NO157988B

NO157988B - RIGGON-MOUNTED BROWN DRILL.

Info

Publication number: NO157988B
Application number: NO812046A
Authority: NO
Inventors: George I Boyadjieff; Joseph A R Picard
Original assignee: Varco Int
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1981-06-17
Publication date: 1988-03-14
Also published as: FR2486584B1; JPS5748094A; GB2079817A; FR2486584A1; DE3125013A1; DE3125013C2; CA1157007A; JPS612152B2; GB2079817B; NO157988C; NO812046L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et riggmontert brønn-boreapparat, hvor det i riggen er montert vertikale føringsskinner langs hvilke boreapparatet er hev- og senkbart, idet føringsskin-nene bevirker tvangmessig styring av boreapparatet i retning langs brønnboringens akse. The present invention relates to a rig-mounted well-drilling apparatus, where vertical guide rails are mounted in the rig along which the drilling apparatus can be raised and lowered, the guide rails effecting forced control of the drilling apparatus in the direction along the axis of the well drilling.

Ved brønnboringsutstyr av den mest vanlige type blir det be-nyttet rotasjonsbord, som driver et ikke-sirkulært kellyrør. Dette er innrettet til å forflytte seg nedover etter hvert som boringen av brønnen eller borehullet skrider frem. Det har vært foreslått alternative boresystemer, hvor et boreapparat, som er koplet til borestrengens ende, omfatter en motor for drift av strengen samt beveger seg opp- og nedover sammen med strengen. In well drilling equipment of the most common type, a rotary table is used, which drives a non-circular kelly tube. This is arranged to move downwards as the drilling of the well or borehole progresses. Alternative drilling systems have been proposed, where a drilling apparatus, which is connected to the end of the drill string, includes a motor for operating the string and moves up and down together with the string.

Brønnboreapparater som er hev- og senkbare på vertikale føringsskinner er kjent fra US-patentskrifter 3.451.493 og 3.835.940, men føringsskinnene er uten partier som er svingbare i forhold til hverandre. Well drilling apparatus which can be raised and lowered on vertical guide rails are known from US Patents 3,451,493 and 3,835,940, but the guide rails are without parts which are pivotable in relation to each other.

Boringsapparatet ifølge oppfinnelsen er konstruert med hen-blikk på å lette tilkoplingen av en rørseksjon til borestrengen eller fjerningen av en seksjon fra samme. The drilling apparatus according to the invention is designed with a view to facilitating the connection of a pipe section to the drill string or the removal of a section from the same.

Boreapparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at i det minste den ene føringsskinne har et nedre parti som kan svinges til side og ut av flukt med føringsskinnens øvre parti slik at boreapparatet kan parkeres i en stilling sideveis forskjøvet fra boreaksen. The drilling apparatus according to the invention is characterized by the fact that at least one guide rail has a lower part which can be swung to the side and out of alignment with the upper part of the guide rail so that the drilling apparatus can be parked in a position laterally offset from the drilling axis.

Oppfinnelsen vil bli nærmere bestemt i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom brønnboreapparatet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et vertikalsnitt etter linjen 2-2 i fig. 1. Fig. 3 tilsvarejr den nedre del av fig. 1 og viser boreapparatet i nedsenket stilling. Fig. 4 viser et sideriss sett i retning av pilene 4-4 i fig. 3. Fig. 5 og 6 viser horisontalsnitt etter linjene 5-5 og 6-6 i fig. 1. The invention will be further defined in the following with reference to the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a vertical section through the well drilling apparatus according to the invention. Fig. 2 shows a vertical section along line 2-2 in fig. 1. Fig. 3 corresponds to the lower part of fig. 1 and shows the drilling apparatus in a submerged position. Fig. 4 shows a side view seen in the direction of the arrows 4-4 in fig. 3. Fig. 5 and 6 show horizontal sections along lines 5-5 and 6-6 in fig. 1.

Fig. 7 viser et snitt etter linjen 7-7 i fig.. 3. Fig. 7 shows a section along line 7-7 in Fig. 3.

Fig. 8 og 9 viser vertikalsnitt etter linjene 8-8 og 9-9 i fig. 7. Fig. 8 and 9 show vertical sections along the lines 8-8 and 9-9 in fig. 7.

Fig. 10-14 viser forskjellige stillinger for apparatet. Fig. 10-14 shows different positions for the device.

I en borerigg 10, er det en anordnet vertikale føringsskin-ner 11 langs hvilke et boreapparat 12 er bevegelig langs en brønns 14 vertikale akse 13 sammen med den tilkoplete borestrengen 15. Føringsskinnene 11 omfatter hvert sitt øvre parti 16, som er parallelle med aksen 13 og stivt festet til horisontale mastelementer 17, og hvert sitt nedre parti 18 med samme tverrsnitt som partiene 16 samt rettet.vertikalt inn med disse i den normale borestilling ifølge fig. 1 og 2, for å danne forlengelse av disse. I et typisk tilfelle støter skinnepartiene 16, 18 mot hverandre med skrå kanter 19 (fig. 4). De øvre skinnepartier kan være innbyrdes stivt sammenkoplet, f.eks. ved fastsveising til horisontale elementer 20 og diagonale strevere 21, idet hele dette rammeverk er stivt forbundet med et vertikalt element 22, som har øvre og nedre, flukt-ende vertikale tapper 23 og 24 som er opptatt i lagerelementer 25 og 26. Sistnevnte er montert stasjonært på boreriggen, slik at skinnepartiene 18 blir svingbare om en vertikal akse 27 mellom virksom stilling (fullt opptrukne linjer) og en parkeringsstilling (stiplete linjer) i fig. 6. In a drilling rig 10, there are arranged vertical guide rails 11 along which a drilling apparatus 12 is movable along the vertical axis 13 of a well 14 together with the connected drill string 15. The guide rails 11 each comprise their own upper part 16, which are parallel to the axis 13 and rigidly attached to horizontal mast elements 17, and each lower part 18 with the same cross-section as the parts 16 and aligned vertically with these in the normal drilling position according to fig. 1 and 2, to form an extension of these. In a typical case, the rail parts 16, 18 butt against each other with slanted edges 19 (Fig. 4). The upper rail parts can be mutually rigidly connected, e.g. by welding to horizontal elements 20 and diagonal struts 21, this entire framework being rigidly connected to a vertical element 22, which has upper and lower flush-end vertical pins 23 and 24 which are engaged in bearing elements 25 and 26. The latter is mounted stationary on the drilling rig, so that the rail parts 18 become pivotable about a vertical axis 27 between an active position (solid lines) and a parking position (dotted lines) in fig. 6.

Boreapparatet 12 er montert for vertikal beve:gelse ved hjelp av to vogner 28 og 29, som hver omfatter to parallelle vertikale sideplater 30 med innbyrdes mellomrom. Sideplatene 30 befinner seg på motsatte sider av føringsskinnene 16 eller 18 og er stivt sammenkoplet samt bærer ruller, som samvirker med skinnene 16 og 18 for å styre vognene slik at disse bare utfører vertikal bevegelse i forhold til disse. Hver vogn.omfatter to par ruller 31, 32, som samvirker med baksidene på de I-formete skinners 16, 18 fremre flenser, og to par ruller 33, 34, som samvirker med frontflatene på disse flenser. Samtlige ruller er montert på platene 30 for rotasjon rundt parallelle, horisontale akser, slik at de ruller opp- og nedover langs skinnene. To ytterligere par ruller 35, 36, som er montert på platene 30, avgrenser skinnenes 16 og 18 hovedsteg 34 mellom seg, for å holde vognene tilbake mot siderettet bevegelse. Hver vogns 28, 29 plater 30 er forbundet med hverandre ved deres ytre kanter ved hjelp av en plate 37 (fig. 3), som er påmontert vinkelformete avstivningselementer 38. Disse er ved sine ytre ender forbundet med to langstrakte, horisontale styreelementer 39, 40 med parallelle langsgående akser 41 og 141. Elementenes 39, 40 indre deler er stivt festet til platene 30 på deres tilhørende vogner. Elementets 39 vertikale tverrsnitt kan være stort sett rektangulært (fig. 8) med en serie tannstangtenner 42 langs sin indre eller høyre side. Elementet 40 kan ha tilsvarende vertikal tverrsnittsform, men har tannstangen 43 på sin venstre side. The drilling apparatus 12 is mounted for vertical movement by means of two carriages 28 and 29, each of which comprises two parallel vertical side plates 30 with mutual spaces. The side plates 30 are located on opposite sides of the guide rails 16 or 18 and are rigidly connected and carry rollers, which cooperate with the rails 16 and 18 to guide the carriages so that they only perform vertical movement in relation to them. Each carriage comprises two pairs of rollers 31, 32, which cooperate with the backs of the front flanges of the I-shaped rails 16, 18, and two pairs of rollers 33, 34, which cooperate with the front surfaces of these flanges. All the rollers are mounted on the plates 30 for rotation around parallel, horizontal axes, so that they roll up and down along the rails. Two further pairs of rollers 35, 36, which are mounted on the plates 30, delimit the main step 34 of the rails 16 and 18 between them, to hold the carriages back against lateral movement. The plates 30 of each carriage 28, 29 are connected to each other at their outer edges by means of a plate 37 (fig. 3), which is fitted with angular stiffening elements 38. These are connected at their outer ends by two elongated, horizontal guide elements 39, 40 with parallel longitudinal axes 41 and 141. The inner parts of the elements 39, 40 are rigidly attached to the plates 30 on their associated carriages. The vertical cross-section of the element 39 may be substantially rectangular (Fig. 8) with a series of rack teeth 42 along its inner or right side. The element 40 can have a corresponding vertical cross-sectional shape, but has the rack 43 on its left side.

Boreapparatet 12 omfatter en vertikal rørformet drivaksel med nedre, utvendige gjenger 45, som kan skrues inn i den øvre ende av borestrengen 15, og øvre, innvendige gjenger 46, som kan forbindes med et roterbart skaft eller spindel 4 7 av en svivel 48, og har en vertikal boring 49. Gjennom denne boring strømmer sirku-lasjonsfluidum nedover fra svivelen til borestrengen. Et ikke-roterende svivellegeme 50 har en bøyle 51, som kan forbindes med en krok 52 på en løpeblokk 53, som heises opp og fires ned ved hjelp av liner 54, som løper over trinsehjul på løpeblokken 53 og en toppblokk 55. Boreapparatet 12 innbefatter en ramme 56 med øvre og nedre vegger 57 og 58 samt omkretsvegger 59. Samtlige vegger er festet til hverandre slik at det avgrenses et indre kammer 60, som inneholder tannhjul 61, 62. Aksiallagre 63, 64 tjener til roterbar montering av drivakselen 44 i forhold til rammen 56 rundt aksen The drilling apparatus 12 comprises a vertical tubular drive shaft with lower, external threads 45, which can be screwed into the upper end of the drill string 15, and upper, internal threads 46, which can be connected to a rotatable shaft or spindle 47 of a swivel 48, and has a vertical bore 49. Through this bore, circulation fluid flows downwards from the swivel to the drill string. A non-rotating swivel body 50 has a hoop 51, which can be connected to a hook 52 on a running block 53, which is raised up and lowered by means of a liner 54, which runs over pulley wheels on the running block 53 and a top block 55. The drilling apparatus 12 includes a frame 56 with upper and lower walls 57 and 58 as well as peripheral walls 59. All walls are attached to each other so that an inner chamber 60 is defined, which contains gears 61, 62. Axial bearings 63, 64 serve for rotatable mounting of the drive shaft 44 in relation to the frame 56 around the axis

13, idet tannhjulet 61 er fast forbundet med drivakselen 44 slik at det roterer sammen med denne. Det mindre tannhjul 62 er forbundet med drivakselen til en fortrinnsvis elektrisk motor 65, som er festet til rammens 56 nedre vegg 58, slik at aksen 66 forløper parallelt med aksen 13. En bremse 67 for motoren kan omfatte en utvendig, sylindrisk trommel 68, som er festet til motorakselens ende 69, og en ringformet, oppblåsbar blære 71, som er avgrenset innenfor et ikke-roterende hus 70 og innrettet til å påvirke krumme bremsesko 72 for å presse disse innover mot trommelen 68 når blæren blåses opp, i den hensikt å hindre rotasjon av motoren og drivakselen 44, når dette måtte ønskes. 13, the gear wheel 61 being firmly connected to the drive shaft 44 so that it rotates together with it. The smaller gear 62 is connected to the drive shaft of a preferably electric motor 65, which is attached to the lower wall 58 of the frame 56, so that the axis 66 runs parallel to the axis 13. A brake 67 for the motor may comprise an external, cylindrical drum 68, which is attached to the motor shaft end 69, and an annular inflatable bladder 71, which is enclosed within a non-rotating housing 70 and arranged to actuate curved brake shoes 72 to press them inwards against the drum 68 when the bladder is inflated, for the purpose of prevent rotation of the motor and drive shaft 44, when this is desired.

Rammen 56 har to ører 74 og 75, som inneholder styrekanaler 76 og 77. Styreelementene 39, 40 er glidbart opptatt inne i styre-kanalene 76, 77, for å styre boreapparatet 12, slik at dette utfø-rer en horisontal glidebevegelse i forhold til vognene 28, 29 langs en horisontal akse 73 som er parallell med aksene 41, 141. Styrekanalen 76 har ved 176 og 276 et tverrsnitt som slutter tett omkring styreelementet 39, idet tennene på et drev 76, som drives av en motor 79 på rcimmen 56, står i inngrep med tannstangtennene 42, for ved motorkraft å føre rammen 56 og de deler denne bærer mellom den stilling som er vist med fullt opptrukne linjer i fig. 6 og den innstiplete stilling i samme figur. Styrekanalen 77 om-slutter på tilsvarende måte styreelementet 40 med trang,, men glid-bar pasning, idet et drev 80, som drives av en annen motor 81, står i inngrep med tannstangtennene 43, for å medvirke til motor-drevet forskyvning av boreapparatet mellom de to stillingene i fig. 6. Motorene 79, 81 driver sine tilhørende drev samtidig og med tilsvarende omdreiningshastigheter samt er reversible for å drive boreapparatet i den ene eller annen retning. Boreapparatet kan holdes tilbake i den fullt opptrukne borestilling ifølge fig. 6 ved hjelp av to sperrehaker 84, som er montert på tapper 85 festet til ørene 74, 75, slik at de kan utføre svingebevegelse om parallelle, vertikale akser mellom de innstiplete uvirksomme stillinger, hvor fjærer 86 presser sperrehakene i inngrep med vertikale tapper 87, som er festet på vognene 28, 29. Når boreapparatet er ført mot sin fullt opptrukne stilling i fig. 6, kommer tappene 87 i kontakt med kamflatene på sperrehakene og vil svinge dem mot deres innstiplete stillinger klar av tappene, hvoretter fjærene 86 fører sperrehakene tilbake til deres fullt opptrukne holdestillin-ger. Sperrehakene 84 kan utløses manuelt eller ved hjelp av motor-drevne organer. The frame 56 has two ears 74 and 75, which contain control channels 76 and 77. The control elements 39, 40 are slidably engaged inside the control channels 76, 77, in order to control the drilling apparatus 12, so that it performs a horizontal sliding movement in relation to the carriages 28, 29 along a horizontal axis 73 which is parallel to the axes 41, 141. The control channel 76 has at 176 and 276 a cross-section which closes around the control element 39, the teeth of a drive 76, which is driven by a motor 79 on the rim 56 , is in engagement with the rack teeth 42, in order to drive the frame 56 by engine power and they divide this carrier between the position shown by solid lines in fig. 6 and the dashed position in the same figure. The control channel 77 similarly encloses the control element 40 with a tight, but sliding fit, as a drive 80, which is driven by another motor 81, engages with the rack teeth 43, to contribute to the motor-driven displacement of the drilling apparatus between the two positions in fig. 6. The motors 79, 81 operate their associated drives at the same time and with corresponding rotational speeds and are reversible to drive the drilling apparatus in one or the other direction. The drilling apparatus can be held back in the fully retracted drilling position according to fig. 6 by means of two detents 84, which are mounted on studs 85 attached to the ears 74, 75, so that they can carry out a swinging movement about parallel, vertical axes between the dotted inactive positions, where springs 86 press the detents into engagement with vertical studs 87, which are attached to the carriages 28, 29. When the drilling apparatus is moved towards its fully retracted position in fig. 6, the tabs 87 contact the cam surfaces of the detents and will swing them toward their indented positions clear of the tabs, after which the springs 86 return the detents to their fully retracted holding positions. The locking hooks 84 can be released manually or by means of motor-driven means.

Under boring driver motoren 65 drivakselen 44 via tannhjul-ene 61, 62, for derved å rotere borestrengen. Når boreapparatet når frem til stillingen i fig. 3 på de nedre skinnepartier 18, brytes gjengeforbindelsen mellom boreapparatets drivaksel 44 og borestrengens øvre seksjon, og skrues helt ut ved rotasjon av akselen 44 mot urviseren. Dette kan i et typisk tilfelle utføres med en hjelpeenhet som er innrettet til å opprette og oppheve sammenkoplingen. Om ønskes kan inn- og utskruingsoperasjonene utføres ved å benytte en reversibel motor ved 65. Boreapparatet blir deretter drevet horisontalt fra sin stilling over den øvre ende av borestrengen til den stiplete stilling i fig. 6 og 10, nemlig ved å frigjøre sperrehakene 84 og gjøre motorene 79, 81 strømførende, slik at de drev, som drives av disse motorer, påvirker tannstengene 42, 43 for å forflytte boreapparatet utover. , Denne bevegelse er begrenset gjennom samvirke mellom skuldrene 89 på ørene 74, 75 og elementer 190, som er festet til endene av de skrårettede streverelementer 38 og elementene 39, 40 på vognene. I den ytterste stillingen befinner den hule drivaksel 44 .seg direkte over og i flukt med en rørlengde 91 i et musehull 92 (fig. 4), hvis akse 93 kan være parallell med aksen 13 og som kan ha en dybde som er tilstrekkelig til å oppta et hvilket som helst ønsket antall rørseksjoner, sammenkoplet ende mot ende. During drilling, the motor 65 drives the drive shaft 44 via the gears 61, 62, thereby rotating the drill string. When the drilling apparatus reaches the position in fig. 3 on the lower rail sections 18, the threaded connection between the drilling rig's drive shaft 44 and the upper section of the drill string is broken, and unscrewed completely by rotating the shaft 44 anti-clockwise. This can in a typical case be carried out with an auxiliary unit which is arranged to create and cancel the connection. If desired, the screwing in and out operations can be performed by using a reversible motor at 65. The drilling apparatus is then driven horizontally from its position above the upper end of the drill string to the dashed position in fig. 6 and 10, namely by releasing the detents 84 and energizing the motors 79, 81 so that the drives, driven by these motors, actuate the toothed bars 42, 43 to move the drilling apparatus outwards. , This movement is limited through cooperation between the shoulders 89 of the ears 74, 75 and elements 190, which are attached to the ends of the inclined strut elements 38 and the elements 39, 40 of the carriages. In the outermost position, the hollow drive shaft 44 is located directly above and flush with a length of pipe 91 in a mouse hole 92 (Fig. 4), whose axis 93 may be parallel to the axis 13 and which may have a depth sufficient to occupy any desired number of pipe sections, connected end to end.

Motoren 65 blir gjort strømførende for å skrue drivakselen 44 inn i den. øvre ende av røret i musehullet, hvoretter boreapparatet 12 trekkes oppover langs føringsskinnene 18 og 16 inntil hele rørlengden er ute av musehullet og befinner seg høyere enn borestrengens øvre ende (se fig. 11). Deretter blir motorene 79, 81 gjort strømførende, for å bevege boreapparatet innover til en stilling hvor den ligger i flukt med den øvre ende av borestrengen (stiplete linjer i fig. 11), hvoretter løpeblokken senkes litt og rørseksjonene fra musehullet koples ved hjelp av gjenger sammen med borestrengens øvre ende, slik at boreoperasjonen kan fort-settes . The motor 65 is energized to screw the drive shaft 44 into it. upper end of the pipe in the mouse hole, after which the drilling apparatus 12 is pulled upwards along the guide rails 18 and 16 until the entire pipe length is out of the mouse hole and is higher than the upper end of the drill string (see fig. 11). The motors 79, 81 are then energized to move the drill inwards to a position where it lies flush with the upper end of the drill string (dashed lines in Fig. 11), after which the runner block is lowered slightly and the pipe sections from the mouse hole are connected by means of threads together with the upper end of the drill string, so that the drilling operation can continue.

Når det blir nødvendig med en rund-tripp av borestrengen, kan boreapparatet 12 beveges til sin uvirksomme stilling i fig. 13 og 14, nemlig ved først å fire ned apparatet 12 på skinnepartiene 18 og deretter svinge disse med opplagrete deler, bl.a. vognene og boreapparatet, rundt aksen 27 til den innstiplete stilling ifølge fig. 6. Fig. 13 viser delene under en slik bevegelse, mens fig. 14 viser boreapparatet i dets fullstendig utsvingte eller fortsatte stilling, idet løpeblokken er koplet fra svivelen, mens en eleva-tor 94 er opphengt i løpeblokken for å trekke borestrengen oppover, i den hensikt å tillate fråkopling av en øvre seksjon fra resten av strengen på vanlig måte. En fullstendig rund-tripp av strengen kan gjennomføres mens boreapparatet befinner seg i den tilbaketrukne stilling ifølge fig. 14, hvoretter boreapparatet kan svinges tilbake til sin virksomme stilling. When a round-trip of the drill string becomes necessary, the drilling apparatus 12 can be moved to its inactive position in fig. 13 and 14, namely by first lowering the device 12 onto the rail parts 18 and then swinging these with stored parts, i.a. the carriages and the drilling apparatus, around the axis 27 to the stippled position according to fig. 6. Fig. 13 shows the parts during such a movement, while fig. 14 shows the drill rig in its fully extended or extended position, with the runner block disconnected from the swivel, while an elevator 94 is suspended in the runner block to pull the drill string upward, for the purpose of allowing disconnection of an upper section from the rest of the string in the usual manner manner. A complete round-trip of the string can be carried out while the drilling apparatus is in the retracted position according to fig. 14, after which the drilling apparatus can be swung back into its active position.

Claims

1. Rig-mounted well drilling apparatus (12), where vertical guide rails (11,16,18) are mounted in the rig along which the drilling apparatus (12) can be raised and lowered, as the guide rails forcefully control the drilling apparatus in the direction along the axis of the well drilling ( 13), characterized in that at least one guide rail (16) has a lower part (18) which can be swung to the side and out of alignment with the guide rail's upper part (16) so that the drilling apparatus can be parked in a position laterally offset from the drilling axis (13).

2. Drilling apparatus in accordance with claim 1, characterized in that the lower part of the guide rail (11) is pivotable in relation to the upper part about a largely vertical axis (27).

3. Drilling apparatus in accordance with claim 1 or 2, characterized in that it is arranged on a carriage (28,29) which is movable on the guide rails (16), and that it is horizontally movable in relation to the carriage (28,29).