DE3504469A1

DE3504469A1 - Bohrturm

Info

Publication number: DE3504469A1
Application number: DE19853504469
Authority: DE
Inventors: Bjoern Sola Eilertsen; Jens Olav Stavanger Flobak; Jonny Sandnes Gabrielsen; Nikolai Gol Jakobsen; Roger C. Madla Swisher
Original assignee: OTC AS; O T C AS
Current assignee: OTC AS; O T C AS
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1985-08-29
Also published as: US4629014A; IT8519639A0; GB2155520B; SE8500831D0; KR850006571A; BR8500677A; FI850478A0; AU3826685A; CA1231937A; SE8500831L; JPS60184192A; FR2560280A1; FR2560280B1; NL8403859A; GB2155520A; GB8431251D0; FI850478L

Description

VON KREISLER SCHCiNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Anmelder in; Dr.-Ing. K. W. Eishold t 1981

O.T.C. A/S Dr.-Ing.K.Schönwald

Dr. J. F. Fues

Skadbergbakken 2 0 DipL-Chem. Alek von Kreisler

Dipl.-Chem. Carola Keller

N-4050 SOLA, Norwegen Dipl.-Ing. G. Selting

Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KULN 1

7. Februar 1985
Sg-DB/my

Bohrturm

Die Erfindung betrifft einen Bohrturm zum Bohren und Warten von öl- und/oder Gasbohrlöchern, insbesondere zur Errichtung auf einer Bohrinsel, mit einer Bohrvorrichtung und einem senkrecht bewegbaren Elevator.

Der bisher zu diesem Zweck verwendete Bohrturmaufbau weist ein Elevator-Hebewerk auf, das von mehreren Gleichstrommotoren angetrieben ist. Die elektrische Energie wird über teure und komplizierte gesteuerte Gleichrichtersysteme übertragen. Das Elevator-Hebewerk selbst besteht aus zahlreichen teuren und schweren Komponenten. Es wird eine starke Kettenantriebswinde benutzt, die über große Transmissionsgetriebe angetrieben wird, und die Winde betätigt eine Trommel, die das Bohrseil aufzieht. Das Bohrseil läuft über einen Kronenblock und durch einen Laufblock, bevor es an einem sogenannten "Tot-Anker" befestigt wird. Das Bohrseil muß regelmäßig ersetzt werden. Alle Teile der bisher

Telefon: (0221) 131041 ■ Telex: 8882307 dopa d ■ Telegramm: Dompatent Köln

benutzten Ausrüstung sind sehr teuer. Die Ausrüstung ist außerdem übermäßig schwer und dies verlangt eine entsprechende Dimensionierung des Bohrturms selbst, so daß er hoch, massiv, schwer und teuer ist. Die heutige Ausrüstung ist zur Unterbringung einer Einrichtung zum Reinigen der Produktionsrohre nicht geeignet. Sowohl die bei der Durchführung dieser Reinigung anfallenden Kosten als auch die mit ihr verbundenen Gefahren sind sehr groß. Die einzige verfügbare Ausrüstung ist extrem teuer, ihre Montage und ihr Betrieb sind zeitaufwendig und sicherheitstechnisch unbefriedigend. Außerdem benötigt sie eine riesige Energiequelle. Der Energieverlust durch die Kettenantriebe und alle Blöcke, über die die Bohrleine laufen muß, entspricht etwa der Hälfte des gesamten Energieverbrauchs. Bei schwimmenden Bohrgestellen müssen während der Bohrvorgänge und bei Installierung eines Ausblasverhinderers in dem Bohrlochkopf Hubkompensatoren benutzt werden, die senkrechte Bewegungen infolge von Wellenstößen kompensieren. Ein Hubkompensator kostet heute etwa DM vier Millionen. Ein anderer Nachteil des üblichen Elevator-Hebewerks ist sein sehr hoher Geräuschpegel.

CH-PS 459 278 offenbart ein Hebewerk mit einer Ladebühne oder Ladekabine, das Hydromotoren trägt, die mit Zahnrädern ausgestattet sind, welche mit senkrechten Zahnschienen zusammengreifen und das Hebewerk längs der Zahnschienen verfahren.

US-PS 2 514 498 beschreibt einen Aufzug für Grubenschächte, der u.a. mit stationären senkrechten Zahnstangen zusammenwirkt, die mit Zahnrädern zusammengreifen, welche von dem lasttragenden Teil des Aufzuges angetrieben sind.

GB-PS 1 431 759 betrifft ein Hebezeug zum Anheben einer Last von einem Bezugspunkt unter Bedingungen, bei denen der Bezugspunkt und die Hebevorrichtung sich in bezug aufeinander senkrecht bewegen, was z.B. eintritt, wenn eine schwere Last vom Deck eines stampfenden Schiffes auf See übernommen wird. Diese Veröffentlichung schlägt den Einsatz eines Hubkompensators zur Kompensierung von Wellenbewegungen vor.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile bekannter Bohrturmkonstruktionen und ihrer zugehörigen Ausrüstung. Mit der Erfindung sollen beträchtliche Verringerungen des Gewichts, der Montage- und Wartungsarbeiten und Kosten sowie eine bedeutende Senkung des Geräuschpegels im Vergleich zu bekannten Bohrturmkonstruktionen erzielt werden. Ein besonderes Anliegen der Erfindung ist die Abschaffung eines Bohrseiles, um die ι Zeit und Arbeit einzusparen, die jede Auswechslung des Bohrseiles kostet.

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein portalähnlicher Bohrturmaufbau aus einer oberen Traverse und zwei in gegenseitigem Abstand befindlichen, im wesentlichen parallelen Säulenständern, zusammengesetzt ist, die gemeinsam einen Raum bilden, in dem der vorzugsweise hydraulisch angetriebene Elevator längs stationärer, senkrechter Zahnschienen verfahrbar ist und daß eine Bohrmaschine für einen Bohrstrang mit dem Elevator verbunden ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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Der Bohrturm weist - wie an sich bekannt - eine Bohrmaschine für den Bohrstrang auf. Die Bohrmaschine ist an einen senkrecht bewegbaren Elevator angeschlossen, der in an sich bekannter Weise von Hydraulikmotoren angetrieben ist, die Zahnräder aufweisen, welche mit stationären, aufgerichteten Zahnschienen zusammengreifen, um den Elevator und die mit ihm verbundene Bohrmaschine senkrecht längs der Zahnschienen zu verfahren. Der Elevator läuft an den Zahnschienen entlang, die an den Rändern eines Raumes angeordnet sind, der von zwei im Abstand befindlichen, im wesentlichen parallelen senkrechten Säulenständern des Bohrturmes begrenzt wird. Diese Bohrturmbauteile bilden gemeinsam mit einer oberen Traverse, die die Bohrturmbauteile verbindet, einen brückenartigen Bohrturmaufbau. Die portalartige Bohrturmkonstruktion kombiniert mit dem an sich bekannten Elevator und seinen zugehörigen Zahnschienen vermittelt viele Vorteile beim Bohren und ähnlichen Vorgängen an Bord einer Bohrinsel oder dergleichen.

Die Kombination Bohrturm/Elevator ermöglicht die Konstruktion eines niedrigeren, kleineren, leichteren und einfacheren Bohrturmes mit der gleichen Kapazität eines traditionellen hohen schweren Bohrturmes. Der erfindungsgemäße Bohrturm braucht lediglich Stützbalken für die Führungsschienen, an denen der hydraulische Elevator entlangklettert. Hierdurch werden sowohl die Kosten als auch das Gewicht reduziert. Es ist nicht erforderlich, komplizierte und teure gesteuerte Gleichrichtersysteme zu installieren, und die beanspruchte Konstruktion benötigt nur halb soviel Energie wie die üblichen Elevator-Hebewerke. Dies führt zu beträchtlichen Einsparungen sowohl bei der Grundinvestition als auch hinsichtlich der Wartungs- und Betriebskosten. Der kombinierte Bohrturm/Elevator gemäß der Erfindung läßt sich

einfach mit einer Einrichtung versehen, die die Reinigung der Produktionsrohre erleichtert und was noch wichtiger ist, sicherer macht. Hierdurch werden mit dem Rohrreinigungsvorgang verbundene Kosten eingespart. Die Bohrturm/Elevator-Kombination kann außerdem die neue Ausrüstung tragen, die das "Zurückziehen", das heißt, das Anheben des Elevator/Laufblockes, unnötig macht. Der Einsatz eines hydraulischen Elevators verringert den Geräuschpegel bei dem Bohrturm beträchtlich. Die Kombination Bohrturm/Elevator macht im übrigen den Einbau eines Hubkompensators für den Bohrstrang überflüssig, wodurch sich eine beträchtliche Investitionskostenverringerung ergibt. Außerdem läßt sich die Kombination auf bestehenden Bohrplattformen einfach installieren.

Gemäß der Erfindung werden vorzugsweise Hydraulikmotoren verwendet, jedoch spricht zur weiteren Kostensenkung nichts gegen den Einsatz von Elektromotoren anstatt von Hydraulikmotoren, die an das vorhandene Elektroenergiesystem des Bohrturmes angeschlossen werden können.

Der Elevator wird über Transmissionsvorgelege an zwei Schienen entlangbewegt, die auf beiden Seiten Zähne aufweisen. Bei einem Übersetzungsverhältnis von etwa 1:50 und Einsatz von z.B. acht Zahnrädern in den beiden Bohrturm-Säulenständern, ist der Energieverbrauch etwa nur halb so groß wie bei bekannten Konstruktionen. Außerdem kann das Bohrseil weggelassen werden, wodurch sich eine beträchtliche Gewichtsverringerung ergibt. Alleine der Laufblock mußte sehr schwer sein, um sich während des freien Falls so schnell wie möglich zu beschleunigen. Die "Totzeit" zum Auswechseln des Bohrseiles entfällt natürlich ebenfalls. Da der erfindungsge-

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Λ-

mäße Bohrturm keinen Kronenblock benötigt, braucht er auch keine Hebezeugstütze (gin pool) , bei der es sich um einen Montageblock an dem Kopf bekannter Bohrtürme handelt, in den der Kronenblock hineingezogen wird. Auch dies trägt zur Verringerung der Höhe, des Gewichtes und des Preises des Bohrturmes bei.

Bei Einsatz des hydraulischen Elevators kann die Last längs der Zahnschienen herabgelassen werden, was bedeutet, daß die Bohrturmdimensionen auf das zum Tragen der Lasten ausreichende Minimum verringert werden können. Da der Elevator auf den Zahnschienen auf- und abläuft, die in beiden Richtungen Last tragen können, kann eine neue Ausrüstung zur Reinigung der Produktionsrohre angeordnet werden. Diese macht den Reinigungsvorgang einfacher, schneller, sicherer und billiger.

Der Elevator benötigt kein mechanisches Bremssystem außer einem Notbremssystem, wodurch der Geräuschpegel beträchtlich gesenkt wird. Da der hydraulische Elevator selbst als Kompensator wirkt und eine größere Hublänge und Kapazität als die herkömmlichen Einrichtungen aufweist, werden die Kosten des Hubkompensators bei schwimmenden Bohrgerüsten geringer. Durch beträchtliche Verringerung des Bohrturmgewichtes liegt der Schwerpunkt der Konstruktion viel tiefer als bei bekannten schwimmenden Bohrausrüstungen, was ebenfalls besonders vorteilhaft ist. Die Zurückziehung wird durch eine Ausnehmung an dem Elevator erleichtert (Anspruch 3).

Die Anordnung der Bohrmaschine gemäß Anspruch 4 ist vorteilhaft, weil das Drehmoment von dem Bohrstrang längs der Zahnschienen auf die Spurleisten übertragen wird. Der quergerichtete Stützbalken oder die Traverse, auf der die Bohrmaschine über dem Elevator ruht, kann

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in an sich bekannter Weise mit einem Hubkompensator ι ausgerüstet sein (Anspruch 5). '

Beispiele der erfindungsgemäßen Konstruktion und ihrer Benutzung werden anhand der Zeichnung nachfolgend er- _l läutert. Es zeigen: _t

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Bohrturmauf- ■

\ baus mit zugehöriger Ausrüstung, der auf einer Bohrin-

sei angeordnet ist, in perspektivischer Ansicht, '

Fig. 2 eine abgewandelte zweite Ausführungsform in perspektivischer Ansicht, jedoch etwas größerem Maßstab und unter anderem Winkel gesehen, und

Fig. 3 einen waagerechten Querschnitt längs der Linie III-III in Figur 2.

Bei dem Bohrturmaufbau 1 handelt es sich um eine Por- * talkonstruktion. Der Bohrturm 1 besteht aus einer pbe- ; ren, festen Traverse 2 und zwei im Abstand befindlichen im wesentlichen parallelen Säulenständern 3 und 4, die gemeinsam einen Raum 5 zur Aufnahme eines senkrecht bewegbaren Elevators 6 bilden, wie Figur 3 im einzelnen zeigt.

Der an sich bekannte hydraulische Elevator 6 kann von mehreren, bei dem dargestellten Beispiel vier, Hydraulikmotoren 7 angetrieben werden. Jeder Motor treibt ein Transmissionsvorgelege 8 an, das seinerseits ein Zahnrad 9 treibt. Die Zahnräder 9 heben oder senken den hydraulischen Elevator 6,weil sie mit senkrechten stationären Zahnstangen 10 zusammengreifen und auf diesen abrollen, welche auf Führungsschienen für die Zahnräder 9 an dem Bohrturm 1 montiert sind. Der hydraulische Elevator 6 wird durch Blockierung der Hydraulikmotoren 7 gebremst. Er kann auch durch Einsatz von Bremsschei

ben (nicht gezeigt) gebremst werden, die automatisch betätigbar sind, wenn der Hydraulikdruck nachläßt. Die Achsen der Getriebeteile 8 und 9 sind mit Rollenlagern ausgerüstet und in ein abgedichtetes ölbad eingetaucht. 5

Der Elevator 6 kann in dem Bereich des Bohrstranges 15 eine Ausnehmung aufweisen, die den Einbau der Bohreinrichtung ermöglicht und außerdem die freie Verfahrbarkeit des Elevators 6 längs des Bohrstranges 15 gewährleistet. Ferner können nicht gezeigte Führungsrollen vorgesehen sein, die mit den Zahnschienen 10 zusammengreifen, um den Elevator 6 waagerecht zu steuern. Auch können ebenfalls nicht gezeigte Führungsschienen vorhanden sein, die die Zahnräder 9 in Stellung und in Eingriff mit den Zahnschienen 10 halten.

Gemäß Figur 1 ist der Elevator 6 direkt an eine hydraulische Bohrmaschine 18 für den Bohrstrang 15 angeschlossen.

Gemäß Figur 2 ist die Bohrmaschine 18 auf einer freien Stütztraverse 23 oberhalb des Elevators 6 montiert. Die Bohrmaschine 18 ist an dem Querbalken oder der Stütztraverse 23, die auf dem Elevator 6 ruht, befestigt.

Wenn nicht gebohrt wird, kann die Stütztraverse 23 mit der Bohrmaschine 18 in einer oberen "geparkten" Position gesichert werden. Ein Vorteil der Verwendung einer Stütztraverse, deren Enden sich zu den Spurleisten der Zahnschienen 10 erstrecken, besteht darin, daß Drehmomente von dem Bohrstrang über die Stütztraverse 23 zu den Spurleisten übertragen werden. Der an sich bekannte Querbalken oder die Traverse 23 sind mit einem Hubkompensator 24 ausgerüstet. Zwischen der Bohrmaschine und dem Elevator befinden sich Verbindungs- und Führungsorgane 25.

Außerdem sind ein Rattenloch 19 sowie eine übliche Rohrbedienungsvorrichtung 20 zur Handhabung und Unterbringung von Bohrstangensträngen 21 vorgesehen.

In die Basis des einen Säulenständers (3 in Figur 1 oder 4 in Figur 2) ist ein Kontrollraum 22 eingebaut. Das Kontrollsystem umfaßt in dem Elevator 6 angeordnete Wägezellen, die die notwendigen Impulse vermitteln, die veranlassen, daß sich der Elevator 6 in Übereinstimmung mit der Wellenbewegung und wahlweise automatischer Bohrarbeit in dem Bohrturm bewegt.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Bohrturm zum Bohren und Warten von öl- und/oder Gasbohrlöchern, insbesondere zur Errichtung auf einer Bohrinsel, mit einer Bohrvorrichtung und einem senkrecht bewegbaren Elevator,

dadurch gekennzeichnet, daß
ein portalähnlicher Bohrturmaufbau (1) aus einer oberen Traverse (2) und zwei in gegenseitigem Abstand befindliehen, im wesentlichen parallelen Säulenständern (3,4) zusammengesetzt ist, die gemeinsam einen Raum (5) bilden, in dem der vorzugsweise hydraulisch angetriebene Elevator (6) längs stationärer,senkrechter Zahnschienen (10) verfahrbar ist und daß eine Bohrmaschine (18) für einen Bohrstrang (15) mit dem Elevator (6) verbunden

ist. w

2. Bohrturm nach Anspruch 1 mit einem Hubkompensator ^ zur Kompensierung von Wellenbewegungen,

gekennzeichnet durch in dem Elevator (6) angeordnete Wägezellen, die Impulse an eine Kontrolleinheit übermitteln, die veranlaßt, daß der Elevator (6) sich in Übereinstimmung mit der Wellenbewegung und wahlweise automatischer Bohrarbeit in dem Bohrturm (1) bewegt.

3. Bohrturm nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß
der Elevator (6) eine Ausnehmung aufweist, die das freie Verfahren des Elevators (6) längs des Bohrstranges (15) ermöglicht.

4. Bohrturm nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß

- kl -

Ί-

die Bohrmaschine (18) auf einem Stützbalken oder einer Stütztraverse (23) über dem Elevator (6) angeordnet ist und daß die Stütztraverse (23) sich zu den Spurleisten der Zahnschienen (10) erstreckt, so daß Drehmomente von dem Bohrstrang (15) über die Stütztraverse (23) auf die Spurleisten übertragen werden.

5. Bohrturm nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stütztraverse (23) mit einem Hubkompensator (25) ausgerüstet ist.