NO169610B - Apparat til bruk ved boring - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning i eller for bruk i en borerigg som har minst to vertikalt forløpende føringss-kinner omfattende en borevogn montert på nevnte føringss-kinner for bevegelse langs disse, en boreanordning montert på borevognen, hvor boreanordningen omfatter en motor med en gjennomgående hul drivaksel, hvis nedre ende kan festes til en borestreng, og hvis øvre ende er opphengt i en svivel for å understøtte hele vekten av nevnte borestreng, og

en rørposisjoneringsinnretning og en rørsammenskruingsinnret-ning som er montert i stilling under boreanordningen.

Det har tidligere vært praksis ved boreoperasjoner å rotere borestrengen eller andre tubulære elementer som drives ved hjelp av en roterende boredrivanordning eller boreanordning med en elektrisk motor. Boreanordninger med roterende bor er inneffektive og kostbare. Elektriske boreanordninger har tallrike problemer. For å bevege og understøtte borestrenger som veier inntil 500 tonn, må eksempelvis de anvendte like-strømsdrivmotorer være meget store, og krever følgelig et stort og effektivt motorkjølingssystem. Fremfor alt er der betydelige potensielle sikkerhetsrisikoer tilknyttet bruken av en elektrisk boreanordning. På grunn av disse potensielle risikoer har oppnåelsen av samsvarhet med godtatte sikkerhetsregler og forsikringsgodkjennelser for bruken av elektrisk drevne boreanordninger vært en kjedelig, kostbar og tidsbrukende prosess. Der er også tallrike konstruksjons-messige og funksjonsmessige ulemper knyttet til bruken av elektrisk drevne boreanordninger. Således anvender en slik tidligere kjent anordning et kostbart aksiallager for å understøtte borestrengen. En annen slik tidligere kjent anordning har en elektrisk motor som er forskjøvet fra den akselen som understøtter borestrengen, hvilket medfører en ubalanse i det reaktive dreiemomentet som anvendes.

Ifølge et kjennetegnende trekk ved anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er rørposisjoneringsinnretningen og rørsammenskruingsinnretningen uavhengig av hverandre montert på borevognen, og hver for seg bevegbare i forhold til denne.

Ifølge ytterligere utførelsesformer av anordningen innbefatter rørposisjoneringsinnretningen en posisjoneringsarm,

en skål i nevnte plasseringsarm for å understøtte et rør,

en sideveis åpning i nevnte skål for å tillate et rør å komme inn i skålen, og en tilbaketrekkbar lås som er anbragt over nevnte åpning.

Det anvendes med fordel et påvirkningsorgan for, under bruk, å heve og senke nevnte posisjoneringsarm.

Det er foretrukket at rørposisjoneringsinnretningen er montert på borevognen slik at den, under bruk, er forskyvbar i et generelt horisontalt plan.

Rørsammenskruingsinnretningen innbefatter en rørtang som er montert på nevnte borevogn under den hydrauliske boreanordningen for å danne og bryte rørforbindelser. Rørtangen er med fordel montert på nevnte borevogn slik at den, under bruk, er forskyvbar i et generelt horisontalt plan.

For en bedre forståelse av oppfinnelsen og for å vise hvorledes denne kan utføres, skal det nå henvises ved hjelp av eksempel til de vedlagte tegninger.

Fig. 1 er et skjematisk vertikalriss av en boregigg forsynt

med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et topp-planriss av rørposisjoneringsinnretningen

tatt langs linjen II-II i fig. 1.

Fig. 3 er et snittriss av et bøyleledd.

Fig. 4 er et snittriss av en riflet hurtigfrakobling.

Fig. 5 er et snitt langs linjen V-V i fig. 4.

Fig. 6 er et riss ovenfra, delvis i snitt av en sammenstill-ing for en fragjengings/tilsettings vridningsanord-ning.

Fig. 7 er sideriss av sammenstillingen i fig. 6.

Fig. 8 viser, i en forstørret målestokk, en detalj ved

sammenstillingen vist i fig. 7.

Fig. 9 er et riss fra undersiden, delvis i snitt, av den

nedre seksjonen i sammenstillingen i fig. 7.

Fig. 10 er et snitt langs linjen X-X i fig. 9.

Fig. 11 er et snitt langs linjen XI-XI i fig. 9.

Idet det nå henvises til fig. 1, er en boreanordning 10 nedhengende fra en kommersielt tilgjengelig svivel 11 som er utstyrt med valgfrie bøyleledd 12. Bøyleleddet 12 er 1 sin tur festet til en løpeblokk 13 som er festet ved hjelp av kabler til en kronblokk 14 i tårnet 15. Boreanordningen 10 er festet til en støtteramme 16 som er glidbart montert på føringsskinner 17 som er montert på tårnet 15. Festingen av boreanordningen 10 til svivelens 11 aksel kan foretas gjennom en enhetlig gjenget hul aksel eller ved å anvende riflet hurtigfrakobling 18. Det hydrauliske fluidum som opererer boreanordningen 10 ledes gjennom rør 19 og slanger 20 fra en kraftforsyningsenhet 21 som er plassert på et hensiktsmessig sted. Boreanordningen 10 har en hul aksel 30 med en gjenget øvre ende 30a for forbindelse med den riflede hurtigfrakob-1ingen.

Boreanordningen 10 er festet til støtterammen 16 på en slik måte at den kan dreies i et horisontalt plan om dreieorganer 22 på den hjulforsynte støtterammen 16 for vedlikehold eller fjerning fra bruk. En borerørposisjoneringsarm 23 dreies også fra støtterammen 16 på en slik måte at den kan dreies i et horisontalt plan til et borerøroppfangningspunkt under anvendelse av sylindre 24 (fig. 2). Borerørposisjonerings-armen 23 kan beveges til et punkt som posisjonerer borerør 66 direkte over senterlinjen for den brønnen som bores. Ytterligere sylinder(e) 25 (fig. 1) hever så borerøret 66 for å tillate at en skrueforbindelse kan dannes til enten den gjengede nedre enden 30b av den hule akselen 30, den gjengede nedre enden hos en heisleddadapter 27 (når denne anvendes), eller til den gjengede enden av et slitasjestykke 67 (saver sub) når dette anvendes. Ettersom bevegelseskraften fra boreanordningen 10 er sentrert om den hule akselen 30, er de reaktive krefter stort sett balanserte og en stort sett konsentrisk balansert kraft utøves på borestrengen.

En vridningsinnretning eller rørsammenskruingsinnretning som har en øvre seksjon 26 og den nedre seksjonen 31 er også dreibart forbundet med støtterammen 16 på en slik måte at den kan dreies til side i et horisontalt plan for å tillate adgang med hensyn til vedlikehold eller fjerning.

I fig. 1 er posisjoneringsarmen 23 forsynt med en skål 33 som har et avsmalnet sete for å passe til borerørverktøyets skjøt. En sideåpning 35a er tilveiebragt over hvilken det strekker seg en lås 35. Låsen 35 kan forskyves for å tillate innføringen av et borerør. Låsen 35 er fjærbelastet til den lukkede stillingen. Borerøret kan lastes ved å skyve det inn i åpningen 35a. En sylinder 36 anvendes til å bevege låsen 35 til den åpne stillingen. Sylinderen 25, når aktiveres, beveger borerøret 66 til kontakt med den passende gjengen på slitasjestykket 67. Låsen 35 kan også aktiveres manuelt.

Idet det nå henvises til fig. 3, har hvert bøyleledd 12 et stempel 34 som er forspent oppad i en stempelsylinder 34a som et resultat av fluidum under trykk som kommer inn i det indre av sylinderen 34a fra en akkumulator 38. Den innvendige kraften virker som en kompresjonsfjær. Når stempelet 34 aktiveres nedad ved hjelp av en last, lagres den potensielle energien i den hydrauliske akkumulatoren 38. Når lasten så reduseres, slik som når en seksjon av borestrengen skrues av, vil avstanden mellom festehullene 43a og 43b minske, den angjeldende borestreng vil forbli stasjonær i hullet og svivelen 11 vil bevege seg oppad ettersom de gjengede elementer i borestrengen adskilles. Når seksjonene er fraskrudd heves den øvre seksjonen klar av den angjeldende borestrengen ved virkningen av stempelet 34 innenfor sylinderen 34a. Når lasten er fullstendig fjernet, vil avstanden mellom festehullene 43a og 43b være på et minimum. Pakningstetninger 37 er tilveiebragt omliggende stempelet 34.

I fig. 4 og 5 omfatter den riflete hurtigfrakoblingen 18 (a) et tubulært element 40 forsynt med en hannrifling og en for-lengelse som bærer et tetningselement 42, og (b) en seksjon 41 forsynt med en hunnrifling som samvirker med hannrif-1ingen. En gjenget krave 39 passer med gjengene på seksjonen 41. En innvendig skulder 45 på kraven 39 støter mot et fremspring 44 på elementet 40 og låser derved sammenstillingen som en riflet og avtettet enhet. Dreiemoment overføres gjennom riflene.

I fig. 6 har den øvre seksjonen 26 av vridningsinnretningen en kasseseksjon 56 som på sikker måte er festet til støtte-elementene 50. En bakkeblokk 52 er festet til indre bakkebærer 53 ved hjelp av tapper 58. Bakkeblokkene 51 og 52 er i stand til å bevege seg innad eller utad på føringer 57. Sylinderen 60, når den er satt under trykk i kammeret 65, beveger bakkeblokken 51 til kontakt med et tubulært arbeids-stykke 62. Når bakkeblokken 51 danner inngrep med arbeidsstykket 62, beveger en reaksjonskraft den indre bakkebæreren 53 i en retning bort fra arbeidsstykket 62 inntil bakkeblokken 52 som er festet til indre bakkebærer 53 tvinges til å danne inngrep med arbeidsstykket 62. Under drift skaper trykk i kammeret 65 en gripekraft som fast danner inngrep med tannete bakker 64 mot arbeidsstykket 62. Ved den omvendte operasjon settes sylinderen 60 under trykk fra arbeidsstykket 62. Etter delvis bevegelse, vil bakkeblokken 51 danne kontakt med stopporganer 54 som vil bevirke sylinderlegemet 60 og den indre bakkebæreren 53 til å bevege seg innover mot arbeidsstykket 62. Denne handling tvinger bakkeblokken 52 bort fra arbeidsstykket 62.

I fig. 9, som er et riss fra undersiden av den nedre seksjonen 31 av vridningsinnretningen, er en kasseseksjon 56' på sikker måte festet til en sirkulær føringsplate 55. Bakke-blokken 52' er festet til en indre bakkebærer 53' med tapper 58'. Bakkeblokkene 51' og 52' er i stand til å bevege seg innad og utad, idet de innrettes av føringer 57'. Sylinderen 60', når den er satt under trykk i kammeret 65', beveger blokken 51' til å danne kontakt med det tubulære arbeidsstykket 62. Når bakkeblokken 51' danner inngrep med arbeidsstykket 62, beveger en reaksjonskraft den indre bakkebæreren 53' i en retning bort fra arbeidsstykket 62 inntil bakkeblokken 52' danner inngrep med arbeidsstykket 62. Under drift skaper trykk i kammeret 65' en gripekraft som fast danner inngrep med tannete bakker 64' mot arbeidsstykket 62.

Ved den motsatte handling settes sylinderen 60' under trykk i kammer 61', hvilket bevirker bakkeblokken 51' til å bevege seg bort fra arbeidsstykket 62. Etter delvis bevegelse, vil bakkeblokken 51' danne kontakt med stopporganer 54' som bevirker sylinderlegemet 60' til å bevege seg mot arbeidsstykket 62. Ettersom den indre bakkebæreren 53' er festet til sylinderen 60', vil den indre bakkebæreren 53' bevege seg mot arbeidsstykket 62 og tvinge bakkeblokken 52' bort fra arbeidsstykket 62, idet kraften overføres gjennom tapper 58' som fester bakkeblokken 52' til den indre bakkebæreren 53'. Dreiemomentarmer 68 er på sikker måte festet til kassesek-sjonen 56'.

I fig. 8 og 9 oppviser den sirkulære føringsplaten 55 en føringsleppe 69 som vil bli anvendt til å feste sammenstillingen i fig. 9 til den øvre seksjonen av vridningsanordningen vist i fig. 6.

I fig. 11 er vist en typisk seksjon gjennom enten den øvre vridningsseksjonen eller den nedre vridningsseksjonen og illustrerer fremgangsmåten for å feste en indre bakkebærer

(53, 53') til en bakkeblokk (52, 52') under anvendelse av en tapp (58, 58').

Idet der nå henvises til fig. 7, er sylindre 70 festet til respektive dreiemomentarmer 68 hos vridningsinnretningen gjennom en sjakkel ved stavenden. Sylinderenden er forbundet med den øvre seksjonen gjennom en hengselforbindelse 71 og reaksjonen begrenses av den øvre seksjonen. Når sylinderne 70 energiseres, vil den nedre seksjonen dreie senterlinjen for de nedre bakkeblokkene om aksen y. Føringsleppen 69 roterer i et ringformet spor 72 (fig. 8). Når boltene 73 fjernes, er vridningsinnretningen fri til å dreie i et horisontalt plan på støtterammen 16

Med denne utførelsesform går brønnboringsfluida inn i borestrengen gjennom en konvensjonell bøyelig slange som er forbundet med svivelen 11 vist i fig. 1. Svivelen 11 har en hul aksel gjennom hvilken fluida passerer inn i den hule akselen hos boreanordningen 10 og videre gjennom de hule seksjoner av resterende underdeler eller anordninger inn i borestrengens indre.

Den etterfølgende tabell sammenligner visse trekk (men ikke alle) ved utførelsesformen beskrevet med henvisning til tegningene med utførelsesf ormene omhandlet i TJS-patent nr. 4 449 596 og med den elektriske boringssvivel av typen Bowen ES-7.

I den etterfølgende sammenligning er den kjente teknikk angitt med bokstavene KT og den foretrukne utførelsesform med bokstavene FU.

Elektrisk boringssvivel av typen Bowen ES- 7

KT: Elektrisk kraft ledes fra genereringsrommet til enheten gjennom gummidekkede elektriske kabler. Fare for skade og gnistdannelse er alltid tilstede. Et uhell ved et tidspunkt når brønnhodegasser er tilstede vil kunne være katastrofalt. FU: Drives av hydraulisk fluidum. Der finnen gnistfare. Den hydrauliske kraftforsyningsenheten er plassert i et sikkert område.

KT: Det komplette boresystem veier ca. 18000 kg.

FU: Det komplette system veier 9000 kg eller mindre.

KT: I tilfellet av mekanisk svikt kreves fullstendig "nedrigging". Utskiftningen av den elektriske boreanordningen er komplisert og tidskrevende.

FU: Enheten er konstruert til å ivareta hurtig utskiftning av den hydrauliske boredrivenheten. På grunn av dette trekk spares flere timer med inoperativ tilstand.

KT: Samtlige installasjoner er utstyrt med et konvensjonelt (roterende-bord) drivsystem i beredskap på grunn av lang inoperativ tid hvis utskiftning av den elektriske toppdrivanordningen kreves.

FU: Pålitelighet ved dette system og lett utskriftning vil tillate brukere å eliminere roterende-bord drivsystemer, idet hydrauliske reservemotorer og reservekomponenter er det eneste "støtte". Dette betyr besparelser i riggkostnad i størrelsesorden flere millioner kroner.

KT: Sertifiseringer for farlig område kreves for tallrike sikkerhetsanordninger som anvendes til å overvåke systemer utformet til å gjøre denne enhet sikker til bruk på et farlig sted. Dette er tidkrevende og kostbart.

FU: Elektriske anordninger er plassert under boredekket i et trykksikkert rom som vil, i et hvilket som helst tilfelle normalt allerede eksisterer. Flerheten av overvåkningsanord-ninger som anvendes på den elektriske drivanordning kreves ikke.

KT: Under boring vil for stor borekronevekt eller hullfrik-sjon stoppe borekronen og stanse den elektriske motoren. Vanlig praksis er å redusere borekronens vekt. Ettersom fullt elektrisk potensiale forblir tilført, akelererer boret plutselig fra 0 til 250 omdreininger pr. minutt i løpet av sekunder. Dette bevirker over-tilstramning av skjøtgjengene for verktøyet og ødelegger borerøret. Borestrengen kan også slå og skade veggen i hullet. Mekanisk reaksjon overføres til tårnet gjennom støttemekanismene og denne vibrasjon skader konstruksjonen og er meget støyende.

FU: Hydraulisk effekt, på grunn av dens iboende natur er langt roligere. Mekanismen for det bevegelige fluidum er slik at akselerasjon etter stans vil være roligere og jevnere. Mindre skade på borehull og utstyr blir følgen.

KT: Luftblåsing av innsiden hos den elektriske motoren kreves ved den første oppstartingen og hver gang en sikker-hetsanordning aktiveres. Dette kan kreve 10 til 30 minutter.

FU: Ingen blåsing kreves ettersom der ikke er noe luft-kjøkingssystem.

KT: På enheter som er således utstyrt er der en fare for vannlekkasje inn i den elektriske motoren som følge av en skade eller korrosjonseffekt i vann/luftvarmeveksleren som anvendes til å avkjøle motorluften. Disse systemer kreves hvor som helst hvor man finner strenge sikkerhetsforanstalt-ninger, slik som på plattformer i Nordsjøen. Dette kan bevirke at motoren svikter.

FU: Noe slikt system kreves ikke.

KT: Når borerørforbindelse skal foretas oppfanges borerøret av heisskålen og den nedre delen stikkes inn i det tidligere røret. Menneskelig dyktighet kreves så for å flytte driv-akselen ned i gjengen for å skrue den opp. Gjengeskade kan opptre.

FU: Rørhåndteringsanordningen på denne enheten har en hydraulisk heis for å danne inngrep med gjengen. Riktig justering vil sikre minimalt trykk på gjengene. Dette er langt hurtigere enn når boreren må utføre dyktighet og bedømmelse for å lage hver rørskjøt.

KT: Når en borerørslengde plukkes opp og hvis ende rager ca. 1 meter over boredekket, må rørhåndtereren vippes utad. Ettersom skålen i oppfangningverktøyet er svivelutstyrt, er vinkelen feilaktig for røret. Videre må låsene for oppfang-ningsverktøyet lukkes manuelt, hvilket tar tid.

FU: Stort sett perfekt innretting og orientering av rør-håndteringsmekanismen oppnås via mekaniske stopporganer og sylindre til å skape den nødvendige bevegelsen. Låsen er fjaerbelastet for automatisk å låse når røret er på plass. En sylinder vil aktivere låsen til den åpne posisjonen. Dette skjer ved fjernstyring, hvilket er langt sikrere. Dette system er også langt hurtigere enn den manuelle fremgangsmåten .

KT: Kostnaden er langt høyere.

FU: Dette systemet koster langt mindre. Dette tar ikke i betraktning utstyret som en operatør ikke trenger å kjøpe, slik som en ekstra svivel og/eller roterende-bord drivanor.d-ning som vil gi besparelser av flere millioner kroner.

KT: Installering av denne enhet på landrigger eller retroutstyring for rigger til havs er meget komplisert på grunn av størrelsen og forskjellig system.

FU: Retroutstyring på en hvilken som helst eksisterende borerigg kan skje langt lettere på grunn av størrelsen og vekten samt konstruksjonens enkelthet.

KT: Luftkjølingssystemet som går i en lukket krets oppsamler kullstøv som kommer fra børstene. Dette kan føre til innvendig kortslutning.

FU: Ingen børster anvendes.

KT: Gjentatt stopping av den elektriske hovedmotoren, særlig når det gjelder mer enn noen få øyeblikk, vil ved høy strøm skade armaturen og påfølgende rotasjon vil føre til svikt.

FU: Noe slikt stopp-problem eksisterer ikke.

Videre er den beskrevne utførelsesform sammenligningsvis gunstigere enn den som er omhandlet i US-patent nr. 4 449 596 i de følgende henseender: KT: Krever to sirkulerende svivler på grunn av at en er i ett med kraftdelenheten og en må anvendes når enheten rigges ned.

FU: Kun en svivel kreves. Nåværende listepris for en 500 tonns svivel (Continental Emsco) er US $43.290.00 (tilsvar-ende ca. NOK 300.000,-).

KT: Krever eksplosjonssikkert kjøleluftsystem. Nåværende konstruksjon anvender vifte montert på styrevogn (dolly) eller boredekk og luft ledes gjennom 20 cm diameter bøyelig gummislange. Denne lette gummislangen blåses ofte av vinden og skades når den henger på riggkonstruksjonen. Varm luft slippes ut i atmosfæren og skaper et farlig forhold. Dokumentasjon for vekselstrømsstrømviftemotoren og godkjenn-else for likestrømsdrivmotoren er tidkrevende og kostbart. FU: Hydraulisk olje avkjøles av riggtilført vann som sirkuleres gjennom en oljekjøler. Dette utstyr er plassert i et eksisterende sikkert sted.

KT: Den totale høyde, bredde og dybde er langt større. Krever ca. 13,8 meter vertikal tårnhøyde.

FU: Denne enhet krever mindre enn 10,8 meter.

KT: Enheten har ikke en "stig og fall" mekanisme for å minske belastningen på borestammens gjenger når avskruing skjer.

FU: Motbalanseringsmekanisme er tilveiebragt.

KT: Enheten må svinges tilbake for å installere brønnforing.

FU: All normal borings- og foringsinstallering skjer med standardenhet.

Claims (6)

1. Anordning i eller for bruk i en borerigg som har minst to vertikalt forløpende føringsskinner (17), omfattende: a) en borevogn (16) montert på nevnte føringsskinner (17) for bevegelse langs disse, b) en boreanordning (10) montert på borevognen (16), hvor c) boreanordningen (10) omfatter en motor med en gjennomgående hul drivaksel (30), hvis nedre ende kan festes til en borestreng (66), og hvis øvre ende er opphengt i en svivel (11) for å understøtte hele vekten av nevnte borestreng (66), og d) en rørposisjoneringsinnretning (33) og en rørsammenskru-ingsinnretning (26, 31) som er montert i stilling under boreanordningen (10), karakterisert ved at rørposisjoneringsinnretningen (33) og rørsammenskruings-innretningen (26, 31) er uavhengig av hverandre montert på borevognen, og hver for seg bevegbare i forhold til denne.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte rørposisjoneringsinnretning innbefatter: a) en posisjoneringsarm (23), b) en skål (33) i nevnte plasseringsarm (23) for å under-støtte et rør, c) en sideveis åpning (35a) i nevnte skål (33) for å tillate et rør å komme inn i skålen (33), og d) en tilbaketrekkbar lås (35) som er anbragt over nevnte åpning.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved et påvirkningsorgan (25) for, under bruk, å heve og senke nevnte posisjoneringsarm (23).

4. Anordning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at nevnte rørposisjoneringsinnretning er montert på nevnte borevogn (16) slik at den, under bruk, er forskyvbar i et generelt horisontalt plan.

5. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte rørsam-menskruingsinnretning innbefatter en rørtang (26, 31) som er montert på nevnte borevogn (16) under den hydrauliske boreanordningen (10) for å danne og bryte rørforbindelser.

6. Anordning som angitt i krav 5,karakterisert ved at nevnte rørtang (26, 31) er montert på nevnte borevogn (16) slik at den, under bruk, er forskyvbar i et generelt horisontalt plan.