EP2337922A2 - Bohranlage und montageverfahren für diese - Google Patents

Bohranlage und montageverfahren für diese

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Publication number
EP2337922A2
EP2337922A2 EP09776077A EP09776077A EP2337922A2 EP 2337922 A2 EP2337922 A2 EP 2337922A2 EP 09776077 A EP09776077 A EP 09776077A EP 09776077 A EP09776077 A EP 09776077A EP 2337922 A2 EP2337922 A2 EP 2337922A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
mast
substructure
segment
drilling rig
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP09776077A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2337922B1 (de
Inventor
Andreas Beck
Christian Kerschl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Streicher & Co Kgaa GmbH
Original Assignee
Max Streicher & Co KGaA GmbH
Max Streicher and Co KG AA GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Streicher & Co KGaA GmbH, Max Streicher and Co KG AA GmbH filed Critical Max Streicher & Co KGaA GmbH
Publication of EP2337922A2 publication Critical patent/EP2337922A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2337922B1 publication Critical patent/EP2337922B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B15/00—Supports for the drilling machine, e.g. derricks or masts
    • E21B15/02—Supports for the drilling machine, e.g. derricks or masts specially adapted for underwater drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting
    • E21B7/023—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting the mast being foldable or telescopically retractable

Definitions

  • the present invention relates to a drilling rig, in particular a deep drilling apparatus used in the offshore sector, and an assembly method thereof, wherein the use of this deep drilling apparatus is preferably carried out in vertical drilling for the development of deposits.
  • deposit includes in particular the occurrence of a substance in liquid, gaseous or solid form or the presence of energetically usable conditions in geological structures, in particular with respect to crude oil, natural gas and geothermal energy.
  • the drilling mast 1 is mounted on a pivot bearing 2 to be pivotable with respect to the drilling platform 4. This allows a simple and safe installation of the drilling mast 1 implement.
  • a vertically movable feed carriage 6 is fixed, which has a receiving device 8 for boring bars.
  • the drill rods 10 are fed via a pipe handler 12 and attached to the receiving device 8 and then introduced into the wellbore.
  • the drilling platform 4 is arranged on a substructure 14, which has a plurality of segments 16, which are stacked side by side and one above the other.
  • an assembly method for such a drilling rig is provided, through which a fast and safe erection and dismantling of the drilling rig is made possible.
  • a drilling rig is provided for use on a drilling platform with a drilling mast provided with a feed slide and having at least two segments, which can be erected in such a way that at least one segment is moved upwards by means of the feed slide.
  • a drilling rig can be realized even in confined spaces and can be done the construction of the drill mast with a small footprint. Due to the use of the feed slide for upward movement can be dispensed with a crane installation for the construction of the complete drilling mast and thus costs can be saved.
  • the segment movable upwards by means of the feed slide has at least one toothed rack for engagement with the feed slide. This can be done with little mechanical effort using, for example, gears on the feed slide the upward movement of the segment and can thus be dispensed with additional facilities for the construction of the drill mast.
  • the drilling mast can be attached to a substructure and at least one segment can be introduced into the substructure before the upward movement by means of the feed carriage.
  • the drilling rig according to the invention can be used not only with a provision of the drilling mast above an extra intermediate deck, but can be provided on an existing drilling platform a substructure in which the segment is introduced before its upward movement. Thus, it requires the construction of the drilling mast only the base of the substructure.
  • the substructure can identify a recess into which a pole segment can be introduced and above which the pole segment can be fastened to the substructure. This configuration makes it possible that already during the introduction of the mast segment, this is below the later position and a displacement of the feed carriage is avoided together with the mast for the complete erection of the drill mast.
  • the drilling mast according to the invention preferably has four mast segments, of which at least three are movable upwards by the feed slide. This subdivision of the mast enables a simple transportability of the drilling mast to be realized, for example with a mass limitation of or equal to 25 tons, more preferably 22 tons, or 17 tons, 15 tons and most preferably 11 tons, besides a simple one Installation of the drilling mast a simple transport of the drilling segments to the drilling platform can be implemented.
  • an assembly method for a drilling mast comprising at least two segments, which comprises the steps of fixing a feed slide, providing a mast segment below the feed slide and moving the mast segment upwards through the feed slide.
  • a first mast segment is attached to the feed slide prior to the provision of the mast segment, which is referred to below as the second mast segment.
  • This mast segment can be attached to the feed slide in any manner, for example by a crane system, which only has to have a small height due to the small height of the mast segment and only has to have a low load capacity.
  • the first segment can also be guided in any way to feed carriage. This allows a simple assembly with little space to implement.
  • the drilling mast is mounted on a substructure and before the step of fixing the feed carriage, the substructure is provided, to which the drilling mast is subsequently fixed.
  • a substructure can be provided, so that the mounting of the drill mast can be done completely above the drilling platform.
  • the upward movement of the mast segment can be carried out via at least attached to a pole segment racks.
  • the substructure is preferably displaceable with respect to the drilling platform.
  • a mobile boom with a simple and space-saving installation process can be built.
  • an assembly method is preferably provided as a continuation of the above-described assembly method for a substructure comprising at least two floors of a drilling rig, in which the substructure is displaceable with respect to the drilling platform and in which the substructure is assembled in stages from individual elements whose respective mass is a mass limit below or equal to 25 tons, preferably does not exceed 11 tons.
  • the modular design in connection with a simple construction method for the drilling mast allows a cost-effective assembly of the drilling rig and preferably at the same time a space-saving and cost-effective construction process for the drilling mast.
  • the substructure is assembled in layers together with a common with the substructure in at least one direction displaceable hydraulic supply device.
  • the floor-level erection allows a quick installation process for the drilling rig, since at the same time work can be carried out at different sections in the substructure or in the hydraulic supply device.
  • flushing pumps and / or a flushing preparation device and / or the flushing tank can be displaceable together with the substructure.
  • a compact system can be implemented, keep in the important functional elements even with a displacement of the drilling mast the same location to the drilling mast.
  • FIG. 1 shows a drilling device according to the prior art
  • FIG. 2 shows an oblique top view from the left of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 3 shows a plan view of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 4 shows a view from the left onto the drilling rig according to the invention
  • FIG. 5 shows a front view of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 6 shows a detail of a view from the left of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 7 shows a detail of the plan view of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 8 shows a view of the upper mast end with topdrive and guide for the drag chain of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 9 shows a detail of the front view of the drilling rig according to the invention.
  • FIG. 10 shows an enlarged view of the detail on the front view of the drilling rig according to the invention
  • 11A is a left side view of the irrigation treatment and hydraulic units
  • FIG. 11B is a plan view of irrigation treatment and the hydraulic units are shown
  • FIG. 11C is a sectional view taken along line AA of FIG. 11A
  • FIG. 11D is a sectional view on line BB 11A and 11E show a sectional view on the line CC in FIG. 11A
  • 11A is a left side view of the irrigation treatment and hydraulic units
  • FIG. 11B is a plan view of irrigation treatment and the hydraulic units are shown
  • FIG. 11C is a sectional view taken along line AA of FIG. 11A
  • FIG. 11D is a sectional view on line BB 11A and 11E show a sectional view on the line CC in FIG. 11A
  • FIG. 12B shows a sectional view through a generator of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 12B shows a sectional top view of the generators of the drilling rig according to the invention
  • FIG. 12C shows a sectional view along the line DD of the generators
  • FIG. 12D shows a sectional view along the line EE in FIG. 12B of the generators the drilling rig according to the invention shows
  • FIG. 13 shows a perspective top view of the substructure from the left rear
  • Figures 14A-D show assembly steps for building the substructure, mud conditioning and hydraulic units
  • Figures 15A-C show steps in the method of assembling the drilling mast
  • Figures 16A-D show steps for mounting the pipehandler, cranes, and rack for the drill rods.
  • FIG. 2 An offshore vertical deep drilling rig according to the present invention is shown in Figure 2 in the oblique view from the left.
  • the offshore vertical deep drilling rig 20 is located on a substructure, eg on a drilling platform 22, which, as shown in FIG. 2, may have a raised drilling platform section 26, for example by supports 24.
  • the drilling platform 22 has a longitudinal direction X and a transverse direction Y. Parallel to the arrangement of the holes are preferably 2 guide rails 28a and 28b.
  • the drilling unit 32 and the hydraulic and Processing unit 34 are designed to be displaceable on the guide rails 28a, 28b in the transverse direction Y.
  • the drilling module 32 is applied via a frame 36 to the guide rails 28a, 28b, on which the drilling module 32 is displaceable in the longitudinal direction X of the drilling platform. In this way, the drilling unit can be positioned over a desired borehole 30 by displacement in both the X and Y directions.
  • the hydraulic and conditioning unit 34 is mounted on the guide rails 28a, 28b via frame elements 37a, 37b.
  • FIG. 5 shows a front view of the drilling unit 32 and the hydraulic and conditioning unit 34 in the position shown in FIG.
  • the drilling unit 32 is then located on the left-hand side, while the hydraulic and conditioning unit 34 is arranged on the right-hand side.
  • the hydraulic pressure accumulator 38 for the blow-out preventer an electronic control device 40, electrical power distribution modules 42a, 42b and generators 44a and 44b are provided.
  • the drilling unit 32 and the hydraulic and conditioning unit 34 are supplied with electric power from the electronic control unit 40 and the electric power distribution modules 42a, 42b.
  • FIG. 3 shows a plan view of the deep drilling rig 20 according to the invention.
  • the relative distance to the electrical power distribution modules 42a, 42b and the electronic control device 40 changes Change of this relative distance are not shown in the present invention guide chains used, so that at different relative position of the units 32 and 34 on the drilling platform 22 a secure power supply from the devices 40, 42a, 42b is ensured.
  • An advantage of the present deep drilling rig is that it is modularly assembled. It takes into account requirements for loads to be moved by platform cranes.
  • the upper limit may be 20t or 17t, 15t, 13t, or preferably 11t for all the individual elements to be transported that make up the rig.
  • the compliance with the maximum limit for the mass of the individual elements or modules makes it possible with conventional platform cranes the individual elements for the drilling rig according to the invention can be loaded and unloaded.
  • mechanical connection devices for mounting on the drilling platform 22 without welding are preferred for connecting the individual elements.
  • the use of conventional transport ships for transporting the individual elements also allows the modules to be transported to the drilling platform even in difficult weather conditions and rough seas.
  • the left side view shown in Fig. 4 the enlarged left side view shown in Fig. 6 will be the front view shown in Fig. 5 and the front view details shown in Figs. 8 to 10 3, and the details of this plan view of FIG. 3 shown in FIG. 7, and with reference to the detailed views of FIG. 11, the structure of the drilling unit 32 and the hydraulic and conditioning unit 34 are explained.
  • the drilling unit 32 can be removed in the overall view Fig. 5 and has on the frame 36 a base 46, on which the Fig. 10 removable working platform 48 is located. Above the working platform 48 extends from this substantially perpendicularly the drilling mast 50. Immediately above the working platform 48 wind protection elements 52a, 52b are provided
  • the substructure 46 has, as it is also the view from the left rear of FIG. 13 can be removed, in the present embodiment, 3 floors, which are connected to each other via spiral staircases.
  • the trip tank 56 is provided above the blow-out preventer 54.
  • the present invention is not limited to the provision of the 3-storey substructure and the provision of spiral staircases for connecting the floors, but any number of floors adapted to the drilling requirements, including, for example, a ladder connection between the floors may be provided.
  • the drilling mast 50 has four individual segments 58a-d, which are mechanically connected to one another. It has been found by the inventors that this subdivision of the drilling mast 50 into segments is advantageous for erecting on offshore platforms. Details of the mounting method of the drilling mast will be explained in more detail below.
  • the feed carriage 60 further comprises a drill motor 62 with receiving device 8 for attaching the drill rods and a rod shaft 65 with attached elevator 64.
  • This rod shaft 65 is used for quick removal of the drill pipe from the well and re-introduction of this to the already drilled depth.
  • the lines for supplying the drill motor 62 and feed carriage 60 are fastened to a guide element 70 which extends beyond the upper segment 58a of the drill mast with feed carriage 60 located above the drill mast 50.
  • the guide element 70 has a segment with a longitudinal extent in the longitudinal direction X. on, whereby several hydraulic lines for the drill motor 62 can be kept side by side with little mutual interference.
  • a boring bar handler 66 and a screwing device 68 are provided on the boring mast 50 adjacent the work platform 48. Attached to the platform 48 is an unillustrated wedge or wedge system over which the drill rods already inserted into the wellbore can be held during screwing. To attach a further drill rod, it is arranged above the boring bar handling device 66 vertically above the boring bar introduced into the borehole and screwed by means of the screwing device 68. The bolted boring bars are then driven via the drill motor 62 on the feed carriage 60, so that the drill rod attached via the boring bar handling device 66 can be introduced into the borehole. The use of the boring bar handler 66 will be described in greater detail below.
  • the attachment of the drill rods is monitored via a control cabin 72 which is provided adjacent to the work platform 48.
  • the control cabin 72 preferably has two workstations via which the same operating tasks can be implemented.
  • This redundancy points to a second, optionally achievable advantage of the invention that preferably at least central devices in the offshore vertical deep drilling rig 20 according to the invention are provided redundantly, so that in the case of failure of a device via the second device with identical basic function of the operation Deep drilling rig can be maintained. In this way, a high overall technical availability of the rig is achieved, which is particularly advantageous in offshore installations, where once necessary repairs are always associated with a great deal of time and expense.
  • each of these transverse modules 74a-d has a respective frame 75a-d into which a respective purging pump 76a-d with gear is inserted.
  • each of the frames 75a-d is transported individually and each of the scavenging pumps 76a-d.
  • the rinsing pumps with gear are preferably selected so that the respective pumping mass is below the mass restriction, for example, 11t.
  • the inventors' concept of redundantly designing the facilities in the drilling rig can be implemented.
  • Two longitudinal modules 78a, 78b in which the tanks for the drilling mud are located, are applied to the four transverse modules 74a-d in the longitudinal direction X.
  • a sectional view of the tanks is shown in Fig. 11 D with the section B-B in Fig. 11A. Again, the redundant design of the facilities is preferred. Further, the provision of two tanks of different capacity in the longitudinal module 78a and three tanks in the longitudinal module 78b is exemplary only and any tank configuration tuned to the mud pumps 78a-d may be used in the longitudinal modules.
  • the two longitudinal modules 78a, 78b have a distance b from each other and can be connected to each other by a bridge. The distance b is due to safety considerations. On the other hand, a compact hydraulic and conditioning unit 34 should be provided.
  • the longitudinal modules 78a, 78b there are two longitudinal modules 80a, 80b.
  • the screening unit is located, while in the longitudinal module 80b the hydraulic units 82, 84 for the drill motor 62, more precisely for rotating and moving the receiving device 8 and feed carriage 60, are provided.
  • the embodiment of the hydraulic and conditioning unit 34 described above is only one example and there may be any modification with regard to the number and the function of the modules or individual elements of this unit 34. Although it is favorable from an energetic point of view to provide the hydraulics for the feed slide 60 in the uppermost modules. But these can also be provided at any point in the unit 34.
  • the flushing treatment may be stationary on the drilling platform 22.
  • the co-provision and co-movement of the drilling unit 32 and the hydraulic and conditioning unit 34 is a difference from conventional stationary onshore deep drilling rigs where the tank system, mud pumps, and hydraulic units for driving the topdrive are at least partially stationary with respect to the drilling platform 22 are housed.
  • the electric power distribution modules 42a, b, the generators 44a, 44b, and the electronic control unit 40 are constructed according to the mass restriction for individual elements of the rig. This is shown by way of example with reference to a generator 44a in Figs. 12A to 12D, wherein Fig. 12A is a sectional side view of the generator 44a, Fig. 12B is a sectional plan view, Fig. 12C is a sectional view taken on line DD in Fig. 12A and Fig. 12D is a sectional view EE in Fig. 12B.
  • the generators for offshore installation are designed as one-piece modules.
  • the generator module 44a has been divided into four modules 86a-d.
  • the module 86a heat exchangers 88 for the heat transfer of engine, generator, diesel and residual heat and a fuel tank 90 are provided.
  • the module 86b is the drive motor for the generator, which is also sized so that this at least without the frame of the module 86b does not exceed the specified mass limit of, for example, 11t.
  • a drive motor with a power above 1000 kW is preferably preferred.
  • the minimum output of the generators will thus be above 4000 kW.
  • any other power adapted to the required drilling work can be provided with any number of generators.
  • the generators are preferably designed to be redundant, so that in case of accident, the well can be secured with reduced power.
  • the module 86c contains the generator with corresponding heat dissipation, while the module 86d has an input lock 92 and a control field 94.
  • the electrical power distribution modules 42a, b which are also modular with respect to the mass restriction, there are electrical devices to feed the electrical customers of the rig at corresponding terminals, for example, there are the frequency converter for the hydraulic pumps in the hydraulic and Conditioning unit 34 and the circuit breaker.
  • the electronic control unit 40 provides the control signals for the drilling process and carries out the signal conditioning from and to the control cabin 72.
  • the fuel tank system to supply the generators.
  • the fuel, preferably diesel, in the fuel tanks 90 is provided only as a daily reserve.
  • diesel tanks may be provided on the power generation platform 26 between the drilling unit 32 and the electric power distribution module 42b.
  • a drill rod rack 96 Attached to the work platform 48 at the windshield 52a opposite side and adjacent to the windshield 52b and the control cab 72 is a drill rod rack 96, as shown in FIG. On this boring bar rack 96 are the boring bars, which are to be introduced directly to the borehole. Not shown in the drawings is a drill rod bearing bearing a larger number of drill rods than on the drill rod rack, preferably for a plurality of days.
  • drill rod handling device 66 the recording of the horizontal in Fig. 9 on the drill rack rack 96 boring bars 98, the vertical orientation of these and the screwing of these by means of the screwing 68 with the through the wedge system with respect to the drilling platform held drill pipe in the borehole.
  • An inspection and maintenance crane 102 to which a man basket 104 can be attached, is also attached to the work platform 48. In this way, the maintenance personnel can quickly reach the desired locations.
  • an access platform 106 with stairs 108 is provided on the hydraulic and conditioning unit 34, via which unit 34 is accessible.
  • the access platform 108 is connected by stairs 110 to an access to the control cabin 72.
  • the staircase 108 is preferably arranged so that in a process of the units 32 and 34 over the entire length of the guide rails 28a, 28b the staircase 108 can move past the crane 100 for the drill rods. Alternatively, a temporary removal of the crane 100 may take place to move the units 32, 34. If the use of the deep drilling rig according to the invention is desired only in a certain area of the guide rails 28a, 28b, the installation location of staircase 106 and platform 108 can be adapted accordingly.
  • the bridges 87 and the platform 106 with associated stairs are, on the one hand, designed such that a movement beyond the desired extension in the transverse direction Y is possible without colliding with devices on or on the platform.
  • the arrangement of the stairs ensures that the units 32, 34 are constantly accessible.
  • the frame 36 for the drilling unit 32 and the frame members 37a, 37b for the hydraulic and conditioning unit 34 are applied.
  • the frame 36 has the first floor of the base 46 and the frame elements 37a, 37b the transverse modules 74a-d with the flushing pumps 76a-d applied and with the frame 36 or the respective frame element 37a, 37b mechanically connected.
  • the second floor of the substructure 46 is applied to the first floor and the longitudinal modules 78a, 78b are applied with the rinse tanks on the transverse modules 74a-d and mechanically connected thereto.
  • the two longitudinal modules 80a, 80b with the hydraulic units and the screening units are applied to and connected to the longitudinal modules 78a, 78b and the third floor of the substructure 46 is provided.
  • the work platform 48 becomes on the third Floor of the base 46 attached and provided the control cabin 72 with appropriate access.
  • the drilling mast 50 is erected in segments by pushing up on the feed carriage 60. This procedure enables safe offshore construction in a short time.
  • a recess 112 is provided in the base 46 at the side above the substructure later, the mast, adapted to the mast, preferably rectangular cross-section in the embodiment shown on all three levels of the substructure 46.
  • the mast segments 58a-e shown in FIG. 5 it is possible for the mast segments 58a-e shown in FIG. 5 to be inserted individually in the substructure and to be pushed out from below through the working platform 48.
  • the feed slide 60 is horizontally fixed to a fixture 114 in a first step shown in Fig. 15A in such a manner that the orientation of the carriage in the X and Y directions (see Figs Fig. 2) corresponds to the later alignment on the drill mast 50.
  • the fastening device 114 has two vertical struts 115a, b for receiving the feed carriage 60 and two support struts 116a, b for supporting the vertical struts 115a, b offset in the Y direction.
  • the vertical struts 115a, b are fastened to each other via connecting struts not shown in the figures.
  • the uppermost mast segment 58a is secured to the feed carriage 60 in such a manner that the lower surface of the mast segment 58a is located at a sufficient height.
  • the second pole segment 58b is inserted into the recess 112 of the substructure 46 and attached to the uppermost pole segment 58a.
  • the feed carriage 60 can push up the second mast segment 58b, as shown in Fig. 15C, until the lower surface of the second mast segment 58b is properly located.
  • the third and fourth Mast segment 58c, 58d inserted over the recess 112 and the feed slide 60 are moved upward.
  • the advantage of the above-mentioned construction method is that the drilling mast 50 is self-erecting with the feed carriage 60 and no special cranes for providing the drilling mast have to be provided.
  • the push-up of the drill mast segments is carried out to save space and can be completed in a short time.
  • the feed carriage 60 on the drilling mast 50 is now displaced upwards and the boring bar handling device 66 is provided on the working platform 48.
  • the drill rod rack 96 is attached to the drilling unit 32 below the handling device 66, and the crane 100, inspection and maintenance crane 102, and wind shield 52a, b are mounted as shown in Fig. 16C, so that the drill rods are shown in Fig. 16D 98 can be applied to the drill rod rack 96.
  • the present invention is not limited to the order of providing as shown in FIGS. 16A to D, but any order in assembling can be realized.
  • the invention is not limited to the floor-by-floor construction of both modules 32 and 34 in FIGS. 14A to D, but the modules may for example also be constructed consecutively one floor at a time.
  • a drilling rig is provided for use on a drilling platform with a drilling mast.
  • This drilling rig is characterized in that the drilling mast and / or the power supply and / or the hydraulic energy generating device is composed of individual elements whose respective masses do not exceed a mass limit below 25 tons.
  • a faster assembly and disassembly of the drilling rig can be made possible.
  • a rig and substructure installation can be erected in two or three days. or dismantle.
  • the drilling platform is preferably an offshore drilling platform, which may for example be supported on the seabed or may be buoyant.
  • the drilling mast may be attached to a substructure or an extra intermediate deck may be provided below the drilling mast. In the place below the drilling mast then the blow-out preventer is provided.
  • the drilling rig can have a substructure to which the drilling mast is attached and which together with the drilling mast can be displaced together on the drilling platform at least in one direction.
  • an increased mobility of the drilling mast can be implemented in adaptation to be introduced or existing holes.
  • the drilling mast may be provided with a feed slide on which preferably a rotary drive is provided and which is drivable via a hydraulic and / or electric drive, which is displaceable together with the substructure and the drilling mast. In this way, a compact unit can be implemented, are provided on the functional elements for carrying out the drilling process close to the drilling mast.
  • a hydraulic supply device can be displaced together, via which, for example, a feed slide and / or a drill rod handling device can be fed.
  • energy loss can be reduced and the entire rig can be compactly implemented.
  • a receiving device for boring bars and / or other drilling accessories can be displaceable together with the drilling mast. This reduces the chances of introducing the drill pipe into the borehole and saves energy.
  • the hook load on the feed slide is at least 200 American tons, preferably about 400 American tons.
  • American ton refers to the unit of mass abbreviated to tn.sh. "short ton", with a tn.sh.907.1874 kilograms.Thus, a high hook load can be realized with a compact design of the rig and can nevertheless good mobility of the drilling mast can be ensured.
  • the substructure preferably has a footprint of greater than or equal to 6m x 6m and less than or equal to 12m x 12m.
  • a substructure with such a base can be easily moved and also move in a frame in one direction while the frame is displaceable in a direction perpendicular to this first direction of movement. In this way, the drilling rig can be used in wells near which obstacles are arranged.
  • a drill rod-handle device may be provided which is displaceable together with the drilling mast.
  • the boring bar can be introduced into or removed from the borehole through the boring bar handling device.
  • the drilling rig is stationary with respect to the drilling platform, at least one generator and electrical means for providing the energy.
  • This energy can be provided both for electrical devices and for hydraulic devices, such as mud pumps.
  • the power generation can be provided separately from the drilling mast, which can also be designed to be displaceable, and thus the energy expenditure for shifting can be reduced and a secure power generation can be implemented in a stationary arrangement.
  • the stationary and / or mobile components of the drilling rig are at least partially, preferably completely, composed of individual elements whose respective mass does not exceed the stated mass limit value.
  • the drilling rig can be set up with existing crane systems on platforms in a short time.
  • the individual elements can preferably be connected to one another without welding in order to also take into account the explosion protection on the drilling platform. Said positive or non-positive connection is to be preferred.
  • the mass limit is preferably 22 tons, more preferably 17 tons or 15 tons, and preferably 11 tons.
  • the drilling mast may be slidable on a frame in a first direction and the frame may be slidable on the drilling platform in a second direction that is substantially perpendicular to the first direction.
  • the drilling mast is displaceable on the frame in the first direction without hydraulic supply device and displaceable in the second direction together with the hydraulic supply device.
  • the hydraulic supply device may alternatively be located on opposite sides of the drilling mast with respect to the second direction.
  • Such a flexible arrangement allows short operating times of the drilling rig on the drilling platforms. In combination with the short setup and dismantling times, short-term assignments can be realized.
  • the substructure may have the height of at least 2, preferably 3 standard containers, whereby standard dimensions can also be implemented in the construction of the substructure.
  • the use of the drilling rig in an offshore drilling platform is of particular advantage, since the transport of individual elements to such a drilling platform is determined by weather conditions, the transport capacity of ships and the capacity of cranes either on the transport ships or on the drilling platform. Standard dimensions and the weight limit, which is preferably applied to a variety of individual elements, also allows the transport and loading and unloading of transport vessels in adverse weather conditions.
  • the functional elements for driving, supplying and operating a drilling rig and / or the periphery are at least partially redundant.
  • the drilling rig can still be operated even in the event of failure of individual elements and can be prevented from giving up the borehole due to the sticking, for example from the drill string.
  • Such an emergency operation does not have to be performed at full power, but the elements may be adapted such that the operation of a respective functional element allows a basic supply of the wellbore.
  • the control device for monitoring the drilling process can be designed to be redundant, so that monitoring of the drilling process is possible even in the event of failure of an operator or damage to a workplace.
  • a power supply device is preferably provided for a drilling rig, more preferably for an offshore drilling rig, in which an internal combustion engine and the generator are provided in two modules and the respective mass of the internal combustion engine of the generator has a mass limit value of below or equal to 25 tons, preferably does not exceed 11 tons.
  • the separation of internal combustion engine and generator makes it possible, for example, that generator outputs of, for example, at least 500 kVA can be implemented and yet a simple transport of the individual elements to offshore drilling platforms is possible.
  • the modules can be connected to one another in a gastight manner, which takes account of explosion protection.
  • another module in which a heat exchanger and a fuel tank are provided, may be provided at the power supply device, and an even further module may be provided with the input lock and the control panel.
  • these modules can also be integrated into the module of the internal combustion engine and / or the generator.
  • Such a modular subdivision allows strict compliance with a mass limit and full high performance performance on drilling rigs, preferably offshore rigs.
  • flushing pumps preferably for a drilling rig, more preferably for an offshore drilling rig, for pumping the drilling fluid with at least two, preferably four pumps whose mass does not exceed a mass limit of below 25 tons, preferably 11 tons.
  • a redundant design of the pump can be implemented, which allows emergency operation of the system even in a partial failure.
  • a simple transportability of the individual elements can be ensured.
  • a device for generating hydraulic energy for a top drive and / or a handling device can be provided, wherein the individual functional elements forming the device are designed to be redundant.
  • an emergency operation for the operation of the top drive and the Handling device can be implemented to ensure the operation of the system in case of partial failure of the system.
  • a drilling rig for use on a drilling platform is provided with a drilling mast provided with a feed slide and having at least two segments, which can be erected in such a way that at least one segment is moved upwards by means of the feed slide.
  • An inventive assembly method for a drilling mast comprising at least two segments comprises the following steps: fixing a feed slide, providing a mast segment below the feed slide and moving the mast segment upwards through the feed slide. In this way, can be dispensed with additional auxiliary equipment for erecting the drilling mast and a space saving can be implemented.
  • Control cab a-d Cross module a-d Frame a-d Flush pump a, b Longitudinal module a, b Longitudinal module
  • Access platform 8 stairs 0 stairs

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Abstract

Es wird eine Bohranlage zum Einsatz auf einer Bohrplattform mit einem, mit einem Vorschubschlitten versehenen, zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast vorgesehen, der in einer solchen Weise errichtbar ist, dass zumindest ein Segment mittels des Vorschubschlittens aufwärts bewegt wird. Ein erfindungsgemäßes Montageverfahren für einen zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast sind folgende Schritte vorhanden: Fixieren eines Vorschubschlittens, Vorsehen eines Mastsegments unterhalb des Vorschubschlittens und Aufwärtsbewegen des Mastsegments durch den Vorschubschlitten. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Hilfseinrichtungen zum Errichten des Bohrmastes verzichtet werden und eine Platzersparnis umgesetzt werden.

Description

Beschreibung
Bohranlage und Montageverfahren für diese
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bohranlage bzw. Bohrvorrichtung, insbesondere eine Tiefbohrvorrichtung, die im Offshore-Bereich zum Einsatz gelangt, und ein Montageverfahren für diese, wobei der Einsatz dieser Tiefbohrvorrichtung bevorzugt beim Vertikalbohren zur Erschließung von Lagerstätten erfolgt. Der Begriff „Lagerstätte" beinhaltet dabei insbesondere das Vorkommen eines Stoffes in flüssiger, gasförmiger oder fester Form oder das Vorliegen von energetisch nutzbaren Verhältnissen in geologischen Strukturen, insbesondere in Bezug auf Erdöl, Erdgas und geothermische Energie.
Stand der Technik
Das Vertikalbohren gelangt zur Ausbeutung von Öl- und Gasfeldem aber auch bei der Gewinnung geothermischer Energie zum Einsatz. Aus dem Stand der Technik ist eine Vertikalbohranlage vom Typ VDD 370 der Max Streicher GmbH & Co. KG aA bekannt, die in Figur 1 beispielhaft wiedergegeben ist und nachfolgend kurz beschrieben ist.
Der Bohrmast 1 ist an einem Schwenklager 2 gelagert, um in Bezug auf die Bohrplattform 4 verschwenkbar zu sein. Dadurch lässt sich eine einfache und sichere Montage des Bohrmastes 1 umsetzen. An den Bohrmast 1 ist ein vertikal beweglicher Vorschubschlitten 6 befestigt, der ein Aufnahmevorrichtung 8 für Bohrstangen aufweist. Die Bohrstangen 10 werden über einen Pipehandler 12 zugeführt und an der Aufnahmevorrichtung 8 befestigt und anschließend in das Bohrloch eingebracht. Die Bohrplattform 4 ist auf einem Unterbau 14 angeordnet, der eine Mehrzahl von Segmenten 16 aufweist, die nebeneinander und übereinander gestapelt sind.
Eine derartige Anlage ist in den PCT-Anmeldungen PCT/EP2005/000452, PCT/EP2005/000453, PCT/EP2005/000454 und PCT/EP2005/000455 beschrieben. Ein Einsatz dieser Bohranlage ist auch im Offshore-Bereich möglich. Dabei wird die Bohranlage entweder im zusammengebauten Zustand an den Bohrplatz gebracht oder während der Schleppzeit zumindest teilweise zusammengebaut.
Während die genannte Offshore-Bohranlage dafür vorgesehen ist, an einem Standort neu errichtet zu werden, bestehen bei der heutigen Offshore-Ausbeutung von Öl- und Gasfeldern zunehmend Probleme darin, dass die Bohranlagen existierender Plattformen technisch veraltet und häufig nicht mehr in Betrieb genommen werden können, jedoch die Ausbeutung unter Verwendung bestehender Bohrlöcher gewünscht wird.
Der Abbau vorhandener Bohranlagen und die Neuerrichtung von Bohranlagen ist zeit- und kostenintensiv, insbesondere aufgrund der großen, über See mit Spezialschiffen zu verbringenden Bestandteile der Bohranlage und der Vielzahl an auszuführenden Verbindungsvorgängen, insbesondere von Schweißvorgängen.
Darüber hinaus sind Platzbegrenzungen, insbesondere bei der Errichtung von neuen Bohrmasten, auf bestehenden Plattformen vorhanden. Wenn ein teleskopartiger Bohrmast verwendet wird, ergeben sich Nachteile bei der gleichmäßigen Führung eines Vorschubschlittens und in Bezug auf die Stabilität unter schwierigen Witterungsverhältnissen
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bohranlage vorzusehen, mit der ein ein schneller Transport und ein schneller Zusammen- und Abbau möglich sind und die den strengen Sicherheitsvorschriften bei Offshore-Bohranlagen, beispielsweise in Bezug auf den Norsok-Standard, Rechnung tragen. Darüber hinaus soll ein Montageverfahren für eine derartige Bohranlage vorgesehen, durch das ein schnelles und sicheres Errichten und Abbauen der Bohranlage ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Bohranlage nach Anspruch 1 und Montageverfahren nach Anspruch 7 und 11 gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Bohranlage zum Einsatz auf einer Bohrplattform mit einem, mit einem Vorschubschlitten versehenen, zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast vorgesehen, der in einer solchen Weise errichtbar ist, dass zumindest ein Segment mittels des Vorschubschlittens aufwärts bewegt wird. Dadurch kann eine Bohranlage auch auf engem Raum realisiert werden und kann das Errichten des Bohrmastes mit geringem Platzbedarf erfolgen. Aufgrund der Verwendung des Vorschubschlittens zur Aufwärtsbewegung kann auf eine Krananlage zur Errichtung des vollständigen Bohrmastes verzichtet werden und können somit Kosten eingespart werden.
Es wird bevorzugt, dass das mittels des Vorschubsschlittens aufwärts bewegbare Segment zumindest eine Zahnstange zum Eingriff mit dem Vorschubschlitten aufweist. Dadurch kann mit geringem mechanischem Aufwand unter Verwendung von zum Beispiel Zahnrädern am Vorschubschlitten die Aufwärtsbewegung des Segmentes erfolgen und kann somit auf zusätzliche Einrichtungen zur Errichtung des Bohrmastes verzichtet werden.
Der Bohrmast kann an einem Unterbau angebracht sein und zumindest ein Segment vor der Aufwärtsbewegung mittels des Vorschubschlittens in den Unterbau einbringbar sein. Somit ist die erfindungsgemäße Bohranlage nicht nur bei einem Vorsehen des Bohrmastes oberhalb eines Extra-Zwischendecks einsetzbar, sondern kann auf einer bestehenden Bohrplattform ein Unterbau vorgesehen werden, in dem das Segment vor seiner Aufwärtsbewegung einbringbar ist. Somit bedarf es zur Errichtung des Bohrmastes lediglich der Grundfläche des Unterbaus.
Der Unterbau kann eine Aussparung ausweisen, in die ein Mastsegment einbringbar ist und oberhalb von der das Mastsegment am Unterbau befestigbar ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass sich bereits beim Einbringen des Mastsegmentes dieses unterhalb der späteren Position befindet und ein Verschieben des Vorschubschlittens zusammen mit dem Mast zum vollständigen Errichten des Bohrmastes vermieden wird. Der erfindungsgemäße Bohrmast weist bevorzugt vier Mastsegmente auf, von denen zumindest drei durch den Vorschubschlitten aufwärts bewegbar sind. Diese Unterteilung des Mastes ermöglicht es, dass eine einfache Transportierbarkeit des Bohrmastes, beispielsweise mit einer Massenbegrenzung von bzw. gleich 25 Tonnen, stärker bevorzugt 22 Tonnen, bzw. 17 Tonnen, 15 Tonnen und am stärksten bevorzugt 11 Tonnen umgesetzt werden kann und neben einer einfachen Montage des Bohrmastes ein einfacher Transport der Bohrsegmente zur Bohrplattform umsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird ein Montageverfahren für einen zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast vorgesehen, das die Schritte aufweist: Fixieren eines Vorschubschlittens, Vorsehen eines Mastsegment unterhalb des Vorschubschlittens und Aufwärtsbewegen des Mastsegments durch den Vorschubschlitten. Auf diese Weise ist ein einfaches Montageverfahren für den Bohrmast bei geringem Platzbedarf und ohne zusätzliche Einrichtungen umsetzbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Montageverfahren wird bevorzugt, dass vor dem Vorsehen des nachfolgend als zweites Mastsegment bezeichneten Mastsegments ein erstes Mastsegment am Vorschubschlitten angebracht wird. Dieses Mastsegment kann auf beliebige Art am Vorschubschlitten angebracht werden, beispielsweise durch eine Krananlage, die aufgrund der geringen Höhe des Mastsegments nur eine geringe Höhe aufweisen muss und nur eine geringe Tragkraft haben muss. Das erste Segment kann auch auf beliebige Art zum Vorschubschlitten geführt werden. Dadurch lässt sich ein einfacher Zusammenbau bei geringem Platzbedarf umsetzen.
Es wird bevorzugt, wenn der Bohrmast an einem Unterbau montiert wird und vor dem Schritt des Fixierens des Vorschubschlittens der Unterbau vorgesehen wird, an dem der Bohrmast anschließend fixiert wird. Auf diese Weise kann alternativ zum Vorsehen eines Bohrmastes oberhalb eines Extra-Zwischendecks ein Unterbau vorgesehen werden, so dass die Montage des Bohrmastes komplett oberhalb der Bohrplattform erfolgen kann. Somit kann eine Vielzahl an konstruktiven Besonderheiten der Bohrplattform Rechnung getragen werden. Das Aufwärtsbewegen des Mastsegments kann über zumindest an einem Mastsegment angebrachte Zahnstangen ausführbar sein. Somit kann durch einfache mechanische Kraftübertragungseinrichtungen ein Errichten des Mastes umgesetzt werden.
Der Unterbau ist vorzugsweise in Bezug auf die Bohrplattform verschiebbar. Somit kann auch ein mobiler Bohrmast mit einem einfachen und platzsparenden Errichtungsvorgang aufgebaut werden.
Erfindungsgemäß wird ein Montageverfahren vorzugsweise als Weiterführung des vorstehend beschriebenen Montageverfahrens für einen zumindest zwei Etagen aufweisenden Unterbau einer Bohranlage vorgesehen sein, bei der der Unterbau in Bezug auf die Bohrplattform verschiebbar ist und bei dem der Unterbau etagenweise aus Einzelelementen zusammengebaut wird, deren jeweilige Masse ein Massengrenzwert von unterhalb von bzw. gleich 25 Tonnen, vorzugsweise 11 Tonnen nicht überschreitet. Der modulare Aufbau im Zusammenhang mit einem einfachen Errichtungsverfahren für den Bohrmast erlaubt ein kostengünstiges Zusammensetzen der Bohranlage und vorzugsweise gleichzeitig einen platzsparenden und kostengünstigen Errichtungsvorgang für den Bohrmast.
Darüber hinaus wird bevorzugt, dass der Unterbau etagenweise zusammen mit einer gemeinsamen mit dem Unterbau in zumindest eine Richtung gemeinsam verschiebbaren hydraulischen Versorgungseinrichtung zusammengebaut wird. Das etagenweise Errichten ermöglicht einen schnellen Errichtungsvorgang für die Bohranlage, da gleichzeitig an unterschiedlichen Abschnitten im Unterbau bzw. in der hydraulischen Versorgungseinrichtung Arbeiten ausgeführt werden können. Statt oder in Ergänzung zur hydraulischen Versorgungseinrichtung können auch Spülungspumpen und/oder eine Spülungsaufbereitungseinrichtung und/oder der Spülungstank zusammen mit dem Unterbau verschiebbar sein. Somit kann eine kompakte Anlage umgesetzt werden, bei der wichtige Funktionselemente auch bei einer Verschiebung des Bohrmastes den gleichen Standort zum Bohrmast behalten.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Figur 1 eine Bohrvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
Figur 2 eine schräge Draufsicht von links der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt,
Figur 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Bohranlage zeigt,
Figur 4 eine Ansicht von links auf die erfindungsgemäße Bohranlage zeigt,
Figur 5 eine Ansicht von vorn auf die erfindungsgemäße Bohranlage zeigt,
Figur 6 einen Ausschnitt einer Ansicht von links der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt,
Figur 7 einen Ausschnitt der Draufsicht auf die erfindungsgemäße Bohranlage zeigt,
Figur 8 eine Ansicht des oberen Mastendes mit Topdrive und Führung für die Schleppkette der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt,
Figur 9 einen Ausschnitt der Vorderansicht auf die erfindungsgemäße Bohranlage zeigt,
Figur 10 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts auf der Vorderansicht der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt, Figur 11A eine Ansicht von links auf die Spülungsaufbereitung und die Hydraulikaggregate zeigt, Figur 11 B eine Draufsicht auf Spülungsaufbereitung und die Hydraulikaggregate zeigt, Figur 11 C eine Schnittansicht an der Linie A-A aus Figur 11A zeigt, Figur 11 D eine Schnittansicht an der Linie B-B aus Figur 11A und Figur 11E eine Schnittansicht an der Linie C-C in Figur 11A zeigt,
Figur 12A eine Schnittansicht durch einen Generator der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt, Figur 12B eine geschnittene Draufsicht auf die Generatoren der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt, Figur 12C eine Schnittansicht an der Linie D-D der Generatoren zeigt und Figur 12D eine Schnittansicht an der Linie E-E in Figur 12B der Generatoren der erfindungsgemäßen Bohranlage zeigt,
Figur 13 eine perspektivische Draufsicht auf den Unterbau von links hinten zeigt,
die Figuren 14A-D Montageschritte zum Errichten des Unterbaus, der Spülungsaufbereitung und der Hydraulikaggregate zeigt,
die Figuren 15A-C Schritte im Montageverfahren für den Bohrmast zeigen,
die Figuren 16A-D Schritte zum Montieren des Pipehandlers, der Kräne und des Racks für die Bohrstangen zeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Offshore-Vertikal-Tiefbohranlage entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 in der Schrägansicht von links gezeigt.
Die Offshore-Vertikal-Tiefbohranlage 20 befindet sich auf einer Unterstruktur, z.B. auf einer Bohrplattform 22, die, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, einen beispielsweise durch Stützen 24 erhöhten Bohrplattformabschnitt 26 haben kann. Die Bohrplattform 22 weist eine Längsrichtung X und eine Querrichtung Y auf. Parallel zur Anordnung der Bohrlöcher befinden sich vorzugsweise 2 Führungsschienen 28a und 28b. Auf den Führungsschienen 28a, 28b befinden sich die Bohreinheit 32 und die Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34. Die Einheiten 32 und 34 sind auf den Führungsschienen 28a, 28b in Querrichtung Y verschiebbar ausgebildet.
Das Bohrmodul 32 ist über einen Rahmen 36 auf die Führungsschienen 28a, 28b aufgebracht, auf dem das Bohrmodul 32 in Längsrichtung X der Bohrplattform verschiebbar ist. Auf diese Weise kann die Bohreinheit über einem gewünschten Bohrloch 30 durch Verschiebung sowohl in X- als auch in Y-Richtung positioniert werden. Die Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 ist über Rahmenelemente 37a, 37b auf die Führungsschienen 28a, 28b aufgebracht.
Um unterschiedlichen Positionen der Bohrlöcher 30 Rechnung zu tragen, können die Positionen von Bohreinheit 32 und Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 vertauscht werden. In Figur 5 ist eine Vorderansicht der Bohreinheit 32 und der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 in der in Figur 2 gezeigten Position dargestellt. Bei vertauschten Einheiten 32 und 34 befindet sich im Gegensatz zu Figur 5 dann die Bohreinheit 32 auf der linken Seite, während die Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 auf der rechten Seite angeordnet ist.
Zughörig zu der Bohranlage sind der hydraulische Druckspeicher 38 für den Blow- Out-Preventer, eine elektronische Steuereinrichtung 40, elektrische Energieverteilermodule 42a, 42b und Generatoren 44a und 44b vorgesehen. Der Bohreinheit 32 und der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 wird die elektrische Energie von der elektronischen Steuereinrichtung 40 und den elektrischen Energieverteilermodule 42a, 42b zugeführt.
Figur 3 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Tiefbohranlage 20 dargestellt. Wie Fig. 3 entnehmbar ist, ändert sich bei einer Bewegung der Bohreinheit 32 und der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 auf den Führungsschienen 28, 28b in Y- Richtung der Relativabstand zu den elektrischen Energieverteilermodule 42a, 42b und der elektronischen Steuereinrichtung 40. Zur Berücksichtigung der Änderung dieses Relativabstands werden in der vorliegenden Erfindung nicht dargestellte Führungsketten zum Einsatz gebracht, so dass bei unterschiedlicher Relativposition der Einheiten 32 und 34 auf der Bohrplattform 22 eine sichere Energieversorgung von den Einrichtungen 40, 42a, 42b gewährleistet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Tiefbohranlage besteht darin, dass diese modular zusammengesetzt ist. Dabei werden Anforderungen an durch Plattformkräne zu bewegende Lasten Rechnung getragen. Beispielsweise kann die obere Grenze für alle zu transportierenden Einzelelemente, aus denen die Bohranlage zusammengesetzt ist, 20t oder 17t, 15t, 13t, oder bevorzugt 11t betragen. Das Einhalten der Maximalgrenze für die Masse der Einzelelemente bzw. Module ermöglicht es, dass mit herkömmlichen Plattformkränen die Einzelelemente für die erfindungsgemäße Bohranlage be- und entladen werden können. Darüber hinaus werden zur Verbindung der Einzelelemente mechanische Verbindungseinrichtungen für die Montage auf der Bohrplattform 22 ohne Schweißen bevorzugt.. Der Einsatz herkömmlicher Transportschiffe zum Transport der Einzelelemente ermöglicht ferner, dass die Module auch bei schwierigen Wetterlagen und stärkerem Seegang zur Bohrplattform befördert werden können.
Nachfolgend werden auch unter Bezugnahme auf die in Fig. 4 gezeigte Seitenansicht von links, die in Fig. 6 gezeigte vergrößerte Darstellung der Seitenansicht von links, die in Fig. 5 gezeigte Vorderansicht und die in den Fig. 8 bis 10 gezeigten Einzelheiten aus der Vorderansicht aus Fig. 5, auf die Draufsicht von Fig. 3 und die in Fig. 7 gezeigten Einzelheiten dieser Draufsicht aus Fig. 3 sowie unter Bezugnahme auf die Detailansichten aus Fig. 11 der Aufbau der Bohreinheit 32 und der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 erläutert.
Die Bohreinheit 32 ist in der Gesamtansicht Fig. 5 entnehmbar und weist auf dem Rahmen 36 einen Unterbau 46 auf, auf dem sich die Fig. 10 entnehmbare Arbeitsbühne 48 befindet. Oberhalb der Arbeitsbühne 48 erstreckt sich von dieser im Wesentlichen senkrecht der Bohrmast 50. Unmittelbar oberhalb der Arbeitsbühne 48 sind Windschutzelemente 52a, 52b vorgesehen
Der Unterbau 46 weist, wie es auch der Ansicht von links hinten aus Fig. 13 entnehmbar ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3 Etagen auf, die über Wendeltreppen miteinander verbunden sind. Im Unterbau 46 ist der Blow.out-Preventer 54 angeordnet Der Trip-Tank 56 ist oberhalb des Blow-out-Preventer 54 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Vorsehen des Unterbaus mit 3 Etagen und das Vorsehen von Wendeltreppen zur Verbindung der Etagen beschränkt, sondern es kann eine beliebige, an die Bohranforderungen angepasste Etagenanzahl mit auch beispielsweise einer Leiterverbindung zwischen den Etagen vorgesehen werden.
Der Bohrmast 50 weist in der in Fig. 5 gezeigten Ausführung vier Einzelsegemente 58a-d auf, die mechanisch miteinander verbunden sind. Durch die Erfinder wurde herausgefunden, dass diese Unterteilung des Bohrmastes 50 in Segmente für ein Errichten auf Offshore-Plattformen von Vorteil ist. Einzelheiten zum Montageverfahren des Bohrmastes werden weiter unten näher ausgeführt.
Am Bohrmast 50 sind in seiner Längsrichtung Z Zahnstangen 59 und Laufschienen angebracht, an denen ein in Fig. 8 näher gezeigter Vorschubschlitten 60 in Längsrichtung Z verfahrbar ist, Dabei wird zumindest ein Zahnrad am Vorschubschlitten 60 durch zumindest einen Vorschubmotor angetrieben. Ferner sind am Vorschubschlitten Haltebremsen ausgebildet, über die der Vorschubschlitten 60 am Bohrmast 50 ortsfest angeordnet werden kann. Der Vorschubschlitten 60 weist ferner einen Drillmotor 62 mit Aufnahmevorrichtung 8 zum Anbringen der Bohrstangen sowie einen Stabschaft 65 mit angebrachtem Elevator 64 auf. Dieser Stabschaft 65 dient zum schnellen Entfernen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch und erneuten Einbringen von diesem bis auf die bereits gebohrte Tiefe. Während des Bohrvorgangs, bei dem das Drehmoment vom Drillmotor 62 über die Aufnahmevorrichtung 8 auf den im Bohrloch befindlichen Bohrkopf aufgebracht wird, wird der Stabschaft 65 mit dem Elevator 64 weggeschwenkt.
Die Leitungen zur Versorgung des Drillmotors 62 und Vorschubschlittens 60 sind an einem Führungselement 70 befestigt, das sich bei am Bohrmast 50 oben befindlichem Vorschubschlitten 60 über das obere Segment 58a des Bohrmastes hinaus erstreckt. Wie es der in Fig. 4 gezeigten Ansicht von links entnehmbar ist, weist das Führungselement 70 ein Segment mit einer Längserstreckung in Längsrichtung X auf, wodurch mehrere Hydraulikleitungen für den Drillmotor 62 nebeneinander nur mit geringer gegenseitiger Beeinflussung gehalten werden können.
Wie es den Fig. 9 und 10 entnehmbar sind, sind am Bohrmast 50 benachbart zur Arbeitsbühne 48 eine Bohrstangenhandhabevorrichtung 66 und eine Verschraubeinrichtung 68 vorgesehen. An der Arbeitsbühne 48 ist ein nicht dargestellter Keil bzw. ein Keilsystem befestigt, über die/das die bereits in das Bohrloch eingebrachten Bohrstangen während des Verschraubens gehalten werden können. Zum Anbringen einer weiteren Bohrstange wird diese über die Bohrstangen- Handhabevorrichtung 66 senkrecht über der in das Bohrloch eingebrachten Bohrstange angeordnet und vermittels der Verschraubeinrichtung 68 verschraubt. Die verschraubten Bohrstangen werden dann über den Drillmotor 62 am Vorschubschlitten 60 angetrieben, so dass die über die Bohrstangen-Handhabevorrichtung 66 angebrachte Bohrstange in das Bohrloch einbringbar ist. Die Verwendung der Bohrstangen-Handhabevorrichtung 66 wird detaillierter weiter unten dargestellt.
Das Anbringen der Bohrstangen wird über eine Steuerkabine 72, die benachbart zur Arbeitsbühne 48 vorgesehen ist, überwacht. Die Steuerkabine 72 weist bevorzugt zwei Arbeitsplätze auf, über die die gleichen Bedienaufgaben umsetzbar sind. Diese Redundanz weist auf einen zweiten, optional erzielbaren Vorteil der Erfindung hin, dass bevorzugt zumindest zentrale Einrichtungen bei der erfindungsgemäßen Offshore- Vertikal-Tiefbohranlage 20 redundant vorgesehen sind, so dass bei dem Ausfall von einer Einrichtung über die zweite Einrichtung mit identischer Grundfunktion der Betrieb der Tiefbohranlage aufrecht erhalten werden kann. Auf diese Weise wird eine hohe technische Gesamtverfügbarkeit der Bohranlage erreicht, was insbesondere bei Offshore-Anlagen von Vorteil ist, wo einmal notwendige Reparaturen immer mit einem großem Zeit- und Kostenaufwand verbunden sind.
Nun wir die Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 auch in Bezug zur Bohreinheit 32 näher erläutert.
Wie es der Vorderansicht in Fig. 9, der Ansicht von links aus Fig. 11A und der geschnittenen Draufsicht in Fig. 11E entnehmbar ist, sind auf den zwei nebeneinander in einem vorbestimmten Abstand a angeordneten, im Wesentlichen rechteckigen Rahmenelementen 37a, 37b, die sich jeweils in der Längsrichtung X der Bohrplattform 22 erstrecken, vier Quermodule 74a-d vorgesehen, die parallel angeordnet sind. Jedes dieser Quermodule 74a-d weist einen jeweiligen Rahmen 75a-d auf, in den eine jeweilige Spülpumpe 76a-d mit Getriebe eingebracht ist.
Herkömmlicherweise werden weniger als 4 Spülpumpen bei einer Vertikalbohranlage eingesetzt. Im vorliegenden Fall hat es sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, vier Spülpumpen zu verwenden. Aufgrund der von den Erfindern vorgeschlagenen Massenbeschränkung für die Einzelelemente wird jeder der Rahmen 75a-d einzeln und jede der Spülpumpen 76a-d transportiert. Dabei werden die Spülpumpen mit Getriebe vorzugsweise so ausgewählt, dass die jeweilige Pumpenmasse unterhalb der Massenbeschränkung, beispielsweise 11t liegt. Mit dem Vorsehen von vier Spülpumpen kann darüber hinaus das Konzept der Erfinder, die Einrichtungen bei der Bohranlage redundant auszubilden, umgesetzt werden.
Auf die vier Quermodule 74a-d sind in Längsrichtung X zwei Längsmodule 78a, 78b aufgebracht, in denen sich die Tanks für die Bohrspülung befinden. Eine Schnittansicht der Tanks ist in Fig. 11 D mit dem Schnitt B-B in Fig. 11 A wiedergegeben. Auch hier wird die redundante Ausbildung der Einrichtungen bevorzugt. Ferner ist das Vorsehen von zwei Tanks mit unterschiedlichem Fassungsvermögen im Längsmodul 78a und von drei Tanks im Längsmodul 78b nur beispielhaft und es kann eine beliebige Tankkonfiguration, die mit den Spülpumpen 78a-d abgestimmt ist, in den Längsmodulen zum Einsatz gelangen. Die zwei Längsmodule 78a, 78b haben einen Abstand b zueinander und können durch eine Brücke miteinander verbunden sein. Der Abstand b ist durch sicherheitstechnische Überlegungen bedingt. Andrerseits soll eine kompakte Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 vorgesehen sein.
Auf den Längsmodulen 78a, 78b befinden sich zwei Längsmodule 80a, 80b. Im Längsmodul 80a befindet sich, wie es der Schnittansicht A-A in Fig. 11 C entnehmbar ist, die Siebeinheit, während im Längsmodul 80b die Hydraulikaggregate 82, 84 für den Drillmotor 62, genauer gesagt zum Rotieren und zum Verfahren von Aufnahmevorrichtung 8 und Vorschubschlitten 60, vorgesehen sind. Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 ist jedoch nur ein Beispiel und es kann eine beliebige Abwandlung hinsichtlich der Anzahl und der Funktion der Module bzw. Einzelelemente dieser Einheit 34 vorliegen. Zwar ist es unter energetischen Gesichtspunkten günstig, die Hydraulik für den Vorschubschlitten 60 in den obersten Modulen vorzusehen. Doch auch diese kann an beliebiger Stelle in der Einheit 34 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die Spülungsaufbereitung stationär auf der Bohrplattform 22 ausgebildet sein.
In der Ansicht von links in Fig. 6 sind die Brücken 87 wiedergegeben, über die die Quermodule 74a-d und die Längsmodule 78a-d zugänglich sind.
Das gemeinsame Vorsehen und das gemeinsame Bewegen der Bohreinheit 32 und der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 stellt einen Unterschied zu herkömmlichen stationären Onshore-Tiefbohranlagen dar, bei denen die Tankanlage, die Spülpumpen und die Hydraulikaggregate zum Antrieb des Topdrives zumindest teilweise stationär in Bezug auf die Bohrplattform 22 untergebracht sind.
Den Hydraulikaggregaten in der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 wird die elektrische Energie von den elektrischen Energieverteilermodule 42a, b und den Generatoren 44a, 44b zugeleitet. Auch ist es möglich, dass Steuersignale für die Hydraulikaggregate in der elektronischen Steuereinheit 40 erzeugt werden und der Einheit 34 zugeführt werden.
Auch die elektrischen Energieverteilermodule 42a, b, die Generatoren 44a, 44b und die elektronische Steuereinheit 40 sind entsprechend der Masseeinschränkung für Einzelelemente der Bohranlage konstruiert. Dieses ist beispielhaft unter Bezugnahme auf einen Generator 44a in den Fig. 12A bis 12D gezeigt, wobei Fig. 12A eine geschnittene Seitenansicht des Generators 44a darstellt, Fig. 12B eine geschnittene Draufsicht, Fig. 12C eine Schnittansicht an der Linie D-D in Fig. 12A und Fig. 12D eine Schnittansicht E-E in Fig. 12B. Herkömmlicherweise sind die Generatoren für Offshore-Anlage als einstückige Module ausgebildet. Bei der vorliegenden Erfindung wurde zum Einhalten der durch die Erfinder als vorteilhaft erkannte Massebeschränkung auf beispielsweise 11t das Generatormodul 44a in vier Module 86a-d unterteilt. Im Modul 86a sind Wärmetauscher 88 für die Wärmeübertragung von Motor-, Generator-, Diesel- und Restwärme und ein Kraftstofftank 90 vorgesehen. Im Modul 86b befindet sich der Antriebsmotor für den Generator, der ebenfalls so bemessen ist, dass dieser zumindest ohne den Rahmen des Moduls 86b die festgelegte Massengrenze von beispielsweise 11t nicht überschreitet. Es wird vorzugsweise ein Antriebsmotor mit einer Leistung oberhalb von 1000 kW bevorzugt.
Da, wie es Fig. 5 entnehmbar ist, vier Generatoren 44a-d zum Einsatz kommen können, wird somit die Mindestleistung der Generatoren über 4000 kW liegen. Es kann jedoch eine beliebige andere, an die notwendigen Bohrarbeiten angepasste Leistung mit einer beliebigen Anzahl von Generatoren vorgesehen werden. Auch die Generatoren sind bevorzugt redundant ausgebildet, so dass bei Havariefällen das Bohrloch mit verringerter Leistung gesichert werden kann.
Im Modul 86c befindet sich der Generator mit entsprechender Wärmeabführung, während das Modul 86d eine Eingangsschleuse 92 und ein Steuerungsfeld 94 aufweist. Durch diese modulartige Ausgestaltung ist eine Zerlegung in Funktionsblöcke bei gleichzeitiger Sicherstellung einer an die Anforderung von Offshore-Plattformen angepassten Leistung des Generators erfolgt.
In den elektrischen Energieverteilermodule 42a, b, die ebenfalls im Hinblick auf die Massenbeschränkung modular ausgebildet sind, befinden sich elektrische Einrichtungen, um an entsprechenden Anschlüssen die elektrischen Abnehmer der Bohranlage zu speisen, beispielsweise befinden sich dort die Frequenzumrichter für die Hydraulikpumpen in der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 und die Leistungsschalter. Durch die elektronische Steuereinheit 40 werden die Steuersignale für den Bohrprozess zur Verfügung gestellt und die Signalaufbereitung von und zur Steuerkabine 72 vorgenommen.
In Fig. 2 nicht dargestellt ist die Kraftstofftankanlage zu Versorgung der Generatoren. Der Kraftstoff, vorzugsweise Diesel, in den Kraftstofftanks 90 ist lediglich als Tagesreserve vorgesehen. Beispielsweise können Dieseltanks auf der Energieerzeugungsplattform 26 zwischen der Bohreinheit 32 und dem elektrischen Energieverteilermodul 42b vorgesehen sein.
An der Arbeitsbühne 48 ist an der zum Windschutz 52a entgegengesetzten Seite und benachbart zum Windschutz 52b und der Steuerkabine 72 ein Bohrstangen-Rack 96 befestigt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Auf diesem Bohrstangen-Rack 96 befinden sich die Bohrstangen, die an das Bohrloch unmittelbar einzubringen sind. In den Zeichnungen nicht dargestellt ist ein Bohrstangenlager, auf dem eine größere Anzahl an Bohrstangen als auf dem Bohrstangen-Rack, vorzugsweise für eine Vielzahl an Tagen, gelagert ist.
Der Transport der Bohrstangen zwischen dem nicht dargestellten Bohrstangenlager und dem Bohrstangen-Rack erfolgt über einen Kran 100, der vorzugsweise um 360° verschwenkbar ist und der ein Befüllen des Bohrstangen-Racks bei unterschiedlichen Relativpositionen der Bohreinheit 32 auf den Führungsschienen 28a, 28b gestattet. Durch die unter Bezugnahme auf Fig. 10 bereits erläuterte Bohrstangen-Handhabevorrichtung 66 erfolgt die Aufnahme der in Fig. 9 waagerecht auf dem Bohrstangen-Rack 96 befindlichen Bohrstangen 98, die senkrechte Ausrichtung von diesen und das Verschrauben von diesen vermittels der Verschraubeinrichtung 68 mit dem durch das Keilsystem in Bezug auf die Bohrplattform gehaltenen Bohrgestänge im Bohrloch.
An der Arbeitsbühne 48 ist ferner ein Inspektions- und Wartungskran 102 befestigt, an dem ein Mannkorb 104 anbringbar ist. Auf diese Weise kann das Wartungspersonal schnell zu den gewünschten Orten gelangen. Wie es Fig. 2 und 6 ferner entnehmbar ist, ist auf der Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 eine Zugangsplattform 106 mit Treppe 108 vorgesehen, über die die Einheit 34 zugänglich ist. Die Zugangsplattform 108 ist über eine Treppe 110 mit einem Zugang zur Steuerkabine 72 verbunden. Die Treppe 108 ist bevorzugt so angeordnet, dass sich bei einem Verfahren der Einheiten 32 und 34 über die gesamte Länge der Führungsschienen 28a, 28b die Treppe 108 am Kran 100 für die Bohrstangen vorbeibewegen kann. Alternativ dazu kann auch ein zeitweiliges Entfernen des Krans 100 stattfinden, um die Einheiten 32, 34 zu verfahren. Wenn der Einsatz der erfindungsgemäßen Tiefbohranlage nur in einem bestimmten Bereich der Führungsschienen 28a, 28b gewünscht ist, kann der Installationsort von Treppe 106 und Plattform 108 entsprechend angepasst sein.
Wie es insbesondere Fig. 6 entnehmbar ist, sind die Brücken 87 und die Plattform 106 mit zugeordneten Treppen einerseits so ausgebildet, dass eine Bewegung über die gewünschte Streckung in Querrichtung Y möglich ist, ohne mit Einrichtungen an oder auf der Plattform zu kollidieren. Andrerseits stellt die Anordnung der Treppen sicher, dass die Einheiten 32, 34 ständig zugänglich sind.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 14A bis D, 15A bis D und 16A bis D wird nun ein Montageverfahren für die erfindungsgemäße Tiefbohranlage erläutert.
Wie es aus Fig. 14A hervorgeht wird nach dem Vorsehen der Führungsschienen 28a, 28b auf dieser der Rahmen 36 für die Bohreinheit 32 und die Rahmenelemente 37a, 37b für die Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 34 aufgebracht. Anschließend werden, wie es aus Fig. 14B hervorgeht, auf den Rahmen 36 die erste Etage des Unterbaus 46 sowie auf die Rahmenelemente 37a, 37b die Quermodule 74a-d mit den Spülpumpen 76a-d aufgebracht und mit dem Rahmen 36 bzw. dem jeweiligen Rahmenelement 37a, 37b mechanisch verbunden. Nun wird die zweite Etage des Unterbaus 46 auf die erste Etage aufgebracht und die Längsmodule 78a, 78b mit den Spültanks auf die Quermodule 74a-d aufgebracht und mit diesen mechanisch verbunden. In dem in Fig. 14C gezeigten Schritt werden die zwei Längsmodule 80a, 80b mit den Hydraulikaggregaten und den Siebeinheiten auf die Längsmodule 78a, 78b aufgebracht und mit diesen verbunden sowie die dritte Etage des Unterbaus 46 vorgesehen. Wie es aus Fig. 14D hervorgeht, wird die Arbeitsbühne 48 auf der dritten Etage des Unterbaus 46 befestigt und die Steuerkabine 72 mit entsprechendem Zugang vorgesehen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird der Bohrmast 50 segmentweise durch Aufwärtsschieben am Vorschubschlitten 60 errichtet. Dieses Vorgehen ermöglicht eine sichere Offshore-Errichtung in kurzer Zeit.
Zum Umsetzen dieses Verfahrens ist im Unterbau 46 an der Seite, an der sich oberhalb des Unterbaus später der Mast erstrecken soll, eine Ausnehmung 112 mit an den Mast angepasstem, vorzugsweise rechteckigem Querschnitt im gezeigten Ausführungsbeispiel über alle drei Etagen des Unterbaus 46 vorgesehen. Durch diese Ausnehmung 112 wird ermöglicht, dass die in Fig. 5 gezeigten Mastsegmente 58a-e einzeln im Unterbau eingeschoben werden können und von unten durch die Arbeitsbühne 48 ausgeschoben werden können. Um ein Errichten mit Hilfe des Vorschubschlittens 60 umzusetzen, wird der Vorschubschlitten 60 in einem in Fig. 15A gezeigten ersten Schritt an einer Befestigungseinrichtung 114 in einer solchen Weise waagerecht befestigt, dass die Ausrichtung den Schlittens in Richtung der X- und Y- Richtung (siehe Fig. 2) der späteren Ausrichtung am Bohrmast 50 entspricht.
Die Befestigungseinrichtung 114 weist zwei Vertikalstreben 115a, b zur Aufnahme des Vorschubschlittens 60 und zwei Stützstreben 116a, b zum in Y-Richtung versetzten Abstützen der Vertikalstreben 115a, b auf. Die Vertikalstreben 115a, b sind über in den Fig. nicht gezeigte Verbindungsstreben aneinander befestigt.
In einem zweiten, in Fig. 15B gezeigten Montageschritt zum Errichten des Bohrmastes 50 wird das oberste Mastsegment 58a an dem Vorschubschlitten 60 in einer solchen Weise befestigt, dass die untere Fläche des Mastsegmentes 58a in ausreichender Höhe angeordnet ist. Anschließend wird das zweite Mastsegment 58b in die Aussparung 112 des Unterbaus 46 eingebracht und am obersten Mastsegment 58a befestigt. Nun kann der Vorschubschlitten 60 das zweite Mastsegment 58b nach oben schieben, wie es in Fig. 15C gezeigt ist, bis die untere Fläche des zweiten Mastsegments 58b passend angeordnet ist. In gleicher weise wie das zweite Mastsegment 58b können nun, wie es in Fig. 15D gezeigt ist, das dritte und vierte Mastsegment 58c, 58d über die Aussparung 112 eingesetzt und den Vorschubschlitten 60 nach oben verschoben werden.
Der Vorteil des vorstehend genannten Errichtungsverfahrens besteht darin, dass der Bohrmast 50 mit dem Vorschubschlitten 60 selbst errichtend ist und keine speziellen Krananlagen zum Errichten des Bohrmasts vorgesehen werden müssen. Das Aufwärtsschieben der Bohrmastsegmente wird platzsparend ausgeführt und kann in kurzer Zeit abgeschlossen sein.
Zur weiteren Montage der Tiefbohranlage werden nun in dem in Fig. 16A gezeigten Schritt der Vorschubschlitten 60 am Bohrmast 50 nach oben verschoben und es wird die Bohrstangen-Handhabevorrichtung 66 an der Arbeitsbühne 48 vorgesehen. Dann wird entsprechend Fig. 16B das Bohrstangen-Rack 96 unterhalb der Handhabevorrichtung 66 an der Bohreinheit 32 befestigt und entsprechend Fig. 16C der Kran 100, der Inspektions- und Wartungskran 102 sowie der Windschutz 52a, b, so dass entsprechend Fig. 16D die Bohrstangen 98 auf das Bohrstangen-Rack 96 aufbringbar sind.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Reihenfolge des Vorsehens der entsprechend den Fig. 16A bis D beschränkt, sondern es kann eine beliebige Reihenfolge bei der Montage realisiert werden.
Auch ist die Erfindung nicht auf das etageweise Errichten beider Module 32 und 34 in den Fig. 14A bis D beschränkt, sondern die Module können beispielsweise auch nacheinander etageweise errichtet werden.
Es wird eine Bohranlage zum Einsatz auf einer Bohrplattform mit einem Bohrmast vorgesehen. Diese Bohranlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrmast und/oder die Energieversorgung und/oder die Erzeugungseinrichtung für hydraulische Energie aus Einzelelementen zusammengesetzt ist, deren jeweiligen Massen ein Massengrenzwert von unterhalb von 25 Tonnen nicht überschreiten. Dadurch kann ein schneller Zusammen- und Abbau der Bohranlage ermöglicht werden. Eine Anlage aus Bohrmast und Unterbau lässt sich dabei beispielsweise in zwei oder drei Tagen auf- bzw. abbauen. Als Einzelelemente werden nachfolgend bevorzugt diejenigen Elemente bezeichnet, die zusätzlich beispielsweise auf eine existierende Bohrplattform aufgebracht werden können und die ohne Schweißen, vorzugsweise form- oder kraftflüssig, stärker bevorzugt durch ein Schnellverbindersystem, wie zum Beispiel ein semi automated twist lock bzw. einen Stubverschluß verbindbar sind, um die notwendige Funktion umzusetzen. Mit der Bohranlage werden bevorzugt Gestänge in ein Bohrloch eingeführt, wobei das Bohren mit Einzelbohrstangen bevorzugt ist. Auch kann mit der Bohranlage ein Loch hergestellt und ein Gestänge eingebracht werden oder ein Gestänge in ein bestehendes Loch eingebracht werden. Die Erfindung kann jedoch auf beliebige Bohrverfahren angewendet werden. Die Bohrplattform ist bevorzugt eine Offshore-Bohrplattform, wobei diese beispielsweise auf dem Meeresboden abgestützt sein kann oder schwimmfähig sein kann. Darüber hinaus kann der Bohrmast an einem Unterbau angebracht sein oder es kann ein ExtraZwischendeck unterhalb des Bohrmastes vorgesehen sein. In dem Platz unterhalb des Bohrmastes ist dann der Blow-out-preventer vorgesehen.
Die Bohranlage kann einen Unterbau aufweisen, an dem der Bohrmast angebracht ist und der zusammen mit dem Bohrmast auf der Bohrplattform zumindest in eine Richtung gemeinsam verschiebbar ist. Dadurch kann eine erhöhte Mobilität des Bohrmastes in Anpassung an einzubringende oder bestehende Bohrlöcher umgesetzt werden. Darüber hinaus kann der Bohrmast mit einem Vorschubschlitten versehen sein, an dem vorzugsweise ein Rotationsantrieb vorgesehen ist und der über einen hydraulischen und/oder elektrischen Antrieb antreibbar ist, der gemeinsam mit dem Unterbau und dem Bohrmast verschiebbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte Baueinheit umsetzen, an der Funktionselemente zur Vornahme des Bohrvorgangs nahe am Bohrmast vorgesehen sind.
Mit dem Bohrmast kann eine hydraulische Versorgungseinrichtung gemeinsam verschiebbar sein, über die beispielsweise ein Vorschubschlitten und/oder eine Bohrstangen-Handhabevorrichtung speisbar ist. Auf diese Weise kann ein Energieverlust verringert werden und kann die gesamte Bohranlage kompakt umgesetzt werden. Mit dem Bohrmast kann ferner eine Aufnahmeeinrichtung für Bohrstangen und/oder sonstigen Bohrzubehör gemeinsam verschiebbar sein. Dadurch verringern sich die Wege zum Einbringen des Bohrgestänges in das Bohrloch und kann Energie gespart werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführung beträgt die Hakenlast am Vorschubschlitten zumindest 200 amerikanische Tonnen, vorzugsweise ungefähr 400 amerikanische Tonnen. Unter „amerikanischer Tonne" wird die mit tn.sh. abgekürzte Maßeinheit der Masse "short ton" angesehen, wobei eine tn.sh. 907,1874 Kilogramm entspricht. Somit kann eine hohe Hakenlast bei einer kompakten Gestaltung der Bohranlage realisiert werden und kann dennoch eine gute Beweglichkeit des Bohrmastes sichergestellt werden.
Der Unterbau hat bevorzugt eine Grundfläche von größer gleich 6m x 6m und kleiner bzw. gleich 12m x 12m. Ein Unterbau mit einer derartigen Grundfläche lässt sich einfach bewegen und auch in einem Rahmen in einer Richtung bewegen, während der Rahmen in einer Richtung senkrecht zu dieser ersten Bewegungsrichtung verschiebbar ist. Auf diese Weise kann auch die Bohranlage bei Bohrlöchern eingesetzt werden, nahe denen Hindernisse angeordnet sind.
Darüber hinaus kann eine Bohrstangen-Handhabeeinrichtung vorgesehen sein, die mit dem Bohrmast gemeinsam verschiebbar ist. Dadurch kann unabhängig von der Position des Bohrmastes durch die Bohrstangen-Handhabeeinrichtung die Bohrstange in das Bohrloch eingebracht werden bzw. aus diesem entfernt werden.
Bei der Bohranlage wird bevorzugt, dass die Bohranlage ortsfest in Bezug auf die Bohrplattform zumindest einen Generator und eine elektrische Einrichtung zum Bereitstellen der Energie aufweist. Diese Energie kann sowohl für elektrische Einrichtungen als auch für hydraulische Einrichtungen, wie zum Beispiel Spülungspumpen, vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Energieerzeugung getrennt vom Bohrmast, der auch verschiebbar ausgeführt sein kann, vorgesehen werden und somit den Energieaufwand zum Verschieben verringert werden und eine sichere Energieerzeugung in einer stationären Anordnung umgesetzt werden. Darüber hinaus kann bevorzugt werden, dass die stationären und/oder die mobilen Bestandteile der Bohranlage zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Einzelelementen zusammengesetzt sind, deren jeweilige Masse den genannten Massengrenzwert nicht überschreitet. Somit kann die Bohranlage mit bestehenden Krananlagen auf Plattformen in kurzer Zeit aufgebaut werden. Beispielsweise sind ein Aufbau und eine Inbetriebnahme der gesamten Anlage beispielsweise in sieben oder zehn Tagen möglich. Bei bisherigen Anlagen mit wesentlich größeren Modulen, beispielsweise einem wesentlich schwereren, massiven Bohrmast, sind derartige kurze Aufbau- bzw. Abbauzeiten nicht realisierbar gewesen. Die Einzelelemente können bevorzugt ohne Schweißen miteinander verbunden werden, um auch dem Explosionsschutz auf der Bohrplattform Rechnung zu tragen. Die genannte form- bzw. kraftschlüssige Verbindung ist zu bevorzugen. Der Massengrenzwert beträgt vorzugsweise 22 Tonnen, stärker bevorzugt 17 Tonnen oder 15 Tonnen und beträgt vorzugsweise 11 Tonnen. Diese Werte erlauben den Erfindern die vorstehend genannte kurzen Aufbau- bzw. Abbauzeit für die Bohranlage umzusetzen. Dieser Wert wird auch durch die Hubkraft der daraufbestehenden Bohrplattform vorhandenen Kräne beeinflusst, wobei mit den genannten Werten der Einsatz der Bohranlage auf eine Vielzahl von Bohrplattformen ermöglicht wird.
Der Bohrmast kann auf einem Rahmen in eine erste Richtung verschiebbar und der Rahmen kann auf der Bohrplattform in eine zweite Richtung verschiebbar sein, die zur ersten Richtung im Wesentlichen rechwinklig verläuft. Dadurch ist eine Zweiteilung in Bohrmast und Versorgungsanlagen möglich und kann eine schnelle Verschiebbarkeit des Bohrmastes umgesetzt werden.
Bevorzugt ist der Bohrmast auf den Rahmen in die erste Richtung ohne hydraulische Versorgungseinrichtung verschiebbar und in die zweite Richtung zusammen mit der hydraulischen Versorgungseinrichtung verschiebbar. Dadurch lässt sich der Energieaufwand zum Verschieben in die erste Richtung minimieren und auch ein schnelles Verschieben des Bohrmastes in die erste Richtung umsetzen. Bei der Bohranlage kann die hydraulische Versorgungseinrichtung in Bezug auf die zweite Richtung alternativ an entgegengesetzten Seiten des Bohrmastes angeordnet werden. Dadurch kann auf konkrete Gegebenheiten der Bohrplattform reagiert werden und können auch Bohrlöcher nahe Hindernissen bedient werden und gleichzeitig ein gemeinsames Verfahren einer hydraulischen Versorgungseinrichtung mit dem Bohrmast umgesetzt werden. Eine derartig flexible Anordnung ermöglicht kurze Einsatzzeiten der Bohranlage auf den Bohrplattformen. In Kombination mit den kurzen Auf- bzw. Abbauzeiten können kurzzeitige Einsätze realisiert werden.
Der Unterbau kann die Höhe von zumindest 2, vorzugsweise 3 Standardcontainern aufweisen, wodurch Standardmaße auch bei der Errichtung des Unterbaus umsetzbar sind.
Der Einsatz der Bohranlage bei einer Offshore-Bohrplattform ist von besonderen Vorteilen, da der Transport von Einzelelementen zu einer derartigen Bohrplattform durch Witterungseinflüsse, die Transportkapazität von Schiffen und die Tragkraft von Kränen entweder auf den Transportschiffen oder auf der Bohrplattform mitbestimmt wird. Standardmaße und die Gewichtsbeschränkung, die bevorzugt auf eine Vielzahl von Einzelelementen angewendet wird, ermöglicht auch den Transport und das Be- bzw. Entladen von Transportschiffen bei ungünstigen Witterungsverhältnissen.
Die Funktionselemente zum Ansteuern, zum Versorgen und zum Betreiben eines Bohrgerätes und/oder der Peripherie sind zumindest teilweise redundant ausgebildet. Dadurch kann die Bohranlage auch bei Ausfall von Einzelelementen noch betrieben werden und kann ein Aufgeben des Bohrloches aufgrund des Steckenbleibens, beispielsweise vom Bohrgestänge, verhindert werden. Ein derartiger Notbetrieb muss nicht mit voller Leistung erfolgen, sondern die Elemente können dahingehend angepasst sein, dass der Betrieb eines jeweiligen Funktionselements eine Grundversorgung des Bohrloches zulässt.
Die Steuereinrichtung zum Überwachen des Bohrvorgangs kann redundant ausgebildet sein, so dass auch bei Ausfall einer Bedienungsperson oder Beschädigung eines Arbeitsplatzes eine Überwachung des Bohrvorgangs möglich ist. Es wird eine Energieversorgungseinrichtung vorzugsweise für eine Bohranlage, stärker bevorzugt für eine Offshore-Bohranlage vorgesehen, bei der eine Brennkraftmaschine und der Generator in zwei Modulen vorgesehen sind und die jeweilige Masse der Brennkraftmaschine des Generators jeweils einen Massengrenzwert von unterhalb von bzw. gleich 25 Tonnen, vorzugsweise 11 Tonnen nicht überschreitet. Die Trennung von Brennkraftmaschine und Generator ermöglicht es, dass beispielsweise Generatorleistungen von beispielsweise zumindest 500 kVA umsetzbar sind und dennoch ein einfacher Transport der Einzelelemente zu Offshore- Bohrplattformen möglich ist.
Die Module können gasdicht miteinander verbindbar sein, wodurch dem Explosionsschutz Rechnung getragen wird. Optional kann ein weiteres Modul, in dem ein Wärmetauscher und ein Kraftstofftank vorgesehen sind, bei der Energieversorgungseinrichtung vorgesehen sein und ein noch weiteres Modul mit Eingangsschleuse und Steuerungsfeld vorgesehen sein. Alternativ dazu lassen sich diese Module auch in das Modul der Brennkraftmaschine und/oder des Generators integrieren. Eine derartige modulare Unterteilung ermöglicht ein striktes Beachten eines Massengrenzwertes und eine volle Funktionsfähigkeit mit hoher Leistung auf Bohranlagen, bevorzugt Offshore-Bohranlagen.
Es werden ferner Spülungspumpen, vorzugsweise für eine Bohranlage, stärker bevorzugt für eine Offshore-Bohranlage vorgesehen, zum Pumpen der Bohrspülung mit zumindest zwei, vorzugsweise vier Pumpen, deren Masse einen Massengrenzwert von unterhalb von 25 Tonnen, vorzugsweise 11 Tonnen nicht überschreiten, vorgesehen. Dadurch kann eine redundante Ausbildung der Pumpen umgesetzt werden, was einen Notbetrieb der Anlage auch bei einem Teilausfall ermöglicht. Darüber hinaus kann eine einfache Transportierbarkeit der Einzelelemente sichergestellt werden.
Es kann darüber hinaus eine Vorrichtung zum Erzeugen von hydraulischer Energie für einen Top-Drive und/oder eine Handhabevorrichtung vorgesehen werden, wobei die die Vorrichtung bildenden einzelnen Funktionselemente redundant ausgebildet sind. Auf diese Weise kann beispielsweise für eine Bohranlage, bevorzugt eine Offshore-Bohranlage ein Notbetrieb für den Betrieb des Top-Drive und der Handhabevorrichtung umgesetzt werden, um bei einem Teilausfall der Anlage den Betrieb der Anlage sicherzustellen.
Es wird somit eine Bohranlage zum Einsatz auf einer Bohrplattform mit einem, mit einem Vorschubschlitten versehenen, zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast vorgesehen, der in einer solchen Weise errichtbar ist, dass zumindest ein Segment mittels des Vorschubschlittens aufwärts bewegt wird. Ein erfindungsgemäßes Montageverfahren für einen zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast sind folgende Schritte vorhanden: Fixieren eines Vorschubschlittens, Vorsehen eines Mastsegments unterhalb des Vorschubschlittens und Aufwärtsbewegen des Mastsegments durch den Vorschubschlitten. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Hilfseinrichtungen zum Errichten des Bohrmastes verzichtet werden und eine Platzersparnis umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Bohrmast
2 Schwenklager
4 Bohrplattform
6 Vorschubschlitten
8 Aufnahmevorrichtung
10 Bohrstange
12 Pipehandler
14 Unterbau
16 Segment
20 Offshore-Vertikal-Tiefbohranlage
22 Bohrplattform
24 Stütze
26 erhöhter Bohrplattformabschnitt
28a,b Führungsschiene
30 Bohrloch
32 Bohreinheit
34 Hydraulik- und Aufbereitungseinheit 6 Rahmen 7a,b Rahmenelement 8 Druckspeicher BOP 0 elektronische Steuereinheit 2a,b elektrisches Energieverteilermodul 4 a,b Generator 6 Unterbau 8 Arbeitsbühne 0 Bohrmast
52 a,b Windschutzelement 4 Blow-out-preventer 6 Trip-Tank 8a-e Einzelsegment 9 Zahnstange Vorschubschlitten
Drillmotor
Aufnahmevorrichtung
Elevator
Stabschaft
Bohrstangen-Handhabevorrichtung
Verschraubeinrichtung
Führungselement
Steuerkabine a-d Quermodul a-d Rahmen a-d Spülpumpe a,b Längsmodul a,b Längsmodul
Hydraulikaggregat
Hydraulikaggregat a-d Module
Brücke
Wärmetauscher
Kraftstofftank
Eingangsschleuse
Steuerungsfeld
Bohrstangen-Rack
Bohrstange 0 Kran 2 Inspektions- und Wartungskran
Mannkorb
Zugangsplattform 8 Treppe 0 Treppe
Ausnehmung
Befestigungseinrichtung a,b Vertikalstrebe 116a,b Stützstrebe

Claims

Ansprüche
1. Bohranlage zum Einsatz auf einer Bohrplattform mit einem, mit einem Vorschubschlitten versehenen, zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast, der in einer solchen Weise errichtbar ist, dass zumindest ein Segment mittels des Vorschubschlittens aufwärts bewegt wird.
2. Bohranlage nach Anspruch 1, wobei das mittels des Vorschubschlittens aufwärts bewegbare Segment zumindest eine Zahnstange zum Eingriff mit dem Vorschubschlitten aufweist.
3. Bohranlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bohrmast an einem Unterbau angebracht ist und zumindest ein Segment vor der Aufwärtsbewegung mittels des Vorschubschlittens in den Unterbau einbringbar ist.
4. Bohranlage nach Anspruch 3, wobei der Unterbau eine Aussparung aufweist, in die ein Mastsegment einbringbar ist und oberhalb von der das Mastsegment am Unterbau befestigbar ist.
5. Bohranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit vier Mastsegmenten, von denen zumindest drei durch den Vorschubschlitten aufwärtsbewegbar sind.
6. Montageverfahren für einen zumindest zwei Segmente aufweisenden Bohrmast mit den Schritten
Fixieren eines Vorschubschlittens,
Vorsehen eines Mastsegments unterhalb des Vorschubschlittens und
Aufwärtsbewegen des Mastsegments durch den Vorschubschlitten.
7. Montageverfahren nach Anspruch 6, wobei vor dem Vorsehen des nachfolgend als zweites Mastsegment bezeichneten Mastsegments ein erstes Mastsegment am Vorschubschlitten angebracht wird.
8. Montageverfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Bohrmast an einem Unterbau montiert wird und vor dem Schritt des Fixierens des Vorschubschlittens der Unterbau vorgesehen wird, an dem der Bohrmast anschließend fixiert wird.
9. Montageverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Aufwärtsbewegen des Mastsegments über an zumindest einem Mastsegment angebrachte Zahnstangen ausführbar ist.
10. Montageverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Unterbau in Bezug auf die Bohrplattform verschiebbar ist.
11. Montageverfahren, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 6 bis 10, für einen zumindest zwei Etagen aufweisenden Unterbau einer Bohranlage, bei der der Unterbau in Bezug auf die Bohrplattform verschiebbar ist und bei dem der Unterbau etagenweise aus Einzelelementen zusammengebaut wird, deren jeweilige Masse einen Massengrenzwert von unterhalb von 25 t, vorzugsweise 11t, nicht überschreitet.
12. Montageverfahren nach Anspruch 11, wobei der Unterbau etagenweise zusammen mit einer gemeinsam mit dem Unterbau in zumindest eine Richtung gemeinsam verschiebbaren hydraulischen Versorgungseinrichtung zusammengebaut wird.
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