NO340639B1 - Apparat for flytting av boreutstyr samt fremgangsmåte for håndtering av en boreanordning - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse angår en posisjoneringsinnretning som er særlig egnet for bruk i olje- og gassindustrien. Spesielt angår oppfinnelsen en posisjoneringsinnretning som i større grad enn kjente posisjoneringsinnretninger sørger for en mer hensiktsmessig posisjonering av boreverktøy og med mindre fare for riggpersonell.

Oppfinnelsens bakgrunn

I olje- og gassindustrien brukes en borestreng fra en borerigg til å bore et borehull. Borestrengen er typisk sammensatt av borerør og en bunnhullstreng, der sistnevnte innbefatter borkronen, vektrør, og andre borerelaterte verktøy. En auto-matisert anordning generelt kjent som en "Jern-boreassistent" kan benyttes til å sette inn og ta ut gjengete borerørlengder i en borestreng. Jern-Boreassistenter har vært brukt i boreindustrien i mange år og er vanlig handelsvare hos mange leverandører. For eksempel blir flere Jern-Boreassistenter fremstilt og markedsført av National Oilwell, L.P. in Houston, Texas.

En Jern-Boreassistent omfatter generelt en todelt skrunøkkelenhet og en spinnerenhet. Spinneren roterer en borerørlengde i forhold til en annen rørlengde for enten å skru tappenden av borerørskoplingen til den første borerørlengden inn i muffeenden av borerørskoplingen til den andre borerørlengden, eller til å skru løs borerørskoplingene til de to borerørlengdene. Skrunøkkelenheten fremskaffer det nødvendige dreiemoment for sammenkoplingen eller fråkoplingen. Den nedre skrunøkkelen, som virker som en sikrings- eller støttenøkkel, griper borerørskop-lingen til borerøret som henger i rotasjonsbordet eller rørkoplingshylsen. Den øvre skrunøkkelen griper borerørskoplingen til røret som henger i boretårnet og på-trykker enten det avsluttende sammenskruingsmoment eller det innledende løs-skruingsmoment på koplingen.

Fra tid til annen under boreoperasjoner må Jern-Boreassistenten flyttes mellom forskjellige steder på riggen, innbefattende brønnens midtlinje, én eller flere rørkoplingshylser, og en parkerings- eller lagringsstilling. Flytting av Jern-Boreassistenten kan være vanskelig på grunn av enhetens vekt og størrelse. Eksisterende Jern-Boreassistenter kan monteres på en tralle som løper på et par parallelle skinner. Problemet med denne utformingen er at dersom et flertall av steder er ønskelig, så som en rørkoplingshylse og midtlinje-sentreringsstillingen, er det nødvendig med flere skinnespor. Jo flere skinnespor på dekket, dess flere faresituasjoner blir riggpersonalet utsatt for under inn- og utkjøring av borestrengen. Hvis det er ønskelig med atkomst til en annen rørkoplingshylse, så kan det være tre skinnesporsett som alle konvergerer til et enkelt punkt.

En annen type av Jern-Boreassistent-posisjoneringsinnretning er en tele-skopisk arm, eller saksarm. Denne armtypen benytter hydraulikk til å skyve boreassistenten ut til det ønskete sted. Disse teleskoparmene er dyre og tunge, og de tar stor plass når de er inntrukket i lagret eller parkert stilling.

En tredje type Jern-Boreassistent-posisjoneringsinnretning er en parallello-gramopphengningsinnretning der Jern-Boreassistenten er opphengt i boretårnet og en parallellogram innretning svinger Jern-Boreassistenten i stilling. Ifølge en annen variant henger Jern-Boreassistenten fra en arm som er montert på en C-formet posisjoneringsinnretning. Problemene forbundet med disse innretninger er at avstanden fra armroten til røret er meget kort, Jern-Boreassistenten fortsetter å svinge etter at den er brakt i stilling (tyngdekraften brukes til å holde den vertikalt). Det er vanskelig å installere Jern-Boreassistenten, Jern-Boreassistenten er tung, og Jern-Boreassistenten lar seg ikke lett justere til fremtidige stillinger.

Mange av disse kjente innretningene bruker hydrauliske sylindere for løfting og understøtting av Jern-Boreassistentene og er således utsatt for svikt ved syl-indrene eller en kraftsvikt. Det er følgelig et behov for et system som har lav vekt, som er kompakt, som lett lar seg installere, forflytting av Jern-Boreassistentene. Et slikt system kunne også brukes med andre boreverktøy eller -utstyr som er tunge og/eller vanskelig lar seg flytte rundt på boreriggen.

US 4274778 A omtaler et apparat for håndtering av vektrør og rørlengder og består av en hydraulisk mekanisert "boretårnmann" og "boretårndekkhånd" og tilhørende gripebrett-låsestenger og som alle er innrettet for fjernstyring av plasse-ringen av rørlengdene i et boretårn, både i innretning med rotasjonsbordet og fullstendig plassert innen stativfingerne. Rørstativhåndteringsmekanismen er kjennetegnet ved leddede armer som kan forlenges ved hjelp av aktuatorapparatet anordnet fullstendig innen begrensningen derav for kompakthet.

US 4548544 A omtaler en ekstraksjonsarm for en støpeform maskin som til-veiebringer forbedret lineær bevegelse av kloen opplagret av armen. Armen innbefatter et støtteparti, et kneparti, et kloparti, og to underarmsammenstillinger. En første underarmsammenstilling sammenkopler støttepartiet og knepartiet og en andre underarmsammenstilling sammenkopler knepartiet og klopartiet. De to underarmsammenstillinger danner hver et bøyelig parallellogram, og konstruksjo-nen er anordnet for å opprettholde de to bøyelige parallellogrammene i generelt den samme form gjennom bevegelse av armen. Klopartiet er derfor geometrisk transportert langs en lineær bane i forhold til støttepartiet.

US 4234150 A omtaler en forlengbar leddet manipulatorarm hvor den distale ende er bevegelig i en rett linje i forhold til den proksimale ende derav. Den leddede arm innbefatter en første arm som innbefatter et første parallellogram ledd og en andre arm som innbefatter et andre parallellogram ledd. De tilstøtende ender av parallellogram leddene er drivforbundet til hverandre hvorved rotasjon av den første arm omkring den første endestøtte forandrer geometrien av det første parallellogram ledd som igjen bevirker en tilsvarende forandring i geometrien til det andre parallellogram ledd, og derved bevirker bevegelse av den distale ende av den andre arm i en rett linje i forhold til den proksimale ende av den første arm.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås med et apparat for flytting av boreutstyr omfattende: en søyle festet til et boredekk;

en søyleføring festet til søylen;

i det minste én parallellogramarm festet til søyleføringen ved et første forbindelsespunkt;

kjennetegnet ved at den i det minste ene parallellogramarm omfatter et strekkledd, en nedre støttearm, en øvre støttearm, ettrykkledd, og en lastoverføringsforbind-else, hvori den øvre støttearm og nedre støttearm er forbundet ved et synkronisert tannsett, en rulleforbindelse, en tapp- og sliss-forbindelse, eller et synkronisert ledd, og

en boreanordning festet til parallellogramarmen ved et andre forbindelses-punkt.

Foretrukne utførelsesformer av apparatet er videre utdypet i kravene 2 til og med 6.

Videre oppnås målene med foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte for håndtering av en boreanordning omfattende: fastgjøring av en søyle til et boredekk;

fastgjøring av en søyleføring til søylen;

festing av i det minste en parallellogramarm til søyleføringen ved et første forbindelsespunkt,

kjennetegnet ved at den i det minste ene parallellogramarm omfatter et strekkledd, en nedre støttearm, en øvre støttearm, et trykk-ledd, og en

lastoverføringsforbindelse, hvori den øvre støttearm og den nedre støttearm er forbundet ved hjelp av et synkronisert tannsett, en rulleforbindelse, en tapp- og sliss-forbindelse, eller et synkronisert ledd;

festing av boreanordningen til parallellogramarmen ved et andre forbindelsespunkt; og

å forlenge og/eller å tilbaketrekke parallellogramarmen for å håndtere boreanordningen.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er vider utdypet i kravene 8 til og med 11.

Oppfinnelsen angår en anordning for å bevege en Jern-Boreassistent i stilling for å tillate innsetting og uttaking av gjengete rørlengder i en borestreng. Jern-Boreassistenten kan plasseres rundt brønnens midtlinje, så vel som en eller flere rørkoplingshylser. En selvballansert, synkronisert dobbeltparallellogramarm brukes til å oppnå denne bevegelsen til innretningene. Hydrauliske eller pneumatiske sylindere brukes for utskyving og inntrekking av armen istedenfor å understøtte tyngden av verktøyet. Armen holder verktøyet i hvilken som helst stilling uten syl-inderhjelp. Dessuten holder armen innretningen i vertikal stilling ved alle utskyvningspunkter. Videre beveger armen innretningen parallelt med boredekket. Leddmekanismen i det synkroniserte parallellogrammet kan oppnås ved bruk av tannsett (engelsk: gears), ledd, slisser, eller ruller. Anordningen kan også brukes til å bevege annet utstyr i stilling rundt boreriggen, så som brønnens midtlinje eller rør-koplingshylsene.

Kort beskrivelse av tegningene

De følgende figurer utgjør en del av den foreliggende beskrivelse og er tatt med for ytterligere å vise visse aspekter ved den foreliggende beskrivelse. Oppfinnelsen vil bli bedre forstått i tilknytning til en eller flere av disse figurer kombinert med den detaljerte beskrivelse av spesielle utføringsformer som her fremsettes. Fig. 1 er et isometrisk riss av arm- og Jern-Boreassistent-sammenstillingen.

Fig. 2 er et profilriss av arm- og Jern-Boreassistent-sammenstillingen.

Fig 3A og 3B viser den synkroniserte tannsettarmforbindelsen i inntrukket og utskjøvet stilling. Fig. 4A og 4 B viser den synkroniserte rullearmforbindelsen i inntrukket og utskjøvet stilling.. Fig. 5A og 5B viser den synkroniserte tapp- og- slissearmforbindelsen i inntrukket og utskjøvet stilling. Fig. 6A og 6B viser den synkroniserte leddarmforbindelsen i inntrukket og utskjøvet stilling.

Beskrivelse av illustrerende utføringsformer

De følgende eksempler er ment å vise foretrukne utføringsformer av oppfinnelsen. Fagmenn på området vil forstå at de teknikker som fremgår av eksemp-lene som følger representerer teknikker som oppfinneren har funnet å virke bra ved utøvelse av oppfinnelsen og således kan anses å utgjøre foretrukne måter for dens utøvelse. Fagmenn på området vil imidlertid, i lys av den foreliggende beskrivelse, innse at det kan gjøres mange endringer i de spesielle utføringsformer som er vist, og fremdeles oppnå det samme eller et lignende resultat uten å avvike fra oppfinnelsens omfang og ånd. Dessuten vil det av den foreliggende beskrivelse fremgå at selv om den foreliggende beskrivelse er omtalt i de følgende avsnitt i forbindelse med en Jern-Boreassistent på en borerigg, er posisjoneringsinnretnin-gen ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til posisjoneringsverktøy på en borerigg.

Fig. 1 representerer et isometrisk riss av en utføringsform av oppfinnelsen. Armsammenstillingen 10 omfatteren søyle 12 som bæreren søyleføring 11. Søyl-ens^ basis omfatter en stamme 48 som kan stikkes inn i en holder på boredekket, samt et lager 14 som brukes for rotasjon. Istedenfor en stamme kan basisen bare ha en flens som boltes fast til boredekket eller kan ganske enkelt sveises til boredekket. Til søyleføringen 11 er det festet minst én parallellogramarm, som omfatter et strekkledd 20, en nedre støttearm 22, en øvre støttearm 24, samt et trykkledd 26. Den øvre og nedre støttearm 24,22 kan være festet ved hjelp av én av flere mekanismer som vist i fig. 3-6.

Festemidlene kan bestå av en tannsettarmforbindelse 28 (fig. 3A-3B), rulle-armforbindelse 30 (fig. 4A-4B), tapp- og slissearmforbindelse 32 (fig. 5A-5B), eller en leddarmforbindelse 34 (fig. 6A-6B). Lastoverføringsforbindelsen 29 virker til å feste sammen de forskjellige støttearmer og ledd. En utskyvnings-/inntrekkings-sylinder 38 brukes til å føre armen ut til forskjellige avstander fra den vertikale lagringsstillingen. Hvis flere enn én arm benyttes, kan én eller flere avstivere brukes til å forbinde dem.

Ved enden av den øvre belastningsstøttearmen 24 og trykkleddet 26 er det en verktøy- eller skrunøkkelbrakett 36. Festet til verktøybraketten er Jern-Boreassistenten som omfatter en spinner 42, en øvre skrunøkkel 44, og en nedre skrunøkkel 46. En spinnerbrakett 40, og fjærer 56, kan også være tilstede. Spin-nerbraketten 40 og fjærene 56 brukes til å sikre at alle ruller på spinneren 42 be-rører røret, og tillater spinneren å bevege seg nedover røret når borerørskoplingen settes sammen. Hvis spinneren åpnes, vil den bevege seg tilbake bort fra røret.

For å heve og senke armsammenstillingen langs søylen 12, benyttes en løftesylinder 13 som vist i fig. 2. Løftesylinderen 13 er fortrinnsvis hydraulisk drevet. En fagmann på området vil imidlertid innse at sylinderen 13 også kan være pneumatisk drevet. Løftesylinderen 13 kan heve søyleføringen 11 til en høyde som bestemmes av en elektrisk stopper 54 hvis en programmerbar logisk styring (PLS) brukes med en sensor for å bestemme rørforbindelsens beliggenhet. En manuell stopper kan også benyttes uten behov for en PLS. For eksempel for å styre avstanden fra søylen 12 til Jern-Boreassistenten, kan en mekanisk stopper 58 brukes. Det kan være flere enn én stopper 58 for armens ulike stillinger, så som brønnens midtlinje, eller koplingshylsen. Armsammenstillingen 10 kan inn-befatte både elektriske og mekaniske stoppere.

Et styrepanel 50 for innstilling av dreiemoment kan brukes til å styre armens ulike bevegelser. En hydraulikkenhet 51 kan inneholde ventiler og solenoider for de forskjellige hydraulikkslangene som trengs til å styre de ulike funksjonene til Jern-Boreassistenten og armen. Slangene (ikke vist) som brukes til Jern-Boreassistenten kan være festet til armene ved hjelp av klips 52 for å få en sikrere og ryddigere vei ut til boreassistenten.

Armforbindelsene 62 kan omfatte messinglagre, plastlager, smøringsfrie

lagre, og/eller foringer og trykkhylser. Armforbindelsene 62 omfatter forbindelsene på verktøybraketten 36, lastoverføringsforbindelsen 29, og de som forbinder armene med søyleføringen 11 (ikke alle forbindelsene er angitt med henvisningstall på figurene).

Armsammenstillingen 10 ifølge foreliggende oppfinnelse er selvballansert, hvilket gjør det mulig å føre armen til en bestemt stilling og forbli stabil (stasjonær) uten behov for en posisjoneringssylinder 68. Armen trenger heller ikke å støttes av en sylinder. Sylindrane 38 er bare nødvendige for utskyving eller inntrekking av armen. Dette er en fordel fordi armen kunne falle eller etterlates i utskjøvet stilling, hvis en støttesylinder eller krafttilførselen skulle svikte. Dette har både sikkerhets-messige og økonomiske konsekvenser, ettersom en fallende arm kunne skade folk eller utstyr, og en utskjøvet, ikke inntrukket arm kan selv vanskeliggjøre bore-operasjonen ved å blokkere boredekket.

Et annet trekk ved en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen, er evnen til å bevege Jern-Boreassistenten til alle armens utskyvningspunkter, samtidig som den holdes i en konstant, vertikal stilling. Når Jern-Boreassistenten således er montert på armen og orientert i riktig vertikal stilling, er det ikke nødvendig med noen ytterligere justeringer for å gripe borerørlengdene i deres normale posisjoner. Ettersom Jern-Boreassistenten alltid er vertikal, i motsetning til de kjente innretninger som henger og svinger, kaster man ikke bort tid på å vente på at Jern-Boreassistenten skal slutte å svinge før den kan gripe røret.

Et ytterligere trekk ved armen er evnen til å bevege Jern-Boreassistenten parallelt med boredekket. I motsetning til enkelte av de kjente systemer som henger og svinger, gir armen ifølge den foreliggende oppfinnelse ytterligere sikker-het ved å holde jern-boreassistenten i samme avstand fra boredekket ved alle punkter, slik at røret kan settes sammen ved hovedsakelig den samme høyde.

I en utføringsform av foreliggende oppfinnelse som vist i fig. 3A og 3B, er festemidlene for den øvre og nedre støttearm 24, 22 et synkronisert tannsett 28. Armene til de andre utføringsformer av foreliggende oppfinnelse som ovenfor beskrevet har typisk et bevegelsesområde mellom ca. 0° og 60°, hvor 0° er den vertikale, inntrukne stillingen vist i fig. 3A. Den synkroniserte tannsettarmen er ikke begrenset til 60° - den er bare begrenset til antall "tenner" i tannsettene vist i fig. 3A og 3B.

En andre utføringsform som anvender en rulleforbindelse 30 er vist i fig. 4A og 4B. En rulle kan brukes fordi det aldri forekommer en oppadrettet kraft, bare en nedadrettet kraft. Rullen er fortrinnsvis laget av stål. Rullen ruller om en utstrakt flate på den øvre støttearm 24 under armens bevegelse.

En tredje utføringsform anvender en festeinnretning i form av en tapp 32 og slisse 33 som vist i fig. 5A og 5B. Slissen 33 kan være en åpen slisse som vist i fig. 5A-b, men bruk av en mekanisk stopper 58 (som vist i fig. 1og 2) er nødvendig for å hindre at armene kommer fra hverandre. Det er også mulig å benytte en lukket slisse (ikke vist) som ikke ville kreve en mekanisk stopper. Tappen 32 glir i slissen 33 under armens bevegelse. En fjerde utføringsform benytter et synkronisert ledd 34 som vist i fig. 6A og 6B.

I alle de ovenfor beskrevne utføringsformer kan hele parallellogramarmen være invertert, det vil si snudd 180° om sin lengdeakse, slik at lastoverføringsfor-bindelsen 29 befinner seg hovedsakelig på bunnen av parallellogramarmen.

Den ønskete arbeidshøyde over boredekket er typisk ca. 30 tommer. Det meste av tiden er Jern-Boreassistentens arbeidshøyde ca. 30 tommer til ca. 60 tommer. Armene ifølge den foreliggende oppfinnelse har typisk en horisontal rekkevidde på ca. 55 tommer til ca. 8 fot. Dersom det er ønskelig med større rekkevidde, kan lengre støttearmer og ledd benyttes.

Armene og leddene er forbundet ved bruk av foringer og tapper eller pinner 62. Armforbindelsene 62 kan omfatte messinglagre, plastlager, smøringsfrie lagre, trykkhylser og/eller foringer - foringene er typisk bronse eller plast og pinnene er rustfritt stål. Armforbindelsene 62 omfatter forbindelsene på verktøybraketten 36, lastoverføringsforbindelsen 29, og de som forbinder armene med søyleføringen 11 (ikke alle forbindelsene er angitt med henvisningstall på figurene).

Dersom friksjonsmotstanden er lav nok, kan armen utskyves og inntrekkes ved bruk av konvensjonelle, ikke-hydrauliske midler som for eksempel å la en rigg-operatør manuelt trekke eller skyve armen i stilling. Den foretrukne utføringsform benytter imidlertid en eller flere hydraulikksylindere 38 for å overvinne friksjons-motstand for å bevege armen mellom forskjellige stillinger rundt riggdekket.

Armen ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes til å posisjonere andre former for utstyr på en rigg, så som en slamkasse, foringsrørtang, gjengepasta-påføringsinnretning, og sentreringsarm. Slike innretninger er velkjente innen boreindustrien. Utstyret kan monteres direkte på posisjoneringsarmen ifølge foreliggende oppfinnelse, eller på Jern-Boreassistenten som allerede er festet til posisjoneringsarmen. Slamkassen brukes ved trekking av våte strenger, for å oppnå et renere boredekk ved å fange opp slam og føre det tilbake til slamsystemet. Slam-kasser muliggjør også gjenbruk av dyrt slam. En gjengepasta-påføringsinnretning renser muffen og forsyner borerørgjengene med gjengepasta. Den kan fjernstyres og sørger for jevn påføring av gjengepasta. Den minsker også pastaforbruket. En sentreringsarm kan også festes til armen - denne innretningen styrer posisjoner-ingen av rør for sentrering.

I en ytterligere utførelse ligger høydejusteringen for Jern-Boreassistenten ved enden av armen istedenfor ved armroten. I enda en utførelse kan søylen 12 være festet til boretårnet for å eliminere enhver bevegelse som påføres armsammenstillingen ved boregulvet.

Selv om anordningene og fremgangsmåtene ifølge denne oppfinnelsen er blitt beskrevet i form av foretrukne og illustrerte utføringsformer, vil det være klart for fagmenn på området at varianter kan anvendes på den her beskrevne prosess uten å avvike fra oppfinnelsens idé og ramme. Alle slike liknende erstatninger og modifikasjoner som er innlysende for fagmenn på området skal anses å falle inn-enfor oppfinnelsens ramme og idé som angitt i de følgende krav.

Claims (11)

1. Apparat for flytting av boreutstyr omfattende: en søyle (12) festet til et boredekk; en søyleføring (11) festet til søylen; i det minste én parallellogramarm (10) festet til søyleføringen (11) ved et første forbindelsespunkt; karakterisert vedat den i det minste ene parallellogramarm (10) omfatter et strekkledd (20), en nedre støttearm (22), en øvre støttearm (24), et trykkledd (26), og en lastoverføringsforbindelse (29), hvori den øvre støttearm (24) og nedre støttearm (22) er forbundet ved et synkronisert tannsett (28), en rulleforbindelse (30), en tapp- (32) og sliss-(33)forbindelse, eller et synkronisert ledd (34)iog en boreanordning festet til parallellogramarmen (10) ved et andre forbindelses-punkt.

2. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende innretning festet til søyleføringen (11) og parallellogramarmen (10) for å forlenge og/eller trekke tilbake parallellogramarmen (10).

3. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende en sylinder (13) festet til søyle-føringen (11) og parallellogramarmen (10) for å forlenge og/eller trekke tilbake parallellogramarmen.

4. Apparat ifølge krav 3, hvori sylinderen (13) er en hydraulisk sylinder (38) eller en pneumatisk sylinder.

5. Apparat ifølge krav 1 eller krav 2, hvori søylen er innført en holder lokalisert på boredekket.

6. Apparat ifølge krav 1 eller krav 2, hvori det første forbindelsespunkt og/eller andre forbindelsespunkt omfatter en foring og en tapp, eller et kulelager-system (14).

7. Fremgangsmåte for håndtering av en boreanordning omfattende: fastgjøring av en søyle (12) til et boredekk; fastgjøring av en søyleføring (11) til søylen (12); festing av i det minste en parallellogramarm (10) til søyleføringen (11) ved et første forbindelsespunkt, karakterisert vedat den i det minste ene parallellogramarm (10) omfatter et strekkledd (20), en nedre støttearm (22), en øvre støttearm (24), et trykkledd (26), og en lastoverføringsforbindelse (29), hvori den øvre støttearm (24) og den nedre støttearm (22) er forbundet ved hjelp av et synkronisert tannsett (28), en rulleforbindelse (30), en tapp- (32) og sliss-(33)forbindelse, eller et synkronisert ledd (34); festing av boreanordningen til parallellogramarmen (10) ved et andre forbindelsespunkt; og å forlenge og/eller å tilbaketrekke parallellogramarmen (10) for å håndtere boreanordningen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7 videre omfattende å feste en sylinder (13) til søyleføringen og parallellogramarmen (10).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8 hvori sylinderen (13) er en hydraulisk sylinder (38), eller en pneumatisk sylinder.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvori søylen (12) innføres i en holder lokalisert på boredekket.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvori det første forbindelsespunkt or/eller det andre forbindelsespunkt omfatter en foring og en tapp, eller et kulelager-system (14).