EP4139554B1 - Vorrichtung zur daten- und/oder stromübertragung an einem bohrturm oder einer behandlungswinde - Google Patents

Vorrichtung zur daten- und/oder stromübertragung an einem bohrturm oder einer behandlungswinde Download PDF

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EP4139554B1
EP4139554B1 EP21718071.0A EP21718071A EP4139554B1 EP 4139554 B1 EP4139554 B1 EP 4139554B1 EP 21718071 A EP21718071 A EP 21718071A EP 4139554 B1 EP4139554 B1 EP 4139554B1
Authority
EP
European Patent Office
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ring
top drive
sliding contact
slip
groove
Prior art date
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Active
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EP21718071.0A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4139554C0 (de
EP4139554A1 (de
Inventor
Medardus RAMSAUER
Abdelrhani Lamik
Anton KOTOV
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.)
Think And Vision GmbH
Original Assignee
Think And Vision GmbH
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Publication date
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    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/028—Electrical or electro-magnetic connections
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/03—Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer
    • 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while 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
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E21B3/022—Top drives

Definitions

  • the invention relates to a device for data and/or power transmission from a rotatable to a non-rotatable part of a drilling rig or a treatment winch with an electrical cable.
  • Such a device is known for example from EP 2 738 346 A1 Furthermore, the DE 10 2014 104 552 A1 and the EP 2 390 499 A2 Sliding contact arrangements with slip rings and contact elements are known.
  • the invention further relates to a top drive system of a drilling rig, in which a top drive is mounted on a vertical guide of a tower of the drilling rig via a carriage in a rotationally fixed manner and movable in the vertical direction, wherein a pipe handler is mounted on the top drive via an adapter with a rotation axis, wherein the pipe handler is rotatable about the rotation axis relative to the top drive, and wherein the top drive is connected to system devices or controls of the drilling rig on the surface via an electrical data and/or power line.
  • Drilling rigs are used to drill for oil, natural gas, geothermal energy or water, for example.
  • Such drilling rigs usually have a tower on which a power rotary head (English: “Top Drive”) is mounted on a vertical guide of the tower via a carriage in a rotationally fixed manner but can be moved in the vertical direction.
  • the drill rod is mounted on this power rotary head, at the lower end of which is the drill head or drill bit.
  • the drill rod consists of a large number of rod pipes, with further rod pipes being screwed onto the upper end of the drill rod as the depth of the borehole increases.
  • the topmost rod pipe is connected to a drive shaft of the power rotary head.
  • the topmost rod pipe can be screwed to the drive shaft for this purpose.
  • Drive motors in the Power rotary heads drive the drive shaft, which in turn rotates the drill rod with the drill head.
  • a device commonly referred to as a "pipe handler” is used to mount or screw another drill pipe onto the drive shaft.
  • This device is attached to an adapter, via which the pipe handler is mounted on the top drive, and can be pivoted out of the axis of rotation relative to the power rotary head and rotated around the axis of rotation.
  • the pipe handler is used to grasp another drill pipe to be screwed onto the drill rod, bring it up to the drive shaft, hold it when it is mounted on or screwed onto the drive shaft and, if necessary, rotate it relative to the top drive.
  • the pipe handler is used in the same way, but in reverse order.
  • Workover rigs are used to carry out maintenance work on existing conveyor systems, for example to carry out maintenance work or repairs. They can also have a fixed part and a rotating part, between which data and/or power transmission should be possible.
  • the invention is therefore based on the object of creating a device of the type mentioned at the outset in which the disadvantages occurring in the prior art are eliminated.
  • the device according to the invention is intended to eliminate the risk of damage to or destruction of the connecting cable between the rotating pipe handler and the non-rotating top drive.
  • the two rings which are essentially similar to a known slip ring construction, make it possible to create a connection with no restrictions on the angle of rotation.
  • a completely closed contact area between the slip ring(s) and the sliding contact(s) can be created by designing the slip ring with two circumferentially closed rings, whereby at the same time the slip ring(s) is/are permanently closed or insulated from the environment.
  • the device according to the invention preferably has at least two slip rings with associated sliding contacts, which are accommodated in the closed area formed by the rings.
  • embodiments are also possible within the scope of the invention in which the device has only a single slip ring with associated sliding contact, which are arranged in the closed area. If the device according to the invention is used for the transmission of electrical current in the embodiment with only one slip ring with sliding contact, the return of the current must be reliably ensured in another way (e.g. via the housing or via the bearings of the slip ring).
  • the invention is characterized in that the first ring has a circumferential groove, that the second ring is at least partially received in the groove of the first ring and that the slip rings and the sliding contacts are arranged within the groove on the first ring or on the second ring.
  • the groove defines a largely enclosed area that can be easily closed off to the outside using the second ring.
  • slip rings and sliding contacts are arranged on opposite sides of the second ring, it is also possible that at least two slip rings and sliding contacts are arranged essentially next to one another. Combinations of slip rings and sliding contacts arranged next to one another and opposite one another are also possible within the scope of the invention.
  • slip rings are arranged on the second ring and the sliding contacts on the first ring, although it is of course also possible that the slip rings are arranged on the first ring and the sliding contacts on the second ring.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention, which is only an example and, apart from the features according to the invention as defined in the claims, can also be designed differently with regard to many components within the scope of the present invention without this requiring special mention below.
  • the device according to the invention can have only one slip ring with an associated sliding contact.
  • the Fig. 1 and 2 show a device 1 according to the invention in the area of an adapter 2, via which a rotating part of a top drive system (not specifically shown) - in the embodiment shown a pipe handler 10 - is arranged on a rotationally fixed part of the top drive system - in the embodiment shown a top drive 3.
  • the top drive 3 is attached to a Fig. 1 and 2
  • the vertical guide 4, which is only shown in fragmentary form, is movably mounted on a tower of a drilling rig, also not shown, via a carriage (not shown).
  • rod-shaped rockers 9 (English: “links") are pivotably mounted at one end so that they can be pivoted out of a rotation axis 5 of the pipe handler 10.
  • Grippers or clamps are mounted on the other, not shown, ends of the rod-shaped rockers 9, with which rod pipes can be grasped and connected to a drive shaft of the top drive 3 (not shown) arranged in the area between the rockers 9.
  • the adapter 2 can be rotated together with the rockers 9 around the rotation axis 5 relative to the rotationally fixed part - ie the Top Drive 3 - of the Top Drive system and for this purpose has a spur gear 6 in the area of the connection to the Top Drive 3, into which a pinion 7 of a drive 8 mounted on the non-rotatable top drive 3 engages.
  • the drive shaft which can be driven via drive motors in the top drive, is guided through a hole 20 in the adapter 2 that is coaxial with the axis of rotation 5.
  • the device is designed as is sufficiently known from the prior art.
  • slip rings 11, 12 with sliding contacts 13, 14 are provided according to the invention.
  • the sliding contacts 13, 14 are arranged in the embodiment shown on a first ring that is closed in the circumferential direction, a so-called outer ring 15.
  • the slip rings 11, 12 are arranged on a second ring that is also closed in the circumferential direction, a so-called inner ring 16.
  • outer ring 15 and inner ring 16 do not mean that the inner ring 16 has to be arranged radially inside the outer ring 15, although this is not excluded, but that the inner ring 16 is at least partially received in a groove 17 of the outer ring 15.
  • the groove 17 of the outer ring 15 is directed radially outwards, although this does not necessarily have to be the case.
  • the outer ring 15 is mounted in a rotationally fixed manner via spokes 23 on the adapter 2, specifically on the spur gear 6, which is attached to the adapter 2.
  • the sliding contacts 13, 14 rotate accordingly with the adapter 2.
  • the inner ring is mounted on the rotationally fixed top drive 3 via a holder 18, a swivel arm 19 and a support arm 21.
  • the slip rings 11, 12 are mounted in a rotationally fixed manner accordingly.
  • the outer ring 15 and the inner ring 16 have a common central axis 22 around which the outer ring 15 rotates.
  • the axis 22 of the outer ring 15 and the inner ring 16 is slightly offset from the axis of rotation 5 of the adapter 2, as shown in Fig. 2 This enables a particularly compact design of the Top Drive system.
  • the swivel arm 19 is provided, which is connected to both the holder 18 and the support arm 21 via a joint.
  • the slip rings 11, 12 are, like the Fig. 5 and 7 show, are designed in the shape of a ring disk and are flat and are arranged on opposite sides of an electrical insulating body 24 of the inner ring 16.
  • pins 26 connected to the slip rings 11, 12 are provided, which establish a galvanic connection to conductors 27 that lead to corresponding contacts in the plug 25.
  • a cable can be plugged into the plug 25, which is connected to system devices or controls of the drilling rig on the surface.
  • Fig. 5 only the pin 26 and the conductor 27 are shown, which are connected to the lower slip ring 12.
  • a corresponding, mirror-image connection, which is provided for the upper slip ring 11, is shown in Fig. 5 However, it is not shown because it is offset in the circumferential direction of the rings 15, 16.
  • the groove 17 of the outer ring 15 is also formed by an electrical insulating body 28, into which at one point its circumference the sliding contacts 13, 14 are embedded, as in Fig. 6 can be seen.
  • the sliding contacts 13, 14 essentially consist of pins 26, which are pressed by springs 29 towards the inside of the groove 17 and thus against the slip rings 11, 12.
  • the pins of the sliding contacts 13, 14 are guided in ceramic sleeves 30, which serve for explosion protection, and are connected to conductors 31.
  • the conductors 31 lead to a second plug 32, to which a cable connected to the pipe handler 10 can be plugged.
  • Seals 33 are inserted into the insulating body 28 of the outer ring and the insulating body 24 of the inner ring 16, which seal the gaps leading outwards in radial planes between the outer ring 11 and the inner ring 12.
  • the interior of the groove 17 is completely sealed in accordance with the regulations for explosion safety on drilling rigs, so that any sparks that may arise between the slip rings 11, 12 and the sliding contacts 13, 14 cannot lead to explosions.
  • no dirt or rainwater can penetrate into the interior of the groove 17.
  • the device 1 according to the invention can also be installed in a Kelly Drive system, i.e. a drilling system in which the drill rod is not rotated from above with a top drive 3, but in the area of the borehole with a Kelly Drive.
  • a Kelly Drive system i.e. a drilling system in which the drill rod is not rotated from above with a top drive 3, but in the area of the borehole with a Kelly Drive.
  • the device 1 according to the invention is also used for data or power transmission between a rotating part, for example the pipe handler 10, and a rotationally fixed part, for example a holder for the pipe handler 10 arranged on a movable carriage.
  • the device according to the invention can also be used in a treatment winch.
  • the treatment winch also has a rotating part (eg a type of pipe handler 10) and a non-rotating part (eg a top drive 3). between which a data or power transmission can take place with the aid of the device 1 according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Daten- und/oder Stromübertragung von einem drehbaren zu einem drehfesten Teil eines Bohrturmes oder einer Behandlungswinde mit einem elektrischen Kabel.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 738 346 A1 bekannt. Des Weiteren sind aus der DE 10 2014 104 552 A1 und der EP 2 390 499 A2 Gleitkontaktanordnungen mit Schleifringen und Kontaktelementen bekannt.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Top Drive System einer Bohranlage, bei dem ein Top Drive (deutsch: Kraftdrehkopf) über einen Schlitten drehfest und in vertikaler Richtung verfahrbar an einer Vertikalführung eines Turmes der Bohranlage montiert ist, wobei ein Pipe Handler über einen Adapter mit einer Drehachse am Top Drive montiert ist, wobei der Pipe Handler gegenüber dem Top Drive um die Drehachse drehbar ist, und wobei der Top Drive über eine elektrische Daten- und/oder Stromleitung mit Systemeinrichtungen bzw. -steuerungen der Bohranlage an der Oberfläche verbunden ist.
  • Bohrtürme werden verwendet, um beispielsweise nach Erdöl, Erdgas, Geothermie oder Wasser zu bohren. Derartige Bohrtürme weisen üblicherweise einen Turm auf, an dem ein Kraftdrehkopf (englisch: "Top Drive") über einen Schlitten drehfest, aber in vertikaler Richtung verfahrbar an einer Vertikalführung des Turmes montiert ist. An diesem Kraftdrehkopf wird das Bohrgestänge montiert, an dessen unterem Ende sich der Bohrkopf bzw. Bohrmeißel befindet. Das Bohrgestänge besteht aus einer Vielzahl von Gestängerohren, wobei mit zunehmender Tiefe des Bohrloches sukzessive weitere Gestängerohre am oberen Ende des Bohrgestänges angeschraubt werden. Das jeweils oberste Gestängerohr wird mit einer Antriebswelle des Kraftdrehkopfes verbunden. Das oberste Gestängerohr kann dafür mit der Antriebswelle verschraubt werden. Antriebsmotoren im Kraftdrehkopf treiben die Antriebswelle an, die wiederum das Bohrgestänge mit dem Bohrkopf drehend antreibt.
  • Zum Montieren bzw. Anschrauben eines weiteren Gestängerohres an die Antriebswelle wird eine üblicherweise als "Pipe Handler" bezeichnete Einrichtung verwendet, die an einem Adapter, über den der Pipe Handler am Top Drive montiert ist, gegenüber dem Kraftdrehkopf aus der Drehachse heraus verschwenkbar und um die Drehachse drehbar ist. Mit dem Pipe Handler wird ein weiteres, an das Bohrgestänge anzuschraubendes Gestängerohr erfasst, an die Antriebswelle herangeführt, beim Montieren an oder Verschrauben mit der Antriebswelle gehalten und gegebenenfalls auch gegenüber dem Top Drive gedreht. Beim Demontieren eines Gestängerohres wird entsprechend, aber in umgekehrter Reihenfolge, mit dem Pipe Handler gearbeitet.
  • Behandlungswinden (engl.: "Workover Rigs") werden zu Instandsetzungsarbeiten bei bestehenden Förderanlagen verwendet, beispielsweise um Wartungsarbeiten oder Reparaturen durchzuführen. Sie können ebenfalls einen drehfesten und einen drehbaren Teil aufweisen, zwischen denen eine Daten- und/oder Stromübertragung möglich sein soll.
  • Ein wesentliches Element bei modernen Erdöl-, Erdgas- bzw. Geothermiebohrungen ist die Datenerfassung während des Bohrvorgangs. Des Weiteren ist es von großem Vorteil, wenn elektrische Verbraucher im Bohrgestänge und/oder im Bohrkopf durch das Bohrgestänge permanent mit Strom versorgt werden können. Eine Möglichkeit, eine galvanische Verbindung zwischen den einzelnen Gestängerohres herzustellen, mit der sowohl eine Datenübertragung, als auch eine Stromversorgung mit hoher Leistung möglich ist, ist beispielsweise aus der WO 2010/141969 A bekannt. Eine effiziente Strom- und/oder Datenübertragung setzt allerdings voraus, dass das Bohrgestänge aber auch mit den entsprechenden Systemeinrichtungen bzw. -steuerungen der Bohranlage an der Oberfläche galvanisch oder induktiv verbunden ist.
  • Zur Übertragung von Daten zwischen dem Top Drive und dem Pipe Handler ist es bekannt, Kabelverbindungen zu verwenden. Dabei ist allerdings störend, dass bei einer Drehbewegung des Pipe Handlers das zwar mit einer gewissen, allerdings begrenzten, Überlänge ausgestattete Verbindungskabel zwischen Top Drive und Pipe Handler abgerissen werden kann. Die bekannten Verbindungskabel haben zwar eine Sollbruchstelle, an der ein abgerissenes Kabel wieder verbunden werden kann, jedoch wird die Bedienungsperson einerseits behindert, weil sie das Verbindungskabel ständig beachten muss, und andererseits stellt ein getrenntes Verbindungskabel eine Störung im Betriebsablauf dar, wenn es wieder verbunden werden muss.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die im Stand der Technik auftretenden Nachteile beseitigt werden. Insbesondere soll durch die erfindungsgemäße Vorrichtung das Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung des Verbindungskabels zwischen dem drehbaren Pipe Handler und dem drehfesten Top Drive eliminiert wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Gelöst wird diese Aufgabe des Weiteren mit einem Top Drive System mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
  • Durch die beiden Ringe, die im Wesentlichen einer an sich bekannten Schleifringkonstruktion ähnlich sind, kann eine bezüglich des Drehwinkels nicht mehr limitierte Verbindung hergestellt werden. Da bei Bohranlagen aufgrund der hohen Explosionsgefahr besonders strenge Vorschriften betreffend Explosionssicherheit gelten, kann durch die Ausführung der Schleifringkonstruktion mit zwei in Umfangsrichtung geschlossenen Ringen ein vollkommen abgeschlossener Kontaktierungsbereich zwischen dem/den Schleifring/en und dem/den Gleitkontakt/en geschaffen werden, wobei gleichzeitig der/die Schleifring/e auch permanent gegenüber der Umgebung abgeschlossen bzw. isoliert ist/sind.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise wenigstens zwei Schleifringe mit zugeordneten Gleitkontakten, die in dem von den Ringen gebildeten, geschlossenen Bereich aufgenommen sind, auf. Möglich sind im Rahmen der Erfindung jedoch auch Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtung nur einen einzigen Schleifring mit zugeordnetem Gleitkontakt, die in dem geschlossenen Bereich angeordnet sind, aufweist. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Ausführungsform mit nur einem Schleifring mit Gleitkontakt für die Übertragung von elektrischem Strom verwendet wird, muss die Rückführung des Stromes auf andere Art sicher gewährleistet werden (z.B. über das Gehäuse bzw. über die Lager des Schleifringes).
  • In der folgenden Beschreibung wird nur auf Ausführungsformen, bei denen die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Schleifringe mit zugeordneten Gleitkontakten aufweist, näher eingegangen. Im Sinne der gegenständlichen Erfindung können all diese Ausführungsformen jedoch auch mit nur einem Schleifring mit zugeordnetem Gleitkontakt ausgeführt sein.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
  • Die der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ring eine umlaufende Nut aufweist, dass der zweite Ring wenigstens zum Teil in der Nut des ersten Ringes aufgenommen ist und dass die Schleifringe und die Gleitkontakte innerhalb der Nut jeweils am ersten Ring oder am zweiten Ring angeordnet sind.
  • Durch die Nut wird ein weitgehend abgeschlossener Bereich definiert, der durch den zweiten Ring auf einfache Weise nach außen abgeschlossen werden kann.
  • Wenngleich es bei der Erfindung bevorzugt ist, dass wenigstens zwei Schleifringe und Gleitkontakte auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Ringes angeordnet sind, ist es ebenso möglich, dass wenigstens zwei Schleifringe und Gleitkontakte im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind. Auch Kombinationen von nebeneinander und gegenüber liegenden Schleifringen und Gleitkontakten ist im Rahmen der Erfindung möglich.
  • Gleichermaßen ist bei der Erfindung bevorzugt, dass die Schleifringe am zweiten Ring und die Gleitkontakte am ersten Ring angeordnet sind, wobei es natürlich auch möglich ist, dass die Schleifringe am ersten Ring und die Gleitkontakte am zweiten Ring angeordnet sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, den Schutzbereich nicht beschränkenden, Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 2
    eine Ansicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung von Fig. 1 von unten,
    Fig. 3
    einen Innenring der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 4
    einen Außenring der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 5
    einen Schnitt durch den Innen- und Außenring im Bereich eines elektrischen Anschlusses an den Innenring,
    Fig. 6
    einen Schnitt durch den Innen- und Außenring im Bereich eines elektrischen Anschlusses an den Außenring, und
    Fig. 7
    einen Schnitt durch den Innen- und Außenring zwischen den Anschlüssen an den Innen- und Außenring.
  • In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die aber nur beispielhaft ist und, abgesehen von den erfindungsgemäßen Merkmalen, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezüglich vieler Komponenten auch anders ausgeführt sein kann, ohne dass dies im Folgenden einer besonderen Erwähnung bedarf. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nur einen Schleifring mit einem zugeordneten Gleitkontakt aufweisen.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im Bereich eines Adapters 2, über den ein drehender Teil eines nicht konkret dargestellten Top Drive Systems - in der dargestellten Ausführungsform ein Pipehandler 10 - an einen drehfesten Teil des Top Drive Systems - in der dargestellten Ausführungsform ein Top Drive 3 - angeordnet ist. Der Top Drive 3 ist an einer in Fig. 1 und 2 nur fragmentarisch dargestellten Vertikalführung 4 über einen nicht dargestellten Schlitten an einem ebenfalls nicht dargestellten Turm einer Bohranlage verschiebbar gelagert.
  • Am Adapter 2 des Pipe Handlers 10 sind stangenförmige Schwingen 9 (englisch: "Links") an einem Ende schwenkbar gelagert, sodass sie aus einer Drehachse 5 des Pipe Handlers 10 heraus verschwenkbar sind. An den anderen, nicht dargestellten Enden der stangenförmigen Schwingen 9 sind Greifer bzw. Klemmen montiert, mit denen Gestängerohre erfasst und mit einer im Bereich zwischen den Schwingen 9 angeordneten, nicht dargestellten Antriebswelle des Top Drive 3 verbunden werden können.
  • Der Adapter 2 ist mitsamt den Schwingen 9 um die Drehachse 5 relativ zum drehfesten Teil - d.h. dem Top Drive 3 - des Top Drive Systems verdrehbar und weist hierfür im Bereich des Anschlusses an den Top Drive 3 ein Stirnzahnrad 6 auf, in das ein Ritzel 7 eines am drehfesten Top Drive 3 montierten Antriebes 8 eingreift. Die Antriebswelle, die über Antriebsmotoren im Top Drive antreibbar ist, ist durch eine zur Drehachse 5 koaxiale Bohrung 20 im Adapter 2 geführt. Soweit bisher beschrieben ist die Vorrichtung wie aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ausgeführt.
  • Um eine Kabelverbindung vom Pipe Handler 10, der wiederum mit elektrischen Leitern im angeschlossenen Gestängerohr des Bohrgestänges, galvanisch oder induktiv, verbunden sein kann, zum drehfesten Top Drive 3 herzustellen, sind erfindungsgemäß Schleifringe 11, 12 mit Gleitkontakten 13, 14 vorgesehen. Die Gleitkontakte 13, 14 sind in der dargestellten Ausführungsform an einem ersten, in Umfangsrichtung geschlossenen Ring, einem sogenannten Außenring 15 angeordnet. Die Schleifringe 11, 12 sind an einem zweiten, ebenfalls in Umfangsrichtung geschlossenen Ring, einem sogenannten Innenring 16, angeordnet. Die Begriffe Außenring 15 und Innenring 16 bedeuten im Rahmen der Erfindung nicht, dass der Innenring 16 radial innerhalb des Außenrings 15 angeordnet sein muss, wenngleich dies nicht ausgeschlossen ist, sondern dass der Innenring 16 wenigstens zum Teil in einer Nut 17 des Außenrings 15 aufgenommen ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Nut 17 des Außenrings 15 radial nach außen gerichtet, wobei dies aber nicht zwingend so sein muss. Eine Ausrichtung der Nut 17 in eine andere Richtung, in Einbaulage beispielsweise nach unten, wäre ebenso möglich.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist der Außenring 15 über Speichen 23 am Adapter 2, und zwar am Stirnzahnrad 6, das am Adapter 2 befestigt ist, drehfest montiert. Die Gleitkontakte 13, 14 drehen sich dementsprechend mit dem Adapter 2 mit. Der Innenring ist über eine Halterung 18, einen Schwenkarm 19 und einen Tragarm 21 am drehfesten Top Drive 3 montiert. Die Schleifringe 11, 12 sind dementsprechend drehfest montiert.
  • Der Außenring 15 und der Innenring 16 weisen eine gemeinsame, zentrale Achse 22 auf, um die sich der Außenring 15 dreht. Die Achse 22 des Außenrings 15 und des Innenrings 16 ist gegenüber der Drehachse 5 des Adapters 2 etwas versetzt, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Top Drive Systems.
  • Da die Achse 22 der beiden Ringe 15, 16 gegenüber der Drehachse 5 des Adapters 2 des Pipe Handlers 10 versetzt ist, d.h. parallel zu dieser liegt, ändert sich der radiale Abstand der Halterung 18 des Innenrings 16 von der Drehachse 5 des Pipe Handlers 10, wenn der Pipe Handler 10 gedreht wird. Um diese Änderung ausgleichen zu können, ist der Schwenkarm 19 vorgesehen, der über jeweils ein Gelenk sowohl mit der Halterung 18 als auch dem Tragarm 21 verbunden ist.
  • Die Schleifringe 11, 12 sind, wie die Fig. 5 und 7 zeigen, ringscheibenförmig und flach ausgeführt und auf gegenüberliegenden Seiten eines elektrischen Isolierkörpers 24 des Innenrings 16 angeordnet. Zur Verbindung der beiden Schleifringe 11, 12 mit einem Stecker 25 sind mit den Schleifringen 11, 12 verbundene Stifte 26 vorgesehen, die eine galvanische Verbindung zu Leitern 27 herstellen, die zu entsprechenden Kontakten im Stecker 25 führen. An den Stecker 25 kann eine Leitung angesteckt werden, die mit Systemeinrichtungen bzw. -steuerungen der Bohranlage an der Oberfläche verbunden ist. In Fig. 5 sind nur der Stift 26 und der Leiter 27 dargestellt, die mit dem unteren Schleifring 12 verbunden sind. Eine entsprechende, spiegelbildlich angeordnete Verbindung, die für den oberen Schleifring 11 vorgesehen ist, ist in Fig. 5 allerdings nicht dargestellt, da sie in Umfangsrichtung der Ringe 15, 16 versetzt ist.
  • Die Nut 17 des Außenrings 15 wird ebenfalls von einem elektrischen Isolierkörper 28 gebildet, in den an einer Stelle seines Umfangs die Gleitkontakte 13, 14 eingebettet sind, wie in Fig. 6 zu sehen ist. Die Gleitkontakte 13, 14 bestehen im Wesentlichen aus Stiften 26, die von Federn 29 zum Inneren der Nut 17 hin und somit gegen die Schleifringe 11, 12 gedrückt werden. Die Stifte der Gleitkontakte 13, 14 sind in Keramikhülsen 30, die dem Explosionsschutz dienen, geführt und mit Leitern 31 verbunden. Die Leiter 31 führen zu einem zweiten Stecker 32, an den eine Leitung, die mit dem Pipe Handler 10 verbunden ist, angesteckt werden kann.
  • Im Isolierkörper 28 des Außenrings und dem Isolierkörper 24 des Innenrings 16 sind Dichtungen 33 eingesetzt, die die nach außen führenden, in Radialebenen liegenden Spalten zwischen dem Außenring 11 und dem Innenring 12 abdichten. Dadurch ist das Innere der Nut 17 den Vorschriften zur Explosionssicherheit auf Bohranlagen entsprechend vollständig abgedichtet ist, sodass zwischen den Schleifringe 11, 12 und den Gleitkontakten 13, 14 allenfalls entstehende Funken nicht zu Explosionen führen können. Außerdem kann aufgrund der Dichtungen 33 kein Schmutz oder Regenwasser in das Innere der Nut 17 eindringen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann auch bei einem Kelly Drive System, d. h. einem Bohrsystem, bei dem das Bohrgestänge nicht von oben mit einem Top Drive 3, sondern im Bereich des Bohrloches mit einem Kelly Drive gedreht wird, eingebaut sein. Auch bei dem Kelly Drive System dient die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 der Daten- bzw. Stromübertragung zwischen einem drehenden Teil, beispielsweise dem Pipe Handler 10, und einem drehfesten Teil, beispielsweise einer an einem verfahrbaren Schlitten angeordneten Halterung für den Pipe Handler 10.
  • Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Behandlungswinde zur Anwendung kommen. Auch die Behandlungswinde weist einen drehbaren Teil (z.B. auch eine Art Pipe Handler 10) und einen drehfesten Teil (z.B. auch einen Top Drive 3) auf, zwischen denen eine Daten- bzw. Stromübertragung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 stattfinden kann.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Vorrichtung zur Daten- und/oder Stromübertragung
    2
    Adapter
    3
    Top Drive
    4
    Vertikalführung
    5
    Drehachse
    6
    Stirnzahnrad
    7
    Ritzel
    8
    Antrieb
    9
    stangenförmige Schwingen, "Links"
    10
    Pipe Handler
    11
    Schleifring
    12
    Schleifring
    13
    Schleifkontakt
    14
    Schleifkontakt
    15
    erster Ring, Außenring
    16
    zweiter Ring, Innenring
    17
    Nut
    18
    Halterung
    19
    Schwenkarm
    20
    Bohrung
    21
    Tragarm
    22
    Achse
    23
    Speichen
    24
    Isolierkörper
    25
    Stecker
    26
    Stifte
    27
    Leiter
    28
    Isolierkörper
    29
    Federn
    30
    Keramikhülsen
    31
    Leiter
    32
    Stecker
    33
    Dichtungen

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zur Daten- und/oder Stromübertragung von einem drehenden Teil, beispielsweise einen Pipe Handler (10), zu einem nicht drehenden Teil, beispielsweise einen Top Drive (3), eines Bohrturmes oder einer Behandlungswinde, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Schleifring (11, 12) mit wenigstens einem damit in Kontakt stehenden Gleitkontakt (13, 14) aufweist, dass die Vorrichtung (1) einen ersten Ring (15) und einen zweiten Ring (16) aufweist, dass der erste Ring (15) und der zweite Ring (16) einen geschlossenen Bereich begrenzen, dass der/die Schleifring/e (11, 12) und der/die Gleitkontakt/e (13, 14) innerhalb des geschlossenen Bereiches angeordnet ist/sind dass der erste Ring (15) eine umlaufende Nut (17) aufweist, dass der zweite Ring (16) wenigstens zum Teil in der Nut des ersten Ringes (15) aufgenommen ist und dass der/die Schleifring/e (11, 12) und der/die Gleitkontakt/e (13, 14) innerhalb der Nut (17) jeweils am ersten Ring (15) oder am zweiten Ring (16) angeordnet ist/sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) in eine radiale Richtung, vorzugsweise nach außen, geöffnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schleifringe (11, 12) und Gleitkontakte (13, 14) vorhanden und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Ringes (16) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schleifringe (11, 12) und Gleitkontakte (13, 14) vorhanden und im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Schleifring/e (11, 12) am zweiten Ring (16) und der/die Gleitkontakt/e (13, 14) am ersten Ring (15) oder dass der/die Schleifring/e (11, 12) am ersten Ring (15) und der/die Gleitkontakte (13, 14) am zweiten Ring (16) angeordnet ist/sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) wenigstens teilweise von einem elektrischen Isolierkörper (28) gebildet wird, in den der/die Schleifring/e (11, 12) oder der/die Gleitkontakt/e (13, 14) eingebettet ist/sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (16) einen in der Nut (17) aufgenommenen Isolierkörper (24) aufweist, an dem der/die Schleifring/e (11, 12) oder der/die Gleitkontakt/e (13, 14) angeordnet ist/sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten und/oder am zweiten Ring (15, 16) Dichtungen (33) angeordnet sind, die den geschlossenen Bereich zwischen dem ersten Ring (15) und dem zweiten Ring (16) nach außen hin abdichten.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Schleifring/e (11, 12) und der/die Gleitkontakt/e (13, 14) in einem innerhalb der Dichtungen (33) liegenden Bereich der Nut (17) aufgenommen ist/sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Ring (15) ein mit dem/den Gleitkontakt/en (13, 14) oder dem/den Schleifring/en (11, 12) verbundener Stecker (32) für ein zum drehenden Teil führendes Kabel angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Ring (15) ein mit dem/den Schleifring/en (11, 12) oder dem/den Schleifkontakt/en verbundener Stecker (25) für ein zum drehfesten Teil, beispielsweise den Top Drive (3), führendes Kabel angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (16) eine Halterung (18), einen Schwenkarm (19) und einen Tragarm (21) aufweist, mit denen er am drehfesten Teil, beispielsweise dem Top Drive (3), montierbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (25) für das zum drehfesten Teil, beispielsweise dem Top Drive (3), führende Kabel an der Halterung (18) angeordnet ist.
  14. Top Drive System einer Bohranlage, bei dem ein Top Drive (3) über einen Schlitten drehfest und in vertikaler Richtung verfahrbar an einer Vertikalführung eines Turmes der Bohranlage montiert ist, wobei ein Pipe Handler (10) über einen Adapter (2) mit einer Drehachse (5) am Top Drive (3) montiert ist, wobei der Pipe Handler (10) gegenüber dem Top Drive (3) um die Drehachse (5) drehbar ist, und wobei der Top Drive (3) über eine elektrische Daten- und/oder Stromleitung mit Systemeinrichtungen bzw. -steuerungen der Bohranlage an der Oberfläche verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Top Drive System für die Übertragung elektrischer Daten und/oder elektrischen Stroms zwischen dem Top Drive (3) und dem Pipe Handler (10) eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
  15. Top Drive System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (22) des ersten und zweiten Ringes (15, 16) gegenüber der Drehachse (5) versetzt ist.
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