EP3833843B1

EP3833843B1 - Landbohranlage und verfahren zum bewegen eines topdrive in einem bohrmast einer landbohranlage

Info

Publication number: EP3833843B1
Application number: EP20725144.8A
Authority: EP
Inventors: Achim Nordbeck; Arend Lödden
Original assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Current assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-05-07
Also published as: EA202192198A1; US11814906B2; EP3833843A1; US20220235614A1; WO2020225368A1; DE102019206598A1

Description

Die Erfindung betrifft eine im Folgenden mitunter kurz als Bohranlage bezeichnete Landbohranlage zum Abteufen von Tiefbohrungen, zum Beispiel auf Kohlenwasserstoff-Lagerstätten, zur Erdöl- und Erdgasexploration oder zum Erschließen von Geothermie. Die Erfindung betrifft im Weiteren ein Verfahren zum Bewegen eines sogenannten Topdrive (Kraftdrehkopf) in einem Bohrmast einer Landbohranlage sowie ein Verfahren zum sogenannten Ausbauen eines Bohrstrangs aus einem Bohrloch und ein Verfahren zum sogenannten Einbauen eines Bohrstrangs in ein Bohrloch.
Aus der DE 10 2014 200 748 A1 ist eine Landbohranlage mit einem Bohrmast, einem im Bohrmast entlang der Hochachse des Bohrmasts beweglichen Topdrive und einem Kronenlager an einem oberen Ende des Bohrmasts bekannt. Das Kronenlager ist mittels einer Positioniereinrichtung in horizontaler Richtung beweglich und der Topdrive ist im Bohrmast entlang einer Führung für den Topdrive in vertikaler Richtung beweglich.
Die US 4,903,44 beschreibt ebenfalls eine Bohranlage mit einem in horizontaler Richtung beweglichen Kronenlager. Die US 2001/0025727 beschreibt eine Bohranlage ohne Kronenlager und die Beweglichkeit in horizontaler Richtung ist nach Art eines Protalkrans realisiert.
Die US 2,643,005 beschreibt eine Bohranlage aus einer Zeit, bevor die Verwendung eines Topdrive üblich geworden ist. Dort wird der Bohrstrang mittels eines Drehtisches gedreht und der Bohrmast ist zur Aufwärts- und Abwärtsbewegung eines Elevators vorgesehen, an dem der Bohrstrang beim Bohren hängt. Bei einer solchen Bohranlage hängt der Elevator grundsätzlich frei pendelnd an einem Seilzugsystem unter dem Kronenlager. Die US 2,643,005 schlägt die Verwendung eines vertikal im Bohrmast verlaufenden und einerseits oben am Kronenlager und andererseits unten an einer Zurückzieheinrichtung angeschlagenen Stahlseils als Führung für den Elevator vor (der Elevator ist vertikal beweglich an das Stahlseil gekoppelt). Ein vom Bohrstrangende gelöster, frei pendelnder Elevator kann mittels eines durch eine gleichzeitige Bewegung des Kronenlagers und der Zurückzieheinrichtung bewirkten Zurückziehens des Stahlseils aus dem Bereich des Bohrstrangendes gezogen werden und kann dann neben dem Bohrstrangende abgesenkt werden.
Ein kritischer Aspekt beim Betrieb einer Landbohranlage sind die zeitabhängigen Kosten. Besonders zeitintensiv ist das Ein- und Ausbauen des Bohrstrangs. Dieses ist zum Beispiel beim Austausch eines Bohrkopfs erforderlich. Das Ausbauen eines Bohrstrangs und das anschließende Einbauen (Wiedereinbauen) eines Bohrstrangs wird auch als "Round Trip" bezeichnet. Die Dauer des Aus- und Einbauens eines Bohrstrangs wird auch als "Trip Rate" bezeichnet. Eine kurze Trip Rate ist ein wesentliches Kriterium für die Kosten eines Bohrvorhabens und entsprechend für Anbieter einer Bohranlage ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal.
Die oben genannte US 2,643,005 widmet sich bereits grundsätzlich dieser Problematik. Die dort vorgeschlagene Lösung kommt jedoch nicht für moderne Bohranlagen mit Topdrive in Betracht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bohranlage mit Topdrive, insbesondere einen Bohrmast einer solchen Bohranlage, anzugeben, welche bzw. welcher eine Verringerung der für einen Round Trip benötigten Zeit ermöglicht.
Die hier vorgeschlagene Bohranlage umfasst in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise einen Bohrmast, einen im Bohrmast entlang der Hochachse des Bohrmasts beweglichen, in der Fachterminologie als Topdrive bezeichneten Kraftdrehkopf sowie einen in der Fachterminologie als Crownblock (crown block) bezeichneten Kronenblock (Kronenlager) am oberen Ende (Kopfende) des Bohrmasts. Die Besonderheit besteht darin, dass das Kronenlager beweglich ist, nämlich translatorisch beweglich ist, insbesondere quer zur Hochachse des Bohrmasts translatorisch beweglich.
Zum Bewegen des Kronenlagers ist eine im Folgenden kurz als Positioniereinrichtung bezeichnete Kronenlagerpositioniereinrichtung vorgesehen. Die Bohranlage oder der Bohrmast weist eine solche Positioniereinrichtung auf, welche dafür bestimmt und eingerichtet ist, das Kronenlager im Betrieb zu bewegen, und welche das Kronenlager im Betrieb bestimmungsgemäß bewegt. Die Positioniereinrichtung ist dafür bestimmt und eingerichtet, das Kronenlager bedarfsabhängig zwischen zumindest zwei verschiedenen Positionen (erste Position; zweite Position) hin und her zu bewegen. Die Positioniereinrichtung ist oder umfasst eine Einrichtung, welche das Kronenlager im Betrieb bedarfsabhängig in die erste Position, in die zweite Position und ggf. in weitere Positionen bewegt und in der jeweiligen Position hält. Die Positioniereinrichtung ist zum Beispiel ein Antrieb oder umfasst zum Beispiel zumindest einen Antrieb.
In der ersten Position des Kronenlagers befindet sich der unter dem Kronenlager hängende und zumindest mittelbar am Kronenlager hängende Topdrive über der Mitte des Bohrlochs und entsprechend auf einer als Bohrlochmitte bezeichneten Position. Der Topdrive befindet sich immer dann auf Bohrlochmitte, wenn der Bohrstrang mittels des Topdrive angehoben, abgesenkt oder gedreht wird. Die erste Position des Kronenlagers, in der sich der Topdrive auf Bohrlochmitte befindet, wird entsprechend ebenfalls als "Bohrlochmitte" oder als "über Bohrlochmitte" bezeichnet; beide Bezeichnungen meinen dasselbe. In der zweiten Position befindet sich das Kronenlager in einer von der Bohrlochmitte beabstandeten Position. Diese Position wird im Folgenden als zurückgezogene Position bezeichnet.
Als Bohrlochmitte gilt jede Position über der Bohrlochmitte oder jede Position entlang einer durch den Bohrstrang im Bohrloch definierten Achse (Bohrlochmitte-Achse). Als zurückgezogene Position gilt jede Position entlang einer weiteren Achse, welche parallel zu der Bohrlochmitte-Achse und beabstandet von der Bohrlochmitte-Achse verläuft.
Eine solche Landbohranlage lässt sich kurz wie folgt beschreiben: Landbohranlage mit einem Bohrmast, einem im Bohrmast entlang der Hochachse des Bohrmasts beweglichen Topdrive und einem Kronenlager an einem oberen Ende des Bohrmasts, wobei das Kronenlager mittels einer Positioniereinrichtung beweglich ist.
Ausführungsformen einer solchen Landbohranlage lassen sich kurz wie folgt beschreiben:

Die Landbohranlage weist einen Verfahrweg für das Kronenlager am oberen Ende des Bohrmasts und eine als Positioniereinrichtung fungierende Verfahr- oder Verschiebeeinrichtung auf.
Die Landbohranlage weist einen einerseits am Bohrmast und andererseits am Kronenlager angreifenden Antrieb als Verfahr- oder Verschiebeeinrichtung auf.
Die Landbohranlage, nämlich deren als Verfahr- oder Verschiebeeinrichtung fungierender Antrieb, weist zumindest ein mittels des Antriebs (motorischer Antrieb, Elektromotor) drehbares und in, an oder auf dem Verfahrweg laufendes Antriebsrad auf.

Die Beweglichkeit des Kronenlagers gemäß der hier vorgeschlagenen Neuerung hat den Vorteil, dass ein selbst zwischen der Position über Bohrlochmitte und einer zurückgezogenen Position beweglicher Topdrive sogenannte Lastfahrten auf Bohrlochmitte und sogenannte Leerfahrten in der zurückgezogenen Position durchführen kann.
Eine solche Beweglichkeit des Topdrive (Beweglichkeit zwischen Bohrlochmitte und einer zurückgezogenen Position) ist bei Offshore-Bohranlagen, nicht aber bei Landbohranlagen, an sich bekannt. Diese Beweglichkeit ist auch bei der hier vorgeschlagenen Neuerung gegeben. Diese Beweglichkeit wird mittels einer im Folgenden zur Unterscheidung als Spreizeinrichtung bezeichneten weiteren Positioniereinrichtung realisiert.
Der Topdrive ist in zum Beispiel aus der EP 2 470 747 A1 grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise entlang einer Führung vertikal im Bohrmast beweglich, insbesondere entlang einer am Bohrmast angebrachten Führung. Die Spreizeinrichtung greift mittelbar oder unmittelbar an der Führung an und der Topdrive befindet sich am gegenüberliegenden Ende der Spreizeinrichtung. D.h. die Spreizeinrichtung bewegt sich mit dem Topdrive im Mast und kann grundsätzlich auch als Teil des Topdrive aufgefasst werden. Mittels der Spreizeinrichtung ist der Topdrive in eine erste Ebene und in eine zweite Ebene jeweils parallel zu einer durch die Führung definierten Ebene beweglich. Eine solche Spreizeinrichtung ist grundsätzlich an sich bekannt, so dass insoweit auf den Stand der Technik verwiesen werden kann. Als Spreizeinrichtung fungiert zum Beispiel eine Scherenhubmechanik, die zum Zwecke des "Abspreizens" des Topdrive von der Führung, also zum Bewegen des Topdrive in die Position über Bohrlochmitte, in horizontaler Richtung wirksam ist.
Der Topdrive stützt sich beim Drehen des Bohrstrangs und zum Drehen des Bohrstrangs an der Führung ab. Die mechanische Verbindung zwischen Topdrive und der Führung besteht über die Spreizeinrichtung. Die Führung und die Spreizeinrichtung gewährleisten (Drehmomentstütze), dass das mittels des Topdrive aufgebrachte Drehmoment ein Drehen des Bohrstrangs bewirkt. In einer der beiden parallelen Ebenen, in welche der Topdrive mittels der Spreizeinrichtung beweglich ist, befindet sich der Topdrive über Bohrlochmitte (erste Ebene; erste Position) und diese erste Position wird auch hier als Position über Bohrlochmitte oder kurz als Bohrlochmitte bezeichnet. In der anderen Ebene (zweite Ebene; zweite Position) befindet sich der Topdrive nicht über Bohrlochmitte und diese zweite Position wird - anlog zu der zweiten Position des Kronenlagers - als zurückgezogene Position bezeichnet. Beim Bewegen des Top-drive im Bohrmast werden die Positioniereinrichtung und die Spreizeinrichtung synchron oder zumindest im Wesentlichen synchron aktiviert: Bei einem mittels der Positioniereinrichtung bei einer Lastfahrt des Topdrive in die Position über Bohrlochmitte bewegten Kronenlager wird mittels der Spreizeinrichtung auch der Topdrive in die Position über Bohrlochmitte (in die erste Ebene) bewegt; bei einem mittels der Positioniereinrichtung bei einer Leerfahrt des Topdrive in die zurückgezogene Position bewegten Kronenlager wird mittels der Spreizeinrichtung auch der Topdrive in die zurückgezogene Position (in die zweite Ebene) bewegt.
Während einer Lastfahrt befindet sich der Topdrive über Bohrlochmitte und der Bohrstrang hängt am Topdrive. Während einer Lastfahrt ist damit gewissermaßen der Bereich über der Bohrlochmitte belegt und für andere Maschinen nicht zugänglich. Beispiele für solche anderen Maschinen sind ein sogenannter Pipehandler, ein in der Fachterminologie mitunter als Iron Roughneck bezeichnetes Zangensystem zum Herstellen und Lösen von Gewindeverbindungen zwischen zwei Bohrstangen oder eine Gestängehandhabungseinrichtung.
Beim Einbauen und auch beim Ausbauen eines Bohrstrangs bewegt sich der Topdrive in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zyklisch im Bohrmast auf und ab, nämlich zwischen einer Position am Ende einer Aufwärtsbewegung und einer Position am Ende einer Abwärtsbewegung, die im Folgenden vereinfachend als "oben im Mast" und "unten im Mast" bezeichnet werden, wobei es auf eine exakte Vertikalposition dabei nicht ankommt. Die Position "oben im Mast" ist mit der Höhe gleichzeitig ein- oder ausgebauter Bohrstangen korreliert. Die Position "unten im Mast" befindet sich im Bereich der Ebene des sogenannten Drillfloor und leicht oberhalb des Drillfloor.
Beim Ein- und Ausbauen des Bohrstrangs kann jeweils eine einzelne Bohrstange (single stand) ein- oder ausgebaut werden. Üblich ist aber ein gleichzeitiges Ein- oder Ausbauen von zwei Bohrstangen (double stand), drei Bohrstangen (triple stand) oder ggf. sogar mehr als drei Bohrstangen. Im Folgenden werden im Interesse einer besseren Lesbarkeit der weiteren Beschreibung eine einzeln ein- oder ausgebaute Bohrstange oder mehrere gleichzeitig ein- oder ausgebaute Bohrstangen zusammenfassend als Bohrgestängeelement bezeichnet.
Der herkömmliche Prozess des Ein- oder Ausbauens eines Bohrstrangs wird am Beispiel des Ausbauens kurz erläutert.
Beim Ausbauen eines Bohrstrangs wird der Bohrstrang mittels des Topdrive angehoben (Lastfahrt) und dabei stückweise aus dem Bohrloch gezogen. Das Ausbauen eines Bohrstrangs kann als in sechs wesentliche und sich zyklisch wiederholende Schritte unterteilt (siehe auch die Darstellung in Figur 3 und die zugehörige Erläuterung) gedacht werden:

Schritt 1: Der Topdrive fährt in die Position "oben im Mast". Der Topdrive ist dabei an das obere Ende des Bohrstrangs angekoppelt. Das Anheben des Bohrstrangs erfolgt auf eine Höhe, bei der sich ein Bohrgestängeelement (single stand, double stand etc.) in seiner gesamten Länge oberhalb des Drillfloor befindet. In dieser angehobenen Position wird der Bohrstrang bis zu einer Lastübergabe zunächst mit dem Topdrive gehalten.
Schritt 2: Um den Topdrive vom Bohrstrang abkoppeln zu können, wird der Bohrstrang zur Lastübernahme vom Topdrive axial fixiert. Eine solche Fixierung erfolgt beispielsweise und in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise mittels Keilen, nämlich mittels Keilen im Drillfloor. Mittels einer solchen Fixierung wird der Bohrstrang unabhängig vom Topdrive gehalten. Der Topdrive dient weiterhin noch als Führung des herausgezogenen Bohrgestängeelements.
Schritt 3: Die Führung des herausgezogenen Bohrgestängeelements wird mittels einer in der Fachterminoligie oftmals als Pipehandler bezeichneten Maschine übernommen. Diese fungiert als Gestängehandhabungseinrichtung und wird im Folgenden als Gestängehandhabungseinrichtung bezeichnet. Zur Übernahme der Führung des herausgezogenen Bohrgestängeelements greift die Gestängehandhabungseinrichtung in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise am Bohrgestängeelement an.
Schritt 4: Der Topdrive kann nach einer solchen Lastübergabe/-übernahme (Schritt 2) und nach einer solchen Übernahme der Führung des herausgezogenen Bohrgestängeelements (Schritt 3) vom Bohrstrang gelöst werden und wird vom Bohrstrang gelöst.
Schritt 5: Ein an sich bekanntes Zangensystem greift an der oberhalb des Drillfloor liegenden Verbindungsstelle des herausgezogenen Bohrgestängeelements mit dem restlichen Bohrstrang an und löst das mittels der Gestängehandhabungseinrichtung gehaltene, herausgezogene Bohrgestängeelement vom Bohrstrang. Der vom Bohrstrang abgekoppelte Topdrive bleibt noch oben im Mast, weil sich das herausgezogene Bohrgestängeelement auf der Position Bohrlochmitte befindet und damit der Weg für eine Abwärtsfahrt des Topdrive versperrt ist.
Schritt 6: Das herausgezogene und vom Bohrstrang getrennte Bohrgestängeelement wird mittels der Gestängehandhabungseinrichtung aus dem Bereich über Bohrlochmitte entfernt und zum Beispiel neben dem Bohrmast abgestellt, insbesondere in einer sogenannten Fingerbühne.

Die Reihenfolge der Schritte kann auch variiert werden, derart, dass zuerst der erste Schritt, dann der zweite Schritt, dann der fünfte Schritt, dann der dritte Schritt, dann der vierte Schritt und schließlich der sechste Schritt ausgeführt wird.
Nach dem sechsten Schritt ist der Bereich über der Bohrlochmitte in vertikaler Richtung wieder frei. Der Topdrive kann in die Position "unten im Mast" abgesenkt werden (Leerfahrt) und wird dort wieder an den Bohrstrang angekoppelt. Nun wird der Bohrstrang erneut mittels des Topdrive angehoben (neue Lastfahrt) und der Topdrive fährt mit dem ein weiteres Stück aus dem Bohrloch herausgezogenen Bohrstrang erneut in die Position "oben im Mast". Dieser Vorgang (Schritte 1 bis 6) wiederholt sich viele Male, bis der gesamte Bohrstrang aus dem Bohrloch gezogen ist. Für das Einbauen eines Bohrstrangs gilt dasselbe in umgekehrter Richtung und Reihenfolge entsprechend.
Indem nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz das Kronenlager zumindest zwischen der Position Bohrlochmitte und einer zurückgezogenen Position beweglich ist, kann ein selbst zwischen der Position über Bohrlochmitte und einer zurückgezogenen Position beweglicher Topdrive eine Leerfahrt in der zurückgezogenen Position durchführen. Bei der Leerfahrt bewegt sich der Topdrive dabei parallel zur Achse des Bohrstrangs und in einer zur Achse des Bohrstrangs parallelen Ebene. Ebenso verlaufen bei der Leerfahrt die Seile des Flaschenzugsystems zwischen Kronenlager und Topdrive parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Achse des Bohrstrangs. Der Verlauf der Seile des Flaschenzugsystems parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Achse des Bohrstrangs wird im Folgenden kurz als zum Bohrstrang paralleles Flaschenzugsystem bezeichnet.
Die Leerfahrt erfolgt zum Beispiel, während das herausgezogene Bohrgestängeelement vom Bohrstrang getrennt und/oder neben dem Mast abgestellt wird. Am Ende der Leerfahrt befindet sich der Topdrive wieder auf der Position "unten im Mast". Jetzt werden - sofern die Trennung und das Abstellen des herausgezogenen Bohrgestängeelements abgeschlossen ist - das Kronenlager wieder in die Position Bohrlochmitte gefahren und der Topdrive in die Position Bohrlochmitte bewegt, sodass der Topdrive in der Position "unten im Mast" erneut an den Bohrstrang angekoppelt werden kann.
Die Zeit, während derer sich der Topdrive bei der Leerfahrt parallel zu dem noch nicht vom Bohrstrang getrennten oder noch nicht abgestellten Bohrgestängeelement bewegt, ist jetzt beim Ausbauen des Bohrstrangs eingespart. Dieser Zeitgewinn ergibt sich bei jeder Leerfahrt (beim Ausbauen des Bohrstrangs und genauso beim Einbauen des Bohrstrangs). Damit ist eine deutliche Reduktion der Dauer des Aus- und Einbauens eines Bohrstrangs, also eine deutliche Reduktion der Dauer eines Round Trip, erreicht.
Neben dieser Zeitersparnis besteht ein Vorteil der hier vorgeschlagenen Neuerung darin, dass ein Schrägzug im Flaschenzugsystem vermieden wird. Ein Schrägzug im Flaschenzugsystem ergibt sich, wenn - wie dies von Offshore-Bohranlagen bekannt ist - der Topdrive von der Position über Bohrlochmitte (unter dem Kronenlager) in eine zurückgezogene Position bewegt wird. Ein Schrägzug führt in ungünstiger Art und Weise zu Horizontallasten in der Führung des Topdrive. Ein weiterer Vorteil der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht darin, dass ein geringerer horizontaler Fahrweg für den Topdrive zwischen dessen Position über Bohrlochmitte und der zurückgezogenen Position notwendig ist. Bei Offshore-Bohranlagen und der dort bekannten Beweglichkeit des Topdrive zwischen Bohrlochmitte und der zurückgezogenen Position muss die zurückgezogene Position so weit von der Position über Bohrlochmitte entfernt sein, dass eine Kollision des Flaschenzugsystems mit einem herausgezogenen Bohrgestängeelement, insbesondere mit dem oberen Ende des herausgezogenen Bohrgestängeelements, sicher ausgeschlossen werden kann. Dies macht einen deutlichen Abstand der zurückgezogenen Position von der Position über Bohrlochmitte erforderlich und führt zu einem entsprechenden Fahrweg des Topdrive zwischen Bohrlochmitte und der zurückgezogenen Position. Die Spreizeinrichtung, welche diesen Fahrweg ermöglicht, muss entsprechend ausgelegt sein. Je größer der Fahrweg, desto größer sind die auf die Spreizeinrichtung wirkenden Kräfte. Ein nach der hier vorgeschlagenen Neuerung möglicher geringerer Abstand zwischen der zurückgezogenen Position und Bohrlochmitte verringert also die auf die Spreizeinrichtung wirkenden Kräfte. Diese reduzierte Belastung erhöht deren Lebensdauer und macht eine weniger aufwändige Auslegung der Spreizeinrichtung möglich.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer solchen Bohranlage, insbesondere einem Verfahren zum Bewegen eines Topdrive in einem Bohrmast einer Bohranlage, ist zunächst bezüglich des Bohrmasts und des Topdrive vorgesehen, dass der Bohrmast in an sich bekannter Art und Weise an seinem Kopfende ein Kronenlager aufweist, wobei das Kronenlager üblicherweise als Oberflasche eines Flaschenzugsystems fungiert oder unter dem Kronenlager eine solche Oberflasche hängt, wobei der Topdrive an einer in der Fachterminologie als Traveling Block bezeichneten Unterflasche des Flaschenzugsystems hängt, und dass der Topdrive mittels des Flaschenzugsystems vertikal im Bohrmast, nämlich entlang einer Hochachse des Bohrmasts, beweglich ist und beim Betrieb der Bohranlage bewegt wird.
Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass das Kronenlager mittels einer Positioniereinrichtung (Kronenlagerpositioniereinrichtung) zumindest zwischen einer ersten Position (Bohrlochmitte) und einer zweiten Position (zurückgezogene Position) beweglich ist und beim Betrieb der Bohranlage bedarfsabhängig durch die Positioniereinrichtung in die erste oder die zweite Position bewegt wird. Das Kronenlager ist bevorzugt translatorisch beweglich, nämlich translatorisch in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Topdrive im Mast. Beim Ein- und Ausbauen eines Bohrstrangs werden das Kronenlager mittels der Positioniereinrichtung und der Top-drive mittels einer Spreizeinrichtung der oben beschriebenen Art in die Position Bohrlochmitte bewegt, wenn der Bohrstrang mit dem Topdrive angehoben, abgesenkt oder gedreht werden soll. Das Kronenlager befindet sich aufgrund einer entsprechenden Positionierung der Positioniereinrichtung in der Position Bohrlochmitte, wenn der Bohrstrang mit dem Topdrive angehoben, abgesenkt oder gedreht wird, also allgemein immer dann, wenn der Bohrstrang am Topdrive hängt. Bei einer Leerfahrt des Topdrive befindet sich das Kronenlager aufgrund einer entsprechenden Positionierung der Positioniereinrichtung in der zurückgezogenen Position und das Kronenlager wird durch die Positioniereinrichtung in die zurückgezogene Position bewegt, wenn eine Leerfahrt des Topdrive erfolgen soll.
Für die weitere Beschreibung gilt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen, dass Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betrieb einer Bohranlage oder dem Verfahren zum Bewegen eines Topdrive in einem Bohrmast einer Bohranlage sowie eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch für eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Bohranlage bzw. einen zur Ausführung des Verfahrens eingerichteten Bohrmast und umgekehrt gelten. Dementsprechend kann das Verfahren auch mittels einzelner oder mehrerer Verfahrensmerkmale fortgebildet sein, die sich auf von der Bohranlage ausgeführte Verfahrensschritte beziehen, und die Bohranlage oder der Bohrmast kann entsprechend auch durch Mittel zur Ausführung von im Rahmen des Verfahrens ausgeführten Verfahrensschritten fortgebildet sein. Folglich gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren und eventueller Ausgestaltungen beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit und im Hinblick auf die hier vorgeschlagene Vorrichtung und eventuelle Ausgestaltungen der Vorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen innerhalb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merkmale des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombinationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens / der gegenständlichen Bohranlage bzw. des gegenständlichen Bohrmasts nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen.
Bei einer Ausführungsform der hier vorgeschlagenen Vorrichtung (Bohranlage mit einer Positioniereinrichtung und einem mittels der Positioniereinrichtung beweglichen Kronenlager; Bohrmast mit einer Positioniereinrichtung und einem mittels der Positioniereinrichtung beweglichen Kronenlager) ist am Kopfende des Bohrmasts ein Verfahrweg für das Kronenlager vorgesehen und als Positioniereinrichtung fungiert eine Verfahreinrichtung oder eine Verschiebeeinrichtung, welche dafür bestimmt und eingerichtet ist, das Kronenlager im, am oder auf dem Verfahrweg zu bewegen, nämlich zu verfahren bzw. zu verschieben. Als Verfahrweg kommt zumindest eine Schiene, insbesondere eine Führungsschiene, oder ein als Schiene bzw. Führungsschiene fungierender Profilstahl in Betracht, insbesondere ein Profilstahl mit einem U-Profil oder einem T-Profil. Genauso kommt als Verfahrweg eine Zahnstange in Betracht. Ebenso sind Mischformen denkbar, also ein Verfahrweg, welcher einerseits eine Zahnstange und andererseits eine Schiene, insbesondere eine Führungsschiene, oder einen als Schiene bzw. Führungsschiene fungierenden Profilstahl umfasst.
Bevorzugt fungiert als Positioniereinrichtung ein einerseits am Kronenlager und andererseits entweder am Bohrmast oder direkt am Verfahrweg angreifender Antrieb oder die Positioniereinrichtung umfasst einen solchen Antrieb. Als Antrieb kommt zum Beispiel ein Hydraulikzylinder oder ein Pneumatikzylinder in Betracht. Soweit der Antrieb am Bohrmast oder direkt am Fahrweg angreift, greift er an einem ortsfesten Punkt an, von dem aus das Kronenlager bewegt werden kann, bei einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder in an sich bekannter Art und Weise durch Einziehen und Ausfahren einer Kolbenstange. Alternativ kommt als Antrieb auch ein Seilzug in Betracht, welcher das Kronenlager nach Art einer sogenannten Laufkatze entlang des Fahrwegs bewegt. Als Antrieb kommt alternativ ebenso ein motorischer Antrieb, insbesondere ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor, in Betracht, welcher ein Antriebsrad antreibt, welches in den Verfahrweg eingreift oder an dem Verfahrweg angreift und in, an oder auf dem Verfahrweg läuft. Auch ein solcher Antrieb greift einerseits am Kronenlager und andererseits am Verfahrweg und damit zumindest mittelbar am Bohrmast an. Bevorzugt ist der Antrieb dabei mit dem Kronenlager verbunden, insbesondere am Kronenlager angebracht. Eine weitere Möglichkeit für einen Antrieb ist ein mit dem Verfahrweg oder mit dem Bohrmast verbundener, insbesondere am Verfahrweg bzw. am Bohrmast angebrachter Antrieb, welcher ein Antriebsrad antreibt, welches reib- oder formschlüssig auf das bewegliche Kronenlager wirkt. Dann ist am Kronenlager zum Beispiel eine Zahnstange angebracht, in welche das Antriebsrad eingreift.
Insgesamt ist nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz vorteilhaft vorgesehen, dass beim und zum Einbauen eines Bohrstrangs in ein Bohrloch oder beim und zum Ausbauen eines Bohrstrangs aus einem Bohrloch jeweils Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten ausgeführt werden:
Beim Ausbauen eines Bohrstrangs aus dem Bohrloch wird der Bohrstrang mittels des Topdrive stückweise und jeweils im Wege einer Lastfahrt des Topdrive sowie einer Aufwärtsbewegung des Topdrive im Bohrmast aus dem Bohrloch gezogen. Am Ende einer Lastfahrt des Topdrive wird beim Ausbauen des Bohrstrangs der Bohrstrang mittels einer anderen Maschine gehalten und der Topdrive wird vom Bohrstrang abgekoppelt. Nach dem Abkoppeln des Topdrive vom Bohrstrang werden das Kronenlager mittels der Positioniereinrichtung und der Topdrive mittels der Spreizeinrichtung in die zweite Position (zurückgezogene Position) bewegt und der Topdrive wird im Wege einer Leerfahrt im Bohrmast abwärts bewegt, parallel zur Achse des Bohrstrangs und mit Abstand von der Position über Bohrlochmitte. Während der Lastfahrt des Topdrive befindet sich das Kronenlager in der Position über Bohrlochmitte. Während der Leerfahrt befindet sich das Kronenlager in der zurückgezogenen Position.
Beim Einbauen eines Bohrstrangs in ein Bohrloch wird der Bohrstrang mittels des Topdrive stückweise und jeweils im Wege einer Lastfahrt des Topdrive sowie einer Abwärtsbewegung des Topdrive im Bohrmast in das Bohrloch abgelassen. Am Ende einer Lastfahrt des Topdrive wird beim Einbauen des Bohrstrangs der Bohrstrang mittels einer anderen Maschine gehalten und der Topdrive wird vom Bohrstrang abgekoppelt. Nach dem Abkoppeln des Topdrive vom Bohrstrang werden das Kronenlager und der Topdrive in die zweite Position bewegt (zurückgezogene Position) und der Topdrive wird im Wege einer Leerfahrt im Bohrmast aufwärts bewegt, parallel zur Achse des Bohrstrangs und mit Abstand von der Position über Bohrlochmitte. Auch hier befindet sich das Kronenlager während der Lastfahrt des Topdrive in der Position über Bohrlochmitte und während der Leerfahrt in der zurückgezogenen Position.
Speziell bei einem beweglichen Kronenlager (beweglich zumindest zwischen der Position über Bohrlochmitte und einer zurückgezogenen Position) sowie einem in gleicher Weise beweglichen Topdrive - jeweils mittels einer Positioniereinrichtung bzw. einer Spreizeinrichtung - ist die gesamte Einrichtung zum Anheben, Absenken und Drehen eines Bohrstrangs im Mast zwischen der Position über Bohrlochmitte und einer zurückgezogenen Position beweglich, so dass insgesamt auch von einem zurückziehbaren Hebesystem im Mast (Retractable Hoisting System) gesprochen werden kann und die Erfindung ist insoweit in ihrer allgemeinsten Form ein solches zurückziehbares Hebesystem.
Eine Leerfahrt in der zurückgezogenen Position im Anschluss an eine Lastfahrt erfolgt bevorzugt automatisch oder teilautomatisch. Ein Bewegen des Kronenlagers in die zurückgezogene Position und eine anschließende Leerfahrt des Topdrive sind dann zulässig, wenn einerseits der Bohrstrang axial fixiert ist und ggf. ein herausgezogenes Bohrgestängeelement mittels einer anderen Maschine gehalten oder zumindest geführt wird und andererseits der Topdrive vom Bohrstrang abgekoppelt ist. Beide Bedingungen sind automatisch mittels einer Steuerungseinrichtung überwachbar und werden optional automatisch mittels einer Steuerungseinrichtung überwacht. Wenn zumindest die beiden vorgenannten Bedingungen erfüllt sind, wird automatisch oder im Anschluss an eine Bedienhandlung eines Bedieners das Kronenlager in die zurückgezogene Position bewegt (optimal zeitgleich oder zumindest in zeitlichem Zusammenhang mit einem Bewegen des Topdrive in die zurückgezogene Position mittels der Spreizeinrichtung) und optional erfolgt im Anschluss an das Erreichen der zurückgezogenen Position automatisch oder im Anschluss an eine weitere Bedienhandlung die Leerfahrt des Topdrive in der zurückgezogenen Position.
Ebenso erfolgt eine Überwachung eines Zugriffs auf einen Bereich über der Bohrlochmitte durch andere Maschinen oder eine andere Maschine, zum Beispiel eine Gestängehandhabungseinrichtung, automatisch oder teilautomatisch und unter Kontrolle einer Steuerungseinrichtung. Sobald das Kronenlager mittels der Positioniereinrichtung in die zurückgezogene Position bewegt ist und der Topdrive mittels der Spreizeinrichtung ebenfalls in die zurückgezogene Position bewegt ist, ist der Bereich über der Bohrlochmitte grundsätzlich für andere Maschinen frei. Wenn der Bereich über der Bohrlochmitte frei ist, ist ein Zugriff auf den Bereich über Bohrlochmitte für eine Gestängehandhabungseinrichtung oder dergleichen frei und mittels der Gestängehandhabungseinrichtung wird zum Beispiel ein vom Bohrstrang getrenntes Bohrgestängeelement aus dem Bereich über Bohrlochmitte entfernt (beim Ausbauen des Bohrstrangs) oder ein mit dem Bohrstrang zu verbindendes Bohrgestängeelement in den Bereich über Bohrlochmitte gebracht (beim Einbauen des Bohrstrangs).
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Da speziell die Merkmale der abhängigen Ansprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der jeweils in Bezug genommenen Ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Bewegens eines Topdrive im Bohrmast einer Bohranlage gelöst, die nach dem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Als Steuerungseinrichtung kommt zum Beispiel eine grundsätzlich an sich bekannte speicherprogrammierbare Steuerung in Betracht. Die Mittel zur Durchführung des Verfahrens sind dann die Steuerung selbst, Ein- und Ausgangskanäle der Steuerung und ein von der Steuerungseinrichtung ausgeführtes Steuerungsprogramm mit einer Implementation des Verfahrens und der davon umfassten Verfahrensschritte. Über die Eingangskanäle der Steuerungseinrichtung werden Eingangssignale von der Bohranlage, insbesondere von der Positioniereinrichtung, dem Topdrive, dem Kronenlager und/oder der Spreizeinrichtung, erfasst. Das Steuerungsprogramm bestimmt eine logische Verknüpfung solcher Signale miteinander und/oder mit in an sich bekannter Art und Weise erzeugten internen Statussignalen der Steuerungseinrichtung. Als Ergebnis solcher Verknüpfungen resultieren Ausgangssignale, welche über die Ausgangskanäle an die Bohranlage, insbesondere die Positioniereinrichtung, den Topdrive, das Kronenlager und/oder die Spreizeinrichtung, ausgegeben werden und zum Beispiel eine Aktivierung der Positioniereinrichtung zum Bewegen des Kronenlagers in die erste oder zweite Position bewirken.
Das Verfahren ist zur automatischen oder teilautomatischen Ausführung bevorzugt in Form eines als Steuerungsprogramm fungierenden Computerprogramms realisiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer, zum Beispiel eine Zentraleinheit einer speicherprogrammierbaren Steuerung, ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.
Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcodeanweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfolgen. Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementation eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist. Daher soll für die hier vorgelegte Beschreibung gelten, dass von den Begriffen Steuerungsprogramm und Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware, umfasst sind.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen

Fig. 1: einen Bohrmast einer Bohranlage mit einem im Bohrmast beweglichen Topdrive,
Fig. 2: den Bohrmast wie in Fig. 1 mit einem aus einer Position über Bohrlochmitte in eine zurückgezogene Position bewegten Kronenlager,
Fig. 3: einen schematisch vereinfachten Ablauf eines Verfahrens beim Ausbauen eines Bohrstrangs aus einem Bohrloch und
Fig. 4: das Verfahren beim Ausbauen eines Bohrstrangs nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz.

Die Darstellung in Figur 1 zeigt - in schematisch stark vereinfachter Form - als Teil einer Bohranlage 10 einen Bohrmast 12. Im Bohrmast 12 ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise ein Topdrive 14 entlang der Hochachse des Bohrmasts 12, also in vertikaler Richtung, aufwärts und abwärts beweglich.
Der Bohrmast 12 weist an seinem oberen Ende (Kopfende 16) in an sich bekannter Art und Weise ein sogenanntes Kronenlager 18 auf. Dieses fungiert bei der gezeigten Ausführungsform als Oberflasche eines Flaschenzugsystems 20 (Seilzugsystem). Eine Unterflasche 22 des Flaschenzugsystems 20 hängt unter dem Kronenlager 18. Der Topdrive 14 hängt an der Unterflasche 22 und insgesamt an dem Flaschenzugsystem 20 sowie unter dem Kronenlager 18.
Das Kronenlager 18 ist mittels einer Positioniereinrichtung 24 zumindest zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich. Als Positioniereinrichtung 24 ist - lediglich beispielhaft - ein Hydraulikzylinder gezeigt. Alternativ kann die Positioniereinrichtung 24 in der gezeigten Form auch als Pneumatikzylinder aufgefasst werden. Optional ist eine solche Positioniereinrichtung 24 in Form einer paarigen Anordnung zweier Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder realisiert. Der oder jeder Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder ist ein Beispiel für einen Antrieb einer einerseits unmittelbar oder mittelbar am Bohrmast 12 und andererseits am Kronenlager 18 angreifenden Verfahr- oder Verschiebeeinrichtung.
Bei der Darstellung in Figur 1 befindet sich das Kronenlager 18 in einer ersten Position, nämlich in einer Position, bei welcher der Topdrive 14 über dem mittels der Bohranlage 10 bearbeiteten Bohrloch hängt (Bohrlochmitte 26). Bei der Darstellung in Figur 2 befindet sich das Kronenlager 18 in einer zweiten Position, nämlich in einer Position, bei welcher der Topdrive 14 nicht über Bohrlochmitte 26 hängt. Die Position Bohrlochmitte 26 ergibt sich als Achse (Drehachse) des Bohrstrangs 28.
Die erste Position des Kronenlagers 18, bei welcher der Topdrive 14 über Bohrlochmitte 26 hängt, wird im Folgenden auch in Bezug auf die Position des Kronenlagers 18 als Position des Kronenlagers 18 über Bohrlochmitte 26 oder kurz als Bohrlochmitte 26 bezeichnet. Die zweite Position des Kronenlagers 18, bei welcher der Topdrive 14 nicht über Bohrlochmitte 26 hängt, wird im Folgenden zur Unterscheidung als zurückgezogene Position bezeichnet.
Für eine solche Beweglichkeit des Kronenlagers 18 zumindest zwischen der Position Bohrlochmitte und der zurückgezogenen Position ist bei der gezeigten Ausführungsform am Kopfende 16 des Bohrmasts 12 ein Verfahrweg 30 vorgesehen. Entlang des Verfahrwegs 30 ist das Kronenlager 18 beweglich. Die Positioniereinrichtung 24 bewirkt die Bewegung des Kronenlagers 18 entlang des Verfahrwegs 30, also zum Beispiel die Bewegung des Kronenlagers 18 in die Position über Bohrlochmitte 26 oder die Bewegung des Kronenlagers 18 in die zurückgezogene Position.
In der Position des Kronenlagers 18 über Bohrlochmitte 26 erfolgen sogenannte Lastfahrten des Topdrive 14. Bei einer Lastfahrt des Topdrive 14 hängt ein mittels des Topdrive 14 drehbarer Bohrstrang 28 am Topdrive 14 und wird mittels des Topdrive 14 angehoben, abgesenkt und/oder gedreht.
In der zurückgezogenen Position des Kronenlagers 18 erfolgen sogenannte Leerfahrten des Topdrive 14. Bei einer Leerfahrt ist der Topdrive 14 vom Bohrstrang 28 abgekoppelt. Eine Leerfahrt kann aufgrund der Beweglichkeit des Kronenlagers 18 in einer Ebene parallel zu einer durch das Bohrloch definierten Ebene und mit Abstand von der Bohrlochmitte 26 erfolgen.
Eine Leerfahrt kann mit einem gemäß der hier vorgeschlagenen Neuerung beweglichen Kronenlager 18 und einem selbst zwischen einer Position über Bohrlochmitte 26 und einer zurückgezogenen Position beweglichen Topdrive 14 bereits erfolgen, wenn beim Ausbauen des Bohrstrangs 28 noch ein Bohrgestängeelement 32 vom Bohrstrang 28 abgetrennt und neben dem Mast 12, zum Beispiel in einer Fingerbühne 34, abgestellt wird oder wenn beim Einbauen eines Bohrstrangs 28 ein an den Bohrstrang 28 anzukoppelndes neues Bohrgestängeelement 32 in die Position über Bohrlochmitte 26 gebracht wird. Dies spart beim Ein- und Ausbauen des Bohrstrangs 28 Zeit, weil Prozesse, welche bisher strikt nacheinander zu erfolgen hatten, nunmehr parallel oder zumindest teilweise parallel ausgeführt werden können.
Bei den Darstellungen in Figur 1 und Figur 2 ist bezüglich der Beweglichkeit des Topdrive 14 zwischen der Position über Bohrlochmitte 26 und der zurückgezogenen Position schematisch stark vereinfacht eine grundsätzlich an sich bekannte und hier als Spreizeinrichtung 36 bezeichnete Einrichtung zum Bewegen des Topdrive 14 aus der zurückgezogenen Position über Bohrlochmitte 26 sowie zum Bewegen des Topdrive 14 aus der Position über Bohrlochmitte 26 in die zurückgezogene Position gezeigt. Die Spreizeinrichtung 36 greift an einer Seite an einer Führung 38 im oder am Bohrmast 12 an und an der gegenüberliegenden Seite hält und positioniert die Spreizeinrichtung 36 den Topdrive 14 (getragen wird der Topdrive 14 vom Flaschenzugsystem 20). Entlang der Führung 38 ist der Topdrive 14 im Bohrmast 12 in vertikaler Richtung beweglich. Mittels der Spreizeinrichtung 36 ist der Topdrive 14 in eine Ebene über Bohrlochmitte 26 beweglich (erste Position) und aus der Ebene über Bohrlochmitte 26 in eine zurückgezogene Position (zweite Position) beweglich. An der Führung 38 stützt sich der Topdrive 14 beim Drehen des Bohrstrangs 28 ab. Mittels der Spreizeinrichtung 36 ist der Topdrive 14 zumindest in eine erste Ebene und in eine zweite Ebene jeweils parallel zu einer durch die Führung 38 definierten Ebene bewegbar.
In der Darstellung in Figur 1 ist eine Situation gezeigt, bei welcher der Topdrive 14 mittels der Spreizeinrichtung 36 in die erste Ebene bewegt ist, nämlich eine Ebene, welche eine von Bohrlochmitte 26 ausgehende gedachte Linie entlang und in Fortsetzung des Bohrlochs enthält. Eine zu dieser Ebene gehörige Position der Spreizeinrichtung 36 wird im Folgenden - analog zu der Position des Kronenlagers 18 - als Position über Bohrlochmitte 26 oder kurz als Bohrlochmitte 26 bezeichnet. In der Darstellung in Figur 2 ist eine Situation gezeigt, bei der der Topdrive 14 mittels der Spreizeinrichtung 36 in die zweite Ebene, nämlich eine zu der ersten Ebene parallele und von der ersten Ebene beanstandete zweite Ebene, bewegt ist. Eine zu dieser Ebene gehörige Position der Spreizeinrichtung 36 wird im Folgenden - ebenfalls analog zu der Position des Kronenlagers 18 - als zurückgezogene Position bezeichnet.
Bei einer Bohranlage 10 mit einem beweglichen Kronenlager 18 und einem mittels einer Spreizeinrichtung 36 beweglichen Topdrive 14 sind die Bewegungen des Kronenlagers 18 und der Spreizeinrichtung 36 zumindest miteinander koordiniert. Dabei kann eine jeweils gleichzeitige Bewegung von Kronenlager 18 und Spreizeinrichtung 36 (jeweils in dieselbe Richtung, also entweder in Richtung auf die erste Position oder in Richtung auf die zweite Position) vorgesehen sein. Die Bewegungen können grundsätzlich auch zeitversetzt oder nacheinander erfolgen, erfolgen aber auch dann stets jeweils in dieselbe Richtung.
Beim Ausbauen des Bohrstrangs 28 mussten bisher zum Beispiel folgende schematisch vereinfacht in der Darstellung in Figur 3 gezeigte Verfahrensschritte nacheinander erfolgen (eine ebenfalls möglich Variante der Schrittreihenfolge ist in der Beschreibungseinleitung erwähnt):

Stückweises Herausziehen des Bohrstrangs 28 aus dem Bohrloch mittels des Topdrive 14 (erster Schritt 40);
Fixieren des Bohrstrangs 28 zur Lastübernahme vom Topdrive 14 (zweiter Schritt 41);
Führung des herausgezogenen Bohrgestängeelements 32 mittels einer anderen Maschine, zum Beispiel mittels Pipehandler 50 (dritter Schritt 42);
Abkoppeln des Topdrive 14 vom Bohrstrang 28 (vierter Schritt 43);
Trennen des herausgezogenen Bohrgestängeelements 32 vom Bohrstrang 28 mittels eines Zangensystems 52 (fünfter Schritt 44);
Abtransport des vom Bohrstrang 28 getrennten Bohrgestängeelements 32 aus dem Bereich über Bohrlochmitte 26, zum Beispiel mittels Pipehandler 50 (sechster Schritt 45);
Absenken des Topdrive 14 in Richtung auf das Ende des Bohrstrangs 28 (siebenter Schritt 46);
Ankoppeln des Topdrive 14 an den Bohrstrang 28 (achter Schritt 47);
stückweises Herausziehen des Bohrstrangs 28 aus dem Bohrloch mittels des Topdrive 14 (erster Schritt 40) und so weiter.

Jetzt können nach dem hier vorgeschlagenen Ansatz die Verfahrensschritte "Trennen des herausgezogenen Bohrgestängeelements 32 vom Bohrstrang 28" (fünfter Schritt 44) und "Abtransport des vom Bohrstrang 28 getrennten Bohrgestängeelements 32 aus dem Bereich über Bohrlochmitte 26" (sechster Schritt 45) sowie der Verfahrensschritt "Absenken des Topdrive 14 in Richtung auf das Ende des Bohrstrangs 28" (siebenter Schritt 46) parallel ausgeführt werden, wie dies schematisch vereinfacht in der Darstellung in Figur 4 gezeigt ist.
Dafür werden das Kronenlager 18 mittels der Positioniereinrichtung 24 und der Topdrive 14 mittels der Spreizeinrichtung 36 nach dem Abkoppeln des Topdrive 14 vom Bohrstrang 28 in die zurückgezogene Position bewegt. Anschließend oder optional auch bereits während des Bewegens des Kronenlagers 18 und/oder der Spreizeinrichtung 36 in die zurückgezogene Position wird der Topdrive 14 abgesenkt. Wenn das vom Bohrstrang 28 getrennte Bohrgestängeelement 32 aus dem Bereich über Bohrlochmitte 26 entfernt ist, können das Kronenlager 18 mittels der Positioniereinrichtung 24 und der Topdrive 14 mittels der Spreizeinrichtung 36 wieder in die Position über Bohrlochmitte 26 bewegt werden. Wenn sich der Topdrive 14 noch in der Abwärtsbewegung befindet, wenn diese Bedingung erfüllt ist, können auch diese Bewegungen (Abwärtsbewegung des Topdrive 14 einerseits sowie Bewegung des Kronenlagers 18 mittels der Positioniereinrichtung 24 und Bewegung des Top-drive 14 mittels der Spreizeinrichtung 36 andererseits) parallel ausgeführt werden.
Jedenfalls befindet sich der Topdrive 14 bei einer Bewegung in der zurückgezogenen Position regelmäßig bereits dann auf der Höhe des Endes des Bohrstrangs 28, wenn parallel der sechste Verfahrensschritt 45 (Abtransport des Bohrgestängeelements 32 aus dem Bereich über Bohrlochmitte 26) abgeschlossen ist. Ohne die hier vorgeschlagene Neuerung würde erst jetzt, also erst nach dem Ende des sechsten Verfahrensschritts 45, das Absenken des Topdrive 14 beginnen. Das Ausbauen eines Bohrgestängeelements 32 geht also jetzt schneller vonstatten als nach dem Stand der Technik. Dieser Zeitgewinn multipliziert sich beim Ausbauen eines kompletten Bohrstrangs 28. Für das (Wieder-)Einbauen des Bohrstrangs 28 gilt dasselbe entsprechend.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden eine Landbohranlage 10 mit einem Bohrmast 12, einem im Bohrmast 12 entlang der Hochachse des Bohrmasts 12 beweglichen Topdrive 14 und einem Kronenlager 18 an einem oberen Ende 16 des Bohrmasts 12, wobei das Kronenlager 18 mittels einer Positioniereinrichtung 24 beweglich ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Bohranlage 10 und ein Verfahren zum Betrieb eines Topdrive 14 im Bohrmast einer solchen Bohranlage 10.

Bezugszeichenliste

10: Bohranlage
12: Bohrmast
14: Topdrive
16: Kopfende (des Bohrmasts)
18: Kronenlager
20: Flaschenzugsystem
22: Unterflasche
24: Positioniereinrichtung
26: Bohrlochmitte
28: Bohrstrang
30: Verfahrweg
32: Bohrgestängeelement
34: Fingerbühne
36: Spreizeinrichtung
38: Führung
40: (erster) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
41: (zweiter) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
42: (dritter) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
43: (vierter) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
44: (fünfter) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
45: (sechster) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
46: (siebenter) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
47: (achter) Schritt (beim Ausbauen eines Bohrstrangs)
50: Pipehandler
52: Zangensystem

Claims

Landbohranlage (10) mit
einem Bohrmast (12),

einem im Bohrmast (12) entlang der Hochachse des Bohrmasts (12) beweglichen Topdrive (14) und

einem Kronenlager (18) an einem oberen Ende (16) des Bohrmasts (12),

wobei das Kronenlager (18) mittels einer Positioniereinrichtung (24) beweglich ist und

wobei der Topdrive (14) im Bohrmast (12) entlang einer Führung (38) im oder am Bohrmast (12) vertikal beweglich ist,

wobei die Führung (38) eine Ebene definiert,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Topdrive (14) mittels einer Spreizeinrichtung (36) zumindest in eine erste Ebene und in eine zweite Ebene jeweils parallel zu der durch die Führung (38) definierten Ebene beweglich ist,

dass die Spreizeinrichtung (36) mittelbar oder unmittelbar an der Führung (38) angreift und der Topdrive (14) sich am gegenüberliegenden Ende der Spreizeinrichtung (36) befindet und

dass die Spreizeinrichtung (36) mit dem Topdrive (14) im Bohrmast (12) entlang der Führung (38) vertikal beweglich ist.
Bohranlage nach Anspruch 1,
mit einem Verfahrweg (30) für das Kronenlager (18) am oberen Ende des Bohrmasts (12) und

mit einer als Positioniereinrichtung (24) fungierenden Verfahr- oder Verschiebeeinrichtung.
Bohranlage nach Anspruch 2,
mit einem einerseits am Bohrmast (12) und andererseits am Kronenlager (18) angreifenden Antrieb als Verfahr- oder Verschiebeeinrichtung.
Bohranlage nach Anspruch 2 oder 3,
mit zumindest einem mittels eines Antriebs (motorischer Antrieb, Elektromotor) drehbaren und in, an oder auf dem Verfahrweg (30) laufenden Antriebsrad.
Verfahren zum Bewegen eines Topdrive (14) in einem Bohrmast (12) einer Landbohranlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei der Bohrmast (12) an einem Kopfende (16) ein Kronenlager (18) aufweist,

wobei der Topdrive (14) unter dem Kronenlager (18) an einem Flaschenzugsystem (20) hängt,

wobei der Topdrive (14) mittels des Flaschenzugsystems (20) vertikal im Bohrmast (12) bewegt wird,

wobei das Kronenlager (18) mittels einer Positioniereinrichtung (24) zumindest zwischen einer ersten Position über Bohrlochmitte (26) und einer zweiten, von der Position über Bohrlochmitte (26) entfernten Position hin und her bewegt wird und,

wobei das Kronenlager (18) für eine Lastfahrt des Top-drive (14) in die erste Position über Bohrlochmitte (26) bewegt wird,

wobei das Kronenlager (18) für eine Leerfahrt des Top-drive (14) in die zweite, von der Position über Bohrlochmitte (26) entfernte Position bewegt wird und,

wobei ein selbst zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglicher Topdrive (14) für eine Lastfahrt in die erste Position über Bohrlochmitte (26) und für eine Leerfahrt in die zweite, von der Position über Bohrlochmitte (26) entfernte Position bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5,
wobei die Bewegung des Kronenlagers (18) in die erste oder zweite Position mit der Bewegung des Topdrive (14) in die erste oder zweite Position koordiniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
wobei bei einem Ausbauen eines Bohrstrangs (28) aus dem Bohrloch der Bohrstrang (28) mittels des Topdrive (14) stückweise und jeweils im Wege einer Lastfahrt des Topdrive (14) sowie einer Aufwärtsbewegung des Topdrive (14) im Bohrmast (12) aus dem Bohrloch gezogen wird,

wobei beim Ausbauen des Bohrstrangs (28) am Ende einer Lastfahrt des Topdrive (14) der Bohrstrang (28) unabhängig vom Topdrive (14) gehalten und der Topdrive (14) vom Bohrstrang (28) abgekoppelt wird,

wobei nach dem Abkoppeln des Topdrive (14) vom Bohrstrang (28) das Kronenlager (18) in die zweite Position bewegt wird, insbesondere das Kronenlager (18) und der Top-drive (14) in die zweite Position bewegt werden, und der Top-drive (14) im Wege einer Leerfahrt im Bohrmast (12) abwärts bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7,
wobei bei einem Einbauen eines Bohrstrangs (28) in ein Bohrloch der Bohrstrang (28) mittels des Topdrive (14) stückweise und jeweils im Wege einer Lastfahrt des Topdrive (14) sowie einer Abwärtsbewegung des Topdrive (14) im Bohrmast (12) in das Bohrloch abgelassen wird,

wobei beim Einbauen des Bohrstrangs (28) am Ende einer Lastfahrt des Topdrive (14) der Bohrstrang (28) unabhängig vom Topdrive (14) gehalten und der Topdrive (14) vom Bohrstrang (28) abgekoppelt wird,

wobei nach dem Abkoppeln des Topdrive (14) vom Bohrstrang (28) das Kronenlager (18) in die zweite Position bewegt wird, insbesondere das Kronenlager (18) und der Top-drive (14) in die zweite Position bewegt werden, und der Top-drive (14) im Wege einer Leerfahrt im Bohrmast (12) aufwärts bewegt wird.