DE102012100493A1

DE102012100493A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von Gestängeelementen, also Rohren, Stangen und Gestängezügen für Bohrgeräte und Bohranlagen

Info

Publication number: DE102012100493A1
Application number: DE102012100493A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Edelwein; Heinz Fischer
Original assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Current assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-07-25
Also published as: EP2617938A3; EP2617938B1; EP2617938A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen für eine Bohranlage, wobei mindestens ein Gestängeelement in mindestens einem Gestängemagazin vorgehalten wird, wobei das Gestängemagazin zum Entnehmen von Gestängeelementen entlang von dessen Längsachse neigbar ist, wobei dem Gestängemagazin eine höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung (34) zur Entnahme einzelner Gestängeelemente aus dem Gestängemagazin zugeordnet ist, wobei sich die höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung (34) dadurch auszeichnet, dass die Vereinzelungseinrichtung (34) fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen positionierbar ist, dass die Entnahme von Gestängeelementen aus dem Gestängemagazin aufgrund einer jeweiligen Neigung des Gestängemagazins erfolgt und dass die Vereinzelungseinrichtung (34) eine im Wesentlichen horizontal orientierte Aufnahmefläche (42) und Mittel (44) zum Sperren der Aufnahmefläche (42) für weitere, ansonsten nachrollende Gestängeelemente aufweist. Signifikante, zur Veröffentlichung mit der Zusammenfassung vorgesehene Figur:

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Handhabung von Gestängeelementen, also Rohren, Stangen und Gestängezügen für Bohrgeräte und Bohranlagen, insbesondere zum Abteufen von Bohrungen auf Kohlenwasserstoff-Lagerstätten oder für Geothermie.
Bohrungen auf Kohlenwasserstoff-Lagerstätten, also z. B Erdöl oder Erdgas, oder zur Nutzung von Geothermie werden in der Regel diskontinuierlich abgeteuft, da nach dem Bohren einer Gestängelänge der Bohrvorgang unterbrochen werden muss, um mit dem Bohrstrang ein weiteres Gestängeelement zu kombinieren, mit dem anschließend der Bohrvorgang fortgeführt wird. Diskontinuierlich ist auch der Ausbau von Bohrstangen oder der Einbau und Ausbau von Verrohrungen des Bohrloches (Casings), da jedes Mal der Vorgang unterbrochen werden muss, um die entsprechenden Rohre oder Bohrstangen mit dem Bohrstrang oder dem Casing-Strang zu verbinden bzw. zu lösen. Übliche Bohrstangen erreichen ungefähr eine Länge von neun Metern, ein doppelter oder dreifacher Gestängezug (Double-Stand bzw. Triple Stand) entsprechend in etwa achtzehn bzw. siebenundzwanzig Meter.
Aufgrund steigenden Kostendrucks ergibt sich für Betreiber von Bohranlagen das Bedürfnis, den diskontinuierlichen Vorgang des Abteufens von Bohrungen bzw. Ziehens von Bohrstangen und Verrohrungen durch einen quasi kontinuierlichen Ablauf zu ersetzen.
Aus der DE 10 2010 016 585 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Handhabung von Gestängeelementen bekannt, bei der bzw. bei dem ein Gestängemagazin entlang eines Gestängemagazinwegs verschiebbar beweglich ist, um einzelne Gestängemagazine jeweils in eine Übergabeposition zur Übergabe von Gestängeelementen an einen Vertikalaufzug der Bohranlage bewegen zu können. Zum Entnehmen jeweils eines Gestängeelements aus einem Gestängemagazin und zur Übergabe an den Vertikalaufzug kommt zum Beispiel ein Portalkran in Betracht.
Aus der DE 198 43 167 A ist eine Magazinier- und Handhabungsvorrichtung von Bohrstangen bekannt, bei der als Entnahmeeinrichtung eine seitlich mittig am Gestängemagazin vertikal verfahrbare Greifklaue fungiert, die aufgrund einer Verschwenkbarkeit einerseits Gestängeelemente im Gestängemagazin greifen und andererseits Gestängeelemente an einer Übergabeposition außerhalb des Gestängemagazins ablegen kann. Ungünstig bei dieser Vorrichtung ist allerdings, dass beim Entnehmen von Gestängeelementen aus einem im Wesentlichen entleerten Gestängemagazin und entsprechend einer dortigen unteren Lage von Gestängeelementen die Greifklaue mit dem ergriffenen Gestängeelement zunächst bis in eine Schwenkposition fahren muss, die notwendig oberhalb einer Oberkante von Rungen oder dergleichen zur Begrenzung des Gestängemagazins liegt, dann dort den Schwenkvorgang ausführt, um das Gestängeelement aus dem Bereich der Begrenzungselemente des Gestängemagazin zu entnehmen, und anschließend wieder in Richtung auf eine Übergabeposition abgesenkt wird. Dies ist konstruktiv aufwendig und zudem im Betrieb zeitintensiv.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen für eine Bohranlage und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung anzugeben, mit der bzw. mit dem die Zuführung von Gestängeelementen zur Bohranlage erleichtert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist als Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen für eine Bohranlage, wobei mindestens ein Gestängeelement in mindestens einem Gestängemagazin vorgehalten wird und wobei das Gestängemagazin zum Entnehmen von Gestängeelementen entlang von dessen Längsachse neigbar ist, dem Gestängemagazin eine höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung zur Entnahme einzelner Gestängeelemente aus dem Gestängemagazin zugeordnet, die fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen positionierbar ist, wobei die Entnahme von Gestängeelementen aus dem Gestängemagazin oder eine Übergabe von Gestängeelementen in das Gestängemagazin aufgrund einer jeweiligen Neigung des Gestängemagazins erfolgt und wobei die Vereinzelungseinrichtung eine Aufnahmefläche für Gestängeelemente und Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche für weitere, ansonsten nachrollende Gestängeelemente aufweist. Das Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche oder eine Gesamtheit solcher Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche, für die nachfolgend einzelne mögliche Ausführungsformen angegeben sind, kann auch als Sperreinrichtung oder Sperreinheit bezeichnet werden.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Vereinzelungseinrichtung aufgrund der Höhenverstellbarkeit in einem Gestängemagazin mit mehreren Lagen von Gestängeelementen auf eine Höhe einer jeweils obersten Lage von Gestängeelementen positioniert werden kann, um dort einzelne Gestängeelemente zu entnehmen oder dem Gestängemagazin zuzuführen. Weil die Entnahme von Gestängeelementen aus dem Gestängemagazin oder eine Übergabe von Gestängeelementen in das Gestängemagazin aufgrund einer jeweiligen Neigung des Gestängemagazins erfolgt, findet die Übernahme des Gestängeelements aus dem Gestängemagazin auf die Vereinzelungseinrichtung oder die Übergabe des Gestängeelements von der Vereinzelungseinrichtung in das Gestängemagazin auf Ebene der jeweils eingestellten Höhenposition der Vereinzelungseinrichtung statt. Dies steht im Gegensatz zu zum Beispiel einem Vertikalaufzug, wie er in der DE 10 2010 016 585 A beschrieben ist, bei dem dessen schwenkbare Klinken direkt in das Gestängemagazin eingreifen. In dieser Position ist es für die Klinken zwar möglich, ein Gestängeelement zu erfassen, allerdings erfolgt in dieser Position noch keine Übernahme aus dem Gestängemagazin, denn zunächst muss das Gestängeelement – noch im Bereich des Gestängemagazins – angehoben werden, bis eine Ebene von oberen Kanten von Begrenzungselementen des Gestängemagazins, also zum Beispiel Rungen oder dergleichen, erreicht ist. Somit findet das Entnehmen von Gestängeelementen aus dem Gestängemagazin mit einem solchen Vertikalaufzug nicht aufgrund einer Neigung des Gestängemagazins statt, sondern nur indem die Klinken des Vertikalaufzugs angehoben werden bis schließlich der Bereich des Gestängemagazins verlassen ist. Wenn man eine solche Entnahme eines Gestängeelements aus dem Gestängemagazin als vertikale Entnahme auffassen wollte, findet mit der hier beschriebenen Vorrichtung demgegenüber eine horizontale oder zumindest im Wesentlichen horizontale Entnahme statt, indem das Gestängeelement direkt auf der Ebene derjenigen Höhenposition entnommen wird, in welche die Vereinzelungseinrichtung positioniert ist und in der die Vereinzelungseinrichtung das erste Mal mit dem zu entnehmenden Gestängeelement in Kontakt kommt. Ein solches horizontales Entnehmen von Gestängeelementen ist möglich, weil die Vereinzelungseinrichtung Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche für weitere und ansonsten ggf. nachrollende Gestängeelemente aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Vereinzelungseinrichtung ist vorgesehen, dass diese ein teleskopierbares Basisteil umfasst, das für in einem Gestängemagazin befindliche Gestängeelemente wie eine Runge des Gestängemagazins fungiert. Das teleskopierbare Basisteil ermöglicht die Höhenverstellbarkeit der Vereinzelungseinrichtung und erlaubt je nach Stellung des Basisteils, also je nach Ausfahrzustand des Basisteils, eine fluchtende Positionierung der Vereinzelungseinrichtung mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen. Wenn sich im Gestängemagazin mehrere Lagen von Gestängeelementen befinden, kann mit einer Neigung des Gestängemagazins zum Entnehmen von Gestängeelementen das oder jedes in einer oberen Lage befindliche Gestängeelement in Richtung auf die Vereinzelungseinrichtung bewegt werden, indem das oder die Gestängeelemente in Richtung auf die Vereinzelungseinrichtung rollen. Dennoch muss die oder jede untere Lage von Gestängeelementen sicher im Gestängemagazin gehalten werden. Für diese Gestängeelemente fungiert das teleskopierbare Basisteil wie ein Anschlag und damit wie eine Runge des Gestängemagazins. Insgesamt fungiert eine Vereinzelungseinrichtung mit einem teleskopierbaren Basisteil wie eine höhenverstellbare Runge, die jeweils so weit abgesenkt wird, dass aus einer oberen Lage von Gestängeelementen in dem Gestängemagazin nacheinander Gestängeelemente in Richtung der durch die Neigung des Gestängemagazins bewirkten Bewegungsrichtung der Gestängeelemente entnommen werden können.
Als Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche kommt eine Übergabeeinrichtung in Betracht, die in einer ersten Position die Übernahme eines Gestängeelements aus dem Gestängemagazin erlaubt und in einer zweiten Position einerseits die Aufnahmefläche sperrt und ein im Bereich der Aufnahmefläche befindliches Gestängeelement von der Aufnahmefläche weg hin zu einer in der Vereinzelungseinrichtung gebildeten Übergabefläche bewegt. Die Aufnahmefläche definiert damit gewissermaßen eine Zwischenposition für Gestängeelemente bei deren Entnahme aus dem Gestängemagazin. Die Aufnahmefläche grenzt unmittelbar an den Bereich des Gestängemagazins an und das jeweilige Gestängeelement geht auf die Aufnahmefläche aufgrund der Neigung des Gestängemagazins über, indem es auf die Aufnahmefläche rollt. Dies ist dann möglich, wenn eine Entnahme eines Gestängeelements beabsichtigt ist und sich die Übergabeeinrichtung entsprechend in der ersten Position befindet. Von der als Zwischenposition fungierenden Aufnahmefläche soll das jeweilige Gestängeelement allerdings im weiteren Verlauf der Entnahme wegbewegt werden, so dass die Übergabeeinrichtung einerseits diese Bewegung, aber gleichzeitig auch die Sperrung der Aufnahmefläche bewirkt. Wenn als Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche für weitere und ansonsten ggf. nachrollende Gestängeelemente noch zum Beispiel ein versenkbarer Dorn oder Zapfen oder ein schwenkbarer Anschlag in Betracht kommt, ist eine Übergabeeinrichtung, die in einer zweiten Position einerseits die Aufnahmefläche sperrt und ein im Bereich der Aufnahmefläche befindliches Gestängeelement von der Aufnahmefläche weg und hin zu einer in der Vereinzelungseinrichtung gebildeten Übergabefläche bewegt, zum Beispiel mit einem schwenkbeweglichen Übergabeteil wie nachfolgend beschrieben oder einer anhebbaren oder partiell anhebbaren Aufnahmefläche realisierbar.
Bei einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Übergabeeinrichtung zumindest ein schwenkbewegliches Übergabeteil oder ein Paar synchron bewegter, schwenkbeweglicher Übergabeteile umfasst, das bzw. die an seinem bzw. ihrem freien Ende eine erste Kante zum Sperren der Aufnahmefläche und eine zweite Kante zum Bewegen eines Gestängeelements zur Übergabefläche aufweist bzw. aufweisen. Ein solches schwenkbewegliches Übergabeteil befindet sich in der ersten Position in einem Bereich seitlich an der Vereinzelungseinrichtung, jedenfalls in einem Bereich, in dem das Übergabeteil die Aufnahme eines Gestängeelements auf die Aufnahmefläche nicht behindert. In der zweiten, verschwenkten Position wird das Übergabeteil in den Bereich eines Weges, den ein aus dem Gestängemagazin auf die Aufnahmefläche rollendes Gestängeelement nimmt, verschwenkt, so dass damit dieser Weg versperrt und insgesamt die Aufnahmefläche gesperrt ist. Für eventuell noch im Gestängemagazin in der aktuellen Lage befindliche Gestängeelemente wirkt das Übergabeteil mit seiner ersten Kante wie ein Anschlag und eventuelle weitere Gestängeelemente werden sicher im Bereich des Gestängemagazins gehalten. Allerdings bewirkt das Übergabeteil auch die Bewegung des zunächst im Bereich der Aufnahmefläche befindlichen Gestängeelements zur Übergabefläche indem das jeweilige Gestängeelement mit einer zweiten Kante des Übergabeteils angehoben wird. Zur Bewegung des Gestängeelements von der Aufnahmefläche hin zur Übergabefläche reicht es aus, dass die zweite Kante des Übergabeteils in Richtung auf die Übergabefläche geneigt ist, wenn sich das Übergabeteil in der zweiten Position befindet. Dabei ist funktional unerheblich, ob sich eine solche Neigung aufgrund einer entsprechenden Kontur des Übergabeteils oder deshalb ergibt, weil sich die Vereinzelungseinrichtung am Gestängemagazin befindet und also mit einer Neigung des Gestängemagazins ebenfalls eine Neigung erfährt.
Indem der Aufnahmefläche ein Aufnahmeflächenanschlag zugeordnet ist, dessen Position auf der Aufnahmefläche entsprechend einem Durchmesser des jeweiligen Gestängeelements veränderbar ist, kann ein auf der Aufnahmefläche befindliches Gestängeelement zumindest zeitweise selbst als Anschlag für weitere gegebenenfalls noch in derselben Lage im Gestängemagazin befindliche Gestängeelemente fungieren. Solche eventuellen weiteren Gestängeelemente werden damit sicher im Bereich des Gestängemagazins gehalten und können damit nicht in den Bereich der Vereinzelungseinrichtung gelangen. Dies erlaubt bei Aktivierung der Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche oder bei Aktivierung der Übergabeeinrichtung oder bei Aktivierung des Übergabeteils eine Kontaktierung des in der aktuellen Lage von Gestängeelementen im Gestängemagazin befindlichen äußeren Gestängeelements in einer definierten Position.
Wenn der Aufnahmeflächenanschlag in unterschiedlichen Positionen mit einem Führungselement kombinierbar ist, dessen Oberseite als in der Vereinzelungseinrichtung gebildete Übergabefläche fungiert, wirkt der Aufnahmeflächenanschlag als funktionale Trennstelle zwischen der Aufnahmefläche einerseits und der Übergabefläche andererseits. Wenn eine Oberseite des oder jedes Führungselements für den Aufnahmeflächenanschlag als Übergabefläche fungiert, befindet sich die Übergabefläche im Vergleich zur Aufnahmefläche auf einem höheren Niveau. Ein solches höheres Niveau bewirkt, dass ein auf der Aufnahmefläche befindliches Gestängeelement nur in einem definierten Bewegungsablauf auf die Übergabefläche gelangen kann, also zum Beispiel indem eine solche Bewegung durch Aktivierung einer Übergabeeinrichtung veranlasst wird. Ein solches erhöhtes Niveau kann zum Beispiel durch ein oder mehrere gewissermaßen als Fundamente fungierende Metallteile oder sonstige Formteile auf der Oberfläche der Vereinzelungseinrichtung gebildet sein. Ein Raum neben einem solchen Fundament oder ein Zwischenraum zwischen solchen Fundamenten eignet sich für die Anbringung des Aufnahmeflächenanschlags und erlaubt dessen Positionierung entsprechend einem Durchmesser des jeweiligen Gestängeelements. Indem der Aufnahmeflächenanschlag in der jeweiligen Position mit einem oder mehreren derartigen Fundamenten kombinierbar ist, fungiert das oder jedes Fundament als Führungselement für den Aufnahmeflächenanschlag.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Vereinzelungseinrichtung gelöst, wie sie von einer Vorrichtung wie hier und nachfolgend beschrieben umfasst ist. Die Erfindung ist demnach einerseits ein System mit einem in seiner Neigung verstellbaren Gestängemagazin und zumindest einer derartigen Vereinzelungseinrichtung, aber auch eine solche Vereinzelungseinrichtung als eigenständige Einheit, und zwar unabhängig davon, ob die Vereinzelungseinrichtung als eine an einem Gestängemagazin anbringbare Einheit oder als eine zum Beispiel zwischen einer Übergabeposition für ein Gestängemagazin und einem Vertikalaufzug oder dergleichen montierbare Einheit ausgeführt ist.
Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Vereinzelungseinrichtung und/oder eines Gestängemagazins gelöst, die nach dem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben arbeitet und dazu als Mittel zur Durchführung des Verfahrens zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors und einen Speicher, in den ein Steuerungsprogramm geladen ist, umfasst. Die Erfindung ist dabei bevorzugt in Software implementiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Steuerungsprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.
Der Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen besteht gerade auch darin, dass in einem Bereich, in dem grundsätzlich eine Gefahr durch den Transport von Gestängeelementen besteht, ein Aufenthalt von Personen nicht mehr erforderlich ist. Mit der Vereinzelungseinrichtung ist eine vollautomatische oder von einem entfernten Ort gesteuerte Vereinzelung von Gestängeelementen möglich. Zusammen mit der Einstellbarkeit der Neigung des Gestängemagazins ist das vollautomatische oder von einem entfernten Ort gesteuerte Entnehmen von Gestängeelementen aus dem Gestängemagazin oder das Zuführen von ausgebauten Gestängeelementen zum Gestängemagazin möglich. Zusammen mit zumindest einer nachgeordneten Einheit zum Transportieren von so vereinzelten Gestängeelementen zu einem sogenannten Drillfloor einer Bohranlage, also zum Beispiel einem Vertikalaufzug oder dergleichen, ist das vollautomatische oder von einem entfernten Ort gesteuerte Entnehmen und Transportieren von Gestängeelementen aus einem Gestängemagazin zum Drillfloor und umgekehrt möglich. Wenn in ein solches automatisches oder halbautomatisches Steuerungskonzept auch noch eine Einheit eingebunden ist, die der Einheit zum Transportieren von Gestängeelementen zum Drillfloor nachfolgt, also zum Beispiel ein sogenannter Pipehandler, ist das vollautomatische oder von einem entfernten Ort gesteuerte Entnehmen und Transportieren von Gestängeelementen aus einem Gestängemagazin zum Drillfloor und dort zum Bohrloch und umgekehrt möglich. Für alle diese Realisierungsmöglichkeiten gilt, dass der Aufenthalt von Personen im Gefahrenbereich nicht erforderlich ist, so dass der Betrieb der Bohranlage insgesamt sicherer wird. Selbstverständlich ermöglichen die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Automatisierung, angefangen mit einer automatischen Vereinzelung von Gestängeelementen bis hin zu einem automatischen Transport von Gestängeelementen, wie oben skizziert, auch einen erheblichen Zeitgewinn im Vergleich zu einer manuellen Bewerkstelligung solcher Aufgaben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen, allerdings sind nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren eingezeichnet, um die Übersicht nicht unnötig zu erschweren.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Arbeitsverfahren betreffen.
Es zeigen
1 eine Bohranlage an sich bekannter Art, wie sie zur Verwendung einer Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen in Betracht kommt,
2 eine Vereinzelungseinrichtung in isometrischer Darstellung,
3 eine an einem Gestängemagazin angebrachte Vereinzelungseinrichtung gemäß 2,
4 die Vereinzelungseinrichtung gemäß 2 in seitlicher Ansicht mit unterschiedlichen Positionen zweier von der Vereinzelungseinrichtung umfassten und als Übergabeeinrichtung fungierender Übergabeteile,
5 Momentaufnahmen beim Entnehmen eines Gestängeelements aus einem Gestängemagazin mit einer Vereinzelungseinrichtung gemäß 2,
6 Momentaufnahmen beim Übergeben eines Gestängeelements in ein Gestängemagazin mit einer Vereinzelungseinrichtung gemäß 2,
7 eine aufgrund eines teleskopierbaren Basisteils höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung und
8 ein schematisch vereinfachtes Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Handhabung von Gestängeelementen, also Rohren, Stangen und Gestängezügen für Bohrgeräte und Bohranlagen.
1 zeigt in einer Seitenansicht eine grundsätzlich bekannte Bohranlage 10 mit einem Bohrmast 12 und einer Arbeitsbühne 14, wobei der Bohrmast 12 auf der Arbeitsbühne 14 montiert ist und eine Oberfläche der Arbeitsbühne 14 als sogenannter „Drillfloor“ ein Niveau für das Arbeiten mit der Bohranlage 10 definiert. Im Bohrmast 12 wird in an sich bekannter Art und Weise ein Bohrstrang oder ein Casingstrang mit einer dafür vorgesehenen Einheit, z. B. einem Kraftdrehkopf (Topdrive), in Rotation versetzt und so die jeweilige Bohrung abgeteuft. Unterhalb der Arbeitsbühne 14 befindet sich ein so genannter Blow-out-Preventer 16.
Der Bohrstrang ist aus Bohrstangen 18 zusammengesetzt. Vor der Bohranlage 10 befindet sich ein Gestängemagazin 20 zur Aufnahme solcher Bohrstangen 18 oder sogenannter Casings (nicht dargestellt). Hier und im Folgenden werden Bohrstangen 18, auch in einer Konfiguration als so genannte „Double Stands“, also in Form zweier kombinierter Bohrstangen 18, oder Triple Stands und/oder Casings als Gestängeelemente 18 bezeichnet. Ein Gestängemagazin 20 für Bohrstangen 18 wird in der Fachterminologie auch als „Drillpipebox“ und ein Gestängemagazin 20 für Casings als „Casingbox“ bezeichnet. Das Gestängemagazin 20 ist zumindest einseitig durch Rungen 22 oder dergleichen begrenzt.
Eine oder mehrere Gestängemagazine 20 können entlang eines Gestängemagazinwegs 24 verschiebbar beweglich sein. Als Gestängemagazinweg 24 fungiert in der in 1 dargestellten Ausführungsform eine sogenannte Skiddingbahn mit zwei parallel verlaufenden Strängen mehrfach aneinander gereihter Skiddingmatten 26. Der Gestängemagazinweg 24 verläuft seitlich neben der Bohranlage 10. Für weitere Details hinsichtlich der Ausführung eines Gestängemagazins 20, zur Ausführung einer Kopplung mehrerer Gestängemagazine 20 sowie dessen bzw. deren Beweglichkeit, gegebenenfalls auch zusammen mit einer ebenfalls beweglichen Bohranlage 10, wird auf die DE 10 2010 016 585 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit als in die hier vorgelegte Beschreibung aufgenommen gelten soll.
In der Seitenansicht in 1 ist erkennbar, dass für ein Gestängemagazin 20 dessen Neigung um eine längs zum Gestängemagazinweg 24 verlaufende Achse, die auch einer Längsachse eines Gestängemagazins 20 sowie einer Längsachse dort gelagerter Gestängeelemente 18 entspricht, veränderbar ist. Dafür kommt zum Beispiel ein als Drehachse fungierendes Achsenelement und ein entfernt von der Achse angeordnetes Betätigungselement, zum Beispiel ein Hydraulikzylinder, eine Drehspindel oder dergleichen, in Betracht. Mit einer Neigungsveränderung des Gestängemagazins 20 sind darin befindliche Gestängeelemente 18 zu einer jeweils tiefer liegenden Seite des Gestängemagazins 20 beförderbar. In dieser Position sind Gestängeelemente 18 aus dem Bereich des Gestängemagazins 20 zum Beispiel an einen zur Arbeitsbühne 14 gehörenden Vertikalaufzug 28 übergebbar, von dem in 1 in der seitlichen Darstellung eine Klinke 30 erkennbar ist. Tatsächlich umfasst der Vertikalaufzug zumindest zwei Klinken 30 oder Ähnliches. Ein aufgenommenes Gestängeelement 18 ist mit dem Vertikalaufzug 28 bis zu einem Arbeitsniveau der Arbeitsbühne 14 beförderbar und wird dort in an sich bekannter Art und Weise, zum Beispiel mit einem so genannten Pipehandler 32, gedreht.
2 zeigt eine Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen 18 für eine Bohranlage 10 in Form einer an einem Gestängemagazin 20 anbringbaren oder einem Gestängemagazin 20 zugeordneten, höhenverstellbaren Vereinzelungseinrichtung 34. Die Vereinzelungseinrichtung 34 ist zur Entnahme einzelner Gestängeelemente 18 aus einem Gestängemagazin 20 vorgesehen. Dafür ist die Vereinzelungseinrichtung 34 fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen 18 im Gestängemagazin 20 positionierbar.
3 zeigt dazu einen Abschnitt eines Gestängemagazins 20 ohne darin befindliche Gestängeelemente 18 sowie eine am Gestängemagazin 20 angebrachte Vereinzelungseinrichtung 34. Man erkennt, dass das Gestängemagazin 20 aus einer Mehrzahl von Strukturelementen 36, zum Beispiel Stahlträgern 36, gebildet ist, wobei zumindest die Oberflächen der quer zur Längsachse des Gestängemagazins 20 ausgerichteten Stahlträger 36 als Auflagefläche für im Gestängemagazin 20 vorgehaltene Gestängeelemente 18 fungieren. Bei der in 3 dargestellten Situation ist die Vereinzelungseinrichtung 34 fluchtend mit der Oberfläche der als Auflagefläche für Gestängeelemente 18 fungierenden Stahlträger 36 positioniert. Wenn sich auf diesen Stahlträgern 36 zumindest ein Gestängeelement 18 oder eine Lage von Gestängeelementen 18 befindet, entspricht die dargestellte Position einer fluchtenden Anordnung mit einer Unterkante von direkt auf den Stahlträgern 36 liegenden Gestängeelementen 18. Indem die Vereinzelungseinrichtung 34 fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen 18 im Gestängemagazin 20 positionierbar ist, kann die Entnahme von Gestängeelementen 18 aus dem Gestängemagazin 20 oder eine Übergabe von Gestängeelementen 18 in das Gestängemagazin 20 aufgrund einer jeweiligen Neigung des Gestängemagazins 20 erfolgen, insbesondere indem ein oder mehrere Gestängeelemente 18 aufgrund der Neigung des Gestängemagazins 20 in Richtung auf die Vereinzelungseinrichtung 34 rollen und dort genau ein Gestängeelement 18 aufgenommen wird.
In 2 und 3 ist erkennbar, dass die Vereinzelungseinrichtung 34 einen Anschlag 38 aufweist. Das Ende der Vereinzelungseinrichtung 34 mit dem Anschlag 38 ist in Richtung auf die Bohranlage 10, zum Beispiel in Richtung auf einen dort befindlichen Vertikalaufzug 28, ausgerichtet. Ein am Anschlag 38 anliegendes Gestängeelement 18 kann vom Vertikalaufzug 28 mit dessen Klinken 30 aufgenommen werden, indem jeweils zwei Klinken 30 unter ein in zwei Vereinzelungseinrichtungen 34 am dortigen Anschlag 38 anliegendes Gestängeelement 18 greifen.
Ein Abschnitt der Vereinzelungsvorrichtung 34 vor dem Anschlag 38 wird als Übergabefläche 40 bezeichnet, weil ausgehend von dieser Übergabefläche 40 eine Übergabe jeweils eines Gestängeelements 18 an eine nachfolgende Einheit, also zum Beispiel den Vertikalaufzug 28, erfolgt. Genauso fungiert dieser Abschnitt der Vereinzelungsvorrichtung 34 als Übergabefläche 40, wenn beim Ausbauen von Gestängeelementen 18 diese sukzessive dem Gestängemagazin 20 zugeführt werden.
Vor der Übergabefläche 40 befindet sich eine Aufnahmefläche 42. Die Funktion der Vereinzelungsvorrichtung 34 und der Aufnahme- und Übergabefläche 42, 40 wird im Folgenden anhand der beiden Darstellungen in 4 weiter erläutert.
4 zeigt ein einer perspektivischen Ansicht von der Seite zwei unterschiedliche Konfigurationen einer Vereinzelungsvorrichtung 34. Ein Gestängemagazin 20, an dem die Vereinzelungsvorrichtung 34 dabei angebracht ist oder dem die Vereinzelungsvorrichtung 34 zugeordnet ist, indem sie zum Beispiel ortsfest benachbart zu einem Gestängemagazinweg 24 und seitlich vor der jeweiligen Bohranlage 10 oder deren Vertikalaufzug 28 angeordnet ist, ist nicht dargestellt. Ebenfalls nicht darstellt ist ein Gestängeelement 18.
Bereits erläutert wurde, dass die Vereinzelungsvorrichtung 34 einen Anschlag 38, eine Übergabefläche 40 und eine Aufnahmefläche 42 umfasst. Die Übergabefläche 40 und die Aufnahmefläche 42 sind horizontal oder zumindest im Wesentlichen horizontal orientiert und die Vereinzelungsvorrichtung 34 weist als Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche 42 für ansonsten zum Beispiel nachrollende Gestängeelemente 18 eine Übergabeeinrichtung mit einem hier schwenkbeweglich und paarig ausgeführten Übergabeteil 44 auf. Diese erlaubt in einer ersten Position (in 4 oben dargestellt) die Übernahme eines Gestängeelements 18 aus dem Gestängemagazin 20. In einer zweiten Position (in 4 unten dargestellt) wird einerseits die Aufnahmefläche 42 für weitere Gestängeelemente 18 gesperrt und ein im Bereich der Aufnahmefläche 42 befindliches Gestängeelement 18 von der Aufnahmefläche 42 weg und hin zu der in der Vereinzelungseinrichtung 34 gebildeten Übergabefläche 40 bewegt. Dazu ist bei der Übergabeeinrichtung an einem freien Ende von dessen Übergabeteil 44 eine erste Kante 46 zum Sperren der Aufnahmefläche 42 und eine zweite Kante 48 zum Bewegen eines Gestängeelements 18 zur Übergabefläche 40 vorgesehen. Die erste Kante 46 fungiert für noch im Bereich des Gestängemagazins 20 befindliche Gestängeelemente 18 wie ein Anschlag und verhindert das Nachrollen weiterer Gestängeelemente 18. Dafür fluchtet die erste Kante 46 in etwa mit einer gedachten Trennlinie zwischen Gestängemagazin 20 und Vereinzelungsvorrichtung 34. Die zweite Kante 48 ist in der zweiten Position des Übergabeteils 44 in Richtung auf die Übergabefläche 40 geneigt, so dass ein zuvor im Bereich der Aufnahmefläche 42 befindliches Gestängeelement 18 mit einer Bewegung des Übergabeteils 44, hier einem Verschwenken des Übergabeteils 44, in Richtung auf die Übergabefläche 40 bewegt wird und in Richtung auf die Übergabefläche 40 rollt.
Zur Trennung von Aufnahmefläche 42 und Übergabefläche 40 ist ein der Aufnahmefläche 42 zugeordneter Aufnahmeflächenanschlag 50 vorgesehen. Eine Position des Aufnahmeflächenanschlags 50 ist auf der Aufnahmefläche 42 entsprechend einem Durchmesser des jeweiligen Gestängeelements 18 veränderbar, hier indem der Aufnahmeflächenanschlag 50 in unterschiedlichen Positionen mit einem Führungselement 52 kombinierbar ist. Dazu weisen das Führungselement 52 eine Mehrzahl von Bohrungen und der Aufnahmeflächenanschlag 50 zumindest eine Bohrung auf. Mittels eines durch diese Bohrungen geführten Bolzens oder dergleichen kann dann der Aufnahmeflächenanschlags 50 in unterschiedlichen Positionen festgelegt werden. Eine mögliche Position ist dabei die in 4 gezeigte Position, die für eine Aufnahme und Vereinzelung von Bohrgestängeelementen 18 mit eher größerem Durchmesser vorgesehen ist. Bei einer Aufnahme und Vereinzelung von Bohrgestängeelementen 18 mit geringerem Durchmesser ist der Aufnahmeflächenanschlag 50 näher zum Gestängemagazin (bei der Darstellung in 4 also mehr nach rechts) positioniert. Der Aufnahmeflächenanschlag 50 legt eine wirksame Breite der Aufnahmefläche 42 fest, so dass auf der Aufnahmefläche 42 jeweils nur ein Gestängeelement 18 Platz findet. Die zweite Kante 48 des Übergabeteils 44 ist lang genug ausgeführt, dass Bohrgestängeelemente 18 unterschiedlicher Durchmesser zur Übergabefläche 40 bewegt werden können.
5 zeigt nunmehr – schematisch vereinfacht – von oben nach unten einen Ablauf beim Vereinzeln von Gestängeelementen 18 bei deren Entnahme aus einem Gestängemagazin 20. Das Zuführen ausgebauter Gestängeelemente 18 in ein Gestängemagazin 20 funktioniert dabei grundsätzlich entsprechend in umgekehrter Reihenfolge und Richtung.
In 5 ist in der oberen Darstellung von dem Gestängemagazin 20 dessen Strukturelement/Stahlträger 36 gezeigt, auf dem sich einige Gestängeelemente 18 befinden. Die Vereinzelungseinrichtung 34 mit deren Anschlag 38 und der in der Vereinzelungseinrichtung 34 gebildeten Übergabe- und Aufnahmefläche 40, 42 sowie dem Übergabeteil 44 ist dem Gestängemagazin 20 zugeordnet, zum Beispiel indem sie wie hier gezeigt an dem Gestängemagazin 20 angebracht ist. In der nächsten Darstellung in 5 ist das Gestängemagazin 20 geneigt. Folglich rollen die Gestängeelemente 18 in Richtung des so bewirkten Gefälles und werden vom verschwenkten Übergabeteil 44 im Bereich des Gestängemagazins 20 gehalten. In der darunter folgenden Darstellung ist das Übergabeteil 44 abgesenkt, so dass ein Übergang genau eines Gestängeelements 18 auf die Vereinzelungseinrichtung 34 möglich ist. Dass genau ein Gestängeelement 18 auf die Vereinzelungseinrichtung 34 übergeht, ist durch eine entsprechende Positionierung des Aufnahmeflächenanschlags 50 sichergestellt. Das auf die Vereinzelungseinrichtung 34 übergegangene Gestängeelement 18 liegt auf der Aufnahmefläche 42 am Aufnahmeflächenanschlag 50 an und verhindert das Nachrollen weiterer Gestängeelemente 18. In der unteren Darstellung in 5 ist gezeigt, dass das Übergabeteil 44 erneut verschwenkt ist. Dadurch wird zweierlei bewirkt: Zum einen wirkt eine erste Kante 46 des Übergabeteils 44 für die noch im Bereich des Gestängemagazins 20 befindlichen Gestängeelemente 18 wie ein Anschlag und hält damit die weiteren Gestängeelemente 18 im Bereich des Gestängemagazins 20 und verhindert ein Nachrollen auf die Vereinzelungseinrichtung 34. Das Gestängemagazin 20 kann dabei während der Entnahme mehrerer Gestängeelemente 20 dauerhaft geneigt bleiben, ohne dass eine Verstellung des Gestängemagazins 20 erforderlich wäre. Zum anderen wird mit einer zweiten Kante 48 des Übergabeteils 44 das auf der Aufnahmefläche 42 befindliche Gestängeelement 18 zunächst angehoben, wobei mit zunehmendem Verschwenken des Übergabeteils 44 die zweite Kante 48 wie eine schiefe Ebene wirkt, auf der das Gestängeelement 18 auf die Übergabefläche 40 rollt und dort schließlich am Anschlag 38 anliegt. Hier kann das jetzt vereinzelte Gestängeelement 18 von nachfolgenden Einrichtungen, also zum Beispiel einem Vertikalaufzug 28, übernommen werden.
Das Übernehmen von ausgebauten Gestängeelementen 18 in ein Gestängemagazin 20 funktioniert grundsätzlich ähnlich und ist schematisch vereinfacht in 6 gezeigt: Die obere Darstellung zeigt, dass ein Gestängeelement 18 auf der Übergabefläche 40 liegt. Zur Übernahme dieses Gestängeelements 18 wird das Gestängemagazin 20 in die im Vergleich zu 5 entgegengesetzte Richtung geneigt. Das Gestängeelement 18 rollt von der Übergabefläche 40 in den Bereich der Aufnahmefläche 42 und liegt dort an der zweiten Kante 48 des verschwenkten Übergabeteils 44 an und wird so im Bereich der Vereinzelungseinrichtung 34 gehalten. Wenn das Übergabeteil 44 abgesenkt wird, wird das Gestängeelement 18 freigegeben und rollt in das Gestängemagazin 20.
Bei den Darstellungen in 5 und 6 ist aus Gründen der einfacheren Darstellung davon ausgegangen worden, dass das Entnehmen eines Gestängeelements 18 aus einer untersten Lage von Gestängeelementen 18 im Gestängemagazin 20 erfolgt bzw. dass das Übernehmen von Gestängeelementen 18 in das Gestängemagazin 20 ebenfalls in diese unterste Lage erfolgt. Tatsächlich sind Gestängemagazine 20 zur Aufnahme mehrerer Lagen von Gestängeelementen 18 vorgesehen und mit der Vereinzelungseinrichtung 34 ist das Entnehmen aus dem Gestängemagazin 20 und das Übernehmen in das Gestängemagazin aus jeder bzw. in jede Lage im Gestängemagazin 20 möglich. Dazu zeigt 7, dass die Vereinzelungseinrichtung 34 ein teleskopierbares Basisteil 54 umfasst. Die drei Darstellungen in 7 zeigen das teleskopierbare Basisteil 54 in unterschiedlichen Konfigurationen und resultierende unterschiedliche Höhen der Vereinzelungseinrichtung 34, von der an deren Oberseite nur die Aufnahmefläche 42 und ein Grundelement gezeigt sind, dessen Oberfläche als Aufnahmefläche 42 fungiert und mit dem das Übergabeteil 44, der Anschlag 38 und die Elemente zur Bildung der Übergabefläche 40 kombinierbar sind. Eine Vorderseite des Basisteils 54 fungiert dabei als Anschlag für noch im Gestängemagazin 20 befindliche Gestängeelemente 18 in unteren Lagen, also solchen Lagen, die sich unterhalb der jeweiligen Ausfahrhöhe des Basisteils 54 befinden. Insgesamt fungiert die ein teleskopierbares Basisteil 54 umfassende Vereinzelungseinrichtung 34 damit wie eine höhenverstellbare Runge 22 des Gestängemagazins 20 und durch Teleskopieren des Basisteils 54 ergibt sich die Möglichkeit, die Vereinzelungseinrichtung 34 fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen 18 zu positionieren. Das Teleskopieren des Basisteils 54 kann mittels eines Elektromotors erfolgen, zum Beispiel indem dieser eine Drehspindel oder dergleichen antreibt.
Wenngleich die Verwendung einer höhenverstellbaren Vereinzelungseinrichtung 34 auch als separate Einheit und unabhängig von einem jeweiligen Gestängemagazin 20 möglich ist, zeigen die Darstellungen jeweils eine Vereinzelungseinrichtung 34, die zum Anbringen an einem Gestängemagazin 20 vorgesehen ist. Dabei umfasst jedes mit einer Vereinzelungseinrichtung 34 ausgerüstete Gestängemagazin normalerweise zumindest zwei synchron arbeitende Vereinzelungseinrichtungen 34. Dass die dargestellten Vereinzelungseinrichtungen 34 mit einem Gestängemagazin 20 kombinierbar sind, ist durch seitliche Konsolen 56 gezeigt, mit der jeweils eine Vereinzelungseinrichtung 34 an einem Gestängemagazin 20, zum Beispiel einer Unterseite eines dortigen Strukturelements/Stahlträgers 36 (3), fixierbar ist. Zum Fixieren kommen lösbare Verbindungen, also etwa Schraubverbindungen in Betracht. Genauso kann eine Vereinzelungseinrichtung 34 mit einem Gestängemagazin 20 auch verschweißt sein. Wenn die Vereinzelungseinrichtung 34 am Gestängemagazin 20 angebracht ist, erfährt die Vereinzelungseinrichtung 34 bei einer Neigung des Gestängemagazins 20 wie in 1 dargestellt zusammen mit dem Gestängemagazin 20 auch selbst eine Neigung, die es ermöglicht, dass Gestängeelemente 18 beim Entnehmen aus dem Gestängemagazin 20 ohne sonstige Einwirkung auf die Aufnahmefläche 42 rollen und beim Übergeben an die Übergabefläche 40 von den zweiten Kanten 48 der Übergabeeinrichtung/des Übergabeteils 44 auf die Übergabefläche 40 und bis zum Anschlag 38 rollen. Beim Zuführen von Gestängeelementen 18 zum Gestängemagazin 20 erfährt die am Gestängemagazin 20 angebrachte Vereinzelungseinrichtung 34 mit einer zur in 1 dargestellten entgegengesetzten Neigung des Gestängemagazins 20 auch selbst eine entsprechende Neigung, die es ermöglicht, dass Gestängeelemente 18 ohne sonstige Einwirkung von der Übergabefläche 40 auf die Übergabeeinrichtung/das Übergabeteil 44 und von dort über die Aufnahmefläche 42 ins Gestängemagazin 20 rollen. Wenn die Vereinzelungseinrichtung 34 als von einem Gestängemagazin 20 unabhängige Vorrichtung ausgeführt ist, umfasst diese Mittel, um solche Neigungsverstellungen synchron mit einem vor der Vereinzelungseinrichtung 34 positionierten Gestängemagazin 20 zu bewirken (Neigungsverstellungeeinrichtung(en)). Als diesbezügliche Mittel kommen eine Nickachse und als Neigungsverstellungeeinrichtung(en) Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, aber auch ein Elektromotor, der zum Beispiel eine Spindel oder dergleichen antreibt, in Betracht, wobei mit dem jeweiligen Aggregat um die Nickachse eine jeweilige Neigung bewirkt wird.
Zur Automatisierung oder zur zumindest teilweisen Automatisierung des Vorgangs des Vereinzelns und Entnehmens von Gestängeelementen 18 aus einem Gestängemagazin 20 (Entnahme) und/oder des Vorgangs des Zuführens von ausgebauten Gestängeelementen 18 zum Gestängemagazin 20 (Zuführung) sind entsprechende Sensoren und Aktoren vorgesehen. Als Sensoren sind (2) ein der Aufnahmefläche 42 zugeordneter Aufnahmeflächensensor 58 und ein erster und ein zweiter, der Übergabefläche 40 zugeordneter Übergabeflächensensor 60 gezeigt. Bei den dargestellten Sensoren 58, 60 handelt es sich um berührungslose Sensoren, nämlich hier um induktive Sensoren. Grundsätzlich kommt auch jede andere Art von Sensor, also zum Beispiel ein mechanischer Schalter, in Betracht. Der Aufnahmeflächensensor 58 und der oder jeder Übergabeflächensensor 60 sind zur Erfassung einer Belegung der Aufnahmefläche 42 bzw. der Übergabefläche 40 mit einem Gestängeelement 18 vorgesehen. Zwei Übergabeflächensensoren 60 sind sinnvoll, um auch Gestängeelemente 18 mit unterschiedlichen Durchmessern sicher erfassen zu können. Auf Basis eines Signals vom Aufnahmeflächensensor 58 ist die jeweilige Übergabeeinrichtung, also zum Beispiel das Übergabeteil 44, und auf Basis eines Signals vom Übergabeflächensensor 60 ist ein nachfolgendes Aggregat, also zum Beispiel ein Vertikalaufzug 28, ansteuerbar.
Für den Vorgang des Entnehmens von Gestängeelementen 18 aus einem Gestängemagazin 20 wird ein entsprechendes Verfahren schematisch vereinfacht und als Beispiel für eine mögliche Implementierung des Aspekts des Entnehmens von Gestängeelementen 18 aus einem Gestängemagazin 20 in Form eines Steuerungsprogramms anhand des in 8 gezeigten Flussdiagramms erläutert. Ein Steuerungsprogramm zur Steuerung der Vereinzelungseinrichtung 34 umfasst darüber hinaus eine hier nicht dargestellte Implementierung des Aspekts des Zuführens von Gestängeelementen 18 zu einem Gestängemagazin 20. Als Steuerungseinrichtung kommt zum Beispiel eine speicherprogrammierbare Steuerung (nicht dargestellt) mit einer Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors in Betracht, die im Betrieb der Vereinzelungseinrichtung 34 ein entsprechendes Steuerungsprogramm, das in einen Speicher der Steuerungseinrichtung/Steuerung geladen ist, ausführt.
Zunächst wird das jeweilige Gestängemagazin 20 in der für die Entnahme notwendigen Richtung (vgl. Darstellung in 1) geneigt. Bei einer am Gestängemagazin 20 angebrachten Vereinzelungseinrichtung 34 erfährt diese mit einer Neigung des Gestängemagazins 20 eine gleiche Neigung. Bei einer dem Gestängemagazin 20 zugeordneten, aber nicht am Gestängemagazin 20 angebrachten Vereinzelungseinrichtung 34 wird eine gleichsinnige Neigung der Vereinzelungseinrichtung 34 separat und durch eine entsprechende Ansteuerung der Vereinzelungseinrichtung 34 bewirkt. All dies ist in der Darstellung durch den ersten Funktionsblock 70 mit der Beschreibung „Initialkonfiguration“ gezeigt.
Gleichzeitig oder anschließend wird (zweiter Funktionsblock 72) die jeweilige Übernahmeeinrichtung zum Beispiel in die erste Position (4, oben) bewegt, um einen Übergang von einem Gestängeelement 18 auf die Aufnahmefläche 42 zu erlauben.
Wenn die Übergabefläche 40 mit einem Gestängeelement 18 belegt sein sollte, wenn also von dem oder zumindest einem Übergabeflächensensor 60 ein entsprechendes Signal vorliegt, kann vorgesehen sein, dass gewartet wird (dritter Funktionsblock 74) bis die Übergabefläche 40 frei wird, indem das dort befindliche Gestängeelement 18 mit dem jeweils nachfolgenden Aggregat abgeholt wird. Ansonsten kann, wenn zumindest die Aufnahmefläche 42 frei ist, vom Aufnahmeflächensensor 58 also kein Signal ansteht, eine Sperrung der Aufnahmefläche 42 aufgehoben werden, indem die jeweilige Übergabeeinrichtung, also zum Beispiel das Übergabeteil 44, in die erste Position (4, oben) bewegt wird.
Wenn die Übergabefläche 40 frei und die Aufnahmefläche 42 belegt (vierter Funktionsblock 76) ist, kann die jeweilige Übergabeeinrichtung, also zum Beispiel das Übergabeteil 44 aktiviert (fünfter Funktionsblock 78) werden, indem zum Beispiel ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder angesteuert wird, der an einem unteren Schenkel des hier L-förmig gestalteten Übergabeteils 44 angreift. Mit der Aktivierung der Übergabeeinrichtung ergibt sich, wenn das zunächst auf der Aufnahmefläche 42 befindliche Gestängeelement 18 zur Übergabefläche 40 rollt, eine erneute Belegung der Übergabefläche 40, so dass vorgesehen sein kann, dass wieder gewartet wird bis die Übergabefläche 40 frei wird. Alternativ kann auch sofort (Verzweigung am Ende des fünften Funktionsblocks 78 vor den zweiten Funktionsblock 72) die Übergabeeinrichtung wieder von der zweiten Position (4 oben) in die erste Position bewegt werden, so dass ein Übergang eines weiteren Gestängeelements 18 auf die Aufnahmefläche 42 möglich wird. Jedenfalls kann ein Signal vom Übergabeflächensensor 60 verwendet werden, um ein nachfolgendes Aggregat, also zum Beispiel den Vertikalaufzug 28, zu aktivieren, damit das auf der Übergabefläche 40 bereit liegende Gestängeelement 18 abgeholt wird.
Die Darstellung in 8 lässt Verriegelungen und Sicherheitsabfragen außer Acht. Außerdem sollen die oben bereits skizzierten Alternativen beim möglichen Programmablauf darauf hinweisen, dass unterschiedliche Implementationen des Verfahrens zum gleichen Ergebnis führen. Nicht dargestellt ist, dass das teleskopierbare Basisteil 54 beim Entnehmen von Gestängeelementen 18 zunächst bis zu einer Höhe ausgefahren wird, bei der die Vereinzelungseinrichtung 34 fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen 18 positioniert ist. Dies kann noch als von der Initialkonfiguration (erster Funktionsblock 70) umfasst aufgefasst werden. Dann ist allerdings trotzdem nicht dargestellt, dass das teleskopierbare Basisteil 54 sukzessive eingefahren wird, wenn einzelne Lagen von Gestängeelementen 18 leer werden. Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise erfasst werden. Zum einen kann vorgesehen sein, dass das Gestängemagazin 20 entsprechende Sensorik, zum Beispiel berührungslose induktive Endschalter, aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Lage als geleert angenommen wird, wenn trotz einer Stellung der Übergabeeinrichtung in der ersten Position innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitspanne kein Signal vom Aufnahmeflächensensor 58 eintrifft, die Aufnahmefläche 42 also gewissermaßen unerwartet frei bleibt. Eine solche Signalverarbeitung hat den Vorteil, dass die zur Steuerung des Entnahmevorgangs benötigte Sensorik im Bereich der Vereinzelungseinrichtung 34 zusammengefasst werden kann.
Im Zusammenspiel mit dem Gestängemagazin 20 und einem nachfolgenden Aggregat, nämlich zum Beispiel einem Vertikalaufzug 28, kann ein Verfahren zum Betrieb der Vereinzelungseinrichtung 34 oder eines solchen Gesamtsystems mit zumindest einer Vereinzelungseinrichtung 34, normalerweise einem Paar synchron betriebener Vereinzelungseinrichtungen 34, kurz wie folgt beschrieben werden. Das Gestängemagazin 20 wird geneigt. Die oder jede Vereinzelungseinrichtung 34 wird separat entsprechend geneigt oder erfährt bereits mit der Neigung des Gestängemagazins 20 eine entsprechende Neigung. Aufgrund der Neigung rollen die in der jeweiligen Lage befindlichen Gestängeelemente 18 in Richtung auf die oder jede Vereinzelungseinrichtung 34. Die oder jede Vereinzelungseinrichtung 34 bewirkt eine Vereinzelung von Gestängeelementen 18 derart, dass sich auf deren bzw. dessen Aufnahmefläche(n) 42 sowie auf deren bzw. dessen Übergabefläche(n) 40 jeweils niemals mehr als ein Gestängeelement 18 befindet. Mit einer erkannten Belegung der Übergabefläche(n) 40 kann das jeweils nachfolgende Aggregat angesteuert werden. Eine Erkennung etwaiger Fehler ist möglich, indem überwacht wird, dass bei zumindest zwei synchron betriebenen Vereinzelungseinrichtungen 34 nach einer Belegung des Aufnahmeflächensensors 58 oder des oder eines Übergabeflächensensors 60 einer ersten Vereinzelungseinrichtung 34 innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitspanne ein entsprechendes Signal auch von der oder jeder weiteren Vereinzelungseinrichtung 34 vorliegt. Bleibt innerhalb der festgelegten Zeitspanne ein solches Signal aus, deutet dies darauf hin, dass entweder ein Defekt eines der involvierten Sensoren 58, 60 vorliegt oder dass ein Gestängeelement 18 aufgrund einer Schieflage nicht ordnungsgemäß zu allen Vereinzelungseinrichtungen 34 gelangt ist oder sich eine solche Schieflage im Bereich der Vereinzelungseinrichtungen 34 ergeben hat.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Es wird eine Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen 18 für eine Bohranlage 10 angegeben, wobei mindestens ein Gestängeelement 18 in mindestens einem Gestängemagazin 20 vorgehalten wird, wobei das Gestängemagazin 20 zum Entnehmen von Gestängeelementen 18 entlang von dessen Längsachse neigbar ist, wobei dem Gestängemagazin 20 eine höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung 34 zur Entnahme einzelner Gestängeelemente 18 aus dem Gestängemagazin 20 zugeordnet ist, wobei sich die höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung 34 dadurch auszeichnet, dass die Vereinzelungseinrichtung 34 fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen 18 positionierbar ist, dass die Entnahme von Gestängeelementen 18 aus dem Gestängemagazin 20 aufgrund einer jeweiligen Neigung des Gestängemagazins 20 erfolgt und dass die Vereinzelungseinrichtung 34 eine Aufnahmefläche 42 und Mittel 44 zum Sperren der Aufnahmefläche 42 für weitere, ansonsten nachrollende Gestängeelemente aufweist.
Bezugszeichenliste

10: Bohranlage
12: Bohrmast
14: Arbeitsbühne
16: Blow-out-Preventer
18: Gestängeelement
20: Gestängemagazin
22: Runge (am Gestängemagazin)
24: Gestängemagazinweg
26: Skiddingmatte (im Gestängemagazinweg)
28: Vertikalaufzug
30: Klinke (des Vertikalaufzugs)
32: Pipehandler
34: Vereinzelungseinrichtung
36: Stahlträger (des Gestängemagazins)
38: Anschlag (der Vereinzelungseinrichtung)
40: Übergabefläche (der Vereinzelungseinrichtung)
42: Aufnahmefläche (der Vereinzelungseinrichtung)
44: Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche/Übergabeteil
46: erste Kante (des Übergabeteils)
48: zweite Kante (des Übergabeteils)
50: Aufnahmeflächenanschlag
52: Führungselement (für den Aufnahmeflächenanschlag)
54: teleskopierbares Basisteil (der Vereinzelungseinrichtung)
56: Konsole (an der Vereinzelungseinrichtung)
58: Aufnahmeflächensensor
60: Übergabeflächensensor
62–68: ./.
70–80: Funktionsblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010016585 A [0004, 0008]
DE 19843167 A [0005]
DE 102010016585 A1 [0032]

Claims

Vorrichtung zur Handhabung von Gestängeelementen (18) für eine Bohranlage (10), wobei mindestens ein Gestängeelement (18) in mindestens einem Gestängemagazin (20) vorgehalten wird, wobei das Gestängemagazin (20) zum Entnehmen von Gestängeelementen (18) entlang von dessen Längsachse neigbar ist, wobei dem Gestängemagazin (20) eine höhenverstellbare Vereinzelungseinrichtung (34) zur Entnahme einzelner Gestängeelemente (18) aus dem Gestängemagazin (20) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinzelungseinrichtung (34) fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen (18) positionierbar ist, dass die Entnahme von Gestängeelementen (18) aus dem Gestängemagazin (20) oder eine Übergabe von Gestängeelementen (18) in das Gestängemagazin (20) aufgrund einer jeweiligen Neigung des Gestängemagazins (20) erfolgt und dass die Vereinzelungseinrichtung (34) eine Aufnahmefläche (42) und Mittel (44) zum Sperren der Aufnahmefläche (42) für weitere Gestängeelemente (18) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vereinzelungseinrichtung (34) ein teleskopierbares Basisteil (54) umfasst, das für in einem Gestängemagazin (20) befindliche Gestängeelemente (18) wie eine Runge (22) des Gestängemagazins (20) fungiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Mittel zum Sperren der Aufnahmefläche (42) eine Übergabeeinrichtung (44) fungiert, die in einer ersten Position die Übernahme eines Gestängeelements (18) aus dem Gestängemagazin (20) erlaubt und in einer zweiten Position einerseits die Aufnahmefläche (42) sperrt und ein im Bereich der Aufnahmefläche (42) befindliches Gestängeelement (18) von der Aufnahmefläche (42) weg hin zu einer in der Vereinzelungseinrichtung (34) gebildeten Übergabefläche (40) bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Übergabeeinrichtung zumindest ein schwenkbewegliches Übergabeteil (44) umfasst, das an seinem freien Ende eine erste Kante (46) zum Sperren der Aufnahmefläche (42) und eine zweite Kante (48) zum Bewegen eines Gestängeelements (18) zur Übergabefläche (40) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Aufnahmefläche (42) ein Aufnahmeflächenanschlag (50) zugeordnet ist, dessen Position auf der Aufnahmefläche (42) entsprechend einem Durchmesser des jeweiligen Gestängeelements (18) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Aufnahmeflächenanschlag (50) in unterschiedlichen Positionen mit einem Führungselement (52) kombinierbar ist, dessen Oberseite als in der Vereinzelungseinrichtung (34) gebildete Übergabefläche (40) fungiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Aufnahmefläche (42) ein Aufnahmeflächensensor (58) und der Übergabefläche (40) ein Übergabeflächensensor (60) zur Erfassung einer Belegung der jeweiligen Fläche (42, 40) mit einem Gestängeelement (18) zugeordnet ist und wobei auf Basis eines Signals vom Aufnahmeflächensensor (58) die Übergabeeinrichtung und auf Basis eines Signals vom Übergabeflächensensor (60) ein nachfolgendes Aggregat ansteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vereinzelungseinrichtung (34) am Gestängemagazin (20) angebracht ist und bei einer Neigung des Gestängemagazins (20) zusammen mit dem Gestängemagazin (20) eine Neigung erfährt.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vereinzelungseinrichtung (34) fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen (18) positioniert und das Gestängemagazin (20) zur Entnahme von Gestängeelementen (18) geneigt wird, wobei jeweils ein Gestängeelement (18) in Abhängigkeit von einer Position von Mitteln (44) zum Sperren der Aufnahmefläche (42) auf die Aufnahmefläche (42) gelangt, wobei bei einer nicht durch ein Gestängeelement (18) belegten Übergabefläche (40) das auf der Aufnahmefläche (42) befindliche Gestängeelement (18) von der Aufnahmefläche (42) weg und hin zur Übergabefläche (40) bewegt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vereinzelungseinrichtung (34) fluchtend mit einer Unterkante einer jeweils oberen Lage von Gestängeelementen (18) positioniert und das Gestängemagazin (20) zur Zuführung Gestängeelementen (18) zum Gestängemagazin (20) geneigt wird, und wobei das oder die Mittel (44) zum Sperren der Aufnahmefläche (42) in eine Position bewegt wird bzw. werden, die eine Bewegung eines an der Übergabefläche (40) aufgenommenen Gestängeelements (18) über die Aufnahmefläche (42) in das Gestängemagazin (20) erlaubt.