NO312976B1 - Portabelt toppdrevet rotasjonssystem - Google Patents

Abstract

En portabel toppdrivboreenhet som er en selvstendig sammenstilling av komponenter tilpasset for hurtig installasjon i en borerigg og som krever et miriimum av modifiseringer av riggens konstruksjon.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører brønnboring og, i et aspekt, en portabel toppdrevet rotasjonssammenstilling. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en portabel, selvstendig toppdrivsammenstilling for installasjon i og fjerning fra en borerigg, idet toppdrivsammenstillingen har en transportposisjon og en operativ posisjon.

Ved konvensjonell rotasjonsboring av brønner, spesielt olje- og gassbrenner, roteres rørstrengen (på hvilken det er festet en borekrone ved enden) ved hjelp av et rotasjonsbord plassert på plattformdekket. Røret er forbundet med det roterende bordet ved hjelp av en spesiell konnektor mellom bordet og røret - et drivrør. Boring utføres i inkrementer av enkle rørlengder. Når boringen har fremskredet en rørlengde, stoppes boringen, røret kobles fra drivrøret og en ny lengde (typisk omtrent 9,4 m) kobles på og boringen opptas igjen.

Systemer for rotasjonsboring av hele rørseksjoner (typisk tre rørlengder, omtrent 28.3 m) fra en drivenhet opphengt i toppen av rørstrengen (toppdrivenheter, "top drive") er utviklet i de seneste år. Konseptet med toppdriv på borerigger går tilbake til 1920-årene, men praktiske systemer kom først på markedet kun fra 1980-årene. Det er relativt lett å lage en maskin som roterer rør fra toppen, og flere forsøk har vært gjort på å overføre idéen til oljeboringsrigger. Imidlertid er et hovedproblem ved slike rotasjons-drivsystemer å tilveiebringe en innretning for å forhindre reaktiv rotasjon av toppdrivenheten. I konvensjonelle systemer gjøres dette ved å feste rotasjonsbordet til riggens dekk. I toppdrivenheter må drivenheten forhindres fra å rotere som en reaksjon på rørstrengens rotasjon over hele rørstrengens vandring, dvs. praktisk talt hele mastens lengde. Dette krever et spesielt torsjonsreaksjonssystem. De tidligste toppdriv-konstruksj onene var ikke vellykkede fordi de ikke var i stand til effektivt å håndtere borestrenger (rør eller rørstrenger) med konvensjonell boreriggarkitektur. Dvs. at de ikke lett kunne gi rom for forbindelse og frakobling av rørlengder, bevegelse og håndtering av rørstrenger eller tilveiebringe en brukbar torsjonsreaksjonsmekanisme. I 1980-årene ble det utviklet toppdrivsystemer komplett med rørhåndterer (løsnenøkkel, løft og vipp, overboringstiltak og kontrollinnretninger på innsiden av brønnen) som overvant rørhåndteringsbegrensningene. Dette systemet gjorde det mulig for toppdrivenheten å oppnå de prinsipielle fordelene ved sammenhengende å kunne bore tre rørseksjoner og sirkulere og rømme hullet mens borestrengen ble ført inn og ut av hullet (fjerning av borestreng og reinnføring av borestrenger i det borede hullet). Systemet har vist seg teknisk og kommersielt som en suksess og så mange som 300 enheter har blitt tatt i bruk. Imidlertid er disse enhetene tunge og krever betydelige feltmodiifseringer i boretårnene. De fleste installeres på offshore-rigger fordi aktivitetsnivået er høyt og dagratene offshore (kostnadene for drift og mannskap) er tilstrekkelig høye til å forsvare den høye innkjøps- og installasjonskostnaden. Videre er offshore-boretårnene typisk store nok til å gi rom for de relativt store og tunge toppdrivenhetene og torsjons-reaksjonssammenstillingene. Disse systemene har ikke i stor grad blitt tatt i bruk på landbaserte rigger av flere grunner. Dagratene for landrigger er vanligvis for lave til å forsvare svært høye kapitalkostnader kun på basis av tidsbesparelser, og systemene er for store til å passe inn i landriggmaster uten utstrakte modifiseringer. Landriggmaster er ikke sterke nok til å motstå boretorsjonsreaksjonen indusert av toppdrivenhetene uten betydelige forsterkninger. Videre kan ikke rigger utstyrt med disse toppdrivsystemene effektivt flyttes og gjenopprigges etter behov.

Således har det vært et behov for mindre, lettere og mer kompakte systemer og disse har vært utviklet. Siden landrigger typisk er portable, er de konstruert med kun nok rom på innsiden av mastkonstruksjonen til å gi plass for en vandreblokk og rørhåndterings-fasiliteter. Således er installasjon av et torsjonsreaksjonssystem et stort problem. Det er ikke gjennomførlig å la mastkonstruksjonen i seg selv absorbere torsjonsreaksjonen. For å gjøre dette ville det kreve dyre spenningsanalyser av masten og modifisering og tillegg til riggkonstruksjonen som ikke bare ville være kostbar, men ville redusere riggens portabilitet. Løsningen på dette problemet har vært å tilveiebringe en separat torsjons-reaksjonsføring, vertikale konstruksjoner konstruert for å føre toppdrivsammenstillingen over toppen av borestrengen og absorbere torsjonsreaksjonen. Siden tilknytning av føringen til masten har mange av de ulemper som bruk av selve masten for å absorbere torsjonsreaksjonen, må føringene støttes på en annen måte. US-patent nr. 4865135 beskriver et system med et par av hylser innkapslet i en torsjonsomhylning. En hylse er festet til toppdrivrammen og den andre er fiksert til den andre hylsen og glidbart festet til en vertikal aksling.

En forbedret torsjonsføring, der drivsammenstillingen er glidbart festet til en vertikal føringssonde hovedsakelig av en rektangulær monoskinne, er beskrevet i US-patent nr. 5251709 og dets motpart US-patent nr. 2228025, publisert 21. oktober 1992. Dette systemet er mekanisk enklere enn andre konstruksjoner og kan lettere installeres i eksisterende mindre landrigger. Føringen er festet ved toppen til boretårnkronen og ved bunnen til plattformdekket eller til en sterk konstruksjon i den nedre delen av masten. Dette torsjonsføirngssystemet har vært en suksess ved absorpsjon av torsjonsreaksjon og har funnet betydelig bruk. Imidlertid krever det noe feltrigging og er vanligvis tilpasset kun til å passe inn i en rigg. Det er derfor mindre enn ideelt for etterinstallasjon i rigger som allerede er i bruk. Transport av utstyr og personell til feltet, mindre effektivt feltarbeid i forhold til verkstedsarbeid og spesielt dødtid for riggen (med et boremannskap på 3 til 5 personer som går på tomgang under riggingen) er kostbart.

Det er imidlertid flere landrigger i drift som kan ha fordel av toppdrivsystemer og flere som ikke økonomisk kan etterutstyres med de tidligere systemene. Det som det er behov for er et virkelig portabelt, selvstendig system som kan installeres i en eksisterende liten rigg på et minimum av tid og med minimale modifikasjoner på riggkonstruksjonen. Ideelt bør et portabelt system være i stand til å installeres og settes i drift i løpet av en dag og ha lite, om noe, individuell tilpasning eller rigging i masten. Det bør lett å fjerne, lett å transportere og være i stand til å kunne brukes i flere forskjellige riggkonfigurasjoner. Det er spesielt viktig at nytte(utility)- og serviceforbindelsene er selvstendige i en portabel toppdrivsammenstillingsenhet. Ofte er forbindelsene for nytte (elektrisk, luft og hydraulikk) og service (boreslam og kjøleluft etc.) mer tidskrevende enn installasjon av selve torsjonsføringen. Således trenger et virkelig vellykket portabelt toppdrivsystem for bruk i landrigger å ha lett vekt, være kompakt og kunne tilpasses til flere forskjellige riggarkitekturer. Det bør være selvstendig i sine konstruksjonselementer og når det gjelder nytte- og serviceforbindelser.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en portabel selvstendig toppdrivsammenstilling for installasjon i og fjerning fira en borerigg, som angitt i innledningen til det medfølgende krav 1. Toppdrivsammenstillingen er således kjennetegnet ved et konstruktivt eller strukturelt rammeelement, en monoskinnetorsjonsføring omfattende i det minste tre seksjoner, der en av seksjonene er festet til det konstruktive eller strukturelle rammeelementet når toppdrivsammenstillingen er i operativ- og transportposisjoner, idet de andre minst to seksjonene kan stables på den ene seksjonen når toppdrivsammenstillingen er i transportposisjon og er lineært forbindbare for å danne mono-skinnetorsjonsføringen når toppdrivsammenstillingen er i operativ posisjon, en toppdrivenhet bevegelig festet til monoskinnetorsjonsføringen, og innretninger for å forbinde monoskinnetorsjonsføringen med boreriggen. Foretrukne trekk ved toppdrivsammenstillingen fremgår av de medfølgende krav 2-15.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en fremgangsmåte for å installere en portabel, selvstendig toppdrivsammenstilling i en borerigg med en mast og en krone, der den portable selvstendige toppdrivsammenstillingen innbefatter et antall stablede mono-skinneføringsseksjpn>er og en toppdrivenhet montert på et rammeelement, idet rammeelementet er montert på en av torsjonsføringsseksjonene. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved de følgende trinn:

Plassere rammeelementet nær masten,

tilføring av innretninger fra riggkronen for å heise antallet stablede torsjonsførings-seksjoner opp i en lineær vertikal konfigurasjon,

forbindelse av torsjonsføringens toppseksjon med kronen, og

forbindelse av torsjonsføringens nedre seksjon med masten.

Et foretrukket trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av det medfølgende krav 17.

Oppfinnelsen er en selvstendig sammenstilling av komponenter som er nødvendig for hurtig og fjernbart å reise en torsjonsføring og ledsagende toppdrivenhet i en boreriggmast.

I en utførelsesform er oppfinnelsen en toppdrivsammenstilling for boring av brønner som omfatter: (a) en toppdrivenhet; (b) en torsjonsdrivføring omfattende i det minste to seksjoner tilpasset for forbindelse; (c) konstruktive rammeelementer på hvilke toppdrivenheten og seksjonene av torsjonsføringen kan være fjernbart anordnet; (d) innretninger for å forbinde torsjonsføringen med konstruksjonselementene i en borerigg, og (e) innretninger for å forbinde toppdrivenheten med torsjonsføringen, idet toppdrivenheten er utstyrt med en ramme som er tilpasset for å være fjernbart anordnet på monoskinnetorsjonsføringen.

Oppfinnelsen omfatter fortrinnsvis de ovenfor nevnte komponenter og en rammebrakett som også danner den nedre seksjonen av torsjonsføringen, en toppseksjon av torsjonsføringen som er tilpasset for hurtig forbindelse med en boreriggs krone, en nedre seksjon som er tilpasset for forbindelse med konstruksjonselementer i en boreriggmast og selvstendige nytte- og servicekabler og slanger med egnede konnektorer.

Fordeler og andre trekk vil tydeliggjøres av den etterfølgende beskrivelsen og kravene.

Fig. 1 er en illustrasjon av en toppdrivsammenstilling vist i en konfigurasjon for

transport,

fig. 2A og 2B er side- og frontoppriss av en borerigg med en torsjonsføring på plass for

drift,

fig. 2C er et perspektivriss av en sidebeslagsammenstilling for en torsj onsføringssammenstilling.

fig. 3 er et sideoppriss av en torsjonsføringssammenstilling som viser strekkabler i

transportposisj on,

fig. 4A er et planriss av en alternativ toppdrivsammenstilling,

fig. 4B og 4C er sideoppriss og endeoppriss, respektivt, av en alternativ

torsj onsføringssammenstilling,

fig. 5 er et side- og endeoppriss av en seksjon av torsjonsføringen,

fig. 6A og 6B er side- og endeoppriss, respektivt, av en torsjonsføringskonnektor for å

forbinde en toppdrivenhet med en torsjonsføring,

fig. 7A og 7B er sideoppriss og frontoppriss, respektivt, av en nytte- og

blåserhussammenstilling,

fig. 8A og 8B er side- og frontoppriss, respektivt, av en toppkonnektor for å forbinde en

torsjonsføring til en boreriggmasts krone,

fig. 8C1, 8C2 og 8C3 er sideoppriss, endeoppriss og grunnriss, respektivt, av en toppseksjon av torsjonsføringen tilpasset for forbindelse med en toppkonnektor

som vist i fig. 8A og 8B,

fig. 8D er et sideoppriss av en løftekrok og føring for å trekke torsjonsføringsseksjoner

vertikalt til toppen av riggmasten, og

fig. 9A, 9B og 9C er skjematiske representasjoner av en glidbar konnektor for å feste

torsjonsøfringens nedre seksjon til en boreriggmasts bakre spredebjelke.

I en utførelsesform omfatter den portable toppdrivsammenstillingen ifølge denne oppfinnelsen:

en toppdrivenhet,

en rammebrakett til hvilken det er festet en første seksjon av torsjonsføring,

en sammenstilling festet til rammebrakettens side, som danner en stige og en nyttekabelkanal,

en torsjonsføringmonoskinne omfattende forbindbare seksjoner tilstrekkelig til å strekke seg fra toppen av en boreriggmast til omtrent 2 til 2,6 m fra plattformens dekk, dvs. typisk omtrent 39 til 46 m total lengde (inkludert rammebraketten) når monoskinnen er fullt utstrakt,

innretninger for å forbinde en toppseksjon av torsjonsføringen med riggmastens krone, innretninger for å forbinde en nedre rammebrakett med riggmasten, og fortrinnsvis med en bakre spredebjelke, og eventuelt

nyttekabler, serviceslanger, kontrollinjer og samhørende konnektorer tilpasset for installasjon i sammenstillingen for bruk under drift, og

en serviceelementcontainer, slik som en varebil eller portabelt hus, som kan inneholde en elektrisk likerettingsenhet (slik som en SRC eller drivinnretning for vekselstrøm med

variabel frekvens) og hjelpehydraulikkpumper og forbindelser og som er tilpasset for bruk sammen med toppdrivsammenstillingen.

En utførelsesform av oppfinnelsen er illustrert i fig. 1, 2 og 3. Fig. 1 viser sammenstillingen i transportposisjon; dvs. foldet sammen på en brakett for transport. Braketten er hensiktsmessig konstruert av stål i bjelker. Rammene har en størrelse som gir tilstrekkelig størrelse til å understøtte hele toppdrivsammenstillingen for transport og er i stand til å motstå spenningene under rotasjonsmomentet (torsjon) som reaksjon på rotasjon av toppdrivenheten under boreoperasjoner. Rammene tjener også som innretninger gjennom hvilke torsjonsføringen er festet til mastkonstruksjonen. Typisk vil rammene konstrueres med vide stålflenser (WF) bjelker med dybde på omtrent 25 cm, flensbredder på omtrent 20 til 25 cm og flenstykkelse på omtrent 12 til 13 mm. Rustfritt stål eller andre sterkere metaller kan anvendes for å redusere vekten og størrelsen, men vil ofte ikke forsvare kostnadene. Rammebjelkene står i avstand fra hverandre i det minste tilsvarende bredden av torsj onsføringsseksj onen, typisk omtrent 60 cm. Fortrinnsvis vil rammene stå i avstand fra hverandre med omtrent 90 cm. WF-bj eikene i rammene er forbundet ved tverrelementer som er sveiset, boltet eller på annen måte festet. Det vises til fig.l, der seksjonene 3 og 4 av torsjonsføringen er montert på rammeseksjonene 1 og 2. Disse første seksjonene av torsjonsføringen trenger ikke å kobles fra rammene under bruk og kan derfor være permanent montert på rammene. Rammesammenstillingene 1 og 2 er hengslet ved 28. Hengsling av rammene gjør det lettere å posisjonere sammenstillingen sikkert på riggens dekksplattform og tillater mer hensiktsmessig reising av torsjonsføringsseksjonene i en mast. I transportkonfigura-sjonen hengsles torsjonsføringsseksjonene 4, 5, 6 og 7 sammen og stables på toppen av rammestillingen som vist. Hengsler 25 er festet til torsjonsføringen, og hengsler 20 på motsatt side av torsjonsføringsseksjonen er bokset for å gi plass for torsj onsførings-seksj onens dybde når denne er foldet ut. Denne type hengsel rager ikke fremover fra torsjonsøfringens overflate i arbeidsposisjon. Boksseksjonen for hengslene 20 er av samme bredde som torsjonsføringen.

Rammene kan ha en hvilken som helst ønsket lengde innenfor bestemte praktiske grenser. De bør være så lange at de kan håndteres hensiktsmessig. Det er spesielt ønskelig at de er kortere enn innsiden av en standard shippingcontainer, vanligvis omtrent 13 m. Derfor er en 12,9 m total lengde ideell. Rammene må være lengre enn toppdrivsarnmenstillingen. Forskjellen i lengden mellom rammene og toppdrivenheten vil diktere den tillatte lengden av torsjonsføringsseksjonene. For eksempel, dersom rammene er 12,8 m og toppdrivsammenstillingen omtrent 4,9 m (typisk fra 3,9 til 5,9 m), kan torsjonsføringsseksjonene være omtrent 4,9 til 8,5 m. Dette er en hensiktsmessig lengde som tillater sammenstillingen å være utgjort av to rammeseksjoner med torsj onsføringsseksj oner påfestet og fire ytterligere torsj onsføringsseksj oner. Mange rigger har en mast på omtrent 46 m. Derfor vil torsjonsføringens totale lengde være omtrent 43, 3 til 44 m (46 m minus omtrent 2,5 m) (avstanden bunnen av torsjons-føringen er opphengt fra boreplattformdekket)). Føringsseksj onene kan ha like eller forskjellige lengder. Det er foretrukket at den nedre seksjonen eller seksjonene har samme lengde som rammeseksjonen som de er festet til.

Rammer som er lengre enn omtrent 7,9 m er mer hensiktsmessig bygget i to hengslede seksjoner, som vist i fig. 1. Dette gjør det mulig for sammenstillingen å trekkes kun delvis inn på riggens plattformdekk, med resten av seksjonen hvilende på en rørrampe. Dette gir en sikrere og mer problemfri installasjon av toppdrivsammenstillingen i en riggmast. Topptappen (28 i fig. 1) i den hengslede rammeseksjonen fjernes, og rammebraketten med toppdrivsammenstillingen og føringsseksj onene trekkes opp en rampe på riggens front til et punkt der den andre hengslede seksjonen er klar av rampens topp. I dette punktet festes rammene til rampen. Dette gjør det mulig at den andre hengslede seksjonen kan ligge flatt på plattformdekket og den første seksjonen forblir liggende skråstilt på rampen. Torsj onsføringsseksj onenes ender vil rage over dekkets kant. Fra denne posisjonen heises toppdrivsammenstillingen, torsjonsføringen og tilhørende nytteservicekabelstativ og kabler opp i vertikal posisjon i riggmasten. Rammene forblir festet til dekket og rørrampen inntil de trekkes opp til vertikal posisjon.

Torsjonsføringsseksjonene illustrert i denne utførelsesformen er av monoskinnetypen beskrevet i US-patent nr. 5251709, som det vises til for nærmere informasjon. Denne torsjonsføringen er en monoskinne av stål bestående av lukkede hule skinner med et rektangulært tverrsnitt, som vist i fig. 5. Det rektangulære tverrsnittet er omtrent 60 cm x 20 til 30 cm, der metallets veggtykkelse er omtrent 12 til 14 mm. Den kan være laget av to elementer som er sveiset sammen. Den kan også være konstruert av rør som er sveiset sammen eller en hvilken som helst annen konstruksjon, så lenge den har tilstrekkelig styrke til å gi torsj onsmotstand, liten sideveis bøying og kan utstyres med føringsinnretninger for bevegelig å feste en toppdrivenhet. Andre egnede konstruksjoner for bevegelig festing av en toppdrivenhet til torsjonsføringen er illustrert i US-patent nr. 5251709.1 føringen illustrert i fig. 5 er toppdrivenheten festet ved hjelp av sleider. Disse er vist i detalj i fig. 6. Fig. 6A er et grunnriss av føringen som viser monoskinne-torsjonsføringen 5 i stiplet profil. Føringsskinnnene festet til toppdrivenheten 10 via rammeelementer 68, som i sin tur er festet til sleideløpere 60. Sleideløperne er festet til rammen 61 via bolter og låsemutre 62, 64 og 66. Innfesting ved bolter som vist gjør det mulig å justere plasseringen av toppdrivenheten sideveis for å posisjonere denne nøyaktig over borehullet. Siden torsjonsføringen generelt vil fikseres på plass, kan drivenhetens sideveis posisjon justeres for å bevege denne nærmere eller bort fra torsjonsføringen for å posisjonere denne etter ønske. Andre innretainger for å justere toppdrivenhetens posisjon i forhold til torsjonsføringen kan anvendes. For eksempel kan den boltes fast eller klemmes fast med mellomlegg eller forbindes gjennom justerbare hydrauliske sylindre. Forbindelse gjennom hydrauliske sylindre vil gjøre det mulig å posisjonere fjernbetjent.

Ragende ut fra rammesammenstillingens ene side, og forbundet med denne, er det en servicebrakettsammenstilling, der et perspektivriss av denne er vist i fig. 2C. Denne er fortrinnsvis sveiset, som vist ved 9, eller på annen måte festet til rammebj eikens høyre side. Den er mest ønskelig forbundet for å posisjonere stigesammenstillingen noe over rammebj eikene. Braketten er fortrinnsvis konstruert for å tilveiebringe en stige som kan anvendes ved vedlikehold av de øvre serviceforbindelsene. Denne stigen bør ha tilstrekkelig lengde (vanligvis samme lengde som rammebj eikene) til at den kan strekke seg til omtrent 23,6 m høyde når torsjonsføringssammenstillingen er på plass, som vist i fig. 2A. Servicebrakettstigen vil typisk ha samme lengde som rammeseksjonene og ved toppen være utstyrt med en brakett for en fjerntliggende luftblåser (dersom det anvendes en elektrisk motordrift). Toppavsnittet omfatter også elektriske, hydrauliske og kontrollinjeforbindelser.

Dersom det anvendes hengslede seksjoner i torsjonsføringen, er det nødvendig å tilveiebringe innretninger for å feste seksjonene sammen når de er sammenstilt. Dvs. det er viktig at seksjonene ikke tillates å bevege seg i hengslene når de er i operativ posisjon. Dette oppnås i en utførelsesform ved strekkabler som er festet til hver side av torsjonsføringen. Kablene er forbundet ved toppen og bunnen av torsjonsføringen ved innretninger som gjør det mulig å justere kabelens lengde, fortrinnsvis ved hjelp av hydrauliske sylindre. Kablene 42 i fig. 3 må være lange nok til å kunne bøyes rundt seksjoner av torsjonsføringen når seksjonene er stablet, som vist i fig. 3. Når de er sammenstilt, trekkes kablene stramt vertikalt gjennom føringene 26 (fig. 5) på siden av torsjonsføringen. Disse føringene plasseres på torsjonsføringen på den siden av senterlinjen som vender bort fra hengslene, som vist i fig. 5. Således trekker, når de er strammet, kablene de hengslede seksjonene sammen og forhindrer bøying. Selv om kablene kan forbindes med torsjonsføringen ved en hvilken som helst egnet innretning, er det foretrukket at de forbindes ved hjelp av hydrauliske sylindre 44, som når de er trukket tilbake trekker kablene stramt. Mindre kostbare skruetypekabelstrammere kan også anvendes. Hydrauliske konnektorer tillater fjernbetjening av kabelstrammingen. For å oppnå ønsket kraft innenfor de dimensjonsmessige begrensningene, kan sylindrene være sammenkoblet; dvs. at to eller flere sylindre er forbundet i serie. Alternativt kan de hengslede seksjonene festes ved hjelp av andre innretninger, slik som å føre gjennom tapper eller bolter eller ved hjelp av låsehakke for å forhindre bøying.

En alternativ torsj onsføringsutførelse som ikke har hengslede forbindelser er illustrert i fig. 4A og 4B. Seksjonene er glidbart forbundet via en skrånende glideforbindelse ved enden av hver seksjon, som vist ved 42 i fig. 4. Monoskinneføirngsseksjonene ligner på de hengslede, men er ikke forbundet før de trekkes opp til vertikal posisjon. Fig. 4B er et planriss av en føringsseksj on. Seksjonens 6 ende 72 er på sin flate utstyrt med tapper 76, og enden av en annen seksjon 7 er på en flate utstyrt med tapper 78 (fig. 4B). Ruller 70 gjør det mulig for seksjonene 6 og 7 lett å bevege seg på hverandre fra en stablet posisjon. Seksjonene 6 og 7 kan ha spor for å gi en utsparing for ruller 70, noe som vil gjøre det mulig for seksjonen å ligge flatt den ene på den andre. Seksjonen 20 vil bevege seg forbi seksjonen 6 inntil den kommer til enden. Seksjonen 7 sin skrånende ende glir ned på seksjonens 6 skrånende seksjonsende, og tappene kommer i inngrep med tappbokser 71, 73 og 75. Denne forbindelsen oppstår selvfølgelig med føringen i vertikal posisjon, og så lenge seksjonen er i vertikalt strekk, forblir de forbundet. Når føringen tas ned, frigjøres strekket og endeskjøtene frakobles. Som et sikkerhetstiltak kan de være utstyrt med innretninger for å feste seksjonene sammen når de er i bruk. Dette kan gjøres ved gjennomføring av tapper, bolter eller andre egnede innretninger som er lett å anordne for en fagmann på området.

Det vises nå til fig. 2C, der servicebrakettstigesammenstillingen ikke bare tilveiebringer en arbeidsstige, men også en hensiktsmessig delvis lukket renne eller kanal 55 for å huse nytte- og servicekabler. Disse kablene strekker seg fra en servicefasilitet eller annen egnet kilde til toppdrivenheten. Servicerennen kan hensiktsmessig være konstruert av platemetall, platemetall med hull eller metallduk. Stålduk er foretrukket. Nytteservicetilførselskabler, kontrollinjer og serviceslanger lagres i rammens nytteramme 56 under transport. Denne rennen hjelper til i å gjøre toppdrevsammen-stillingen fullstendig selvstendig. Med alle nyttetilførselskabler og serviceslanger opptatt i og tilgjengelig i en portabel på forhånd klargjort toppdrivsammenstilling, er det mulig å være oppe og kjøre i løpet av noen få timer og med et minimum av feltforbindelser. De komplette nyttekablene og nytteslangene gjør det mulig å flytte sammenstillingen til posisjon, reise denne vertikalt i masten, forbinde den til kronen og den nedre grunn-konstruksjonen og forbinde nytte- og servicefunksjonene med tilgjengelige kraft-generatorer og eksisterende servicelinjer i boretårnet. Fortrinnsvis er nytte- og servicekablene festet i rennen med løkker som kan strekke seg ut når de forbindes med toppdrivenheten. Løkkene har tilstrekkelig lengde til å strekke seg over torsjons-føringens lengde over servicesammenstillingen. På samme måte er det anordnet kabelsløkker for å forbinde nytte- og servicekablene med kilden. Det er hensiktsmessig å konstruere servicebrakettrammen for å huse en luftblåser for å kjøle en elektrisk drivmotor og nytte- og servicekonnektorer. Det er ønskelig at luftblåseren og forbindelsene er plassert i en høyde på omtrent 23,6 m i riggmasten. Stigen tillater lett tilgang til disse forbindelsene. En foretrukket sammenstilling for en luftblåser og serviceforbindelser er illustrert i fig. 7A og 7B. Blåseren 52 er festet til servicebrakett-sammenstillingen ved hjelp av bevegelige forbindelseselementer 57. Disse er fortrinnsvis hydrauliske sylindre som kan strekkes ut eller trekkes tilbake for å posisjonere blåseren og serviceforbindelsene nærmere eller lenger bort fra torsjons-føringen. Dette gjør det mulig å trekke servicebraketten tett opp mot torsjonsføringen når føringen installeres i masten og så bevege den bort for drift. En slik justerbar posisjoneringsinnfesting letter i betydelig grad bruk av toppdrivsammenstillingen i borerigger med master av begrenset bredde. En elektrisk serviceløkkeforbindelse 54 er forbundet med toppdrivenheten og er forbundet med elektriske servicekabler i stige-servicerennen. Blåserslangen 58 er forbundet med motoren. En slamslange er forbundet med den ene enden til toppdrivenheten og ved den andre enden til den eksisterende slam- eller "drivrør"-slangen i en eksisterende rigg. Slangen som leveres med den portable toppdrivsammenstillingen er lang nok til å tillate toppdrivenheten å vandre fra toppen av bunnen av føringen slik at det ikke er noe behov for å forlenge eller på annen måte modifisere den eksisterende slamslangen eller stamrøret. Blåser og servicebrakettrammen er fortrinnsvis montert i en vinkel i forhold til stigen for bedre å passe inn i masten uten å komme i kontakt med vinklede stivere som typisk finnes i små riggmaster.

Det vises til fig. 8, der kronehengersammenstillingen (spyd) er forbundet med torsjonsføringen ved toppen og støtter den vertikalt. En egnet kronehengersammen-stilling er vist i fig. 8A, 8B, 8C og 8D. Toppforbindelsen vist i fig, 8A og 8B er forbundet med boretårnets krone 12 gjennom monteringsplater 84. Denne forbindelsen er selvfølgelig lagerfør torsjonsføringen trekkes på plass i masten. Den kan boltes, som vist, eller på annen egnet måte forbindes. Sammenstillingen er forbundet med kronens konstruksjonselementer mot den bakre siden av masten (bort fra mastens åpne side og bak borehullets senterlinje) siden torsjonsføringen må henge bak borehullets senterlinje for å posisjonere toppdrivenheten skikkelig. Torsjonsøfringens toppseksjon (for eksempel seksjonen 8 i fig. 1, 2 og 8) er konstruert med et toppbeslag 86, der toppen er en avrundet avsmalnende beholder 88 og 87 som er konstruert for å motta et sampassende avsmalnende spyd vist i fig. 8A og 8B. Spydet 80 glir inn i beholderen 86 og låsehaker 82 griper toppbeslagets sider 88. Låsehakene er utstyrt med tapper ved 83 som faller inn i låseposisjon når spydet glir inn i toppbeslaget. Disse låsehakene kan manuelt frakobles for demontering av torsjonsøfringen. Fig. 8D illustrerer toppforbindelsen sammenstilt for bruk og viser også en utførelsesform av forbindelsen mellom vandreblokken og torsjonsøfringens seksjoner. Siden torsjonsføringen befinner seg bak hullets senterlinje, og derfor vandreblokkens senterlinje, må det finnes innretninger for å trekke torsjonsføringen på plass uten å trekke den inn mot mastens sider. I denne utførelsesformen oppnås dette ved hjelp av en krok 89, en pivoterende hake 87 og føring 83. Kroken 89 griper den andre seksjonen fra toppen av torsjons-føringen (for eksempel seksjonen 7 i fig. 1,2 og 8). Kabelen 16 er festet til den pivoterende haken 87 og rundt føringen 83. Når kabelen 16 trekkes til for å trekke torsjonsføringen opp til posisjon, overføres trekkraften gjennom 89 og 83 bak vandreblokkens senterlinje. Toppkonnektoren bør være konstruert for å trekke rett opp langs borehullets senterlinje under vandreblokken, men den må føres til posisjon for forbindelse med kronen. Dette kan gjøres enten manuelt eller mekanisk, men kan kreve mer alburom i masten og mer manuell forbindelse under opprigging. Andre konstruksjoner for å oppnå trekking og forbindelse av torsjonsføringen med kronen i en posisjon bak borehullets senterlinje, vil være åpenbare for en fagmann på området.

Som et sikkerhetstiltak vil kronehengeren være løst forbundet med mastens topp ved sikkerhetskjeder 22 og/eller kabel 23. Disse tilveiebringer en backup dersom låseforbindelsen utilsiktet skulle frikobles. Disse forbindes og frakobles manuelt.

Den nedre enden av torsjonsøfringens reaksjonssammenstilling er fortrinnsvis knyttet til en mast bak spredebj eiken ved en glidbar forbindelse av de nedre ramseksjonsbj eikene til en tverrbjelke i masten, normalt i høyde med toppen av A-bena. Mastbjeiken er typisk en kraftig bjelke som lett kan akseptere torsjonsreaksjonen fra toppdrivenheten. En utførelsesform for en egnet forbindelse for torsjonsføringen til riggmastens bjelke er illustrert i fig. 9. Torsjonsføringens rammeseksjon 1 eller 2 er forbundet med konnektoren 94. Denne forbindelsen er hensiktsmessig en frigjørbar, boltet forbindelse. Når denne er fremstilt, er den fiksert og ikke glidbar. Konnektoren 94 er glidbart eller dreibart forbundet via konnektoren 93, som er festet til en torsjonsreaksjonsbjelke 92. Denne bjelken er fortrinnsvis en I bjelke av stål på omtrent samme størrelse og dimensjon som rammebj eikene. Denne bjelken er fortrinnsvis klemt fast til riggens A-ben bjelke. Forbindelsen 93 gjør det mulig for forbindelsen 94 (og således også torsjonsføringssammenstillingen) å gli opp og ned etter behov for å gi plass for ekspansjon eller kontraksjon i riggmastkonstruksjonens høyde.

I en annen utførelsesform er torsjonsføringsssammenstillingen tilknyttet mastbjelken ved en dreieforbindelse slik som illustrert i fig. 9B. Torsjonsføringens rammeseksjoner 1 og 2 er forbundet til mastbjelken 96 via et ledd 104 som er festet ved tapper ved 101 og 102. Ved å rotere rundt dreieleddene 101 og 102 tillates torsjonsføringen å bevege seg opp eller ned som respons på endringer i mastens lengde. På samme måte er en annen utførelsesform vist i fig. 9C. Denne utførelsesformen anvender også det doble dreieleddprinsippet, men inkorporerer hydrauliske sylindre 106 som kan strekkes ut for å posisjonere toppdrivakselen over rørkoblingshylse (omtrent 1 m foran senterlinjen). Disse to utførelsesformene tillater ikke bare torsjonsføringen å bevege seg opp og ned, men tillater den også å bevege seg horisontalt for å posisjonere den over borehullets senterlinje eller senterlinjen til drivkoblingsrøret i plattformgulvet. Denne muligheten bidrar sterkt ved utskifting av borerørseksjoner.

Når en tung last heises, forårsaker lasten kompresjon eller sammentrykning av masten på så mye som flere centimeter. Videre vil endringer i omgivelsestemperatur - og rigger anvendes under ekstreme klima med temperaturer helt nede fra rundt -40°C til temperaturer opp i over 50°C - forårsake merkbar ekspansjon eller kontraksjon av masten. Siden torsjonsføringen ikke nødvendigvis ekspanderer eller trekker seg sammen i like stor grad som masten, er det viktig at masten og torsjonsføringen ikke er stivt forbundet. Ellers kan vertikale endringer forårsake bukling av enten masten eller torsjonsføringen. Glidestrekningen trenger ikke å være mer enn noen få centimeter. Sleiden kan være smurt eller konstruert med et plast- eller annet egnet belegg eller innsats for å gjøre bevegelsen lettere. Denne glidbare forbindelsen (eller egnet erstatning) som kan settes sammen på stedet uten modifisering av riggkonstruksjonen, er en viktig del av den portable toppdrivsammenstillingen.

Det er foretrukket at drivmotoren for toppdrivenheten er en likestrøms elektrisk motor, selv om en vekselstrømsmotor eller hydraulisk drivenhet kan anvendes. Elektriske drivmotorer for borerigger er typisk drevet av likestrøm, tilført fra en portabel veksel-strømsgenerator og likerettet ved en SRC (silicon rectification control) enhet. Elektriske motorer har den fordel at de har høy kraftoverføringseffektivitet (90% sammenlignet med omtrent 70% for hydraulikk), stort torsjonsspredningsområde, ingen oljelekkasje, lang motorlevetid og lave vedlikeholdskostnader. De har vist seg funksjonsdyktige innenfor oljeindustrien, er generelt velkjente for industripersonell og er lett å forbinde med krafttilførselen som er tilgjengelig på de fleste boresteder.

Dersom en likestrømselektrisk drivenhet anvendes, slik det foretrekkes, kan en SRC-enhet leveres sammen med toppdrivsammenstillingen. Dersom dette er tilfellet, er denne hensiktsmessig huset separat, slik som i en varebil eller en portabel bygning.

Fortrinnsvis er det anordnet serviceoppbevaringsfasiliteter for bruk sammen med den portable toppdrivsammenstillingen. Slike oppbevaringsfasiliteter kan være en portabel bygning eller varebil eller en hvilken som helst annen egnet fasilitet. Fasiliteten kan også inneholde elektriske og hydrauliske matekabler, tilleggshydrauliske pumper for å forsyne de hydrauliske aktuatorene på toppdrivsammenstillingen og kontrollinjene. Den kan også tilveiebringe et hensiktsmessig forbindelsessystem mellom feltkrafttilførselen og toppdrivenheten. Et foretrukket servicehus er en portabel bygning eller varebil som er forhåndsutstyrt med ledninger for elektrisk kraft (typisk likestrøm) som kun trenger å forbindes med vekselstrømskilden på borestedet. Et foretrukket servicelager vil inneholde tilleggshydraulikkpumpe (fortrinnsvis overflødig) for å tilveiebringe hydraulikk for de hydrauliske systemene og en SRC for å konvertere vekselstrøm til likestrøm. Varebilen vil også inneholde alle kontrollpaneler og kontrollkabel-forbindelser for toppdrivenhetdriften. Nytte- og servicekabler og kontrollinjer strekkes fra varebilen for forbindelse med sampassende linjer og kabler i bunnen av torsjons-føringssammenstillingen. Det er ønskelig at varebilen også omfatter en selvstendig kabelrennebom for å tillate posisjonering av servicetilførselskabler ved den nedre enden av torsjonsføringen for lett forbindelse med kablene i toppdrivsammenstillingens servicerenne. Hurtigforbindelsesinnretninger festet til kabelen og linjene fra varebilen og på sampassende linjer og kabler i torsjonsføringssammenstillingen letter i betydelig grad forbindelsen av toppdrivenheten og reduserer tilpasninger og modifiseringer på stedet.

Siden den portable toppdrivenheten ifølge denne oppfinnelsen kan inneholde alle elementene som behøves for installasjon og bruk - drivenhet, torsjonsføring, nytte- og servicekabel og slanger og forbindelser som fraktes med og monteres på sammenstillingen - kan systemet være fullstendig forhåndsklargjort. Alle elektriske, hydrauliske og kontrollsystemer kan sjekkes ved faktisk drift og forhåndstestes for å sikre at det ikke blir noe dødtid på feltet. Siden arbeidskostnadene er så mye som 60% av boreriggens dagkostnader, er dette en stor fordel. Videre er korreksjon av feilfunksjon og modifiseringer av komponenter mer pålitelig og mindre kostnadskrevende dersom de gjøres på verkstedet i stedet for på feltet.

En utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å rigge et boretårn med en toppdrivsammenstilling. Fremgangsmåten er illustrert ved den følgende beskrivelsen av installasjonen av toppdrivsammenstillingen i en borerigg. Denne beskrivelsen hjelper også til å illustrere driften og fordelene ved toppdrivsammenstillingen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2C illustrerer torsjonsføringen i posisjon for trekking inn i riggmasten. En hengslet rammeseksjon er vist i posisjon på plattformdekket. Den øvre seksjonen 2 ligger på dekket, og seksjonen 1 hviler på en skrånende rørrampe. Dette gjør det mulig for sammenstillingen å festes til et typisk plattformdekk. Flere av disse er mindre enn rammenes totale lengde. Fra denne posisjonen vil torsjonsføringsseksjonene brettes ut vertikalt inn i masten. Fig. 2B vise en torsjonsføring i sin helt utstrakte posisjon. Med utgangspunkt i toppseksjonen, eller seksjonen nærmest toppen, som vist i fig. 8, blir torsjonsføringen forbundet med vandreblokken via en bøyle og trekkes oppover. Ytterligere seksjoner, som er festet sammen enten ved hengsel eller glidbar forbindelse, følger toppseksjonen på plass inntil torsjonsføringsseksjonene og den eller de påfestede rammeseksjonene henger vertikalt i masten. Toppseksjonen festes til kronen, og rammebraketten festes til en nedre seksjon av masten. Det er foretrukket at rammen er glidbart montert til en horisontal mastbjelke med en forbindelsesinnretning. Torsjons-føringen er vertikalt opphengt fra kronen. Torsj onsføringsføringsreaksjonsbj eiken (typisk en I bjelke) er festet til et eller annet sterkt element ved den nedre enden av riggmasten eller til riggdekket. Den er fortrinnsvis spent fast til mastkonstruksjonen (bakre avstiver), som illustrert i fig. 9. Forbindelsen av rammene i torsjonsføringen til en sterk mastbjelke absorberer torsjonsreaksjonen i torsjonsøfringen. Denne forbindelsen påfører ikke noe utilbørlig spenning på riggmasten. Ingen dyre styrkeanalyser eller modifiseringer av masten kreves typisk.

Fullstendig opprigging av den portable sammenstillingen involverer de etterfølgende trinn i sekvens: 1. Den fullstendige rammemonterte sammenstillingen trekkes opp en rampe til et punkt der en betydelig del av rammen kan legges flatt på plattformen under masten. 2. Tapper, stropper eller andre forbindelser som holder seksjonene i torsjonsføringen og rammesammenstillingen sammen for transport, fjernes. 3. Toppkonnektoren - spydet i den foretrukne utførelsesformen - forbindes med kronen. Dette gjøres manuelt og gjøres hensiktsmessig før masten reises. 4. Dersom en krok er festet til vandreblokken, fjernes denne og erstattes med en spesiell toppdrivforbindelsesadapter eller "bøyle". 5. En slamlinje forbindes gjennom slamlinjeforbindelsen tilveiebrakt med toppdrivsammenstillingens serviceforbindelser. I tillegg er det vanligvis hensiktsmessig å forbinde andre nytte- og serviceforbindelser før torsjonsføringen heises. 6. Vandreblokken senkes til posisjon for forbindelse med torsjonsføringens 6 toppseksjon. Vandreblokken festes til en låsekrok (fig. 8C) eller annen toppkonnektor og sammenstillingen trekkes på plass. Når denne trekkes opp, folder de hengslede seksjonene seg ut. Dersom de er hengslet, strammes strekkablene, fortrinnsvis ved hjelp av et hydraulisk system. Dersom seksjonene er forbundet ved glideskjøter, slik som vist i fig. 4, er det ikke noe behov for strekkabler. Seksjonene i torsjonsføringen holdes sammen ved glideskjøtene.

7. Topp forbindelsen bringes i inngrep som illustrert i fig. 8.

8. Reaksjonsbjeiken festes så til mastens nedre seksjon eller til plattformdekket. Bunnen av rammen vil være omtrent 2 til 3 m fra plattformens dekk. Dersom de er forbundet med plattformdekket, er rammene gjennom en sideforskjøvet ramme som gir takhøydeklaring. 9. Nytte- og servicelageret settes i posisjon for å tillate forbindelse av elektriske og hydrauliske servicelinjer og kontrollkabler i rammeseksjonens nytterenne. Nytte- og kontrollkablene er typisk forhåndsforbundet med toppenheten.

Toppdrivenheten er nå operativ og riggen fullstendig utstyrt for toppdrift.

Med alle nytte(utililty)- og servicekablene og kontrollinjene uavhengige i den portable sammenstillingen er det helt tydelig mulig å installere en toppdrivenhet i en landrigg på en dag eller mindre. Dagrateinnsparingene vil alene rettferdiggjøre mye av kostnadene ved den portable toppdrivsammenstillingens selvstendige egenskaper.

Disse utførelsesformene er illustrative for oppfinnelsen, men andre modifiseringer og variasjoner ligger innenfor de etterfølgende kravs rekkevidde.

Claims (17)

1. Portabel selvstendig toppdrivsammenstilling for installasjon i og fjerning fra en borerigg, idet toppdrivsammenstillingen har en transportposisjon og en operativ posisjon, karakterisert ved : et konstruktivt rammeelement (12); en monoskinnetorsjonsføring omfattende i det minste tre seksjoner, der en av seksjonene er festet til det konstruktive rammeelementet når toppdrivsammenstillingen er i operativ og transportposisjoner, idet de andre minst to seksjonene (4-7) kan stables på den ene seksjonen når toppdrivsammenstillingen er i transportposisjon og er lineært forbindbare for å danne monoskinnetorsjonsføringen når toppdrivsammenstillingen er i operativ posisjon; en toppdrivenhet (10) bevegelig festet til monoskinnetorsjonsføringen; og innretninger for å forbinde monoskinnetorsjonsføringen med boreriggen.

2. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at konstruksjonsrammeelementet omfatter to hengslede rammeseksjoner (1,2), og at hver rammeseksjon har påfestet en seksjon (3,4) av monoskinnetorsjonsføringen.

3. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at monoskinnetorsj onsføringsseksj onene (3-7) er hengslet sammen i respektiv ender av disse.

4. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at monoskinnetorsjonsføringsseksjonene omfatter glidbare endekonnektorer (93,94) som forbinder seksjonene sammen når de står under vertikalt strekk.

5. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at det konstruktive rammeelementet danner en ramme som tilveiebringer en brakett for toppdrivenheten og alle seksjonene i monoskinnetorsjonsføringen når toppdrivsammenstillingen er i transportposisjon.

6. Sammenstilling ifølge krav 5, karakterisert ved at rammen omfatter i det minste to I bjelker.

7. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for forbindelse omfatter en spydkonnektor for fjernbart å feste en øvre seksjon av torsjonsføringen til en krone i boreriggen.

8. Sammenstilling ifølge krav 7, karakterisert ved at innretningen for å forbinde ytterligere omfatter en glidbar forbindelse mellom en nedre seksjon av torsjonsføringen og en bjelke i boreriggen.

9. Sammenstilling ifølge krav 7, karakterisert ved at innretningen for å forbinde omfatter en dobbelt dreieforbindelse mellom en nedre seksjon av torsjonsføringen og en bjelke i boreriggen.

10. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for å forbinde omfatter hydrauliske sylindre som er aktuerbare for å endre toppdrivenhetens torsjonsdrivakse.

11. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved aten sammenstilling festet til rammeelementet danner en stige og en nyttekabelrenne.

12. Sammenstilling ifølge krav 11, karakterisert ved at den videre omfatter nytteservicekabler, serviceslanger og toppdrivkontrollinjer anordnet i nyttekabelrennen.

13. Sammenstilling ifølge krav 12, karakterisert ved at den videre omfatter servicekomponentlager omfattende en elektrisk likerettingsenhet, tilleggshydraulikkpumper og kontrollinnretninger for toppdrivenheten.

14. Sammenstilling ifølge krav 11, karakterisert ved at sammenstillingen som danner stigen og nyttekabelrennen videre omfatter en luftblåserbrakett anordnet ved sammenstillingens toppseksjon og som er bevegelig i forhold til torsjonsføringen.

15. Sammenstilling ifølge krav 14, karakterisert ved at blåserbraketten er bevegelig ved hjelp av fjernaktuerbare hydrauliske sylindre.

16. Fremgangsmåte for å installere en portabel, selvstendig toppdrivsammenstilling i en borerigg med en mast og en krone, der den portable selvstendige toppdrivsammenstillingen omfatter et antall stablede monoskinneføringsseksjoner (3-7) og en toppdrivenhet (10) montert på et rammeelement (1,2), idet rammeelementet er montert på en av torsjonsføringsseksjonene (3,4), karakterisert ved følgende trinn: plassering av rammeelementet nær masten; tilføring av innretninger fra riggkronen for å heise antallet av stablede torsj onsføringsseksj oner opp i en lineær vertikal konfigurasjon; forbindelse av torsjonsføringens toppseksjon med kronen; og forbindelse av torsjonsføringens nedre seksjon med masten.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at rammeelementet omfatter første og andre hengslede seksjoner og det trinn å plassere rammeelementet nær masten omfatter det trinn å bevege rammeelementet opp en rampe nær masten til et punkt der den første seksjonen ligger flatt på en plattform under masten og den andre seksjonen forblir i en vinkel på rampen.