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Nachlaßvorrichtung zum Betreiben des Bohrstranges eines an einer-
biegsamen Leitung aufgehängten Bohrmotors Die 'Erfindung betrifft eine Nachlaßvorrichtung
zum Betreiben des Bohrstranges eines Bohrmotors. In bestimmten Bohrverfahren wird
für den Betrieb des Meißels ein Bohrmotor, z. B. ein elektrischer Motor oder eine
hydraulische Turbine, verwendet. Der Bohrmotor ist mit dem Ende einer biegsamen
Leitung verbunden, durch welche die Spülflüssigkeit hindurchfließt, und die zur
Speisung des Bohrmotors mit elektrischen Leitungen versehen sein kann.
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In diesem Falle besteht die Nachlaßvorrichtung, die zum Bewegen des
Bohrstranges, das heißt zum Auf- und Abwickeln der den Bohrmotor und den Meißel
haltenden biegsamen Leitung benutzt wird, aus einer Winde herkömmlicher Bauart:
Dabei sichert die Trommel dieser Winde, die über ein Übertragungssystem von einem
genügend starken Motor betrieben wird, gleichzeitig das Anziehen und das Aufwickeln
der biegsamen Leitung, wenn der Bohrstrang gehoben wird, sowie das Bremsen und Abwikkeln
der Leitung, wenn der Bohrstrang gesenkt wird.
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Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die biegsame Leitung Zieh-,
Biege- und Drehbeanspruchungen sowie Druckspannungen ausgesetzt ist, die einerseits
die normale Zirkulation der Spülflüssigkeit und des elektrischen Stromes beeinträchtigen
und sich andererseits auf die Dauer nachteilig auf die mechanische Widerstandsfähigkeit
der biegsamen Leitung auswirken.
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Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben.
Dies geschieht durch die Verwendung eines Apparates zum Bewegen des Bohrstranges,
der die Funktion des Anziehens und Aufwickelns der Leitung voneinander trennt und
dadurch vermeidet, daß die Leitung einer Biege-Torsions-Beanspruchung ausgesetzt
und auf der Aufwickeltrommel zusammengedrückt wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Hebegerät zu
schaffen, das wenig Platz beansprucht und ebenfalls dazu dient, die biegsame Leitung
vor gleichzeitigen Zieh-, Biege- und Torsionsbeanspruchungen sowie vor dem Zusammendrücken
zu schützen, was bei Verwendung des herkömmlichen Hebegerätes, das gewöhnlich aus
einem mit oberen und unteren Rollen - über welche die Leitung läuft - versehenen
Mast oder Turm besteht, nicht möglich ist. Dabei kann der Durchmesser der genannten
Rollen nicht willkürlich gewählt werden, da er sich nach den Konstruktionsmerkmalen
des Mastes oder Turmes richtet.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung
einer Vorrichtung, die aus einem Paar Raupenketten in Verbindung mit einem Hebegerät
besteht, das eine zwischen zwei senkrechten Masten gleitende Halbrolle enthält,
über welche die biegsame Leitung läuft.
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Die Verwendung einer solchen Vorrichtung erschwert jedoch manchmal
die Fortbewegung der Verbindungsstücke der Leitung auf der Halbrolle, da diese Verbindungsstücke
über eine bestimmte Länge hin starr sind, und sie erschwert ebenso den Durchgang
der Leitung zwischen den beiden geschlossenen Ketten, weil der Durchmesser der Verbindungsstücke
größer ist als derjenige der Leitung selbst.
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Daher gehört es zur Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile ebenfalls
zu beheben, durch die Verwendung einer Vorrichtung, durch die die Verbindung der
Elemente der flexiblen Leitung im Zusammenwirken mit den Raupenketten erleichtert
wird.
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Dank der erfindungsgemäßen Verwendung eines Paares Raupenketten als
Betriebsapparatur für die biegsame Leitung ist diese erst nacheinander den folgenden
Belastungen ausgesetzt; einerseits Längsbelastungen während des Ziehens, die gut
über ihre ganze äußere Oberfläche verteilt sind, andererseits geringen Belastungen,
die sich nur aus ihrem Eigengewicht ergeben, während des Aufwicklens.
Das
verwendete Paar Raupenketten ist von bekannter Bauart und wird in der Kabelfabrikation
zum Ziehen von Kabeln oder Schläuchen bei ihrer Herstellung zwischen den verschiedenen
Speicherrollen oder -behältern einerseits und den Preß- oder Strangpreßmaschinen
andererseits verwendet.
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Die Erfindung ist an den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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F i g. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Nachlaßvorrichtung;
F i g. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der beiden geschlossenen Ketten,
zwischen denen sich ein Stück der Leitung befindet; F i g. 3 ist eine ähnliche Ansicht
wie in F i g. 1, in der jedoch der starre Teil des Bohrstranges in seiner höchsten
Stellung dargestellt ist; F i g. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Halbrolle
und der Führungsrollen; F i g. 5 und 6 zeigen die Verwendung einer zusätzlichen
Vorrichtung in Verbindunig mit der in F i g. 1 dargestellten Nachlaßvorrichtung,
durch welche die Führung der Verbindungsstücke der Leitung über die Halbrolle und
zwischen den Raupenketten hindurch vermieden wird.
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Das Paar Raupenketten 1 ist schematisch dargestellt in den F i g.
1 bis 3. Es enthält im wesentlichen zwei Raupenketten, die z. B. aus auf zwei geschlossenen
Ketten angeordneten Gummiklemmplatten 2 bestehen, zwischen welchen die Leitung 3
mittels einer hydraulischen und/oder pneumatischen Preßvorrichtung 23 geklemmt ist.
Diese Vorrichtung bewirkt, daß die Raupenketten mittels eines regelbaren Druckes
aneinander angenähert werden.
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Wenn die Raupenketten durch einen Motor 21, der auf ein z. B. in die
Kette eingreifendes Zahnrad einwirkt, gleichzeitig in derselben Richtung bewegt
werden, wird die Leitung mit einer Geschwindigkeit weiterbewegt, die von der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Zahnräder abhängt.
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Ein solches System ermöglicht es, für eine bestimmte Zugkraft das
Material und die Form der Klemmplatten der Raupenketten, die Länge, über welche
die Raupenketten die Leitung erfassen sowie den Klemmdruck der Raupenketten auf
die Leitung so anzupassen, daß die Zugwirkung auf im wesentlichen die gesamte äußere
Oberfläche der von der Raupenkette erfaßten Leitung gleichmäßig verteilt wird, so
daß der dadurch entstehende einheitliche Druck viel geringer ist als der mechanische
Widerstand der Leitung oder ihrer Bestandteile.
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Unter diesen Bedingungen ist die Leitung keiner übermäßigen Verdrehung
oder Zerdrückung ausgesetzt.
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Nach ihrem Durchgang durch die Raupenketten 1 rollt sich die flexible
Leitung direkt auf eine Auf-und Abwickeltrommel 4 auf, die z. B. durch einen Motor
5 mit gleichbleibender Drehkraft betrieben wird, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit
sich automatisch auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Raupenkette einstellt, so
daß keinerlei Zugkraft auf die Leitung einwirkt, ausgenommen die geringe Zugwirkung,
die dem Gewicht der Länge der Leitung 6 zwischen den Raupenketen und der Aufwickelrolle
entspricht.
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Die Trommel 4 der Auf- und Abwickelvorrichtung 7 und ihre Antriebsvorrichtung
können demgemäß äußerst vereinfacht werden und ein sehr leichtes Gewicht haben,
was die Verbindung mehrerer Elemente der flexiblen Leitung erleichtert sowie ihre
Speicherung auf mehrere Rollen von zweckdienlichem Umfang und Gewicht.
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Wenn auch in diesem Bohrverfahren eine flexible Leitung benutzt wird,
um das Bohrgerät und den Bohrmotor zu stützen, so läßt sich doch nicht vermeiden,
daß der Bohrstrang einen gewissen starren Abschnitt enthält, der aus dem Bohrmotor
8 und einigen Schwerstangen 9 besteht, die über ihm angeordnet sind, damit das Bohrgerät
ein gewisses Gewicht erhält und der senkrechte Verlauf des Bohrloches gesichert
ist (F i g. 3). Das bedeutet, daß die Nachlaßvorrichtung eine Hebevorrichtung geeigneter
Höhe enthalten muß.
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Daher besteht eine der Aufgaben der Erfindung darin, eine solche Hebevorrichtung
zu schaffen, die mit den Raupenketten zusammenwirkt und keine nachteiligen Auswirkungen
auf die Haltbarkeit der Leitung oder ihrer Bestandteile hat.
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Die erfindungsgemäße Hebevorrichtung, die in den F i g. 1 bis 3 dargestellt
ist, enthält im wesentlichen zwei senkrechte Maste 11 und 12, zwischen denen mittels
einer Winde 13 ein Bügel 14 gleitet, der im wesentlichen aus einer Halbrolle 15
mit großem Durchmesser besteht, über welche die flexible Leitung 3 läuft. Durch
diesen Aufzug wird der starre Teil des Bohrstranges in das Bohrloch eingeführt und
wieder aus ihm herausgezogen, wobei die Trommel 4 der Auf- und Abwickelvorrichtung
> blockiert bleibt und die flexible Leitung direkt von dieser auf den Aufzug 14
geführt wird, ohne durch die Raupenketten zu gehen, die dann voneinander abstehen
(Arbeitsstellung in F i g. 3).
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In seiner in F i g. 1 dargestellten Tiefstellung ruht i der Aufzug
auf dem Rahmen 16, der gleichzeitig die Raupenketten und die beiden Masten trägt.
Der Radius der Halbrolle 15 ist vorzugsweise gleich der Höhe der Ebene der Raupenketten
über dem Rahmen 16. Die flexible Leitung geht dann genau zwischen den beiden Raupenketten
hindurch, die nur einander angenähert zu werden brauchen, damit sie sich in der
vorher beschriebenen normalen Betriebsstellung befinden.
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Dank dieser Vorrichtung wird die Richtung der flexiblen Leitung nur
ein einziges Mal um 90° geändert, und zwar durch die Halbrolle mit dem großen Durchmesser,
wodurch auch noch erreicht wird, daß die Leitung nur solchen Belastungen ausgesetzt
ist, die sich weitgehend ihrer Haltbarkeit und der ihrer Bestandteile vertragen.
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Außerdem können die Belastungen, denen die Leitung während ihres Übergangs
über die Halbrolle ausgesetzt ist, noch verringert werden, indem man diese mit einer
Reihe von Leitrollen 24 versieht, deren Durchmesser soweit wie möglich dem Durchmesser
der Leitung entsprechen, wobei die Halbrollen zwischen zwei Verbindungsplatten montiert
sind.
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Die Halbrolle ist mit dem Rahmen 16 der Nachlaßvorrichtung (F i g.
4) mittels eines an dem Ende ihres Durchmessers, das am weitesten von dem Bohrloch
entfernt ist, vorgesehenen Zapfens 17 gelenkig verbunden, während das andere Ende
18 frei bleibt.
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Die gelenkige Lagerung der Halbrolle gestattet es, zwischen dem Gestell
16 und der Unterverstrebung der Rolle einen Drillometer 19 anzubringen. Dieses
Instrument dient zur Messung des Gewichts der Gesamteinrichtung, bestehend aus der
Bohrleitung, dem
Bohrmotor und dem Meißel 10 sowie den Schwerstangen,
wenn welche vorhanden sind. Die Genauigkeit der Messung ist bedingt durch die Entfernung
der Lage des Drillometers von der Gelenkachse der Halbrolle.
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Bei Beginn der Bohrung wird der Aufzug in seine Hochstellung gebracht,
die Auf- und Abwickelrolle ist blockiert, und die flexible Leitung geht direkt von
der Trommel auf den Aufzug über (F i g. 3).
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Der starre Teil des Bohrstranges wird parallel zu den beiden Masten
senkrecht gehalten mit Hilfe der Leitgestänge 20, die an den beiden Masten vorzugsweise
in regelmäßigen Abständen über ihre gesamte Höhe, befestigt sind. Die Bohrung erfolgt
durch progressives Senken des Aufzuges 14 entsprechend der Tiefe des Meißels,
wobei die Leitstangen nach und nach entsprechend dem Fortschreiten der Bohrung zurückgezogen
werden.
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Sobald der Aufzug in seiner in F i g. 1 dargestellten Tiefstellung
angelangt ist, was einer Bohrtiefe entspricht, die gleich der Länge des starren
Teiles des Bohrstranges ist, wird die flexible Leitung durch die geschlossenen Raupenketten
hindurchgeführt, und die Bohrung wird mit Hilfe dieser Ketten, welche den Bohrstrang
abrollt, weiter durchgeführt, wie oben beschrieben.
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Im weiteren Verlauf der Bohrung ist es erforderlich, verschiedene
Leitungsstücke miteinander zu verbinden. Ebenso müssen diese Verbindungsstücke der
Leitung wieder voneinander getrennt werden, wenn. der Bohrstrang zurückgezogen wird.
Das Verbinden und Trennen der Leitungsstücke kann erfolgen, wenn das Verbindungsstück
sich zwischen der Aufwickelrolle und den geschlossenen Raupenketten befindet, nachdem
die Leitung zwischen den beiden Raupenketten blockiert ist. Das erfordert jedoch,
daß die Verbindungsstücke über die Halbrolle und zwischen den beiden geschlossenen
Raupenketten hindurchgehen, wodurch es nötig wird, eine hydraulische und/ oder pneumatische
Preßvorrichtung anzubringen, welche die Klemmplatten der Ketten gegen die Leitung
drückt und so eingerichtet ist, daß sie die Verbindungsstücke der Leitung, die einen
größeren Durchmesser als die Leitung haben, bei dem Durchgang der Leitung durch
die geschlossenen Raupenketten erfaßt.
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Um diesen Nachteil zu beheben und die Schwierigkeiten zu beseitigen,
die sich infolge der Unnachgiebigkeit der Verbindungsstücke bei ihrem übergang über
die Halbrolle ergeben, wird vorteilhafter eine Vorrichtung der in den F i g. 5 und
6 dargestellten Art verwendet, durch die es nicht mehr nötig ist, die Verbindungsstücke
über die Halbrolle und zwischen den Raupenketten hindurchgehen zu lassen.
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Damit lassen sich ohne Schwierigkeiten mehrere Teile der flexiblen
Leitung miteinander verbinden, wenn dieselbe in das Bohrloch herabgelassen wird,
oder voneinander trennen, wenn der Bohrstrang wieder hochgezogen wird, damit jedes
Stück der Leitung auf der entsprechenden Rolle aufgewickelt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Gelenkhebemast,
der aus einem oder aus zwei parallelen, aus einem Stück hergestellten Rohren besteht,
die ein mit ihnen parallel laufendes Führungsstück tragen, auf dem ein Tragbügel
gleitet, der dazu dient, das Verbindungsstück der Leitung zu tragen und die flexible
Leitung in eine senkrechte Stellung zu bringen. Dieser Hebemast kann identisch sein
mit dem Aufzug für die Halbrolle, wobei dieser dann gelenkig verbunden sein muß,
oder er kann getrennt davon angeordnet sein, wodurch es möglich ist, einen feststehenden
Aufzug zu verwenden.
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Die in den F i g. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform zeigt, wie
die Leitung zurückgezogen wird und ihre Teile auf die entsprechenden Rollen aufgewunden
werden oder umgekehrt, wie neue Leitungsteile mit der Leitung verbunden werden,
um den Bohrvorgang fortzuführen.
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Wenn die Leitung zurückgezogen wird, wird der Tragbügel 25 des gelenkig
verbundenen Hebemastes 26 beim Erscheinen des Verbindungsstückes an der Oberfläche
so unter dem Verbindungsstück angelegt, daß die Leitung 3 gestützt wird. Die beiden
Teile 27 und 28 des Verbindungsstückes werden dann voneinander getrennt. Der Teil
der Leitung 6, der das Verbindungstück 28 enthält, wird dann auf die Trommel
4 der Auf- und Abwickelvorrichtung 7 aufgerollt, nachdem er von den Raupenketten
1 freigegeben ist. Die genannte Rolle wird dann durch eine leere Auf- und Abwickelvorrichtung
ersetzt zur Fortführung des Arbeitsvorganges. Dann läßt man den Tragbügel 25, der
den Teil der Leitung 3 trägt, an dem Mast 26 hochgleiten bis zu einer Höhe von ihrer
Gelenkachse 29, die mindestens gleich der Entfernung zwischen der letzteren und
dem Ausgangspunkt der Leitung zwischen den Raupenketten liegt, und dann bringt man
den Mast in eine horizontale Stellung, so daß er die Leitung 3 zwischen die Raupenketten
bringt, von deren Klemmplatten sie erfaßt wird (F i g. 6). Da die Leitung dann durch
die Ketten gehalten wird, wird der Mast 26 wieder in seine senkrechte Stellung
zurückgezogen. Danach brauchen die Raupenketten nur in Bewegung gesetzt und die
Leitung auf die neue, zu diesem Zweck vorgesehene Auf- und Abwickelvorrichtung aufgerollt
zu werden.
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Die Trennung der beiden Verbindungsstücke kann ebenfalls bei Austritt
der Leitung aus den Raupenketten erfolgen und wird wie folgt durchgeführt: Die Klemmplatten
der Raupenketten werden zurückgezogen, nachdem der Tragbügel 25 unter dem Verbindungsstück
27 der Leitung 3 angesetzt wurde. Durch das Hochfahren des Tragbügels wird dann
die Leitung vollkommen zwischen den Raupenketten herausgezogen. Das Verbindungsstück
sowie die angrenzenden Teile der Leitung 3 und 6 werden dann so zurückgebogen, daß
die Leitung 3 wieder von den Ketten 1 erfaßt wird, deren Klemmplatten dann über
der Leitung zusammengedrückt werden. Dann werden die beiden Teile 27 und 28 des
Verbindungsstückes voneinander gelöst (F i g. 6), der Endteil der Leitung 6 wird
auf die Trommel 4 aufgewickelt, die danach durch eine neue Trommel ersetz wird zum
Aufwickeln des Stückes der Leitung 3.
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Das Herablassen der Leitung geschieht auf ähnliche Weise, jedoch in
umgekehrter Reihenfolge. Wenn das Ende der Leitung 3 am Eingang der geschlossenen
Ketten (F i g. 6) erscheint, wird der gelenkig gelagerte Mast 26, dessen Tragbügel
25 sich in Hochstellung befindet, so zurückgschwenkt, daß das Verbindungsstück 27
von dem Tragbügel gehalten wird. Nachdem die Klemmplatten der geschlossenen Ketten
gelöst sind, wird die Leitung durch den Mast 26 wieder in eine senkrechte Stellung
gebracht und durch Niedergleiten des Tragbügels heruntergelassen.
Dann
wird ein anderes Leitungsstück, das von einer neuen Auf- und Abwickelvorrichtung
kommt, von den Raupenketten erfaßt, wobei das entsprechende Verbindungsstück unterhalb
derselben angelegt wird, bevor ihre Klemmplatten an die Leitung gedrückt werden.
Dann wird dieses Verbindungsstück an das Verbindungsstück an dem Ende der Leitung
3 angeschlossen, und die Bohrung kann dann normal fortgeführt werden.
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Natürlich wäre es auch in diesem Fall möglich, die Verbindung der
beiden Leitungsstücke am Eingang der geschlossenen Ketten vorzunehmen, wobei dann
der Mast 26 die Verbindung und die angrenzenden Teile der Leitung in eine senkrechte
Lage bringt.
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Es ist jedoch nicht erforderlich, einen besonderen Mast zur Durchführung
des eben beschriebenen Vorgangs zu benutzen, denn die Hebevorrichtung der Halbrolle
kann sehr gut zu diesem Zweck benutzt werden, wenn sie gelenkig gelagert ist, wobei
dann eine Vorrichtung vorgesehen ist, um die Halbrolle in Tiefstellung zu halten.
In diesem letzteren Fall, wenn die Hebevorrichtung aus zwei parallelen Stangen besteht,
ist es jedoch erforderlich, daß sie in genügend weitem Abstand voneinander angeordnet
sind für den Durchgang der Raupenketten, oder daß eine Vorrichtung angebracht wird,
durch welche der die Leitung haltende Tragbügel um seine Lagerachse gedreht werden
kann. Eine solche Vorrichtung müßte auch verwendet werden, falls die Hebevorrichtung
aus einer einzigen Stange besteht.