DE60014596T2

DE60014596T2 - Rohrzange zur anordnung in unter druck steheneden bohrungen

Info

Publication number: DE60014596T2
Application number: DE60014596T
Authority: DE
Inventors: Tommie Louis Rogers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: EP1159508A4; CA2363096A1; CA2363096C; WO2000052298A1; DK1159508T3; NO326845B1; DE60014596D1; AU4003000A; NO20014330D0; ATE278867T1; EP1159508A1; US6213216B1; US20010000099A1; EP1159508B1; US6347665B2; NO20014330L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Operationen, bei denen Snubbing-Einheiten an Bohrlöchern verwendet und Kraftzangen auf dem verschiebbaren Spannkopf der Snubbing-Einheit befestigt werden, um in Bohrlöcher eingehängte Rohrstränge zusammenzusetzen und auseinanderzunehmen.
STAND DER TECHNIK
Bei Erdölbohrlöchern und dergleichen ist in der Regel ein Rohrstrang in ein einzementiertes Futterrohr eingehängt, das bei der Nachbearbeitung und einigen anderen Operationen einer Sonderbehandlung bedarf. Produzierende Quellen weisen oft einen Futterdruck auf. Wenn der eingehängte Rohrstrang druckdicht mit dem Futter verbunden ist, dann verhält er sich wie ein langer Kolben, und der Futterdruck kann den Rohrstrang aus dem Bohrloch ausbrechen lassen. Für die Ausführung von Arbeiten an solchen Bohrlöchern wird eine Snubbing-Einheit verwendet. Mit der Snubbing-Einheit lässt sich der Rohrstrang so absichern, dass er nicht in axialer Richtung rutschen kann, und sich in beide axiale Richtungen bewegen. In der Regel kann die Snubbing-Einheit den Strang auch im Bohrloch drehen, während sie ihn in eine axiale Richtung bewegt.
Die Bohrung des Rohrstranges wird gegenüber dem Futterdruck vor Beginn der Arbeit durch Ventile oder Stopfen im Strang verschlossen, so dass der Strang beim Verbinden sicher geöffnet werden kann.
Bevor die Arbeit am Rohrstrang beginnen kann, wird das Futter gegenüber dem Umgebungsdruck durch eine Reihe von Ausbruchsicherungen abgedichtet, die sich an einem Rohr mit einer bestimmten Größe schließen und dieses abdichten können. Je größer die Anzahl verschiedener Rohrgrößen im Strang, desto größer ist die erforderliche Anzahl der Ausbruchsicherungen.
Die Snubbing-Einheit ist in der Regel am Brunnenkopf befestigt und kann ausschließlich vom Brunnenkopf getragen werden oder zumindest teilweise von einer separat angefertigten Struktur, die auf dem Boden rund um das Bohrloch aufliegt. Die Snubbing-Einheit weist eine Grundplattform auf, die mit mindestens einer Durchführung und Rohrklemmkeilen ausgestattet ist, durch die der Strang gegenüber einer Kraft in beiden axialen Richtungen abgesichert wird.
In vielen Fällen handelt es sich bei der feststehenden Durchführung um eine doppelte Durchführungsanordnung, bei der die beiden Durchführungen entgegengesetzt gerichtet angeordnet sind und die Rohrklemmkeile in beiden axialen Richtungen halten. Die Rohrklemmkeile können sich dadurch von dem gewöhnlich auf Drehanlagen zu findenden unterscheiden, dass sie unter Krafteinwirkung geschlossen werden können, ohne dass für die Bereitstellung der Schließkraft der Rohrklemmkeile das Stranggewicht benötigt wird.
Das nachfolgende Beschreibungsmaterial bezieht sich auf das Verlängern des Stranges und das Ausführen damit verwandter Tätigkeiten. Das Entfernen des Stranges aus dem Bohrloch erfordert eine Veränderung des Prozesses, diese Veränderung ist Fachleuten jedoch allgemein bekannt. Es versteht sich, dass die gleiche Vorrichtung und die gleichen grundlegenden Vorgänge den Strang bedarfsgemäß in beiden Richtungen bearbeiten.
Die Snubbing-Einheit besitzt einen Spannmechanismus, der einen Spannkopf, der sich über der Grundplattform befindet, axial an der verlängerten Bohrlochachse entlang bewegt. Der Spannkopf hat die Funktion eines Flaschenzugblocks, nur dass er den Strang nach oben schieben oder nach unten ziehen kann. Der Spannkopf trägt einen angetriebenen Drehtisch. Der Drehtisch weist eine Durchführung mit Rohrklemmkeilen auf, die in beide axiale Richtungen wirken können, oder er besitzt zwei Durchführungen, die in jeweils eine axiale Richtung gerichtet sind.
Es ist derzeit üblich, dass man eine Kraftführzangenbaugruppe, die in der Regel sowohl eine Reserve- als auch eine führende Zange aufweist, in die Arbeitsposition um den Strang bewegt und vom Strang entfernt, wenn der Arbeitsbereich geräumt werden soll. In manchen Fällen wird die gleiche Kraftzangenbaugruppe in der Nähe der Grundplattform verwendet und dann mit einer Winde angehoben, damit sie über dem Spannkopf operiert. Solche Bewegungen sind auf dem Gebiet der gefährlichsten industriellen Tätigkeit unerwünscht.
Soweit praktisch möglich, wird das Anheben bei einer Snubbing-Tätigkeit mit mobilen Kränen durchgeführt. In manchen Fällen umfasst die Hubanlage jedoch einen direkt oder indirekt am Brunnenkopf befestigten Holm, der für das Hochheben mit einer Winde und einem Seil ausgestattet ist.
Solche Anordnungen machen eine Minimierung der Anforderungen beim Hochheben und der Lastaufnahme unbedingt erforderlich.
US-PS 5,351,767 beschreibt eine Vorrichtung für die Verwendung beim Umgang mit Bohrgestängen und insbesondere Vorgehensweisen beim Zusammensetzen von Bohrgestängesträngen mit mehreren Verbindungsstellen durch die Verwendung eines sich drehenden Mauselochs bei Bohroperationen mit Höchstgeschwindigkeit. Dieses Dokument beschreibt eine Zangeneinheit, die eine obere und eine untere Spannbacke umfasst, die durch ein Gehäuse miteinander verbunden sind, das den vertikalen Abstand zwischen den Zangen einstellt.
Es besteht der Bedarf, menschliche Aktivität am Spannkopf zu reduzieren oder zu eliminieren. Ein sofortiger Schritt besteht darin, den Zangensatz an einer Adapterplatte an der Durchführung zu befestigen. Der Zangensatz muss sich drehen, wenn sich die Durchführung dreht. Der Zangensatz wird niemals benutzt, während sich der Strang im Bohrloch dreht, und die Zangen können von den Versorgungsleitungen getrennt und gedreht werden. Hydraulische und elektrische Schnellkupplungen beseitigen die Schwierigkeit des raschen Verbindens und Trennens der Versorgungsleitungen mit dem Zangensatz. Dieses Befestigungsmerkmal ist ein Ziel bei dieser Erfindung.
Ein Drehen des Zangensatzes ist an sich kein wünschenswertes Merkmal, beim Aufbau heutiger Snubbing-Einheiten ist es jedoch angebracht. Außerdem werden damit bekannte Probleme bei der Befestigung von Zangen am Spannkopf beseitigt.
Ein Wahlmerkmal, ein Ziel für die Zangenanordnung, ist eine Befestigungsstruktur, die ein Befestigen des Zangensatzes an der Spannkopfstruktur erlaubt. Der Zangensatz dreht sich dann nicht mit der Durchführung, und die Zangenversorgungsleitungen müssen nicht abgetrennt werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, bei Routinearbeit des Rohrstranges das Bedienungspersonal vom Spannkopf abzuziehen. Es handelt sich hierbei um ein wesentliches Sicherheitsmerkmal.
Diese und weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich Fachleuten durch eine Betrachtung dieser Patentschrift einschließlich der beigefügten Ansprüche und Zeichnungen erschließen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung für das Zusammensetzen und Auseinandernehmen von Gewindeverbindungen rohrförmiger Elemente nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Ein Kraftzangensatz mit einer führenden und einer Reservezange kann auf der die Durchführung tragenden Struktur des verschiebbaren Spannkopfes einer Snubbing-Einheit befestigt sein und sich mit der Durchführung drehen. Versorgungsleitungen für den Zangensatz müssen während der Drehung des Stranges nicht angeschlossen sein.
Bei einer alternativen Variante der Vorrichtung kann an dem Zangensatz ein Fluiddurchleitspülwirbel angebracht sein, der so an der/den nötigen Zangenbedienungs- und Steuerbetriebsmittelleitung/en befestigt ist, dass sich der Zangensatz mit bei der Drehung zwischen dem Zangensatz und der Snubbing-Einheit angeschlossenen Versorgungsleitungen drehen kann.
Bei einer alternativen Form kann der Zangensatz unabhängig vom Drehtisch am Spannkopf befestigt sein und sich nicht drehen, wenn sich der Drehtisch dreht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die Wartung von in Bohrlöcher eingehängten Rohrsträngen nach Anspruch 6 bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen, in denen gleiche Merkmale ähnliche Beschriftungen aufweisen, ist
1 eine Seitenansicht der gesamten Baugruppe einer Snubbing-Einheit auf einem Brunnenkopf.
2 ist eine etwas vergrößerte Seitenansicht eines Teils von 1 mit einer alternativen Konfiguration der Erfindung.
3 ist eine etwas vergrößerte Seitenansicht, die die zu 1 gehörende Zangenversorgungsspülwirbel-Einrichtung als Option zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen sind Merkmale, die in der Technik allgemein bekannt sind und nicht im Zusammenhang mit Neuheiten stehen, zum Zweck der Übersichtlichkeit der Darstellung weggelassen worden. Zu solchen ausgelassenen Merkmalen können Gewindeverbindungsstellen, Schweißnähte, Abdichtelemente, Stifte und Lötverbindungsstellen, Hydraulikleitungen und -kupplungen, Rohrklemmkeile und Düsen gehören.
In den Zeichnungen zeigt 1 eine Snubbing-Einheit ohne Rohrleitungen und elektrische Leitungen sowie Sicherheitsmerkmale für das Personal, wie Geländer und dergleichen, die an einem Brunnenkopf befestigt sind. Der Brunnenkopf 1 trägt die Snubbing-Einheit 2, die über der feststehenden Durchführungsanordnung 3 die Plattform 4 aufweist. Hubzylinder 5 (normalerweise hydraulisch) stützen den Spannkopf 6, der sich zur axialen Manipulation des Rohrstranges PS nach oben und unten bewegt. Der Spannkopf trägt den verschiebbaren Durchführungssatz 7. Der Zangensatz 9, der die führende Zange 9a und die Reservezange 9b umfasst, ist an der sich drehenden oberen Struktur des Durchführungssatzes befestigt. Ein optionaler Vorteil beim Befestigen besteht in der Adapterplatte 8, die so gebohrt sein kann, dass sie auf eine Vielzahl von Durchführungsarten passt.
Der Zangensatz 9 wird nach derzeitiger Praxis zur Verrichtung der üblichen Zangenarbeit am Strang PS in seine und aus seiner Position bewegt. Dies macht es notwendig, dass sich Leute auf dem Brunnenkopf befinden, und erfordert Tätigkeiten, die in einem gefährlichen Arbeitsbereich zusätzliche Gefahren erzeugen.
Bei der Anordnung von 1 werden gelegentlich immer noch Leute auf dem Brunnenkopf benötigt, die Hydraulikleitungen am Zangensatz anschließen und davon trennen, wenn am Strang PS Verbindungen vorgenommen werden sollen, aber die mit dem Anheben und dem Transfer der Zangen zum und vom Brunnenkopfbereich verbundenen Tätigkeiten werden vermieden.
In 2 gehört zu weiteren neuartigen Merkmalen eine Struktur 10 zum Befestigen des Zangensatzes an der verschiebbaren Grundstruktur 6 des Brunnenkopfes. Dadurch können sich die Durchführungen drehen, ohne dass sich der Zangensatz mitdreht. Zangensätze werden häufig durch hydraulische Fernsteuergeräte gesteuert. Bei dieser Anordnung kann das Steuergerät für diesen Zangensatz auf Plattform 4 positioniert und von dort aus betrieben werden. Es sind zum Betreiben der Zangen keine Leute am Brunnenkopf erforderlich. Die Zangen werden nicht für Routinearbeiten am Strang in den oder aus dem Arbeitsbereich gehoben oder bewegt.
In 3 ist eine Spülwirbeleinheit gezeigt, die es den Zangen ermöglicht, dass sie sich ohne Abtrennen der Versorgungsleitungen drehen. Der Spülwirbel 11 ist mit nur einer Leitung gezeigt, die jedoch für alle für einen Spülwirbel notwendigen Leitungen repräsentativ ist. Die Spülwirbelbohrung 11a nimmt die im Strang verwendeten Rohrprodukte auf.
Die Spülwirbelstruktur ist für hohe Belastungen ausgelegt, damit sie gelegentliche heftige Schläge der verarbeiteten Rohrabschnitte aufnimmt.
Aus dem Gesagten lässt sich erkennen, dass die Erfindung gut dafür ausgelegt ist, alle oben angeführten Zwecke und Ziele zusammen mit anderen Vorteilen zu erreichen, die offensichtlich und der Vorrichtung eigen sind.
Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale und Teilkombinationen nützlich sind und ohne Bezugnahme auf andere Merkmale und Teilkombinationen eingesetzt werden können. Dies wird von den Ansprüchen berücksichtigt und liegt innerhalb ihres Schutzbereiches.
Da sich viele mögliche Ausführungsformen der Vorrichtung dieser Erfindung herstellen lassen, ohne deren Schutzbereich zu verlassen, versteht es sich, dass alles hier Gesagte oder in den beiliegenden Zeichnungen Gezeigte als beispielhaft und nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen ist.

Claims

Vorrichtung für das Zusammensetzen und Auseinandernehmen von Gewindeverbindungen rohrförmiger Elemente, die folgendes umfasst: eine kombinierte Zangen- und Reserveeinheit, die eine an eine Reservezange (9b) gekoppelte Kraftführzange (9a) umfasst, wobei die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit eine mittlere Längsachse aufweist, die im wesentlichen mit einer mittleren Längsachse eines rohrförmigen Elements (PS) zusammenfällt, wenn das rohrförmige Element von der kombinierten Zangen- und Reserveeinheit ergriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit dafür ausgelegt ist, so auf einer von einem Spannkopf (6) getragenen Drehdurchführungskonstruktion (7) befestigt zu werden, dass sich die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit um ihre mittlere Längsachse dreht, wenn sich die Drehdurchführungskonstruktion dreht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit von mindestens einem Hydraulikmotor angetrieben wird und die weiterhin Mittel für das lösbare Anbringen von Hydraulikfluidleitungen an der kombinierten Zangen- und Reserveeinheit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit mindestens einen Hydraulikmotor und weiterhin einen Hydraulikfluidspülwirbel (11) umfasst, wodurch die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit ohne Abtrennen der Hydraulikfluidleitungen von dem Hydraulikfluidspülwirbel gedreht werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine auf dem Spannkopf befestigte Konstruktion (10) umfasst und bei der die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit auf dieser Konstruktion befestigt ist, wodurch sich die Drehdurchführungskonstruktion drehen kann, ohne dass sich die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit mitdreht.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei der die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit Zangen mit geschlossenem Kopf umfasst.
Verfahren für die Wartung von in Bohrlöcher eingehängten Rohrsträngen mit den folgenden Schritten: a) Anbringen einer Snubbing-Einheit (2), die sich für die Bohrlochsicherung, das Bohren sowie Wiederaufwältigungsarbeiten eignet und einen beweglichen Spannkopf (6) umfasst, an einem Brunnenkopf auf dem Bohrloch, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: b) Bereitstellen eines Drehtisches auf dem beweglichen Spannkopf, wobei der Drehtisch weiterhin einen drehbaren Durchführungssatz (7) umfasst, um den Rohrstrang zu drehen und die Rohrstränge zu erfassen und vertikal zu bewegen, c) Bereitstellen einer an dem drehbaren Durchführungssatz angebrachten kombinierten Zangen- und Reserveeinheit (9a, 9b), die so ausgelegt ist, dass sie sich um eine gemeinsame Mittelachse dreht, wenn sich der drehbare Durchführungssatz dreht, wobei die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit weiterhin eine an eine Reservezange gekoppelte Kraftführzange umfasst, d) Verlegen der Rohrstränge durch die Durchführungssätze der Snubbing-Einheit und die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit und Betätigen der kombinierten Zangen- und Reserveeinheit, um die Gewindeverbindungen zusammen- und auseinanderzuschrauben, die Verbindungsstellen des Rohrstranges zusammenfügen, wobei das Zusammenschrauben und das Auseinanderschrauben der Gewindeverbindungen erreicht wird, ohne dass die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit zwischen jeder Verbindung vom Rohrstrang entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit weiterhin mindestens einen Hydraulikmotor und weiterhin Mittel für das lösbare Anbringen von Hydraulikfluidleitungen an der kombinierten Zangen- und Reserveeinheit umfasst und das weiterhin den Schritt des Anbringens von Hydraulikfluidleitungen an der kombinierten Zangen- und Reserveeinheit, wenn diese für das Antreiben dieser Einheit benötigt werden, und des Abtrennens der Hydraulikfluidleitungen umfasst, wenn die Einheit gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit weiterhin mindestens einen Hydraulikmotor und die Vorrichtung weiterhin einen Hydraulikfluidspülwirbel (11) umfasst, wodurch die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit gedreht werden kann, ohne dass die Hydraulikfluidleitungen von dem Hydraulikfluidwirbel abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit einen auf ihr befindlichen Rahmen (10) umfasst, der so an dem beweglichen Spannkopf (6) angebracht ist, dass sich die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit vertikal mit dem Spannkopf mitbewegt und der Rahmen die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit abstützt, und bei dem die kombinierte Zangen- und Reserveeinheit drehfest bleibt, wenn sich die drehbare Durchführung dreht.