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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Einführen
eines Rohres in ein Bohrloch im Boden gemäß dem einleitenden Teil der
Ansprüche 1,
9 und 12. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren zum Entfernen
oder Zurückziehen
eines Rohres aus einem Bohrloch im Boden gemäß den einleitenden Teilen der
Ansprüche
16 und 17 und auf eine Anlage zum Einführen eines Rohres in ein Bohrloch im
Boden gemäß dem einleitenden
Teil des Anspruches 19. Eine solche Anlage dient typischerweise auch
zum Zurückziehen
eines Rohres aus dem Bohrloch im Boden.
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Solche Verfahren und Anlagen sind
aus der Praxis bekannt, beispielsweise zum Einführen eines Förderrohres
in ein Bohrloch zum Fördern
von Öl oder
Gas, oder zum Entfernen eines solchen Rohres aus dem Bohrloch, beispielsweise
während
der Wartung von Bohrlochvorrichtungen. Solche Bohrlöcher können auch
für andere
Zwecke verwendet werden, wie zum Fördern von Salz oder geothermischer
Energie. Im Betrieb werden bei einem solchen Verfahren und einer
solchen Anlage Rohrteile durch Schraubkupplungen mit dem oberen
Ende eines Rohres gekuppelt, das in das Bohrloch ragt. Wenn das
Rohr weiter in den Boden eingeführt
wird, werden aufeinanderfolgend Rohrteile, die jeweils aus einem
oder mehreren Rohrverbindungsstücken
bestehen können,
durch Schraubkupplungen an das freie Ende des zusammengesetzten
Abschnittes des Rohrendes, das vom Boden vorragt, angeschraubt,
bis das Rohr seine endgültige
Länge erreicht
hat. Wenn das Rohr entfernt wird, wird dieses Verfahren im wesentlichen
umgekehrt.
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Das Einführen und Entfernen eines Rohres auf
diese Weise ist zeitraubend und mit bestimmten Gefahren verbunden.
Insbesondere bringt der Betrieb in einem Bereich sehr nahe am Bohrlochkopf Handhabungsprobleme
mit sich, weil wenig Raum verfügbar
ist und die Rohrteile mit im wesentlichen vertikaler Orientierung
angeschlossen oder gelöst werden
müssen,
wobei es schwie rig ist, die Verbindung herzustellen oder zu lösen und
Feuer-, Explosions- und Verletzungsgefahren durch die manipulierten
schweren Gegenstände
bestehen.
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Als Alternative ist es bekannt, ein
Rohr durch Aneinanderschweißen
von Rohrteilen vorzufertigen und das vorgefertigte Rohr auf eine
Haspel aufzuwickeln, wobei die Länge
des zusammengesetzten Rohrabschnittes, die aus den Rohrteilen gebildet wird,
mit dem Hinzufügen
von Rohrteilen zunimmt. Das auf die Spule gewickelte Rohr wird nachfolgend auf
der Straße
an den Ort transportiert, wo das Rohr in dem Boden eingeführt wird.
Während
des Einführens
des Rohres in das Bohrloch wird die Haspel abgewickelt. Während des
Zurückziehens
wird das Rohr wieder auf die Spule aufgewickelt.
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Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht
darin, daß die
Rohrteile in einem großen
Ausmaß verformt werden
müssen,
um eine Haspel zu erzielen, die im Durchmesser klein genug ist,
damit die Haspel gehandhabt und transportiert werden kann. Dies
hat einen nachteiligen Einfluß auf
die mechanischen Eigenschaften und die Geometrie der Rohrteile und stellt
strenge Anforderungen an die Qualität des Materials, das derart
gewählt
werden muß,
daß das
Material nach beträchtlichen
Verformungen die technischen Anforderungen im installierten Zustand
noch immer verläßlich erfüllt.
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Die
US
3 677 345 offenbart eine Anlage zum Herstellen von Rohrverbindungen
zur Bildung eines langgestreckten Stranges, dem Einführen desselben in
das Bohrloch oder dem Entfernen desselben aus dem Bohrloch, wobei
die Rohrverbindungen in Einheiten vorrätig gehalten werden, die in
einer im wesentlichen horizontalen Position vorliegen und um Kurven
gebogen werden, wenn sie in das Bohrloch eingeführt oder aus diesem zurückgeholt
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist ein Ziel der Erfindung, zumindest
zu einem wesentlichen Ausmaß,
die Nachteile der vorerwähnten
Verfahren und Anlagen zu vermeiden.
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Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Ausführen
eines Verfahrens zum Einführen
eines Rohres in ein Bohrloch in der Lithosphäre gemäß den Ansprüchen 1, 9 und 12 erreicht.
In Verbindung mit dem Entfernen oder zumindest dem Zurückziehen
der Rohre aus dem Bohrloch wird dieses Ziel durch Ausführen eines
Verfahrens zum Entfernen oder Zurückziehen eines Rohres aus dem Bohrloch
im Boden gemäß den Ansprüchen 16
oder 17 erreicht. Die Erfindung schafft ferner eine Anlage entsprechend
den Ansprüchen
18 und 19, die speziell zum Ausführen
dieser Verfahren geeignet ist.
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Da das Verbinden oder das Lösen der
Rohrteile von einem Rohrstrang und somit auch die zugeordnete Lagerung
und das Verlagern der Rohrteile in jedem Fall in einem Horizontalabstand
von dem Bohrlochkopf stattfindet, oder wenn das Rohr temporär ohne Zerlegen
gelagert wird, und die Rohrteile überhaupt nicht voneinander
gelöst
werden, wird das Erfordernis des Ausführens von Verbindungs- und Lösevorgängen am
Bohrloch vermieden.
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Außerdem können die separaten Rohrteile, aus
denen das Rohr zusammengebaut wird, leichter und wirksamer an die
Bohrstelle transportiert werden als in einer gewickelten Spulenform.
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Ein anderer wesentlicher Vorteil
des Vortreibens des Rohres in das Bohrloch entlang eines gebogenen
Pfades besteht darin, daß der
Zusammenbau und das Einführen
des Rohres keine Verwendung eines Bohrturmes erfordert. Auch das
Zurückziehen und
Wiedereinführen
eines Rohres in ein Bohrloch kann ausgeführt werden, ohne daß ein Bohrturm
verwendet wird. Deshalb kann der zum Bohren verwendete Bohrturm
leichter entfernt werden, was wesentliche Kosteneinsparungen ergibt.
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Im Vergleich mit dem bekannten System
der Zufuhr des Rohres in gewickelter Form werden plastische Verformungen
des Rohrmaterials zumindest teilweise reduziert, so daß die Anforderungen,
die an das Rohrmaterial gestellt werden, weniger stringent sind.
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Besonders vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Weitere Ziele,
Ausführungen,
Effekte und Details der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, in welcher auf die Zeichnung Bezug genommen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles
einer Anlage zum Ausführen
des Verfahrens gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine schematische Darstellung in Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispieles
einer Anlage zur Ausführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung;
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3 ist
eine schematische Darstellung in Seitenansicht der Anlage nach 2;
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4 ist
eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Teiles eines dritten
Ausführungsbeispieles
einer Anlage zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
in einem ersten Betriebszustand;
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5 ist
eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Teiles der
Anlage nach 4;
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6 ist
eine schematische Darstellung in Draufsicht eines größeren Teiles
der Anlage gemäß 4 in einem zweiten Betriebszustand;
und
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7 ist
eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Teiles der
Anlage gemäß 6.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Obzwar sich die nachfolgend erörterten
Beispielsdarstellungen allgemein auf das Ausbilden und Einführen eines
Rohres in ein Bohrloch im Boden beziehen, können diese Erörterungen
auch in umgekehrter Richtung zum Entfernen oder zumindest Hochziehen
eines Rohres aus einem Bohrloch im Boden angewendet werden.
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1 zeigt
ein Bohrloch 1 und ein Rohr 2, das zusammengesetzt
und in das Bohrloch eingeführt
wird. Das Rohr 2 besteht aus untereinander verbundenen
Rohrteilen 8. Das Rohr 2 erstreckt sich sowohl
innerhalb als auch außerhalb
des gebohrten Loches 1. Außerhalb des Bohrloches 1 wird
das Rohr 2 entlang eines Führungspfades mit Führungen 4, 5 geführt. Der
Führungspfad
beginnt nahe einem proximalen Ende 10 des Rohres 2,
erstreckt sich zunächst horizontal
durch einen Durchgang 15 und mündet dann über glatte Bögen in einen
vertikalen Teil in Ausrichtung mit dem Bohrloch 1, wo eine
Einführvorrichtung 3,
die zum Axialhalten des Rohres in einem Drehsinn an dem Rohr angreift.
Die Führungen 4, 5 sind
mit Rollen versehen, über
welche das Rohr 2 in Axialrichtung rollen kann. Vorzugsweise
sind die Rollen steuerbare Schwenkrollen, so daß die Rollen jegliche Drehung
des Rohres 2 aufnehmen können.
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Infolge des gebogenen Verlaufes des
Führungspfades
ist das proximale Ende 10 des Rohres 2 außer Ausrichtung
mit dem Bohrloch 1 angeordnet. Die Führungen 4, 5 bewirken,
daß das
proximale Ende 10 des Rohres 2 in dem Bereich
einer Verbindungsvor richtung 6 zum aufeinanderfolgenden
Hinzufügen
eines Rohrteiles an das proximale Ende 10 im wesentlichen
horizontal orientiert ist.
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Die Geometrie des Pfades, entlang
dessen das Rohr 2 verläuft,
ist derart, daß das
Rohr 2 in einem geringen Ausmaß plastisch verformt wird.
Die Maximalverformung des Rohres in den Kurven des Pfades beträgt vorzugsweise
weniger als 2%, und noch bevorzugter weniger als 1%. Derart kleine
plastische Verformungen haben relativ geringe nachteilige Wirkung
auf die mechanischen Eigenschaften des Rohres 2, selbst
ohne Verwendung von Spezialstahllegierungen, die erhöhte Festigkeit
gegen Ermüdung und
Verformungen haben. Es sei bemerkt, daß die plastische Verformung
des Rohres in der Zone, wo es in einen gebogenen Abschnitt des Pfades
eintritt, mit besonderem Vorteil zum Installieren eines Förderrohres
ausgenützt
werden kann, das im allgemeinen nicht um seine Achse gedreht wird,
wenn es eingeführt
wird.
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Falls ein Rohr, das plastisch verformt
wird, auf einer gebogenen, axialen Zuführbahn zwischen der Verbindungsposition
und dem Bohrloch um die Achse des Bohrloches gedreht werden soll,
wird das zusammengesetzte Rohr vorzugsweise in dem zusammengesetzten
Zustand in Form eines Wickels gehalten (wie dies nachfolgend detaillierter
beschrieben wird), und der Wickel wird als Ganzes um die Achse des
Bohrloches in der Nähe
des Bohrlochkopfes gedreht.
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Um die erwünschte Verformungsbeschränkung des
Rohrmaterials zu erzielen, sollte der Biegeradius in dem Pfad des
Rohres 2 ausreichend groß sein. Beispielsweise werden
Stahlrohre mit einem Außendurchmesser
von 55 mm typischerweise in der Ölförderung
eingeführt
und können
um eine Kurve gebogen werden, deren Radius 2,75 m beträgt, wenn eine
Verformung von 1% zugelassen wird. Zum Vergleichs Wenn die Verformung
der gleichen Rohrtype auf 0,16% beschränkt wird, so daß nur eine
elastische Verformung auftritt, beträgt der kleinste zulässige Radius
18 m.
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Somit kann durch Zulassen einer gewissen plastischen
Verformung des Rohres, wenn dieses entlang des gebogenen Pfadabschnittes
wandert, ein gebogener Pfadabschnitt von beträchtlich kleinerem Durchmesser
angewendet werden, als in dem Falle, in welchem die Verformungen
auf eine elastische Verformung begrenzt sind. Dementsprechend kann der
an der Bohrstelle erforderliche Raum und die erforderliche Größe des Transportaufbaues
wesentlich eingeschränkter
sein, als im Falle eine nur elastische Verformung zugelassen wird.
Da der Radius nicht so klein gehalten werden muß, als im Falle die Verrohrung
in einem gewickelten Zustand transportiert wird, kann die Verformung
ausreichend klein gehalten werden, um die Verwendung speziell geeigneter
Materialien zu vermeiden, insbesondere spezieller Arten von Stahl,
um sicherzustellen, daß das
Rohr nach seinem Einführen
die erforderlichen Bedingungen erfüllt.
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Ein weiterer Vorteil der plastischen
Verformung des Rohres besteht darin, daß das Rohr leichter in dem
gebogenen Pfadabschnitt zu führen
ist, weil die Biegung des Rohres im wesentlichen der Biegung des
Pfades entspricht, entlang dem das Rohr axial wandert. Darüber hinaus
ist im Falle eines zufälligen
Freigebens des gebogenen Teiles des Rohres bei einem Rohr, das plastisch
zu einem gebogenen Pfad gebogen ist, die Gefahr eines Zurückspringens
zumindest wesentlich verringert, im Vergleich zu einem Rohr, das
elastisch zu einem gebogenen Pfad verformt ist, und somit ist die
Vorgangsweise wesentlich sicherer.
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Mit Hilfe der Verbindungsvorrichtung 6 kann das
Rohr 2 durch einen nächsten
Rohrteil oder Rohrabschnitt 8 verlängert werden. Solche Rohrabschnitte 8 sind
in einem Lager 11 vorhanden, wo diese Rohrabschnitte 8 beim
vorliegenden Beispiel horizon tal und parallel zu einem Endteil des
Rohres, der mit dem proximalen Ende 10 des Rohres 2 verbunden
wird, gelagert werden.
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Zum Verlängern des Rohres 2 durch
einen nächsten
Rohrteil wird ein Rohrteil 8 dem Vorratslager 11 entnommen
und der Verbindungsvorrichtung 6 mittels eines Förderers 7 zugeführt. Die
Verbindungsvorrichtung 6 ist in Form einer mechanischen Schweißmaschine
vorgesehen. Solche Vorrichtungen sind im Handel erhältlich und
werden deshalb nicht weiter beschrieben. Das proximale Ende 10 des Rohres 2 ist
ebenfalls in der Schweißmaschine 6 angeordnet.
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Jedes Mal, wenn ein Rohrteil an das
proximale Ende 10 des Rohres 2 angeschweißt wird,
werden sehr verläßliche abgedichtete
Verbindungen zwischen den Rohrteilen 8 erzielt. Außerdem bilden
solche geschweißten
Verbindungen wesentlich kleinere Verdickungen des Rohres als beispielsweise Schraubverbindungen,
oder ergeben überhaupt
keine signifikante Verdickung.
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Da das Rohr aus den Rohrteilen an
der Bohrlochstelle zusammengesetzt wird, muß das zusammengesetzte Rohr
nicht transportiert werden. Deshalb kann die Biegung des Rohres
einen größeren Radius
haben, als dies bei einem Transport in aufgewickeltem Zustand notwendig
wäre. Wie
vorstehend erläutert
worden ist, ist ein relativ großer
Radius vorteilhaft, weil dann die plastische Verformung begrenzt
bleibt, so daß die
Anforderungen an das Rohrmaterial, das sicherstellen muß, daß das Rohrmaterial
solchen Verformungen standhalten kann und dennoch die durch die
Betriebsbedingungen auferlegten Anforderungen erfüllen kann,
weniger stringent sind.
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Zufolge der Form, in welcher das
Rohr 2 durch die Führungen 4, 5 gehalten
wird, ist das proximale Ende 10 des Rohres 2 vom gebohrten
Loch 1 entfernt. Da das Anbringen eines nächsten Rohrteiles 8 in
einem Horizontalabstand vom Bohrlochkopf er folgt, können die
Verbindungs- und zugehörigen Handhabungsvorgänge an den
Rohrteilen 8 an einer Stelle erfolgen, an welcher diese
leichter zugänglich sind,
wo mehr Raum verfügbar
ist und wo weniger Verletzungsgefahr durch große bewegte Teile besteht. Es
sei bemerkt, daß diese
Wirkung auch von Vorteil ist, wenn die Verbindung zwischen dem Rohr und
einem anzufügenden
Rohrteil und auf andere Weise als durch Schweißen erfolgt.
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Beim Herstellen von Schweißverbindungen sind
jedoch eine geeignete Örtlichkeit
und Orientierung der zu verbindenden Rohrteile von besonderer Bedeutung.
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Insbesondere im Falle von Bohrlöchern, in denen Öl und/oder
Gas gefunden wird, besteht um eine Zone um den Bohrlochkopf 13 herum
Feuer- und Explosionsgefahr. Durch Ausführen der Verbindungsvorgänge in einem
Abstand vom Bohrlochkopf 13 können diese außerhalb
einer Zone erfolgen, die besonders großer Feuer- und Explosionsgefahr unterliegt. Es
sei bemerkt, daß es
allgemein zur Erzielung dieser Wirkung erforderlich ist, daß das Rohr zwischen
dem Bohrloch und dem proximalen Ende des Rohres in der Verbindungszone
verschlossen wird. Dies kann beispielsweise unter Verwendung eines
Stopfens erreicht werden, der an einer Stange oder einem Kabel montiert
ist, das sich in das Rohr erstreckt, wobei der Stopfen mit Axialabstand
vom Ende des Rohres in der Verbindungszone in einer Schließposition
des Rohres gehalten wird.
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Außerdem wird der Raum 12,
in welchem die Schweißung
stattfindet, von der Bohrumgebung und dem Außenklima durch eine Schale 14 abgeschirmt, so
daß die
Gefahr von Feuer und Explosionen weiter reduziert wird. Der Horizontalabstand
zwischen dem Bohrlochkopf 13 und der Stelle, an welcher
die Schweißung
stattfindet, beträgt
vorzugsweise zumindest 10 m, und noch bevorzugter zumindest 15 bis
17 m.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 werden die Rohrteile 8 an
das Rohr 2 mit horizontaler Orientierung relativ zu dem
gebohrten Loch angefügt.
Es sind jedoch andere Orientierungen mit Abstand vom Bohrloch ebenfalls
anwendbar, wie beispielsweise parallel zum Bohrloch oder unter einem schrägen Winkel
relativ zum Bohrloch. Eine horizontale Orientierung der Rohrteile 8 in
der Zone, in der sie an das Rohr 2 angefügt werden,
bietet den Vorteil, daß Standardmaschinen
zum Aneinanderfügen
von Rohren mit ihrer normalen Orientierung verwendet werden können.
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Die Schweißmaschine 6 schweißt einen Rohrteil 8 an
das Rohr 2 jedes Mal dann an, wenn das proximale Ende 10 des
Rohres 2 die Schweißzone
der Schweißmaschine 6 erreicht
hat. Folglich wird das Rohr 2 jedes Mal um eine Länge eines
Rohrteiles 8 verlängert.
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Danach wird das Rohr 2 über die
Länge eines
Rohrteiles 8, der gerade angefügt worden ist, entlang des
vorstehend beschriebenen Pfades verlagert, wobei das Rohr 2 tiefer
in das Bohrloch 1 eingeführt wird. Zu diesem Zweck wird
die Einführvorrichtung 3 in
Betrieb gesetzt.
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Wenn die Einführvorrichtung 3 auch
zum Drehen des Rohres 2 ausgebildet ist, dann wird das Rohr 2 in
das Loch 1 hineingedreht, und der Teil des Rohres 2,
der aus dem Bohrloch 1 herausragt, wird um seine Achse
gedreht, wobei es vorteilhaft ist, wenn das Rohr 2 im Bereich
der Führungen 4, 5,
wo die Achse des Rohres gebogen ist, bezüglich der ursprünglich geraden
Form, in welcher die Rohrteile zugeführt werden, ausschließlich elastisch
verformt wird. Die wiederholte Verformung erfolgt während der Drehung
der Teile des Rohres 2, die durch die Führung 4, 5 gebogen
werden, wobei die wiederholte Verformung ohne wesentliche nachteilige
Folgen für die
Belastbarkeit und die Form der Rohrteile 8 ist, obzwar
nach längerem Biegen
des gleichen Rohrteiles die Ermüdung
Probleme verursachen kann. Die Axialdrehung des Rohres 2 ist
besonders während
des Bohrens eines Bohrloches oder des Einsetzens einer Wand, einer
sogenannten Auskleidung, in das Bohrloch vorteilhaft.
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Obzwar das vorliegende Beispiel auf
einem einzigen Rohr beruht, ist die Erfindung auch in dem Fall anwendbar,
daß ein
Rohr eingeführt
wird, das aus konzentrischen Rohren besteht. Es wird dann bevorzugt,
das Rohr nicht plastisch zu verformen. Die unterschiedlichen konzentrischen
Rohrteile können in
dem Bohrloch nacheinander vorgesehen oder gleichzeitig installiert
werden.
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Die gegenseitige Verbindung der Rohrteile 8 durch
Schweißen
kann mit besonderem Vorteil angewendet werden, wenn Rohre in ein
Bohrloch eingeführt
werden, in dem ein Überdruck
unterhalb einer Dichtung 16 am oberen Ende des Bohrloches herrscht,
eine Situation, die gelegentlich als „untergleichgewichtig" bezeichnet wird.
Da das geschweißte
Rohr 2 einen wesentlich konstanteren Außendurchmesser als ein Rohr
hat, das aus aneinandergeschraubten Rohrteilen zusammengesetzt ist,
kann das Bohrloch 1 nahe dem Bohrlochkopf mittels einer Dichtung,
wie beispielsweise einem Ausbruchs-Preventer, besser abgedichtet
werden. Es ist dann besonders wichtig, daß die Dichtung 16 gegen
das Rohr 2 abdichtet, wenn sie von Verbindungen zwischen Rohrteilen
passiert wird, weil dann beträchtlich
kleinere Durchmesserunterschiede überbrückt werden müssen als
im Falle der Verwendung eines Rohres, das aus aneinandergeschraubten
Teilen besteht.
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Die in 1 gezeigte
Anlage kann auch zum Entfernen oder Zurückziehen des Rohres 2 aus
dem Bohrloch 1 verwendet werden. Abhängig von der Situation an der
Bohrlochstelle kann das Rohr 2 in der Schweißmaschine,
beispielsweise durch Schneiden oder durch Lösen der Kupplungen, auseinandergenommen
werden, die im Rohr für
diesen Zweck vorgesehen sind, oder intakt gelassen und entlang des Bodens
ausgestreckt werden. Wenn das Rohr in Abschnitte unterteilt wird,
können
die Abschnitte beispielsweise von der Größe der ursprünglichen
Rohrteile oder von einer größeren Größe sein.
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Die 2 und 3 zeigen eine beispielhafte Ausführung der
Erfindung, mit welcher ein Rohr 52 über einen Bohrlochkopf 63 in
eine Bohrloch eingeführt
wird. Das Rohr 52 besteht aus Rohrteilen 58, die aneinandergefügt sind.
Außerhalb
des Bohrloches erstreckt sich das Rohr 52 entlang eines
Pfades, der begonnen von einem proximalen Ende 60 des Rohres 2 gegen
den Bohrlochkopf 63 hin sich zuerst etwa horizontal erstreckt
und dann über
einen Bogen über 270° in einen
vertikalen Abschnitt am Bohrloch übergeht, wo die Einführvorrichtung 53 an
dem Rohr 52 angreift.
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Zwischen dem etwa horizontalen Abschnitt und
dem in Ausrichtung mit dem Bohrloch vorgesehenen Abschnitt wird
das Rohr 52 relativ zu den in Frage stehenden Teilen des
Rohres 52 ausschließlich
in einer Richtung gebogen. Dies bedeutet, daß es bei der Bewegung eines
besonderen Rohrabschnittes durch den gebogenen Pfadabschnitt 69 nur
ein einziges Mal und in einer einzigen Richtung zu einer Kurve gebogen
und dann nur ein einziges Mal geradegerichtet wird, und dies auch
nur in einer einzigen Richtung. Somit wird jeder Teil des Rohres,
wenn er aus dem horizontalen Pfadabschnitt in den in den Boden ragenden
Pfadabschnitt übergeht
und/oder zurück,
nur einmal gebogen und dann nur ein einziges Mal während jedes
Vorganges des Zusammensetzens und Einführens eines Rohrstranges in
das Bohrloch zurückgebogen.
Das gleiche gilt auch in der entgegengesetzten Richtung, wenn das
Rohr 52 entfernt oder aus dem Bohrloch zurückgezogen
wird.
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Eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften
des Materials des Rohres 52 infolge einer plastischen Verformung
des Rohres 52 wird dadurch begrenzt.
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Da jeder plastisch gebogene Abschnitt
des Rohres 52, wenn er den gebogenen Pfadabschnitt 69 verläßt, wieder
zurückgebogen
wird, ergibt sich der Vorteil, daß das Rohr 52 in das
im wesentlichen gerade Bohrloch paßt, ohne den Verformungen,
die beim Eintritt des gebogenen Pfadabschnittes 69 aufgebracht
werden, die zu großen
Querkräften
zwischen dem Rohr und der Wand des Bohrloches führen.
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Auch hier ist der Radius des gebogenen
Pfadabschnittes 69 des Rohres 52 derart, daß das Rohr 52 in
nur geringem Ausmaß plastisch
verformt wird, so daß die
mechanischen Eigenschaften des Rohres 52 wenig leiden,
wenn überhaupt,
und ein Rohr 52 viele Male in ein Bohrloch eingeführt und
aus diesem zurückgezogen
werden kann.
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Zum Anfügen von Rohrteilen 58 an
das Rohr 52 ist die Anlage mit einer Schweißmaschine 56 ausgestattet.
Für die
Zufuhr der anzufügenden
Rohrteile 58 ist diese Anlage mit einem Rollgang 57 mit
einem Transportrollenpaar 70 am Ende derselben versehen.
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Stromabwärts der Schweißmaschine 56 bildet
ein Transportrollenpaar 71 das stromaufwärtige Ende
eines Förderers 72,
der sich zu einer Biegemaschine 67 erstreckt.
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Auch bei Verwendung der Anlage nach
den 2 und 3 hat das Rohr 52 stromabwärts der Schweißmaschine 56 eine
solche Form, daß das
proximale Ende 60 des Rohres 52 in einem Abstand
vom Bohrlochkopf 63 angeordnet ist.
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Auch die Biegemaschine 67 führt das
axial wandernde Rohr 52 über den gebogenen Pfadabschnitt,
wie dies gezeigt ist. Die Anlage ist ferner mit einer Maschine 68 zum
Zurückbiegen
des Rohrmaterials ausgestattet, die durch eine weitere Biegemaschine
oder durch eine Geradrichtmaschine gebildet sein kann. Geradrichtmaschinen
haben typischerweise mehr Rollen als Biegemaschinen. Die erste Rohrbiegemaschine 67 (in
der Transportrichtung) biegt das Rohr 52 zu einer Kurve,
wenn das Rohr 52 axial durch die Biegemaschine 67 hindurchgeht.
Die von der Biegemaschine aufgebrachte Biegung hat vorzugsweise
einen geringfügig
größeren Radius
als jene, die erforderlich ist, um die Rückbiegemaschine 68 über den
Bogen 69 zu erreichen. Dementsprechend wird eine zusätzliche
Biegung erforderlich, um die Rückbiegemaschine 68 zu
erreichen. Dies wird durch elastische Verformung des Rohres 52 erzielt.
Durch Kombinieren der plastischen und elastischen Verformung des
Rohres 62, um die gebogene Gestalt zu erreichen, ist weniger
an plastischer Verformung notwendig, als wenn die gleiche gebogene
Gestalt nur durch plastische Verformung erreicht wird, so daß eine geringere
Kraft erforderlich ist, um das Rohr zu biegen, und bei wesentlich
reduzierter mechanischer Verschlechterung des Materials.
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Zum Einführen kann ein Führungsabschnitt eines
neuen Rohres 52, der damit durch elastisches Biegen stärker gebogen
wurde, als es der von der Biegemaschine 67 auferlegten
Biegung entspricht, mit einem Kabel gekuppelt werden, welches durch die
Rückbiegemaschine 68 eingezogen
wird und das Führungsende
des Rohres zu dem Bohrlochkopf 63 zieht. Statt der Verwendung
einer Biegemaschine kann das Biegen des Rohres in den gebogenen
Pfadabschnitt 69 auch lediglich durch Führung des Führungsabschnittes von dem Förderer 72 zur
Zuführeinheit 53 zum
Einführen
des Rohres 52 in den Bohrlochkopf 63 erreicht
werden, wobei das Rohr 52, wenn es entlang des gebogenen
Pfadabschnittes 69 wandert, einer maximalen elastischen
Verformung unterworfen wird, und deshalb bei einem gegebenen Biegeradius
einer minimalen plastischen Verformung.
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Durch das Biegen des Rohres 52 mittels
einer Biegemaschine 67, wenn das Rohr in den gebogenen
Pfadabschnitt 69 eintritt, wird der Vorteil erreicht, daß die Biegung,
welche von der Biegemaschine 67 auferlegt wird, auch die
weitere Bewegungsbahn des Rohres 52 bestimmt, zumindest
zu einem wesentlichen Ausmaß,
so daß zwischen
dem Punkt, an welchem das Rohr 52 mit einer Biegung versehen
wird, und dem Punkt, an welchem das Rohr 52 wieder geradegebogen
wird, keine oder eine nur sehr geringe Führung erforderlich ist und
eine relativ einfache Transportvorrichtung vorgesehen werden kann.
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Die 4–7 stellen Teile der gleichen
Vorrichtung in zwei Betriebsstadien dar. Einige Teile der Anlage,
die für
die Unterschiede zwischen den vorstehend diskutierten Anlagen und
jenen nach den 4–7 nicht relevant sind, wie
die Einführvorrichtung
zum Einführen
des Rohres in das Bohrloch und die Maschine zum Hinzufügen von
Rohrteilen an das Rohr, sind in den 4–7 nicht dargestellt. In dem ersten
Stadium (4 und 5) wird das Rohr 102 in der
durch einen Pfeil 123 angedeuteten Zuführrichtung von einer Schweißmaschine
zugeführt,
in welcher ein Rohrteil an das Rohr 102 an dem proximalen Ende
desselben (nicht gezeigt) angefügt
worden ist, wenn dieses die Schweißmaschine nach einer Verlagerung
des Rohres 102 in der durch den Pfeil 123 angedeuteten
Richtung erreicht. Beim Erreichen der Biegemaschine 117 wird
das Rohr zu einer gebogenen Form plastisch verformt und entlang
eines etwa kreisförmigen
Pfades auf Stützrollen 124, 125 geführt, die
von einem Rahmen 126 herabhängen, der vor und hinter der
Biegemaschine 117 vorgesehen ist (gesehen in der Zuführrichtung 123),
zur Drehung um ihre Längsachsen.
Wenn mehr Rohrmaterial zugeführt
wird, wird ein spiralförmiger
und im wesentlichen wendelförmiger
Wickel aus Rohrmaterial gebildet, der auf den Rollen 124, 125 abgestützt ist.
Wenn das Rohr 102 die erforderliche Länge erreicht hat oder wenn
die Rollen kein Rohrmaterial mehr tragen können, wird die Zufuhr des Rohrmaterials
gestoppt.
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Wie die 6 und 7 zeigen,
ist der Rahmen 126 mit den Rollen 124, 125 zum
temporären
Speichern eines Rohres 102, das an dem Bohrlochkopf 113 zu
einer wendelförmigen
Gestalt geformt und gewunden ist, so nahe an dem Bohrlochkopf angeordnet,
daß Material
des Rohres 102 aus der wendelförmigen Konfiguration abgewickelt
und axial über
einen gebogenen Pfad in der durch den Pfeil 127 angedeuteten
Richtung bis zum Bohrlochkopf 113 weitertransportiert werden
kann.
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Um das Rohr 102 abwickeln
zu können,
ist die Biegemaschine 117 in eine Position 117' entlang eines
Teiles des Rohres 102 verlagerbar, welcher an der Seite
des wendelförmig
aufgerollten Rohres 102 vom Bohrlochkopf entfernt angeordnet
ist. In der Position 117' wird
die Biegemaschine zum Reduzieren der Biegung des Rohres 102 eingestellt,
wenn dieses die Biegemaschine 117' passiert, so daß das Rohr 102 aus
der wendelförmigen
Form 128 und über
einen Bogen 129 mit einem Radius größer jenem des Rohrmaterials
im wendelförmigen
Teil 128 des Rohres 102 abläuft und sich axial zu einer
Biegemaschine 130 in Ausrichtung mit dem Bohrlochkopf 113 bewegt,
wodurch das Rohr weiter geradegerichtet wird.
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Durch Vervollständigung der Zusammensetzung
des Rohres oder zumindest eines Abschnittes des Rohres, bevor dieses
in das Bohrloch eingebracht wird, kann das Einbringen des Rohres
sehr rasch erfolgen, sobald der Bohrlochkopf für das Einbringen des Rohres 102 freigegeben
ist, weil das Einbringen nicht dadurch verzögert wird, daß Rohrteile jedes
Mal angefügt
werden müssen.
Umgekehrt wird das Zusammensetzen des Rohres nicht verzögert, weil
die Transportgeschwindigkeit jedes angefügten Rohrteiles durch die maximale
Einführgeschwindigkeit
des Rohres begrenzt ist. Außerdem
wird die logistische Planung der Zusammensetzung und des Einführens eines
Rohres vereinfacht, weil Personal und Ausrüstung zum Zusammensetzen des
Rohres nicht notwendigerweise zu dem tatsächlichen Einbringzeitpunkt
verfügbar
sein müssen.
Somit wird durch zumindest teilweises Ausführen der Zusammensetzung des
Rohres in situ, bevor das Bohrloch, in welches das Rohr eingeführt wird,
zur Aufnahme des Rohres bereit ist, wesentliche Zeit gewonnen.
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Infolge der gewickelten Form, in
welcher das Rohr temporär
gespeichert wird, kann das Rohr 102 nichtsdestoweniger
in einem kompakten Raum bereitgehalten werden, bevor es eingeführt wird.
An Orten, an denen ausreichender Raum verfügbar ist (beispielsweise in
entfernten Wüstengegenden
oder an einer Stelle, wo ein Stück
unbenützter
Straße
oder ein Schienenstrang verfügbar
sind), kann das vorzusammengesetzte Rohr oder können Rohrabschnitte auch als
eine Länge
eines Rohrstranges gelagert werden, der sich entlang des Bodens
erstreckt, wie dies in Verbindung mit 1 beschrieben
worden ist.
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Wenn ein Rohrstrang nachfolgend aus
dem Bohrloch zurückgezogen
und in aufgewickelter Form gespeichert wird, kann er auch zurückgezogen
und wiedereingeführt
werden, ohne daß er
mehr als einmal gebogen und ohne daß er mehr als einmal zurückgebogen
wird. Auf diese Weise wird eine Verschlechterung der Materialeigenschaften
infolge Verformung in einem sehr begrenzten Ausmaß gehalten.
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Verglichen mit dem Transport eines
Rohres in gewickelter Form an den Einsatzort wird der Vorteil erzielt,
daß der
Biegungsradius des Rohres relativ groß sein kann, so daß weniger
stringente Anforderungen an das Material des Rohres gestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Vervollständigung
der Zusammensetzung des Rohres oder zumindest eines Abschnittes
des Rohres vor dem Einbringen desselben in das Bohrloch besteht
darin, daß die
Gefahr von Feuer und Explosionen besonders reduziert ist. Da das
Rohr, das zusammengesetzt wird, nicht mit dem Bohrloch verbunden
ist, während
es zusammengesetzt wird, braucht das Bohrloch nicht abgeschlossen
werden, um zu vermeiden, daß der
Kanal in dem Rohr in Verbindung mit dem Bohrloch steht, wodurch
die Gefahrenzone, in welcher die besondere Gefahr von Explosion
und Feuer existiert, bis zum freien Ende des aus dem Bohrloch herausragenden Rohres
erstreckt wird.
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Ein noch weiterer Vorteil der Vervollständigung
des Zusammensetzens des Rohres oder zumindest eines Abschnittes
des Rohres vor dem Einbringen desselben in Verbindung mit dem Bohrloch besteht
darin, daß das
gesamte Rohr oder der Rohrabschnitt auf Lecks und Druckfestigkeit
getestet werden kann, bevor es bzw. er in das Bohrloch eingeführt wird.
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Es gibt verschiedene Optionen für die präzise Einstellung
der Biegemaschinen 117' und 130 beim
Abwickeln des Rohres 102 aus der wendelförmigen Form 128.
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Es ist beispielsweise möglich, die
Rückbiegemaschine 117' so einzustellen,
daß sie
das Rohr 102 genau dann geradebiegt, wenn es die Maschine 117' passiert. Der
Radius des wendelförmigen
Pfadteiles 129 sollte dann vorzugsweise so groß gewählt werden,
daß die
Rohrteile, die gerade geradegebogen wurden, ausschließlich elastisch
verformt werden, und daß sie
dem bogenförmigen
Pfadabschnitt 129 folgen. Die Rückbiegemaschine 130 stromabwärts der
Rückbiegemaschine 117' läuft dann
passiv, ohne das Rohr 102 weiterzuverformen und kann gegebenenfalls
durch eine Führungsrolle
ersetzt werden.
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Es ist auch möglich, das Rohr in der Rückbiegemaschine 117' überhaupt
nicht plastisch zu verformen und die plastische Rückverformung
in die ursprünglich
gerade Form nur dann. vorzunehmen, wenn das Rohr die Biegemaschine 130 mit
einem Ausgang passiert, der mit dem Bohrlochkopf 113 fluchtet.
In diesem Fall ist der Biegungsradius des bogenförmigen Pfadabschnittes vorzugsweise
so gewählt,
daß er
so klein ist, daß das
Rohr 102, wenn es dem bogenförmigen Pfadabschnitt 129 folgt,
ausgehend von der Form, in welcher es in den wendelförmigen Teil 128 des
Rohres 102 angeordnet war, überhaupt nicht verformt oder
nur elastisch verformt wird. Die Rückbiegemaschine 117' stromaufwärts der Rückbiegemaschine 130 läuft dann
passiv, ohne das Rohr 102 zu verformen und kann gegebenenfalls durch
Führungsrollen
ersetzt werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft vorzusehen, daß die Biegemaschine 117 in
eine Position verlagerbar ist, in welcher ihr Ausgang mit dem Bohrlochkopf
ausgerichtet ist – in diesem
Beispiel die Position der Rückbiegemaschine 130.
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Es ist auch möglich, für eine Mittelweg zwischen diesen
beiden Einstellungen zu optieren, so daß das Rohr 102, wenn
es aus der Wendelform abgewickelt wird, in eine Form zurückgebogen
wird, die im unbelasteten Zustand gerade ist, und dies in zwei Arbeitsvorgängen, d.
h. an der Stelle der Biegemaschinen 117' und 130.
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Das Vorsehen eines bogenförmig gebogenen
Abschnittes 129 zwischen dem Wickel und dem Bohrloch, welcher
gebogene Abschnitt 129 einen größeren Radius als der Wickel
hat, ergibt den Vorteil, daß der
Wickel in einem gewissen Horizontalabstand von dem Bohrloch 113 angeordnet
werden kann. Dieser Horizontalabstand ist am größten, wenn der gebogene Abschnitt
mit dem vergrößerten Radius
von dem Teil des Rohres 102 mit dem kleineren Bogen in
einer Richtung vertikal nach oben abweicht. Es ist aber auch möglich vorzusehen,
daß sich
statt der Position 117' die
alternative Position der Biegemaschine 117 an einer anderen
Stelle des Rohres 102 mit dem kleineren Bogen befindet,
beispielsweise niedriger oder sogar an der Position der Biegemaschine 117.
Im letzteren Fall sind der kleine und der vergrößerte Radius identisch, und
der Horizontalabstand zwischen dem Teil des Rohres 102 mit
dem kleineren Bogen und dem Bohrloch 113 beträgt etwa die
Hälfte
des Abstandes bei dem in 7 gezeigten Beispiel.
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Es ist auch möglich vorzusehen, daß sich der Wickel
in einer solchen Position befindet, daß die Achse des Bohrloches
den Wickel tangential trifft, und daß die Geradrichtvorrichtung
mit ihrem operativen Teil im wesentlichen mit dem Bohrloch ausgerichtet
ist. Die Rohrteile, die in einer Richtung nach unten von dem Wickel
abgewickelt werden, können dann
direkt in das Bohrloch und vertikal nach unten eingeführt werden,
während
sie sich im wesentlichen in gerader Form befinden.
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Es ist für den Fachmann klar, daß innerhalb des
Schutzbereiches der Erfindung viele alternative Ausführungsbeispiele
und Ausbildungen möglich sind,
die von den vorstehend beschriebenen Beispielen abweichen.
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Als nicht einschränkendes Beispiel sei erwähnt, daß beispielsweise
zum Einführen
des Führungsendes
eines Rohres viele verschiedene Möglichkeiten gegeben sind, wie
ein Kabel oder ein System von Einlaufführungen in stationären Positionen entlang
des beabsichtigten Pfades des Rohres. Einrichtungen zum Abstützen des
zu einer wendelförmigen
Form gewundenen Rohres können
so ausgebildet werden, daß sie
beispielsweise eine Rolle zum Abstützen des Rohres im oberen Bereich
der Wendelform und/oder eine Einrichtung zum Halten des Rohres in
der Wendelform unter elastischer Vorspannung ergeben, so daß das Rohr
plastisch nur zu einem geringen Ausmaß verformt werden muß, um die Wendelform
eines bestimmten Durchmessers zu erhalten.
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Stattdessen oder zusätzlich zu
einer Wendelform kann das Rohr auch Spiralform haben, so daß das Rohr
in mehreren koaxialen Lagen gelegt werden kann. Außerdem kann
das Rohr einen Abschnitt einer größeren Rohranordnung bilden,
die zusammengesetzt ist oder aus zwei oder mehr solchen Rohren zusammengesetzt
wird, die beispielsweise jeweils mit einer wendelförmigen oder
spiralförmigen Konfiguration
ausgebildet und dann gesondert gelagert werden. Nachdem ein erstes
Rohr in das Bohrloch eingeführt
worden ist, wird ein weiteres Rohr daran angeschlossen, und das
erste Rohr wird tiefer in das Bohrloch eingeführt, wobei das angeschlossene nächste Rohr
dem ersten Rohr in das Bohrloch folgt.