DE69202213T2 - Vorrichtung zur messung der verschiebung eines kraftdrehkopfes eines bohrmastes. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der vom Einspritzkopf eines Bohrturms zurückgelegten Entfernung, und insbesondere auf eine solche Vorrichtung zum steuern der Position des Werkzeugs in der Bohrung wie auch des unteren Endes dieser Bohrung.
• Es gibt zwei Arten von auf einem Bohrturm einsetzbaren Vorrichtungen, die ein Bohrgestänge in Rotation versetzen. Die erste, und klassischste, ist der Drehtisch, der auf der Platform des Bohrturms angebracht ist und eine quadratische oder hexagonale Öffnung aufweist, in die eine Antriebsstange entsprechenden Querschnitts eingesetzt werden kann. Der Drehtisch wird in Drehung versetzt und damit auch das Bohrgestänge.
• Die andere Art Vorrichtung ist der motorisierte Einspritzkopf, bei dem ein neben dem beweglichen Flaschenzugblock angebrachter elektrischer oder hydraulischer Motor direkt am oberen Ende des Bohrgestänges angebracht ist. Der Motor ist auf einem Wagen angeordnet, der entlang senkrecht im Bohrturm angeordneter Schienen rollt, so daß sich der Wagen bewegen kann, während er gleichzeitig das bei der Bohrung erzeugte Drehmoment aufnimmt.
• Wie auch die Antriebsvorrichtung aussieht, muß der Bohrmeister immer die exakte Position der Bohrgestängeelemente wissen und insbesondere diejenige des Werkzeugs in der Bohrung, damit er die Bohrung besser steuern kann. Die herkömmliche Weise zum Feststellen der Position des Werkzeugs bestand lediglich darin, die Anzahl der Bohrstangen sowie der anderen verwendeten Elemente des Gestänges - Schwerstangen und Stabilisatoren - festzuhalten und daraus auf die Gesamtlänge zu schließen. Wenn man die große Anzahl der verwendeten Bohrstangen bedenkt, die bei einer tiefen Bohrung bis in die Hunderte gehen kann, ist die Möglichkeit eines Fehlers nicht zu vernachlässigen. Die Auswirkungen eines solchen Fehlers können nämlich sehr beträchtlich sein, wenn ein bestimmter Vorgang in der falschen Tiefe der Bohrung durchgeführt wird.
• Bei einem motorisierten Einspritzkopf entspricht die entlang der Schienen zurückgelegte Entfernung direkt der Länge der in der Bohrung eingesetzten Stangen. Eine genaue Messung der gesamten bei einem Vorgang oder während der Bohrung zurückgelegten Entfernung erlaubt es, die genaue Position des Werkzeugs in der Bohrung festzustellen, wobei die thermischen Effekte und die durch das Eigengewicht des Gestänges verursachten Kompressions- und Streckungseffekte bei der Position gegebenenfalls korrigiert werden können.
• In der US-A-3,005,264 ist eine Vorrichtung zum Messen der von einem Bohrgestänge einer mit einem Drehtisch versehenen Bohreinrichtung zurückgelegten Entfernung beschrieben. Die Vorrichtung weist einen durch einen Zahnstangenantrieb angetriebenen Zähler auf. Diese Vorrichtung ermöglicht nicht das Messen der vom oberen Ende des Bohrgestänges zurückgelegten Entfernung mit genügender Genauigkeit.
• Die vorliegende Erfindung hat demnach die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Messen der von einem Einspritzkopf eines Bohrturms zurückgelegten Entfernung vorzusehen, die einfach konstruiert und herstellbar ist und durch die ein genaues Feststellen der Position des Werkzeugs und des unteren Endes der Bohrung ermöglicht wird.
• Hierzu ist eine Vorrichtung zum Messen der Fortbewegung eines Endes eines Bohrgestänges vorgesehen, wobei das Ende bei der Bohrung von einer Einhängeeinrichtung gehalten wird, die entlang mindestens einer Schiene beweglich ist, wobei die Meßvorrichtung eine auf der Einhängeeinrichtung angebrachte Sensoreinrichtung umfaßt, die eine Rolle aufweist, die bei der Fortbewegung der Einhängeeinrichtung auf der Schiene rollt, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einhängeeinrichtung von der Schiene geführt wird, wobei die Rolle so gestaltet ist, daß sie auf der Schiene zwischen zwei unbeweglichen Markierungen rollt, die jede an einem Ende der Schiene angeordnet sind, und wobei jede unbewegliche Markierung einen an eine elektronische Zähleinrichtung angeschlossenen elektrischen Kontaktgeber aufweist, der aktiviert wird, wenn eine Rolle an den unbeweglichen Markierungen vorbeirollt.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden als Beispiel angeführten Beschreibung und anhand der Zeichnungen deutlich. Es zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines motorisierten Einspritzkopfes und
• Fig. 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
• In Fig. 1 ist ein motorisierter Einspritzkopf 10 dargestellt, der fest auf einem Wagen 12 angebracht ist, der mit Rollen 14 versehen ist, die es ihm ermöglichen, auf zwei Schienen 16 zu rollen, die senkrecht und fest am (nicht dargestellten) Bohrturm angebracht sind. Der Einspritzkopf 10 weist einen Motor 18 auf, der elektrisch oder hydraulisch sein kann und der einen hohlen Hauptanker 20 aufweist, der über ein Rollenlager mit einem Einspritzkopf 22 verbunden ist, der seinerseits fest auf dem Wagen 12 angebracht ist. Es ist üblich, den Einspritzkopf an einem Haken 24 eines beweglichen Blocks 26 auf zuhängen, der zum Flaschenzug des (nicht dargestellten) Bohrturms gehört.
• Der Einspritzkopf 22 wird auf bekannte Weise über einen an eine unter Druck stehende (nicht dargestellte) Schlammquelle angeschlossenen flexiblen Schlauch 28 mit Schlamm versorgt. Unter dem Motor 18 und mit diesem über Drehmoment- Kopplungselemente 30 verbunden befindet sich die automatische Schaltvorrichtung 32 und 34 des Aufzugs 36.
• Erfindungsgemäß ist eine auf dem Wagen 12 angebrachte Sensoreinrichtung 38 zum Messen der vom Wagen auf den Schienen 16 zurückgelegten Entfernung geeignet. Die Sensoreinrichtung 38 weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 40 auf, an dem eine frei drehbare Rolle 42 angebracht ist. Die Sensoreinrichtung 38 ist über einen Hebelarm 44 mit dem Wagen 12 verbunden, wobei der Hebelarm 44 über ein Schwenkgelenk 46 mit dem Wagen 12 verbunden ist. Um die Rolle 42 in Kontakt mit der Schiene 16 zu halten, ist der Hebel 44 mit einer (nicht dargestellten) Spannfeder versehen, die dafür sorgt, daß die Sensoreinrichtung 38 immer auf die Schiene 16 aufgesetzt ist.
• Die Sensoreinrichtung 38 ist detaillierter in Fig. 2 dargestellt. Die Rolle 42 weist eine Metallfelge 46a auf, auf der ein Reifen 48 sitzt, der zum Beispiel aus Kunstkautschuk besteht. Die Sensoreinrichtung 38 hat ein Gehäuse 40, in dem ein Anker 52 über zwei Rollenlager 54 und 56 in Drehung versetzt wird. Die Rolle 42 ist mit einem Ende des Ankers 52 fest verbunden, dessen anderes Ende mit einer Lochscheibe 58 eines optischen Gebers verbunden ist, dessen elektronische Schaltung schematisch mit 60 dargestellt ist. Eine Lichtquelle und eine Photozelle 61 sind auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Lochscheibe 58 angebracht. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die Lochscheibe 1000 Sektoren pro Umdrehung. Die durch die optische Kodiereinrichtung 60 erzeugten Signale werden über ein Kabel 62 an eine (nicht dargestellte) vom Bohrturm entfernte zentrale Verarbeitungseinheit geschickt. Die Sensoreinrichtung 38 entspricht den Brandschutzvorschriften.
• Die optische Kodierungseinrichtung 60 liefert zwei um 90 Grad phasenverschobene Signale, die ein Berechnen der Länge und Richtung der von der Sensoreinrichtung auf der Schiene 16 zurückgelegten Entfernung ermöglichen. Die von der optischen Kodierungseinrichtung 60 kommenden Signale werden zum Beispiel an eine einem 16-Bit-Digital/Analog-Wandler zugeordneten Zählereinrichtung weitergeleitet, die die vom Wagen zurückgelegte Entfernung mit einer Auflösung von weniger als einem Millimeter anzeigt.
• Zwei feste, schematisch als 64 und 66 dargestellte Markierungen sind an den Enden der Schiene 16 angebracht. Ein in den Zeichnungen nicht angegebenes mechanisches Organ betätigt beim Passieren dieser Markierungen einen elektrischen Kontaktgeber. Die elektronische Zähleinrichtung schaltet sich nur bei einem Vorbeirollen von oben nach unten ein, um Meßfehler aufgrund mechanischer Hysteresen zu vermeiden. Die untere Markierung 66 ist zum Überprüfen und gegebenenfalls Korrigieren der Signale bestimmt, die anzeigen, daß der Wagen 12 seine am weitesten unten befindliche Position erreicht hat. Die obere Markierung 64 ermöglicht ein Ausgleichen eines möglichen Verschleißes der Rolle 42, indem die zwischen den beiden Markierungen 64 und 66 gemessene Entfernung mit der tatsächlichen Entfernung verglichen wird und daraufhin der Verstärkungsfaktor des Sensors nachgestellt wird.
• Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann auch bei einem mit einem Drehtisch ausgerüsteten Bohrturm eingesetzt werden. Dazu muß der Turm mit mindestens einer Führungsschiene für den beweglichen Flaschenzugblock ausgerüstet sein, auf der die Rolle 42 der Sensoreinrichtung abrollen kann.
• Wie auch die verwendete Dreh-Antriebseinrichtung beschaffen sein mag, erlaubt es die Meßeinrichtung mit großer Genauigkeit die vom Wagen 12 zurückgelegte Entfernung wie auch seine Richtung zu messen und daraus die exakte Position des Werkzeugs in der Bohrung abzuleiten. Durch ihre große Präzision kann die Vorrichtung ohne weiteres in ein System zur automatischen Steuerung der Gestängeabsenkung und des Bohrstangenvorschubs integriert werden. Die Vorrichtung kann auch auf einer schwimmenden Bohrinsel bei Bohrungen im Meer eingesetzt werden. Dazu muß die zentrale Signalverarbeitungseinheit mit einem zweiten Sensor, der gegebenenfalls gleichen Typs sein kann, verbunden sein, der die senkrechte Versetzung gegenüber einer festen Markierung, zum Beispiel dem Verlängerungsstutzen, der üblicherweise mit "Riser" bezeichnet wird, aufnimmt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Messen der Fortbewegung eines Endes eines Bohrgestänges, wobei das Ende bei der Bohrung von einer Einhängeeinrichtung gehalten wird, die entlang mindestens einer Schiene beweglich ist, wobei die Meßvorrichtung eine auf der Einhängeeinrichtung angebrachte Sensoreinrichtung umfaßt, die eine Rolle aufweist, die bei der Fortbewegung der Einhängeinrichtung auf der Schiene rollt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhängeeinrichtung von der Schiene geführt wird, wobei die Rolle so gestaltet ist, daß sie auf der Schiene zwischen zwei unbeweglichen Markierungen rollt, die jede an einem Ende der Schiene angeordnet sind, und wobei jede unbewegliche Markierung einen an eine elektronische Zähleinrichtung angeschlossenen elektrischen Kontaktgeber aufweist, der aktiviert wird, wenn eine Rolle an den unbeweglichen Markierungen vorbeirollt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhängeeinrichtung außerdem einen durch einen Motor angetriebenen Einspritzkopf aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle der Sensoreinrichtung im Innern dieser Einrichtung mit einer optischen Kodiereinrichtung verbunden ist.