe eines horizontalen Hydraulikzylinder durchgeführt werden, der unter der unteren Mittelstre be angeordnet ist oder parallel zu der Mittelstrebe ver läuft. Eine solche Ausführung hat für ein vollautomati sches System gewisse Vorteile.

Die vorstehend beschriebene stabile und zuveriässi ge Bohrgestänge-Lagereinrichtung kann in Verbindun; mit jeder Art von Bohrturm oder BohrgesteH, und zwa entweder einem Offshore-Bohrturm oder einem Land Bohrturm verwendet werden. Die Einrichtung dient zu Lagerung von Gestängeabschnitten oder Stangen i einer speziellen, festgelegten Stellung relativ zu dei sich in Betrieb befindlichen Bohrturm.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Bohrgestängelagereinrichtung zur steuerbaren Aufnahme und Halterung einer Anzahl von Bohrgestängeabschnitten innerhalb eines Bohrturmes bzw. -gestelies, mit einem am Bohrturm bzw. -gestell angeordneten Rahmen, an welchem mehrere Lagerarme angebracht sind, die einseitig über die Länge des Armes mit gegenseitigem Abstand angeordnete, seitlich vorstehende Ansätze bzw. Rippen aufweisen, zwischen denen Lagerzellen zur Aufnahme jeweils eines Bohrgestängeabschnittes gebildet sind, die von dem benachbarten Lage Earm abdeckbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerarme (68) in den Rahmen (48) ein- und aus diesem ausfahrbar ausgebildet und zum schrittweise aufeinanderfolgenden Freigeben oder Schließen der Lagerzellen (42) durch eine Stellvorrichtung betätigbar 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 die Rippen (69) tragenden Seiten entgegengesetzten Seiten der Lagerarme Führungsklauen (70) angeordnet sind, die parallel zur Bewegungsrichtung der Lagerarme verlaufen und mit ihnen zugekehrten Rippen (69) des benachbarten Lagerarms in Gleiteingriff bnngbar sind, wobei benachbarte Lagerarme nur in Längsrichtung relativ gegeneinander beweglich sind.

3. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den an einer Seite jedes Lagerar ms (68) vorstehenden Rippen (69) etwa gleich und größer als der Durchmesser des in den Lagerzellen (42) zu halternden Gestängeabschnitts (40) sind und daß die Stellvorrichtung als Schrittschaltwerk ausgebildet ist, durch das ein diesem zugeordneter Lagerarm bei dem Stellschritt um etwa den Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen verschiebbar ist.

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

5. Lagereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperriegel (22, 27) betätigende, gekoppelte Vorrichtungen vorgesehen sind, durch welche jeweils einer der Sperriegel (22 oder 27) außer Wirkung setzbar ist.

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

7. Lagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Rahmen (48) ein stationärer 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.

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

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