JP2000502765A - デリックにおけるピストンシリンダ装置のピストンの昇降装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 デリック自体におけるガイドレール（７）上を走行するヨーク（８）を昇降させる二つ以上の流体力ピストン・シリンダ装置（10、11）と、ピストン・シリンダ装置（10、11）を作動する流体システム（30）とを備えたデリック装置であって、流体システムが、ヨーク（８）の正常上昇または下降、ヨーク（８）を急速に下降及び上昇させるピストン（21）の差動範囲の利用、また任意に、アキュムレータ（39）から供給される余分な圧力と共に、これらを組み合わせるといった様々な作動モードを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 デリックにおけるピストンシリンダ 装置のピストンの昇降装置及び方法 本発明はデリック自体におけるガイドレール上を走行するヨークを昇降させる 二つ以上の流体力ピストン・シリンダ装置を備え、二つ以上のワイヤ線が、ヨー クに回転可能に取付けられたシーブ上にかけられ、前記ワイヤ線の一端が頂部駆 動装置に、また他端がドリルフロアーに隣接する取付けポイントに取付けられて おり、前記二つ以上のワイヤ線が二つのラインのセットで走行し、その取付けポ イントが離間しているデリック装置に関するものである。 1987年に本発明者が開発し、大きな気体を示したデリック構造体は商標RamRig の概念のものである。ドリルストリングを昇降するデリックにおいては二つ以上 の流体力ピストン／シリンダ装置が使用される。シリンダは、ドリルフロアーと デリック自体におけるガイドレール上を走行するヨークとの間で作用する。この 概念の利点としては沢山あり、最も重要な幾つかの利点としては、ドリルフロア ーより高い位置に配置できること、空気抵抗の十分に低いデリックを構築できる こと、及びでリックの最も高価な構成要素をより高い安全性とより長い寿命にで きることである。 ドリルフロアーをプラットホームフロアーより高い位置に位置決めできるため 、管の操作を相当に簡単化できる。デリックにおける高い位置に管の操作装置を 設ける必要はない。全ての管の操作装置は、プラットホームフロアー及びドリル フロアーに配置することができる。 本発明の目的は、商標RamRigの概念のものを実現する上で重大な現実上の問題 を解決することにある。この目的は、請求の範囲１に定義した特徴とす る部分から明らかな特徴によって達成される。 次に、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図１は商標RamRigのデリックの全ての重要な細部を示す。 図２は側面から見たデリックの外略図である。 図３は、頂部駆動装置を最下方位置に示す、正面から見たデリックの概略図で ある。 図４は、頂部駆動装置を最上方位置に示す、正面から見たデリックの概略図で ある。 図５〜図13は、操作の様々なモードにおけるピストン・シリンダ装置の駆動手 段を示す。 図1に示すように、デリック１はドリルフロアー２上に配置されている。ドリ ルフロアー２はプラットホームフロアー３より高い位置に配置され、それにより 管の操作装置４は主として、プラットホームフロアー３とドリルフロアー２との 間に配置できる。デリック１は実質的にガントリー型のものであり、ガントリー レッグ５、６を備えている。ガントリーレール７はヨーク８及び頂部駆動装置９ に対して設けられ、各ガントリーレッグ５、６に沿って走行する。流体力ピスト ン・シリンダ10、11は各ガントリーレッグ５、６に沿ってのびるように配置され 、そしてドリルフロアー２とヨーク８との間で作動してガイドレール７に沿って ヨーク８を垂直に動かす。 ヨーク８には、多数、好ましくは四つのシーブ（綱車）12が設けられ、これら のシーブ12上をワイヤ線13が走行する。ワイヤ線13はドリルフロアー２から各ガ ントリーレッグ５、６に沿ってシーブ12上を走行し、そして頂部駆動装置９に入 る。流体力ピストン・シリンダ装置10、11を伸縮させることにより、頂部駆動装 置９を昇降させることができる。 図２、図３、図４に、リフトシステムの機能を最も明瞭に示す。図２、図 ３において、流体力ピストン・シリンダ装置10、11は完全に収縮した状態で示さ れている。頂部駆動装置９はドリルフロアーに非常に接近した最下方位置にある 。ヨーク８はピストン・シリンダ装置の上方端に位置している。 流体力ピストン・シリンダ装置のピストンが伸長すると、ヨーク８はガイドレ ール７に沿ってデリック１の頂部まで持ち上げられる。従って頂部駆動装置９は 、シーブ12のまわりを走行するワイヤ線13によって交換が生じることにより、ド リルフロアー２に隣接した位置からヨーク８の直ぐ下の位置まで持ち上がられる 。したがって頂部駆動装置９の持ち上げられる高さはヨーク８の持ち上げられる 高さの二倍となる。 例えば、上述したリフト手段にワイヤ線13を８本配置することも可能であり、 同一のシーブ12上の個別のトラックに二本、二本張られる。四つのシーブがヨー ク８の各端部において対を成す。従って、ワイヤ線13は二つのセット13a、13bに され、これらがドリルフロアー２における取付けポイント14a、14bから、シーブ 12を超え、下方の頂部駆動装置９へと伸長している。取付けポイント14a、14bは 、ヨーク８の長さとほぼ同じ距離で水平方向に離間している。 図５にピストン・シリンダ装置10、11を示す。ここでもヨーク８が、シーブ12 と頂部駆動装置９と共に示されている。ドリルフロアー２から、ワイヤ線13の各 々がシーブ12、及び下方の頂部駆動装置９へと走行している。 ピストン・シリンダ装置10、11の各々はシリンダと、ピストンロッド22を備え たピストン21により構成されている。シリンダ20の一端にはドリルフロアー２が 取付けられており、ピストンロッド22はヨーク８に取付けられている。ピストン 21はシリンダを二つのチャンバ、下方チャンバ23と上方チャンバ24に分割してい る。下方チャンバ23は円／円筒形であり、シリンダ20の壁、ピストン21の下方端 面25によってのみ範囲設定されている。上方チャンバ 24はシリンダ20の壁に加え、さらに、ピストンロッド22、ピストン21の上方環状 面26によっても範囲設定されている。従って、ピストンの下方端面25が上方環状 面26よりも大きいため、下方チャンバ23において流体液体が、上方チャンバ24に おける流体液体よりもピストン21に関してより大きな作動面を有することがわか る。 ここで参照符号30で示された駆動システムは、貯水部31、モータ33により駆動 される供給ポンプ32、一つ以上のモータ35により駆動される一つ以上の主ポンプ 34、制御バルブ36、アキュムレータ・バルブプレート37、各シリンダ20用のシリ ンダバルブ38、一つ以上のアキュムレータ39、一つ以上の圧力タンク40から成る 。 主ポンプ34の各側部からはライン41、42が、各々制御バルブ36内の個別ポート ａ、ｂへと延びている。ライン43は貯水部31から、供給ポンプ38を通り、供給バ ルブ36内の第3ポートｃへと延びている。ライン44は、制御バルブ36内の第4ポー トｄからアキュムレータ・バルブプレート37へと延びている。ライン45は、制御 バルブ36内の第5ポートeから、分岐46を介して延びており、分岐46においてライ ン45は、各シリンダバルブ38内のポートｆへと延びる、各シリンダ用の1本のラ インを成すように枝別れする。アキュムレータ・バルブプレート37におけるポー トｇへと延びるライン44はここで、複数のポートｈから各シリンダ20の制御バル ブ38、各供給バルブ36用のポートｉへと枝別れする。アキュムレータ39は、ポー トｊを介してアキュムレータバルブプレート37と接続している。両ポートｈとポ ートｊの各々が、アキュムレータ・バルブプレート37の外に枝別れした複数のポ ートまたは任意の一つのポートを表わしていることが理解されるべきである。ア キュムレータ39は、ライン47を介して圧力タンク40と接続している。 シリンダ20の上方チャンバ24と接続したライン48は、各シリンダバルブ 38内のポートｋから伸長している。各シリンダバルブ内のポートlから、ライン4 9がシリンダ20のチャンバ23へと伸長している。ライン40は各シリンダバルブ38 内のポートｍと接続している。 ピストン・シリンダ装置10、11の駆動手段30を説明したので、次に、後続の図 ５〜図13の手段により、この駆動手段30の作動について説明する。 図５において、ピストン・シリンダ装置10、11はロック状態にある。主ポンプ 34は行程容積ゼロに設定され、ポートｋとポートｆとポートｉとの間の接続は閉 鎖している。従って、システム内に流体の流れはない。 図6において、ピストン・シリンダ装置の摩擦力は最大に拡大されているが、 速度は低速度である。主ポンプ34の行程容積が調整されているため、流体が貯水 部31から、供給ポンプ32及びライン43を介して、ポートｃから制御バルブ36内へ と流入し、次に、主ポンプ34とライン41を介してポートｂから制御バルブ36のポ ートａへ流出し、また、ライン44を介してポートｅからアキュムレータバルブプ レートのポートｇへ流出し、ここからポートｈを介してシリンダバルブ38内のポ ートｉへと流れ、さらに、ポートｉとライン49を通りシリンダ20のチャンバ23へ と流出する。シリンダ20のチャンバ24からの流体液体は、ライン48を介して流れ 、シリンダバルブ38とライン45を介して制御バルブ36と主ポンプ34へと逆流する 。アキュムレータバルブプレート37内のポートｊは閉鎖している。しかしながら 、ピストン21の下側部25にかけられる圧力が等しくなるように、シリンダバルブ 38のポートｍ間の接続50は開口している。このモードにおいて、ピストン・シリ ンダ装置10、11は、比較的低速度で、比較的高い摩擦力に拡張されている。 図７では、流体液体循環に関して、図６のモードに従った他のモードが示され ている。しかし、ここではアキュムレータバルブプレート37のポートｊが開口し ているので、圧力タンク4からライン47を介して送られる圧力に 影響されるアキュムレータ39が、ライン44を介してシリンダ20の下方チャンバ23 へと流動する流体液体内の圧力が上昇する。次に、摩擦力が高レベルに維持され ると同時にピストン21の速度が加速する。 図８において、ピストン21の走行速度がさらに加速したモードを示す。また、 これと同時に摩擦力が減衰する。従って、このモードは非荷重の頂部駆動装置９ の上昇に適している。このモードにおいて、制御バルブ38内のポートｉ、ｋ、ｌ 、m間の接続は開口しているため、シリンダ20の下方チャンバ23と上方チャンバ2 4は短絡している。そのため、流体圧力がピストン21の下側部25の範囲とピスト ン21の上側部26との間、すなわちピストンロッド22の横断範囲の差異に等しい差 動範囲に作用する。従って、ピストン21は、同じ流体圧力においてより高速の走 行速度を得る。このモードにおいて、アキュムレータバルブプレート37内のポー トjが閉鎖するため、アキュムレータ39は機能しない。 図９に、アキュムレータ39がライン44に追加の圧力を供給するようにアキュム レータバルブプレート37のポートｊが開口している、さらなるモードを示す。図 ８にあるように、シリンダバルブ38内のポートｉ、ｋ、ｌ間の接続は開口してい る。図示されてはいないが、ポートｍもこのモードにおいては開口している。こ のモードでは、ライン44内の圧力の上昇のために、ピストン21の走行速度がさら に加速する。しかし摩擦力は比較的低いままである。 図10に最大の荷重及び制御速度におけるより低いモードを示す。ここでは、流 体液体がライン41を介してポンプ内に流入し、ライン42を介してポンプから排出 されるように、主ポンプ34を再調整している。この場合、シリンダバルブ38内の ライン48のポートｋと、シリンダバルブ38内のライン45のポートｆとの間の接続 は開口しているため、流体液体がシリンダの上方チャンバ24内へと流入する。同 時に、シリンダバルブ38内のポートｌとポートｉ間の 接続が開口しているため、シリンダ20のチャンバ23内の流体液体がライン４４内 に流出する。シリンダ20のチャンバ24の横断面ががチャンバ23のものよりも小さ いという理由から、流体液体の一部が貯水部31へと逆流する。 図11に、最大荷重及び最高速度までにおいて下げ化を実行した下げモードを示 している。ここではシリンダバルブ38内のポートｆ、ｉ、ｋ、ｌは相互結合して いる。従って、流体液体がシリンダ20のチャンバ23から自由に流出することがで きる。この液体の一部はシリンダへ、またチャンバ24内へと逆流し、残りの液体 はライン44、45を通り、さらに貯水部31へと流れる。下げ速度は、主ポンプ34に よって特定の度合に制御することができるが、シリンダバルブ38と貯水部31間の ライン45を介した接続が完全に開口しているという事実により、図に示すように ポートｌとポートｆ、ｉ、ｋとの間の接続内に位置するスロットリング51の手段 によって下げ速度を制御することが好都合である。このモードは、必要があれば 、ドリルストリングでの強い摩擦を実行する場合に適している。 図12は、ピストン・シリンダ装置10、11の動作中に、一定の荷重が維持される 作動モードを示す。このモードは、例えばドリリング自体に使用される。このモ ードにおいて、液体の流れはシステム内で往復を繰り返し、主ポンプ34の行程容 積は、荷重分配器（図示せず）から送られる信号に従った両方向において調整さ れる。シリンダバルブ38内のポートｆとｋの間の接続は、ポートｉとｌの間の接 続と同様に開口している。従って、流体液体は、ライン44、45を介して主ポンプ 34とシリンダバルブ38間で流動する。この二本のラインに流れる液体の流動方向 は、常に相反する。シリンダ20の下方チャンバの横断範囲と上方チャンバの横断 範囲とが異なるため、流体液体と貯水部31とのある交換も生じる。 図13は、ピストン21の動作中に一定の荷重を維持することが目的の、同様 の作動モードを示す。しかしこのモードにおいては、ピストンの走行に関してよ り速い速度が得られる。バルブ38内のポートｆはここでは閉鎖しているため、ラ イン45内に流体液体はない。しかし、シリンダバルブ38内のポートｉ、ｋ、ｌは 相互に接続している。従って、図９によるモードと同じ方法において、ピストン 21の動作範囲が、ピストンの下方面25の範囲とピストンの上方環状面26の範囲と の間の差動範囲となる。これはピストンロッド22の横断範囲に関連する。 システム内の圧力を上昇するために設けられたアキュムレータ39の使用が、図 ５〜図９の少数においてしか示されていないが、アキュムレータは、システム内 の圧力を上昇して、ピストン動作の速度、またはピストン21を動かす力のいずれ か一方を、またはその両方を上昇させるために、図示したモードのいずれにも使 用できることが理解されるべきである。ピストン21の下降においては、生じた圧 力のいくらかをアキュムレータ39内に送り、それによりアキュムレータがライン 47を介して圧力タンク40を充填するように、アキュムレータバルブプレート38内 のポートｊを開口すると好都合である。そのため、必要の際に利用できるアキュ ムレータ39からの余分の動力を確実に維持する。一定の荷重用のモードにおいて もアキュムレータ39の利用が好都合である。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．デリック（１）自体におけるガイドレール（７）上を走行するヨーク（８） を昇降させる二つ以上の流体力ピストン・シリンダ装置（10、11）と、ピストン ・シリンダ装置（10、11）を作動させる流体力システムと、を有し、流体力シス テムが、ピストン・シリンダ装置（10、11）に流体液体圧力を供給するための流 入ポートと排出ポートを備えた最低一つの主ポンプ（34）と、シリンダ（20）と 、各々シリンダ（20）内に配置された下方シリンダチャンバ（23）と上方シリン ダチャンバ（24）への流体圧力を制御するためのバルブ（36、37、38）とを有し 、前記チャンバ（23、24）が、ピストンロッド（22）を介して、ヨーク（８）と 接続したピストン（21）によって分離され、チャンバ（23）に向いたピストン（ 21）の面がチャンバ（24）に向いたピストン（21）の面と異なる、デリック装置 において、 最低一つのバルブが、バルブ内のポート（ｆ、ｉ、ｋ、ｌ）間の接続を開口及 び閉鎖するようにシリンダ制御バルブ（38）が設けられ、それにより、様々な作 動モードにおいて、 （１） シリンダのチャンバ（23、24）と、排出、流入の各々、ヨーク（８）を 正常に昇降させる主ポンプ（34）のポートとの間、 （２） シリンダのチャンバ（23、24）、前記チャンバと主ポンプ（34）内の流 入ポート間、また任意に、前記チャンバとヨーク（８）を急速に下降させるため のの貯水部（31）との直接の間、 （３） シリンダ（20）のチャンバ（23、24）、また、前記チャンバとヨーク（ ８）を急速に上昇させるための主ポンプの排出ポートとの間、 の接続を確立することを特徴とするデリック装置。 ２．流体システム（30）が、ピストン（21）がより速く動くように余分の圧力を チャンバ（23）に供給するために、ピストンの昇降の間、流体液体を下 方チャンバ（23）に送るためのライン（44）との接続用に設けられた一つ以上の アキュムレータ（39）を有することを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。 ３．下方チャンバ内で生じた流体圧力がアキュムレータ（39）を充填するように 、ピストンの昇降の間、ライン（44）との接続のためにアキュムレータ（39）が 設けられていることを特徴とする請求の範囲２に記載の装置。 ４．シリンダ制御バルブ（38）が、主ポンプ（34）の一側部への、また、一側部 からの流体液体の移送のためにライン（45）と結合させる第一ポート（ｆ）と、 主ポンプ（34）の他の側部への、また、他の側部からの流体液体の移送のために ライン（44）と結合させる第二（ｉ）ポートと、上方チャンバ（24）への、また 、上方チャンバからの流体液体の移送のためにライン（48）と結合させる第三ポ ート（ｋ）と、下方チャンバ（23）への、また、下方チャンバからの流体液体の 移送のためにライン（49）と結合させる第四ポート（ｌ）とを有し、 ピストンの正常な昇降の間に、第一ポート（ｆ）が第三ポート（ｋ）と接続し 、また、第二ポート（ｉ）が第四ポート（ｌ）と接続し、 急速な昇降の間に、第三ポート（ｋ）と第四ポート（ｌ）、また、第一ポート （ｆ）及び／または第二ポート（ｉ）が相互に接続することを特徴とする請求の 範囲１、２、３のいずれか一項に記載の装置。 ５．シリンダ制御バルブ（38）がさらに、他の、または複数の他のシリンダ制御 バルブ（38）内の関連ポート（ｍ）と、ライン（50）を介して接続させるために 設けられた第五ポート（ｍ）を有し、また、様々なシリンダ（20）の下方チャン バ（23）間の圧力差を同等化する可能性を提供するために、第四ポート（ｌ）と の接続においてそれ以上規制されないことを特徴とする請求の範囲４に記載の装 置。 ６．下方チャンバ（23）から伸長するライン（49）と、主ポンプ（34）の他の側 部へとのびるライン（44）との間の接続がスロットル（51）を有することを特徴 とする請求の範囲５または６に記載の装置。 ７．デリック自体におけるガイドレール（７）上を走行するヨーク（８）を昇降 させる二つ以上の流体力ピストン・シリンダ装置（10、11）内のピストン（21） を昇降させる方法において、 ピストンの正常な昇降のために、ピストン・シリンダ装置（10、11）の下方シ リンダチャンバ（23）が主ポンプ（34）の第一側部と接続し、そのため、ピスト ン・シリンダ装置（10、11）の上方シリンダチャンバ（24）がポンプの他の側部 と接続し、 ピストン（21）の急速な上昇のために、下方チャンバと上方チャンバ（23、24 ）が相互に接続し、また、主ポンプ（34）の出口側部と接続し、 ピストン（21）の急速な下降のために、下方チャンバと上方チャンバ（23、24 ）が相互に接続し、また、主ポンプ（34）の入口側部と、及び／または貯水部（ 31）と直接接続していることを特徴とすることを特徴とする方法。 ８．一つ以上のアキュムレータ（39）が、ピストン（21）の上昇の間に余分な圧 力を供給するための下方チャンバ（23）に関連して配置され、また、アキュムレ ータを充填するためにピストン（21）を下降させる間、アキュムレータ（39）が 下方チャンバ（23）との接続を維持することを特徴とする請求の範囲７に記載の 方法。