EP2521834B1

EP2521834B1 - Verfahren und vorrichtung zum zuführen und abführen von bohrgestängen zu einer bohrvorrichtung

Info

Publication number: EP2521834B1
Application number: EP11709014.2A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Binder; David SCHWARZWÄLDER; Andrej Nadan
Original assignee: Herrenknecht Vertical GmbH
Current assignee: Herrenknecht Vertical GmbH
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: PL2521834T3; EP2521834A2; WO2011120627A3; WO2011120627A2; DE102010013846A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge zu einer Bohrvorrichtung in einer Bohranlage zum Erstellen einer Tiefbohrung, die eine Basis aufweist, an der ein Ausleger drehbar angeordnet ist, sodass der Ausleger um einen Drehpunkt verschwenkbar ist, die eine Aufnahmeeinheit aufweist, die so ausgeführt ist, dass ein Bohrgestänge an einer Aufnahmeposition aufnehmbar ist und an einer Abgabeposition abgebbar ist, und die drehbar gegenüber dem Ausleger angeordnet ist, und die eine Antriebseinheit aufweist, die an ihrem einen Ende wirkverbunden mit der Basis ist und die an ihrem anderen Ende wirkverbunden mit dem Ausleger ist, wobei die Aufnahmeeinheit mit einer Zwangsführung verbunden ist, die so ausgeführt ist, dass die Aufnahmeeinheit durch Betätigen der Antriebseinheit und dem damit verbundenen Verschwenken des Auslegers um den Drehpunkt von der Aufnahmeposition in die Abgabeposition bewegt wird, wobei die Zwangsführung ein Führungsgestänge aufweist, das mit der Basis drehbar verbunden ist und die Zwangsführung ein Führungselement aufweist, das drehbar mit dem Ausleger, der Aufnahmeeinheit und dem Führungsgestänge verbunden ist, und wobei der Ausleger zwei Längsstreben aufweist, die mit wenigstens einer Querstrebe verbunden sind, wobei die Längsstreben und die Querstrebe so angeordnet sind, dass die Aufnahmeeinheit mit gegriffenem Bohrgestänge zwischen den Längsstreben hindurch verschwenkbar ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der US-A-2009/232624 bekannt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Zuführen und Abführen von Bohrgestänge zu einer Bohrvorrichtung in einer Bohranlage zum Erstellen von Tiefbohrungen, wie es beipsielsweise aus der US-A-2007/017703 bekannt ist
Beim Erstellen von Tiefbohrungen, beispielsweise für die Förderung von Erdöl und Erdgas oder für die Energiegewinnung aus geothermischer Energie wird ein Bohrwerkzeug verwendet, das über einen aus Bohrgestänge bestehenden Bohrstrang angetrieben wird. Während des Erstellens der Tiefbohrung ist es notwendig, das Bohrwerkzeug zu wechseln, entweder weil es verschlissen ist, oder sich die geologischen Gegebenheiten geändert haben, und eine andere Art von Werkzeug notwendig wird. Zum Wechseln des Bohrwerkzeugs muss der gesamte Bohrstrang aus dem Bohrloch ausgebaut werden, und nachdem ein neues Bohrwerkzeug vorgesehen wurde, wieder eingebaut werden. Hierfür werden die Bohrstangen des Bohrgestänges, beispielsweise bei großen Anlagen, jeweils zu zwei oder drei Stück auf einmal aus- und eingebaut, und in den Turm der Bohranlage aufrecht abgestellt. Ist dieses Lager im Turm voll, so müssen die dann noch aus- oder einzubauenden Bohrstangen aus der Bohranlage entfernt werden.
Während des Bohrfortschritts als solches müssen, nachdem ein gewisser Bohrfortschritt erzielt wurde, weitere Bohrstangen dem Bohrstrang hinzugefügt werden. Diese Bohrstangen werden von außen zugeführt. Dafür ist neben der Bohranlage ein Rohrlager vorgesehen. Dieses Rohrlager ist über eine schiefe Ebene mit der Bohranlage verbunden. Das Bohrgestänge wird über diese schiefe Ebene mittels einer Hubvorrichtung in die Bohranlage transportiert, und anschließend mit der Hubvorrichtung der Bohranlage zugeführt und eingebaut. Dieses Vorgehen ist mit viel Handarbeit und Verletzungsgefahr verbunden. Des Weiteren geht mit dem Lagerplatz für die Bohrstangen außerhalb der Bohranlage ein großer Bohrplatz einher, was bei bestimmten Anwendungen nicht zwangsläufig vorteilhaft ist.
Bei Offshore-Anlagen besteht weiterhin die Problematik, dass insbesondere bei Bohranlagen, die zur Exploration dienen, die beispielsweise auf Jack-Up-Rigs oder Schiffen angeordnet sind, die Problematik besteht, dass ggf. die Masten der Bohranlage als solches nicht so groß und massiv ausgeführt sind, wie dieses auf großen Offshore-Anlagen der Fall ist. Hier besteht die Problematik, dass nicht hinreichend viele Bohrstangen im Mast der Bohranlage abgestellt werden können bzw., dass diese bei verschlechtemden Wetterbedingungen aus der Bohranlage entfernt werden müssen. Dieses ist insbesondere bei Bohranlagen der Fall, die auf auskragenden Auslegerplattformen angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die das Zu- und Abführen von Bohrgestänge von einer Aufnahmeposition zu einer Abgabeposition automatisiert und dieses auf einfache Weise sicher und schnell mit geringem Wartungsaufwand bereit stellt.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Bohranlagen, die auf beengten Verhältnissen, wie beispielsweise Offshore-Explorationsanlagen, eingesetzt werden, der Gesamtablauf von Lagerung der Bohrstangen in Bezug auf die Bohranlage und die Offshore-Trägeranlage der Bohranlage im Hinblick auf Lagerort, Zu- und Abführen der Bohrstangen vom Lagerort zur Bohranlage und insbesondere das Lagern der Bohrstangen in Bezug auf das Ein- und Ausbauen eines Meißels insgesamt verbesserungswürdig ist. Des Weiteren ist es daher die Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren bereit zu stelten, bei dem die Bohrstangen auf einfache und sichere Art und Weise der Bohranlage zu- und abgeführt werden können, insbesondere auf beengten Platzverhältnissen.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, Systemkomponenten zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere für die Lagerung des Bohrgestänges und für die Übergabe des Bohrgestänges vom Lagerort zur Vorrichtung zum Zu- und Abführen von Bohrstangen vom Lagerplatz zur Bohranlage bereitzustellen.
Die erfindungsgemäße Lösung hinsichtlich der Vorrichtung zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge sieht vor, dass die Zwangsführung ein Ausgleichselement aufweist, das ein Hydraulikzylinder ist, der zwischen Führungselement und Aufnahmeeinheit angeordnet ist, dass ein Dämpfungselement vorgesehen ist, das zwischen Ausleger und Basis angeordnet ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass, bedingt durch die Zwangsführung, ein unter allen Bedingungen sicheres Zuführen der Bohrstangen vom Aufnahmebohrort zum Abgabeort ohne zusätzlichen Steuerungs- und Regelungsaufwand und damit eine einfache Automatisierung möglich ist. Durch die Zwangsführung mit Führungsgestänge als einfache mechanische Konstruktion wird es auf hoch präzise Weise möglich, das Zu- und Abführen des Bohrgestänges zu automatisieren und gleichzeitig die Kosten durch die Konstruktion niedrig zu halten. Durch das Ausgleichselement wird es möglich, beispielsweise bei gewichtsmäßig ungleichmäßig ausgeführten Bohrstangen evtl. entstehender Versatz am Aufnahmeort oder Abgabeort auszugleichen. Durch das Vorsehen des Dämpfungselementes wird es möglich, insbesondere im Abgabeort ein präziseres Positionieren am Abgabeort durchzuführen, und gleichzeitig den Energieaufwand zum Abbremsen der Vorrichtung zu reduzieren.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Dämpfungselement ein Gehäuse aufweist, in dem eine Führungsstange und ein Federelement vorgesehen sind.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Antriebseinheit ein Hydraulikzylinder ist. Das Bereitstellen hydraulischer Energie als Antriebsenergie ist in einer Bohranlage bereits vorgesehen, so dass keine weitere zusätzliche Energiequelle in der Bohranlage notwendig wird.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Ausleger zwei Längsstreben aufweist, die mit wenigstens einer Querstrebe verbunden sind, und die so angeordnet sind, dass die Aufnahmeeinheit mit gegriffenem Bohrgestänge zwischen den Längsstreben hindurch verschwenkbar ist. Hierdurch wird es möglich, mit der Aufnahmeeinheit eine gegenläufige Bewegung zum Ausleger zu erzeugen, und damit den kürzest möglichen Weg zum Transport des Bohrgestänges von einem Horizontallager zu einem vertikalen Abgabepunkt bereit zu stellen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Aufnahmeeinheit mit wenigstens zwei Greifeinheiten versehen ist, die bevorzugt im Abstand zueinander verstellbar sind. Hierdurch wird es möglich, unterschiedlich lange Bohrstangen bzw. Sonderelemente des Bohrstranges, wie Motore oder dgl., mit der Vorrichtung ebenfalls von einem Aufnahmeort zu einem Abgabeort zu bewegen.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge zu einer Bohrvorrichtung in einer Bohranlage zum Erstellen von Tiefbohrungen sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass zum Zuführen des Bohrgestänges mehr Bohrstangen einlagig parallel zu einer Charge angeordnet werden, dass die Charge an einem Lagerort zu mehreren Chargen gelagert wird, dass eine Charge dem Lagerort entnommen, zu einem Aufnahmeort transportiert und abgelegt wird, dass eine Bohrstange aus der Charge vereinzelt, mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge aufgenommen, und zu einem Abgabeort transportiert und am Abgabeort an die Bohrvorrichtung übergeben wird, und dass zum Abführen des Bohrgestänges die Bohrstange am Abgabeort mit der Vorrichtung aufgenommen und zu dem Aufnahmeort transportiert wird, am Aufnahmeort einlagig parallel als Charge angeordnet wird, und die Charge nach Abschluss des Charnierungsvorganges dem Lagerort zugeführt wird, wobei das Chargieren in einem einlagigen Stapeljoch erfolgt, wobei die Stapeljoche so ausgeführt sind, dass sie übereinander anordbar sind.
Durch das Erstellen von Chargen und das Bereitstellen mehrerer Chargen an einem Lagerort wird der benötigte Lagerplatz in der Bohranlage bzw. an der Bohranlage erheblich reduziert. Des Weiteren wird es durch das Chargieren und das Vereinzeln möglich, dass auch der Prozess des Zuführens der Bohrstangen zur Vorrichtung zum Transportieren dieser Bohrstangen in die Bohranlage automatisierbar wird. Dieses erfolgt insbesondere durch das Bereitstellen einer Vereinzelungsvorrichtung am Abgabeort. Durch das Bereitstellen von Stapeljochen entsteht eine Charge mit definierter Anzahl von Bohrstangen, die, bedingt durch die Einlagigkeit, gut vereinzelbar sind. Gleichzeitig können die Stapeljoche auf einfache Weise durch eine Transfereinheit vom Lagerort zum Aufnahmeort transferiert werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Chargen übereinander zu einer Transporteinheit gruppiert werden, die so ausgeführt ist, dass sie dem Lagerort zuführbar und abführbar ist, bevorzugt mit einem Kran, wobei die Chargen, besonders bevorzugte einzeln, aus der Transporteinheit entnehmbar und wieder zuführbar sind. Durch das Bereitstellen der Transporteinheit, in der die Chargen gruppiert werden, ist es auf einfache Weise möglich, den Lagerort zu reduzieren. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Bohranlage und der Lagerort auf einem Ausleger vorgesehen sind, der aufgrund von statischen Belastungen nicht mit dem gesamten Bohrgestänge, das für das Erstellen einer Tiefbohrung notwendig ist, gleichzeitig belastet werden darf. Die Transporteinheiten können on demand den Lagerort zu- und abgeführt werden, und entweder auf einem weiteren Transportmedium oder an einem statisch vorteilhafteren Ort auf der Plattform gelagert werden. Weiterhin ist dabei vorteilhaft, dass die Charge am Lagerort übereinander angeordnet werden, und/oder dass der Transport der Charge zwischen Lagerort und Aufnahmeort mit einem Kran, bevorzugt einem Portalkran, erfolgt. Durch das Übereinanderanordnen wird ebenfalls eine Minimierung des Platzaufwandes am Lagerort erreicht. Durch das Vorsehen des Krans bzw. Portalkrans wird es auf besonders einfache Weise möglich, die übereinander angeordneten Chargen aufzunehmen, und über die parallel dazu angeordneten Chargen hinweg zu transportieren bzw. beim Ausbauen der Bohrstangen wieder fertig aufgefüllte Chargen aus dem Abgabeort zu entnehmen und dem Lagerort zuzuführen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Vereinzeln der Bohrstangen aus der Charge heraus durch Herausheben, bevorzugt durch Herausdrücken, von unten erfolgt. Durch das Vereinzeln der Bohrstangen aus der Charge heraus, beispielsweise durch Hochdrücken der Bohrstangen von unten, wird es möglich, zum einen die Bohrstangen auf einfache Weise aufzunehmen bzw. abzugeben. Zum anderen werden mechanische Beanstandungen des Aufnahmeortes durch Nachrutschen von Bohrstangen oder dgl. vermieden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die nach dem Entnehmen der Bohrstangen leeren Stapeljoche am Aufnahmeort aufgenommen und zu einem Zwischenlager, bevorzugt in einer Transporteinheit transportiert werden. Hinsichtlich des Systems schlägt die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ein System zum Zuführen und Abführen von Bohrgestängen zu einer Bohrvorrichtung in einer Bohranlage zum Bereitstellen einer Tiefbohrung vor, indem ein Lagerplatz zur Aufnahme von chargeweise angeordneten Bohrstangen vorgesehen ist, mit einer Transportvorrichtung zum Zuführen einer Charge von Bohrgestänge zu einem Aufnahmeort, mit einer Vereinzelungsvorrichtung zum Vereinzeln einer Bohrstange aus der Charge heraus, und mit einer Vorrichtung zum Zuführen und Abführen der einzelnen Bohrstangen von dem Aufnahmeort zum Abgabeort, bevorzugt in der zuvor beschriebenen Ausführung.
Bevorzugt weist der Lagerplatz Fixierelemente für Transporteinheiten auf. Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Bohrstangen chargenweise im Stapeljoch angeordnet sind, wobei es sich bevorzugt um ein Stapeljoch der nachfolgend beschriebenen Ausführung handelt. Weiterhin vorteilhaft dabei ist, dass die Chargen in einer Transporteinheit übereinander gruppierbar und einzeln entnehmbar vorgesehen sind. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass es sich bei der Transportvorrichtung um einen Kran, bevorzugt einen Portalkran, handelt, der besonders bevorzugt quer zur Längserstreckung der Bohrstangen verfahrbar ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Vereinzelungsvorrichtung um eine Vorrichtung der nachfolgend beschriebenen Art handelt.
Als Bestandteil des erfindungsgemäßen Systems sieht die Lösung der Aufgabe des Weiteren ein Stapeljoch zur chargenweise Anordnung von Bohrstangen mit einer Rohraufnahme, in der Bohrstangen parallel zueinander anordbar sind, vor, wobei die Rohraufnahme so ausgeführt ist, dass die Bohrstangen einlagig vorsehbar sind, dass das Stapeljoch ein Klemmelement zum Arretieren der Bohrstangen in der Rohraufnahme aufweist, wobei Klemmelement und Rohraufnahme aus Kunststoff ausgeführt sind, und dass das Stapeljoch einen Anschlag zum lösbaren Anbringen einer Hebevorrichtung aufweist. Durch das Vorsehen der Rohraufnahme wird es möglich, die Bohrstangen chargenweise anzuordnen. Um eine besonders gute Entnehmbarkeit der Bohrstangen aus dem Stapeljoch heraus zu gewährleisten, ist es so ausgeführt, dass die Bohrstangen lediglich einlagig vorgesehen sind. Das Klemmelement, das bevorzugt in der Unterseite des Stapeljochs vorgesehen ist, bewirkt, dass die Bohrstangen auf einfache Weise arretiert werden. Das Vorsehen des Klemmelements und der Rohraufnahme aus Kunststoff ermöglicht zum einen eine Reduzierung der Beanspruchung der Bohrstangen durch das Zu- und Abführen dieser in das bzw. aus dem Stapeljoch und damit einer Reduzierung des Verschleißes.
Als Bestandteil des erfindungsgemäßen Systems sieht die Lösung der Aufgabe des Weiteren eine Vorrichtung zum Vereinzeln einer Bohrstange aus einer parallel zueinander angeordneten Charge von Bohrstangen mit wenigstens einer Ablagemöglichkeit für die Charge und mit wenigstens zwei Anhebeeinheiten zum Anheben der Bohrstange, wobei die Anhebeeinheiten unterhalb der Charge angeordnet sind, wobei entweder die Anhebeeinheiten quer zur Längserstreckung der Bohrstangen unterhalb der Charge verfahrbar sind, oder die Charge oberhalb der Anhebeeinheiten im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Bohrstange verfahrbar sind. Hierdurch wird auf einfache Weise die Möglichkeit bereit gestellt, die Bohrstangen aus der Charge zu vereinzeln und einer einfachen verschleißarmen Zuführung zum Transport der Bohrstange in die Bohrvorrichtung hinein bereit gestellt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zu- und Abführvorrichtung,
Fig. 3: eine räumliche Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Rohrlager mit einer erfindungsgemäßen Zu- und Abführvorrichtung am Aufnahmeort,
Fig. 4: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zu- und Abführvorrichtung am Aufnahmeort,
Fig. 5: die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 4 beim Transportieren eines Bohrgestänges vom Aufnahmeort zum Abgabeort,
Fig. 6: eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 4 am Abgabeort,
Fig. 7: eine räumliche Darstellung zu Fig. 3,
Fig. 8: eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Rohrlagers nebst erfindungsgemäße Vereinzelungsvorrichtung und Portalkran,
Fig. 9: eine räumliche Ansicht einer mit Bohrstangen bestückten Transporteinheit,
Fig. 10: eine räumliche Darstellung einer unbestückten Transporteinheit,
Fig. 11: eine räumliche Darstellung des Details einer erfindungsgemäßen Transporteinheit,
Fig. 12: eine räumliche Darstellung eines Details einer erfindungsgemäßen Transporteinheit,
Fig. 13: eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Transportjoches,
Fig. 14: eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vereinzelungsvorrichtung,
Fig. 15: eine Detailansicht zu Fig. 14, und
Fig. 16: eine Detailansicht zu Fig. 14.

Fig. 1 zeigt eine räumliche Darstellung einer Bohranlage 10 für das Erstellen von Tiefbohrungen. Die Bohranlage 10 weist dabei eine Bohrvorrichtung 11 auf, die einen Mast 12 mit einer Hubvorrichtung 14 und einem auf einer Plattform 15 angeordneten Drehtisch 13 aufweist. Auf einer weiteren Plattform 16 ist ein Rohrlager 17 angeordnet, in dem die Bohrstangen 20 des Bohrstranges (nicht dargestellt) gelagert sind. Das Rohrlager 17 ist mit einem Portalkran 19 versehen.
Das Rohrlager 17 wird durch Transporteinheiten 18 gebildet, in denen die Bohrstangen 20 in Stapeljochen 21 einlagig angeordnet sind. Als Verbindungselement zwischen Rohrlager 17 und Bohrvorrichtung 11 ist eine Zu- und Abführvorrichtung 23 für das Zu- und Abführen von Bohrgestänge 20 von einem Aufnahmeort 46 zu einem Abgabeort 47 vorgesehen. Am Aufnahmeort 46 ist eine Vereinzelungsvorrichtung 22 (siehe Fig. 7und 8) angeordnet. Die Plattformen 15 und 16 sind in dieser Ausführungsform auf einem als Ausleger 48 ausgeführten Basiselement angeordnet.
Die erfindungsgemäße Zu- und Abführvorrichtung 23 (siehe Fig. 2 bis Fig. 6) weist eine Basis 24 auf, an der ein Ausleger 25 drehbar über ein Drehgelenk 26 angeordnet ist. Der Ausleger 25 besteht aus zwei Längsstreben 32 und einer Querstrebe 33. Zwischen der Basis 24 und dem Ausleger 25 ist ein Hubzylinder 27 über Drehgelenke 30 und ein Dämpfungselement 28 über Drehgelenke 31 verbunden. Am oberen Ende des Auslegers 25 ist ein Führungselement 35 einer Zwangsführung 34 über ein Drehgelenk 39 mit dem Ausleger 25 drehbar verbunden. Am gegenüberliegenden Ende des Führungselements 35 ist ein Führungsgestänge 29 über ein Drehgelenk 36 drehbar angeordnet, dessen gegenüberliegendes Ende über ein nicht dargestelltes Drehgelenk mit der Basis 24 verbunden ist. Das Drehgelenk, das das Führungsgestänge 29 mit der Basis 24 verbindet, befindet sich auf einer Drehebene mit dem Drehgelenk 31 des Hubzylinders 27.
Das Führungselement 35 weist eine im Wesentlichen dreieckige Wirkform auf, wobei der erste Schenkel des Dreiecks eine Linie zwischen dem Drehgelenk 39 und dem Drehgelenk 36 bildet, dass der zweite Schenkel des Führungselements 35 durch eine Linie zwischen dem Drehgelenk 36 und einem Drehgelenk 38 gebildet wird und der dritte Schenkel durch eine Linie zwischen dem Drehgelenk 38 und dem Drehgelenk 39. Am Drehgelenk 38 ist eine Koppelstrebe bzw. ein Hydraulikzylinder 37 angeordnet, der drehbar mit einer Aufnahmeeinheit 40 verbunden ist. Die Aufnahmeeinheit 40 ist über ein Drehgelenk 41 drehbar mit dem Ausleger 25 verbunden. Die Aufnahmeeinheit 40 weist einen Grundkörper 45 auf, an dessen gegenüberliegenden Ende, bezogen auf das Drehgelenk 41, zwei Klauen 43 zum Greifen der Bohrstangen 20 angeordnet sind. Die Klauen 43 sind auf einer Basis 44 montiert, die auf dem Grundkörper 45 verfahrbar ist. Dieses erfolgt beispielsweise über Hydraulikzylinder 42, Schienen oder mit Zahnstangen.
Zum Transportieren einer am Aufnahmeort 46 von der Vereinzelungsvorrichtung 22 vereinzelten Bohrstange 20 wird der Abstand der Klauen 43 auf den Grundkörper 45 in Abstimmung auf die entsprechende Länge der zu transportierenden Bohrstange 20 eingestellt. Anschließend umgreifen die Klauen 43 das Rohr 20. Durch Betätigen des Hydraulikzylinders 27 wird der Ausleger 25 und das Drehgelenk 26 an der Basis 24 verschwenkt in Richtung Abgabeort 47. Dadurch werden die Aufnahmeeinheit 40 und damit die Bohrstange 20 angehoben. Über die Zwangsführung 34 und das Führungsgestänge 29 werden die Aufnahmeeinheit 40 und damit auch die Bohrstange 20 um das Drehgelenk 41 verschwenkt. Dieses wird durch das Führungsgestänge 29 bedingt, dessen Versatz in Bezug auf den Ausleger 25 das Verschwenken der Aufnahmeeinheit 40 einleitet. Die Verschwenkbewegung wird durch die Koppelstrebe 37 bzw. die Hydraulikzylinder 37 auf die Aufnahmeeinheit 40 übertragen. Während des Verschwenkens wird die Aufnahmeeinheit 40 zwischen den Längsstreben 32 des Auslegers 25 hindurch geschwenkt und führt damit eine gegenläufige Schwenkbewegung im Vergleich zum Ausleger 25 durch. Die Zwangsführung 34 ist dabei so konstruiert, dass die Aufnahmeeinheit 40 beim Erreichen des Abgabeortes 47 eine vertikale Position erreicht hat. Damit keine zusätzliche Energie zum Abbremsen des Systems am Abgabeort aufgewendet werden muss, ist ein Dämpfungselement 28 vorgesehen, das zwischen Ausleger 25 und Basis 24 über die Drehgelenke 30 angeordnet ist. Dieses Dämpfungselement verschwenkt anlog zum Hydraulikzylinder. Es weist ein Gehäuse auf, in dessen Innerem ein Federelement und eine Koppelstange angeordnet sind, die eine gegenläufige Dämpfungsbewegung zum Hydraulikzylinder ausführen. Am Abgabeort 47 wird dann die Bohrstange 20 an die Bohrvorrichtung 11 übergeben. Der Transfer einer Bohrstange 20 beim Ausbauen des Bohrstrangs erfolgt in umgekehrter Reihenfolge der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte.
In Fig. 7 ist eine räumliche Darstellung des Rohrlagers 17 auf der Plattform 16 mit Portalkran 19, Zu- und Abführvorrichtung 23 und Vereinzelungsvorrichtung 22 dargestellt. Das Rohrlager 17 besteht dabei aus Transporteinheiten 18, in denen Stapeljoche 21 vorgesehen sind, in denen die Bohrstangen 20 lagern. Dieses stellen die für das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Zuund Abführverfahren der Bohrstangen notwendigen Systemkomponenten dar. Das Rohrlager 17 ist mit den dazugehörigen Komponenten in den Fig. 8 bis 16 dargestellt. Das Rohrlager 17 weist dabei Transporteinheiten 18 auf, die in den Fig. 9 bis 12 dargestellt sind. Die Transporteinheiten 18 weisen dabei eine Grundeinheit 49 auf, die Aufnahmeabschnitte 50 für die Stapeljoche 21 aufweist. An der Grundeinheit 49 sind Anschlagspunkte 51 für das Anschlagen eines Transportseils (siehe Fig. 10) vorgesehen. In den Aufnahmeabschnitten 50 werden die einzelnen Stapeljoche 21 gelagert. Die Stapeljoche 21 werden beim Entfernen bzw. Zuführen der Transporteinheiten 18 aus dem Rohrlager 17 mit Sicherungsgurten 54 in der Transporteinheit 18 gesichert. Des Weiteren weist die Grundeinheit 49 an ihrem oberen Ende eine Stützstrebe 52 auf, die zwischen einer Entnahmeposition (Fig. 11) und einer Transportposition (Fig. 12) verschwenkbar ist.
Fig. 13 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Stapeljoches 21. Das Stapeljoch 21 umfasst einen Grundkörper 55. Der Grundkörper 55 umfasst Horizontalstreben 61, an deren Oberseite Rohraufnahmeelemente 56 und an dessen Unterseite Klemmelemente 57 angeordnet sind. Die Rohraufnahmeelemente 56 und die Klemmelemente 57 sind aus Kunststoff ausgeführt. Rechtwinklig zu den Horizontalstreben 61 sind Positionierungselemente 59 vorgesehen, die einen verschwenkten Abschnitt 62 aufweisen, der beim Stapeln der Stapeljoche übereinander bewirkt, dass sich die Stabeljoche in der korrekten Position zueinander anordnen. An der Außenseite des Positionierungselementes 59 sind Eingriffspunkte 58 für den Portalkran 19 vorgesehen, damit die Stapeljoche 21 aus den Aufnahmeabschnitten 50 der Transporteinheit 18 herausgehoben werden können, und zur Vereinzelungsvorrichtung 22 transportiert werden können. Die Geometrie der Rohraufnahmeelemente 56 und die Höhe der Grundkörper der Stapeljochs werden in Abhängigkeit vom Durchmesser der Bohrstangen 20 gewählt.
Der Portalkran 19 fährt auf Schienen 63, die auf der Plattform 16 rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der Bohrstangen 20 angeordnet sind. Mit seinen Greifeinheiten (nicht dargestellt) erfasst der Portalkran 19 eine als Charge gruppierte Anzahl von Bohrstangen 20, indem er die dazu vorgesehenen zwei Stapeljoche 21 an deren Eingriffspunkten 58 greift und aus der Transporteinheit 18 heraushebt. Anschließend wird der Portalkran 19 über die übrigen Transporteinheiten 18 hinweg zur Vereinzelungsvorrichtung 22 verfahren. An der Vereinzelungsvorrichtung 22 werden dann die Stapeljoche 21 an dem in der Vereinzelungsvorrichtung 22 vorgesehenen Ablageplatz 64 abgesetzt. Nachdem sämtliche in der Charge vorgesehenen Bohrstangen 20 aus den Stapeljochen 21 vereinzelt und mit der Zu- und Abführvorrichtung 23 entfernt wurden, werden die leeren Stapeljoche 21 vom Portalkran 19 an dem Ablageplatz 46 aufgenommen und zu einer anderen Transporteinheit 18, die für das Aufnehmen der leeren Stapeljoche 21 zu diesem Zeitpunkt zuständig ist, abgesetzt.
Werden die Bohrstangen aus dem Bohrloch ausgebaut, so transportiert der Portalkran 19 die leeren Stapeljoche 21 aus der dafür vorgesehenen Transporteinheit 18 zum Ablageplatz 64. Die Vereinzelungsvorrichtung 22 gruppiert die aus dem Bohrloch entnommenen Bohrstangen 20 im Stapeljoch 21 zu einer Charge. Sind sämtliche im Stapeljoch 21 dafür vorgesehenen Plätze der Charge mit Bohrstangen 20 belegt, so nimmt der Portalkran 19 die gefüllten Stapeljoche 21 auf und transportiert sie entlang der Schiene 63 zu einer weiteren Transporteinheit 18, in der die einzelnen Chargen dann abgelegt werden.
Ist eine Transporteinheit 18 entweder mit leeren Stapeljochen 21 oder mit vollen Stapeljochen 21 gefüllt, und wird zusätzlicher Ablageplatz im Rohrlager 17 benötigt, so wird an der Transporteinheit 18 an den dafür vorgesehenen Anschlagspunkten 51 ein Transportseil 53 angeschlagen, und mit einer Vorrichtung wird die Transporteinheit 18 aus dem Rohrlager 17 entnommen, und eine entweder mit Bohrstangen 20 gefüllten Stapeljochen 21 bestückte Transporteinheit 18 oder eine mit leeren Stapeljochen 21 bestückte Transporteinheit 18 an die gleiche Stelle wieder zugeführt. Das Zu- und Abführen kann erfolgen, während gleichzeitig über den Portalkran 19 bzw. die Vereinzelungsvorrichtung 22 in die Zu- und Abführvorrichtung 23 weiter in Bohrstangen der Bohrvorrichtung zu- oder abgeführt werden, so dass keine Stillstandzeit der Bohrvorrichtung 11 durch das Zuund Abführen von Bohrstangen 20 von außen bzw. nach außen entsteht.
In Fig. 14 bis Fig. 16 ist die erfindungsgemäße Vereinzelungsvorrichtung 22 dargestellt. Diese umfasst zwei Ablageplätze 64. Zwischen den Ablageplätzen 64 ist ein Mittelabschnitt 65 angeordnet, der entlang einer Schiene 68, die rechtwinklig zur Längserstreckung der Bohrstangen 20 angeordnet ist, verfahrbar ist. Der Mittelabschnitt 65 weist zwei Hubeinheiten 69 auf, die ein Greifelement 66 enthalten, das über einen Hydraulikstempel 67 in vertikaler Richtung verfahrbar ist.
Zur Vereinzelung der in einer Charge gruppierten Bohrstangen 20 aus einem Stapeljoch 21 heraus wird der Mittelabschnitt 65 entlang der Schiene 68 zur jeweils ersten Bohrstange 20, von der Mittelachse in Längserstreckungsrichtung der Bohrstangen 20 aus gesehen, verfahren.
Anschließend werden die Hydraulikstempel 67 beaufschlagt und die Greifelemente 66 nach oben verfahren, so dass die darüber befindliche Bohrstange 20 aus dem Stapeljoch 21 entnommen wird. Anschließend wird der Mittelabschnitt 65 mit der Bohrstange zum Aufnahmeort 46 in der Mitte der Vereinzelungsvorrichtung 22 verfahren, wo dann die Zu- und Abführvorrichtung 23 die vereinzelte Bohrstange 20 übernimmt. Der Vorgang wird dann anschließend so lange wiederholt, bis sämtliche Bohrstangen von der Mitte nach außen aus der jeweiligen in Stapeljochen 21 angeordneten Charge der Bohrstangen 20 entnommen wurde.

Beim Ausbauen der Bohrstangen aus dem Bohrloch erfolgt der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge. Dafür werden die Greifelemente 66 am Aufnahmeort 46 durch die Hydraulikzylinder 67 ausgefahren. Auf den Greifelementen 66 wird die Bohrstange 20 von der Zu- und Abführvorrichtung 23 abgelegt. Anschließend wird der Mittelabschnitt 65 zum nächst zu positionierenden Ablageort in den Stapeljochen verfahren, und die Greifeinheiten 66 werden durch die Hydraulikzylinder 67 abgesenkt, so dass die Bohrstange 20 im Stapeljoch 21 angeordnet und damit nach und nach zu einer Charge von Bohrstangen 20 gruppiert wird.

Bezugszeichenliste

10	Bohranlage	41	Drehgelenk
11	Bohrvorrichtung	42	Hydraulikzylinder
12	Mast	43	Klaue
13	Drehtisch	44	Basis
14	Hubwerk	45	Grundkörper
15	Plattform	46	Aufnahmeort
16	Plattform	47	Abgabeort
17	Rohrlager	48	Ausleger
18	Transporteinheit	49	Grundeinheit
19	Portalkran	50	Aufnahmeabschnitt
20	Bohrstange	51	Anschlagspunkt
21	Stabeljoch	52	Stützstrebe
22	Vereinzelungsvorrichtung	53	Transportseil
23	Zu- und Abführvorrichtung	54	Sicherungsgurt
24	Basis	55	Grundkörper
25	Ausleger	56	Rohraufnahme
26	Drehgelenk	57	Klemmelement
27	Hubzylinder	58	Eingriffspunkt
28	Dämpfungselement	59	Positionierungselement
29	Führungsgestänge	60	Abschlusselement
30	Drehgelenk	61	Horizontalstrebe
31	Drehgelenk	62	Schrägabschnitt
32	Längsstrebe	63	Schiene
33	Querstrebe	64	Ablageplatz
34	Zwangsführung	65	Mittelabschnitt
35	Führungselement	66	Greifelement
36	Drehgelenk	67	Hydraulikstempel
37	Koppelstrebe/Hydraulikzylinder	68	Schiene
38	Drehgelenk	69	Hubeinheit
39	Drehgelenk
40	Aufnahmeeinheit

Claims

Vorrichtung zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge (20) zu einer Bohrvorrichtung (11) in einer Bohranlage (10) zum Erstellen einer Tiefbohrung, die eine Basis (24) aufweist, an der ein Ausleger (25) drehbar angeordnet ist, sodass der Ausleger (25) um einen Drehpunkt (26) verschwenkbar ist, die eine Aufnahmeeinheit (40) aufweist, die so ausgeführt ist, dass ein Bohrgestänge (20) an einer Aufnahmeposition (46) aufnehmbar ist und an einer Abgabeposition (47) abgebbar ist, und die drehbar gegenüber dem Ausleger (25) angeordnet ist, und die eine Antriebseinheit (27) aufweist, die an ihrem einen Ende (31) wirkverbunden mit der Basis (24) ist und die an ihrem anderen Ende (31) wirkverbunden mit dem Ausleger (25) ist, wobei die Aufnahmeeinheit (40) mit einer Zwangsführung (35) verbunden ist, die so ausgeführt ist, dass die Aufnahmeeinheit (40) durch Betätigen der Antriebseinheit (27) und dem damit verbundenen Verschwenken des Auslegers (25) um den Drehpunkt (26) von der Aufnahmeposition (46) in die Abgabeposition (47) bewegt wird, wobei die Zwangsführung (34) ein Führungsgestänge (29) aufweist, das mit der Basis (24) drehbar verbunden ist und die Zwangsführung (34) ein Führungselement (35) aufweist, das drehbar mit dem Ausleger (25), der Aufnahmeeinheit (40) und dem Führungsgestänge (29) verbunden ist, und wobei der Ausleger (25) zwei Längsstreben (32) aufweist, die mit wenigstens einer Querstrebe (33) verbunden sind, wobei die Längsstreben (32) und die Querstrebe (33) so angeordnet sind, dass die Aufnahmeeinheit (40) mit gegriffenem Bohrgestänge (20) zwischen den Längsstreben (32) hindurch verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangsführung (34) ein Ausgleichselement (37) aufweist, das ein Hydraulikzylinder ist, der zwischen Führungselement (35) und Aufnahmeeinheit (40) angeordnet ist, dass ein Dämpfungselement (28) vorgesehen ist, das zwischen Ausleger (25) und Basis (24) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (27) ein Hydraulikzylinder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass. das Dämpfungselement (28) ein Gehäuse aufweist, indem eine Führungsstange und ein Federelement vorgesehen sind.
Verfahren zum automatischen Zuführen und Abführen von Bohrgestänge (20) zu einer Bohrvorrichtung (11) in einer Bohranlage (10) zum Erstellen von Tiefbohrungen, bei dem zum Zuführen des Bohrgestänges (20) mehrere Bohrstangen (20) einlagig parallel zu einer Charge angeordnet werden, bei dem die Charge an einem Lagerort (17) zu mehreren Chargen gelagert wird, bei dem eine der Chargen dem Lagerort (17) entnommen, zu einem Aufnahmeort (46) transportiert und abgelegt wird, bei dem eine Bohrstange (20) aus der Charge vereinzelt, mit einer Vorrichtung (23) zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufgenommen, zu einem Abgabeort (47) transportiert und am Abgabeort (47) an die Bohrvorrichtung (11) übergeben wird, und bei dem zum Abführen des Bohrgestänges (20) die Bohrstange (20) am Abgabeort (47) mit der Vorrichtung (23) aufgenommen und zu dem Aufnahmeort (46) transportiert wird, am Aufnahmeort (46) einlagig parallel als Charge angeordnet wird und die Charge nach Abschluss des Chargierungsvorganges dem Lagerort (17) zugeführt wird, wobei das Chargieren in einem einlagigen Stapeljoch (11) erfolgt, die so ausgeführt sind, dass sie übereinander anordbar sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Chargen übereinander zu einer Transporteinheit (18) gruppiert werden, die so ausgeführt ist, dass sie dem Lagerort (17) zuführbar und abführbar ist, bevorzugt mit einem Kran, wobei die Chargen besonders bevorzugt einzelnd aus der Transporteinheit (18) entnehmbar und wieder zuführbar sind, und/oder dass die Charge am Lagerort (17) übereinander angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Charge zwischen Lagerort (17) und Aufnahmeort (46) mit einem Kran (19), bevorzugt einem Portalkran, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vereinzeln der Bohrstangen (20) aus der Charge heraus durch Herausheben, bevorzugt durch Herausdrücken von unten, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die leeren Stapeljoche (21) am Aufnahmeort (46) aufgenommen und zu einem Zwischenlager, bevorzugt in einer Transporteinheit (18), transportiert werden.
System zum Zuführen und Abführen von Bohrgestänge (20) zu einer Bohrvorrichtung (11) in einer Bohranlage (10) zum Erstellen einer Tiefbohrung mit einem Lagerplatz (17) zur Aufnahme von chargenweise angeordneten Bohrstangen (20), mit einer Transportvorrichtung (19) zum Zuführen einer Charge von Bohrgestänge (20) zu einem Aufnahmeort (46), mit einer Vereinzelungsvorrichtung (22) zum Vereinzeln einer Bohrstange (20) aus der Charge, und mit einer Vorrichtung (23) zum Zuführen und Abführen der vereinzelten Bohrstange (20) von dem Aufnahmeort zum Abgabeort nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerplatz Fixierelemente für Transporteinheiten (18) aufweist, und/oder dass die Charge in einer Transporteinheit (18) übereinander gruppierbar und einzeln entnehmbar vorgesehen ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrstangen (20) chargenweise in einem Stapeljoch (21) angeordnet sind, wobei es sich bevorzugt bei dem Stapeljoch (21) um ein Stapeljoch (21) zur chargenweisen Anordnung von Bohrstangen (20) mit einer Rohraufnahme (56) handelt, in der Bohrstangen (20) parallel zueinander anordbar sind, wobei die Rohraufnahme (56) so ausgeführt ist, dass die Bohrstangen (20) einlagig vorsehbar sind, mit einem Klemmelement (57) zum Arretieren der Bohrstangen (20) in der Rohraufnahme (56), wobei Klemmelement (57) und Rohraufnahme (56) aus Kunststoff ausgeführt sind, und mit einem Anschlag (58) zum lösbaren Anbringen einer Hebevorrichtung (19).
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Transportvorrichtung (19) um einen Kran (19), bevorzugt einen Portalkran handelt, der besonders bevorzugt quer zur Längserstreckung der Bohrstangen (20) verfahrbar ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vereinzelungsvorrichtung (22) um eine Vorrichtung zum Vereinzeln einer Bohrstange (20) aus einer parallel zueinander angeordneten Charge von Bohrstangen (20) handelt, mit wenigstens einer Ablagemöglichkeit (64) für die Charge und mit wenigstens zwei Anhebeeinheiten (66) zum Anheben der Bohrstange (20), wobei die Anhebeeinheiten (66) unterhalb der Charge im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Bohrstange (20) verfahrbar sind, oder wobei die Charge oberhalb der Anhebeeinheiten (66) im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Bohrstangen (20) verfahrbar sind.