EP1105619A2 - Bohrvorrichtung und verfahren zum abteufen einer bohrung - Google Patents

Bohrvorrichtung und verfahren zum abteufen einer bohrung

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Publication number
EP1105619A2
EP1105619A2 EP99952441A EP99952441A EP1105619A2 EP 1105619 A2 EP1105619 A2 EP 1105619A2 EP 99952441 A EP99952441 A EP 99952441A EP 99952441 A EP99952441 A EP 99952441A EP 1105619 A2 EP1105619 A2 EP 1105619A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
linkage
rod
support device
support
Prior art date
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Granted
Application number
EP99952441A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1105619B1 (de
Inventor
Thorsten Dirks
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THORSTEN DIRKS
Original Assignee
BENTEC GmbH
Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BENTEC GmbH, Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH filed Critical BENTEC GmbH
Publication of EP1105619A2 publication Critical patent/EP1105619A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1105619B1 publication Critical patent/EP1105619B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/20Combined feeding from rack and connecting, e.g. automatically
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B15/00Supports for the drilling machine, e.g. derricks or masts

Definitions

  • the invention relates to a drilling device for a drilling rig and a drilling rig that can be used for exploration and production wells, in particular on hydrocarbon deposits, onshore and offshore, and a method for sinking such a well.
  • Modern drilling rigs consist of a large number of components, such as a lift (Drawworks), a rod screwing device (Iron roughneck), a working platform (Rig floor), a rod handling system (Pipe handler), a rod storage (Pipe rack), one Crown bearing with a traveling block and a top drive as well as a pipe ramp and a catwalk for the drill pipe as well as various auxiliary devices for handling.
  • Such drilling rigs have the disadvantage that they consist of a large number of components which, because of the constant changing of the drilling location of the drilling rigs, require complex and expensive logistics and extensive personnel.
  • the European laid-open specification 0243210 A2 describes, for example, a conventional drilling device which has a modular structure. It contains all for
  • a demountable drilling rig which is seated on a movable base frame by means of four legs. It has a crown bearing and a power turret and a block and tackle in its upper part and a breaking and countering device in its lower part. Part of the drilling mast is erected with lifting cylinders. The absolutely necessary lifting gear is also arranged on the sliding basic frame, which creates a connection to the power turret via cable pulls via the crown block. There is also a swiveling boom handling boom that guides the boom into the drilling device.
  • this drilling device still has a large number of components which are arranged in a modular manner, but are assembled and disassembled and are of drilling locality Drilling site must be transported. This requires considerable personnel and logistics expenses.
  • the object of the invention is to propose a drilling device according to claim 1 and a drilling rig according to claim 21 and a method according to claims 26 and 18, which are associated with significant savings in terms of equipment of the drilling rig and logistics and personnel costs.
  • the object is achieved by a drilling device according to claim 1, a drilling system according to claim 21 and a method according to claims 26 or 28.
  • the drilling device consists of a support device, on or in which a rotary head axially displaceable to the longitudinal axis of the support device, a rod handling device which is movable, in particular displaceable perpendicularly to the longitudinal axis of the support device and which grips the drill rod, are arranged, the support device in the region the foot is pivotally and / or rotatably mounted.
  • the storage of the foot of the support device can be on or under a working platform of a drilling rig in the area of the well or on a vehicle, such as. B. a mobile workover system.
  • the floor ie the top edge of the terrain, can also be used as a working platform.
  • the main drive and handling components are advantageously integrated in one system. This also eliminates the crown bearing, travel block and lifting mechanism that are common in state-of-the-art drilling rigs.
  • the rod ramp and the so-called catwalk are also omitted.
  • this integrated design allows the fast transport from one drilling site to another (rig move time) and the required drilling staff to be reduced. There is even the possibility of using a Zeppelin with the load capacity of max.
  • the support device is in a type of rocker, z. B. in the form of a box construction.
  • a further embodiment provides that below the
  • Linkage handling device is arranged a power screwing device, which has a holding device and a breaking and countering device, wherein the holding device is usually arranged below the breaking and countering device. It is particularly advantageous to arrange only the breaking and countering device in the carrying or on the carrying device and the holding device z. B. on or under the work platform to reduce the weight of the support device.
  • the power screwing device can also be arranged on the work platform.
  • the drilling device can be arranged to be horizontally displaceable. This has the advantage of moving an in particular upright drilling device out of the area of the borehole and also adjusting it in relation to any rod bearings or in relation to the center of the borehole (center line). Furthermore, rods can advantageously be removed from a plurality of rod bearings arranged next to one another.
  • a locking device is arranged, which is connected to a steel structure, which preferably consists of a tower or a mast. This has the advantage of being an additional one
  • connection stiffness or bending stiffness is achieved, wherein the steel structure can be constructed much simpler and more flexible than conventional towers or masts.
  • the locking device consists of a hollow cylinder to which a flushing hose is connected and to which a valve is arranged in order to ensure the flushing supply. Especially when the carrying device is pivoted, it is advantageous to integrate the flushing supply into the locking device, so that the flushing is available virtually automatically and without any further work step.
  • a drum can be provided on or in the support device, onto which the flushing hose can be rolled up, so that the risk of tearing or other damage during the assembly and removal of the boom is avoided.
  • a lifting device which in a particularly advantageous embodiment consists of one or more hydraulic or pneumatic cylinders or in one other variant is designed as a winch. This advantageously enables drilling at an angle of 5 ° to 90 ° to the top of the terrain.
  • the power turret of the support device can be designed to be displaceable by means of a linear drive, the linear drive being arranged in or on the support device.
  • a linear drive for example, a spindle drive, a hydraulic drive, a chain or a cable pull can be used as the linear drive.
  • the guidance can be ensured, for example, by a slide rail, by toothed racks or guide rollers.
  • the linear device consists of drive and guide.
  • a boom storage facility is arranged within the reach of the boom handling device, the individual boom tubes being arranged upright in this boom storage facility.
  • the linkage handling device completely or the gripper or the gripper receptacle are axially displaceable to the longitudinal axis of the support device, which advantageously allows the linkage to be handled better, e.g. B. when parking or picking up the boom from the boom storage. Another advantage is that such a rod handling device allows the pin and socket threads of the rod connector to be pushed together in a limited way.
  • a further advantageous embodiment provides that the steel structure has a work platform, the pivot point and / or the pivot point of the support device being arranged above or below the work platform.
  • the multiple variations of the drilling device make it possible to adapt the drilling device to the local circumstances of the drilling location.
  • a further advantageous embodiment provides that a damping device is arranged on the support device and / or the steel structure, which Prevents damage caused by uncontrolled collisions when setting up the carrying device or when locking. A damping of the load when erecting or putting down the carrying device can thus advantageously be achieved.
  • a line for the flushing is provided on or in the carrying device, the lower connection of the line being connected to the flushing pump and the upper connection being connected to the flushing hose via the hollow cylinder.
  • the power screw connection device is pivotally connected by means of a hinge which is arranged on one side of the power screw connection device or, in a further variant, is connected to the support device such that it can be displaced perpendicular to the axis of the support device.
  • a hinge which is arranged on one side of the power screw connection device or, in a further variant, is connected to the support device such that it can be displaced perpendicular to the axis of the support device.
  • Another possibility is to lift the power screwing device via a coupling with the power turret.
  • the advantage of such a design is that the downhole equipment can also be installed in the borehole with a vertical support device.
  • the hinge can e.g. B. be designed as a welding hinge.
  • the power screwing device can also be mounted in a conventional manner on the work platform.
  • the drilling device is characterized in that a part of the steel structure, preferably one or more corner posts of the steel structure, is designed as a rod storage facility or as a receptacle for rod container. This saves weight and simplifies the entire installation, since fewer components are required, which overall saves costs on the one hand and also enables a modular system to be established on the other.
  • the rod container can also be rotatably mounted about its longitudinal axis.
  • the magazine can be loaded independently of the continuous drilling operation or that there is always a linkage within reach of the linkage handling system for removal.
  • an embodiment which provides that the drilling device and / or the rod storage bearing are mounted on a vehicle or on a trailer and thus the portability and also the flexibility of use are significantly increased.
  • a drilling rig is also claimed, which is characterized in that two or more drilling devices are arranged, which are alternately moved, or rotated, or pivoted over the center of the borehole. This advantageously means that the drilling times are significantly reduced
  • the second drilling device is able to connect the previously loaded rod to the drill string in the borehole and to further drill the hole. This also advantageously creates a drilling rig with which drilling can be carried out almost continuously. Also, only a minimum of drilling personnel is required, since the drilling system according to the invention can be operated almost fully automatically, particularly when handling the rods, casings, etc. Drilling devices that are rotatably mounted do not have to be connected and can be driven separately.
  • a special embodiment of such a drilling system provides that two drilling devices are arranged essentially symmetrically, in particular axially symmetrically, with respect to the center of the borehole, the drilling devices being connected to one another.
  • This connection is preferably accomplished by an essentially kinematic chain, a claw shaft, a rope or a chain.
  • Drilling devices that are rotatably mounted do not have to be connected and can be driven separately.
  • a steel structure is arranged between the two drilling devices, on which the drilling devices can be mutually locked, the drilling devices being connected by means of a rope or chain via a revolving point or a revolving roller, which are arranged in the steel structure.
  • the damping unit z. B. consists of a hydraulic cylinder and a throttle, has the advantage that the load can be damped when setting up or putting down a support device of the drilling devices.
  • the method according to the invention for sinking a bore and for installing drill rods is characterized in that a rod is rolled onto a supporting device of a drilling device according to one of claims 5 to 25, the rotary power head being in an upper position and the grippers of the rod handling device in the carrying device is retracted and then
  • the boom handling device grips the boom as soon as it lies on the carrying device in the intended position.
  • the support device is then set up by means of a lifting device from a horizontal position to a position between 5 ° and 90 °, in a preferred embodiment the support device of a steel structure or in a mast or tower is locked when the vertical or almost vertical position is reached.
  • the power turret is screwed and countered by the drive shaft of the power turret with the linkage and then with the linkage handling device or by means of the linear drive into the upper area of the linkage screwing device, the lower breaking - or counter device of the rod screwing device grasp the lower rod connector of the rod and the holding device holds the strand.
  • the linkage is by means of a rotary head or
  • Rod screwing device screwed to the drill string in the borehole.
  • the boom handling device is retracted into the carrying device and the holding device for the lower linkage connected to the drill bit is opened and the drilling process is started, the power turret being lowered in the guide of the carrying device.
  • a further process step provides that the carrying device is displaced horizontally between the reception of the rod and its preparation for drilling and the screwing to the lower rod, which is what The advantage of this is that a further drilling device can continue to sink the hole.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the rod is removed from a rod storage, in which the drill rod is arranged vertically, by means of a rod handling device, which is integrated in a drilling device according to claim 1, and then screwed to the power turret via the rod connector and in the drilling position brought.
  • the advantage of such a method lies in the fact that the drilling of the borehole can be carried out in a space-saving and energy-saving manner using the integrated drilling device.
  • the linkage storage facility can be removed by a linkage after the linkage has been removed
  • the boom handling device is rotated around its own longitudinal axis until the next boom from the boom storage facility can be reached by the boom handling device.
  • the next linkage is automatically available for the next drilling section in an advantageous manner.
  • the method can advantageously also be designed in such a way that the drilling device is rotated about its longitudinal axis after completion of the one drilling section and release of the torque head from the drill string in the borehole, and a new linkage is then removed from the rod stock storage after the force head has been raised. This clears the center of the borehole and, while the drill handling device of the drilling device is loading a new drill pipe, a second drilling device can sink the hole further.
  • a further method step provides that two or more drilling devices are brought into position around a borehole, alternately a drill pipe is sunk, while one or more of the further drilling devices are prepared for drilling by receiving a drill pipe. Through this mutual play of two or more drilling devices, a higher drilling progress per unit of time can be achieved and the set-up dead times can be reduced.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that a rod is removed from a rod storage stock for the installation of drill rods, while at the same time further rods are fed to the rod storage bearing, which has the advantage that the set-up times can be minimized even more because the loading of the rod storage can be done regardless of the drilling of the hole. This also reduces downtime.
  • the method according to the invention can also be used in the reverse order of the method steps for the expansion of linkage, wherein elevators can also be used, which are arranged below the rotary power head and independently enclose the linkage (the tool joint). This does not pull over the threaded connection.
  • Casings, pipe tours, piping, etc. can also be used instead of rods.
  • the rod storage can be designed as pipe bins or as a finger platform.
  • a boom often consists of several individual boring bars (double or triple stands) that have been screwed together before being parked in the boom storage facility. However, a boom can also consist of only one boring bar (single stands).
  • Figure 1 shows the front view of a support unit with the individual components.
  • Figure 2 shows the support unit in a side view.
  • FIG. 3 contains the top view of a guide of a top drive.
  • Figures 4 and 6 the side and top view of a boom handling device.
  • FIG. 5 shows the side view of a gripper unit along the line A A 'of the boom handling device in FIG. 4.
  • FIG. 7 shows the top view of a power screw connection device.
  • FIG. 8 shows a section through a locking device with an integrated flushing supply
  • FIG. 9 shows the top view of a drilling rig which provides two drilling devices located opposite one another.
  • FIG. 10 shows a side view of a drilling rig according to the invention with two drilling devices;
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of a guidance of the power rotary head in the carrying device 1.
  • FIG. 1 shows a carrying device 1 designed as a “swing arm”, into which a power turret 2, a boom handling device 30 and an iron roughneck 4 are integrated, which is constructed from a breaking and countering device 11 and a holding device 12, the holding device optionally being In order to save weight, for example, it can also be arranged on a work platform outside, for example below, the rocker 1.
  • the rocker 1 can be moved from the horizontal to the vertical by a pivoting device 5 and additionally by means of a Slewing ring 6, which can consist, for example, of a toothed ring, is rotatably mounted about the longitudinal axis in the vertical position of the rocker arm.
  • a carrying device can also be designed only with a swivel device 5 or a slewing ring 6.
  • the connecting element 13 is at its upper end connected to the carrying device 1 via a pivot bearing with bolts 8, at the bottom it sits on d em slewing ring 6.
  • the upper part of the connecting element 13 is designed as an eye in which
  • the bolt 8 of the pivot bearing is mounted.
  • the mounting plate 18 for the lifting device (not shown) is connected to the rotating ring 6 or the connecting element 13, so that the mounting plate 18 is also moved when the drilling device rotates.
  • the power turret 2 is provided with two motors 28 which introduce the torque into the drill pipe via the power turret 2.
  • the power turret 2 is moved parallel to the longitudinal axis 20 of the rocker 1 from top to bottom or from bottom to top, preferably by means of a linear drive (not shown) which is integrated in the rocker 1.
  • an insertion cover 70 for a locking device 60 is firmly connected to the rocker, with which the rocker snaps into a fastening device, not shown, of a steel structure and is locked.
  • a flushing feed device can also be integrated into this locking device. If the drilling device is without
  • the drilling device sits on a displacement device 3, which can be displaced on guides or rails 16 by means of rollers 15.
  • the drilling device sits on a displacement device 3, which can be displaced on guides or rails 16 by means of rollers 15.
  • the power turret 2 is guided on the outside of the rocker arm by means of a receiving plate 25 to which the power turret housing 26 is fastened with the power turret 2.
  • 27 shows the drive shaft of the rotary power head.
  • the guidance of the power rotary head can also be arranged within the carrying device.
  • FIG. 2 shows the side view of a rocker arm 1, which is of rectangular design here, in which the rotary head 2 is guided on the outside of the rocker arm by means of a receiving plate 25, to which the rotary head housing 26 is fastened with the rotary head 2.
  • a support device or swing arm rounded at the corners can also be used.
  • the grippers 37 with which the boom is gripped.
  • the grippers are connected to one another by means of a gripper seat 36.
  • the gripper receptacle 36 can be arranged to be displaceable.
  • the iron roughneck (linkage screwing device) 4 is integrated in the lower area of the rocker 1.
  • no linkage screwing device is integrated; this variant is located on the working platform.
  • a swivel device 5 is shown, which is seated on a rotating device, in this example designed as a slewing ring 6, which is driven by the motor 10.
  • the rotating device is mounted in a pivot bearing 19, here a roller bearing (ball roller bearings or ball bearings are also possible).
  • the slewing ring 6 is seated in a displacement device 3, which is designed as a linear guide and with which the entire rocker 1 can be moved forwards or backwards (to the right or left in FIG. 2), that is to say over the borehole or away from the borehole .
  • the carrying device 1 can also be operated only with a rotating device or a displacement device or a swiveling device or a combination of two of these devices.
  • the lifting device 7 is at the top of the
  • Rod handling device 30 has been shown in simplified form in this example. So an up and down movement cannot be carried out.
  • Mounted guide rails 22 which serve to receive the turret mounting plate 25.
  • this receiving plate 25 consists of a bending structure formed from a U-shaped folding profile, in which the roller axes 24 for the guide rollers 23 are mounted laterally.
  • the power turret housing 26 are also with the
  • the guide rollers 23 are mounted with roller bearings and serve to guide the receiving plate 25 in the linear axis.
  • linear drive (not shown)
  • the linear drive can be implemented using chains as well as ropes.
  • Another possibility would be a lifting device for the receiving plate 25 with the
  • Receiving plate 25 is moved axially to the longitudinal axis of the support device 1.
  • FIGS. 4, 5 and 6 show an exemplary embodiment of a boom handling unit.
  • the boom handling device 30 consists of a pair of scissors 34 to enable the stroke out of the carrying device 1, a linear guide 39 on the upper slide 45 and two gripper units, each consisting of the gripper receptacle 36, the gripper 37 itself, a gripper arm 38, one Expansion cone 41, a mounting plate 46 and rollers for the gripping arm 48.
  • the lifting movement is made possible by a scissor system.
  • the scissors 34 are fixed on one side by fixed bearings 51.
  • rollers 40 are fastened, which lie in guides of the basic slide 35 or upper slide 45.
  • a hydraulic cylinder 33 which is installed in the lower scissor area between the axles on
  • the scissors 34 can be contracted or expanded. In order to facilitate the lifting movement from the bottom dead center, this movement is supported by compression springs 50.
  • the kinematics of the lifting device can also be designed so that lifting out of the dead center is avoided. This can e.g. B. happen that the closed position of the scissors 34 in the Kinematics of the lifting device can also be designed so that lifting out of the dead center is avoided. This can e.g. B. happen that the closed position of the scissors 34 is not chosen essentially parallel to the cylinder, but a residual angle of 15 °, for example, remains.
  • the gripper receptacle 36 is arranged on the upper slide 45 in a linearly movable manner.
  • This gripper seat 36 can be moved parallel to the axis of the carrying device 1 by means of a pneumatic or hydraulic cylinder 32 which is fastened to the upper slide by means of a holder 42.
  • the linear guide 39 enables the rods to be retracted into the screwing and breaking device of the Iron-Roughneck 4.
  • Expansion cone 41 Expansion cone 41, a cylinder 31, a receiving plate 46 for the gripper arms 38 and return springs 49, gripper 37 and rollers 48 for the gripper arms 38 are attached.
  • the grippers 37 can about the lifting ratio of the gripper arm
  • the sheet metal brackets 42 and 43 serve to hold the cylinders 32.
  • reinforcing ribs 47 are used as
  • FIG. 7 shows the top view of a power screw connection device 4.
  • This power screwing device 4 is fastened on a base plate 87 and can be pivoted by means of hinge 81.
  • the power screwing device is fastened to hinges 81, which is connected to the carrying device 1 in order to enable the installation of downhole equipment.
  • the power screwing device is secured by a locking pawl 89 with a lock in order to prevent pivoting away during drilling.
  • the spacer 82 is located between the Base plate of the Iron-Roughneck and the carrying device 1 and also serves as a damping unit in the latched state.
  • the power screwing device 4 does not need to be integrated into the carrying device, B. be arranged on the work platform.
  • FIG. 8 shows a locking device with an integrated flushing supply during the locking process in a special exemplary embodiment of a support device 1 that is combined with a steel structure.
  • This locking device 60 consists of a base body 62, an internal hollow cylinder 67, a cover 65 and the seals 64, 66, 68.
  • the volume flow of the flushing is introduced through the upper opening 71 on the base body (stator) 62.
  • the flushing can, if pressure P ⁇ in the
  • Control pressure chamber 72 is present and the hollow cylinder 67 is in a lower locking position, through which holes 69 enter the interior of the hollow cylinder 67 and are fed to the flushing hose, which is integrated in the carrying device 1, through the opening 75.
  • the hollow cylinder is sealed by the seals 68, 66 and 64.
  • the flushing hose which leads to the flushing pump, is connected to the opening 71 (not shown).
  • the stator 62 is divided into two areas and the areas 64 are sealed accordingly by the seal 64.
  • the first area is the purge pressure area (A) in the purge space 63
  • the second area consists of the control pressure chambers 72 and 73 (B1, B2).
  • the pressure chamber (B1) 72 By actuating the pressure chamber (B1) 72 with P-i, the flushing is supplied via the opening 71 and, at the same time, the support device 1 is locked by moving the hollow cylinder 67 into the insertion cover 70.
  • the insertion cover 70 represents the uppermost part of the carrying device 1.
  • the insertion cover 70 is carried out by means of a seal 74.
  • the flushing connection hose 59 is connected to a connection or coupling piece 58 by means of a connector 57.
  • the connector 58 is attached to the cover 70.
  • the irrigation connection hose 59 leads to the irrigation head.
  • FIG. 9 shows the top view of a drilling position with two drilling devices.
  • the use of two rockers or drilling devices has the advantage that while one drilling device is drilling, the other drilling device can be loaded with a new rod 78 from the rod bearing 79 or can be prepared for screwing with the rod located in the borehole 103.
  • a linkage 78 is gripped from one of the storage facilities 79 in such a way that the rocker is rotated in the vertical position by about 90 ° via the rotating device 6 and then by means of the linkage handling device which is arranged in the linkage handling area 30 in the linkage 1 is, a linkage 78 grips and then rotated back into the original position.
  • the entire system can be moved in a linear guide so far in the direction of the borehole 103 that the linkage is located above the center of the borehole 9.
  • the displacement device is characterized by lateral rollers 15 which are guided on two rails 16. With 90 the corner posts of a steel structure (not shown) are designated, in which the support device 1 is locked by means of the cover 70.
  • the displacement device 3 is, for. B. unnecessary if the support device 1 is loaded in a horizontal position with the linkage.
  • the locking device 60 which is shown in FIG. 8, the flushing is conducted via the insertion cover 70 into the rod or the borehole.
  • the rocker is moved out of the borehole area by means of the displacement device 3 after the locking device 60 has been released from the locking of a steel structure, not shown.
  • a sliding device z. B. a sled can also be used.
  • the boom storage 79 receive the boom 78. They can be designed in such a way that rods of different lengths or different diameters are placed in one receptacle. In this embodiment, three rod storage bearings 79, which are also referred to as receptacles, are erect on both sides of each drilling device. A special
  • Design of a unit consisting of three rod storage bearings 79 is shown on the left side.
  • the rod storage 79 are standing on one Sliding system of rails 95, 96 arranged.
  • the transverse rails 96 are located under the longitudinal rails 95, which are arranged essentially parallel to the displacement device 3.
  • the receptacle 79 for the linkages can be moved in two directions by this displacement system or exchanged with one another.
  • the system is designed with rails 95, 96 both in the longitudinal and in the transverse direction.
  • the recordings have flanged wheels on their underside, through which the linear movements can be carried out safely.
  • the conversion from the longitudinal to the transverse path can take place in particular via turntables 97 or a turntable or via lifting devices (not shown).
  • the holder In the rotary table version, the holder is on a rail system which is installed on a rotating device. In order to move from the longitudinal to the transverse direction, the holder is rotated using a turntable. The holder can now roll into a rear position. In order to get back in the longitudinal direction, the turntable is used again.
  • Another embodiment is a lifting device under the cross conveyor rails 96.
  • the receptacle is moved longitudinally.
  • the cross rail is raised in the changing position from longitudinal to transverse.
  • the longitudinal rollers lift off the rail 95 and the transverse rollers touch the transverse rail 96.
  • the receptacle can be rolled onto the rear web from two longitudinal rails 95.
  • the receptacle 79 has longitudinal and transverse rollers, not shown, which are offset in height in order to be able to be independent of one another in the rail system.
  • FIG. 10 shows a side view of an exemplary embodiment of a drilling system according to the invention when sinking a bore with a
  • the steel structure consists of corner posts 90, only the rear two being shown here, as well as a connecting or cover plate 98, which connects the corner posts 90 to one another and gives the steel structure stability.
  • the locking device 60 is fastened to it, with which a drilling device can be locked on the insertion cover of the carrying device 70.
  • the necessary irrigation hoses are not shown.
  • the connecting plate 98 can also consist of steel beams which are firmly connected to one another.
  • the corner posts 90 can also be constructed from interconnected steel profiles.
  • the steel structure can also be constructed from two, three or more corner posts 90.
  • a work platform or platform 100 can be arranged on the steel structure between the corner posts, which is approximately at the height of the slewing ring 6 or the swivel device 5.
  • a device is attached to the work platform 100, which receives the holding wedges 80. These serve to intercept or hold the rod located in the borehole 103 while loading new rod 78 from the rod bearing 79.
  • the power screwing device 4 is arranged in FIG. 10 on the carrying device 1, specifically in the lower region. In a variant of the drilling system, not shown, the power screwing device is not arranged on the carrying device, but on the work platform 100.
  • the two support devices 1 have simplified
  • Linkage handling devices 30 with which no lifting movement can be carried out. Such an arrangement is also required, for example, when 79 fingers, which are used to hold or lock the rods 78, are arranged such that they can move vertically when the rod storage bearings are upright. In the normal case, however, boom handling devices 30 are used which can perform lifting movements.
  • the boom storage or the boom receptacle 79 are parked side by side on a stage 101. They are filled with linkage 78.
  • the support devices 1 can be moved along the stage 101 via the displacement device 3 by means of the rollers 15 on rails 16.
  • the support devices 1 are also rotatably mounted on slewing rings 6 in order to, for. B. to remove a rod 78 from the rod bearing 79 a 90 turn
  • the pivoting device 5 and the lifting device 7 are not necessary in this case. But it can be used if at another drilling site, e.g. B. be drilled obliquely with only one drilling device or the support device 1 is to be erected for the first time.
  • FIG. 10 shows the right-hand drilling device shortly before the drilling process, and because of the better stability with the steel structure, it passes over the insertion cover 70 and the locking device 60 is detachably connected.
  • Boring bar 14 is already in borehole 103, which is rod handling device 30
  • the second, left-hand drilling device is traveling backwards on the rails 16, that is, away from the borehole (to the left in the illustration), in order to load a new drill rod 78 from one of the rod storage bearings 79 by means of the rod handling device 30.
  • the locking in the steel structure is released.
  • FIG. 11 describes a further exemplary embodiment of a rotary power guide, in which the guide is arranged within the carrying device 1.
  • guide rails 22 are mounted in the support device and serve to receive the lateral guide plates 20 by means of the guide rollers 23.
  • the rollers 23 for the axial movement are mounted on these lateral guide plates 20.
  • These guide rollers 23 are, for. B. roller bearings and lead the entire structure in a linear axis.
  • Gusset plates 21 are welded onto the side guide plates 20, which serve to reinforce the receiving plates.
  • the mounting plate 25 for the top drive is mounted on this welded construction. With the help of a linear drive, the above-mentioned. Arrangement a linear movement can be performed. This linear drive can be driven via chains, ropes or via a fluid technology solution (hydraulic, pneumatic, etc.).
  • a further embodiment according to the invention provides that a boom handling device is not arranged directly on the carrying device (1), but on the power head housing (26) or the mounting plate (25) for the power head housing (26) and coaxial with the longitudinal axis thereof Carrier (1) moves.

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Description

Bohrvorrichtung und Verfahren zum Abteufen einer Bohrung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für eine Bohranlage und eine Bohranlage, die für Explorations- und Förderbohrungen, insbesondere auf Kohlenwasserstofflagerstätten, on- und offshore eingesetzt werden kann, sowie ein Verfahren zum Abteufen einer derartigen Bohrung.
Moderne Bohranlagen nach dem Stand der Technik bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten, wie einem Hebewerk (Drawworks), einer Gestängeverschraubungsvorrichtung (Iron roughneck), einer Arbeitsbühne (Rig floor), einem Gestängehandlingsystem (Pipe handler), einem Gestängevorratslager (Pipe rack), einem Kronenlager (Crown block) mit einem Flaschenzugblock (Travelling block) und einem Kraftdrehkopf (Top drive) sowie einer Gestängerampe (Pipe ramp) und einem Laufsteg (Catwalk) für das Bohrgestänge sowie diversen Hilfseinrichtungen für die Handhabung.
Derartige Bohranlagen haben den Nachteil, dass sie aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, die aufgrund des ständigen Wechsels der Bohrlokalität der Bohranlagen eine aufwendige und teure Logistik sowie umfangreiches Personal benötigen.
Die europäische Offenlegungsschrift 0243210 A2 beschreibt beispielsweise eine herkömmliche Bohrvorrichtung, die modular aufgebaut ist. Sie enthält alle für
Bohrvorrichtungen notwendigen Komponenten, wie einen zerlegbaren Bohrturm, der mittels vier Beinen auf einem verschiebbaren Grundgerüst aufsitzt. Er weist in seinem oberen Teil ein Kronenlager und einen Kraftdrehkopf sowie einen Flaschenzug und in seinem unteren Teil eine Brech- und Kontervorrichtung auf. Ein Teil des Bohrmastes wird mit Hubzylindern aufgerichtet. Auf dem verschiebbaren Grundgerüst ist auch das zwingend notwendige Hebewerk angeordnet, das über Seilzüge über den Kronenblock eine Verbindung zum Kraftdrehkopf herstellt. Des weiteren ist ein schwenkbarer Gestängehandlingausleger vorhanden, der das Gestänge in die Bohrvorrichtung führt. Diese Bohrvorrichtung weist jedoch noch eine Vielzahl von Komponenten auf, die zwar modular angeordnet sind, aber auf- und abgebaut und von Bohrlokalität zu Bohrlokalität transportiert werden müssen. Dazu ist ein erheblicher Personal- und Logistikaufwand notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 sowie eine Bohranlage nach Anspruch 21 sowie ein Verfahren nach den Ansprüchen 26 und 18 vorzuschlagen, womit wesentliche Einsparungen in Bezug auf die Ausrüstung der Bohranlage sowie an Logistik und Personalkosten verbunden sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Aufgabe wird durch eine Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 , eine Bohranlage nach Anspruch 21 und ein Verfahren nach den Ansprüchen 26 oder 28 gelöst.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung besteht aus einer Trageinrichtung, an oder in der ein axial zur Längsachse der Trageinrichtung verschiebbarer Kraftdreh köpf, eine Gestängehandlingvorrichtung, welche senkrecht zur Längsachse der Trageinrichtung bewegbar, insbesondere verschiebbar ist und welche das Bohrgestänge greift, angeordnet sind, wobei die Trageinrichtung im Bereich des Fußes schwenkbar und/oder drehbar gelagert ist.
Die Lagerung des Fußes der Trageinrichtung kann auf oder unter einer Arbeitsbühne einer Bohranlage im Bereich des Bohrkellers oder auf einem Fahrzeug, wie z. B. einer fahrbaren Workover-Anlage, montiert sein. Als Arbeitsbühne kann auch der Boden, d. h. die Geländeoberkante, genutzt werden. Mit einer derartigen Bohrvorrichtung werden die Hauptantriebs- und Handlingskomponenten in einem System vorteilhaft integriert. Dadurch entfallen auch das bei Bohranlagen nach dem Stand der Technik übliche Kronenlager, Traveiling block sowie das Hebewerk. Ebenfalls entfällt die Gestängerampe und der sogenannte Catwalk. Des Weiteren erlaubt diese integrierte Bauweise, den schnellen Transport von einer Bohrlokalität zu einer anderen (Rig move time) sowie das benötigte Bohrpersonal zu vermindern. Es besteht sogar die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung mit Hilfe eines Zeppelins mit der Tragkraft von max. 160 t zu heben und zu versetzen, da diese Bohrvorrichtung wesentlich leichter als eine vergleichbare Bohrvorrichtung nach dem Stand der Technik ist. Vorzugsweise ist die Trageinrichtung in einer Art Schwinge, z. B. in Form einer Kastenkonstruktion, ausgebildet. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass unterhalb der
Gestängehandlingsvorrichtung eine Kraftverschraubungsvorrichtung angeordnet ist, wobei diese eine Haltevorrichtung sowie eine Brech- und Kontervorrichtung aufweist, wobei üblicherweise die Haltevorrichtung unterhalb der Brech- und Kontervorrichtung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es, nur die Brech- und Kontervorrichtung in der Trag- oder an der Trageinrichtung anzuordnen und die Haltevorrichtung z. B. auf oder unter der Arbeitsbühne vorzusehen, um damit das Gewicht der Trageinrichtung zu reduzieren. Die Kraftverschraubungsvorrichtung kann auch auf der Arbeitsbühne angeordnet sein.
Die Bohrvorrichtung kann in einer weiteren Ausgestaltung horizontal verschiebbar angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, eine insbesondere aufrechtstehende Bohrvorrichtung aus dem Bereich des Bohrloches herauszubewegen und darüber hinaus in bezug zu etwaigen Gestängelagern bzw. gegenüber der Bohrlochmitte (Centre line) zu justieren. Weiterhin können vorteilhaft aus mehreren nebeneinander angeordneten Gestängelagern Gestänge entnommen werden.
Am oberen Ende der Trageinrichtung ist eine Verriegelungsvorrichtung angeordnet, die mit einer Stahlbaustruktur, welche vorzugsweise aus einem Turm oder einem Mast besteht, verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche
Verbindungssteifigkeit bzw. Biegesteifigkeit erzielt wird, wobei die Stahlbaustruktur wesentlich einfacher und flexibler als übliche Türme oder Masten aufgebaut sein kann. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Verriegelungseinrichtung aus einem Hohlzylinder besteht, an dem ein Spülungsschlauch angeschlossen und an dem ein Ventil angeordnet ist, um die Spülungszufuhr zu gewährleisten. Gerade wenn die Trageinrichtung geschwenkt wird, ist es vorteilhaft, in die Verriegelungseinrichtung die Spülungszufuhr zu integrieren, so dass quasi automatisch und ohne weiteren Arbeitsschritt die Spülung zur Verfügung steht.
An oder in der Trageinrichtung kann eine Trommel vorgesehen werden, auf die der Spülungsschlauch aufgerollt werden kann, so dass die Gefahr des Abreißens oder anderer Beschädigungen während des Gestängeein- und -ausbaus vermieden wird.
Zum Aufrichten der Trageinrichtung aus der Horizontalen bis in die Vertikale ist eine Hebevorrichtung vorgesehen, die in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung aus einem oder mehreren Hydraulik- oder Pneumatikzylindem besteht oder in einer anderen Variante als Winde ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft auch das Bohren in einem Winkel von 5 ° bis 90 ° zur Geländeoberkante ermöglicht.
Der Kraftdrehkopf der Trageinrichtung kann mittels Linearantrieb verschiebbar ausgebildet sein, wobei der Linearantrieb in oder an der Trageinrichtung angeordnet ist. Als Linearantrieb kann beispielsweise ein Spindelantrieb, ein hydraulischer Antrieb, ein Ketten- oder ein Seilzug eingesetzt werden. Die Führung kann beispielsweise durch eine Gleitschiene, durch Zahnstangen oder Führungsrollen gewährleistet werden. Die Linearvorrichtung besteht aus Antrieb und Führung.
Dies hat den Vorteil, dass sowohl Workoverarbeiten (Aufwältigungsarbeiten), Bohroperationen und Snubbingoperationen (z. B. Rohreinbau) durchgeführt werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung ist in Reichweite der Gestängehandlingvorrichtung ein Gestängevorratslager angeordnet, wobei die einzelnen Gestängerohre in diesem Gestängevorratslager stehend angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Trageinrichtung ohne zusätzliche Vorrichtungen selbständig auf die Gestänge zugreifen kann, um sie anschließend mittels Kraftdrehkopf im Bohrloch abzuteufen.
Die Gestängehandiingeinrichtung komplett oder die Greifer oder die Greiferaufnahme sind axial zur Längsachse der Trageinrichtung verschiebbar, was in vorteilhafter Weise erlaubt, das Gestänge besser handhaben zu können, so z. B. beim Abstellen bzw. Aufnehmen des Gestänges aus dem Gestängevorratslager. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mittels einer derartigen Gestängehandiingeinrichtung Zapfen- und Muffengewinde des Gestängeverbinders in begrenztem Weg zusammenschiebbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stahlbaustruktur eine Arbeitsbühne aufweist, wobei der Drehpunkt und/oder der Schwenkpunkt der Trageinrichtung oberhalb oder unterhalb der Arbeitsbühne angeordnet ist.
Durch die vielfachen Variationsmöglichkeiten der Bohrvorrichtung wird es möglich, die Bohrvorrichtung an die örtlichen Gegegenheiten der Bohrlokalität anzupassen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass an der Trageinrichtung und/oder der Stahlbaustruktur eine Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, welche verhindert, dass beim Aufstellen der Trageinrichtung bzw. bei der Arretierung Beschädigungen durch unkontrolliertes Aufeinandertreffen verursacht werden. Somit kann ein Abdämpfen der Last beim Errichten oder beim Ablegen der Trageinrichtung vorteilhaft erzielt werden.
An oder in der Trageinrichtung ist eine Leitung für die Spülung vorgesehen, wobei der untere Anschluß der Leitung mit der Spülungspumpe und der obere Anschluß über den Hohlzylinder mit dem Spülungsschlauch verbunden ist. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise die Integration einer zusätzlichen Einheit, nämlich der Spülungsversorgung der Bohrung, in die Trageinrichtung.
Die Kraftverschraubungsvorrichtung ist in einer besonderen Ausgestaltung mittels Scharnier, welches an einer Seite der Kraftverschraubungsvorrichtung angeordnet ist, schwenkbar verbunden oder in einer weiteren Variante derart mit der Trageinrichtung verbunden, dass sie senkrecht zur Achse der Trageinrichtung verschiebbar ist. Eine weitere Möglichkeit ist das Heben der Kraftverschraubeinrichtung über eine Kopplung mit dem Kraftdrehkopf. Der Vorteil einer derartigen Ausführung liegt darin, dass das Downhole-equipment (Untertageausrüstung) auch bei einer senkrecht stehenden Trageinrichtung ins Bohrloch eingebaut werden kann. Das Scharnier kann z. B. als Schweißscharnier ausgebildet sein. Die Kraftverschraubungsvorrichtung kann auch in konventioneller Weise auf der Arbeitsbühne montiert werden.
Die Bohrvorrichtung ist in einer weiteren Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Stahlbaustruktur, vorzugsweise eine oder mehrere Eckstiele der Stahlbaustruktur, als Gestängevorratslager oder als Aufnahme für Gestängebehälter ausgebildet sind. Hierdurch wird Gewicht gespart, die gesamte Einrichtung vereinfacht, da weniger Bauteile benötigt werden, was insgesamt einerseits eine Kosteneinsparung und andererseits auch die Etablierung eines Baukastensystems ermöglicht. Das Gestängevorratslager bzw. die Aufnahme für einen
Gestängebehälter kann bei dieser Ausgestaltung auch um seine Längsachse drehbar gelagert sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Beladung des Magazins unabhängig vom kontinuierlichen Bohrbetrieb erfolgen kann bzw. zur Entnahme sich immer ein Gestänge in Greifnähe des Gestängehandlingsystems befindet. Besonders vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung, die vorsieht, dass die Bohreinrichtung und/oder das Gestängevorratslager auf einem Fahrzeug oder auf einen Anhänger montiert sind und damit die Transportierbarkeit und auch die Flexibilität des Einsatzes deutlich erhöht werden.
Beansprucht wird auch eine Bohranlage, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei oder mehrere Bohrvorrichtungen angeordnet sind, die abwechselnd über die Mitte des Bohrloches bewegt, oder gedreht, oder geschwenkt werden. In vorteilhafter Weise wird dadurch erreicht, dass die Bohrzeiten wesentlich verringert werden
können, da eine Bohrvorrichtung beladen werden kann, während eine andere Bohrvorrichtung die Bohrung weiter abteuft. Da sich die ladende Bohrvorrichtung während des Ladevorganges nicht über dem Bohrloch befindet, ist die zweite Bohrvorrichtung in der Lage, das vorher geladene Gestänge mit dem Bohrstrang im Bohrloch zu verbinden und die Bohrung weiter abzuteufen. Dadurch wird auch in vorteilhafter Weise eine Bohranlage geschaffen, mit der nahezu kontinuierlich gebohrt werden kann. Auch wird nur ein Minimum an Bohrpersonal benötigt, da die erfindungsgemäße Bohranlage inbesondere bei der Handhabung der Gestänge, Casings etc. fast vollautomatisch gefahren werden kann. Bohrvorrichtungen, die drehbar gelagert sind, müssen nicht verbunden sein und können separat angetrieben werden.
Eine besondere Ausgestaltung einer derartigen Bohranlage sieht vor, dass zwei Bohrvorrichtungen im wesentlichen symmetrisch, insbesondere achssymmetrisch, zur Bohrlochmitte angeordnet sind, wobei die Bohrvorrichtungen miteinander verbunden sind. Diese Verbindung wird in bevorzugter Weise durch eine im wesentlichen kinematische Kette, eine Klauenwelle, ein Seil oder eine Kette bewerkstelligt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der Energieaufwand für das Ablegen einer schwenkbaren Bohrvorrichtung bei gleichzeitigem Aufrichten einer weiteren Bohrvorrichtung, wobei beide Achsen der Bohrvorrichtungen parallel verlaufen, reduziert werden kann. Bohrvorrichtungen, die drehbar gelagert ssind, müssen nicht verbunden sein und können separat angetrieben werden.
Diese Vorteile können auch erzielt werden, wenn zwischen den beiden Bohrvorrichtungen eine Stahlbaustruktur angeordnet ist, an der die Bohrvorrichtungen wechselseitig arretierbar sind, wobei die Bohrvorrichtungen mittels Seil oder Kette über einen Umlaufpunkt oder eine Umlaufrolle, die in der Stahlbaustruktur angeordnet sind, verbunden sind. Durch die Anordnung einer Dämpfungseinrichtung an den Trägereinrichtungen der Bohrvorrichtungen oder der Stahbaustruktur, wobei die Dämpfungseinheit z. B. aus einem Hydraulikzylinder und einer Drossel besteht, hat den Vorteil, dass die Last beim Errichten oder beim Ablegen einer Trageinrichtung der Bohrvorrichtungen abgedämpft werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abteufen einer Bohrung sowie sowie zum Einbau von Bohrgestänge ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gestänge auf eine Trageinrichtung einer Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 25 gerollt wird, wobei sich der Kraftdrehkopf in einer oberen Stellung befindet und die Greifer der Gestängehandlingvorrichtung in die Trageinrichtung eingefahren sind und dann
die Gestängehandlingvorrichtung das Gestänge greift, sobald dieses auf der Trageinrichtung in der vorgesehenen Position liegt. Anschließend wird die Trageinrichtung mittels Hebeeinrichtung von einer waagerechten in eine Position zwischen 5 ° und 90 ° aufgestellt, wobei in einer bevorzugten Ausführung bei Erreichen der vertikalen oder nahezu vertikalen Position die Trageinrichtung einer Stahlbaustruktur bzw. in einem Mast oder Turm arretiert wird. Während des Hebens der Trageinrichtung oder nach Arretierung der Trageinrichtung wird der Kraftdrehkopf durch die Antriebswelle (Drive-shaft) des Kraftdrehkopfes mit dem Gestänge verschraubt und gekontert und anschließend mit der Gestängehandlingvorrichtung oder mittels des Linearantriebes in den oberen Bereich der Gestängeverschraubungsvorrichtung eingefahren, wobei die untere Brech- oder Kontervorrichtung der Gestängeverschraubungsvorrichtung den unteren Gestängeverbinder des Gestänges fassen und die Haltevorrichtung den Strang hält. Dann wird das Gestänge mittels Kraftdrehkopf oder
Gestängeverschraubungseinrichtung mit dem Bohrstrang im Bohrloch verschraubt. Die Gestängehandlingvorrichtung wird wieder in die Trageinrichtung eingefahren und die Haltevorrichtung für das untere, mit dem Bohrmeißel verbundene Gestänge geöffnet und der Bohrvorgang gestartet, wobei der Kraftdrehkopf in der Führung der Trageinrichtung abgesenkt wird. Durch ein derartiges Verfahren kann eine Bohrung mit einer integrierten Bohreinrichtung flexibel und schnell mit einer kleinen Bohrcrew durchgeführt werden.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass die Trageinrichtung zwischen der Aufnahme des Gestänges und dessen Vorbereitung zum Bohren und der Verschraubung mit dem unteren Gestänge horizontal verschoben wird, was den Vorteil hat, dass eine weitere Bohreinrichtung unterdessen die Bohrung weiter abteufen kann. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Gestänge aus einem Gestängevorratslager, in dem das Bohrgestänge senkrecht angeordnet ist, mittels Gestängehandlingvorrichtung, welche in eine Bohreinrichtung nach Anspruch 1 integriert ist, entnommen und anschließend über den Gestängeverbinder mit dem Kraftdrehkopf verschraubt und in Bohrposition gebracht wird. Der Vorteil eines derartigen Verfahrens liegt darin, dass mit der integrierten Bohrvorrichtung das Abteufen einer Bohrung platz- und energiesparend durchgeführt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann das Gestängevorratslager nach der Entnahme eines Gestänges durch die
Gestängehandiingeinrichtung so weit um die eigene Längsachse gedreht werden, bis das nächste Gestänge aus dem Gestängevorratslager von der Gestängehandiingeinrichtung greifbar ist. Somit steht in vorteilhafter Weise für den nächsten Bohrabschnitt automatisch das nächste Gestänge zur Verfügung.
Das Verfahren kann vorteilhaft auch dahingehend ausgestaltet werden, dass die Bohrvorrichtung nach Abschluß des einen Bohrabschnittes und Lösen des Drehkraftkopfes vom Bohrstrang im Bohrloch um ihre Längsachse gedreht und anschließend mittels Gestängehandiingeinrichtung nach Hochfahren des Kraftdrehkopfs ein neues Gestänge aus dem Gestängevorratslager entnommen wird. Somit wird die Bohrlochmitte frei und während die Gestängehandiingeinrichtung der Bohrvorrichtung ein neues Gestänge lädt, kann eine zweite Bohrvorrichtung die Bohrung weiter abteufen. Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass zwei oder mehrere Bohrvorrichtungen um ein Bohrloch in Stellung gebracht werden, wobei abwechselnd ein Bohrgestänge abgeteuft wird, während ein oder mehrere der weiteren Bohrvorrichtungen durch Aufnahme eines Gestänges zum Bohren vorbereitet werden. Durch dieses wechselseitige Spiel von zwei oder mehreren Bohrvorrichtungen kann ein höherer Bohrfortschritt pro Zeiteinheit erreicht und die Rüsttotzeiten vermindert werden.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass für den Einbau von Bohrgestänge aus einem Gestängevorratslager ein Gestänge entnommen wird, während gleichzeitig das Gestängevorratslager mit weiteren Gestängen beschickt wird, was den Vorteil hat, dass die Rüstzeiten noch stärker minimiert werden können, weil das Beschicken des Gestängevorratslagers unabhängig vom Abteufen der Bohrung erfolgen kann. Dies reduziert auch die Bohrstillstandszeiten. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren in umgekehrter Reihenfolge der Verfahrensschritte auch zum Ausbau von Gestänge verwendet werden, wobei auch Elevatoren zum Einsatz kommen können, die unterhalb des Kraftdreh kopfes angeordnet sind und selbstständig das Gestänge (den Tool-Joint) umschließen. Dadurch wird nicht über die Gewindeverbindung gezogen.
Statt Gestänge können auch Casings, Rohrtouren, Verrohrungen usw. verwendet werden. Das Gestängevorratslager kann als Pipe bins oder als Fingerbühne ausgebildet sein. Ein Gestänge besteht häufig aus mehreren einzelnen Bohrstangen (double oder triple Stands), die bereits vor Abstellen im Gestängevorratslager zusammengeschraubt worden sind. Allerdings kann ein Gestänge auch aus nur einer Bohrstange (Single Stands) bestehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Komponenten werden anhand der Figuren 1 bis 11 erläutert.
Figur 1 stellt die Vorderansicht einer Trageinheit mit den einzelnen Komponenten dar.
Figur 2 zeigt die Trageinheit in der Seitenansicht.
Figur 3 enthält die Draufsicht einer Führung eines Kraftdrehkopfes (Top drive).
Figuren 4 und 6 die Seiten- bzw. Draufsicht einer Gestängehandlingvorrichtung.
Figur 5 zeigt die Seitenansicht einer Greifereinheit entlang der Linie A A' der Gestängehandlingvorrichtung in Figur 4.
In Figur 7 ist die Draufsicht auf eine Kraftverschraubungsvorrichtung dargestellt.
Einen Schnitt durch eine Verriegelungsvorrichtung mit integrierter Spülungszufuhr weist die Figur 8 auf, die Abbildung 9 zeigt die Draufsicht einer Bohranlage, die zwei sich gegenüberliegende Bohrvorrichtungen vorsieht.
Figur 10 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohranlage mit zwei Bohrvorrichtungen; Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Führung des Kraftdrehkopfes in der Trageinrichtung 1. Figur 1 zeigt eine als „Schwinge" ausgeführte Trageinrichtung 1 , in die ein Kraftdrehkopf 2, eine Gestängehandlingvorrichtung 30 und ein Iron-Roughneck 4 integriert sind, der aus einer Brech- und Kontervorrichtung 11 sowie einer Haltevorrichtung 12 aufgebaut ist, wobei optional die Haltevorrichtung, um z. B. Gewicht zu sparen, auch außerhalb, z. B. unterhalb der Schwinge 1 , an einer Arbeitsplattform angeordnet sein kann. Die Schwinge 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Schwenkvorrichtung 5 von der Horizontalen in die Vertikale umlegbar und zusätzlich über einen Drehkranz 6, der z. B. aus einem Zahnkranz bestehen kann, um die Längsachse in Vertikalstellung der Schwinge drehbar gelagert. Selbstverständlich kann eine derartige Tragvorrichtung auch nur mit einer Schwenkvorrichtung 5 oder einem Drehkranz 6 ausgeführt sein. Das Verbindungselement 13 ist an seinem oberen Ende mit der Trageinrichtung 1 über ein Schwenklager mit Bolzen 8 verbunden, unten sitzt sie auf dem Drehkranz 6 auf. Dabei ist der obere Teil des Verbindungselementes 13 als Auge ausgebildet, in dem
der Bolzen 8 des Schwenklagers gelagert ist. Oberhalb der Verschiebevorrichtung 3 ist die Aufnahmeplatte 18 für die Hubvorrichtung (nicht dargestellt) mit dem Drehkranz 6 oder dem Verbindungselement 13 verbunden, so dass die Aufnahmeplatte 18 bei einer Drehbewegung der Bohrvorrichtung mitbewegt wird.
Der Kraftdrehkopf 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Motoren 28 versehen, die über den Kraftdrehkopf 2 das Drehmoment in das Bohrgestänge einleiten. Der Kraftdrehkopf 2 wird parallel zur Längsachse 20 der Schwinge 1 von oben nach unten bzw. von unten nach oben, vorzugsweise mittels eines Linearantriebes (nicht dargestellt), der in die Schwinge 1 integriert ist, bewegt.
Am oberen Ende der Schwinge 1 ist ein Einführungsdeckel 70 für eine Verriegelungsvorrichtung 60 mit der Schwinge fest verbunden, mit der die Schwinge in eine nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung einer Stahlbaustruktur einrastet und verriegelt wird. Optional kann in diese Verriegelungsvorrichtung auch eine Spülungszuführungsvorrichtung integriert werden. Wird die Bohrvorrichtung ohne
Stahlbaustruktur eingesetzt, wie z. B. bei flachen Bohrungen, entfällt die Verriegelungsvorrichtung 60 wie auch der Einführungsdeckel 70.
Die Bohrvorrichtung sitzt auf einer Verschiebevorrichtung 3, die mittels Rollen 15 auf Führungen bzw. Schienen 16 verschoben werden kann. Die Bohrvorrichtung sitzt auf einer Verschiebevorrichtung 3, die mittels Rollen 15 auf Führungen bzw. Schienen 16 verschoben werden kann. In diesem Beispiel wird der Kraftdrehkopf 2 außen an der Schwinge mittels eines Aufnahmeblechs 25 geführt, an der das Kraftdrehkopfgehäuse 26 mit dem Kraftdrehkopf 2 befestigt ist. 27 zeigt die Antriebswelle des Kraftdreh köpf es. Als Alternative (nicht dargestellt) kann die Führung des Kraftdrehkopfes auch innerhalb der Trageinrichtung angeordnet sein.
Figur 2 zeigt die Seitenansicht einer hier rechteckig ausgeführten Schwinge 1 , bei der der Kraftdrehkopf 2 außen an der Schwinge mittels eines Aufnahmebleches 25 geführt wird, an der das Kraftdrehkopfsgehäuse 26 mit dem Kraftdrehkopf 2 befestigt wird. Selbstverständlich kann auch eine an den Ecken abgerundete Trageinrichtung bzw. Schwinge verwendet werden. Im Bereich der Gestängehandlingvorrichtung 30 befinden sich die Greifer 37, mit denen das Gestänge gegriffen wird. Die Greifer sind mittels einer Greiferaufnahme 36 miteinander verbunden. Die Greiferaufnahme 36 kann verschiebbar angeordnet sein. Im unteren Bereich der Schwinge 1 ist der Iron- Roughneck (Gestängeverschraubungsvorrichtung) 4 integriert. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Schwinge 1 ist keine Gestängeverschraubungsvorrichtung integriert; diese befindet sich in dieser Variante auf der Arbeitsbühne. Am Fuß der Schwinge 1 ist eine Schwenkvorrichtung 5 dargestellt, die auf einer Drehvorrichtung, in diesem Beispiel als Drehkranz 6 ausgeführt, aufsitzt, welcher durch den Motor 10 angetrieben wird. Die Drehvorrichtung ist in einem Drehlager 19, hier einem Wälzlager (Kugelrollenlager oder Kugellager sind auch möglich), gelagert. Der Drehkranz 6 sitzt in einer Verschiebungsvorrichtung 3, die als Linearführung ausgebildet ist und mit der die gesamte Schwinge 1 nach vorn bzw. hinten (in der Figur 2 nach rechts bzw. links), also über das Bohrloch oder vom Bohrloch weg, verschoben werden kann. Je nach Anwendungser ordernissen kann die Trageinrichtung 1 auch nur mit einer Drehvorrichtung oder einer Verschiebungsvorrichtung oder einer Schwenkvorrichtung oder einer Kombination von zwei dieser Vorrichtungen betrieben werden.
Die Aufnahmeplatte 18 für die Hubvorrichtung 7, die hier als Teleskopzylinder ausgeführt ist, dient als dessen Halterung. Die Hubvorrichtung 7 ist oben an der
Trageinrichtung angelenkt (nicht winkelgetreu dargestellt). Die
Gestängehandlingsvorrichtung 30 ist in diesem Beispiel vereinfacht dargestellt worden. So kann eine Auf- und Abbewegung nicht ausgeführt werden. Führungsschienen 22 montiert, die zur Aufnahme des Kraftdrehkopf- Aufnahmebleches 25 dienen. Dieses Aufnahmeblech 25 besteht in diesem Beispiel aus einer aus einem U-förmigen Abkantprofil gebildeten Biegekonstruktion, in der seitlich die Rollenachsen 24 für die Führungsrollen 23 montiert werden. An dem Aufnahmeblech 25 sind des weiteren das Kraftdrehkopfsgehäuse 26 mit der
Antriebswelle 27 des Kraftdrehkopfes montiert. Diese Welle befindet sich während des Bohrens über der Mitte des Bohrloches 9.
Die Führungsrollen 23 sind mit Wälzlagern gelagert und dienen zur Führung des Aufnahmebleches 25 in linearer Achse.
Mit Hilfe eines Linearantriebes (nicht dargestellt) kann durch diese oben genannte Anordnung eine Linearbewegung des Aufnahmebleches ermöglicht werden. Der Linearantrieb kann sowohl über Ketten als auch über Seile realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Hebevorrichtung für das Aufnahmeblech 25 mit dem
Kraftdrehkopfsgehäuse 26 mittels eines Hydraulikzylinders, mit der ebenfalls das
Aufnahmeblech 25 axial zur Längsachse der Trageinrichtung 1 bewegt wird.
Die Figuren 4, 5, und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine Gestängehandling- Einheit. Die Gestängehandlingvorrichtung 30 besteht aus einer Schere 34, um den Hub aus der Trageinrichtung 1 heraus zu ermöglichen, aus einer Linearführung 39 auf dem Oberschlitten 45 und aus zwei Greifereinheiten, bestehend jeweils aus der Greiferaufnahme 36, dem Greifer 37 selbst, einem Greiferarm 38, einem Spreizkegel 41 , einer Aufnahmeplatte 46 sowie Rollen für den Greifarm 48.
Die Hubbewegung wird in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Scherensystem ermöglicht. Die Schere 34 ist auf der einen Seite durch Festlager 51 fixiert. Auf der anderen Seite der Schere 34 sind Rollen 40 befestigt, die in Führungen des Grundschlittens 35 oder Oberschlittens 45 liegen. Durch einen Hydraulikzylinder 33, der im unteren Scherenbereich zwischen den Achsen eingebaut ist, und zwar an
einer losen und an einer fixierten Seite der Schere 34, kann die Schere 34 zusammengezogen oder geweitet werden. Um die Hubbewegung aus dem unteren Totpunkt zu erleichtern, wird diese Bewegung über Druckfedern 50 unterstützt. Die Kinematik der Hubeinrichtung kann auch so gestaltet werden, dass das Herausheben aus dem Totpunkt vermieden wird. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass als Endlage nicht die geschlossene Stellung der Schere 34 im Kinematik der Hubeinrichtung kann auch so gestaltet werden, dass das Herausheben aus dem Totpunkt vermieden wird. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass als Endlage nicht die geschlossene Stellung der Schere 34 im wesentlichen parallel zum Zylinder gewählt wird, sondern ein Restwinkel von beispielsweise 15 ° verbleibt.
Um das Abstellen der Gestänge (Pipes) 78 zu erleichtern, ist auf dem Oberschlitten 45 die Greiferaufnahme 36 linear verfahrbar angeordnet. Über einen Pneumatikoder Hydraulikzylinder 32, der mittels einer Halterung 42 an dem Oberschlitten befestigt ist, kann diese Greiferaufnahme 36 parallel zur Achse der Trageinrichtung 1 bewegt werden. Außerdem besteht durch die Linearführung 39 die Möglichkeit des Einfahrens der Gestänge in die Verschraub- und Brechvorrichtung des Iron- Roughneck 4.
An der Greiferaufnahme 36 in Figur 4 und 5 sind an den jeweiligen Enden ein
Spreizkegel 41 , ein Zylinder 31 , eine Aufnahmeplatte 46 für die Greifarme 38 sowie Rückstellfedern 49, Greifer 37 und Rollen 48 für die Greiferarme 38 befestigt.
Durch das Ansteuern des Zylinders 31 , auf dessen Kolbenstange der Spreizkegel 41 befestigt ist, wird der untere Bereich der Greiferarme 38 über die Rollen 48 auseinandergedrückt und dementsprechend der obere Bereich der Greiferarme 38 zusammengefahren. Die Greifer 37 können über das Hebeverhältnis des Greiferarms
38 eine ausreichende Kraft erzeugen, um das Gestänge (nicht dargestellt) zu halten.
Die Blechhalterungen 42 und 43 dienen zur Aufnahme der Zylinder 32. Um einer Verdrehung der Schere 34 entgegenzuwirken, sind Verstärkungsrippen 47, als
Knotenbleche ausgeführt, vorgesehen. Allerdings können auch andere
Gestängehandlingsvorrichtungen eingesetzt werden.
In Figur 7 ist die Draufsicht einer Kraftverschraubungsvorrichtung 4 dargestellt. Diese Kraftverschraubungsvorrichtung 4 ist auf einer Grundplatte 87 befestigt und kann mittels Scharnier 81 geschwenkt werden.
Die Kraftverschraubungsvorrichtung ist an Scharnieren 81 befestigt, die mit der Trageinrichtung 1 verbunden ist, um den Einbau von Downhole Equipment zu ermöglichen. Gesichert wird die Kraftverschraubungsvorrichtung durch eine Verriegelungsklinke 89 mit einem Schloß, um ein Wegschwenken während des Bohrens zu verhindern. Der Abstandshalter 82 befindet sich zwischen der Grundplatte des Iron-Roughneck und der Trageinrichtung 1 und dient gleichzeitig als Dämpfungseinheit im eingeklinkten Zustand.
Insbesondere bei der nur drehbaren Ausführung einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung braucht die Kraftverschraubungsvorrichtung 4 nicht in die Trageinrichtung integriert zu sein, sondern kann z. B. auf der Arbeitsplattform angeordnet sein.
Figur 8 zeigt in einem besonderen Ausführungsbeispiel bei einer Trageinrichtung 1 , die mit einer Stahlbaustruktur kombiniert ist, eine Verriegelungsvorrichtung mit integrierter Spülungszufuhr während des Verriegelungsvorganges. Diese Verriegelungsvorrichtung 60 besteht aus einem Grundkörper 62, einem innenliegenden Hohlzylinder 67, einem Deckel 65 sowie den Dichtungen 64, 66, 68. Der Volumenstrom der Spülung wird durch die obere Öffnung 71 am Grundkörper (Stator) 62 eingeleitet. Die Spülung kann, wenn Druck P^ in der
Steuerungsdruckkammer 72 ansteht und sich der Hohlzylinder 67 in einer unteren Verriegelungsstellung befindet, durch die Bohrungen 69 in den Innenraum des Hohlzylinders 67 gelangen und dem Spülschlauch, der in der Trageinrichtung 1 integriert ist, durch die Öffnung 75 zugeführt werden. Der Hohlzylinder wird durch die Dichtungen 68, 66 und 64 abgedichtet. An der Öffnung 71 wird (nicht dargestellt) der Spülungsschlauch angeschlossen, der zur Spülungspumpe führt.
Der Stator 62 ist in zwei Bereiche geteilt und durch die Dichtung 64 wird eine entsprechende Abdichtung der Bereiche vorgenommen. Der erste Bereich ist der Spülungsdruckbereich (A) in dem Spülungsraum 63, der zweite Bereich besteht aus den Steuerungsdruckkammern 72 und 73 (B1 , B2). Durch das Ansteuern der Druckkammer (B1) 72 mit P-i wird die Spülung über die Öffnung 71 zugeführt und gleichzeitig die Trageinrichtung 1 durch Einfahren des Hohlzylinders 67 in den Einführungsdeckel 70 verriegelt. Der Einführungsdeckel 70 stellt den obersten Teil der Trageinrichtung 1 dar. Die Abdichtung zwischen Verriegelungseinrichtung 60 und
dem Einführungsdeckel 70 erfolgt mittels einer Dichtung 74. Auf der Innenseite des Deckels 70 ist der Spülungsverbindungsschlauch 59 mittels eines Verbinders 57 an einem Verbindungs- oder Kupplungsstück 58 angeschlossen. Das Verbindungs- oder Kupplungsstück 58 ist an dem Deckel 70 befestigt. Der Spülungsverbindungsschlauch 59 führt zum Spülkopf. Durch das Ansteuern der Druckkammer (B2) 73 mit P2 wird die Trageinrichtung 1 durch das Herausfahren des Hohlzylinders 67 aus dem Einführungsdeckel 70 der Trageinrichtung 1 entriegelt und die Spülung unterbrochen, da die obere Nocke 75 des Hohlzylinders 67 in den oberen Bereich des Stators 62 eingeführt und durch eine Dichtung 61 im Stator ein Strömungsabriß erfolgen kann.
In Figur 9 ist die Draufsicht auf eine Bohrlage mit zwei Bohrvorrichtungen skizziert. Die Verwendung von zwei Schwingen bzw. Bohrvorrichtungen hat den Vorteil, dass während die eine Bohrvorrichtung bohrt, die andere Bohrvorrichtung mit neuem Gestänge 78 aus dem Gestängevorratslager 79 beladen bzw. für die Verschraubung mit dem im Bohrloch 103 befindlichen Gestänge vorbereitet werden kann. Das Greifen eines Gestänges 78 aus einem der Vorratslager 79 erfolgt derart, dass die Schwinge in senkrechter Position über die Drehvorrichtung 6 um ca. 90° gedreht wird und dann mittels der Gestängehandlingvorrichtung, die in dem Gestänge-Handling- Bereich 30 in der Schwinge 1 angeordnet ist, ein Gestänge 78 greift und anschließend wieder in die ursprüngliche Position zurückgedreht wird. Mittels einer Verschiebevorrichtung 3 kann die gesamte Anlage in einer Linearführung so weit in Richtung Bohrloch 103 gefahren werden, dass das Gestänge sich über der Bohrlochmitte 9 befindet. Die Verschiebevorrichtung ist durch seitliche Rollen 15 gekennzeichnet, die auf zwei Schienen 16 geführt werden. Mit 90 sind die Eckstiele einer Stahlbaustruktur (nicht dargestellt) bezeichnet, in die die Trageinrichtung 1 mittels des Deckels 70 arretiert wird. Die Verschiebevorrichtung 3 ist z. B. entbehrlich, wenn die Tragvorrichtung 1 in horizontaler Lage mit dem Gestänge beschickt wird. Über die Verriegelungsvorrichtung 60, die in Figur 8 abgebildet ist, wird die Spülung über den Einführungsdeckel 70 in das Gestänge bzw. das Bohrloch geleitet. Nach dem Bohrvorgang wird die Schwinge mittels der Verschiebevorrichtung 3 aus dem Bohrlochbereich gefahren, nachdem die Verriegelungsvorrichtung 60 aus der nicht dargestellten Arretierung einer Stahlbaustruktur gelöst worden ist. Als Verschiebevorrichtung kann z. B. auch ein Schlitten eingesetzt werden.
Die Gestängevorratslager 79 nehmen das Gestänge 78 auf. Sie können derart ausgebildet sein, dass Gestänge unterschiedlicher Länge oder unterschiedlichen Durchmessers in einer Aufnahme abgestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf beiden Seiten jeder Bohrvorrichtung drei Gestängevorratslager 79 aufrecht aufgestellt, die auch als Aufnahme bezeichnet werden. Eine besondere
Ausgestaltung einer Einheit aus drei Gestängevorratslagern 79 ist auf der linken Seite aufgezeigt. Hierbei sind die Gestängevorratslager 79 stehend auf einem Verschiebesystem aus Schienen 95, 96 angeordnet. In diesem Beispiel befinden sich die Querschienen 96 unter den Längsschienen 95, die im wesentlichen parallel zur Verschiebevorrichtung 3 angeordnet sind. Die Aufnahme 79 für die Gestänge können mittels dieses Verschiebesystems in zwei Richtungen verschoben oder untereinander ausgetauscht werden. Das System ist mit Schienen 95, 96 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung ausgestaltet. Die Aufnahmen verfügen über Spurkranzrollen an ihrer Unterseite, über welche die linearen Bewegungen sicher durchgeführt werden können. Das Umsetzen von der Längs-auf die Querbahn kann insbesondere über Drehtische 97 oder Drehscheibe oder über Hubeinrichtungen (nicht dargestellt) erfolgen. Bei der Drehtisch-Ausführung steht die Aufnahme auf einem Schienensystem, welches auf einer Drehvorrichtung installiert ist. Um von der Längs- in die Querrichtung zu gelangen, wird die Aufnahme mittels Drehtisch gedreht. Die Aufnahme kann nun in eine hintere Position rollen. Um wieder in Längsrichtung zu gelangen, wird erneut mittels Drehtisch gedreht.
Eine weitere Ausführungsform ist eine Hubeinrichtung unter den Querförderschienen 96. Die Aufnahme wird längs verschoben. In der Wechselposition von längs auf quer wird die Querschiene angehoben. Die Längsrollen heben von der Schiene 95 ab und die Querrollen setzen auf die Querschiene 96 auf. Nun kann die Aufnahme auf die hintere Bahn aus zwei Längsschienen 95 gerollt werden. Die Aufnahme 79 verfügt über nicht dargestellte Längs-und Querrollen, die höhenversetzt sind, um im Schienensystem voneinander unabhängig sein zu können.
Die Figur 10 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Bohranlage beim Abteufen einer Bohrung mit einer
Stahlbaustruktur.
Die Stahlbaustruktur besteht aus Eckstielen 90, wobei hier nur die hinteren beiden dargestellt sind sowie einer Verbindungs- bzw. Abdeckplatte 98, die die Eckstiele 90 miteinander verbindet und der Stahlbaustruktur Stabilität verleiht. Darüber hinaus ist an ihr die Verriegelungsvorrichtung 60 befestigt, mit der eine Bohrvorrichtung am Einführungsdeckel der Trageinrichtung 70 arretiert werden kann. Die notwendigen Spülungsschläuche sind nicht dargestellt. Die Verbindungsplatte 98 kann auch aus fest miteinander verbundenen Stahlträgern bestehen. Auch die Eckstiele 90 können aus miteinander verbundenen Stahlprofilen aufgebaut sein. Auch kann die Stahlbaustruktur aus zwei, drei oder mehreren Eckstielen 90 aufgebaut sein. An der Stahlbaustruktur zwischen den Eckstielen kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel, eine Arbeitsplattform bzw. -bühne 100 angeordnet sein, die sich in etwa in Höhe des Drehkranzes 6 oder der Schwenkvorrichtung 5 befindet. An der Arbeitsbühne 100 ist eine Vorrichtung befestigt, die die Haltekeile 80 aufnimmt. Diese dienen zum Abfangen bzw. Halten des im Bohrloch 103 befindlichen Gestänges während des Ladens von neuem Gestänge 78 aus dem Gestängelager 79.
Die Kraftverschraubungsvorrichtung 4 ist in Figur 10 an der Trageinrichtung 1 , und zwar im unteren Bereich angeordnet. In einer nicht dargestellten Variante der Bohranlage ist die Kraftverschraubungsvorrichtung nicht an der Trageinrichtung, sondern auf der Arbeitsbühne 100 angeordnet.
Die beiden Trageinrichtungen 1 weisen vereinfachte
Gestängehandlingsvorrichtungen 30 auf, mit denen keine Hubbewegung durchgeführt werden kann. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise auch dann geboten, wenn bei aufrecht stehenden Gestängevorratslagern 79 Finger, die zum Halten oder Arretieren der Gestänge 78 dienen, vertikal beweglich angeordnet sind. Im Normalfall werden jedoch Gestängehandlingsvorrichtungen 30 verwendet, die Hubbewegungen ausführen können.
Die Gestängevorratslager bzw. die Gestängeaufnahme 79 sind auf einer Bühne 101 nebeneinander abgestellt. Sie sind mit Gestänge 78 gefüllt.
Die Trageinrichtungen 1 sind über die Verschiebevorrichtung 3 mittels der Rollen 15 auf schienen 16 entlang der Bühne 101 verschiebbar.
Die Trageinrichtungen 1 sind auch über Drehkränze 6 drehbar gelagert, um z. B. zur Entnahme eines Gestänges 78 aus dem Gestängelager 79 eine 90 -Drehung
auszuführen. Die Schwenkvorrichtung 5 und die Hubvorrichtung 7 sind in diesem Falle entbehrlich. Sie ist aber dann einsetzbar, wenn an einer anderen Bohrlokalität, z. B. mit nur einer Bohrvorrichtung, schräg gebohrt werden oder die Trageinrichtung 1 erstmals aufgerichtet werden soll.
Die Figur 10 zeigt die rechte Bohrvorrichtung kurz vor dem Bohrvorgang, wobei sie aufgrund der besseren Stabilität mit der Stahlstruktur über den Einführungsdeckel 70 und die Verriegelungseinrichtung 60 lösbar verbunden ist. Die Bohrstange 14 befindet sich schon in dem Bohrloch 103, die Gestängehandlingsvorrichtung 30 ist
jedoch noch nicht in die Trageinrichtung eingefahren. Die zweite, linke Bohrvorrichtung fährt gerade auf den Schienen 16 nach hinten, also vom Bohrloch weg (in der Abbildung nach links), um eine neue Bohrstange 78 aus einem der Gestängevorratslager 79 mittels der Gestängehandlingseinrichtung 30 zu laden. Die Arretierung in der Stahlbaustruktur ist gelöst.
Figur 11 beschreibt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kraftdrehkopfführung, bei der die Führung innerhalb der Trageinrichtung 1 angeordnet ist. In dieser Ausführungsvariante werden in der Trageinrichtung Führungsschienen 22 montiert, die mittels der Führungsrollen 23 zur Aufnahme der seitlichen Führungsbleche 20 dienen. An diesen seitlichen Führungsblechen 20 sind die Rollen 23 für die Axialbewegung montiert. Diese Führungsrollen 23 sind z. B. wälzgelagert und führen die gesamte Struktur in linearer Achse. Auf den seitlichen Führungsblechen 20 sind Knotenbleche 21 angeschweißt, die der Verstärkung der Aufnahmebleche dienen. An dieser Schweißkonstruktion wird das Aufnahmeblech 25 für den Kraftdrehkopf (Top Drive) montiert. Mit Hilfe eines Linearantriebes kann durch diese o. g. Anordnung eine Linearbewegung durchgeführt werden. Dieser Linearantrieb kann sowohl über Ketten, Seile oder über eine fluidtechnische Lösung (hydraulisch, pneumatisch etc.) angetrieben werden.
Eine weitere erfindungsgemäße, nicht dargestellte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Gestängehandlingsvorrichtung nicht an der Trageinrichtung (1) direkt, sondern an dem Kraftdrehkopfgehäuse (26) oder dem Aufnahmeblech (25) für das Kraftdrehkopfgehäuse (26) angeordnet ist und sich mit diesem coaxial Längsachse der Trageinrichtung (1) bewegt. Bezugszeichenliste
1 Trageinrichtung
2 Kraftdrehkopf (Top Drive)
3 Verschiebevorrichtung
4 Kraftverschraubungsvorrichtung
5 Schwenkvorrichtung
6 Drehkranz
7 Hubvorrichtung
8 Schwenklager mit Bolzen
9 Bohrlochmitte (Center Line)
10 Motor für den Antrieb des Drehkranzes (6)
11 Brech- und Kontervorrichtung der Kraftverschraubungsvorrichtung (4)
12 Haltevorrichtung der Kraftverschraubungsvorrichtung (4)
13 Verbindungselement zwischen Schwenkvorrichtung und
Verschiebevorrichtung (3)
14 Gestänge/Bohrstange
15 Rollen der Verschiebeeinrichtung
16 Schiene oder Führung für die Rollen (15)
18 Aufnahmeplatte für die Hubvorrichtung
19 Drehlager 0 Seitliche Führungsbleche 1 Verstärkungsbleche 2 Führungsschiene an der Trageinrichtung (1) 3 Führungsrolle 4 Rollenachse 5 Aufnahmeblech 6 Kraftdrehkopf-Gehäuse 7 Antriebswelle des Kraftdrehkopf 8 Motor für den Kraftdrehkopf (62)
0 Gestängehandlingvorrichtung
31 Greifzylinder
32 Linearzylinder
33 Hebezylinder
34 Schere
35 Grundschlitten Greiferaufnahme Greifer Greiferarme Linearführung Rollen für Schere Spreizkegel Halterung Halterung Halterung Oberschlitten Aufnahmeplatte Knotenbleche Rollen für Greifarme Rückstellfedern Unterstützungsfedern Festlager Verbinder Verbindungs- oder Kupplungsstück Spülungsverbindungsschlauch Verriegelungsvorrichtung obere Dichtung Grundkörper (Stator) der Verriegelungsvorrichtung (60) Spülungsraum obere Zylinderabdichtung Deckel untere Zylinderabdichtung Hohlzylinder Dichtung Spülungszufuhrbohrung Einführungsdeckel der Trageinrichtung (1 ) Öffnung für die Spülungszufuhr in die Verriegelungsvorrichtung Steuerungsdruckkammer oben (B1) Steuerungsdruckkammer unten (B2) Abdichtung zwischen Hohlzylinder (67) und Trageinrichtung (1) Öffnung des Hohlzylinders (67) Gestänge Gestängevorratslager 80 Haltekeile (Slips) von Roughneck
81 Scharnier
82 federgedämpfer Abstandshalter
87 Adapterplatte für Aufnahme der Kraftverschraubungsvorrichtung (4)
89 Verriegelungsklinke mit Schloß
90 Eckstiele der Stahlbaustruktur
91 Plattform der Stahlbaustruktur
95 Schiene, parallel zur Verschiebevorrichtung (3)
96 Schiene, quer zur Schiene (95)
97 Drehtisch
98 Verbindungs- bzw. Halteplatte der Stahlbaustruktur
100 Arbeitsbühne
101 Bühne mit Schiene (95)
102 Ständer für die Bühne (101)
103 Bohrloch

Claims

Patentansprüche
1. Bohrvorrichtung, bestehend aus einer Trageinrichtung, an der oder in der
a) ein axial zur Längsachse der Trageinrichtung verschiebbarer
Kraftdrehkopf und
b) eine Gestängehandlingvorrichtung, welche senkrecht zur Längsachse der Trageinrichtung bewegbar ist und welche das Bohrgestänge greift, angeordnet sind,
wobei die Trageinrichtung im Bereich des Fußes schwenkbar und/oder drehbar gelagert ist.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Gestängehandlingvorrichtung eine
Kraftverschraubungsvorrichtung angeordnet ist, die aus einer Haltevorrichtung und einer Brech- und Kontervorrichtung besteht.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brech- und Kontervorrichtung in der Trageinrichtung und die Haltevorrichtung vorzugsweise in oder unter einer Arbeitsbühne angeordnet sind.
4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüchel bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung in horizontaler Richtung verschiebbar angeordnet ist.
5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüchel bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Trageinrichtung eine Verriegelungsvorrichtung angeordnet ist, die mit einer Stahlbaustruktur, vorzugsweise einem Turm oder einem Mast, verbunden ist.
6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung aus einem Hohlzylinder besteht, an dem ein Spülungsschlauch angeschlossen und an dem ein Ventil angeordnet ist, um die
Spülungszufuhr zu gewährleisten.
7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Trageinrichtung eine Trommel angeordnet ist, auf die der
Spülungsschlauch aufgerollt werden kann.
8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hebevorrichtung für das Aufrichten der Trageinrichtung aus der
Horizontalen bis in die Vertikale vorgesehen ist.
9. Bohrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung aus einem oder mehreren Hydraulik- oder
Pneumatikzylindern besteht.
10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung aus einer Winde besteht.
11. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftdrehkopf mittels Linearvorrichtung verschiebbar ist, der in oder an der Trageinrichtung angeordnet ist.
12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Reichweite der Gestängehandlingvorrichtung ein Gestängevorratslager angeordnet ist, wobei die einzelnen Gestängerohre in dem
Gestängevorratslager stehend angeordnet sind.
13. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestängehandiingeinrichtung oder die Greifer oder die Greiferaufnahme axial zur Längsachse der Trageinrichtung verschiebbar angeordnet sind.
14. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbaustruktur eine Arbeitsbühne aufweist, wobei der Drehpunkt und/oder der Schwenkpunkt der Trageinrichtung oberhalb oder unterhalb der Arbeitsbühne angeordnet ist.
15. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trageinrichtung und/oder der Stahlbaustruktur eine Dämpfungseinrichtung angeordnet ist.
16. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in der Trageinrichtung eine Leitung für die Spülung vorgesehen ist, wobei der untere Anschluß der Leitung mit dem integrierten Spülkopf des
Kraftdrehkopfes und der obere Anschluß über den Hohlzylinder mit dem Spülungsschlauch zur Spülungspumpe verbunden ist.
17. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftverschraubungsvorrichtung mit der Trageinrichtung mittels eines Schamieres, welches an einer Seite der Kraftverschraubungsvorrichtung angeordnet ist, schwenkbar verbunden oder derart mit der Trageinrichtung verbunden ist, dass sie senkrecht zur Achse der Trageinrichtung verschiebbar ist oder über eine Kopplung mit dem Kraftdrehkopf gehoben werden kann.
18. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Stahlbaustruktur, vorzugsweise eine oder mehrere Eckstieie der Stahlbaustruktur, als Gestängevorratslager oder als Aufnahme für einen
Gestängebehälter ausgebildet sind.
19. Bohrvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestängevorratslager um seine Längsachse drehbar ist.
20. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung und/oder das Gestängevorratslager auf ein Fahrzeug oder einen Anhänger montiert ist.
21. Bohranlage dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Bohrvorrichtungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 angeordnet sind, die abwechselnd über die Mitte des Bohrloches beweg- oder dreh- oder schwenkbar sind.
22. Bohranlage nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bohn/orrichtungen annähernd symmetrisch zur Bohrlochmitte angeordnet sind, wobei die Bohrvorrichtungen miteinander verbunden sind.
23. Bohranlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung der Bohrvorrichtungen durch eine im wesentlichen kinematische Kette, vorzugsweise einem Seil oder einer Kette geschaffen wird.
24. Bohranlage nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Bohrvorrichtungen eine Stahlbaustruktur angeordnet ist, an der die Bohrvorrichtungen wechselseitig arretierbar sind, wobei die Bohrvorrichtungen mittels Seil oder Kette über einen Umlaufpunkt oder eine Umlaufrolle, die in der Stahlbaustruktur angeordnet ist, verbunden sind.
25. Bohranlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungseinrichtung an den Trägereinrichtungen der Bohrvorrichtungen oder der Stahlbaustruktur angeordnet ist, wobei die
Dämpfungseinheit vorzugsweise aus einem Hydraulikzylinder und einer Drossel besteht.
26. Verfahren zum Abteufen einer Bohrung mittels einer Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
a) ein Gestänge auf eine Trageinrichtung einer Bohrvorrichtung gerollt wird, wobei sich der Kraftdrehkopf in einer oberen Stellung befindet und die
Greifer der Gestängehandlingvorrichtung in die Trageinrichtung eingefahren sind und dann
b) die Gestängehandlingvorrichtung das Gestänge greift, sobald dieses auf der Trageinrichtung in der vorgesehenen Position liegt.
c) Anschließend wird die Trageinrichtung mittels Hebevorrichtung von einer waagerechten in eine Position zwischen 5 ° und 90 ° aufgestellt.
d) Während des Hebens der Trageinrichtung wird der Kraftdrehkopf durch die Antriebswelle (Drive Shaft) des Kraftdreh kopfes mit dem Gestänge verschraubt und gekontert und anschließend mit der Gestängehandlingvorrichtung oder mittels des Linearantriebes in den oberen Bereich der Kraftverschraubungsvorrichtung eingefahren, wobei die Brech- und Kontervorrichtung der Kraftverschraubungsvorrichtung den unteren Gestängeverbinder des Gestänges faßt und die Haltevorrichtung den Strang hält.
e) Dann wird das Gestänge mittels Kraftdrehkopf oder Kraftverschraubungsvorrichtung mit dem Bohrstrang im Bohrloch verschraubt.
f) Die Gestängehandlingvorrichtung wird wieder in die Trageinrichtung eingefahren und die Haltevorrichtung für das untere, mit dem Bohrmeißel verbundene Gestänge geöffnet und der Bohrvorgang gestartet, wobei der Kraftdrehkopf in der Führung der Trageinrichtung abgesenkt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung mittels Hebevorrichtung in eine vertikale oder nahezu vertikale Position aufgestellt wird, wobei bei Erreichen dieser Position die Trageinrichtung in einer Stahlbaustruktur, insbesondere in einem Mast oder Turm arretiert wird, und dass die folgenden Verfahrensschritte d) bis f) auch nach der Arretierung der Trageinrichtung durchgeführt werden.
28. Verfahren zum Abteufen einer Bohrung mittels einer Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge aus einem Gestängevorratslager, in dem das Bohrgestänge aufrecht angeordnet ist, mittels der Gestängehandlingvorrichtung, welche in eine Bohrvorrichtung integriert ist, entnommen und anschließend mittels Gestängeverbinder mit dem Kraftdrehkopf verschraubt und in die Bohrposition gebracht wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestängevorratslager nach der Entnahme eines Gestänges durch die Gestängehandiingeinrichtung so weit um die eigene Längsachse gedreht wird, bis das nächste Gestänge aus dem Gestängevorratslager von der Gestängehandiingeinrichtung greifbar ist.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung nach Abschluß eines Bohrabschnittes und Lösen des Drehkraftkopfes vom Bohrstrang im Bohrloch um ihre Längsachse gedreht wird und anschließend mittels Gestängehandiingeinrichtung nach Hochfahren des Kraftdreh kopfes ein neues Gestänge aus dem Gestängevorratslager entnimmt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Bohrvorrichtungen um ein Bohrloch in Stellung gebracht werden, wobei abwechselnd ein Bohrgestänge abgeteuft wird, während ein oder mehrere der weiteren Bohrvorrichtungen durch Aufnahme eines weiteren
Gestänges zum Bohren vorbereitet werden.
32. Verfahren nach Anspruch 28 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Gerätevorratslager ein Gestänge entnommen wird, während gleichzeitig das Gestängevorratslager mit weiteren Gestängen beschickt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung nach der Aufnahme des Gestänges und dessen Vorbereitung zum Bohren und vor der Verschraubung mit dem unteren Gestänge im Bohrloch horizontal verschoben wird.
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