DE60036373T2

DE60036373T2 - Ein- und ausbauvorrichtung für rohre

Info

Publication number: DE60036373T2
Application number: DE60036373T
Authority: DE
Inventors: Daniel Westminister JUHASZ; George Villa Park BOYADJIEFF; Brian L. Cerritos EIDEM; Hans Van Rijzingen
Original assignee: Varco International Inc; Varco IP Inc
Current assignee: Varco International Inc; Varco IP Inc
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: NO20014329L; DE60028425D1; DE60028425T2; CA2363178A1; NO20110760L; US20020074132A1; ATE328185T1; NO336391B1; EP1171683B2; ATE373160T1; EP1171683A2; US7096977B2; DE60036373D1; US20030066654A1; US20060005962A1; NO331171B1; NO20014329D0; CA2363178C; WO2000052297A3; US6443241B1

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beruht auf der vorläufigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/122,915, eingereicht am 5. März 1999.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Brunnenbohrarbeiten, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Unterstützung der Montage von Rohrsträngen, wie beispielsweise Futterrohrsträngen, Bohrgestängen und dergleichen.
Beschreibung der verwandten Technik
Das Bohren von Ölbrunnen erfordert die Montage von Bohrgestängen und Futterrohrsträngen, die jeweils eine Vielzahl von länglichen und schweren, von dem Ölbohrgerüst nach unten in ein Loch verlaufenden Rohrsegmenten umfassen. Das Bohrgestänge besteht aus einer Anzahl von Rohrabschnitten, die in schraubendem Eingriff miteinander stehen, wobei das unterste Segment (d. h. dasjenige, welches sich am weitesten in das Loch erstreckt) einen Bohrkopf an seinem unteren Ende trägt. Typischerweise ist der Futterrohrstrang um das Bohrgestänge herum vorgesehen, um das Bohrloch nach dem Bohren des Lochs zu verkleiden und die Unversehrtheit des Lochs zu gewährleisten. Der Futterrohrstrang besteht ferner aus einer Vielzahl von Rohrsegmenten, die durch Schraubkopplung miteinander verbunden und durch Kanäle gebildet sind, welche so dimensioniert sind, dass sie das Bohrgestänge und/oder andere Rohrstränge aufnehmen können.
Wird eine Vielzahl von Futterrohrsegmenten auf herkömmliche Weise durch Schraubkopplung miteinander verbunden, um einen Futterrohrstrang zu bilden, handelt es sich hierbei um ein arbeitsintensives Verfahren, bei dem eine Stoßvorrichtung und eine Futterrohrzange erforderlich sind. Die Stoßvorrichtung wird ma nuell gesteuert, um ein Futterrohrsegment in das obere Ende des bestehenden Futterrohrstrangs einzusetzen, und die Zange ist so ausgebildet, dass sie das Segment ergreift und dreht, um dasselbe auf schraubende Weise mit dem Futterohrstrang zu verbinden. Ein derartiges Verfahren ist zwar wirkungsvoll, aber auch beschwerlich und relativ unwirtschaftlich, weil der Vorgang manuell erfolgt. Darüber hinaus ist für die Futterrohrzange eine Futterrohrmannschaft erforderlich, damit die Futterrohrzange das Futterrohrsegment ordnungsgemäß ergreift und das Segment and den Futterrohrstrang koppelt. Somit ist ein derartiges Verfahren relativ aufwändig und daher kostenintensiv. Außerdem muss für den Gebrauch einer Futterrohrzange ein Baugerüst oder eine andere ähnliche Konstruktion errichtet werden, so dass dies unwirtschaftlich ist.
An anderer Stelle ist eine Futterrohrein- und -ausbauvorrichtung für die Montage von Futterrohrsträngen vorgeschlagen worden, bei der eine herkömmliche obere Antriebseinrichtung verwendet wird. Die Vorrichtung umfasst einen verdrehbaren Manipulator, der so ausgestaltet ist, dass er ein Rohrsegment ergreift und das Rohrsegment nach oben in ein servounterstütztes Drehkreuz angehoben wird, welches das Rohrsegment mit Hilfe der Schwerkraft hält. Das Drehkreuz ist an den Kopfantrieb gekoppelt und kann durch diesen gedreht werden. Somit kann das Rohrsegment in Kontakt mit einem Futterrohrstrang gebracht und der Kopfantrieb aktiviert werden, um das Futterrohrsegment zu drehen und in schraubenden Eingriff mit dem Futterrohrstrang zu bringen.
Obwohl ein derartiges System im Vergleich zu den herkömmlicheren Systemen, die für die Montage von Futterrohrsträngen benutzt werden, Vorteile hat, weist es dennoch auch Mängel auf. Ein derartiger Mangel ist, dass der Eingriff des servounterstützten Drehkreuzes mit dem Futterrohrsegment nicht ausreicht, um das Futterrohrsegment ordnungsgemäß mit dem Futterrohrstrang zu verbinden. Außerdem sieht das System keine Mittel für eine effektive Steuerung der am Boden des Futterrohrsegments auf die Gewinde einwirkenden Last vor. Ohne die Fähigkeit, die auf die Gewinde einwirkende Last zu regeln, kann ein Gewinderiss auftreten, was zu ausgerissenen Gewinden und zu einem nutzlosen Futterrohrsegment führt.
Die Europäische Patentanmeldungsschrift Nr. 0525247A1 offenbart eine Vorrichtung, mit der Untertagerohrsegmente gekoppelt werden können und die eine mit einem Kopfantrieb wirkverbundene Rohreingriffseinrichtung umfasst. Die Rohreingriffseinrichtung weist ein zylinderförmiges Gehäuse auf, das so dimensioniert ist, dass es das obere Ende eines Rohrsegments und eine Vielzahl von motorbetriebenen Rohrklemmkeilen aufnehmen kann, mit denen das Rohrsegment an das Gehäuse geklemmt wird, um auf diese Weise den Betrieb des Kopfantriebs zu ermöglichen und die Drehung des Rohrsegments zu bewirken. Jedoch ist die offenbarte Rohreingriffseinrichtung nur zum Klemmen und Halten eines Rohrsegments bei langsamer Drehung geeignet. Somit kann sie, obwohl sie für die Kopplung von Rohrsegmenten unter Tage wirkungsvoll ist, nicht verwendet werden, um Rohrsegmente einzusetzen oder zu entfernen oder um Rohrsegmente bei Bohrarbeiten zu ergreifen.
Dementsprechend ist es für Fachleute offensichtlich, dass immer noch ein Bedarf an einer Vorrichtung für die Anwendung in einer Bohranlage besteht, bei der für die effiziente Montage von Futterrohrsträngen und/oder Bohrgestängen eine bestehende obere Antriebseinrichtung benutzt wird und die in positivem Eingriff mit einem Rohrsegment steht, um die ordnungsgemäße Kopplung des Rohrsegments an einen Rohrstrang zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung wendet sich an diese und andere Bedürfnisse.
Zusammenfassung der Erfindung
Kurz und allgemein gesagt, ist die vorliegende Erfindung auf eine Rohrein- und -ausbauvorrichtung zur Verwendung in Bohranlagen und dergleichen ausgerichtet, um Futterrohrstränge und/oder Bohrgestänge zu montieren. Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung ist an eine bestehende obere Antriebseinrichtung gekoppelt, die für die Drehung eines Bohrgestänges verwendet wird, und umfasst ein angetriebenes Hebewerk, das in eine Eingriffsstellung getrieben wird, um sicher mit einem Rohrsegment, beispielsweise einem Futterrohrsegment, einzugreifen. Da das Hebewerk in die Eingriffsstellung getrieben wird, kann das Rohrsegment mit Hilfe der oberen Antriebseinrichtung ordnungsgemäß an einen bestehenden Rohrstrang gekoppelt werden.
Die Anlage der vorliegenden Erfindung ist in einer beispielhaften Ausgestaltung auf eine Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 1 ausgerichtet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, welche beispielhaft die Merkmale der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Bohrgerüst in seitlichem Höhenaufriss, welches eine Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
2 zeigt mit vergrößertem Maßstab die Rohrein- und -ausbauvorrichtung von 1 in einer Seitenansicht.
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 3-3 aus 2.
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 4-4 aus 2.
5A zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 5-5 aus 4 und zeigt ein Drehkreuz/Hebewerk in einer Nichteingriffsstellung.
5B zeigt eine Querschnittsansicht ähnlich der von 5A und zeigt das Drehkreuz/Hebewerk in einer Eingriffsstellung.
6 zeigt die in einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltenen Komponenten in einem Blockdiagramm.
7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung in einer Seitenansicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden für den Verweis auf gleiche oder entsprechende Elemente in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen gleiche Bezugszeichen verwendet. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 gezeigt, welche eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die für die Verwendung bei der Montage von Rohrsträngen, wie beispielsweise Bohrgestängen, Futterrohrsträngen und dergleichen, ausgelegt ist. Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 umfasst im Allgemeinen eine Rahmeneinrichtung 12, eine drehbare Welle 14 und eine untere Rohreingriffseinrichtung 16, welche an die drehbare Welle gekoppelt ist, um mit derselben zu rotieren. Die Rohreingriffseinrichtung ist für den gezielten Eingriff mit einem Rohrabschnitt 11 (1, 2 und 5A) ausgelegt, um im Wesentlichen eine relative Drehung zwischen dem Rohrsegment und der Rohreingriffseinrichtung zu verhindern. Die drehbare Welle 14 ist so ausgestaltet, dass sie an eine von dem bestehenden Kopfantrieb kommende Kopfantriebsausgangswelle so gekoppelt werden kann, dass der Kopfantrieb, der normalerweise für die Drehung eines Bohrgestänges zum Bohren eines Bohrlochs verwendet wird, für die Montage eines Rohrstrangs verwendet werden kann, beispielsweise eines Futterrohrstrangs oder Bohrgestänges, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben wird.
Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 ist beispielsweise für die Verwendung in einem Brunnenbohrgerüst 18 vorgesehen. Ein geeignetes Beispiel eines derartigen Gerüsts ist in dem an Boyadjiew ausgegebenen Patent Nummer US 4,765,401 offenbart. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Gerüst einen Rahmen 20 und ein Paar Führungsschienen 22, an denen entlang eine allgemein mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnete obere Antriebseinrichtung zur senkrechten Bewegung relativ zu dem Gerüst fährt. Bei der oberen Antriebseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen herkömmlichen Kopfantrieb, der für die Drehung eines Bohrgestänges zum Bohren eines Bohrlochs verwendet wird, wie es in dem an Boyadjiew ausgegebenen Patent Nummer US 4,605,077 beschrieben ist. Die obere Antriebseinrichtung umfasst einen Antriebsmotor 26 und eine Kopfantriebsausgangswelle 28, die sich von dem Antriebsmotor nach unten erstreckt, wobei der Antriebsmotor wirksam ist, um die Antriebswelle auf die in der Technik herkömmliche Weise zu drehen. Das Gerüst legt eine Arbeitsbühne 30 mit einer zentralen Öffnung 32 fest, durch die sich ein Bohrgestänge und/oder ein Futterrohrstrang 34 nach unten in ein Bohrloch erstreckt.
Das Gerüst 18 umfasst ferner ein oberflächenbündig montiertes Drehkreuz 36, das so ausgelegt ist, dass es in lösbarem Eingriff mit dem Bohrgestänge und/oder dem Futterrohrstrang 34 steht und das Gewicht desselben bei dessen von dem Drehkreuz nach unten in das Bohrloch gerichteten Verlauf trägt. Wie in der Technik bekannt, umfasst das Drehkreuz ein im Allgemeinen zylinderförmiges Gehäuse, welches einen zentralen Durchgang festlegt, durch den der Rohrstrang geführt werden kann. Das Drehkreuz umfasst eine Vielzahl von Rohrklemmkeilen, die sich in dem Gehäuse befinden und gezielt zwischen einer Nichteingriffs- und einer Eingriffsstellung verschiebbar sind, wobei die Rohrklemmkeile radial nach innen zu der jeweiligen Eingriffsstellung getrieben werden, um in engen Eingriff mit den Rohrsegmenten zu gelangen und dadurch eine relative Bewegung oder Drehung des Rohrsegments und des Drehkreuzgehäuses zu verhindern. Die Rohrklemmkeile werden vorzugsweise mittels einer hydraulischen oder pneumatischen Anlage zwischen der Nichteingriffs- und der Eingriffsstellung hin- und hergetrieben, können aber auch von beliebigen anderen geeigneten Mitteln angetrieben werden.
Unter hauptsächlicher Bezugnahme auf 2 umfasst die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 die Rahmeneinrichtung 12, welche ein Paar von einem Verbindungsstangenadapter 42 nach unten verlaufender Verbindungsstangen 40 aufweist. Der Verbindungsstangenadapter legt eine zentrale Öffnung 44 fest, durch die die Kopfantriebausgangswelle 28 geführt werden kann. Auf diametral entgegengesetzten Seiten der zentralen Öffnung sind entsprechende nach oben verlaufende röhrenförmige Elemente 46 (1) an dem Verbindungsstangenadapter angebracht, welche um einen vorgegebenen Betrag voneinander beabstandet sind, damit die Kopfantriebsausgangswelle 28 zwischen denselben hindurchge führt werden kann. Die entsprechenden röhrenförmigen Elemente sind an ihrem oberen Ende mit einem Drehkopf 48 verbunden, der mit der oberen Antriebseinrichtung 24 zur Drehung mit derselben verbunden ist. Der Drehkopf legt eine zentrale Öffnung (ohne Abbildung) fest, durch die die Kopfantriebsausgangswelle geführt werden kann, und umfasst ferner ein Lager (ohne Abbildung), welches mit den oberen Enden der röhrenförmigen Elemente eingreift und eine Drehung der röhrenförmigen Elemente relativ zu dem Körper des Drehkopfs ermöglicht, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben wird.
Die Kopfantriebsausgangswelle 28 mündet an ihrem unteren Ende in einem Kupplungsstück 52 mit Keilnabenprofil, welches mit einem oberen Ende der drehbaren Welle (im Folgenden auch als untere Antriebswelle bezeichnet) 14 (ohne Abbildung) eingreift, welche so ausgebildet ist, dass sie komplementär zu dem kerbverzahnten Kupplungsstück zur Drehung mit demselben ist. Wird die Kopfantriebsausgangswelle 28 durch den Kopfantriebsmotor 26 gedreht, wird somit auch die untere Antriebswelle 14 gedreht. Es versteht sich, dass jede beliebige geeignete Schnittstelle verwendet werden kann, um zu gewährleisten, dass die obere und die untere Antriebswelle in sicherem Eingriff miteinander stehen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die untere Antriebswelle 14 mit einer herkömmlichen, allgemein mit dem Bezugszeichen 56 bezeichneten Rohrhandhabungsvorrichtung verbunden, mit welcher ein geeigneter Drehmomentschlüssel (ohne Abbildung) in Eingriff gebracht werden kann, um die untere Antriebswelle zu drehen und dadurch Verbindungen herzustellen und zu lösen, die, wie in der Technik bekannt, ein sehr hohes Drehmoment benötigen.
Die untere Antriebswelle 14 ist ebenfalls mit einem kerbverzahnten Segment 58 ausgebildet, welches verschiebbar in einem als Verlängerung der unteren Antriebswelle dienenden, länglichen und kerbverzahnten Gleitlager 60 aufgenommen ist. Die Antriebswelle und das Gleitlager sind kerbverzahnt, damit eine vertikale Bewegung der Welle relativ zu dem Gleitlager möglich ist, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben wird. Es versteht sich, dass die kerbverzahnte Schnittstelle eine Drehung des Gleitlagers bewirkt, wenn die untere Antriebswelle rotiert.
Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 umfasst ferner die untere Rohreingriffseinrichtung 16, welche in einer Ausgestaltung eine Drehmomentübertragungsmuffe 62 aufweist, welche fest mit dem unteren Ende des Gleitlagers 60 zur Drehung mit demselben verbunden ist. Die Drehmomentübertragungsmuffe ist im Allgemeinen ringförmig und umfasst auf diametral entgegengesetzten Seiten der Muffe ein Paar nach oben vorstehender Schenkel 64. Die Schenkel sind mit entsprechenden horizontalen Durchgängen (ohne Abbildung) ausgebildet, in denen entsprechende Lager (ohne Abbildung) angebracht sind, die dazu dienen, in denselben eine drehbare Achse 70 drehbar zu lagern, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben wird. An ihrem unteren Ende ist die Übertragungsmuffe mit einem sich nach unten erstreckenden Drehmomentrahmen 72 in Form eines Paars röhrenförmiger Elemente 73 verbunden, welche wiederum an ein mit dem Drehmomentrahmen rotierendes Drehkreuz/Hebewerk 74 gekoppelt sind. Es ist offensichtlich, dass der Drehmomentrahmen eine ganze Reihe, beispielsweise eine Vielzahl röhrenförmiger Elemente, einen massiven Körper oder jede beliebige andere geeignete Konstruktion aufnehmen kann.
Das Drehkreuz/Hebewerk 74 wird vorzugsweise von einem hydraulischen oder pneumatischen System oder alternativ von einem elektrischen Antriebsmotor oder jedem beliebigen anderen geeigneten Antriebssystem angetrieben. In der offenbarten Ausgestaltung umfasst das Drehkreuz/Hebewerk ein Gehäuse 75, welches einen zentralen Durchgang 76 festlegt, durch welchen das Rohrsegment 11 geführt werden kann. Das Drehkreuz/Hebewerk umfasst außerdem ein Paar hydraulischer oder pneumatischer Zylinder 77 mit verschiebbaren Kolbenstangen 78 (5A und 5B), welche über geeignete verdrehbare Verbindungsgestänge 79 mit entsprechenden Rohrklemmkeilen 80 verbunden sind. Die Verbindungsgestänge sind sowohl mit den oberen Enden der Kolbenstangen als auch mit den oberen Enden der Rohrklemmkeile drehbar verbunden. Die Rohrklemmkeile umfassen im Allgemeinen planare vordere Griffflächen 82 und speziell konturierte hintere Flächen 84, welche mit einer derartigen Kontur ausgebildet sind, dass sie eine Bewegung der Rohrklemmkeile zwischen einer entsprechenden radial nach außen angeordneten Nichteingriffsstellung und einer radial nach innen angeordneten Eingriffsstel lung bewirken. Die hinteren Flächen der Rohrklemmkeile fahren entsprechende nach unten und radial nach innen vorstehende Führungselemente 86 entlang, die eine komplementäre Kontur besitzen und fest mit dem Drehkreuzkörper verbunden sind. Die Führungselemente wirken mit den Zylindern und Verbindungsgestängen zusammen, um nockengleich die Rohrklemmkeile radial nach innen zu bewegen und die Rohrklemmkeile in die jeweilige Eingriffsstellung zu zwingen. Somit können die Zylinder (oder andere Betätigungsmittel) fähig sein, die Kolbenstangen nach unten zu treiben und dadurch zu bewirken, dass die entsprechenden Verbindungsgestänge nach unten getrieben werden, und daher die Rohrklemmkeile nach unten zu zwingen. Die Flächen der Führungselemente sind abgewinkelt, um die Rohrklemmkeile bei ihrer nach unten gerichteten Bewegung radial nach innen zu zwingen und so das Rohrsegment 11 sandwichartig zwischen ihnen einzuklemmen, wobei die Führungselemente die Rohrklemmkeile in engem Eingriff mit dem Rohrsegment halten. Um das Rohrsegment 11 zu lösen, werden die Zylinder 77 im Rückwärtsgang betrieben, damit die Kolbenstangen nach oben getrieben werden, was die Verbindungsgestänge nach oben zieht, und die jeweiligen Rohrklemmkeile zurück in ihre Nichteingriffsstellung fahren, um das Rohrsegment zu lösen. Die Führungselemente sind vorzugsweise mit entsprechenden Kerben 81 ausgebildet, welche die entsprechenden vorstehenden Abschnitte 83 der Rohrklemmkeile aufnehmen, damit die Rohrklemmkeile in der Nichteingriffsstellung verriegelt sind (5A).
Das Drehkreuz/Hebewerk 74 umfasst ferner ein Paar diametral entgegengesetzter, nach außen vorstehender Ösen 88, die mit nach unten gewandten Vertiefungen 90 ausgebildet sind, welche so dimensioniert sind, dass sie entsprechend geformte zylinderförmige Elemente 92 an den unteren Enden der jeweiligen Verbindungsstangen 40 aufnehmen können, und dadurch die unteren Enden der Verbindungsstangen mit dem Drehkreuz/Hebewerk fest verbinden. Die Ösen können mit einer ringförmigen über dem Gehäuse 75 aufgenommenen Muffe 93 verbunden oder einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein.
In einer beispielhaften Ausgestaltung, welche nicht Teil der Erfindung ist, umfasst die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 eine allgemein mit dem Bezugszeichen 94 bezeichnete Lastausgleichsvorrichtung. Die Lastausgleichsvorrichtung ist vorzugsweise in Form eines Paars hydraulischer doppelstängiger Zylinder 96 vorgesehen, die jeweils ein Paar Kolbenstangen 98 aufweisen, welche gezielt aus dem Zylinder aus- und in den Zylinder einfahrbar sind. Die oberen Stangen sind mit einer Ausgleichsvorrichtungsklemme 100 verbunden, welche wiederum mit der unteren Antriebswelle 14 verbunden ist, während die unteren Stangen sich nach unten erstrecken und an dem jeweiligen unteren Ende mit einem Paar Ösen 102 verbunden sind, die fest an dem Gleitlager 60 angebracht sind. Die hydraulischen Zylinder können betätigt werden, um das Gleitlager relativ zu der unteren Antriebswelle 14 nach oben zu ziehen, indem auf die Zylinder ein Druck ausgeübt wird, welcher ein Einfahren der oberen Kolbenstangen in die entsprechenden Zylinderkörper bewirkt, wobei die kerbverzahnte Schnittstelle zwischen dem Gleitlager und der unteren Antriebswelle ein vertikales Verschieben des Gleitlagers relativ zu der Welle ermöglicht. Auf diese Weise kann das von dem Drehkreuz/Hebewerk 74 getragene Rohrsegment 11 senkrecht angehoben werden, um die auf das Rohrsegment 11 einwirkende Last teilweise oder insgesamt zu erleichtern, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben wird. Wie in 2 gezeigt, sind die unteren Stangen wenigstens teilweise eingefahren, was dazu führt, dass der Großteil der von der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 stammenden Last von der Kopfantriebsausgangswelle 28 aufgenommen wird. Wirkt eine über ein vorgewähltes Maximum hinausgehende Last auf das Rohrsegment 11 ein, werden die Zylinder 96 darüber hinaus die Last automatisch einziehen, um zu verhindern, dass die gesamte Last auf die Gewinde des Rohrsegments einwirkt.
Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 umfasst ferner einen allgemein mit dem Bezugszeichen 104 bezeichneten Hubmechanismus, mit dem ein Rohrsegment nach oben in das Drehkreuz/Hebewerk 74 angehoben wird. Der Hubmechanismus ist außerhalb der Achse angeordnet und umfasst ein Paar von der Achse 70 getragener Rollen 106, wobei die Achse drehbar in den Lagern in entsprechenden in den Schenkeln 64 ausgebildeten Durchgängen gelagert ist. Der Hubmechanismus umfasst ferner einen allgemein mit dem Bezugszeichen 108 bezeichneten Zahnradantrieb, der gezielt von einem hydraulischen Motor 111 oder einem anderen geeigneten Antriebssystem angetrieben werden kann, um die Achse und somit die Rollen zu drehen. Der Hubmechanismus kann ferner, um eine Drehung der Achse und somit der Rollen zu verhindern und sie in ihrer Stellung zu verriegeln, eine Bremse 115 sowie eine Drehmomentnabe 116 umfassen. Daher kann ein Paar Ketten, Kabel oder anderer geeigneter biegsamer Mittel über die entsprechenden Rollen und durch einen Kettenkanal 113 geführt und in Eingriff mit dem Rohrsegment 11 gebracht werden, wobei die Achse dann durch ein geeignetes Antriebssystem gedreht wird, um das Rohrsegment senkrecht nach oben in eine Stellung anzuheben, in der sich das obere Ende des Rohrsegments 11 in das Drehkreuz/Hebewerk 74 erstreckt.
Vorzugsweise umfasst die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 ferner einen ringförmigen Kragen 109, welcher über den Verbindungsstangen 40 aufgenommen ist und die Verbindungsstangen in einer mit den Ösen 88 verriegelten Stellung hält und ein Verdrehen und/oder Verwinden der Verbindungsstangen verhindert.
Im Gebrauch kann eine Arbeitsmannschaft die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 bedienen, bis das obere Ende der Vorrichtung in einer Linie mit dem unteren Ende der Kopfantriebsausgangswelle 28 ausgerichtet ist. Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 wird dann vertikal angehoben, bis das kerbverzahnte Kupplungsstück 52 an dem unteren Ende der Kopfantriebsausgangswelle in Eingriff mit dem oberen Ende der unteren Antriebswelle 14 und die Verbindungsstangen 40 in Eingriff mit den Ösen 88 gelangen. Die Arbeitsmannschaft kann dann ein Paar Ketten oder Kabel über die entsprechenden Rollen 106 des Hubmechanismus 104 führen, die Ketten oder Kabel mit dem Rohrsegment 11 verbinden, ein geeignetes Antriebssystem mit dem Zahnrad 108 in Eingriff bringen und das Antriebssystem betätigen, um die Rollen zu drehen und dadurch das Rohrsegment nach oben anzuheben, bis sich das obere Ende des Rohrsegments durch das untere Ende des Drehkreuzes/Hebewerks 74 erstreckt. Anschließend wird das Drehkreuz/Hebewerk betätigt, wobei die hydraulischen Zylinder 77 und die Führungselemente 86 zusammenwirken, um die entsprechenden Rohrklemmkeile 84 zwingend in die Eingriffsstellung (5B) zu treiben und in positiven Eingriff mit dem Rohrsegment zu bringen. Die Rohrklemmkeile werden vorzugsweise so weit vor geschoben, dass sie eine relative Drehung zwischen dem Rohrsegment und dem Drehkreuz/Hebewerk verhindern, so dass die Drehung des Drehkreuzes/Hebewerks in eine Drehung des Rohrsegments umgewandelt wird.
Die obere Antriebseinrichtung 24 wird anschließend relativ zu dem Rahmen 20 mittels des oberen Hubmechanismus 25 abgesenkt, um das untere Gewindeende des Rohrsegments 11 in Berührung mit dem oberen Gewindeende des Rohrstrangs 34 (1) zu bringen. Wie in 1 gezeigt, wird der Rohrstrang mittels des oberflächenbündig montierten Drehkreuzes 36 oder einer anderen für die sichere Arretierung des Strangs geeigneten Konstruktion fest an Ort und Stelle gehalten, wie es Fachleuten bekannt ist. Nachdem die Gewinde ordnungsgemäß aneinander gekoppelt sind, wird dann der Kopfantriebsmotor 26 betätigt, um die Kopfantriebsausgangswelle zu drehen, wodurch wiederum die untere Antriebswelle der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 und das Drehkreuz/Hebewerk 74 in Drehung versetzt werden, was ein Drehen des gekoppelten Rohrsegments und dadurch dessen schraubenden Eingriff mit dem Rohrstrang bewirkt.
In einer Ausgestaltung wird das Rohrsegment 11 absichtlich abgesenkt, bis das untere Ende des Rohrsegments auf dem oberen Ende des Rohrstrangs 34 ruht. Dann wird die Lastausgleichsvorrichtung 94 betätigt, um das Gleitlager 60 über die kerbverzahnte Schnittstelle relativ zu der unteren Antriebswelle 14 zwischen den beiden nach oben zu treiben. Die Aufwärtsbewegung des Gleitlagers bewirkt, dass das Drehkreuz/Hebewerk 74 und dadurch das gekoppelte Rohrsegment 11 angehoben werden, wodurch das auf die Gewinde einwirkende Gewicht des Rohrsegments reduziert wird. Auf diese Weise kann die auf die Gewinde einwirkende Last durch Betätigen der Lastausgleichsvorrichtung geregelt werden.
Nachdem das Rohrsegment 11 schraubend an den Rohrstrang gekoppelt ist, wird die obere Antriebseinrichtung 24 senkrecht nach oben angehoben, um den gesamten Rohrstrang 34 zu heben, was bewirkt, dass das oberflächenbündig montierte Drehkreuz 36 außer Eingriff mit dem Strang gelangt. Anschließend wird die obere Antriebseinrichtung 24 abgesenkt, um den Strang nach unten in das Bohrloch vorzuschieben, bis sich das obere Ende des oberen Rohrsegments 11 in der Nähe der Arbeitsbühne 30 befindet, wobei die gesamte Last des Rohrstrangs von den Verbindungsstangen 40 getragen wird, während das Drehmoment durch Wellen geleitet wurde. Danach wird das oberflächenbündig montierte Drehkreuz 36 betätigt, um mit dem Rohrstrang einzugreifen und es daran aufzuhängen. Das Drehkreuz/Hebewerk 74 wird dann im Rückwärtsgang gesteuert, um die Rohrklemmkeile 84 in die jeweiligen Nichteingriffsstellungen (5A) zurückzuziehen und so den Rohrstrang zu lösen. Die obere Antriebseinrichtung 24 wird anschließend angehoben, um die Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 nach oben in eine Startposition (wie in 1 gezeigt) zu heben, und der Vorgang kann mit einem weiteren Rohrsegment 11 wiederholt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 wird ein Blockdiagramm von Komponenten gezeigt, welche in einer beispielhaften Ausgestaltung der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10, die nicht Teil der Erfindung ist, enthalten sind. In dieser Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine herkömmliche Kraftmessdose 110 oder eine andere geeignete Lastmessvorrichtung, welche derartig an der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 angebracht ist, dass sie in Verbindung mit der unteren Antriebswelle 14 steht, um die auf das untere Ende des Rohrsegments 11 einwirkende Last zu bestimmen. Die Kraftmessdose ist wirksam, um ein die gemessene Last darstellendes Signal zu erzeugen, welches in einer beispielhaften Ausgestaltung zu einem Prozessor 112 übertragen wird. Der Prozessor ist auf einen vorgegebenen Lastschwellenwert programmiert und vergleicht das von der Kraftmessdose kommende Signal mit diesem Wert. Übersteigt die Last diesen Wert, regelt der Prozessor dann die Lastausgleichsvorrichtung 94 so aus, dass sie um einen ausgewählten Betrag nach oben gezogen wird, um wenigstens einen Teil der Last von den Gewinden des Rohrsegments zu nehmen. Sobald die Last den Schwellenwert erreicht oder darunter abfällt, regelt der Prozessor die obere Antriebseinrichtung 24 so aus, dass sie das Rohrsegment 11 dreht und dadurch das Rohrsegment in schraubenden Eingriff mit dem Rohrstrang 34 bringt. Während die obere Antriebseinrichtung betätigt wird, fährt der Prozessor mit der Überwachung der von der Kraftmessdose kommenden Signale fort, um zu gewährleisten, dass die auf das Rohrsegment einwirkende Last den Schwellenwert nicht übersteigt.
Alternativ kann die auf das Rohrsegment 11 einwirkende Kraft manuell geregelt werden, wobei die Kraftmessdose 110 die auf das Rohrsegment einwirkende Last über ein geeignetes Messgerät oder eine andere Anzeige anzeigt und eine Bedienungsperson die Lastausgleichsvorrichtung 94 und die obere Antriebseinrichtung 24 entsprechend regelt.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine weitere Ausgestaltung der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 200 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung umfasst einen Hubmechanismus 202, welcher im Wesentlichen mit dem oben beschriebenen Hubmechanismus 104 identisch ist. Es ist eine untere Antriebswelle 204 vorgesehen, welche an ihrem unteren Ende mit einer herkömmlichen Bohrspülvorrichtung 206 verbunden ist, welche, wie in der Technik bekannt ist, dazu dient, ein Rohrsegment, beispielsweise ein Futterrohrsegment, während des Montagevorgangs mit Spülflüssigkeit zu füllen. In einer beispielhaften Ausgestaltung handelt es sich bei der Bohrspülvorrichtung um eine von Davies-Lynch Inc. in Texas hergestellte Vorrichtung.
Der Hubmechanismus 202 hält ein Paar Ketten 208, welche mit einem rohrklemmkeilähnlichen Eingelenkshebewerk 210 am unteren Ende der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 200 eingreift. Wie in der Technik bekannt, ist das Eingelenkshebewerk wirksam, um in lösbaren Eingriff mit einem Rohrsegment 11 zu gelangen, wobei der Hubmechanismus 202 wirksam ist, um das Eingelenkshebewerk und das Rohrsegment nach oben in das Drehkreuz/Hebewerk 74 anzuheben.
Die Vorrichtung 200 umfasst die Verbindungsstangen 40, welche die zylinderförmigen unteren Enden 92 festlegen, die in im Allgemeinen J-förmigen, auf diametral entgegengesetzten Seiten des Drehkreuzes/Hebewerks 74 ausgebildeten Aussparungen 212 aufgenommen sind.
Aus dem oben Gesagten ist es offensichtlich, dass bei der Rohrein- und -ausbauvorrichtung 10 auf effiziente Weise eine bestehende obere Antriebseinrichtung genutzt wird, um einen Rohrstrang, beispielsweise einen Futterrohrstrang oder ein Bohrgestänge, zu montieren, und es nicht erforderlich ist, sich auf eine beschwerliche Futterrohrzange und andere herkömmliche Geräte zu verlassen.
Die Rohrein- und -ausbauvorrichtung enthält das Drehkreuz/Hebewerk 74, welches nicht nur Rohrsegmente trägt, sondern auch die Drehung an dieselben überträgt, um die Rohrsegmente in schraubenden Eingriff mit einem bestehenden Rohrstrang zu bringen. Somit sieht die Rohrein- und -ausbauvorrichtung ein Gerät vor, welches das Rohrsegment 11 greift und ein Drehmoment an dasselbe überträgt und das außerdem fähig ist, die gesamt Last des Rohrstrangs zu tragen, während dieser hinunter in das Bohrloch abgesenkt wird.

Claims

Rohrein- und -ausbauvorrichtung (10), an einem Gerüst (18) anbringbar, welches dazu dient, Rohrsegmente (11) in Eingriff mit einem Rohrstrang (34) zu bringen und das Rohr in ein Bohrloch einzuführen, wobei die Rohrein- und -ausbauvorrichtung Folgendes umfasst: eine obere Antriebseinrichtung (24), welche geeignet ist, zur senkrechten Verlagerung der oberen Antriebseinrichtung relativ zu dem Gerüst an das Gerüst angeschlossen zu werden, wobei die obere Antriebseinrichtung eine Antriebswelle (28) umfasst und wirksam ist, um die Antriebswelle (28) zu rotieren, und eine untere Rohreingriffseinrichtung (16), umfassend ein für die Aufnahme des Rohrsegments dimensioniertes angetriebenes Hebewerk (74), welches eine Vielzahl von Rohrklemmkeilen (80) umfasst, die von dem angetriebenen Hebewerk (74) gezielt in eine Rohreingriffsstellung getrieben werden, um zwangsweise, aber dennoch lösbar in Eingriff mit dem Rohrsegment zu gelangen, wobei die untere Rohreingriffseinrichtung mit der Antriebswelle (28) in Verbindung steht, wodurch eine Betätigung der oberen Antriebseinrichtung (24) ein Rotieren des angetriebenen Hebewerks (74) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Hebewerk (74) derart eine ausreichende Kraft auf die Rohrklemmkeile (80) ausübt, dass, wenn die Rohrklemmkeile (80) in die Rohreingriffsstellung getrieben werden, diese das Rohrsegment ergreifen und dabei für wenigstens einen Teil des Gewichts des Rohrstrangs eine Axiallagerung bereitstellen und im Wesentlichen eine relative Drehung zwischen den Rohrklemmkeilen (80) und dem Rohrsegment (11) verhindern, so dass im Betrieb sowohl die senkrechte Bewegung als auch die volle Ro tationslast der oberen Antriebseinrichtung von der oberen Antriebseinrichtung (24) über die Antriebswelle an das angetriebene Hebewerk (74) und über das angetriebene Hebewerk und die Rohrklemmkeile (80) an das Rohrsegment übertragen werden.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Hubmechanismus (104) umfasst, welcher mit der unteren Rohreingriffseinrichtung (16) verbunden und wirksam ist, um ein Rohrsegment (110) in den mittleren Durchgang (76) der unteren Rohreingriffseinrichtung hochzuziehen.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Hubmechanismus eine an der unteren Rohreingriffseinrichtung (16) drehbar gelagerte Achse (70), ein Paar an der Achse rotierend montierte Rollen (106) und ein mit der Achse verbundenes Zahnrad (108) umfasst, wobei das Zahnrad zum Drehen der Achse an eine Antriebseinheit (111) gekoppelt sein kann.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die untere Rohreingriffseinrichtung ein Drehkreuz (74) umfasst.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die untere Rohreingriffseinrichtung (16) durch eine hydraulische oder eine pneumatische Anlage (77) angetrieben wird.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die untere Rohreingriffseinrichtung ein im Allgemeinen zylinderförmiges Gehäuse (75), welches einen mittleren Durchgang (76) festlegt, und eine Vielzahl von Rohrklemmkeilen (80) umfasst, die in dem Gehäuse angeordnet und radial nach innen bewegbar sind, um mit einem durch die Öffnung sich erstreckenden Rohrsegment (11) in Eingriff zu gelangen.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Block (25) umfasst, der mit der oberen Antriebseinrichtung verbunden und geeignet ist, mit einer Vielzahl an dem Gerüst angeschlossener Kabel einzugreifen.
Rohrein- und -ausbauvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Antriebseinheit (11) wenigstens einen hydraulischen Hubzylinder umfasst.