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??Hydraulische Workover-Vorrichtung"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Workover-Vorrichtung
mit auf einer Bodenplatte angeordneten, eine Kopfplatte mit Fangkeilen tragenden
Druckzylindern, einem Drehtisch sowie stationären Absetzkeilen.
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Hydraulische Workover-Vorrichtungen dienen unter anderem dazu, Reparatur-
und Anderungsarbeiten sowie gegebenenfalls auch Bohrarbeiten an vorhandenen Bohrlöchern
unter Aufrechterhaltung des Bohrlochdrucks durchzuführen.
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Dazu wird die Bodenplatte der Vorrichtung mit dem Bohrloch- oder Preventerflansch
verbunden und auf diese Weise eine feste Verbindung zwischen der Vorrichtung und
dem Bohrloch bzw. der Bohrlochverrohrung hergestellt.
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Herkömmliche hydraulische Workover-Vorrichtungen besitzen auf der
Bodenplatte stehende Hubzylinder, die eine Arbeitsbühne tragen und deren Kolbenstangen
an einer vertikal verfahrbaren Kopfplatte angreifen. Bei Bohrarbeiten trägt die
Kopfplatte einen Spülkopf und einen Drehtisch, mit dessen Hilfe sich über eine Mitnehmerstange
ein aus mehreren miteinander verschraubten Rohren bestehender Bohrstrang drehend
bohrt oder anheben läßt. Des weiteren sind auf der Kopfplatte ebenso
wie
auf einem Podest zwischen den Druckzylindern hydraulisch betätigete Fangkeile angeordnet,
mit deren Hilfe ein Druck oder Zug auf den Rohrstrang ausgeübt oder der Rohrstrang
gehalten werden kann. Die Fangkeile dienen insbesondere durch wechselseitiges Betätigen
dazu, einen Rohrstrang, beispielsweise ein Bohrgestänge lotrecht zu bewegen. Während
des Bohrens sind sämtliche Fangkeile geöffnet, während beim Hochfahren des Gestänges,
beispielsweise zwecks Einbaus einer neuen Bohrstange, die Fangkeile geschlossen
und die Absetzkeile geöffnet sind, deren Aufgabe ohnehin nur darin besteht, das
Bohrgestänge während des Lösens der Mitnehmerstange und des Ein-oder Ausbaus ein
Bohrstange zu halten.
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Je nach der jeweiligen Teufe besitzt der Bohrstrang ein erhebliches
Gewicht von beispielsweise über 50 t und treten bei der Gestängedrehung erhebliche
Reibungskräfte auf, die insbesondere bei einem schräg oder gekrümmt verlaufenden
Bohrloch sehr groß sind. Demzufolge ist der Drehtisch für die Übertragung entsprechend
größerer Drehmomente ausgelegt. Die bei der Drehmomentübertragung auftretenden Reaktionskräfte
werden in die Kopfplatte eingeleitet und führen zu einer erheblichen mechanischen
Belastung der die Kopfplatte tragenden Druckzylinder, deren Kolbenstange und Dichtungen.
Hinzu kommt, daß die Platzverhältnisse auf der verhältnismäßig kleinen Kopfplatte
sehr beengt sind, so daß ein Fangkeilwechsel schwierig ist. Ein Fangkeilwechsel
ist äber mindestens dann erforderlich, wenn die Wirkungsrichtung der Fangkeile -
beispielsweise von Zug auf Druck - geändert werden soll. Schließlich besitzen die
herkömmlichen Workover-Vorrichtungen ein so großes Gewicht, daß sie für einen Hubschraubertransport
und eine Hubschraubermontage nicht geeignet sind. Ein wechselnder Einsatz an verschiedenen
Bohrlöchern stößt daher auf erhebliche Schwierigkeiten und erfordert viel Zeit.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile
zu beheben und insbesondere eine hydraulische Workover-Vorrichtung zu schaffen,
die sich durch eine hohe Stabilität bei verhältnismäßig geringem Gesamtgewicht,
durch eine verhältnismäßig geringe Zylinderbelastung sowie durch eine hohe Mobilität
auszeichnet. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einer Vorrichtung
der eingangs erwähnten Art der Drehtisch nicht auf der Kopfplatte, sondern erfindungsgemäß
zwischen den Druckzylindern oder zwischen die Druckzylinder aufnehmenden Rohrstützen
angeordnet ist.
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Damit ergibt sich nicht nur eine gedrungene Bauweise, sondern vor
allen Ding-en der Vorteil, daß die aus der Drehmomentübertragung resultierenden
Reaktionskräfte direkt in die als Stützen für die Arbeitsbühne fungierenden Druckzylinder
oder in die diese umgebenden Rohrstützen eingeleitet werden.
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Vorzugsweise bilden die Druckzylinder bzw. die sie umgebenden Rohrstützen
einen Rahmen, der seitlich abgespannt ist.
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Um die Druckzylinder von einer Knickbeanspruchung frei zu halten,
können sie hängend in den die Arbeitsbühne tragenden Rohrstützen angeordnet sein,
so daß sie lediglich auf Zug beansprucht werden. Außerdem lassen sich die hängenden
Zylinder notfalls leicht ausbauen, wenn es beispielsweise darum geht, das Rahmengewicht
im Hinblick auf einen Hubschraubertransport zu verringern. Zu diesem Zweck kann
der Rohrrahmen auch quer unterteilt sein.
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Des weiteren sind die Fangkeile vorteilhafterweise als Doppelkeile
ausgebildet, um einen schnellen Wechsel von Drücken auf Ziehen und umgekehrt zu
ermöglichen. Dem kommt insbesondere beim Ubergang vom Eindrücken oder Ziehen eines
Rohrstrangs zu einer mehr oder minder selbsttätigen Strangbewegung unter dem Einfluß
des Rohrgewichts
oder des Bohrlochdrucks eine wesentliche Bedeutung
zu.
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In diesem Falle muß der Rohrstrang augenblicklich abgefangen werden0
Als Belastungskontrolle kann der Rohrstrang auch von einem mit einem Anzeige- und/oder
Alarmgerät verbundenen Kraftmessgerät an der Kopfplatte umgeben sein.
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Im Hinblick auf einen Notbetrieb sollte die Hydraulikpumpe der Schließvorrichtung
des Preventers über eine Hilfsleitung mit den Druckzylindern verbunden sein.
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Auf diese Weise läßt sich der Rohrstrang bei einem Ausfall des Hydraulikaggregates
für die Hubzylinder wenigstens provisorisch ein- und ausfahren. Schließlich ist
es von Vorteil, wenn die Vorrichtung um vertikale Achsen verschwenkbare Rollen aufweist,
mit der sie sich auf Schienen von Bohrloch zu Bohrloch fahren läßt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Geräts während einer Bohrphase, Fig.
2 die Vorrichtung der Fig. 1 nach Abbohren einer Stange, Fig. 3 die Vorrichtung
vor dem Einbringen eines neuen Rohrschusses, Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch
den Rahmen der Vorrichtung mit eingehängten Hubzylindern in schematischer Darstellung
und Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Doppelkeile an der
Kopfplatte.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Bodenplatte 1,
die als Verbindung zu einem nicht dargestellten Bohrlochflansch dient und vier an
den Ecken eines gedachten Quadrats angeordnete vertikale Rohrstützen 2 trägt. Die
Rohrstützen 2 bilden einen Rahmen und enthalten hängende Hubzylinder 3, deren Kolbenstangen
4 an. ihren freien Enden eine Kopfplatte 5 tragen. Zwischen den Rohrstützen 2 befinden
sich auf einem Podest 6 hydraulisch bewegliche stationäre Absetzkeile 7. Ähnliche,
ebenfalls hydraulisch betriebene Fangkeile 8 sind auf der Kopfplatte 5 angeordnet.
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Auf Konsolen 9 an den Rohrstützen 2 ruht ein üblicher Drehtisch 10,
in dessen zentrischer Öffnung eine quadratische Mitnehmerstange 11 entsprechend
der Vertikalbewegung des Rohrstrangs senkrecht nach unten zu gleiten vermag. Die
Mitnehmerstange 11 ist an ihrem unteren Ende mit dem letzten Rohrschuss 12 des Bohrstrangs
und an ihrem oberen Ende mit einem Anschlußstück 13 eines lösbaren Spülkopfs 14
verschraubt, über den und dessen Zuleitung 15 in die hohle Mitnehmerstange 11 und
den Rohrstrang 12 Spülflüssigkeit eingepumpt wird.
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Beim Bohren oder Niederbringen eines Rohrstrangs durchragt die Mitnehmerstange
11 die ihrem Querschnitt entsprechend geformte: Mittenöffnung einer angetriebenen
Drehplatte des Drehtischs 10 und wird auf diese Weise in Rotation versetzt. Die
Rotationsbewegung überträgt sich infolge einer Verschraubung zwischen der Mitnehmerstange
11 und dem Rohrstrang 12 auf den Rohrstrang, während das Anschlußstück 13 frei drehbar
von einem Axiallager im Spülkopf 14 gehalten ist.
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Während der in Fig. 1 dargestellten Bohrphase sind die Absetzkeile
7 und die Fangkeile 8 geöffnet.
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Wenn die Kolbenstangen 4 eingefahren sind und sich die Kopfplatte
5 demzufolge in ihrer, in Fig. 2 dargestellten unteren Lage befindet, werden die
Hubzylinder 3 in umgekehrter Richtung mit Druckmittel beaufschlagt und die Kolbenstangen
4 mit der Kopfplatte 5 und dem Spülkopf 14 bei noch offenen Absetz- und Fangkeilen
in die in Fig. 3 dargestellte Ausgangsstellung zurückgefahren. Nach dem Schließen
der Absetzkeile wird zunächst die Mitnehmerstange entfernt und dann ein neuer Rohrschuss
eingeschraubt sowie mit dem voraufgehenden Rohrschuss 12 verschraubt. Nach einem
Schließen der Fangkeile 8 und Öffnen der stationären Absetzkeile 7 werden die Hubzylinder
3 erneut mit Druckmittel beaufschlagt und die Kolbenstangen 4 eingefahren. Sobald
der Rohrstrang abgesenkt ist, wird der Spülkopf mit der Mitnehmerstange 11 wieder
auf die Kopfplatte 5 gesetzt und dabei die Mitnehmerstange 11 durch deren zentrische
Öffnung geführt sowie mit dem Ende des Rohrstrangs 12 verschraubt.
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Da der Drehtisch 10 zwischen den Rohrstützen 2 angeordnet st, werden
die aus der Drehmomentübertragung resultierenden Reaktionskräfte ebenso wie die
nicht zu vermeidenden Drehschwingungen direkt in die Rohrstützen 2 eingeleitet,
ohne daß die Hubzylinder 3 sowie deren Kolbenstangen 4, Dichtungen und Anschlüsse
belastet werden. Dies trägt wesentlich zu einer hohen Betriebssicherheit und langen
Lebensdauer bei.
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Um die auf den Rahmen 2 wirkenden Horizontalkräfte aufzunehmen und
vom Bohrloch fernzuhalten, sind die Rohrstützen 2 entsprechend der Darstellung in
Fig. 4 mit Hilfe von Drahtseilen 16 seitlich abgespannt.
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Außerdem sind die Rohrstützen 2 bei 17 quer unterteilt, so daß sich
nach dem Lösen der entsprechenden Verbindungen der obere Teil des Rahmens mit dem
Drehtisch 10
und den Hub zylindern 3 oder auch nach vorherigem
Entfernen der Hubzylinder ebenso wie der untere Rahmenteil mit der Bodenplatte 1
je für sich beispielsweise mit Hilfe eines Hubschraubers transportieren läßt.
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Die Bodenplatte besitzt im übrigen Rollen 18, mit deren Hilfe sie
sich auf Schienen 19 in bezug auf das Bohrloch verfahren bzw. von Bohrloch zu Bohrloch
fahren läßt.
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Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 sind beiderseits der Kopfplatte
5 entgegengesetzt konische Fangkeile 20,21 angeordnet, die über Hydraulikleitungen
22,23,24 gemeinsam bzw. gleichzeitig mit Druckmittel versorgt werden. Demzufolge
befinden sich stets beide Teilgruppen 20,21 in Anlage am Rohrstrang, obgleich stets
nur eine Fangkeilgruppe wirksam ist. Um welche Fangkeilgruppe es sich dabei handelt,
hängt von den jeweiligen Kräfteverhältnissen bzw. Kraftrichtungen ab. Um die an
der Kopfplatte 5 hängende Last insbesondere beim Ein- und Ausbau von Bohrlochpackern
und Ventilen fortlaufend und ohne andere Einflüsse exakt messen zu können, befindet
sich unterhalb der oberen Fangkeilgruppe 21 eine den betreffenden Rohrschuß umgebende
Ringmessdose 25, die über eine Leitung 26 mit einem Anzeige- und/oder Alarmgerät
27 verbunden ist.