DE60028425T2

DE60028425T2 - Ein- und Ausbauvorrrichtung für Rohre

Info

Publication number: DE60028425T2
Application number: DE60028425T
Authority: DE
Inventors: Daniel 92683 JUHASZ; George 92861 BOYADJIEFF; L Brian 90703 EIDEM; Hans NL-4879 AP VAN RIJZINGEN
Original assignee: Varco International Inc; Varco IP Inc
Current assignee: Varco International Inc; Varco IP Inc
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: CA2363178A1; ATE373160T1; DE60036373T2; NO20014329L; NO20014329D0; EP1171683B1; NO331171B1; EP1171683A2; US7096977B2; US6938709B2; NO336391B1; US20030066654A1; ATE328185T1; DE60036373D1; US20020074132A1; DE60028425D1; WO2000052297A3; WO2000052297A2; US6443241B1; CA2363178C

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beruht auf Provisional Patent Application No. 60/122,915, die am 5. März 1999 eingereicht wurde.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Arbeiten im Zusammenhang mit dem Bohren von Bohrlöchern und mehr im Einzelnen auf eine Vorrichtung, die bei der Montage von Rohrsträngen wie solchen von Mantelsträngen, Bohrsträngen und derartigem behilflich ist.
Beschreibung des in Beziehung gesetzten Fachgebiets
Das Bohren von Ölquellen schließt das Montieren von Bohrsträngen und Mantelsträngen ein, wobei jeder von ihnen eine Vielzahl von länglichen, schweren Rohrabschnitten umfasst, die sich von einem Ölbohrgestell abwärts in ein Loch hinein erstrecken. Der Bohrstrang besteht aus einer Zahl von Rohrabschnitten, die über Gewinde miteinander verkoppelt sind, wobei der unterste Abschnitt (das heißt, der eine, der sich am meisten in das Loch hinein erstreckt) an seinem unteren Ende einen Bohrmeißel trägt. Typischerweise ist der Mantelstrang um den Bohrstrang herum vorgesehen, um das Bohrloch nach dem Bohren des Loches auszukleiden und die Unversehrtheit des Loches sicherzustellen. Der Mantelstrang besteht ebenfalls aus einer Vielzahl von Rohrabschnitten, die über Gewinde miteinander verkoppelt sind und die mit Durchgängen so geformt und von einer Größe sind, um den Bohrstrang und/oder den anderen Rohrstrang aufzunehmen.
Die übliche Weise, in der mehrere Mantelabschnitte miteinander verkoppelt werden, um einen Mantelstrang zu bilden, ist ein arbeitsintensives Verfahren, das die Verwendung einer Einsetzeinrichtung („stabber") und von Mantelzangen einschließt. Die Einsetzeinrichtung wird im Handbetrieb gesteuert, um einen Abschnitt des Mantels in das obere Ende des vorhandenen Mantelstrangs einzuführen, und die Zangen sind dafür bestimmt, zuzugreifen und den Abschnitt zu drehen, um ihn über Gewinde mit dem Mantelstrang zu verbinden. Obwohl solch ein Verfahren effektiv ist, ist es beschwerlich und relativ untauglich, weil das Verfahren von Hand ausgeführt wird. Außerdem erfordern die Mantelzangen eine Mannschaft für den Mantel, um den Abschnitt des Mantels passend in Eingriff zu bringen und den Abschnitt mit dem Mantelstrang zu verbinden. Folglich ist ein solches Verfahren relativ arbeitsintensiv und daher kostenträchtig. Darüber hinaus erfordert die Verwendung von Mantelzangen das Aufstellen eines Arbeitsgerüstes oder anderer ähnlicher Aufbauten und ist daher uneffizient.
Andere haben ein Mantel-Laufwerkzeug zum Montieren der Mantelstränge vorgeschlagen, wobei ein herkömmliches Kopfantriebsaggregat eingesetzt wird. Das Werkzeug schließt einen schwenkbaren Manipulator ein, der vorgesehen ist, einen Rohrabschnitt zu greifen und den Rohrabschnitt aufwärts in eine Kraftverstärker-Spinne (power assist spider) hinein anzuheben, welche nach dem Schwerkraftprinzip arbeitet, um den Rohrabschnitt zu halten. Die Spinne ist an den Kopfantrieb gekoppelt und kann durch ihn gedreht werden. Folglich kann der Rohrabschnitt mit einem Mantelstrang in Kontakt gebracht werden, und der Kopfantrieb kann in Betrieb gesetzt werden, um den Mantelabschnitt zu drehen und über Gewinde mit dem Mantelstrang in Eingriff zu bringen.
Obwohl solch ein System Vorteile bietet gegenüber den konventionelleren Systemen, die verwendet werden, um Mantelstränge zu montieren, leidet solch ein System an Unzulänglichkeiten. Eine solche Unzulänglichkeit ist, dass der Mantelabschnitt nicht ausreichend durch die Kraftverstärker-Spinne in Eingriff gebracht wird, um den Mantelabschnitt passend mit dem Mantelstrang zu verbinden. Außerdem mangelt es dem System, irgendein Mittel bereitzustellen, um die auf die Gewinde einwirkende Last am unteren Ende des Mantelabschnitts wirksam zu steuern. Ohne die Möglichkeit der Steuerung der Last auf die Gewinde kann ein Überdrehen auftreten, das beschädigte Gewinde und einen nutzlosen Mantelabschnitt zur Folge haben.
Ein Beispiel von einem bekannten Verfahren und einer bekannten Vorrichtung zum Verbinden und Entkoppeln von Rohren wird in WO 97/18799 offen gelegt.
Entsprechend wird es den Fachleuten auf diesem Fachgebiet erkennbar sein, dass dort ein Bedarf für eine Vorrichtung zur Verwendung in Bohrsystemen fortbesteht, die ein vorhandenes Kopfantriebsaggregat nutzt, um Mantel- oder/und Bohrstränge wirksam zu montieren und welches einen Rohrabschnitt sicher einsetzt, um die passende Koppelung des Rohrabschnitts an einen Rohrstrang sicherzustellen. Die vorliegende Erfindung richtet sich an diese Bedürfnisse und an andere.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Kurz und in allgemeinen Begriffen ist die vorliegende Erfindung auf ein Rohrlaufwerkzeug gerichtet, um in Bohrsystemen und derartigem verwendet zu werden, um Mantel- und/oder Bohrstränge zu montieren. Das Rohrlaufwerkzeug ist an ein vorhandenes Kopfantriebsaggregat gekoppelt, welches verwendet wird, um einen Bohrstrang zu drehen, und schließt ein mit Kraft angetriebenes Hebewerk ein, das in eine Einsetzposition mit Kraft bewegt wird, um einen Rohrabschnitt sicher einzusetzen, zum Beispiel einen Mantelabschnitt. Weil das Hebewerk mit Kraft in eine Einsetzposition gebracht wird, kann der Rohrabschnitt passend an einen vorhandenen Rohrstrang angekoppelt werden, wobei das Kopfantriebsaggregat verwendet wird.
Das System der vorliegenden Erfindung ist in einer veranschaulichenden Ausführungsform auf ein Rohrlaufwerkzeug gerichtet, das an einem Bohrgestell montiert werden kann und das einschließt: Ein Kopfantriebsaggregat, das angepasst ist, um mit dem Bohrgestell für die senkrechte Verschiebung des Kopfantriebsaggregats relativ zu dem Bohrgestell verbunden zu werden, wobei das Kopfantriebsaggregat eine Antriebswelle einschließt und wobei das Kopfantriebsaggregat einsatzbereit zum Drehen der Antriebswelle ist; und eine untere Rohreinsetzeinheit, die einen zentralen Durchgang einschließt, dessen Größe zur Aufnahme des Rohrabschnitts ausgelegt ist, wobei die untere Rohreinsetzeinheit ein mit Kraft angetriebenes Einsetzgerät einschließt, das angetrieben wird, um sicher an eine Einsetzposition zu kommen und den Rohrabschnitt wieder lösbar zu greifen, wobei die untere Rohreinsetzeinheit in Verbindung mit der Antriebswelle gebracht wird, wobei das Ingangsetzen des Kopfantriebsaggregats die untere Rohreinsetzeinheit zum Drehen bringt.
In einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Montieren eines Rohrstrangs gerichtet, das die folgenden Schritte einschließt: Ingangsetzen einer unteren Rohreinsetzeinheit, um einen Rohrabschnitt wieder lösbar einzusetzen, Absenken eines Kopfantriebsaggregats, um den Rohrabschnitt in Kontakt mit einem Rohrstrang zu bringen; Überwachen der Last an dem Rohrstrang; Ingangsetzen einer Lastausgleichseinrichtung, um den Rohrabschnitt einen gewählten Abstand relativ zum Rohrstrang anzuheben, wenn die Last an dem Rohrstrang einen voreingestellten Schwellwert überschreitet; und Ingangsetzen des Kopfantriebsaggregats, um den Rohrabschnitt zu drehen, um den Rohrabschnitt und den Rohrstrang in Eingriff zu bringen.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Detailbeschreibung deutlich werden, die mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gesetzt wird, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung auf dem Weg über Beispiele veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine erhöhte Seitenansicht eines Bohrgestells, das ein Rohrlaufwerkzeug entsprechend einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einbezieht;
2 ist eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab des Rohrlaufwerkzeugs der 1;
3 ist ein Blick auf den Querschnitt aufgenommen entlang der Linie 3–3 der 2;
4 ist ein Blick auf den Querschnitt aufgenommen entlang der Linie 4–4 der 2;
5A ist ein Blick auf den Querschnitt aufgenommen entlang der Linie 5–5 der 4 und zeigt eine Spinne/ein Hebewerk in einer entkoppelten Position;
5B ist ein Blick auf den Querschnitt ähnlich wie in der 5A und zeigt eine Spinne/ein Hebewerk in einer Einsetzposition;
6 ist ein Blockdiagramm von Komponenten, die in einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung eingeschlossen sind;
7 ist eine Seitenansicht einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden gleiche Bezugsnummern für den Bezug auf ähnliche oder korrespondierende Elemente in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen verwendet werden. Unter Bezug auf die 1 und 2 wird nun ein Rohrlaufwerkzeug 10 gezeigt, das eine veranschaulichende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, welches für die Verwendung in zu montierenden Rohrsträngen wie z.B. Bohrsträngen, Mantelsträngen und derartigem bestimmt ist. Das Rohrlaufwerkzeug 10 umfasst im Allgemeinen einen Rahmenaufbau 12, eine drehbare untere Antriebsachse 14 und eine untere Rohreinsetzeinheit 16, die mit der drehbaren Welle für die Drehung damit gekoppelt ist. Die Rohreinsetzeinheit ist bestimmt für das selektive Einsetzen von Rohrabschnitten 11 (1, 2 und 5A), um im Wesentlichen die relative Drehung zwischen dem Rohrabschnitt und der Rohreinsetzeinheit zu verhindern. Die drehbare untere Antriebsachse 14 ist für die Koppelung mit einer Kopfantriebsausgangsachse aus einem vorhandenen Kopfantrieb bestimmt, in der Weise, dass der Kopfantrieb, der normalerweise verwendet wird, um einen Bohrstrang zum Bohren des Bohrlochs zu drehen, verwendet werden kann, um einen Rohrstrang zu montieren, zum Beispiel einen Mantelstrang oder einen Bohrstrang, wie in größerem Detail weiter unten beschrieben wird.
Das Rohrlaufwerkzeug 10 ist für die Verwendung beispielsweise in einem Bohrgestell 18 für ein Bohrloch bestimmt. Ein geeignetes Beispiel solch eines Bohrgestells wird in dem Patent US 4,765,401 für Boyadjieff offengelegt, welches ausdrücklich hierin aufgrund des Verweises einbezogen wird, so als wenn es hier vollständig bekannt gemacht wurde. Wie es in 1 gezeigt wird, schließt das Bohrgestell einen Rahmen 20 und ein Paar Führungsrollen 22 ein, entlang welchen ein Kopfantriebsaggregat, im Allgemeinen mit 24 bezeichnet, zur senkrechten Bewegung relativ zum Bohrgestell gefahren werden kann. Das Kopfantriebsaggregat ist vorzugsweise ein üblicher Kopfantrieb, der verwendet wird, um einen Bohrstrang zu drehen, um ein Bohrloch zu bohren, wie es in dem Patent US 4,605,077 für Boyadjieff beschrieben ist, welches ausdrücklich hierin aufgrund des Verweises einbezogen wird. Das Kopfantriebsaggregat schließt einen Antriebsmotor 26 und eine Kopfantriebsausgangsachse 28 ein, die sich abwärts vom Antriebsmotor erstreckt, wobei der Antriebsmotor betriebsfähig ist, um die Antriebsachse zu drehen, wie es in dem Fachgebiet üblich ist. Das Bohrgestell bestimmt einen Bohrboden 30, der eine zentrale Öffnung 32 aufweist, durch welche sich ein Bohrstrang und/oder ein Mantelstrang 34 abwärts in ein Bohrloch hinein erstrecken.
Das Bohrgestell 18 schließt auch eine Einbau-Spinne 36 ein, die konfiguriert ist, den Bohrstrang und/oder den Mantelstrang 34 wieder lösbar einzusetzen und ihr Gewicht zu tragen, da es sich von der Spinne abwärts in das Bohrloch hinein erstreckt. Wie es in dem Arbeitsgebiet gut bekannt ist, schließt die Spinne ein im Allgemeinen zylindrisches Gehäuse ein, das einen zentralen Durchgang definiert, durch welchen der Rohrstrang geführt werden kann. Die Spinne schließt eine Vielzahl von Schiebern ein, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und die zwischen den entkoppelten und verkoppelten Positionen selektiv versetzbar sind, wobei die Schieber radial einwärts zu den jeweiligen Eingriffspositionen gefahren werden, um den Rohrabschnitt fest in Eingriff zu nehmen und dadurch eine Relativbewegung oder -drehung des Rohrabschnitts und des Spinnen-Gehäuses zu verhindern. Die Schieber werden vorzugsweise zwischen den Positionen bei Entkoppelung und den Eingriffspositionen durch Mittel von einem hydraulischen oder pneumatischen System angetrieben, können aber durch jedes andere geeignete Mittel angetrieben werden.
Vor allem unter Bezug auf 2 schließt das Rohrlaufwerkzeug 10 einen Rahmenaufbau 12 ein, der ein Paar Glieder 40 umfasst, die sich abwärts vom Anschlussstück 42 dieser Glieder erstreckt. Das Anschlussstück dieser Glieder definiert eine zentrale Öffnung 44, durch welche die Kopfantriebsausgangsachse 28 hindurchgeführt werden kann. Anmontiert an dieses Anschlussstück dieser Glieder an diametral entgegen gesetzten Seiten der zentralen Öffnung erstrecken sich jeweils Rohrelemente 46 (1) aufwärts, welche voneinander in vorbestimmtem Abstand angeordnet sind, um die Durchführung der Kopfantriebsausgangsachse 28 dazwischen zu ermöglichen. Die jeweiligen Rohrelemente verbinden sich an ihren oberen Enden mit einem Rotationskopf 48, der mit dem Kopfantriebsaggregat 24 für die Bewegung hiermit verbunden ist. Der Rotationskopf definiert eine zentrale Öffnung (nicht gezeigt), durch welche die Kopfantriebsausgangsachse hindurchgeführt werden kann, und schließt auch ein Lager (nicht gezeigt) ein, das mit den oberen Enden der Rohrelemente in Eingriff steht und die Drehung der Rohrelemente relativ zu dem Rotationskopfkörper ermöglicht, wie im Folgenden in größerem Detail beschrieben wird.
Die Kopfantriebsausgangsachse 28 ist an ihrem unteren Ende in einem im Inneren mit Nut versehenen Kupplungsstück (splined coupler) 52 begrenzt, die mit einem oberen Ende der unteren Antriebsachse 14 (nicht gezeigt) im Eingriff steht, die gebildet wird, um das mit Nut versehene Kupplungsstück zur Drehung damit zu vervollständigen. Folglich, wenn die Kopfantriebsausgangsachse 28 durch den Kopfantriebsmotor 26 gedreht wird, wird auch die untere Antriebsachse 14 gedreht. Es wird verstanden, dass jede geeignete Grenzfläche verwendet werden kann, um die oberen und unteren Antriebsachsen sicher zusammen in Eingriff zu bringen.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform ist die untere Antriebsachse 14 mit einer herkömmlichen Rohrhandhabungseinheit, die allgemein mit 56 bezeichnet wird, verbunden, die mit einem geeigneten Drehmomentschlüssel (nicht gezeigt) in Eingriff gebracht werden kann, um die untere Antriebsachse und dadurch Unterbrecher-Verbindungen zu drehen, die sehr hohe Drehmomente erfordern, wie sie in dem Fachgebiet gut bekannt sind.
Die untere Antriebsachse 14 wird auch mit einem mit Nut versehenen Abschnitt 58 gebildet, der gleitfähig in einer länglichen, mit Nut versehenen Buchse 60 aufgenommen wird, die als Verlängerung der unteren Antriebsachse dient. Die Antriebsache und die Buchse sind mit Nut versehen, um die senkrechte Bewegung der Achse relativ zur Buchse zu ermöglichen, wie im Folgenden in größerem Detail beschrieben wird. Es wird verstanden, dass die mit Nut versehene Grenzfläche die Drehung der Buchse verursacht, wenn sich die untere Antriebsachse dreht.
Das Rohrlaufwerkzeug 10 schließt weiterhin eine untere Rohreinsetzeinheit 16 ein, die in einer Ausführungsform eine Drehmomentübertragungsmanschette (torque transfer sleeve) 62 umfasst, die mit dem unteren Ende der Buchse 60 für die Drehung damit sicher verbunden ist. Die Drehmomentübertragungsmanschette ist im Allgemeinen ringförmig und schließt ein Paar sich aufwärts vorstreckender Arme 64 an sich diametral entgegen stehenden Seiten der Manschette ein. Die Arme werden mit jeweiligen horizontalen Durchgängen (nicht gezeigt) geformt, in welchen die jeweiligen Lager (nicht gezeigt) montiert sind, die darin zum Lagern einer drehbaren Achse 70 dienen, wie im Folgenden in größerem Detail beschrieben wird. Die Übertragungsmanschette ist an ihrem unteren Ende mit einem sich abwärts erstreckenden Drehmomentrahmen (torque frame) 72 in der Form eines Paars von Rohrelementen 73 verbunden, welche dann wieder mit einer Spinne/einem Hebewerk 74 gekoppelt ist, die/das sich mit dem Drehmomentrahmen dreht. Es wird erkennbar, dass der Drehmomentrahmen viele, wie solch eine Mehrzahl an Rohrelementen, einen festen Körper oder irgendeine andere geeignete Konstruktion annehmen kann.
Die Spinne/das Hebewerk 74 ist vorzugsweise durch ein hydraulisches oder pneumatisches System angetrieben oder alternativ durch einen elektrischen Antriebsmotor oder irgendein anderes geeignetes Antriebssystem. In der offengelegten Ausführungsform schließt die Spinne/das Hebewerk ein Gehäuse 75 ein, welches einen zentralen Durchgang 76 definiert, durch welchen der Rohrabschnitt 11 hindurchgeführt werden kann. Die Spinne/das Hebewerk schließt auch ein Paar hydraulischer oder pneumatischer Zylinder 77 mit verschiebbaren Kolbenstangen 78 ein (5A und 5B), die durch geeignete schwenkbare Stränge 79 mit den jeweiligen Schiebern 80 verbunden sind. Die Stränge sind schwenkbar sowohl zu den Kopfenden der Kolbenstangen, als auch zu den Kopfenden der Schieber verbunden. Die Schieber schließen im Allgemeinen ebene vordere Greifflächen 82 und besonders umrissene rückwärtige Oberflächen 84 ein, die bestimmt sind, mit solch einer Kontur die Schieber zwischen den jeweiligen radial auswärts angeordneten entkoppelten Positionen und radial einwärts angeordneten, verkoppelten Positionen wandern zu lassen. Die rückwärtigen Oberflächen der Schieber fahren entlang der jeweiligen abwärts und radial einwärts vorstreckenden Führungselemente 86, die in sich ergänzender Weise konturiert sind und sicher mit dem Spinnen-Körper verbunden sind. Die Führungselemente kooperieren mit den Zylindern und Strängen, um die Schieber radial einwärts in Eingriff zu bringen und die Schieber in die jeweiligen Einsetzpositionen zu zwingen. Folglich können die Zylinder (oder andere Betätigungsmittel) befähigt werden, die Kolbenstangen abwärts zu treiben, wobei sie die entsprechenden Stränge veranlassen, abwärts getrieben zu werden, und deswegen die Schieber abwärts zu zwingen. Die Oberflächen der Führungselemente stehen in einem Winkel, um die Schieber radial einwärts zu zwingen, da sie abwärts getrieben werden, um den Rohrabschnitt 11 zwischen sie einzuklemmen, wobei mit den Führungselementen die Schieber in festem Eingriff mit dem Rohrabschnitt erhalten bleiben. Um den Rohrabschnitt 11 zu lösen, werden die Zylinder 77 in umgekehrter Richtung laufen gelassen, um die Kolbenstangen aufwärts zu bewegen, welche die Stränge aufwärts ziehen und die jeweiligen Schieber zurück zu ihren entkoppelten Positionen ziehen, um den Rohrabschnitt zu lösen. Die Führungselemente sind vorzugsweise mit den jeweiligen Aussparungen 81 versehen, welche die jeweiligen sich vorstreckenden Teile 83 der Schieber aufnehmen, um die Schieber in der entkoppelten Position zu sperren (5A).
Die Spinne/das Hebewerk 74 schließt weiterhin ein Paar von diametral gegenüber stehenden, sich nach außen vorstreckenden Ohren 88 ein, die mit abwärts schauenden Aussparungen 90 eine Größe aufweisen, um die entsprechend geformten, zylindrischen Elemente 92 an den unteren Enden der jeweiligen Glieder 40 aufzunehmen und sich dadurch sicher mit den unteren Enden der Glieder der Spinne/des Hebewerks zu verbinden. Die Ohren können mit einer ringförmigen Manschette 93 verbunden werden, die über das Gehäuse 75 aufgenommen werden oder die integral mit dem Gehäuse gebildet werden.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform schließt das Rohrlaufwerkzeug 10 eine Lastausgleichseinrichtung ein, die allgemein mit 94 bezeichnet ist. Die Lastausgleichseinrichtung ist vorzugsweise in der Form eines Paares von hydraulischen, mit Doppelstangen ausgerüsteten Zylindern 96 ausgebildet, von denen jedes ein Paar Kolbenstangen 98 einschließt, die selektiv ausdehnbar von und zurückziehbar hinein in den Zylinder sind. Die oberen Stangen sind mit einer Ausgleichsklammer 100 verbunden, welche dann wieder mit der unteren Antriebsachse 14 verbunden ist, während sich die unteren Stangen abwärts erstrecken und an den jeweiligen unteren Enden mit einem Paar von Wagen 102 verbunden sind, welche sicher an der Buchse 60 montiert sind. Die hydraulischen Zylinder können betätigt werden, um die Buchse durch Anwenden von Druck auf die Zylinder aufwärts relativ zu der unteren Antriebsachse 14 zu ziehen, was die oberen Kolbenstangen veranlasst, sich in die jeweiligen Zylinderkörper zurückzuziehen, wobei die mit der Nut versehene Grenzfläche zwischen der Buchse und der unteren Antriebsachse angeordnet ist, die ermöglicht, dass die Buchse senkrecht relativ zu der Achse verschoben wird. In dieser Weise kann der Rohrabschnitt 11 von der Spinne/dem Hebewerk 74 getragen senkrecht angehoben werden, um einen Teil oder die gesamte auf den Rohrabschnitt 11 einwirkende Kraft zu entlasten, wie im Folgenden in größerem Detail beschrieben wird. Wie in 2 gezeigt wird, werden die unteren Stangen wenigstens teilweise zurückgezogen, was dazu führt, dass der überwiegende Anteil der Last vom Rohrlaufwerkzeug 10 durch die Kopfantriebsausgangsachse 28 übernommen wird. Zusätzlich werden die Zylinder 96, wenn eine Last oberhalb eines vorgewählten Maximalwerts auf den Rohrabschnitt 11 einwirkt, automatisch der Last entgegenwirken, um zu verhindern, dass die gesamte Last auf die Gewinde des Rohrabschnitts einwirken kann.
Das Rohrlaufwerkzeug 10 schließt weiterhin noch einen Hebemechanismus ein, der allgemein mit 104 bezeichnet ist, um einen Rohrabschnitt aufwärts in die Spinne/das Hebewerk 74 zu heben. Der Hebemechanismus ist außerhalb der Achse angeordnet und schließt ein Paar Rollen 106 ein, die von der Achse 70 getragen werden, wobei die Achse in den Buchsen in den jeweiligen Durchgängen gelagert wird, die in den Armen 64 gebildet werden. Der Hebemechanismus schließt auch einen Zahnradantrieb ein, der allgemein mit 108 bezeichnet ist, der selektiv durch einen hydraulischen Motor 111 oder ein anderes geeignetes Antriebssystem zum Drehen der Achse und folglich der Rollen angetrieben sein kann. Der Hebemechanismus kann auch eine Bremse 115 einschließen, um die Drehung der Achse und daher der Rollen zu verhindern und vor Ort zu sperren, ebenso wie eine Drehmomentnabe 116. Deswegen kann ein Paar von Strängen, Kabeln oder anderen geeigneten flexiblen Mitteln über die jeweiligen Rollen laufen, das sich durch einen Strangschacht 113 erstreckt und in den Rohrabschnitt 11 eingreift, und die Achse wird dann durch ein geeignetes Antriebssystem gedreht, um den Rohrabschnitt senkrecht anzuheben und aufwärts in die Position mit dem oberen Ende des Rohrabschnitts 11, der sich in die Spinne/das Hebewerk 74 hinein erstreckt.
Das Rohrlaufwerkzeug 10 schließt weiterhin vorzugsweise eine ringförmige Manschette 109 ein, die über die Glieder 40 aufgenommen wird und die die Glieder an die Ohren 88 angeschlossen hält und verhindert, dass die Glieder sich verdrillen und/oder verwinden.
Während des Betriebs kann eine Arbeitsmannschaft das Rohrlaufwerkzeug 10 bedienen, bis das obere Ende des Werkzeugs mit dem unteren Ende der Kopfantriebsausgangsachse 28 ausgerichtet ist. Das Rohrlaufwerkzeug 10 wird dann senkrecht aufwärts bewegt, bis das mit Nut versehene Kupplungsstück 52 an dem unteren Ende der Kopfantriebsausgangsachse in Eingriff steht mit dem oberen Ende der unteren Antriebsachse 14 und mit den Gliedern 40, die mit den Ohren 88 in Eingriff stehen. Die Arbeitsmannschaft kann dann ein Paar der Ketten oder Kabel über die jeweiligen Rollen 106 des Hebemechanismus 104 laufen lassen, verbindet die Ketten oder Kabel mit dem Rohrabschnitt 11, setzt ein geeignetes Antriebssystem mit dem Antrieb 108 ein, bedient das Antriebssystem zum Drehen der Rollen und hebt dadurch den Rohrabschnitt aufwärts, bis sich das obere Ende des Rohrabschnitts durch das untere Ende der Spinne/des Hebewerks 74 erstreckt. Die Spinne/das Hebewerk wird dann bedient mit den hydraulischen Zylindern 77 und Führungselementen 86, die kooperieren, um die jeweiligen Schieber 84 gewaltsam in die Einsetzpositionen (5B) zu treiben, um den Rohrabschnitt sicher in Eingriff zu bringen. Die Schieber werden vorzugsweise um einen ausreichenden Grad vorwärts bewegt, um die relative Drehung zwischen dem Rohrabschnitt und der Spinne/dem Hebewerk zu verhindern, in der Weise dass Drehung der Spinne/des Hebewerks in eine Drehung des Rohrabschnitts übertragen wird.
Das Kopfantriebsaggregat 24 wird dann relativ zu dem Rahmen 20 durch Mittel des oberen Hebezeugs (top hoist) 25 abgesenkt, um das mit Gewinde versehene untere Ende des Rohrabschnitts 11 in Kontakt mit dem mit Gewinde versehenen unteren Ende des Rohrstrangs 34 zu bringen (1). Wie in 1 gezeigt wird, wird das Rohrstrang sicher am Platz gehalten durch die Einbau-Spinne 36 oder irgendeine andere geeignete Einheit zum Sichern des Strangs an ihrem Platz, wie es Fachleuten auf dem Fachgebiet gut bekannt ist. Wenn die Gewinde einmal passend in Eingriff gebracht sind, dann wird der Kopfantriebsmotor 26 bedient, um die Kopfantriebsausgangsachse zu drehen, welche dann wieder die untere Antriebsachse des Rohrlaufwerkzeugs 10 und die Spinne/das Hebewerk 74 dreht, was den gekoppelten Rohrabschnitt und dadurch den über Gewinde im Eingriff stehenden Rohrstrang zu drehen veranlasst.
In einer Ausführungsform wird der Rohrabschnitt 11 absichtlich abgesenkt, bis das untere Ende des Rohrabschnitts auf dem Kopfende des Rohrstrangs 34 ruht. Die Lastausgleichseinrichtung 94 wird dann bedient, um die Buchse 60 aufwärts relativ zu der unteren Antriebsachse 14 über die mit Nut versehene Grenzfläche zwischen die beiden zu treiben. Die Aufwärtsbewegung der Buchse veranlasst das Anheben der Spinne/des Hebewerks 74 und dadurch des gekoppelten Rohrabschnitts 11, wodurch das Gewicht auf die Gewinde des Rohrabschnitts verringert wird. Auf diese Weise kann die Last auf die Gewinde durch die Bedienung der Lastausgleichseinrichtung gesteuert werden.
Wenn der Rohrabschnitt 11 einmal über Gewinde an den Rohrstrang angekoppelt ist, wird das Kopfantriebsaggregat 24 senkrecht angehoben, um den gesamten Rohrstrang 34 anzuheben, was die Einbau-Spinne 36 veranlasst, den Strang zu entkoppeln. Das Kopfantriebsaggregat 24 wird dann abgesenkt, um den Strang abwärts in das Bohrloch vorzubewegen, bis das obere Ende des oberen Rohrabschnitts 11 nahe dem Bohrboden 30 ist, wobei die gesamte Last des Rohrstrangs von den Gliedern 40 getragen wird, während das Drehmoment über die Achsen eingespeist wurde. Die Einbau-Spinne 36 wird dann betätigt, um den Rohrstrang in Eingriff zu bringen und davon zu entlasten. Die Spinne/das Hebewerk 74 wird dann umgekehrt gesteuert, um die Schieber 84 zurück zu den jeweiligen entkoppelten Positionen zu ziehen (5A), um den Rohrstrang zu lösen. Das Kopfantriebsaggregat 24 wird dann angehoben, um das Rohrlaufwerkzeug 10 hoch in eine Startposition zu heben (wie sie in 1 gezeigt wird), und das Verfahren kann mit einem zusätzlichen Rohrabschnitt 11 wiederholt werden.
Unter Bezug auf 6 wird dort ein Blockdiagramm von Komponenten gezeigt, die in einer veranschaulichenden Ausführungsform des Rohrlaufwerkzeugs 10 eingeschlossen sind. In dieser Ausführungsform schließt das Werkzeug eine herkömmliche Lastzelle 110 oder ein anderes geeignetes Last-Messgerät ein, das an dem Rohrlaufwerkzeug 10 in solch einer Weise montiert ist, dass es in Verbindung mit der unteren Antriebsachse 14 ist, um die einwirkende Last am unteren Ende des Rohrabschnitts 11 zu bestimmen. Die Lastzelle ist betriebsfähig, um ein Signal zu erzeugen, das die ermittelte Last darstellt, welche in einer veranschaulichenden Ausführungsform an einen Prozessor 112 übermittelt wird. Der Prozessor ist mit einem vorbestimmten Schwellwert-Lastwert programmiert und vergleicht das Signal der Lastzelle mit dem Wert. Wenn die Last den Wert übersteigt, dann steuert der Prozessor die Lastausgleichseinrichtung 94, um einen gewählten Betrag hochzuziehen, um wenigstens einen Teil der Last auf die Gewinde des Rohrabschnitts zu entlasten. Wenn die Last einmal an oder unter dem Schwellwert ist, steuert der Prozessor das Kopfantriebsaggregat 24, um den Rohrabschnitt 11 zu drehen und dadurch den Rohrabschnitt an den Rohrstrang 34 über Gewinde einzusetzen. Während das Kopfantriebsaggregat betätigt wird, fährt der Prozessor fort, die Signale von der Lastzelle zu überwachen, um sicherzustellen, dass die Last auf den Rohrabschnitt nicht den Schwellwert übersteigt.
Alternativ kann die Last auf den Rohrabschnitt 11 manuell gesteuert werden, wobei die Lastzelle 110 die Last auf den Rohrabschnitt über ein geeignetes Messgerät oder eine andere Anzeige anzeigt, wobei ein Werker die Lastausgleichseinrichtung 94 und das Kopfantriebsaggregat 24 entsprechend steuert.
Unter Bezug auf 7 wird dort eine andere bevorzugte Ausführungsform des Rohrlaufwerkzeugs 200 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Rohrlaufwerkzeug schließt einen Hebemechanismus 202 ein, der im Wesentlichen derselbe wie der Hebemechanismus 104, der oben beschrieben ist. Eine untere Antriebsachse 204 ist vorgesehen und ist an ihrem unteren Ende mit einer herkömmlichen Schlammfülleinrichtung 206 verbunden, wie sie Stand der Technik ist, welche verwendet wird, um einen Rohrabschnitt, zum Beispiel einen Mantelabschnitt, mit Schlamm während des Montageverfahrens zu füllen. In einer veranschaulichenden Ausführungsform ist die Schlammfülleinrichtung eine Einrichtung hergestellt von Davies-Lynch Inc. von Texas.
Der Hebemechanismus 202 trägt ein Paar Ketten 208, die mit einem Schieberartigen einfachen Gelenk-Hebewerk 210 am unteren Ende des Rohrlaufwerkzeugs 200 in Eingriff stehen. Wie es in dem Fachgebiet bekannt ist, ist das einfache Gelenk-Hebewerk betriebsfähig, um einen Rohrabschnitt 11 wieder lösbar einzusetzen, mit dem Hebemechanismus 202, der betriebsfähig ist, um das einfache Gelenk-Hebewerk und den Rohrabschnitt aufwärts und in die Spinne/das Hebewerk 74 hinein zu heben.
Das Werkzeug 200 schließt die Glieder 40 ein, welche die zylindrischen unteren Enden 92 definieren, welche in im Allgemeinen J-Form aufweisende Aussparungen 212 aufgenommen werden, die in diametral gegenüber liegenden Seiten der Spinne/des Hebewerks 74 geformt sind.
Aus dem Vorstehenden wird es verständlich, dass das Rohrlaufwerkzeug 10 ein vorhandenes Kopfantriebsaggregat effizient nutzt, um einen Rohrstrang zu montieren, zum Beispiel einen Mantel- oder Bohrstrang, und sich nicht auf beschwerliche Mantelzangen und andere herkömmliche Einrichtungen stützt. Das Rohrlaufwerkzeug schließt eine Spinne/ein Hebewerk 74 ein, die/das nicht nur Rohrabschnitte trägt, sondern ihm auch Drehbewegung verleiht, um Rohrabschnitte über Gewinde mit einem vorhandenen Rohrstrang in Eingriff zu bringen. Folglich stellt das Rohrlaufwerkzeug eine Vorrichtung bereit, welche den Rohrabschnitt 11 greift und Drehmomente ausübt und welche auch in der Lage ist, die gesamte Last des Rohrstrangs auszuhalten, wenn er in das Bohrloch hinein abgelassen wird.
Wenn auch mehrere Formen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, ist es Fachleuten auf dem Fachgebiet verständlich, dass verschiedene Modifizierungen und Verbesserungen gemacht werden können, ohne vom Ziel der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass die Erfindung begrenzt ist, außer durch die beigefügten Ansprüche.

Claims

Ein Rohrlaufwerkzeug (pipe running tool) (10), das auf einem Bohrständer (18) montiert werden kann und zur Handhabung von Rohrabschnitten und zum Einrücken von Rohrsegmenten in eine Rohrkette (34) gebaut ist, wobei das Rohrlaufwerkzeug beinhaltet: ein Kopf-Antriebsaggregat (24) das geeignet ist mit dem Bohrständer (18) verbunden zu werden, wobei das Kopf-Antriebsaggregat (24) eine Kopf-Antriebsabgangswelle (28) besitzt und das Kopf-Antriebsaggregat (24) einsatzbereit zum Drehen der Antriebswelle ist; ein untere Antriebsachse (14), die mit der Kopf-Antriebsabgangswelle (28) verbunden ist und einen regulierbaren Abschnitt beinhaltet, der wahlweise verstellbar ist, um die Länge der unteren Antriebsachse anzupassen; eine untere Rohreinrückeinheit (16), die einen zentralen Durchgang (76) einschliesst, dessen Größe zur Aufnahme des Rohrabschnitts (11) ausgelegt ist, wobei die untere Rohreinrückeinheit (16) einsatzbereit ist, um den Rohrabschnitt auslösbar zu erfassen und wobei die untere Rohreinrückeinheit (16) mit der unteren Antriebsachse verbunden ist, wodurch das Ingangsetzen der Kopf-Antriebseinheit (24) die untere Rohreinrückeinheit (16) zum Drehen bringt; gekennzeichnet durch eine Lastmessvorrichtung, die so auf dem Rohrlaufwerkzeug (pipe running tool) (10) montiert ist, dass sie mit der unteren Antriebsachse (14) in Verbindung steht, um die Last zu bestimmen, die auf das untere Ende des Rohrabschnitts (11) ausgeübt wird; Mittel zur Ausübung einer Kraft auf die untere Antriebsachse, um zu bewirken, dass die Länge des einstellbaren Abschnitts verkürzt wird, wo die Last auf das untere Ende des Rohrabschnitts einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Das Rohrlaufwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Anwendung einer Kraft eine Lastausgleichsvorrichtung (94) beinhalten, die ein Paar Hydraulikzylindern einschliessen.
Das Rohrlaufwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die untere Rohreinrückeinheit (16) durch ein Hydrauliksystem und ein Pneumatiksystem in Gang gesetzt wird.
Das Rohrlaufwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die untere Rohreinrückeinheit (16) ein hauptsächlich zylindrisches Gehäuse (75) beinhaltet, das einen zentralen Durchgang (76) umgrenzt und eine Vielzahl von Gleitern (80), die innerhalb des Gehäuses und radial nach innen versetzbar angeordnet sind, um einen Verrohrungsabschnitt zu erfassen, der durch den Durchgang hindurchragt.
Das Rohrlaufwerkzeug nach Anspruch 1, das ferner einen Block beinhaltet, der mit dem Kopf-Antriebsaggregat (24) verbunden ist und geeignet ist, eine Vielzahl von Seilen zu erfassen, die mit dem Rohrständer verbunden sind, um wahlweise das Kopf-Antriebsaggregat (24) anzuheben oder abzusenken.
Ein Verfahren zum verschraubbaren Einrücken eines Rohrabschnitts (11) in eine Rohrkette (34) durch Einsatz eines Systems zur Montage einer Rohrkette, das ein Kopf-Antriebsaggregat (24) umfasst, eine untere Rohreinrückeinheit (16), die mit dem Kopf-Antriebsaggregat (24) verbunden ist, um sich zusammen zu drehen und zum Einrücken und erneutem Lösen eines Rohrabschnitts eingesetzt wird und eine Lastausgleichsvorrichtung (94), die zum Anheben der unteren Rohreinrückeinheit (16) bezogen auf das Kopf-Antriebsaggregat (24) eingesetzt wird und folgende Schritte beinhaltet: In Gang setzen der unteren Rohreinrückeinheit, um ein Rohrsegment, wieder lösbar, einzurücken; Absenken des Kopf-Antriebsaggregats (24), um den Rohrabschnitt (11) mit der Rohrkette (34) zusammen zu führen; gekennzeichnet durch Überwachung der Last auf dem unteren Ende des Rohrabschnitts (11); In Gang setzen der Lastausgleichsvorrichtung (94), um den Rohrabschnitt um einen gewählten Abstand, bezogen auf die Rohrkette, anzuheben, wenn die Last auf das untere Ende des Rohrabschnitts einen vorher bestimmten Schwellwert überschreitet und In Gang setzen des Kopf-Antriebsaggregats (24), um den Rohrabschnitt (11) zu drehen und um den Rohrabschnitt und die Rohrkette (34) verschraubbar einzurücken.