DE69908418T2 - Vorrichtung und verfahren zum erleichtern der verbindung von rohren unter benutzung eines oberantriebs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erleichtern der verbindung von rohren unter benutzung eines oberantriebs Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erleichtern der Verbindung von Rohrabschnitten unter Verwendung eines Aufsatzantriebs und wird insbesondere, aber nicht ausschließlich, zum Erleichtern der Verbindung einer Futterrohrlänge oder -tour mit einem Futterrohrstrang vorgesehen.
  • Beim Aufbau von Erdöl- oder Erdgasbohrungen ist es üblicherweise notwendig, das Bohrloch mit einem Strang von Rohrabschnitten, als Futterrohr bekannt, auszukleiden. Auf Grund der Länge des erforderlichen Futterrohrs werden Längen oder Touren von beispielsweise zwei oder drei Futterrohrlängen schrittweise dem Strang hinzugefügt, wenn er von einer Bohrplattform in das Bohrloch abgesenkt wird. Insbesondere, wenn es gewünscht wird, eine Futterrohrlänge oder -tow hinzuzufügen, wird der Strang üblicherweise durch Anwenden der Rohrklemmkeile einer in der Etage der Bohrplattform angeordneten Spinne daran gehindert, in das Bohrloch zu fallen. Die neue Futterrohrlänge oder -tow wird dann von einem Gestell zur Bohrlochmitte oberhalb der Spinne bewegt. Der Gewindezapfen der zu verbindenden Futterrohrlänge oder -tow wird danach über der Gewindebuchse des Futterrohrs im Bohrloch angeordnet, und die Verbindung wird durch eine Drehung zwischen denselben hergestellt. Danach wird ein Gestängeanheber mit dem Oberteil der neuen Länge oder Tour verbunden und der gesamte Futterrohrstrang geringfügig angehoben, um ein Lösen der Rohrklemmkeile der Spinne zu emöglichen. Danach wird der gesamte Futterrohrstrang abgesenkt, bis der Oberteil der Länge an die Spinne angrenzt, worauf die Rohrklemmkeile der Spinne wieder angelegt, der Gestängeanheber abgetrennt und der Vorgang wiederholt wird.
  • Es ist eine verbreitete Praxis, eine angetriebene Zange zu verwenden, um die Verbindung bis zu einem vorher festgelegten Drehmoment anzuziehen, um die Verbindung herzustellen. Die angetriebene Zange befindet sich auf der Plattform, entweder auf Schienen oder an einer Kette von einem Bohrturm hängend. Es ist jedoch in jüngster Zeit vorgeschlagen worden, einen Aufsatzantrieb zu verwenden, um eine solche Verbindung herzustellen.
  • Auf Grund der hohen mit dem Aufbau von Erdöl- und Erdgasbohrungen verbundenen Kosten ist die Zeit entscheidend, und es ist durch die Anmelder beobachtet worden, daß die Zeit zum Verbinden eines Rohrabschnitts mit einem Aufsatzantrieb unter Verwendung der vorhandenen Ausrüstung verringert werden könnte.
  • Es ist beobachtet worden, daß Längen oder Touren von Rohrabschnitten oft nicht so gleichmäßig sind wie gewünscht. Insbesondere sind die Längen oder Touren von Rohrabschnitten oft nicht gerade. Der Aufsatzantrieb ist vollkommen ausgerichtet mit der Mitte der Spinne in der Plattform einer Erdöl- oder Erdgasbohranlage. Eine in der Spinne angeordnete Länge oder Tour von Rohrabschnitten wäre jedoch nicht immer mit dem Aufsatzantrieb ausgerichtet.
  • In der ebenfalls noch nicht verbeschiedenen Patentanmeldung Nr. 9818363.5 des Vereinigten Königreichs werden eine Vorrichtung und eine Verfahren zum Erleichtern der Verbindung von Rohrabschnitten unter Verwendung eines Aufsatzantriebs beschrieben, wobei die Vorrichtung einen Stator, der am Aufsatzantrieb angebracht werden kann, und ein Tragelement zum Tragen eines Werkzeugs umfaßt, bei der Mittel bereitgestellt werden, um eine wesentlich horizontale Bewegung des Tragelements zu ermöglichen.
  • Eine weitere Vorrichtung für einen ähnlichen Zweck wird im Dokument WO 9811322 offengelegt.
  • Die darin offengelegte Vorrichtung ist sperrig, unhandlich und schwierig zu verwenden. Die vorliegende Erfindung versucht, diese Probleme zu verringern.
  • Dementsprechend wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Andere Merkmale der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 15 dargelegt.
  • Es wird außerdem ein Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohrabschnitten bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, ein Werkzeug zum Greifen eines Rohrabschnitts wesentlich in einer horizontalen Ebene im Verhältnis zu einem Tragelement zu bewegen, woraufhin eine zwischen denselben angeordnete flexible Membran verformt wird.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung ist, wobei die Vorrichtung bei Anwendung gezeigt wird,
  • 2 ein Aufriß der Vorrichtung von 1 ist, wobei die Vorrichtung bei Anwendung gezeigt wird,
  • 3 ein vergrößerter Querschnitt von Teilen von 1 ist.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Vorrichtung zum Erleichtern der Verbindung von Rohrabschnitten unter Verwendung eines Aufsatzantriebs gezeigt. Die Vorrichtung wird allgemein durch die Referenzzahl 1 identifiziert.
  • Die Vorrichtung 1 wird gezeigt verbunden mit einem Rotor 2 eines Aufsatzantriebs 3, über eine Verbindung 4 zu einem Rotor 5 der Vorrichtung 1. Der Aufsatzantrieb 3 befindet sich auf Schienen auf einem Bohrturm einer Bohranlage (nicht gezeigt). Ein starres Element 6 ist fest mit einem feststehenden Teil des Aufsatzantriebs 3 verbunden. Das starre Element umschließt den Rotor 5. Das starre Element 6 hat eine Klammer in demselben, die, wenn erforderlich, Klemmbacken (nicht gezeigt) derart auf den Rotor 5 anwendet, daß die Vorrichtung 1 bei einer Drehung des Rotors 2 des Aufsatzantriebs 3 mit dem Aufsatzantrieb 3 verbunden oder von demselben getrennt werden kann. Wenn die Klemmbacken gelöst werden, kann sich der Rotor 5 frei innerhalb des starren Elements 6 drehen.
  • Die Vorrichtung 1 wird gezeigt mit einer in dieselbe eingesetzten Futterrohrtour 7. Ein Gestängeanheber 8 wird beim Greifen der Futterrohrtour 7 unter Verwendung von Greifelementen 9 gezeigt. Der Gestängeanheber 8 wird an Gehängen 10 und 11 am Aufsatzantrieb 3 aufgehängt. Die Futterrohrtour 7 wird durch einen Rohrhandhabungsarm 12 geführt.
  • Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Gehäuse 13, das über ein Tragelement 14 und drei Kolben und Zylinder 15 am Rotor 5 hängt. Die drei Kolben und Zylinder 15 ermöglichen kleine vertikale Bewegungen der Vorrichtung 1 im Verhältnis zum Aufsatzantrieb 3. Die drei Kolben und Zylinder 15 können hydraulisch betätigt oder pneumatisch betätigt werden oder unter Verwendung einer Kombination von pneumatischen und hydraulischen Fluids.
  • Das Gehäuse 13 nimmt eine Buchse 16 auf, die in Radialrichtung und drehend in demselben bewegt werden kann. Die Buchse 16 hat eine Umfangsaussparung 17, in der ein aufblasbarer Ring 18 angeordnet wird. Der aufblasbare Ring 18 ist in reibschlüssigem Eingriff sowohl mit der Buchse 16 als auch mit einer Innenwand 19 des Gehäuses 13. Die Buchse 16 hat eine Mittelbohrung 20, in die das eine Ende eines Spülschlammrohrs 21 eingesetzt wird. Das Spülschlammrohr 21 wird bereitgestellt, um Spülschlamm zur Innenseite des Rohrabschnitts 7 zu fördern. Das Spülschlammrohr 21 wird in zylindrischen Abschnitten 22 und 23 angebracht, die an der Buchse 16 bzw. dem Tragelement 14 befestigt werden. Das Spülschlammrohr 21 wird mit einem auf der Außenfläche desselben geformten Nocken 24 versehen und wird in einer entsprechenden Aussparung 25 im zylindrischen Abschnitt 22 angeordnet. Ein Nocken 26 wird verschiebbar am oberen Ende des Spülschlammrohrs 21 angeordnet, wobei eine O-Ring-Dichtung 27 zwischen denselben angeordnet wird, um zu verhindern, daß Fluid dazwischen ausläuft. Der Nocken 26 wird in einer entsprechenden Aussparung 28 im zylindrischen Abschnitt 23 angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine Kugelgelenkbewegung zwischen dem Tragelement 14 und der Buchse 16 und eine relative Längsbewegung zwischen denselben. Es wird ermöglicht, daß sich das obere Ende des Spülschlammrohrs 21 frei in einer kugelförmigen Aussparung 29 im Tragelement 14 bewegt.
  • Ein allgemein durch die Referenzzahl 30 identifiziertes umlaufendes Werkzeug wird an der Buchse 16 befestigt und hängt an derselben. Das umlaufende Werkzeug 30 umfaßt einen zylindrischen Körper 31, der einen Mitteldurchgang 32 durch denselben hat. Der zylindrische Körper 31 hat eine Vielzahl von Aussparungen 33 um denselben, in denen Greifelemente 34 angeordnet werden. Die Greifelemente 34 werden mit Aussparungen 35 versehen.
  • Der zylindrische Körper 31 wird außerdem mit einem aufblasbaren Dichtungsring 36 versehen, angeordnet unterhalb der Greifelemente 34.
  • Der zylindrische Körper 31 wird mit einem Zuführungsdurchgang 37 versehen, dessen oberes Ende mit einer Hydraulikfluidversorgung und der am anderen Ende mit den Aussparungen 35 in den Greifelementen 34 verbunden wird. Ein Zuführungsdurchgang 38 verbindet den aufblasbaren Dichtungsring 36 mit der Innenseite des Rohrabschnitts 7.
  • Eine Klemmeinrichtung 39 hängt an einem starren Zylinder 40 am Gehäuse 13. Die Klemmeinrichtung 39 umfaßt zwei starre Platten 41 und 42, zwischen denen drei Hydraulikkolben 43 mit einem Zwischenraum von 120° zueinander angeordnet werden. Die drei Hydraulikkolben 43 werden mit Greifelementen 44 versehen, um mit dem Rohrabschnitt 7 ineinanderzugreifen.
  • Bei Anwendung wird die Vorrichtung 1 über den Rotor 5 der Vorrichtung 1 am Rotor 2 eines Aufsatzantriebs 3 angebracht. Wenn es gewünscht wird, eine Tour von Rohrabschnitten, wie beispielsweise Futterrohr, zu einem bereits in ein Bohrloch abgesenkten und an einer Spinne in der Bohranlagenetage (nicht gezeigt) aufgehängten Futterrohrstrang hinzuzufügen, werden die folgenden Schritte ausgeführt:
  • Eine Futterrohrtour wird von einem Lagerbereich zur Bohrlochmitte bewegt und wird durch den Rohrhandhabungsarm 12 ergriffen. Der Rohrhandhabungsarm 12 bewegt, falls notwendig, die Futterrohrtour zu einer Position, in der die Vorrichtung 1 auf den Oberteil der Futterrohrtour abgesenkt werden kann. Die Vorrichtung 1 wird mit dem Aufsatzantrieb 3 auf den Schienen auf dem Bohrturm der Bohranlage abgesenkt. Wenn die Vorrichtung 1 abgesenkt wird, führt sich das umlaufende Werkzeug 30 selbst in die Futterrohrtour ein, und die Klemmeinrichtung 39 geht über die Buchse 45 des Futterrohrs 7.
  • Die Greifelemente 34 werden durch den durch den Zuführungsdurchgang 37 und in der Aussparung 35 aufgebauten Hydraulikdruck in Radialrichtung nach außen bewegt. Die Greifelemente greifen mit der Innenwand des Futterrohrs 7 ineinander. Es sollte bemerkt werden, daß das Gewicht der Futterrohrtour 7 nun durch die Greifelemente 34 übernommen werden kann. Der Rohrhandhabungsarm 12 kann nun die Futterrohrtour in eine genaue Ausrichtung mit der Buchse des Futterrohrstrangs bewegen, die über die Spinne in der Bohranlagenetage vorsteht. Dieser Schritt ist notwendig, weil die Futterrohrtouren geringfügig gekrümmt sind. Wenn sich die Futterrohrtour 7 bewegt, bewegt sich das umlaufende Werkzeug 30 mit dem Futterrohr 7. Das Pneumatikfluid im aufblasbaren Ring 18 ermöglicht eine relative Bewegung zwischen dem feststehenden Aufsatzantrieb 3 und dem umlaufenden Werkzeug 30 und folglich dem Futterrohr 7. Sobald sie ausgerichtet ist, wird die Futterrohrtour durch ein Betätigen der Kolben und Zylinder 15 in die Buchse des Futterrohrstrangs abgesenkt („eingefahren"). Durch ein Drehen des Aufsatzantriebsrotors 2 beginnt nun ein Drehen der Futterrohrtour mit niedrigem Drehmoment. Es sollte bemerkt werden, daß der aufblasbare Ring 18 ein Anpassen an eine Nicht-Linearität im Futterrohr 7 unterstützt, da er ermöglicht, daß der Oberteil des Futterrohrs 7 Seitenspiel im Verhältnis zur Längsachse des Aufsatzantriebs 3 hat, während es gedreht wird, um den Zapfen des Futterrohrs 7 in der Buchse des in der Spinne in der Bohranlagenetage gehaltenen Futterrohrstrangs in Eingriff zu bringen. Das niedrige Drehmoment wird vom Rotor 2 des Aufsatzantriebs durch die Kolben und Zylinder 15, durch das Gehäuse 13 und über den aufblasbaren Ring 18 auf das umlaufende Werkzeug 30 und folglich über die Greifelemente 34 auf die Futterrohrtour 7 übertragen. Der Gewindezapfen der Futterrohrtour 7 wird nun teilweise mit der Gewindebuchse des Futterrohrstrangs verbunden. Nun kann der Rohrhandhabungsarm 12 vom Futterrohr 7 entfernt und in eine nicht-betriebsfähige Position geschwenkt werden. Jetzt werden die drei Kolben und Zylinder 43 der Klemmeinrichtung gleichmäßig betätigt, was den Oberteil der Futterrohrtour 7 und das umlaufende Werkzeug 30 in eine genaue Ausrichtung mit dem Aufsatzantrieb bewegt. Nun kann der Aufsatzantrieb verwendet werden, um die Verbindung dadurch zu komplettieren, daß er die Futterrohrtour typischerweise bis zu einem Drehmoment von 95 000 Nm (70 000 Fuß-Pfund) dreht, Das hohe Drehmoment wird vom Aufsatzantrieb 3 durch die Kolben und Zylinder 15, durch das Gehäuse 13, den starren Zylinder 40 und die Klemmeinrichtung 39 und folglich auf die Futterrohrtour 7 übertragen.
  • Die Spinne kann verwendet werden, um dien Futtenohrstrang 7 gegen eine Drehung zu halten, während dieser Vorgang ausgeführt wird.
  • Nun kann der Gestängeanheber 8 um den Oberteil des Futterrohrs 7 geschwenkt werden. Jetzt kann der Umlauf stattfinden. Ein im Futterrohr 7 aufgebauter Druck würde den aufblasbaren Dichtungsring 36 auf Grund eines Druckaufbaus durch den Zuführungsdurchgang 38 nach außen und in einen Eingriff mit der Futterrohrwand drücken. Durch das Spülschlammrohr 19, die Mittelbohrung 20 und den Mitteldurchgang 32 kann ein umlaufendes Fluid in den Futterrohrstrang gepumpt werden.
  • Die Spinne kann gelöst werden, was ermöglicht, daß der Gestängeanheber 8 das Gewicht des Futterrohrstrangs übernimmt. Der Gestängeanheber 8 kann den Futterrohrstrang in das Bohrloch absenken. Während des Absenkens kann sich der Aufsatzantrieb 3 weiter die Vorrichtung 1 drehen und folglich, falls erforderlich, den Futterrohrstrang bei einem Drehmoment von bis zu 95 000 Nm (70 000 Fuß-Pfund) drehen.
  • Die Vorrichtung 1 kann dadurch entfernt werden, daß die Kolben und Zylinder 43 der Klemmeinrichtung 39 und die Greifelemente 34 des umlaufenden Werkzeugs 30 deaktiviert, der aufblasbare Dichtungsring 36 abgelassen und die Vorrichtung 1 durch Anheben des Aufsatzantriebs 3 angehoben werden.
  • Eine umgekehrte Reihenfolge kann angewendet werden, um Touren oder einzelne Längen Futterrohr von einem Futterrohrstrang zu trennen.
  • Es ist vorgesehen, daß verschiedene Modifikationen oder Veränderungen am oben beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgenommen werden können. Insbesondere kann der aufblasbare Ring 18 ein Pneumatikfluid enthalten und abgedichtet werden. Als Alternative dazu kann der aufblasbare Ring 18 mit einer pneumatischen Zuführungsleitung versehen werden, um den Druck des Pneumatikfluids in demselben zu steuern, um zum Beispiel beim Ausrichten des Futterrohrs den Druck zu senken. Der aufblasbare Ring 18 kann ein Hydraulikfluid enthalten und mit einer Ablaßklappe oder einer Zuführungsleitung versehen werden, um die Menge des Hydraulikfluids in demselben zu steuern. Eine Kombination von sowohl Hydraulik- als auch Pneumatikfluids kann verwendet werden, vorzugsweise unter Verwendung von Hydraulikfluid im aufblasbaren Ring und pneumatischen Bälgen.
  • Der aufblasbare Ring kann ein Fahrzeugreifen sein.
  • Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung 1 bei bestimmten Ausführungsbeispielen nicht unmittelbar mit dem Aufsatzantrieb 3 verbunden sein mag. Insbesondere kann ein Motor, vorteilhafterweise ein Hydraulikmotor, zwischen dem Aufsatzantrieb 3 und der Vorrichtung 1 eingefügt werden, um eine genaue Rotationsgeschwindigkeit und Steuerung beim Verbinden des Futterrohrs zu gewährleisten.
  • Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung 1 verwendet werden könnte, um das Futterrohr zu drehen, während das Futterrohr abgesenkt wird. Der Auf- und Niedergang des Futterrohrs kann benfalls gleichzeitig durch ein Heben und Senken des Gestängeanhebers gewährleistet werden.
  • Es ist vorgesehen, daß der Futterrohrstrang an seinem unteren Ende mit einem Bohrmeißel versehen werden kann. Die Vorrichtung 1 kann, mit betätigter Klemmeinrichtung 39, verwendet werden, um das Futterrohr und folglich den Bohrmeißel zum Bohren eines Bohrlochs zu drehen.
  • Es ist denkbar, daß auf die Klemmeinrichtung 39 verzichtet werden und das gesamte Drehmoment vom Aufsatzantrieb durch den aufblasbaren Ring 18 übertragen werden könnte, insbesondere, falls derselbe zu dem Zeitpunkt, an dem gewünscht wird, daß er ein hches Drehmoment überträgt, mit einem Hydraulikfluid unter Hochdruck gesetzt wird.
  • Es ist außerdem vorgesehen, daß für das äußere Klemmen jeder geeignete Mechanismus und jedes Verfahren zum Betätigen verwendet werden könnte. Zum Beispiel könnte der Mechanismus Nockenflächen mit einem rauhen Material auf denselben umfassen. Das Betätigungsverfahren könnte mechanisch, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder chemisch sein. Eine Konstruktion von einer angetriebenen Zange kann für diesen Zweck geeignet sein.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum Erleichtern der Verbindung von Rohrabschnitten unter Verwendung eines Aufsatzantriebs, wobei die Vorrichtung ein Tragelement (13) zum Verbinden mit dem Aufsatzantrieb, ein Werkzeug (30) zum Greifen eines Rohrabschnitts und Mittel umfaßt, um eine wesentlich horizontale Bewegung zwischen denselben zu ermöglichen, bei der das Mittel eine flexible Membran (18) umfaßt, die ein Fluid einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membran bei Anwendung in reibschlüssigem Eingriff mit dem Werkzeug (30) und dem Tragelement (13) ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Fluid ein Pneumatikfluid ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die flexible Membran (18) versiegelt wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der eine Zuleitung mit der flexiblen Membran (18) verbunden wird, um den Druck des Pneumatikfluids in derselben einzustellen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Fluid ein Hydraulikfluid ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der mit der flexiblen Membran (18) für den Durchgang von Hydraulikfluid zu derselben und von derselben eine Zuleitung verbunden wird.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die flexible Membran (18) einen aufblasbaren Ring (18) umfaßt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Tragelement (13) ein äußeres Gehäuse umfaßt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Werkzeug (30) eine Buchse (16) umfaßt, um welche die flexible Membran (18) angeordnet wird.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Werkzeug (30) den Rohrabschnitt von der Innenseite desselben greift.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Werkzeug einen Dichtungsring (36) zur Verwendung mit umlaufenden Fluids im Rohrabschnitt umfaßt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die außerdem eine am Tragelement (13) befestigte äußere Klammer (39) umfaßt, um hohe Drehmomente auf den Rohrabschnitt zu übertragen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die äußere Klammer (39) wenigstens einen Kolben und Zylinder (43) zum Greifen des Rohrabschnitts umfaßt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die äußere Klammer (39) eine Vielzahl von Kolben und Zylindern (43) umfaßt, um bei Anwendung den Rohrabschnitt in eine Ausrichtung mit dem Aufsatzantrieb zu bewegen.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Tragelement (13) bei Anwendung über Kolben und Zylinder (15) am Aufsatzantrieb angebracht wird, um kleine wesentlich vertikale Bewegungen zu ermöglichen.
  16. Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohrabschnitten, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, einen Rohrabschnitt unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu greifen und das Werkzeug wesentlich in einer horizontalen Ebene im Verhältnis zum Tragelement zu bewegen, woraufhin die zwischen denselben angeordnete flexible Membran verformt wird.
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