DE68903297T2 - Drehmomentenstuetze fuer kopfantrieb. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Bohranlagen im allgemeinen und insbesondere einen Mechanismus zum Absorbieren eines Reaktionsmoments von einer Antriebseinheit einer Bohrausrüstung mit Kopfantrieb.
• Vor einigen Jahren wurden Bohrausrüstungen mit Kopfantrieb eingeführt. Bei dieser Art von Bohrausrüstung wird die Antriebskraft zum Drehen des Bohrstrangs von einer Antriebseinheit im Bohrturm geliefert. Die Antriebseinheit wird von Flaschen eines Flaschenzugs gehalten und umfaßt einen Elektromotor. Wenn die Antriebseinheit die Arbeitsbühne erreicht, können drei miteinander verbundene Stoßstellen der Bohrstange mit dem oberen Ende des Bohrstrangs und der Antriebseinheit verbunden werden. Dies beschleunigt den Bohrprozeß gegenüber dem vorhergehenden Typ, der eine Drehung über einen Drehtisch auf der Arbeitsplattform einleitete.
• Wenn die Antriebseinheit den Bohrstrang dreht, wird ein Reaktionsmoment auf den Kasten oder das Gehäuse der Antriebseinheit ausgeübt. Das Reaktionsmoment tendiert dazu, das Gehäuse in eine Gegenrichtung zum Bohrstrang zu drehen. Zur Aufnahme dieser Reaktionskraft und zum Stabilisieren der Antriebseinheit ist ein Paar von vertikal verlaufenden Stützen oder Führungsschienen im Bohrgerüst montiert. Ein Paar starrer Stabilisierungsarme ist starr mit dem Kasten verbunden. Jeder Stabilisierungsarm steht im Eingriff mit einer der Führungsschienen und gleitet daran entlang.
• Ein Nachteil besteht darin, daß dann, wenn eine übliche Bohranlage mit einem Drehtisch umgewandelt wird in eine Bohranlage mit Bohrausrüstung mit Kopfantrieb, umfangreiche Veränderungen am Bohrgerüst erforderlich sind. Die Führungsschienen müssen installiert werden. Manchmal ist kein ausreichender Platz im oberen Bohrgerüstbereich vorhanden, um den Kopfantrieb, den Stützschlitten, die Führungsschiene und den Haltemechanismus unterzubringen. Außerdem sind die zusätzlichen, auf das Bohrgerüst ausgeübten Kräfte vom Reaktionsmoment unerwünscht.
• Ein anderer Typ einer Bohrausrüstung mit Kopfantrieb verwendet einen Antriebsschaft, der sich vertikal in das Gerüst erstreckt. Der Antriebsschaft wird auf der Arbeitsbühne angetrieben. Ein Schlitten oder Wagen wird durch die Flaschen gehalten. Der Wagen hat ein Kettenrad, welches den Antriebsschaft gleitend aufnimmt und mit dem Antriebsschaft umläuft. Der Wagen hat außerdem ein Kettenrad, welches einen Antriebsschaft zur Verbindung mit der Bohrstange dreht. Eine Kette erstreckt sich um die Kettenräder für eine Übertragung der Drehkraft vom Antriebsschaft auf den Bohrschaft.
• Diese Art von Kopfantriebseinheit hat keine Reaktionsmomente, die auf den Wagen oder Schlitten ausgeübt werden. Dementsprechend benötigt dieser Typ keine vertikalen Führungsschienen. Er benötigt jedoch eine Antriebsübertragung auf der Arbeitsbühne zum Antreiben des Antriebsschafts.
• Bei der vorliegenden Erfindung ist ein vertikaler Momentenschaft in dem Bohrgerüst montiert. Der Schaft wird ortsfest gegenüber dem Bohrgerüst gehalten. Die Bohrausrüstung mit Kopfantrieb hat eine Antriebseinheit im Bohrgerüst. Ein Paar von Buchsen oder Einsätzen ist in einem Momentenkasten montiert. Eine der Buchsen ist mit dem Gehäuse der Kopfantriebseinheit verbunden. Der Antriebsschaft erstreckt sich gleitend durch die Antriebsschaftbuchse und dreht sich gegenüber dieser Buchse. Die andere Buchse ist im Kasten gehalten und umfaßt die Antriebswelle gleitend. Eine auf die Antriebsschaftbuchse ausgeübte Drehkraft wird dem Antriebsschaft mitgeteilt.
• Ein Paar von Hebeln ist zwischen diesen beiden Buchsen montiert. Ein auf die Antriebsschaftbuchse von dem Kopfantriebsgehäuse ausgeübtes Reaktionsmoment schafft eine Zugkraft in einer der Stangen, welche wiederum eine Drehkraft auf die Momentenwellenbuchse ausübt. Die Drehkraft auf die Momentenwellenbuchse wird auf den Momentenschaft ausgeübt, welcher ortsfest gehalten ist.
• Die Gelenkhebel sind gelenkig oder flexibel mit den Buchsen verbunden, so daß sie keinen Hebelarm um die Achse der Antriebsschaftbuchse Schaffen. Die Gestängehebel übertragen wegen der Gelenkverbindung auch keine Druckkraft. Die Zugkraft in der Gelenkstange schafft eine Druckkraft im Gehäuse.
• Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 - eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, welche eine Bohranlage zeigt, die in Übereinstimmung mit dieser Erfindung aufgebaut ist; und
• Fig. 2 - einen vertikalen Teilschnitt des Momentengehäuses der Kopfantriebseinheit gemäß Fig. 1, entlang Linie II-II.
• Gemäß Fig. 1 ist ein Bohrturm 11 schematisch gestrichelt dargestellt. Der Bohrturm 11 trägt einen Satz von Flaschen 13 eines Flaschenzugs, welcher sich am Bohrturm aufwärts und abwärts bewegt. Die Flaschen 13 tragen einen Drehwirbel 15, welcher mit einer Schlammleitung 17 verbunden ist. Die Schlammleitung 17 wird mit einer Quelle der Bohrflüssigkeit verbunden.
• Auch eine Antriebseinheit 19 wird von den Flaschen 13 gehalten, und zwar unterhalb des Drehwirbels 15 in der gezeigten Ausführungsform. Die Antriebseinheit 19 ist üblich. Sie enthält einen Elektromotor in einem Gehäuse 20, welcher mit Elektrizität aus dem Bohrturm versorgt wird. Das Gehäuse 20 enthält auch einen Antriebsmotor, der mit dem Elektromotor verbunden ist zum Drehen des Antriebsschafts 21. Der Antriebsschaft 21 ist für eine Verbindung mit dem oberen Ende des Bohrgestängezugs 23 verbunden und dreht sich gegenüber dem Gehäuse.
• Die Bohrstange 23 erstreckt sich durch eine Öffnung 25 im Drehtisch 27. Der Drehtisch 27 ist drehbar auf der Gerüstplattform 29 montiert. Der Drehtisch 27 übt während des Betriebs der Kopfantriebseinheit 19 kein Moment auf die Bohrstange 23 aus.
• Eine Momentenwelle 31 ist vertikal im Bohrturm 11 montiert. Die Momentenwelle 31 wird vorzugsweise an ihrem oberen Ende mit einer Stütze 33 im Bohrgerüst 11 verbunden sein. Eine Mutter 35 oder andere Mittel üben Zug auf die Momentenwelle 31 aus, um ihre Steifigkeit zu erhöhen. Das untere Ende der Momentenwelle 31 ist von einer Kupplung 37 gehalten. Wenn die Kopfantriebseinheit 19 arbeitet, verhindert die Kupplung 37 jegliche Drehung der Momentenwelle 31 gegenüber der Gerüstplattform 29.
• Ein Drehmomentgehäuse 39 ist im Bohrgerüst 11 unterhalb des Gehäuses 20 gehaltert. Das Drehmomentgehäuse 39 weist eine darin enthaltene Antriebsschaftbuchse 41 auf. Die Antriebsschaftbuchse 41 hat ein Loch 42 zur Aufnahme des Antriebsschafts 21. Der Antriebsschaft 21 rotiert gegenüber der Antriebsschaftbuchse 41. Die Antriebsschaftbuchse 41 ist in Lagern 43 montiert. Die Lager 43 dienen als Mittel zu verhindern, daß jegliches auf die Antriebslagerbuchse ausgeübte Drehmoment das Gehäuse 39 drehen kann. Die Antriebsschaftbuchse 41 hat einen vorstehenden Ansatz 45, der sich vom Gehäuse 39 aufwärts erstreckt. Der Ansatz 45 ist starr an das Gehäuse 20 der Antriebseinheit 19 angebaut. Durch die Antriebsschaftbuchse 41 wird ein Reaktionsmoment auf das Gehäuse 20 ausgeübt.
• Im Gehäuse 39 ist ebenfalls eine Momentenwellenbuchse 47 angeordnet, und zwar seitlich versetzt gegenüber der Antriebswellenbuchse 41. Die Momentenwellenbuchse 47 wird ferner in Lagern 49 im Gehäuse 39 gehaltert. Die Lager 49 dienen als Mittel, zu verhindern, daß jegliches auf die Momentenwellenbuchse ausgeübte Rotationsmoment das Gehäuse 39 drehen kann. Die Momentenwellenbuchse 47 hat ein Loch 51 zur Aufnahme der Momentenwelle 31. Die Achse des Lochs 51 verläuft parallel mit der Achse des Lochs 42 in der Antriebsschaftbuchse.
• Die Momentenwelle 31 weist eine Vielzahl von vertikalen Nuten oder Rillen 54 auf. Die Rillen 54 können einteilig in den Schaft 31 eingeformt sein oder durch an den Schaft angeschraubte Teile gebildet werden. Drei Rollen 52 sind drehbar an der Drehmomentenwelle 57 montiert. Jede Rolle hat eine Kante oder einen Rand, der sich gegen die Schulter einer jeden Nut 54 legt. Das in einer Richtung wirkende Moment wird durch die Kanten der Rollen 52 auf die Schultern der Nut des Momentenschafts 31 übertragen. Das Moment in die Gegenrichtung wird durch die Seitenfläche einer jeden Rolle 52 auf die Nut 54 übertragen.
• Andere (nicht dargestellte) Rollen zentralisieren den Momentenschaft 31 im Loch 51. Die Rollen 52 und Nuten 54 dienen als Mittel dazu, daß auf die Momentenwellenbuchse 47 ausgeübtes Drehmoment auf die Momentenwelle 31 übertragen wird. Die Rollen 52 dienen ferner als Mittel dazu, daß das Gehäuse 39 gegenüber der Momentenwelle 31 aufwärts und abwärts bewegt werden kann.
• Gemäß Fig. 2 hat die Antriebsschaftbuchse 41 ein Paar von Armen 53. Die Arme 53 stehen seitlich vor um 1800 versetzt zueinander. Eine Gelenkstange 55 ist gelenkig mit einem der Arme 53 verbunden und eine Gelenkstange 57 ist gelenkig mit dem anderen der Arme 53 verbunden. Jede Gelenkstange 55, 57 hat ein Langloch 59 an beiden Enden. Das Langloch 59 auf einem Ende paßt über einen Zapfen 61, der von jedem Arm 53 vorsteht. Das Langloch 59 und der Zapfen 61 bilden eine flexible Verbindung zwischen der Antriebsschaftbuchse 41 und den Gelenkstangen 55, 57.
• Jede Gelenkstange 55, 57 besteht aus zwei Teilen, die durch eine Einstellkupplung 63 miteinander verbunden sind. Diese Einstellkupplung 63 erlaubt die Veränderung der Länge der Gelenkstangen 55, 57.
• Die Momentenwelle 47 hat ebenfalls ein Paar von Armen 65, welche ähnlich den Armen 53 sind. Die Arme 65 stehen seitlich vor und sind um 1800 zueinander versetzt. Jeder Arm 65 hat einen Zapfen 66. Der Zapfen 66 umfaßt das Langloch 59 am gegenüberliegenden Ende einer jeden Gelenkstange 55, 57. Die Kupplungen 63 sind so eingestellt, daß die Zapfen 61, 66 an entgegengesetzten Enden der Langlöcher 59 anliegen. Dies stellt sicher, daß eine der Gelenkstangen 55, 57 unter Zugkraft steht, wenn Drehkraft auf die Antriebsschaftbuchse 41 ausgeübt wird,unabhängig von der Richtung der Drehkraft. Keine der beiden Gelenkstangen 55, 57 steht zu irgendeiner Zeit unter Druckkraft, unabhängig von der Richtung der Drehkraft.
• Im Betrieb dreht die Antriebseinheit 19 den Antriebsschaft 21. Unter der Annahme, daß die Drehung bei Blickrichtung nach unten nach rechts geht, wird dies ein Reaktionsmoment im Gehäuse 20 in Gegenrichtung erzeugen, wie dies durch Pfeil 67 in Fig. 2 dargestellt ist. Die Drehkraft auf das Gehäuse 20 wird auf die Antriebsschaftbuchse 41 ausgeübt. Die Antriebsschaftbuchse 41 tendiert zum Drehen und übt eine Zugkraft auf die Gelenkstange 55 aus. Die Gelenkstange 55 überträgt diese Zugkraft über den Zapfen 66 des Arms 65 auf die Momentenwellenbuchse 47. Die Momentenwellenbuchse 47 überträgt die Drehkraft auf die Momentenwelle 31, und zwar durch die Kanten der Rollen 52, welche an den Schultern der Nuten 54 anliegen. Die Momentenwelle 31 überträgt die Drehkraft auf die Gerüstplattform 29 (Fig. 1). Die Kupplung 37 hält die Momentenwelle 31 vom Drehen ab und verhütet so ein Drehen des Gehäuses 20.
• Die Zugkraft im Gelenkhebel 55 schafft eine Druckkraft im Momentengehäuse 39. Die Gelenkstange 57 ist dann nicht belastet. Sie wird wegen der Langlöcher 59 an den Enden der Gelenkstange 57 nicht unter Druck stehen. Sie wird überhaupt nicht belastet sein, weil dann, wenn der Abstand zwischen den Zapfen 61, 66, welche die Gelenkstange 55 verbinden, sich um einen geringen Betrag aufgrund der ausgeübten Zugkraft vergrößert hat, eine korrespondierende geringfügige Verringerung im Abstand zwischen den Zapfen 61, 65, welche die Gelenkstange 57 verbinden, eintreten wird. Durch das Reaktionsmoment der Antriebseinheit 19 werden keine Seitenkräfte auf die Momentenwelle 31 ausgeübt. Während die Kopfantriebseinheit 19 sich während des Bohrens nach unten bewegt, wird sich das Gehäuse 39 mit bewegen, wobei sich die Momentenwellenbuchse 47 abwärts auf den Momentenschaft 31 bewegt.
• Wenn der Antriebsschaft 21 in Gegenrichtung gedreht wird, beispielsweise während eines Bruchs, tritt das Gegenteil ein. Die Zugspannung wird dann in der Gelenkstange 57 statt in der Gelenkstange 55 auftreten, während die Antriebsschaftbuchse 41 dazu tendiert, in die Gegenrichtung zu Pfeil 67 zu drehen. Die Rollen 52 werden die Drehkräfte durch ihre Seitenflächen auf die Nuten 54 der Momentenwelle 31 übertragen. Die Momentenwelle 31 wird durch die Kupplung 37 ortsfest gehalten (Fig. 1).
• Wenn es für andere Arbeiten gewünscht wird, die Antriebseinheit 19 aus der axialen Flucht mit dem Drehtisch 27 (Fig. 1) zu bewegen, beispielsweise zur Lagerüberholung, dann kann dies leicht durchgeführt werden. Die Kupplung 37 hat Mittel, die ein Lösen von der Gerüstplattform 29 zulassen. Die Bedienungsleute auf der Gerüstplattform 29 drehen die Momentenwelle 31 mit einem Schlüssel. Die Momentenwellenbuchse 47 dreht die Momentenwelle 31 und veranlaßt das Gehäuse 39, um die Achse der Momentenwelle 31 zu drehen. Hierdurch werden das gesamte Gehäuse 39 und die Antriebseinheit 19 aus dem Weg verschwenkt.
• Die Erfindung hat wesentliche Vorteile. Die Drehmomentstütze kann leicht in konventionelle Bohrtürme eingebaut werden, welche auf Kopfantrieb umgebaut werden. Der Umbau erfordert weniger Veränderungen am Bohrgerüst als der Kopfantrieb mit Führungsschienen. In den meisten Bohrtürmen ist ausreichend Platz verfügbar für das Momentengehäuse und den Momentenschaft. Es werden keine Seitenkräfte in das Gerüst eingeleitet. Statt dessen schafft das Reaktionsmoment auf das Gehäuse ein Drehmoment in einer einzigen ortsfesten Momentenwelle.

Claims (5)

1. Bohrausrüstung mit Kopfantrieb, bei der eine Antriebseinheit (19) in einem Bohrturm (11) gehalten wird, wobei die Antriebseinheit ein Gehäuse (20) und einen Antriebsschaft (21) aufweist, mit dem ein Bohrgestängezug (23) verbindbar ist, wobei der Antriebsschaft (21) so ausgebildet, ist daß er von der Antriebseinheit (19) gegenüber dem Gehäuse (20) für ein Drehen des Bohrgestängezugs verdreht werden kann, wobei die Ausrüstung eine vertikal und benachbart zu dem Antriebsschaft (21) montierte Momentenwelle (31) aufweist, Mittel zum Verhindern einer Drehung des Antriebsschafts gegenüber dem Bohrgerüst, eine Momentenwellenbuchse (47), welche die Momentenwelle aufnimmt, Mittel, welche mit der Momentenwellenbuchse (47) und der Momentenwelle (31) in der Weise zusammenarbeiten, daß sie eine vertikale Bewegung der Momentenwellenbuchse gegenüber der Momentenwelle zulassen, jedoch eine Verdrehung der Momentenwellenbuchse gegenüber der Momentenwelle verhindern; und mit einem Gestängepaar (55; 57), das vom Gehäuse (20) auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses aufgenommen wird und sich zu entgegengesetzten Seiten der Momentenwellenbuchse (47) erstreckt für das Übertragen eines auf das Gehäuse (20) wirkenden Reaktionsmoments auf die Momentenwellenbuchse, welche wiederum das Reaktionsmoment auf die Momentenwelle (31) überträgt, um das Gehäuse an einer Drehung zu hindern, während der Antriebsschaft rotiert.

2. Bohrausrüstung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Verhindern des Verdrehens der Momentenwelle gegenüber dem Bohrgerüst ein starres Gehäuse (39) aufweisen, das von dem Gehäuse (20) für eine damit gemeinsam erfolgende vertikale Bewegung gehalten wird, und welches sich seitlich nach außen vom Gehäuse erstreckt, mit einer Momentenwellenbuchse (47), welche mit dem Gehäuse (39) fest ist, wobei die Momentenwellenbuchse ein Loch (51) zur Aufnahme der Momentenwelle aufweist.

3. Bohrausrüstung nach Anspruch 2, bei der eine Antriebsrohrbuchse (41) zur festen Montage mit dem Gehäuse (20) ausgebildet ist und ein Loch aufweist, durch welches der Antriebsschaft hindurchgehen kann, wobei der Antriebsschaft gegenüber der Antriebsrohrbuchse drehbar ist und das Gehäuse mit der Antriebsrohrbuchse fest verbunden ist, und mit Gestängemitteln, welche sich von einander gegenüberliegenden Seiten der Antriebsrohrbuchse zu gegenüberliegenden Seiten der Momentenwellenbuchse erstrecken für die Übertragung des auf das Gehäuse wirkenden Reaktionsmoments auf die Momentenwellenbuchse, welche wiederum das Reaktionsmoment auf die Momentenwelle überträgt, um das Gehäuse von einer Drehung in Gegenrichtung zum Antriebsschaft abzuhalten, während die Antriebseinheit den Antriebsschaft dreht.

4. Vorrichtung zur Verwendung bei einer Bohrausrüstung zum Drehen eines Bohrgestängezugs, wobei die Bohrausrüstung ein Bohrgerüst aufweist und die Vorrichtung in Kombination umfaßt:

eine Antriebseinheit (19), ausgebildet für eine Halterung durch das Bohrgerüst (11) und für eine vertikale Bewegung gegenüber dem Bohrgerüst, wobei die Antriebseinheit ein Gehäuse (20) und einen Antriebsschaft (21) aufweist, mit dem ein Bohrgestängezug (23) verbindbar ist, wobei der Antriebsschaft drehbar durch die Antriebseinheit gegenüber dem Gehäuse für ein Drehen des Bohrgestängezugs ist;

eine Momentenwelle (31), die für einen vertikalen Anbau am Bohrgerüst benachbart zum Antriebsschaft ausgebildet ist, wobei die Momentenwelle so mit dem Bohrgerüst verbindbar ist, daß sie nach Wahl nicht drehbar gegenüber dem Bohrgerüst ist;

eine Antriebsrohrbuchse (41), welche starr mit dem Gehäuse (20) verbunden ist und ein Loch (42) aufweist, durch welche der Antriebsschaft hindurchgeht, wobei der Antriebsschaft gegenüber der Antriebsrohrbuchse drehbar ist;

ein Gehäuse (39);

Mittel (43) zur Verbindung der Antriebsschaftbuchse (41) mit dem Gehäuse (39), welche jegliches auf die Antriebsrohrbuchse wirkendes Drehmoment von einem Verdrehen des Gehäuses abhalten;

eine Momentenwellenbuchse (47), mit einem Loch (51) zur Aufnahme der Momentenwelle, wobei die Momentenwelle nicht drehbar jedoch vertikal gegenüber der Momentenwelle (31) beweglich ist;

Mittel (49) zur Montage der Momentenwellenbuchse an dem Gehäuse, die verhindern, daß jegliches auf die Momentenwellenbuchse wirkendes Drehmoment zu einem Rotieren des Gehäuses führt; und

ein Gestängehebelpaar (55; 57) von denen sich jeder von einander gegenüberliegenden Seiten der Antriebsrohrbuchse (41) zu gegenüberliegenden Seiten der Momentenwellenbuchse (47) erstreckt, wobei einer der Hebel zugbelastbar ist durch Ausübung einer Drehkraft in eine erste Richtung auf die Antriebsrohrbuchse für eine Übertragung der auf die Antriebsrohrbuchse wirkenden Drehkraft auf die Momentenwellenbuchse, welche wiederum die Drehkraft der Momentenwelle mitteilt, welche stationär gehalten ist, um das Gehäuse an einer Drehung in Gegenrichtung zum Antriebsschaft (21) zu halten, während die Antriebseinheit (19) den Antriebsschaft dreht, wobei der andere Hebel zugbelastbar durch Ausübung einer Drehkraft in eine Gegenrichtung auf die Antriebsrohrbuchse (41) ist, wobei das Gestänge derart mit den Buchsen verbunden ist, daß es nicht in der Lage ist, eine Druckkraft als Folge der Drehkräfte auf die Antriebsschaftbuchse (41) in die erste und zweite Richtung zu übertragen.

5. Verfahren zum Absorbieren eines Reaktionsmoments auf das Gehäuse (20) einer Antriebseinheit (19) einer Bohrausrüstung mit Kopfteil, wobei die Antriebseinheit ein Gehäuse und einen Antriebsschaft (21) aufweist, mit dem ein Bohrgestängezug (23) verbindbar ist, umfassend in Kombination:

vertikales Montieren einer Momentenwelle am Bohrgerüst benachbart zum Antriebsschaft (21);

Verhindern einer Drehung der Momentenwelle (31) gegenüber dem Bohrgerüst;

nicht drehbares Montieren einer Momentenwellenbuchse (47) an dem Momentenschaft, so daß sie vertikal gegenüber dem Momentenschaft beweglich ist;

Anbringen der Momentenwellenbuchse (47) am Gehäuse (20) für eine vertikale Bewegung mit dem Gehäuse;

Verbinden eines Gestängehebelpaars (55, 57) zwischen einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses mit einander gegenüberliegenden Seiten der Momentenwellenbuchse (47); und

Drehen des Antriebsschafts (21) mit der Antriebseinheit (19) und Übertragen des auf das Gehäuse (20) einwirkenden Reaktionsmoments auf die Momentenwelle (47) durch das Gestänge (55, 57), welches wiederum das Reaktionsmoment auf die Momentenwelle (31) überträgt, um das Gehäuse von einer Drehung abzuhalten, während der Antriebsschaft rotiert.