DE2542432A1

DE2542432A1 - Drehwerk fuer eine bohranlage und verfahren zum bohren und anschliessenden ausbauen eines bohrgestaenges

Info

Publication number: DE2542432A1
Application number: DE19752542432
Authority: DE
Inventors: Duane K Russell
Original assignee: Western Gear Corp
Current assignee: Western Gear Machinery Co
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-09-23
Publication date: 1976-04-15
Also published as: RO72079B; JPS599714B2; NO143852C; CA1025431A; DE2542432C2; JPS5157602A; FR2286271B1; SE401544B; IE42448B1; NL7510932A; RO72079A; GB1493717A; US3949818A; SE7510891L; FR2286271A1; BR7506298A; IN143318B; NO143852B; IE42448L; NO753249L

Description

PATENTANWÄLTE

A. GRUNECKER

D(PL-(NG

H. KlNKELDEY

DFt-ING

W. STOCKMAIR

DH-IIMG. - AeE ICALTiCH

K. SCHUMANN

DR BER NAT · OIPt_-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPU-ING.

G. BEZOLD

DU RER NAT · DIPL-CHEM

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DFt RER. O6C INa

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

23. September 1975 PH 9607

WESTEHIT GEAR CORPORATION

Norton Avenue, Everett, Washington 98201, USA

Drehwerk für eine Bohranlage und Verfahren zum Bohren und anschließenden Ausbauen eines Bohrgestänges

Die Erfindung betrifft hydraulische Bohranlagen und insbesondere motorisch angetriebene Drehwerke, die ermöglichen, daß das Bohrgestänge durch sie hindurchgeführt wird.

Zahlreiche verschiedenen Arten von hydraulischen Bohranlagen sind bisher benutzt worden. Beispiele für einige dieser Bohranlagen sind in den US-PS 3 722 607, 3 282 357, 502 895 und 3 158 213 beschrieben. Bei den meisten herkömmlichen hydraulischen Bohranlagen werden mehr als

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TELEFON (069)22 2865

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TELEGRAMME MONAPAT

zwei Druckzylinder benutzt, die eine Anordnung haben, die den Ausbau des Bohrgestänges erschwert. Aus der US-PS 2 505 895 ist eine Bohranlage mit zwei Zylindern bekannt, wobei jedoch diese Anlage nicht zur Handhabung von miteinander verbundenen Rohrsegmenten aus mehreren Rohrabschnitten, beispielsweise aus zwei oder drei Rohrabschnitten, geeignet ist.

Das Ein- und insbesondere das Ausfahren langer Bohrgestänge war bisher ein zeitraubender und kostspieliger Vorgang, bei dem es erforderlich ist, jeden Rohrabschnitt von unterhalb der Drehstangenbaugruppe auszubauen. Eine andere Möglichkeit ist in der US-PS 3 722 607 beschrieben. Darin wird eine Bohranlage mit einem kraftschlüssigen Drehwerk beschrieben, bei der Abfangkeile zum Einspannen des Bohrgestänges benutzt werden, während das Bohrgestänge gedreht wird. Diese Art der Verbindung mit dem Bohrgestänge hat jedoch keine günstige Aufnahme gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Bohranlage zu schaffen, bei der lediglich zwei hydraulische Druckzylinder zur Anwendung kommen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer hydraulischen Bohranlage, die leichten Zugang zum Austausch des Bohrgestänges ermöglicht.

Ein erfindungsgemäßes Drehwerk für eine Bohranlage sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bohren und anschließenden Ausbauen eines Bohrgestänges sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

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Die genannten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei hydraulische Druckzylinder vorgesehen sind, an deren Kolbenenden eine Zugkonstruktion montiert ist, die ein in der Mitte zwischen den Druckzylindern angeordnetes Drehwerk trägt. Die Druckzylinder sind starr mit einem seitlichen Gerüst verbunden, das auf einer Seite des Gerüstes freien Zugang zum Austausch des Bohrgestänges ermögliäit.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines motorisch angetriebenen Drehwerks mit einer ausbaubaren Drehstangenbaugruppe, damit das Bohrgestänge durch das Drehwerk hindurch ausgefahren werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehwerk kommt eine Drehstangenbaugruppe zur Anwendung, die für Bohr- und Ausbesserungs— arbeiten mit dem Bohrgestänge verschraubt werden kann. Die Drehstangenbaugruppe kann von der Antriebsbaugruppe des Drehwerks getrennt und durch eine Sinführvorrichtung ersetzt werden, die während Einfahr- und Ausfahrarbeiten ungehinderten Durchtritt des Bohrgestänges ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Ölbohrturms, wobei ein Teil der Stützkonstruktion eingefahren ist;

Fig. IA eine schematische Draufsicht des Bohrturms in

1;

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Fig. 2 eine isometrische Darstellung des Ölbohrturms im ausgefahrenen Zustand;

Fig. 3 eine isometrische Darstellung des motorisch angetriebenen Drehwerks, wobei zur Vereinfachung gewisse Teile weggebrochen sind; und

Fig. 4 eine weitere isometrische Darstellung des motorisch angetriebenen Drehwerks, die statt der Drehstangenbaugruppe gemäß Fig. 3 eine Einführvorrichtung zeigt, wobei zur Vereinfachung gewisse Teile weggebrochen sind.

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Wie am deutlichsten in Fig. 1 erkennbar ist, umfaßt eine hydraulische Bohranlage einen Unterbau 10, der auf Kufen bzw. Schienen 12 montiert ist, so daß eine Bewegung in einer Richtung möglich ist. Die Kufen bzw. Schienen 12 sind ihrerseits auf einer Plattform 13 montiart, die auf Kufen bzw. Schienen 14 bewegbar ist, so daß der Bohrturm oder Derrick auch in einer anderen Richtung bewegt werden kann. Diese Bewegungen ermöglichen ein genaues Instellungbrxngen des Derricks über dem Loch einer bestehenden Bohrung, damit eine Nachbearbeitung oder ähnliche Bearbeitung des Lochs erfolgen kann.

Die Bohranlage umfaßt ferner einen Satz Zylinderfüße bzw. -stützen 16. Mit den Füßen 16 sind auf herkömmliche Weise zwei hydraulische Druckzylinder 18 lösbar verbunden. Vorzugsweise erfolgt die hydraulische Verbindung zwischen den Druckzylindern und einer hydraulischen Quelle ^: über die Füße 16 ϊ es können jedoch auch herkömmliche hydraulische Verbindungen oder den in der US-PS 3 282 352 gezeigten Verbindungen ähnliche Verbindungen benutzt werden.

Jeder Druckzylinder 18 ist mit einem Stangenkolben 20 versehen. Die Stangenkolben 20 sind an ihren oberen Enden mit einer waagerechten Querstrebe 22 verbunden, die Bestandteil einer Zugkonstruktion 24 ist. Die Zugkonstruktion weist lange Arme 26 auf, die mit einem Drehwerk 28 verbunden sind. Ein Haupt gerüst 30 stützt die Druckzylinder seitlich ab. Das Hauptgerüst 30 hat einen rechtwinkligen Querschnitt und weist Seitenträger auf, die mit den oberen Enden der Druckzylinder verbunden sind, sowie Längsträger, die in Längsrichtung der Zylinder angebaut sind. Das Hauptgerüst 30 ist ferner mit einem ausfahrbaren Gerüst 30a versehen, das beim Einsatz der Bohranlage zu Beginn mittels

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der Druckzylinder 18 hochgefahren und in hochgefahrener Stellung beispielsweise durch Stifte gesichert wird. Die Querstrebe 22 ist mit entgegengesetzt angeordneten V-Rollen 31a versehen, die auf Schienen 31b laufen, die sich in Längsrichtung des ausfahrbaren Gerüstes erstrecken. Wie Fig. IA deutlich zeigt, bildet das Gerüst 30 eine steife, seitliche Stützkonstruktion für die hydraulischen Druckzylinder und die Zugkonstruktion, wobei es jedoch eine offen zugängliche Vorderseite 33 hat, die den Ausbau und das Einsetzen von Rohrabschnitten bezüglich des Drehwerks ermöglicht.

An den Enden der Seitenträger ist ein herkömmlicher Rohrlagerrahmen 35 montiert, der über einer herkömmlich ausgebildeten Abstellfläche 36 liegt. Unter Ausnutzung der Prinzipien der Erfindung können Rohrabschnitte P, und zwar vorzugsweise doppelte Rohrabschnitte, d.h. zwei miteinander verbundene Abschnitte mit Normallänge, im Rohrlagerrahraen gelagert werden. Auf dem Unterbau 10 der Bohranlage befinden sich ein herkömmlicher, maschinell betriebener Manipulator 38 sowie herkömmliche, maschinell betriebene Abfangkeile 39. Ferner sind selbstverständlich bei Bedarf auch andere erforderliche Bohrlochkopfvorrichtungen, beispielsweise Bohrlochabsperrvorrichtungen und dergleichen, auf herkömmliche Weise vorgesehen.

Am oberen Ende des ausfahrbaren Gerüstes 30a ist eine Seilscheibe 41 eines herkömmlichen Zusatzhebewerks 42 angeordnet, das mit einem herkömmlichen Einverbindungselevator arbeitet.

Das Drehwerk 28 (Fig. 3) umfaßt eine Drehstangenbaugruppe 50, die ein Gehäuse 51 aufweist, das über Keile 52 mit einem

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Hauptgehäuse 53 einer Antriebsbaugruppe 54 verbunden ist. Ein unteres Gehäuse 56, das einen Bestandteil eines Abfangkeilelevators bildet, ist mit dem unteren Ende des Hauptgehäuses verschraubt. Auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptgehäuses befinden sich Leitrollen 59, die auf Schienen 60 laufen, die an den Druckzylindern 18 befestigt sind.

Die Drehstangenbaugruppe 50 umfaßt eine Hohlwelle 62 mit einem angeformten Gewindezapfen bzw. Gewindeende 63. Das entgegengesetzte Ende der Hohlwelle ist mit einer herkömmlichen, drehbaren Stopfbuchse 68 verschraubt, die ein stationäres Spülrohr 64 umgibt. Das Spülrohr 64 ist mit einem Schlauchanschluß 66 für Bohr- bzw. Spülfluid verbunden.

Die Antriebsbaugruppe 54 umfaßt vier hydraulische Motore 70,die ein Ringrad 72 antreiben, das mit einer langen Keilwelle 73 verbunden ist. Die Keilwelle weist einen hohlen Innenraum 76 auf, der die Hohlwelle 62 aufnehmen kann. Die Hohlwelle hat in senkrechter Richtung kürzere Keilnuten 75, die ermöglichen, daß sich die Hohlwelle in senkrechter Richtung über ein begrenztes Stück relativ zu den Keilen bzw. Keilnuten der Welle 73 bewegt. Diese senkrechte Bewegung ermöglicht, daß sich das Gewindeende 63 auf- und abbewegt, wenn das Bohrgestänge an das Gewindeende angeschraubt oder von diesem abgeschraubt wird.

Pig. 4 zeigt dasselbe Drehwerk, wobei allerdings die Drehstangenbaugruppe 50 ausgebaut ist und an seiner Stelle eine Einführvorrichtung 80 eingebaut ist. Die Einführvorrichtung 80 weist einen Flansch 81 auf, der mit den Keilen 52 in Eingriff treten kann, damit die Einführvorrichtung am Hauptgehäuse 53 verriegelt werden kann. Der hohle Innenraum der Antriebsbaugruppe 54 hat bei ausgebauter

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Drehstangenbaugruppe einen so großen Durchmesser, daß ein Gestängeabschnitt P einschließlich der Bunde oder Gestangeverbinder zwischen Rohrabschnitten mitten durch das Drehwerk gehen kann.

Die Elevatore 57 umfassen Abfangkeile 84, die über ein Gestänge 86 mit einem pneumatischen Zylinder 87 verbunden sind. Die Abfangkeile können am Rohr geschlossen sein (siehe Fig. 4) oder geöffnet sein (siehe Fig. 3).

Der Rohrstrang hängt normalerweise an der Drehstange bzw. deren Gewindeende, wobei die Kraft über die Schulter an der Unterseite der Keilnuten 75 auf die Antriebsbaugruppe bei A und somit auf die Zugkonstruktion 24 bzw. die Arme 26 übertragen wird. In diesem Zustand sind die Abfangkeile 84 geöffnet, während der Rohrstrang von den Motoren 70 gedreht wird. Wenn das Bohrgestänge verlängert werden soll, werden einzelne Rohrabschnitte mittels des Zusatzhebewerks aus einem getrennten Rohrlagergerüst herantransportiert und wird der Rohrabschnitt, während sich der Drehtisch in seiner obersten Stellung befindet, unter das Gewindeende 63 abgesenkt, wonach der Manipulator 38 den Rohrabschnitt mit dem eingefahrenen Bohrgestänge verbindet. Dann wird das Gewindeende 63 abgesenkt, und die Motore 70 werden eingeschaltet, so daß sie das Gewindeende auf das Bohrgestänge schrauben. Wenn das Bohrgestänge so weit wie möglich in den Boden eingefahren ist, werden die Äbfangkeile 39 angelegt und die hydraulischen Motore 70 in entgegengesetzter Drehrichtung betrieben, wodurch das Bohrgestänge vom Gewindeende gelöst wird. Das Drehwerk wird erneut angehoben, damit der nächste Rohrabschnitt eingesetzt werden kann.

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Wenn nur wenige Rohrabschnitte ausgebaut werden sollen, so läuft der beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.

Wenn das gesamte Bohrgestänge ausgefahren bzw. ausgebaut werden soll, wird die Drehstangenbaugruppe 50 abgebaut, indem die Keile 52 von Hand losgeschlagen werden. Dies erfolgt, während das obere Ende des Rohrstranges gerade über die Äbfangkeile 39 herausragt und nachdem das Gewindeende der Drehstangenbaugruppe vorher vom Bohrgestänge abgeschraubt worden ist. Nachdem die Einführvorrichtung 80 eingesetzt und mit Hilfe der Keile 52 verriegelt worden ist, werden die Abfangkeile 84 auf das Ende des Gestänges abgesenkt und am Bohrgestänge geschlossen. Die maschinelle betriebenen Äbfangkeile 39 werden gelöst, und die hydraulischen Druckzylinder werden so betrieben, daß sie das Drehwerk zusammen mit dem Bohrgestänge in senkrechter Richtung hochfahren. Die Druckzylinder haben einen Hub von ungefähr 11 m, was mehr als die Länge eines normalen Rohrabschnitts ist. Nachdem das Ende des Hubes erreicht worden ist, werden die Abfangkeile 39 erneut am Bohrgestänge angelegt und die Äbfangkeile des Elevators gelöst, so daß das Drehwerk über das Bohrgestänge nach unten gefahren werden kann. Die Abfangkeile 84 des Elevators werden erneut am Bohrgestänge angelegt, so daß die Zylinder mit einem zweiten Hub einen zweiten Doppelrohrabschnitt aus dem Boden ziehen können. Ein Arbeiter auf dem Rohrlagerboden 35 verbindet den Rohrabschnitt von Hand mit einem Elevator am Zusatzhebewerk Das Drehwerk wird erneut heruntergefahren, der Gestängeverbinder wird mittels des maschinell betriebenen Manipulators gelöst, und der Rohrabschnitt wird dann vom Zusatzhebewerk aus dem Drehwerk herausgehoben und zum Rohrlager-

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rahmen 35 transportiert. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das gesamte Bohrgestänge ausgebaut ist.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die Erfindung somit doppelten Hub zum Ausbau von Rohrabschnitten doppelter Länge. Das Drehwerk ermöglicht sehr schnelles Einfahren und Ausfahren, wobei dennoch weiterhin die bevorzugte, herkömmliche Drehstangenbaugruppe angewendet wird. Da das Drehwerk nicht ausgebaut werden muß, kann die Umstellung auf das Ausfahren des Bohrgestänges sehr schnell erfolgen; sie erfordert verhältnismäßig wenige Minuten. Das Drehwerk ermöglicht einen senkrechten Ausbau von zwei oder sogar drei verbundenen Rohrabschnitten, ohne daß das Drehwerk von der Mittellinie der Bohrung wegtransportiert werden muß. Das Drehwerk kann ferner auch in Verbindung mit herkömmlichen Bohranlagen benutzt werden, die mit geteilten Laufblöcken und Flossenelevatoren ausgerüstet sind. Auch dabei ermöglicht der hohle Innenraum ein Ein- und Ausfahren ohne Ausbau des Drehwerks, wobei kürzere Einfahr- und Ausfahrzeiten als mit herkömmlichen Systemen erreicht werden. Wie bei herkömmlichen Drehwerken können bei Bedarf der Drehtisch und das sogenannte Kelly-System vollständig weggelassen werden.

Vorstehend wurde lediglich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert; es versteht sich jedoch, daß dem Fachmann Abwandlungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die beschriebene spezielle Ausführungsform beschränkt.

Patent ansprüche:

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Claims

Patenten s ρ r ü c h e

Drehwerk für eine Bohranlage, gekennzeichnet durch eine Antriebs einrichtung (70,72,73) mit einer senkrechten Öffnung (76), durch die ein Bohrgestänge während des Ein- oder Ausfahrens hindurchbewegt werden kann, und mit einem Motor (7O)₅ der in senkrechter Richtung zusammen mit dem übrigen Drehwerk (28) bewegt werden kann, eine Drehantriebsübertragungseinrichtung (62,75)> cLie die öffnung (76) einnehmen und von der Antriebseinrichtung (70, 72,73) angetrieben werden kann und in Antriebsverbindung mit einem Bohrgestänge stehen kann, das an ihrem unteren Ende hängt, wobei die Drehantriebsübertragungseinrichtung (62,75) aus der Öffnung (76) ausgebaut werden kann, wenn sie vom Bohrgestänge gelöst ist, und eine Rohrhalteeinrichtung (67), die der Antriebseinrichtung (70,72,73) funktional zugeordnet ist und daau dient, wahlweise das Bohrgestänge zu halten und sein Absenken zu verhindern, wenn die Drehantriebsübertragungseinrichtung (62,75) vom Bohrgestänge gelöst ist.

Drehwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebsübertragungseinrichtung (62,75) eine Hohlwelle (62) umfaßt, die an ihrem unteren Ende (63) mit einem Gewinde versehen ist, über das sie mit einem Bohrgestänge verschraubt werden kann, und die an ihrem oberen Ende eine drehbare Fluidkupplung (64,66,68) aufweist.

Drehwerk nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine ausbaubare Führungsvorrichtung (80), die in die öffnung (76) paßt und zur Durchführung eines Rohres bzw. Bohrgestänges dient, wenn die Drehantriebsübertragungseinrichtung (62,75) ausgebaut ist.

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4. Verfahren zum Bohren und anschließenden Ausbauen eines Bohrgestänges mittels eines senkrecht bewegbaren Drehwerks, das einen Motor, der sich als Ganzes mit dem übrigen Drehwerk in senkrechter Richtung bewegt, und eine ausbaubare Drehantriebsübertragungseinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebsübertragüngseinrichtung,mit einem Bohrgestänge verbunden wird, daß gebohrt wird, indem die Drehantriebsübertragungseinrichtung vom Motor so gedreht wird, daß das Bohrgestänge gedreht wird, und allmählich das sich drehende Bohrgestänge eingefahren wird, indem das Drehwerk abwärtsbewegt wird, daß das Bohren beendet wird und das Bohrgestänge unabhängig von der Drehantriebsübertragungseinrichtung festgehalten und an einer Abwärtsbewegung gehindert wird, daß die Drehantriebsübertragungseinrichtung vom Bohrgestänge gelöst wird und aus dem Drehwerk ausgebaut wird, so daß eine Öffnung durch das übrige Drehwerk freibleibt, die mit dem Bohrgestänge ausgerichtet ist, daß das Bohrgestänge und das übrige Drehwerk so bewegt werden, daß das Bohrgestänge mit seinem Ende durch die Öffnung bewegt wird und ein Teil des Bohrgestänges oberhalb des Drehwerks angeordnet wird, und daß ein oberhalb des Drehwerks angeordneter Abschnitt des Bohrgestänges entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalten des Bohrgestänges und Sichern gegen eine Abwärtsbewegung mittels eines Elevators ausgeführt wird, der vom Drehwerk getragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge und das übrige Drehwerk bewegt werden, indem das Drehwerk hochgefahren wird, so⁷daß dadurch das

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Bohrgestänge mittels des Elevators hochgefahren wird, indem das Bohrgestänge unabhängig vom Elevator an einer Stelle unterhalb des hochgefahrenen Drehwerks erfaßt wird und das Bohrgestänge vom Elevator freigegeben wird und indem das Drehwerk abgesenkt wird, wobei das erfaßte Bohrgestänge durch die Öffnung

hindurchgeht, so daß sich ein Teil des Bohrgestänges oberhalb des Drehwsrks befindet.

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrführungsvorrichtung in die Öffnung eingesetzt wird, wenn die Drehantriebsübertragungseinrichtung ausgebaut ist, und daß das Bohrgestänge durch diese Führungseinrichtung hindurchgeht, wenn es sich mit seinem Ende durch die Öffnung bewegt.

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