DE2542432C2

DE2542432C2 - Drehantrieb für eine Bohranlage sowie Verfahren zum Ausbauen eines Bohrgestänges aus einem Bohrloch

Info

Publication number: DE2542432C2
Application number: DE2542432A
Authority: DE
Inventors: Duane K. Bothell Wash. Russell
Original assignee: Western Gear Corp
Current assignee: Western Gear Machinery Co
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-09-23
Publication date: 1985-08-14
Also published as: IE42448B1; NO143852C; SE7510891L; BR7506298A; RO72079A; IN143318B; FR2286271A1; GB1493717A; IT1047573B; CA1025431A; JPS599714B2; IE42448L; FR2286271B1; US3949818A; USRE29541E; NL7510932A; JPS5157602A; BE833983A; NO753249L; RO72079B

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehabtrieb der im Ol-srbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und ein Verfahren zum Ausbauen eines in ein Bohrloch abgesenkten Bohrgestänges der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Gattung. Ein solcher Stand der Technik ist aus der US-PS 29 98 084 bekannt.

Der bekannte Drehantrieb umfaßt eine mit einer Axialöffnung versehene Antriebseinrichtung und eine zentral in diese Antriebseinrichtung einsetzbare Baugruppe zum Übertragen der Drehkraft auf ein Bohrrohr. Diese Baugruppe weist eine Hohlwelle auf, die abtriebsseitig mit dem anzutreibenden Bohrgestänge verschraubbar ist. Dieser bekannte Drehantrieb ist insofern nachteilig, als die Drehkraft-Übei Tagungsgruppe nicht an Ort und Stelle innerhalb der Antriebseinrichtung verbleiben kann, wenn das Bohrrohr aufgeholt werden soll. Insbesondere ist der bekannte Drehantrieb nicht in der Lage, die Antriebseinrichtung entlang des Bohrrohres nachzulassen und dann den Rohrstrang nachzugreifen.

Hinsichtlich des Ausbauens eines in ein Bohrloch abgesenkten Bohrgestänges mittels eines in einem Bohrmast axial beweglichen Drehbohrantriebes ist es aus der

US-PS 29 98 084 bekannt, die Drehkraft-Übertragungsbaugruppe aus der Antriebseinrichtung herauszuheben und das Bohrgestänge durch die Axialöffnung der Antriebseinrichtung hindurchzubewege,- Das Gestänge wird unabhängig von der Drehkraft-Übertragungsbaugruppe abgefangen und der oberhalb der Antriebseinrichtung befindliche Teil des Gestänges wird ausgebaut. Der Nachteil des bekannten Verfahrens zum Ausbau en eines Bohrgestänges aus einem Bohrloch ist in erster Linie darin zu sehen, daß es nicht möglich ist. das Bohrgestänge lediglich mit Hilfe des Drehantriebes aufzuholen.

Aus der DE-AS 12 19 885 ist ein Drehantrieb für eine Bohranlage bekannt, bei welchem eine Antriebseinrichtung am Außenumfang der miteinander zu verbindcnden Rohrabschnitte angreift. Hierzu ist eine Klemmeinrichtung vorgesehen, welche gegen einen Abschnitt des Gestänges gedrückt wird, um dieses einzuspannen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehantrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und ein Verfahren zum Ausbauen eines Bohrgeständes der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Gattung jeweils so auszubilden, daß das Bohrgestänge auf vereinfachte Weise aufgeholt und ausgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 im Hinblick auf einen Drehantrieb für eine Bohranlage und durch den Gegenstand des Anspruchs 3 im Hinblick auf das Verfahren zum Ausbauen eines in ein Bohrloch abgesenkten Bohrgestänges gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
F i g. 1 eine isommetrische Darstellung eines hydrauli-

sehen Bohrmastes mit dem erfindungsgemäßen Drehantrieb, wobei ein Teil der Stützkonstruktion eingefahren isu

Fig. IA eine schematische Draufsicht auf den Bohrmast in Fig. 1,

F i g. 2 eine isommetrische Darstellung des Bohrmastes in ausgefahrenem Zustand,

Fig.3 eine Lommetrische Darstellung des erfindungsgemäßen Drehantriebes, wobei zur Vereinfachung einige Teile weggebrochen sind, und

Fig.4 eine weitere isommetrische Darstellung des erfindungsgemäßen Drehantriebes, die statt des kompletten Antriebs gemäß F i g. 3 eine Darstellung ohne die Eintrichtung zur Übertragung der Antriebskraft und stattdessen mit einer Einführvorrichtung für das Gestänge zeigt, wobei zur Vereinfachung manche Teile weggebrochen sind.

Wie am deutlichsten in F i g. 1 erkennbar ist, umfaßt eine hydraulische Bohranlage einen Unterbau 10, der auf Kufen bzw. Schienen i2 montiert ist, so daß eine Bewegung in einer Richtung möglich ist Die Kuien bzw. Schienen 12 sind ihrerseits auf einer Plattform Ϊ3 montiert, 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 Instellungbringen des Derricks über dem Loch einer bestehenden Bohrung, damit eine Nachbearbeitung oder ähnliche Bearbeitung de:. 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; es können jedoch auch herkömmliche hydraulische Verbindungen oder den in der US-PS 32 82 357 gezeigten Verbindungen ähnliche Verbindungen benutzt werden.

Jeder Drückzylinder 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 Hauntgerüst 30 stützt die Druckzylinder 18 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 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 3l£> laufen, die eich 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 Drehs ermöglicht.

An den Enden der Seitenträger ist ein herkömmlicher Rohrlagerrahmen 3ä montiert, der über einer herkömmlich ausgebildeten Abstellfläche 36 liegt. Unter Ausnutzung der Prinzipien der Erfindung können Rohrabschnitle P₁ und zwar vorzugsweise doppelte Rohrabschnitte, d. h. zwei miteinander verbundene Abschnitte mit Normaliänge, im Rohrlagerrahmen gelagert werden. Auf dem Unterbau HO 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

ίο eine Seilscheibe 41 eines herkömmlichen Zusatzhebewerks 42 angeordnet, das mit einem herkömmlichen Einverbindungselevator arbeitet

Der Drehantrieb (Fig. 3) umfaßt eine Baugruppe zum Obertragen der Antriebskraft, die ein Gehäuse 51 aufweist das über Keile 52 mit einem Hauptgehäuse 53 einer Antriebseinrichtung 54 verbunden ist Ein unteres Gehäuse 56, das einen Bestandteil eines Abfangkeilelevators bildet, ist mit dem unteren Ende des Hauptgehäuses verschraubt. Auf gegenüberliege· <ien Seiten des Hauptgehäuses befinden sich Leitrohen 5S, die auf Schienen 60 laufen, die sin den Druckzylindern 18 befestigt sind.

Die Baugruppe 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 Schlauchanschlü3 66 für Bohrbzw. Spülfluid verbunden.

3P Die Antriebseinrichtung 54 umfaßt vier hydraulische Motoren 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.

F i g. 4 zeigt denselben Drehantrieb, wobei allerdings die Baugruppe 50 ausgebaut ist und an ihrer Stelle eine Einführvorrichtung 80 eingebaut ist. Die Einführvor-

4S richtung 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 Antriebseinrichtung 54 hat bei ausgebauter Baugruppe 50 einen so großen Durchmesser, daß ein Gestängeabschnitt P einschließlich der Bunde oder Gestängevfbinder zwischen Rohrabschnitt.! mitten durch den Drehantrieb laufen kann.

Die Elevatoren 57 umfassen Abfangkeile 84, die über ein Gestänge 86 mit einem pneumatischen Zy!^:nder 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 Dre:hstange bzw. deren Gewindeende, wobei die Kraft über die Schulter an der Unterseite der Keilnuten 75 axif die Antriebseinrichtung bei A und somit auf die Zugkonstruktion 24 bzw. die Arme 26 übertragen wird. In diesem Zustand sind die A.bfangkeile 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

Drehantrieb 28 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 Motoren 70 werden eingeschaltet, so daß sie das Gewindeende auf das Bohrgestänge schrauben. Wenn das Bohrgestänge soweit wie möglich in den Boden eingefahren ist. ■■•■erden die Abfangkeile 39 angelegt und die hydraulischen Motoren 70 in entgegengesetzter Drehrichtung betrieben, wodurch das Bohrgestänge vom Gewindeende gelöst wird. Der Drehantrieb wird erneut angehoben, damit der nächste Rohrabschnitt eingesetzt werden kann.

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

Wenn das gesamte Bohrgestänge ausgefahren bz.v. ausgebaut werden sun, wrru die Baugruppe 30 ubgcuüui, indem die Keile 52 von Hand losgeschlagen werden. Dies erfolgt, während das obere Ende des Rohrstranges gerade über die Abfangkeile 39 herausragt und nachdem das Gewindeende der Baugruppe 50 vorher vom Bohrgestänge abgeschraubt worden ist. Nachdem die Einführvorrichtung 80 eingesetzt und mit Hilfe der Keile 52 verriegelt worden ist, werden f.e Anfangkeile 84 auf das Ende des Gestänges abgese .Kt und am Bohrgestänge geschlossen. Die maschin ile betriebenen Abfangkeile 39 werden gelöst, 1 /id die hydraulischen Dmckzylinder werde so betrieben, daß sie die Antriebseinrichtung Ά zusammen mit 'Scm Bohrgestänge in senkrechter Richtung hochfahren Die Druckzylinder haben einen Hub von ungefähr 11 m, was mehr als die Länge eines normalen Rohrabschnitt ist. Nachdem das Ende des Hubes erreicht worden isi, >ν!"·Η<»η die Abfangkeile 39 erneut am Bohrgestänge angelegt und die Abfsn^kcüs S4 des Elevators °?i^st, so d*iö d'C Antriebseinrichtung 54 über das Bohrgestänge nach unten gefahren werden kann. Die Abfangkeil 84 des Elevators werden erneut am Bohrgestänge angelegt, so daß die Zylinder mit einem zweiten Hüb einen zweiten Doppelrohrabschnitt aus dem Boden ziehen können. Ein Arbeiter auf dem Rohrlagerboden 35 verbindet den Rohrabschnitt von Hand mit einem Elevator am Zusatzhebewerk 42. Die Antriebseinrichtung wird erneut heruntergefahren, der Gestängeverbinder wird mittels des maschinell betriebenen ManiD'j'niors gelöst, und der Rohrabschnitt wird dann vom Zusatzhebewerk aus der Antriebseinrichtung 54 herausgehoben und zum Rohrlagerrahmen 35 transportiert Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das gesaß,ie Bohrgestänge ausgebaut ist.

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

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspräche:

1. Drehantrieb für eine Bohranlage, mit einer eine für den axialen Durchtritt eines Bohrrokirs ausgebildete Axialöffnung aufweisenden Antriebseinrichtung und einer von dieser antreibbaren Baugruppe zum Übertragen der Antriebskraft auf dsss Bohrrohr, die zentral in die Axialöffnung der Antriebseinrichtung einsetzbar und aus dieser wieder herausnehmbar ist sowie eine Hohlwelle aufweist, die abtriebsseitig mit einem Schraubgewinde zum Anschluß an das Bohrrohr versehen und bei in die Antriebseinrichtung eingesetzter Baugruppe durch die Axialöffnung der Antriebseinrichtung hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daJ3 die Antriebseinrichtung (54) mit einer Elevatoreinrichtung (57) verbunden ist, mit der das Bohrrohr bei aus eier Antriebseinriuitung (54) herausgehobener Kraftüfoerirägiirigsbäügnippe (50) aufholbar int.

2. Drehantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ausbaubare Führungsvorrichtung (80), die in die Axialöffnung (76) einsetzbar und zum Ein- und Durchführen des Rohres in bzw. durch die Axialöffnung (76) der Antriebseinrichtung (54) bei aus dieser herausgehobener Drehkraft-Übertragungsbaugruppe (50) vorgesehen ist.

3. Verfahren zum Ausbauen eines in ein Bohrloch abgesenkten Bohrgestänges mittels eines in einem Bohrmast axk ' beweglichen Drehbohrantriebs, der eine Antriebseinrichtung mit einer zum Durchführen des Gestänges vorgesehenen Axialöffnung und eine in diese einsetzbare und wieder heraushebbare, ztTi Antreiben des Bohrgestänges vorgesehene Drehkraftübertragungsbaugruppe umfaßt, wobei zum Ausbauen des Gestänges diese aus der Antriebseinrichtung herausgehoben, das Bohrgestänge durch die Axialöffnung der Antriebseinrichtung hindurch gegenüber dieser bewegt und unabhängig von der Kraftübertragungsbaugruppe abgefangen sowie ein oberhalb der Antriebseinrichtung befindlicher Teil des Gestänges bestimmter Länge ausgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Bohrgestänge unabhängig vom Drehbohrantrieb abgefangen, danach die Kraftübertragungsbaugruppe vom Bohrgestänge gelöst und aus der Antriebseinrichtung ausgebaut wird, woraufhin die Antriebseinricntung mittels ihrer nunmehr freigelegten Axialöffnung entlang des Gestänges geführt nach abwärts bewegt wird, wonach das Gestänge dort von der Antriebseinrichtung gehalten, die vom Drehbohrantrieb unabhängige Halterung des Bohrgestänges gelöst und das Gestänge mittels der Antriebseinrichtung aufgezogen wird, worauf die Halterung des Bohrgestänges durch die Antriebseinrichtung aufgehoben und das Gestänge erneu' s'urch die vom Drehbohrantrieb unabhängige Halterung festgelegt wird, wonach man die Antriebseinrichtung von neuem entlang des Bohrgestänges nach abwärts bewegtund die sich nunmehr anschließenden entsprechenden Verfahrensschritte so lange wiederholt, bis die für die jeweils gemeinsame Abtrennung vom Gesamtsirung vorgesehene Länge des Bohrgestänges aufgeholt worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalten des Bohrgestänges mittels der Antriebseinrichtung von einem Elevator ausgeführt wird, der von der Antriebseinrichtung

getragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausbau der Drehkraftübertragungsbaugruppe aus der Antriebseinrichtung eine Rohrführung in deren Axia'öffnung eingesetzt und das Bohrgestänge durch diese Führung hindurch in die Axialöffnung der Antriebseinrichtung geführt wird.