DE2462359B2

DE2462359B2 - Vorrichtung zum Einfahren eines Rohrstranges in ein Bohrloch

Info

Publication number: DE2462359B2
Application number: DE2462359A
Authority: DE
Inventors: Thomas L. Hurst Tex. Elliston (V.St.A.)
Original assignee: Baker International Corp
Current assignee: Baker International Corp
Priority date: 1974-07-09
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2462359C3; DE2462359A1

Description

Die Erfindung beziiht sich auf eine Vorrichtung zum Einfahren eines Rohrstrangs in ein Bohrloch gegen einen in diesem herrschenden Druck, mit einer Mastkonstruktion, einer Rohreinspanneinrichtung zum Eingreifen des Rohrstranges an einer beliebigen Stelle und zum Ausüben einer abwärts gerichteten Kraft auf den Rohrstrang sowie mit einer Hubeinrichtung für die Rohreinspanneinrichtung.

Eine solche, aus der US-PS 22 00 075 bekannte Vorrichtung ist fahrbar ausgebildet und wird nach Aufrichten der Mastkonstruktion über dem Bohrloch mit Hilfe von ausfahrbaren Füßen auf dem Boden abgestützt. Soll mit dieser bekannton Vorrichtung ein Rohrstrang auch gegen erhebliche, in dem Bohrloch herrschende Drücke eingefahren werden, se muß die Vorrichtung ein großes Eigengewicht haben, damit diese aufgrund der Schwerkraft die erforderlichen Kräfte aufbringen kann. Die Antriebskraft zum Einfahren des Rohrstrangs in das Bohrloch wird mit Hilfe hydraulischer Stellmoloren aufgebracht, die unmittelbar auf die Rohreinspanncinrichtung wirken und auch als Hubeinrichtung dienen.

Aus der US-PS .7.0 96 075 ist eine Vorrichtung zum Einfahren eines Rohrstrangs in ein Bohrloch gegen einen in diesem herrschenden Druck bekannt, bei der eine hydraulische Hub- und Druckeinrichtung mit ihrem einen Ende mit dem Bohrlochkopf verbunden ist, während ihr mti den Kolbenstangen der hydraulischen Stcllzylinder verbundenes bewegliches Ende auf den Bohrlochkopf zu oder von diesem fort zu bewegen ist. Sowohl das mil dem Bohrlochkopf verbundene Ende als auch das bewegliche Ende der Hub- und Druckeinrichtiing ist jeweils mit einer hydraulisch umsteuerbaren

^h0 Rohrcinspanneinrichtung versehen, um einen Röhrst rang in das Bohrloch einfahren oder aus. diesem herausheben zu können. Die in Verbindung mit einer solchen Vorrichtung erforderliche Mastkonstruktion ist jedoch hier nicht gezeigt. Offensichtlich wird sich eine

^h~> solche Mastkonstruktion aber auf dem Boden in der Niihc des Bohrlochs abstützen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung so weiterzubilden, (laß mit ihr Rohrstränge auch gegen

erhebliche, in dem Bohrloch herrschende Drücke einzufahren sind, ohne daß dazu jedoch die Mastkonstruktion besonders stabil oder schwer ausgebildet werden muß.

Bei einer Vorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Aufsatz auf dem Bohrlochkopf bzw. der Bohrlochverrohrung befestigt ist, durch den die abwärts und aufwärts gerichteten Kräfte, denen der Rohrstrang durch die Schwei kraft bzw. den im Bohrloch herrschenden Druck ausgesetzt ist, über die Rohreinspanneinrichtung, die Hubeinrichtung und die Mastkonstruktion auf die Bohrlochverrohrung übertragbar sind.

Mit Hilfe des bei der neuen Vorrichtung benutzten Aufsatzes sind alle beim Einfahren eines Rohntrangs in ein Bohrloch auftretenden Kräfte auf den Bohrlochkopf bzw. die Bohrlochverrohrung zu übertragen. Die auf den Rohrstrang aufgrund der Schwerkraft wirkenden und nach unten gerichteten Kräfte und auch die aufgrund eines Drucks im Bohrloch auftretenden und nach oben gerichteten Kräfte werden vom Rohrstrang an die Rohreinspanneinrichtung gegeben, von der sie an die Hubeinrichtung übertragen werden. Die Huoeinrichtung überträgt ihrerseits die Kräfte wiederum an die Mastkonslruktion, die auf dem Aufsatz des Bohrlochkopfes sich nicht nur abstützt, sondern an diesem befestigt ist. die ihrerseits wiederum fest mit dem Bohrlochkopf bzw. der Bohrlochverrohrung über am Bohrlochkopfflansch vorgesehene Schrauben verbunden ist. Sowohl beim Ziehen als auch beim Drücken werden daher alle Kräfte zum Bohrlochkopf an der Bohrlochverrohrung übertragen und nicht etwa auf die Bühne der Plattform, die in aller Regel keine sehr hohe Flächenbelastung aushält.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispicls der Erfindung verständlicher werden. Es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung:

F i g. 2 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3, 4 und 5 vergrößerte Schnittdarstellungcn gemäß 3-3.4-4 und 5-5 in Fig. 1:

F i g. 6 einen Schnitt durch den Kreuzkopf des Mastes nach 6-b in F i g. 3;

Fig. 7 eine schematischc Darstellung des Flaschenzugsystems;

F i g. 8 eine ausführliche Darstellung des Laufblocks;

F i ü. 9 eine schematischc Darstellung des hydraulischen Systems für die Windcnanlage;

Fig. IO eine ausführliche perspektivische Ansicht des Rohrtransportelevators:

F-" t g. I I eine Darstellung der Doppelwindenanordn ti ng;

F i g. 12 eine schematische Darstellung des hydraulischen Ilaupisystems;

F-" ι g. 13 eine ausschnittsweise Darstellung des Mastes in für die Doppelwinde ausgerüsteter Form;

Fig. 14 eine ausführliche Darstellung des Bohrlochkopfiiufsatz.es; und

F-'i g. 15 bis 18 die kombinierte Benutzung der Vorrichtung gemäß der Erfindung beim Ziehen von Rohren.

Im folgenden wira auf die Figuren, und zwar zunächst auf die F" i g. I und 2 eingegangen. Die Ausbesserungsanlage, die allgemein mit dem F3ezugszeichen IO bezeichnet ist, weist einen aufrechten Mast Il auf, der auf einer Stütze bzw. Bühne 12 angebracht ist. Die Bühne 12 ist in der zeichnerischen Darstellung abgebrochen und hat normalerweise ausreichende Länge — ungefähr im Ausmaß der Höhe des Mastes - , um für eine stabile Abstützung des Mastes 11 zu sorgen. Die Ausbesserungsanlage ist in einer Stellung auf einer Plattform 13 einer Offshore-Bohrung dargestellt. Der Mast 11 wird von vier aufrechten Rohrträgern bzw.

ίο Beinen 14,15,16 und 17 gebildet, die im wesentlichen an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind. Die hinteren Beine 14 und 15 enden an einer Stelle oberhalb der Bühne 12 in einem Bügel 18, durch den ein Zapfen bzw. eine Welle 19 gesteckt ist, die die Beine an einem

is dreieckigen Rahmen 20 schwenkbar befestigt. Der Rahmen 20 ist auf der Oberseite der Bühne 12 befestigt. Die vorderen Beine 16 und 17 des Mastes ruhen auf Klötzen 22. Der Mast ist mit angemessenen konstruktiven Querversteifungen 21 versehen, die für Steifheit der

jo Konstruktion sorgen. Wegen der einzigartigen Auslegung des Mastes der Erfindung, wie sie noch ausführlicher beschrieben werden wird, i^rI. es lediglich erforderlich, daß die Maststruktur 11 ihr eigenes Gewicht während der Aufrichtung des Mastes tragen kann. Betriebsbelastungen, die auf den Mast autgebracht v. Tden, sind auf ein Minimum reduziert, so daß Größe und Gewicht der Konstruktionselemente des Mastes im Vergleich zu herkömmlichen Masten ähnlicher Abmessungen wesentlich vermindert werden

jo könne.

Über die vorderen Beine 16 und 17 des Mastes wird in senkrechter Richtung ein Laufblock 24 geführt, der am ausführlichsten in F i g. 8 dargestellt ist. Der l.aufblock 24 wird entlang den vorderen Beinen 16 und 17, die als

Ji Führungen dienen, hin- und herbewegt. Ein Hauptquerteil 25 des Laufblocks 24 erstreckt sich waagrecht zwischen den Beinen 16 und 17 und ist an beiden Enden des Rahmens bzw. Hauptquerteiles mit Führungsrollen 26 versehen, die drehbar auf Achsen 27 gelager sind.

Die IJmfangsfläche der Führungsrollen ist konkav, so daß sie der Form der Rohrträger 16 und 17 entspricht, und führt den l.aufblock in senkrechter Richtung, während er am Mast 11 verfuhren wird. Am I lauptqucrtcil 25 sind Seilklemmen 29 und 30 befestigt.

die zur Befestigung von Antriebsseilen am l.aufblock dienen. Das Hauptquerteil 25 des Laufblocks trügt einen Drehtisch 33, das zur Erleichterung von Reinigiings- und Bohrarbeiten dient.

Der Aufbau des Drehtisches 33 ist allgemein bekannt

ίο und umfaßt eine Spindel 34. die drehbar in Lagern 36 gelagert ist und von einem hydraulischen Motor 35 über einen Kettentrieb von der Ausgangswelle des Motors 35 angetrieben wird. Ein Flansch 31 der Spindel 34 trägt eine R'V.rspanneinrichiung, die aus einem Abfangkeil 37

Yi und einem Einfahrkeil 38 besteht, die so angeordnet sind, daß sie ein d: rch die zentrale Öffnung in der Spindel 24 ragendes Rohr erfassen bzw. einspannen können. Diese Beschläge gehören zum Stand der Technik und umfassen allgemein keine konische I liilse

ho mit einer Anzahl von Rohrkcilcn oder -zähnen, die den Umfang des Rohres einspannen können. Die Rohrspannzähne können mittels eines hydraulischen Kolbens oder eines anderen Antriebs in und außer Eingriff mit der Rohroberfläche gebracht werden. Der Abfangkeil

Ί5 37 ist so ausgebildet, daß seine Zähne 43 das Rohr so einklemmen können, daß verhindert wird, daß das Gewicht des Rohres dazu führt, dull das Rohr in das Bohrloch rutscht. Die Zähne 44 des Einfahrkcils 38

können tl;is Rohr so einklemmen. daß es gegen cmc Verschiebung nach oben gesichert ist. damit das Rohr beispielsweise gegen den Bohrlochdruck oder dann, wenn das Rohr in das Bohrloch gedrückt wird, festgehalten wird. Die Beschläge 37 und 38 können mittels einer Steuereinrichtung, für die den Operator /ugiinglich auf der Operatorplattform angeordnet ist. fernbetätigt werden. Die Kraft /um Heben und Senken des L.iufbloeks wird von einem hydraulischen Zylinder geliefert und /um l.atifblock über ein Seilsystem übertragen, d.is im folgenden beschrieben wird.

/wei dreieckige Tragarme 39 (I ig. 1 und 2) gehen von gegenüberliegenden Seiten der Spn/e des Mastes aus. In an den Tragarmen 39 vorgesehenen Lagern ist eine Welle 40 drehbar gelagert. Auf der Welle 40 sind kronenrillensdieiben 41 und 42 drehbar gelagert, die fur Stahlseile geeignet sind. Der Durchmesser der Rillenscheiben 41 und 42 entspricht ungefähr der Breite lies Mastes i ί.

Wie am besten aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist. verlauft quer /ur Oberseite des Mastes ein Kreuzkopf 45. der an den vorderen und hinteren Beinen des Mastes befestigt ist sind konstruktiv als Halterung für den Zylinder dient, der das Rillcnscheibensystem antreibt. Der Kreuzkopf 45 umfaßt eine Hülse 46. die auf der senkrechten Mittellinie des Mastes von seitlichen Tragern 60 und 61 gehalten wird. Ungefähr auf der l.angsmitlellinie des Mastes ist in der Hülse 46 des Kreuzkopfes eine Cjew indebohrung 47 vorgesehen. Vom Boden der Gewindebohrung 47 geht eine abgestufte, konzentrische Sackbohrung 30 aus. Line Kolbenstange 57 ist in die Gcw mdebohrung 47 eingeschraubt und weist ein feil 58 ^r'iit vermindertem Durchmesser auf. das in die Sackbohrung 54 ragt. Line Rmgkammer 53 umgibt einen Abschnitt des Teils 58 und sieht mn einem Ringkanal 48 in der Kolbenstange in Verbindung. Min Kanal 51 ν erbindet die Ringkammer 53 mn den hinteren Beinen 15 und 14. In ähnlicher Weise ν er binde! ein sei 11 icher Stromungskan.il 52 die vorderen Beine 16 und I 7 des Mastes mit einem Zentralkan.il 49 in eier Kolbenstange 57. Geeignete O-Dichtungsringe schützen vor einer Leckage des fluids. Lnddeckel 50 sperren die oberen Lnden der Beine 14 und 17 und bilden eine I lache, auf die der Fluiddruck innerhalb der Beine eine nach oben gerichtete Kraft ausübt.

[> ist ersichtlich, daß die Kolbenstange 57 am Kreuzkopf 45 befestigt bleibt, so daß eine Druckbeaufschlagung der kopiseuigcn oder stangenseitigen Kammer eines Zylinders 55 durch die vorderen bzw. hinteren Beine dazu fuhrt, daß ein Zündergehäuse 56 ausgefahren oder zurückgezogen wird. Der Innenraum der vorder, η Beine des Mastes steht über die Durchlasse des Kreuzkopfes und den Kanal 52 in Verbindung mit dem kopfseitigen Ende des Hauptzylinders 55. während die hinteren Beine über den Kreuzkopf und den Kanal 51 mit dem stangenseitigen Ende des Zylinders 55 verbunden sind. Wenn das kopfseitige Ende des Zylinders 55 zum Hubbetrieb unter Druck gesetzt wird, ist daher die gesamte auf die Enddeckel 50 der vorderen Beine 16 und 17 wirkende Druckkraft gleich der aufgrund des am Laufbiock 24 getragenen Gewichtes ausgeübten Druckbelastung auf die Beine. Daher sind die vorderen Beine dann immer so druckentlastet, daß sie dem Belastungszusiang angepaßt sind.

Von den hinteren Beinen des Mastes ragt ein Bügel 69 an einer Stelle vor. die sich neben dem unteren Ende des Zylindergehäuses 56 befindet, wenn der Zylinder 55 eingefahren ist. Die Bügel 69 tragen Rollen 70. die den AiiHenumlang des Zylindergehäuses 56 auf gegenüber hegenden Seiten berühren bzw. erfassen. Die Rollen 70 dienen /Mi gleitenden Führung des Gehäuses 56. wahrend es in senkrechter Richtung ein- und ausgefahren vurd. wenn der Zylinder 55 unter Druck gesetzt

Nahe dem "bereu Linie des Zvlindergehiiuses 56 ist ein krcisioi miges Ringteil 71 angebracht, das waagerechte /aplen 72 und 73 trügt die zu entgegengesetzten Seiten des Mastes weisen. Auf dem Zapfen 72 sind Killenschi'ihen 74 und 75 drehbar gelagert, wahrend Rillenseheiben 76 und 77 drehbar auf dem gegenüberliegenden Zapfen 7 3 gelagert sind. Mine hin- und hergehende Bewegung des Gehäuses 56 des Zylinders 55 fuhrt zu einer senkrechten Verlagerung dieser Rillenseheiben. wodurch der Laufbiock 24 über das Seilsystem hin- und herbewegt wird, wie noch ausführlicher erläutert w ird.

ill III I H. I I.

I 1 [MIU CTt/ .-»IIHI

auf Wellen 81 und 82 gelagert, die an Armen 83 befestigt sind, die von der unteren Querversteifung des Mastes ausgehen. Die Achsen der unteren Rillenseheiben 81 und 82 schneiden sich unter einem Winkel, wie es am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, so daß die unteren Rillenscheiben im wesentlichen ein V bilden. Dadurch wird die Verbindung des Seilsystems mit den Rillenseheiben erleichtert.

Line .\ eitere Rillensdieibe 84 ist am Mast in einer Hohe unmittelbar unter den Kronenrillenscheiben angebracht und so angeordnet, daß ihre Drehachse senkrecht zur Achse der Welle 40 Mehl, wobei die Lbene tier Rillenscheibe 48 im wesentlichen parallel zur von den Beinen lh und 17 des Mastes gebildeten Mbcnc liegt Die Rillensdieihe 84 dient zum Ausgleich der Kräfte innerhalb des RiHeiisdieibcnsystems als IJbcrlcitteil für das Seil des I ^:heriragimgssystems. Andere Übcrleiteinnchtungen. beispielsweise eine stationäre Rille oder ein Schuh, wurden diese Aufgabe ebenfalls erfüllen.

Das Kraitubertragungssy stern ist schematisch in F ι g. 7 dargestellt und kann unter Bezugnahme auf die f iguren am leichtesten erläutert werden. Dabei wird jedoch auch auf die I ι g. 1 und 2 Bezug genommen. Das Kr.iftuberiragimgssNstein umfaßt ein einziges, ununterbrochenes Seil 88. das mit einem Mndc über eine Seilklemme 89 an einer unteren Querversteifung des Mastes befestigt ist und nach oben über die äußere Zvlindernlienscheibe 77 läuft, dann nach unten um die untere Rillenscheibe 79. nach oben über die Kronenrillenscheibe 42. nach unten über die innere Zyiinderrillenscheibe 76 und über die Obcrleitrillenscheibc 84 zur anderen Hälfte des Scilsystems. Das Seil läuft dan. über die inner Z\ linderrillenschetbe 75. über die Kroncnrillenscheibe 41. nach unten über die untere Rillenscheibe 80 und nach oben über die äußere Zylinderrillenscheibe 74 und endet in der gegenüberliegenden Seilklemme 90. Die Überleiirillenscheibe 84 dient zur Verminderung eines Verziehens und seitlicher Belastungen, die auf die Rillenseheiben jeder Hälfte des Kraftübertragungssystems aufgebracht werden. Bei dieser Anordnung handelt es isch um ein Differentialsystem, das als Zwillingsflaschenzug bekannt ist und zwei parallele Seilabschnitte aufweist, die senkrecht zwischen den vorderen Beinen des Mastes verlaufen und an denen der Laufblock 24 mittels der Seilklemme 29 und 30 befestigt ist.

Es zeigt sich, daß dann, wenn das kopfseitige Ende des Zylinders 55 unter Druck gesetzt wird, so daß das Gehäuse 56 und die Rillenseheiben 74 bis 77 nach unten

werden, der l.iiufh'ock 24 hochgelahren und. wobei er von Rollen entlang den vorderen !Seinen des Mastes geführt wird. Wenn dagegen das Z\lindergchau se 56 im entgegengesetzten Sinn unter Druck gesetzt wird, so daß das /ylindergehiiuse /urückgelahrcn und. d. li. in eine Stellung am Kopf des Mastes /tiriiekkehri. wird de'· l.anfblock 42 dn/.u gebracht, au! seinen Rollen /wischen den vorderen Mastbeinen abwärls/ufahrcn. da ein iiiich unten gerichteter /ng auf die parallelen Seilabsehnille neben den vorderen Deinen des Mastes ausgeübt wird.

Mit dem beschriebenen Differrntialflasihenziigme chanismus können die auf Zapfen gelagerien Rillenscheiben 74 und 77 über ungefähr die halbe senkrechte Länge des Mastes verfahren werden, wobei sie den l.aufblock 24 so antreiben, daß er über die gesamte Länge ties Mastes entlang den vorderen (!einen 16 und 17 fährt. Somit ist es möglich, einen wirksamen Arheilshub des l.aiilblocks /u erreichen, der ein Mehrfaches der /ylinderlänge beträgt. Beispielsweise kann ein Zylinder von b.10 Meier Länge aufgrund des beschriebenen Mechanismus einen I lub von 12,20 Meter des l.aufbloeks bewirken. Ls isl offensichtlich, daß andere Vielfache wirksam benutzt werden können. Diese Konstrukt on ist insofern besonders vorteilhaft. als sie die Kosten und die Größe des hydraulischen Zylinders und ties Gewichtes des Mastes beträchtlich vermindert, so daß die Handhabung und der Transport des Mastes einfacher sind.

Zum Aufrichten ties Mastes aus einer waagrechten in eine senkrechte Stellung auf der Bühne 12 und /um Niederholen des Mastes ist ein Zylinder 91 vorgesehen. Lin linde des Zylinders 91 ist mit einem Augenbügel auf dem Zylindergehäuse versehen. Der Hügel 92 ist gelenkig mit einem Arm 93 verbunden, der auf der Oberseite der Bühne 12 geschweißt ist. Line Stange 94 des Zylinders 91 ist an ihrem äußeren Lncle mit einer Bohrung versehen, die über einen lösbaren Stift 96 mit einem Augcnbügcl verbunden ist. der an den hinteren senkrechten Beinen des Mastes befestigt ist. Somit zeigt sich, daß durch Druckbeaufschlagung des Zylinders 91 im Sinne eines Ausfahrens der Stange 94 der Mast Il um den Zapfen 19 in eine senkrechte Stellung geschwenkt wird. Durch Einfahren des Zylinders 91 wird der Mast 11 um den Zapfen 19 in eine waagerechte Lage geschwenkt. Auf der Bühne 12 ist eine geeignete Sicherung bzw. ein Anschlag vorgesehen, die bzw. der den Mast in seiner waagerechten Lage erfaßt. Aufgrund dieser Konstruktion können die Zapfen bei 19 und % entfernt werden, und der Mast kann zum Transport von einem Arbeitskran getrennt von der Bühne gehoben werden.

Eine Plattform 99 zur Aufnahme einer Arbeitskolonne wird von den vorderen Beinen des Mastes in einer Höhe getragen, die für Ausbesserungsarbeiten günstig ist. An jedem der vorderen Beine ist ein senkrechter Ansatz 100 befestigt, der mit einer senkrechten Reihe von Löchern 104 versehen ist. Die Plattform 99 besteht aus Rahmenteilen 102, die eine Arbeitsfläche 103 tragen, bei der es sich um eine Ritfelblechplatte oder Sicherheitsplatte handelt. Der Tragrahmen 102 ist in gewünschter Höhe über Stifte in den Löchern 104 aufgehängt, so daß es möglich ist, daß die Plattform abgesenkt oder angehoben wird. Ein Handlauf 105, der entlang dem Umfang der Plattform vorgesehen ist, umgibt die Plattform und vermindert die Gefahr von Unfällen. Der vordere Teil der Plattform unmittelbar neben dem Mast enthält eine Schalttafel 108, in der

ludr.iulist he Ventile iiniergebrachl sind, die die hulraulischc Betätigung der verschiedenen Elemente steuern, wie noch beschrieben werden wird.

N,die dem unteren Ende der volliefen Beine 16 und 17 ties Masies ist ein Bohrlochkopfaufsatz 110 einstellbar befestigt, der in Einzelheiten in fig. 14 dargestellt ist. Der liohrlochkopfiiulsal/. 110 umfaßt einen Rahmen 111, der von einer oberen Platte 112 und einer unteren Platte 113 gebildet wird, die Abstand voneinander haben und in senkrechter Richtung durch Rohrslüike 114 miteinander verbunden sind. Mit Löchern versehene Haltebügel 115. tlie an gegenüberliegenden Seilen tier oberen Platte 112 befestigt Sinti, sind so ausgebildet, dal! sie nut den Löchern 104 in den Mast.insät/cn 100 ausgerichtet werden können, damit eine Befestigung mittels Zapfen oder Schrauben 116 erfolgen kann. In tier unteren Platte 11 3 isl eine Buchse 118 mil Innengewinde angeordnet, die mit der Achse des kohrsiranges ausgerichtet ist. Ein Flansch i i9 tragt ein mit Gewinde versehenes Teil 120. das in die Buchse 118 eingeschraubt ist. Die Gewinde sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie ein schnelles Anziehen ermöglichen. Dei l.ochkrcis des Flansches 119 ist so ausgebildet, dal.! er mil den Schraubenlöchern am Bohrlochkopf an einer Bohrloehabsperrungsvorrichtung 130 fluchtet.

Der Rahmen 111 trägt in seinem Inneren Rohrspanneinrichtiingcn in Form eines Einfahrkeils 121 und eines Abfangkeils 122. Diese Rohreinspanneinrichtungen sind den zuvor mit Bezug auf den l.aufblock 24 beschriebenen ähnlich und dienen als Rohrspannbeschläge zum Sichern ties Rohres gegen eine senkrechte Bewegung. Die zwei Rohrklemmen im Einfahrkeil 121 und im Abfangkeil 122 werden hydraulisch betätigt und können an der Schalttafel 108 der Arbeitsstation ferngesteuert werden.

Die Funktionsweise des Mastes wird hiernach ausführlich beschrieben werden. Es zeigt sich jedoch, daß Dank des Teils 120 und der Verstcllbarkcit entlang dem Ansatz 100 ein beträchtlicher Einstellbercich für tue senkrechte Stellung ties Bohrlochkopfaufsatzes 110 erhalten wird. Dies isl äußerst wünschenswert und fiihrt dazu, daß die Anlage den meisten bestehenden Bohrungen angepaßt werden kann, da die Höhe des Bohrlochkopfes bezüglich der Höhe der umgebenden Bühne sich bei den einzelnen Bohrlochanlagen beträchtlich unterscheiden kann. Bei der dargestellten Anlage hat der Bohrlochkopf cine gewisse Höhe über der Plattform 1.3. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Erfindung ist diese jedoch für die meisten Bohrlochköpfc geeignet, die in einem beliebigen vernünftigen Abstand oberhalb oder unterhalb der Bühnenoberflaehe der Bohrlochplattform 13 enden.

Unterhalb des Endes des Bohrlochkopfes kann die Einfügung einer Bohrlochabsperrungsvorrichtung 130 vorgesehen sein. Bohrlochabsperrungsvorrichtungen sind allgemein bekannt und dienen in der Regel dazu, im Falle übermäßig starker Druckentwicklung innerhalb des Bohrloches dieses von der Atmosphäre zu trennen.

Wie bereits unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 beschrieben wurde, ist die Stange 57 des Zylinders am Kreuzkopf 45 nahe dem oberen Ende des Mastes mit dem Mast fest verbunden. Im Gegensatz dazu ist bei herkömmlichen Flaschenzuganordnungen für Ausbesserungsanlagen der Antriebszylinder 55, der den Rohrhebemechanismus hin- und herbewegt, an der Plattform oder einer Zwischenbühne befestigt oder angebunden. Eine herkömmliche Zylinderaufhängung

winde nils (!runden der Mechanik dazu !uhren, d.iit ein Mehrfaches der Gewichtsbelnslung. die .ml den I.aulblock ausgeübt wird, ,ils Dnickkral· amiden MaM aufgebracht würde. Wenn jedoch der Zylinder am oberen I-!rule ties Mastes am Kren/kopf und in senkrechter Ausrichtung mil den Mittelpunkten der Kronenrillenscheihe und tier unleren Rillenseheibe angeschlagen wird, gleicht die beim Ausfahren des Zylinders ausgeübte Krafi clic auf die Kronenrillcnseheibe aufgebrachte Druckkraft aus. Daher ist die auf den Mast aufgebrachte Hauptlast die vom l.iiiifhlock getragene Gewiehtslast.

Zur weiteren Verminderung tier Anforderungen an die Struktur ties Maslcs Il wird der Mast durch hydraulisches Fluid im Innern unter Druck geset/l. damit die Steifheit der Konstruktion erhöht wird und du mil die auf die Struktur ausgeübten Kräfte ausgeglichen werden. Durch Anwendung ties beschriebenen llaschcnzugsystems ist die Hauptlast, die auf den Mast aufgebracht wird, diejenige Last, die am i.aufbiock aufgrund von Ziehen oder Drücken auftritt. Die rohrförmigen vortlercn Beine 16 und 17 des Mastes sind so gewählt, daß die Querschniitsfläche des hohlen Abschnitts eines jeden Mastes ungefähr gleich einem Viertel der Fläche des Kolbens im Zylinder 55 ist. Daher ist die gesamte innere Querschnittsflächc der vorderen Beine ungefähr gleich der Hälfte der Fläche des Kolbens des Zylinders 55, der die Hakenlast ausgleicht. Eine hydraulische Antriebseinheit 134, die einen Dieselmotor oder einen anderen Antrieb umfaßt, der mit einer geeigneten Pumpe verbunden ist und diese antreibt, liefert Arbeitsfluid zum Zylinder. Die hydraulische Antriebseinheit umfaßt ferner ein Reservoir. Verbindungsleitungen und Filter je nach Bedarf. Die hydraulische Antriebseinheit ist über eine 1 luiddrucklcitung 137 und eine Fluidrückleitung 140 mit einem Steuerventil 170 an der Schalltafel 108 verbunden. Die vorderen Beine 16 und 17 des Mastes sind mit dem Steuerventil 170 über eine Leitung 157 verbunden; die hinteren Beine des Mastes sind mit dem Steuerventil über eine Leitung 154 verbunden, wobei herkömmliche hydraulische Leitungen und Kupplungen benutzt werden. Die F.inzelheitui des Systems werden unter Bezugnahme auf F i g. 12 beschrieben. Es wird bemerkt, daß die hydraulische Antriebseinheit 134 auf der Bohrlochplattform 13 an beliebiger geeigneter Stelle angeordnet sein kann.

Der im Zylinder 55 entwickelte Druck, der auf das Zylinderende wirkt, damit das Zylinderende ausgefahren wird, wird eine Funktion des auf den Laufblock wirkenden Gewichts sein. Die zwei vorderen Beine 16 und 17 des Mastes haben zusammen eine Fläche, die gleich der halben Fläche des Zylinders ist.

Daher ist die gesamte Druckkraft, die innerhalb der Rohrträger 16 und 17 ausgeübt wird und auf die Enddeckel 50 des Kreuzkopfes am oberen Ende der Beine wirkt, gleich der Gesamtkraft, die vom Gewicht am Laufblock 24 aufgebracht wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß die von der Pumpe erzeugte und durch die Beine zum Zylinder geleitete Kraft aufgrund des Innendrucks die Belastungen ausgleicht, so daß der Mast tatsächlich »neutral« ist und auf ihn keine senkrechte Belastung wirkt. Die einzigen Lasten, die der Mast aushalten muß, sind Lasten, die durch Wind, Drehmomente, Schwingungen und sein eigenes Gewicht ausgeübt werden, wenn er in beschriebener Weise in seine Stellung aufgerichtet wird, in gleicher Weise sind die hinteren Beine 14 und 15 so ausgewählt, daß sie eine innere (iesamlqucrschniltsfläehe haben, the ungelähr gleich der halben Kingfläche ties Kolbens im slangenseiligeii Ende ties Zylinders 55 ist, mit dem sie in Verbindung stehen.

ι Ls ist offensichtlich, daß tier in den vorderen /uei Deinen bestehende Druck /u allen Zeiten der ist. der im kopfseitigen [-!tide ties Zylinders herrscht, und tlaß tier Druck in den hinteren Beinen /ti allen Zeiten gleich dem Druck im slangenseitigen Lndc ties Zylinders ist. so tlaß

id die Konstruktion bezüglich tier auf sie aufgebrachten Last immer und kontinuierlich ausgeglichen ist. Das oben beschriebene Maslsystem mit Lastausgleich dient sowohl /um Ausgleich von Stoßbelastungcn als auch Cileichgewichtshakcnlasien. Ausrüstungen nach Art tier Erfindung sind häufig schweren Arbeitszyklen ausgesetzt. Beispielsweise betreiben Ölanlagenarbciter und Bohrarbeiter die Ausrüstung mit größtmögliche. Geschwindigkeit, um größte Ausnutzung zu erreichen Ein Kolonnenmitglicd kann ein Rohr mit Fallgcsehwin-

m tiigkeit bis zu wenigen i'ui.i über dem Boden einfahren und wird dann plötzlich bremsen, um das Rohr anzuhalten. Ein solches Vorgehen kann aufgrund der Verzögerung des sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Rohres äußerst hohe Sloßbelastungen aufbringen. Herkömmliche Masten sind mit einem Sicherheitsfaktor von 3 oder 4 ausgelegt, damit sie .Stoßbelastungen aushalten. Bei dem vorliegenden Mast nimmt jedoch die druckausgeglichene Struktur automatisch solche plötzlichen Sloßbelastungen auf und

JO widersteht ihnen, und die zusätzliche Masse und die zusätzlichen Kosten aufgrund hoher Konstruktionssicherheitsfaktoren sind nicht erforderlich. Wenn der Laufblock 24 schnell hcrunterfährt. wird der Zylinder 55 eingezogen, d. h. das Gehäuse 56 wird nach oben

J5 bewegt, da Druckfluid durch die hinteren Beine des Mastes in das stangenscitige Ende des Zylinders eingespeist ist. Um die Last schlagartig anzuhalten, wird der Arbeiter bzw. Operator das Steuerventil in eine Neutralstellung zurückbringen, wodurch die Strömung

4» des Driickfluids zum Zylinder gesperrt wird und auch die Riickströmung gesperrt wird, was zur Folge hat. daß der Kolben innerhalb des hydraulischer Zylinders schnell verzögert wird. Die aufgebrachten Ver/ögerungskräfte bewirken einen proportionalen Anstieg des

•»5 Drucks im kopfseitigen Ende des Zylinders, der auf die vorderen Beine des Mastes übertragen wird und eine nach oben gerichtete Kraft auf die Enddeckel 50 am Kreuzkopf ausübt, die der nach unten gerichteten Kraft auf den Mast aufgrund der Vcrzögerungsstoßbelastung entgegenwirkt. Obwohl zwar der Operator eine Stoßbelastung auf den Mast bzw. Derrick aufbringen kann, kann daher der Derrick die Last immer aufnehmen, da der Mast als Behälter für den hydraulischen Druck dient, statt daß er die Belastungen strukturell tragen muß. In üblicher Weise ist ferner ein Überdruckventil in das Steuersystem eingefügt, damit Beschädigungen des hydraulischen Systems verhindert werden.

Im folgenden wird auf Fig. 12 Bezug genommen,die schematisch das hydraulische System zeigt. Das Bezugszeichen 150 bezeichnet eine Pumpe mit konstanter Fördermenge, beispielsweise eine Zahnradpumpe. Ein druckausgeglichenes Vierwegventil 170, das gestrichelt umgrenzt ist, steuert die Arbeitsrichtung des Laufblocks 24. Das Ventil 170 umfaßt einen Steuerkolben 152, der mit einem Betätigungshandgriff 158 versehen ist, mittels dessen der Steuerkolben eingestellt werden kann. Bei dem Steuerkolben 152 handelt es sich

Il

um CIiL¹Ii Dreisiellungs-Vierweg-Knlhen. tier ti.inn. WLMiii LT sich in seiner linken Stellung (direkter Durchlaß) befindet, bewirkt, dal.) der L.iulblock 24 bei einem Linfahrvorgang abwärts führt, indem '\rbeitsfluid dem stangenseitigen Lnde des Zylinders 55 dui'cl' die Leitung 154 zugeführt wird. Wenn der Sieuerkoinen 152 nach links verstellt wird, so daß er sich in seiner äußersten rechten Stellung befinde! (IJberkreuzdurch-IaU). wird der l.aufblock hochgefahren, da dem kopfseitigen linde des Zylinders 55 über die Leitung 157 Fluid zugeführt wird.

Lm Bypaßvenlil 169 dient dazu, chic konstante Druckdifferenz am Ventilsteuerkolben 152 aufrechtzuerhalten. Die Druckdifferenz wird durch die Kraft einer leder bei ?72 bestimmt. Diese Differenz wird ergänzt durch den Druck stromab des Ventils an jeder der beiden Zylinderöffnungen, der durch ein Wechselvenlil 171 geht und das Hypaflventil 169 im Sinne einer Sperrung der Strömung beaufschlagt. Dieser Kraft men vom kopfseitigen Linie direkt zum Kesemm ablassen, wenn das si auge η se it ige Lnde des Z\ linders 55 unter Druck gesetzt wird.

Ls isi wünschenswert, die Möglichkeit zu haben, den AnIriebs/vlinder in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen zu betreiben, damit die Ausbesserurj;sarl:eiten wirkungsvoller durchgeführt werden Rinnen. Dies wird bei dem hydraulischen System dadurch errei'ht. da·'.) in die Schaltung geeignete Ventile eingefügt sind, die this stangenseilige und das kopfseitige Lnde des Zylinders 55 unter bestimmten Bedingungen so verbinden, daß hydraulisches Lhiid. das normalerweise vom stangenseitigL"; Lnde zum Reservoir abgelassen würde, zum Pumpendruckfluid hinzutritt, wodurch bewirkt wird, daß :ier Zylinder mit erhöhter Geschwindigkeit vorgeschoben wird. Line solche hydraulische Schaltung ist als K ück kopplungsschal tu ng bzw. Regenerativschaltui.g bekannt. Das Ventil 162 ist ein Geschwindigkeitswählventil. das dann, wenn es nach rechts verschoben wird, in

M ki del Sieuei'Ji lick Ulm i74 L-iiigLgeii. I)LM dem es ml!i Jn LiiiLi' .ViC-iiuilg

itt 11 CIIU tiL"S I ItJlIUCtI ICIJLI

um den l'umpenausgangsdruck handelt. Wenn der Druckabfall am Steuerkolben 152 ansteigen sollte, antwortet das Bypaßventil 169 automatisch dadurch, daß Druckfluid von der Leitung 151 zu einem Reservoir 160 umgeleitet wird, damit die gewühlte Druckdifferenz aufrechtgehaltcn wird. Bei einer konstanten Druckdifferenz am Steuerkolben 152 werden die Strömungsmengen durch das Ventil zu einer Funktion der Fläche des Strömungskanals. der durch die Verschiebung des Steuerkoibcns 152 bestimmt ist. Der festgelegte Druckabfall ermöglicht dem Operator eine genaue Dosierung bzw. Drosselsteuerung am Ventil 170. da die Strömungsmenge zum Zylinder 55 durch Betätigung des Steuerhebels 158 reguliert werden kann.

In die Leitung 154, die zu den Beinen 14 und 15 ties Mastes führt, ist ein Rückschlagventil 155 zwischen dem Ventil 170 und dem Zylinder 55 eingefugt. Das l.astrücksehlagvenlil 153 erfüllt eine l.eitungssperrfunktion. da es normalerweise von einer Feder nach rechts gedrückt wird, so daß ein F.inwegrückschkigventil in die Leitung 154 gebracht wird. Im Falle eines Versagens des hydraulischen Systems könnte das fluid daher iiichi aus dem Zylinder 55 über das Ventil 153 ausfließen. Lm Steuerdrucksignal über eine Leitung 164 wirkt der Federvorspannung entgegen und verschiebt das Lastrückschlagventil 153 so. daß es cmc Strömung nicht behindert, wenn auf der Leitung 164 ein Druck aultritt. der für eine Verschiebung des Ventils nach links ausreicht.

Die Leitung 157 steht über Beine 16 und 17 des Mastes in Verbindung mit dem kopfseitigen Lnde des Zylinders 55 und ist über ein Lastrückschlagventil 156 geführt, das dem Lastrückschlagventil 153 ahnlich ist und eine ähnliche Funktion erfüllt, da es im Falle eines hydraulischen Versagens eine Rückströmung vom Zylinder verhindert. Die inneren Strömungskanäle in den Beinen 16 und 17 des Mastes sind über ein zusätzliches Entlastungsventil 161 mit dem Reservoir verbunden. Das Ventil 161 wird von einem Steuersignal von der Leitung 154 über eine Leitung 168 in seine offene Stellung verschoben, wenn sich der Steuerkolben 152 in seiner linken Stellung (gerader Durchlaß) befindet, damit eine unbehinderte Rückströmung zum Reservoir möglich ist Das zusätzliche Ventil 161 ist notwendig, da die gegenüberliegenden Kammern des Zylinders 55 wegen der Verdrängung der Stange ein Volumenverhältnis von zwei zu eins haben. Das Entlastungsventil kann dann das überschüssige VoIu-

55

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65 I loehgcschwindigkeitsbetneb mit Rückkopplung bewirkt. Das Ventil 162 steuert die Funktion eines Ventils 165. das bei llubbelrieb mit hoher Geschwindigkeit offen ist. so daß Fluid zum kopfseitigen Linie de Zylinders 55 im Nebenschluß geführt wird.

Die Arbeitsweise des hydraulischen Systems wird aus der folgenden Funktionsbeschreibung deutlicher werden: Um einen Linfuhr- oder Absenkvorgang einzuleiten, verschiebt der Operator den Steuerkolben 152 des Ventils 173 nach rechts, indem er den Handgriff 158 betätigt. Wie bereits erwähnt wurde, würde das Ventil 173 bequem zugänglich an tier Schalttafel 108 auf der Operalorplatlform angebracht sein. Druckfluid von der Pumpe 150 strömt über den Ventilkolben 152 und durch die Leitung 154 und über das l.astrückschlagventil 153 zum stangenseitigen Lnde des Zylinders 55. damit das Zyliiidergehäuse 56 zurückgezogen wird und tier l.aufblock 24 abwärtsbewegt wird, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Das Steuersignal auf der Leitung 163 verschiebt das Ventil 15^r- nach rechts, wobei die Vorspannung der zugehörigen Feder überwunden wird. Der Ablaß vom kopfseitigen Lnde des Zylinders 55 erfolgt über das Ventil 156. durch die Leitung 157 und über den Vcntilkolbcn 152 zum Reservoir 160.

Um einen Hubvorgang mit niedriger Geschwindigkeit einzuleiten, betätigt der Operator den Handgriff 158 so, daß der Vcntilkolben 152 nach links verschoben wird, wodurch die Pumpenausgangsleitung 151 über den Ventilkolben in Verbindung mit der Leitung 157 gebracht wird. Das Geschwindigkeitswühlventil 162 wird in seiner linken Stellung (l')berkreuzdurchlaß) gehalten. Das Druckfluid wird über das Lastrückschlagventil !56 durch die Leitung 157 zum kopfseitigen Lnde des Zylinders 55 geführt, damit der Zylinder ausgefahren wird, wodurch der Laufblock 24 angehoben wird. Ein über die Leitung 164 zum Ventil 153 gelangendes Steuersignal verschiebt das Ventil 153 nach links, das dann eine Rückströmung vom stangenseitigen Ende des Zylinders 55 zum Reservoir über die Leitung 154 ermöglicht. Da sich das Geschwindigkeitswählventil 162 in seiner linken Stellung befindet, wird das Ventil 165 von seiner Vorspannfeder geschlossen gehalten, während die hydraulischen Steuerkolben an den gegenüberliegenden Enden des Ventils an atmosphärischen Druck angeschlossen sind.

Um den Regenerativ-Hubvorgang bzw. den Hubvorgang mit hoher Geschwindigkeit einzuleiten, wird das Ventil 162 nach rechts verschoben, damit seine linken

Kanüle (gerader Durchlaß) in Stellung gebracht werden. In dieser Stellung wird das Steuersignal auf 164 abgelassen, und die nach rechts auf das Ventil 15s wirkende Federvorspannung bringt das Rückschlagventil im Ventil 153 in de Leitung 154. Die Röckströmung vom stangenseitigen Ende des Zylinders 55 ist nun am Ventil 153 gesperrt. Das Hochdrucksteuersignal auf der Leitung 166 verschiebt das Ventil 165 so, daß es die Strömung auf der Leitung 175 durchläßt. Die Rückströmung von der sich verkleinernden Zylinderkammer am stangenseitigen Ende des Zylinders 55 geht dann über das Ventil 165 und durch die Leitung 157 zurück zum kopfseitigen Ende des Zylinders 55, wodurch die Fluidströmung verstärkt wird. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Fluids hat eine Rückkopplungswirkung und erhöht die lineare Geschwindigkeit des Zylinders und somit die Arbeitsgeschwindigkeit des Aufzugs.

Der Laufblock kann in beliebiger Stellung auf dem Mast dadurch angehalten werden, daß einfach der Steuerkolb^n 152 in seine Neutralstellung zurückgebracht wird. In drr Neutralstellung werden die Ruckschlagventile in den Lastrückschlagventilen 153 ur.d 156 in den jeweiligen Leitungen in Stellung gebracht, so daß sie eine Rückströmung von beiden Kneten des Zylinders verhindern, wodurch sie den Zylinder und den Laufblock in fester Stellung sicher spc ren.

Hs versteht sich, daß dio Ventile vorzugsweise einlernt an der Schalttafel 108 des Operators angeordnet sind. Die Mastbeine bilden einen Teil des hydraulischen Verbindungssystems, d.is die Ventile mit dem Zylinder 56 verbindet, wie /üuir beschrieben Vi urde.

In f■'ι g. 11 bezeichnet das Bezugs/eichen 180 eine Winde mit konstanter Zugkraft, die in Verbindung mit dem Mast verwendet wird und /um Transport von Rohren /wischen dem Mas' und einem Rohrlagerbe· reich oder Rohrgerüst dient.

Zur Winde schon eine Grundplatte 187. ,mi der Stander 178 und 179 angebracht sind Die Ständer tragen weitere Baugruppen der Winde, /ii denen hydraulische Motoren 181 und 182 gehoien. von denen leder in Antriebsverbindung mit einer Sdhrommcl 185 b/w. 186 steht. Ein Seil 183 ist um die Trommel 185 gewickelt, und ein Seil 184 ist um die Trommel 186 gewickelt. Die Grundplatte 187. auf der die Winde angebracht ist. kann an jeder beliebigen Stelle auf der Bohrlochplattform angeordnet sein, die /um Fordern tier Ciestängc/t'ige b/w. Kohrabschnittc geeignet ist. Damit die Winde 180 benutzt werden kann, müssen zusätzliche Rillenscheiben 188 und 189 drehbar am oberen Ende des Mastes gelagert sein, damit sie die Windenseile 183 und 184 tragen können. Beispielsweise kann der Tragarm 39 (si· lic Fig. !3) so abgewandelt werden, daß die Rillenscheiben 188 und 189 drehbar an der Spitze des Mastes oberhalb der Rillenscheiben 41 und 42 gelragen ·λ erden können. Elevatoren 190. wie sie in Fig. 10 gezeigt sind, sind an den Enden der W'jnilenseilc 183 lind 184 befestigt und können von Hand mit dem Muffenendc der Rohrabschnitte in Eingriff gebracht werden. Der wesentliche Vorteil, der durch die Winde mit konsumier Zugkraft gebracht wird. lies!·.-In darin, daß sie da/u dient, gt.-n.iu das Gleichgewicht des /υ transport,e-rcnden Rohres auszugleichen, wobei die Seile gespannt gehallen werden und es den Arbeitern ermöglicht wird, die Rohrabschnitt¹ leicht von I (anti in die gew ünschle I .age /υ schw ingen.

Das hydraulische System, das die Winde so steucri, daß die Windenzugkraft entsprechend den Anforderungen der an den Elevatoren getragenen Last geändert wird, ist in Fig.9 dargestellt. Eine Pumpe 194 ist über eine hydraulische Leitung 191 mit einer Seite des hydraulischen Motors 181 verbunden. Eine Rückleitung 192 vom Motor 181 ist mil einem hydraulischen Reservoir verbunden. Ein Strömungssteuerventil 193 umfaßt ein Einwegrückschlagventil 205, das im Bypaß

ίο zu einer einstellbaren Drossel 206 geschaltet ist. Antriebsfluid kann ungehindert vom Auslaß der Pumpe

194 zum Motor 181 über das Rückschlagventil 205 strömen, wogegen eine Rückströmung am Rückschlagventil 205 gesperrt und in der einstellbaren Drossel 206

Ii gedrosselt wird. Ein durch Steuerdruck betätigtes Überdruckventil 195 ist parallel zum Motor 181 zwischen den Leitungen 191 und 192 angeschlossen, und führt zu einem Ablaß in die Leitung 192 und zum Reservoir. Ein von Hand betäligbares Steuerventil 207,

:'i das an der Schalttafel 108 angeordnet ist, ist so angeschlossen, daß es ein Steuersignal über eine Leitung 208 zum Fernsteuerungsanschluß des Überdruckventils

195 richten kann. Das Ausgangsdrehmoment des Motors 181 und die von der Winde entwickelte Zugkraft

-^ hängen von der Druckeinstellung des Überdruckventils 195 ab. Beispielsweise führt eine Einstellung des Ventils 195 auf den Druck Null dazu, daß am Motor kein Drehmoment entwickelt wird. Durch Einstellung des Ventils 207 kann der Operator das Drehmoment und die

*" Zugkraft an der Winde 185 so verändern, daß die Gewichtslast auf der Winde gehoben, gesenkt oder einfach im Gleichgewicht gehalten wird. Die gewünschte Senkgeschwindigkeit für die Elcvatorlast wird dadurch erhalten, daß das Überdruckventil 195 geöffnet

i■"> w ird. wobei dann die Strömung des hydraulischen Fluids durch den Motor 181 umgekehrt wird und über die einstellbare Drossel 206 und das Überdruckventil 105 zurück zur Leitung 192 geht. |c größer die !Drossel 206 im Venti 193 ist. desto niedriger ist die Scnkgesehwindigkeit des Elevators.

Elevatoren 190 umfassen einen halbkreisförmigen Körper 197 durch den eine axiale Bohrung 198 hindurchgeht. Das obere Ende der Bohrung 198 ist bei 199 so erweitert, daß es dem Kragen- bzw. Muffenendc

⁴'> des Rohres entspricht, das gehandhabl wird. Somit kann ein Rohrslück in Längsrichtung in die Bohrung 198 de·· Elevators 190 eingesetzt werden, und der Körper kann über das Rohr gezogen werden, bis das Kragenende cle< Rohres im Bereich 199 erfaßt wird. Die Breite dci

Vi Öffnung bei 203 läßt nicht zu, daß das Rohr seitlich air dem Elevator entfernt wird. Ein Verschlußteil 20C besteht aus einem U-förmigcn Henkel 201. der au! beiden Seiten des Elevatorkörpers 197 sehwenkbai anpelcnkt ist. Eine Sichcrungsstange 202 verläufi

^r'i zwischen den Schenkeln des U-förmigen Henkels so daß dann, wenn sich der Henkel in senkrechter Stellung befindet, w ic dies der Fall ist. wenn das Rohr angchobct wird, die Sichcrungsstange 202 hcrumgeschwcnkt wire und die Oberseite des Körpers 197 schließt, wodurch

^Wl eine axiale Bewegung des Rohres aus dem Elevator I9( unmöglich gemacht wird. )ede Trommel der Windt kann getrennt betrieben werden, damit die Handhabung beschleunigt und erleichtert wird. Die Steucrungct können von der Operatorplatlform fernbetätigt werden

^h'' Der Operator kann dadurch, daß er die Einstellung de I Ib'.Tdruckventils steuert, die von den Trommelt erzeugte Zugkraft steuern, wie dies bereits erläiiler wurde. Daher kann ein Operator mit der Winde mi

veränderbarer Zugkraft einen Gestängezug je nach Wunsch anheben oder absenken oder einfach im Gleichgewicht halten. Die Verwendung von zwei Winden mit veränderbarer Zugkraft erhöht wesentlich die Arbeitsleistung beim Ausbesserungsvorgang, da dies eine noch zweckdienlichere Handhabung der Rohre ermöglicht, da ein Rohr nach oben in Stellung gebracht werden kann, während ein anderes abgesenkt wird. Diese doppelte Rohrhandhabung vermindert die für die Arbeit über einem Bohrloch erforderliche Zeit beträchtlich.

Die Arbeitsweise der Winde mit veränderbarer Zugkraft sowie die Arbeitsweise des Mastes werden aus der folgenden Funktionsbeschreibung klar werden. Die Fig. 15 bis 18 zeigen einen Arbeitszyklus unter Verwendung des Mastes und der Winde. Wenn über einem Bohrloch gearbeitet werden soll, beispielsweise über einem Offshore-Bohrloch, werden der Mast 11 und die Bühne 12 zusammen mit zusätzlicher Ausrüstung, beispielsweise Werkzeugen, Rohrgerüsten, einer Energiequelle, Pumpen und anderen Ausrüsiungsgegenständen, auf einen geeigneten Leichter gebracht. Jede dieser Komponenten und jedes Stück der zusätzlichen Ausrüstung wiegt in der Regel weniger als die Hebeleistung eines normalen Arbeitskranes, wie er zu den meisten Offshore-Plattformen gehört, so daß die Mastausrüstung sicher auf der Plattform in Stellung gebracht werden kann. Wegen der Konstruktion des Mastes kann ein Hub erreicht werden, der ungefähr der Länge des Mastes entspricht. Daher kann die Länge des Mastes auf die ungefähre Länge normaler Rohrabschnitte beschränkt sein, d. h. auf ungefähr 12,2 Meter (40 Fuß), und führt zu keinen besonderen Schwierigkeiten beim Be- und Entladen und beim Transport. Übliche Leichter können den Mast und die Ausrüstungsgegenstände aufnehmen.

Wenn der Leichter an dem Offshore-Bohrloch ankommt, hebt der Arbeitskran die Mastbühne 12 an die richtige Stelle auf der Offshore-Plattform neben dem Bohrlochkopf. Dann wird die Mastkonstruktion vom Kran auf der Plattform in die richtige Stellung geschwenkt, und zwar in waagerechte Lage. Der Schwenkzapfen 96 wird mit dem Mast verbunden. Der Mast ist nun auf der Plattform waagerecht angeordnet, wobei er vom Zylinder 91 und von einer nicht dargestellten Stütze abgestützt wird. Dann wird der Aufrichtzylinder 91 unter Druck gesetzt, und der Mast wird in eine senkrechte Stellung geschwenkt, in der er auf den Klötzen 22 ruht. Die Arbeitsplattform wird am Mast angebracht, und das hydraulische System wird mit einer Antriebseinheit 134 verbunden. Die Antriebseinheit kann auf der Bühne 12 zusammen mit dem Mast angeordnet sein, oder sie kann auch an beliebiger geeigneter Stelle entfernt angeordnet sein.

Nun kann der Bohrlochkopfaufsat/. 110 auf dem Bohrlochkopf angeordnet werden. Der Aufsatz wird so in Stellung gebracht, daß er mit dem Flansch 119 auf dem Bohrlochkopfflansch sitzt, und der Flansch 119 wird gedreht, bis die Löcher 104 mit den Löchern in den Haltebügeln 115 ausgerichtet sind. Dann wird der Aufsatz HO mit Schrauben 116 befestigt, und das mit Gewinde versehene Teil 120 wird so weit herausgedreht, bis das gesamte Gewicht des Mastes auf dem Bohrlochkopf ruht. Der Bohrlochkopfflansch wird am Mansch 119 befestigt, und jegliche Kraft, die vom Mast beim Ziehen oder Drücken eines Rohres ausgeübt wird, wird /.um Bohrlochkopf ;\n der Verrohrung übertragen und nicht auf die Bühne der Plattform. Dies i'.l ein besonderer Vorteil, da die meisten Plattformen nicht so ausgelegt sind, daß sie die hohe Flächenbelastung auf der Bühne aushalten können, die beim Betrieb von einer Ausbesserungsanlage dieser Art ausgeübt werden. Wenn der Mast zusammengebaut ist, kann die Arbeit mit den Winden mit konstanter Zugkraft vorbereitet werden. Zur Anpassung an die Winden ist der Tragarm 39 (siehe F i g. 13) in senkrechter Richtung verlängert, so daß er drehbar Rillenscheiben 188 und 189 tragen kann, die an der Spitze des Mastes oberhalb der Kronenrillenscheiben angeordnet sind.

Die Windenbaugruppe 180 wird nahe der Rückseite des Mastes angeordnet, wobei die Seile 183 und 184 über die Rillenscheiben 188 und 189 so geführt werden, daß der Elevator 190, der jeweils am Ende eines Seiles angebracht ist, lose über der Operatorplattform bei den vorderen Beinen des Mastes hängt. Die hydraulischen Motoren 181 und 182 werden mittels Schnellkupplungen oder dgl. mit einer Quelle für hydraulisches Fluid verbunden.

Der Mast kann nun in Betrieb genommen werden, !rs der Regel ist eine Arbeitskolonne von wenigstens drei Mann zur Durchführung eines Ausbesserungsvorganges erforderlich, wobei sich zwei Mann auf dor Operatorplattform und ein Mann neben dem Mast beim Rohrgerüst befinden. Der Mann am Rohrgerüst ist dafür verantwortlich, den Elevator 190 mit dem Ende des Rohres zu kuppeln oder andernfalls den Elevator 190 abzukuppeln. Ein Mann auf der Operatorplattform ist dafür verantwortlich, den Betrieb der RohrKlemmbeschläge 37 und 38 im Laufblock 24 und die Rohrklemmkeile 121 und 122 am Bohrlochkopf fernzubedienen und das hydraulische System zu bedienen, das den Hauptzylinder zum Hochfahren und Niederfahren des Laufblocks betätigt. Der andere Mann steuert die zwei Winden mit veränderbarer Zugkraft, die die Gestängezüge anheben und auf Arbeitsniveau absenken. Die zwei Männer auf der Plattform wirken ferner dabei zusammen, die Gestängezüge von Hand zu •to verbinden oder loszuschlagen, wenn sie die Stellung bei der Operatorplattform erreicht haben, wobei sie Schraubenschlüssel oder Motorzangen benutzen.

Das Vorgehen beim Ausbau des Rohrstranges aus der Verrohrung ist in den Fig. 15 bis 18 dargestellt. Wie Fig. 15 zeigt, wird zu Beginn des Ausbaus des Rohrstranges aus dem Bohrloch von einem Arbeiter der Kolonne der Pendelelevator 190 am Seil 184 auf das herausragendc Ende des Rohres gesetzt, wobei der Laufblock unterhalb des Elevators angreift. Der zuvor ausgebaute Gestängezug am Elevator 190 am Seil 183 wird zum Rohrlagerbereich hinübergebracht. Die unteren kohrkeile im Bohrlochkopfaufsatz 110 werden gelöst und die Keile 37 im Laufblock 24 werden angelegt, und der Hubzylinder 55 wird so betätigt, daß der Latifblock 24 hochgefahren wird, wobei der Gestängezug aus der Verrohrurig in die in Fig. 16 gezeigte Stellung gezogen wird. Dann wird der I .aufblock 24 gelöst, indem die Keile außer Eingriff gebracht werden, und über den Rohrstrang in eine f>" Stellung unterhalb des Kragens am nächsten unteren angrenzenden Rohrslück hcruntergefahren. Die Zugkraft der Winde wird mittels des Ventils 207 so gesteuert, daß sie das Seil 184 automatisch aufspult, während das Rohr vom l.aufblock 24 hochgefahren ^h'> wird. Die unteren Keile in Bohrlochkopfaufsat/. 110 werden angelegt, und die herausgezogene Rohrläiigc wird gedreht, wobei die Verbindung gelöst wird, wie dies ir Fig. !7'InIgCMcIIt m Der Windenoperator kann

dann das ausgebaute Rohrstück zum Rohrgerüst absenken, indem die entsprechende hydraulische Winde so betätigt wird, daß das Seil 184 abgespult wird. Der zweite Elevator 190 am Seil 183 wird von Hand zu den Kolonnenmitgliedern am Bohrloch zurückgebracht, damit er auf das obere Verbindungsende des aus der Verrohrung ragenden Rohres aufgesetzt werden kann, wodurch der Vorgang abgeschlossen wird, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Der Rohrausbau Vorgang kann wiederholt werden, bis die gewünschte Rohrlänge ausgebaut worden ist.

Wenn nun umgekehrt ein Einbauvorgang durchgeführt werden soll, d. h. ein Rohr in das Bohrloch eingefahren werden soll, befindet sich zunächst das obere Ende einer Rohrlänge in einer Stellung, in der es aus der Verrohrung herausragt und ungefähr auf Höhe der Operatorplattform endet. Die Rohrklemmkeile am Bohrlochkopfaufsatz 110 werden hydraulisch so betätigt, daß sie das Rohr einklemmen, damit eine Bewegung des Rohres in der Verrohrung verhindert wird. Wenn das Bohrlochumer Druck steht, wird der Einfahrkeil 121 so betätigt, daß er das obere Ende des Rohrstranges festklemmt, damit es daran gehindert wird, aus der Verrohrung herausgedrückt zu werden. Wenn das Bohrloch tot ist, wird der Abfangkeil 122 betätigt, damit verhindert wird, daß das Rohr in die Verrohrung rutscht, bevor ein weiteres Rohrstück am oberen Ende angebracht worden ist.

Während dieses Vorgangs setzt ein Kolonnenmitglied, das am Rohrlagerbereich eingesetzt ist, einen Elevator 190 auf das Ende eines Gestängezuges. Einer der Kolonnenarueiter auf der Plattform betätigt den Motor der hydraulischen Wi Jengruppe 180 mit veränderlicher Zugkraft so. daß der angehängte Geslängezug in senkrechte Lage : ">er dem Bohrlochkopf gebracht wird, und stellt dann das Überdruckventil 193 so ein, daß das von der Winde entwickelte Drehmoment das Gewicht des Rohres ausgleicht. Einer der Kolonnenarbeiter auf der Plattform bringt dann das untere, mit Gewinde versehene Ende des hochgezogenen Rohres in das obere Ende des aus der Verrohrung herausragenden Rohres. Der obere Abschnitt wird dann mittels eines Schraubenschlüssels oder eines Motoiwerkzeuges, das die Rohrabschnitte erfaßt, schnell um einige Umdrehungen gedreht. Der Haupthubzylinder wird unter Druck gesetzt, indem das Ventil 170 in seine rechte Stellung gebracht wird, damit der Laufblock 24 auf seinen Rollen über die vorderen Mastbcinc nach oben verfahren wird. In bestimmter Höhe wird der Laufblock 24 angehalten, indem das Ventil 170 in seine Neutralstcllung verschoben wird, und die Keile des Einfahrkeils des Laufblocks 24 werden angelegt. Dann wird der Hubzylinder 55 so betätigt, daß er bewirkt, daß der Laufblock das Rohr in das Bohrloch drückt bzw. einfährt. Zuvor sind selbstverständlich die unteren Keile im Bohrlochkopfaufsat/. 110 gelöst worden. Die Hublänge hängt von den Bedingungen des Bohrlochs ab und liegt in der Repel zwischen 1,83 Meter und 4.57 Meter. Die Knickfestigkeit des Rohres, der im Bohrloch herrschende,Druck und die Länge des Rohrsiranges im Bohrloch beeinflussen die Länge des zulässigen Hubes, Der Laufblock 24 und die Keile werden während eines Hubes so lange betätigt, bis der Rohrstrang in die Verrohrung so weit eingedruckt worden ist, daß der Elevator 190 ungefähr auf der Höhe der Operatorplattform ist. Dann wird das Einfahren unterbrochen, und die ferngesteuerten Keile im Bohrlochkopfaufsatz HO werden erneut angelegt, während die Keile im Laufblock gelöst werden. Der Elevator 190 wird von Hand vom Ende des Rohrstranges abgenommen und von Hand zum Kolonnenmitglied am Rohrgerüst transportiert, so daß dieses den Elevator an einem

ίο anderen Rohrstück anbringen kann, damit es in Stellung gehoben werden kann. Während der Einfahrhub erfolgte, wurde der zweite Windenmotor so betrieben, daß er ein weiteres Rohrstück in senkrechte Lage angehoben hat, das nun bereitsteht, um in zuvor

".5 beschriebener Weise am Rohrstrang angebracht zu werden. Die Verwendung der Doppelwinde mit veränderbarer Zugkraft zum kontinuierlichen Transport eines Rohrabschnitts vom Rohrgerüst zum Bohrloch vermindert somit beträchtlich die »Totzeit« und ermöglicht einen fast ununterbrochenen Betrieb des Laufblocks 24.

Wenn die Winde mit veränderbarer Zugkraft gerade das Gleichgewicht hält, nimmt sie auch jedes Spiel in ihrem Seil auf. Der Einsatz von zwei Winden in beschriebener Weise ist insofern äußerst zweckdienlich, als ein Elevator ständig in Arbeitsstellung ist, während der andere Elevator ein Rohr zwischer. dem Mast und dem Rohrgerüst transportiert. Ferner wird der Laufblock äußerst wirkungsvoll ausgenutzt, da dieser dauernd oder zumindest fast dauernd und fast ohne Stillstandszeit betrieben wird.

Wenn der Laufblock anhebt, wird die Last bzw. das Gewicht am Laufblock zu den vorderen Beinen des Mastes und zur Bohrlochverrohrung übertragen und nicht auf die Konstruktion der tragenden Plattform. Da die vorderen Mastbeine in zuvor beschriebener Weise unter Druck stehen, trägt die Mastkonstruktion selber fast keine Last. Dies trägt zur Wirtschaftlichkeil und zum geringen Gewicht der Konstruktion bei.

Somit liegen eine äußerst wirksame Mastkonstruktion und ein äußerst wirksames Ausbesserungsverfahren vor. Der Mast erreicht einen beträchtlichen Hub mit einem Zylinder, der die halbe Länge des Hubes hat. Selbstverständlich würde es auf der Hand liegen.

weitere Rillenschciben hinzuzufügen und den erforderlichen Hub des Zylinders weiter zu vermindern. Es hat sich jedoch bei den meisten Arbeiten erwiesen, daß das hier beschriebene Verhältnis von zwei zu eins äußerst günstig ist. Ferner ist der Mast druekausgeglichen, so daß auf den Mast aufgebrachte Hakenbelastungen und Stoßbelastungen aufgehoben werden. Der Mast hat äußerst geringes Gewicht und ist kompakt, und im Betrieb ist der Mast praktisch von der Plattform, auf der er arbeitet, getrennt, so daß sämtliche Belastungen statt auf die Plattform auf die Bohrlochverrohrung übertragen werden. Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit, mit mehreren Geschwindigkeiten zu arbeiten, was für viele ölfcldarbeiten äußerst wünschensweri ist. Der Mast kann zum Einfahren und Herausziehen von Rohren eingesetzt werden, und kann ferner auch für andere Arbeiten, beispielsweise das Bohren eines neuen Bohrlochs, eingesetzt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einfahren eines Rohrstrangs in ein Bohrloch gegen einen in diesem herrschenden Druck, mit einer Mastkonstruktion, einer Rohreinspanneinrichtung zum Ergreifen des Rohrstranges an einer beliebigen Stelle und zum Ausüben einer abwärts gerichteten Kraft auf den Rohrstrang sowie mit einer Hubeinrichtung für die Rohreinspanneinrichiung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufsatz (110) auf dem Bohrlochkopf (125) bzw. der Bohrlochvorrichtung befestigt ist, durch den die abwärts und aufwärts gerichteten Kräfte, denen der Rohrstrang durch die Schwerkraft bzw. den im Bohrloch herrschenden Druck ausgesetzt ist, über die Rohreinspanneinrichtung (37, 38), die Hubeinrichtung und die Mastkonstruktion (11) auf die Bohrlochverrohrung übertragbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d2? die Hubeinrichtung mit Hilfe eines um eine am oi.eren Ende der Mastkonstrukiion (11) befestigten Rolleneinrichtung geführten Seils (88) bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (88) um eine weitere, am unteren Ende der Mastkonstruktion (11) befestigte Rolleneinrichtung und von dieser nach oben zu der Hubeinrichtung geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulischer Stellmotor zur Bewegung de^r- Seils (88) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die MasüonstrLiUion (11) zwei hohle vordere Beine (16,17) ui.d .^wei hohle hintere Beine (14, 15) umfaßt, die baulich mitt .lander verbunden und an einer Bühne (12) angebracht sind und in einen Kreuzkopf (45) münden, der von der Mastkonstruktion getragen ist und in dem erste Kanäle (52) und zweite Kanäle (51) ausgebildet sind, die in eine erste und eine zweite Kammer des Stellmotors münden, wobei die Kolbenstange (57) des Stellmotors am Kreuzkopf (45) befestigt ist und in der Kolbenstange (57) ein erster Kanal (49) und ein zweiter Kanal (48; ausgebildet sind, die mit der ersten bzw. zweiten Kammer in Verbindung stehen, wobei die erste Kammer über die Kolbenstange (57) mit dem ersten Kanal (52) und die zweite Kammer über die Kolbenstange (57) mit dem zweiten Kanal (51) verbunden ist, daß die vorderen Beine (16, 17) jeweils erste Fluidleitungcn bilden, die mit den ersten Kanälen (52) in Verbindung stehen und deren gesamte Qucrseliniltsflächc ungefähr gleich der Hälfte der wirksamen Qucrschnittsfläche der ersten Kammer ist, daß die hinteren Beine (14, 15) jeweils /weite fluidleitungen bilden, die mit den /weiten Kanälen (51) in Verbindung stehen und deren Fläche ungefähr gleich der Hälfte der wirksamen Querschnittsflächc der zweiten Kammer ist, daß eine hydraulische Antriebseinrichtung mil einer Pumpe (150) für Hydraulikflüssigkeit und Vcntilcinrichtungen(170) verscihcn ist, durch die Hydraulikflüssigkeit wahlweise zu den vorderen Beinen (16, 17) oder zu den hinteren Beinen (14, 15) hinleitbar ist, wobei der Zylinder (56) des Stellmotors ausfahrbar oder zurückziehbar ist, daß das Seil (88) kontinuierlich um clic obere Rollcneinrichtung in Doppclflaschcnzuganordniing geführt ist. wobei ein senkrecht laufender Abschnitt des Seils (RS) /wischen einer ersten Rillenscheibe (41) der oberen Rolleneinrichtung und einer ersten Rillenscheibe (80) der unteren Rolleneinrichtung neben einem der vorderen Beine (16) sowie das Seil (88) anschließend über eine Ausgleichseinrichtung und dann über die zweite obere Rillenscheibe (42) in paralleler Doppelflaschenzuganordnung verläuft, daß das Seil (88) einen weiteren senkrecht verlaufenden Abschnitt hat, der zwischen der zweiten oberen Rillenscheibe (*¹.2) und

ίο der zweiten unteren Rillenscheibe (79) neben dem anderen der vorderen Beine (17) verläuft, daß die als Laufblock (24) ausgebildete Hubeinrichtung mit den senkrecht laufenden Seilabschnitten verbunden ist und daß eine dem Stellmotor zugeordnete Geschwindigkeitssteuereinrichtung eine Bypassleitung (175) umfaßt, die zum wahlweisen Umlenken von aus der zweiten Kammer austretender Hydraulikflüssigkeit zur ersten Kammer vorgesehen ist, wobei die Hydraulikflüssigkeit in den Beinen (14 bis 17) auf den Mast (11) eine Kraft aufbringt, die der auf die Beine (14 bis 17) vom Gewicht des Rohres ausgeübten Last entgegengesetzt gerichtet ist.