DE60129207T2 - Vorrichtung und verfahren in bezug auf zangen, kontinuierliche zirkulation und sicherheitsabfangkeile - Google Patents

Vorrichtung und verfahren in bezug auf zangen, kontinuierliche zirkulation und sicherheitsabfangkeile Download PDF

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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/14—Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole
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    • E21B19/02—Rod or cable suspensions
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    • E21B19/15—Racking of rods in horizontal position; Handling between horizontal and vertical position
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/20—Combined feeding from rack and connecting, e.g. automatically

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern in den Erdboden oder den Meeresboden und ebenfalls eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung bei Wiederaufwältigungen, Bohrlochinstandhaltung und Bohrlocheingreifen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung bei Kohlenwasserstoffexploration, -ausbeutung und -förderung, könnte aber ebenfalls andere Verwendungen, wie beispielsweise die Wasserexploration, -ausbeutung und -förderung, betreffen.
  • Herkömmliche Bohrvorgänge zur Kohlenwasserstoffexploration, -ausbeutung und -förderung benutzen viele Längen einzelner Rohrabschnitte, die zu einem Strang zusammengestellt werden, wobei die Rohrabschnitte mit Hilfe von Schraubengewindekupplungen, die an jedem Ende bereitgestellt werden, miteinander verbunden werden. Verschiedene Vorgänge erfordern Stränge unterschiedlicher Rohrabschnitte, wie beispielsweise Bohrrohr, Futterrohr und Steigrohr.
  • Die einzelnen Rohrabschnitte werden zu dem erforderlichen Strang zusammengestellt, der in den Erdboden eingeführt wird durch eine Einbau-/Ausbaueinheit, wobei der nächste in den Strang einzuschließende Rohrabschnitt genau oberhalb der Einbau-/Ausbaueinheit in Position gehoben wird. Ein erstes herkömmliches Verfahren, dies zu tun, verwendet ein Einzellängen-Gestängeanhebersystem, das an der Außenfläche eines Rohrabschnitts befestigt oder festgeklemmt wird und das diesen danach hochhebt. Ein zweites herkömmliches Verfahren, dies zu tun, benutzt einen Hebeknopf, der ein Schraubengewinde umfasst, das mit dem Buchsenende des Rohrabschnittes, wie beispielsweise eines Bohrrohrs, ineinandergreift, und der Hebeknopf und der Rohrabschnitt werden durch ein Kabel hochgehoben. Jedoch kann insbesondere dieses zweite Verfahren verhältnismäßig gefährlich sein, da der Hebeknopf und der Rohrabschnitt dazu neigen werden, unkontrollierbar zu schaukeln, wenn sie durch das Kabel nach oben gezogen werden.
  • Unter einem zweiten Aspekt benutzen herkömmliche Bohranlagen ein Einbau-/Ausbausystem, um die Rohrabschnitte vom Rohrstrang zu koppeln/abzukoppeln. Ein herkömmliches Einbau-/Ausbausystem umfasst einen unteren Satz von Zangen, die zusammengebracht werden, um das untere Rohr zu greifen wie ein Schraubstock, und einen oberen Satz von Zangen, die das obere Rohr erstens ergreifen und es zweitens im Verhältnis zum unteren Rohr drehen und also die zwei Rohre zusammenschrauben. Zusätzlich zu diesem herkömmlichen Einbau-/Ausbausystem benutzt eine herkömmliche Bohranlage eine Dreheinheit, um dem Bohrgestänge eine Drehung zu verleihen, um das Bohren des Bohrlochs zu erleichtern, wobei die herkömmliche Dreheinheit entweder ein auf der Bohranlagenetage bereitgestellter Drehtisch oder eine Oberantriebseinheit ist, die innerhalb des Bohranlagenturms angeordnet ist.
  • WO 00/79092 und ebenfalls WO 98/16716 offenbaren ein Bohrsystem zum Bohren eines Bohrlochs in eine Erdformation.
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Zirkulieren eines Fluids durch einen Rohrstrang bereitgestellt, wobei der Strang wenigstens einen Rohrabschnitt umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Fluidleitung zum Zufuhren eines Fluids zur Bohrung eines oberen Rohrabschnitts, der in den Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, eine zweite Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung des Rohrstrangs, eine erste Greifeinrichtung zum Greifen des oberen Rohrabschnitts, wobei die erste Greifeinrichtung in der Lage ist, dem oberen Rohrabschnitt eine Drehung zu verleihen, eine zweite Greifeinrichtung zum Greifen des Rohrstrangs, wenn die erste Greifeinrichtung dem oberen Rohrabschnitt eine Drehung verleiht, und eine Rohrabschnitt-Bewegungsbaugruppe, die in der Lage ist, den Rohrstrang im Verhältnis zu der ersten Greifeinrichtung und der zweiten Greifeinrichtung zu bewegen, wobei die Rohrabschnitt-Bewegungsbaugruppe eine dritte Greifeinrichtung, eine vierte Greifeinrichtung und ein Antriebselement zum Bewegen der dritten Greifeinrichtung im Verhältnis zur vierten Greifeinrichtung umfasst.
  • Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zirkulieren eines Fluids durch einen Rohrstrang bereitgestellt, wobei der Strang wenigstens einen Rohrabschnitt umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer ersten Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung eines oberen Rohrabschnitts, der in den Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, Einsetzen des unteren Endes des oberen Rohrabschnitts in eine obere Öffnung, wobei ein Ventilmechanismus den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung verhindert, Greifen des oberen Rohrabschnitts mit einer oberen Zange, selektives Drehen des oberen Rohrabschnitts, Bereitstellen einer zweiten Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung des Rohrstrangs, Greifen des Rohrstrangs mit einer unteren Greifvorrichtung und selektives Drehen des Rohrstrangs mit der unteren Greifvorrichtung.
  • Offenbart wird eine Vorrichtung zum Abfertigen von Rohrabschnitten, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Paar von im Wesentlichen vertikalen Bahnen, einen beweglich mit jeder Bahn verbundenen Schienenmechanismus und
    einen mit dem Schienenmechanismus verknüpften Kupplungsmechanismus zum Kuppeln an einen Rohrabschnitt und
    einen Bewegungsmechanismus, um dem Schienenmechanismus eine Bewegung zu verleihen.
  • Offenbart wird ein Verfahren zum Abfertigen von Rohrabschnitten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    Bereitstellen eines Schienenmechanismus, wobei der Schienenmechanismus mit einem Kupplungsmechanismus zum Kuppeln an einen Rohrabschnitt verknüpft ist und der Schienenmechanismus beweglich mit einer im Wesentlichen vertikalen Bahn verbunden ist, Kuppeln des Kupplungsmechanismus an einen Rohrabschnitt und Betätigen eines Bewegungsmechanismus, um den Schienenmechanismus zu bewegen.
  • Die im Wesentlichen vertikalen Bahnen sind vorzugsweise an einem Rahmen befestigt, der typischerweise ein Bohrturm einer Bohranlage ist. Das Paar von im Wesentlichen vertikalen Bahnen ist vorzugsweise um die Längsachse einer Bohrlochmündung angeordnet derart, dass das Paar von Bahnen und die Bohrlochmündung auf einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei auf jeder Seite der Bohrlochmündung eine Bahn liegt.
  • Vorzugsweise ist der Schienenmechanismus durch ein beliebiges geeignetes Mittel, wie beispielsweise Kufen oder Rollen oder dergleichen, auf geeignete Weise mit der jeweiligen Bahn verbunden. Der Bewegungsmechanismus kann ein Antriebsmittel, das mit den Kufen oder Rollen oder dergleichen verknüpft ist, umfassen. Alternativ dazu kann der Bewegungsmechanismus ein Kabel, eine Winde oder dergleichen umfassen, an dem einen Ende an den Schienenmechanismus gekoppelt und an dem anderen Ende an eine Anordnung von Motor und Haspel oder eine geeignete Gegengewichtsanordnung oder eine geeignete Gegengewichtswinden-Fördereinrichtung oder dergleichen gekoppelt.
  • Vorzugsweise umfasst der Kupplungsmechanismus eine geeignete Kupplung zum Kuppeln an den Rohrabschnitt, wobei die geeignete Kupplung ein Element umfassen kann, das mit einem Schraubengewinde an demselben versehen ist, für einen Schraubengewindeeingriff mit einem Ende des Rohrabschnitts. Alternativ dazu kann die geeignete Kupplung ein Schraubstockmittel umfassen, um das Ende des Rohrabschnitts zu greifen. Alternativ dazu kann die geeignete Kupplung einen Fluidspülkopf umfassen, der unmittelbar an das Ende des Rohrabschnitts oder mittelbar über eine Mitnehmerstange an das Ende des Rohrabschnitts gekoppelt ist. Typischerweise kann der Bohrturm mit einem Rohrabschnittsgestell zum Lager von Rohrabschnitten und einer Rampe, die sich in einem Winkel vom unteren Ende des Bohrturms zum Rohrabschnittsgestell hin erstrecken kann, versehen sein, und eine Rohrabschnittsführungsbahn kann ebenfalls auf einer oder beiden Seiten der Rampe bereitgestellt werden.
  • Offenbart wird eine Vorrichtung zum Abfertigen von Rohrabschnitten, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: wenigstens eine im Wesentlichen vertikale Bahn, einen mit der Bahn verknüpften Kupplungsmechanismus zum Kuppeln an einen Rohrabschnitt,
    ein Paar von beweglichen Elementen, die schwenkbar sowohl mit dem Kupplungsmechanismus als auch mit der vertikalen Bahn verbunden sind derart, dass eine Bewegung des Paares von beweglichen Elementen zu einer Bewegung des Kupplungsmechanismus, im Wesentlichen um einer Längsachse der Bahn, führt.
  • Offenbart wird ein Verfahren zum Abfertigen von Rohrabschnitten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer im Wesentlichen vertikalen Bahn, Verbinden eines Kupplungsmechanismus mit der Bahn, wobei der Kupplungsmechanismus zum Kuppeln an einen Rohrabschnitt dient, Bereitstellen eines Paares von beweglichen Elementen, die schwenkbar sowohl mit dem Kupplungsmechanismus als auch mit der vertikalen Bahn verbunden sind, und Bewegen des Paares von beweglichen Elementen, um den Kupplungsmechanismus im Wesentlichen um einer Längsachse der Bahn zu bewegen.
  • Vorzugsweise wird ein Schienenmechanismus bereitgestellt, der beweglich mit der Bahn verbunden ist, und typischerweise ist der Kupplungsmechanismus mit dem Schienenmechanismus verknüpft. Insbesondere ist das Paar von beweglichen Elementen schwenkbar sowohl mit dem Kupplungsmechanismus als auch mit dem Schienenmechanismus verbunden.
  • Vorzugsweise gibt es ein Paar von im Wesentlichen vertikalen Bahnen, und die im Wesentlichen vertikalen Bahnen sind vorzugsweise an einem Rahmen befestigt, der typischerweise ein Bohrturm einer Bohranlage ist. Das Paar von im Wesentlichen vertikalen Bahnen ist vorzugsweise um die Längsachse einer Bohrlochmündung angeordnet derart, dass das Paar von Bahnen und die Bohrlochmündung auf einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei auf jeder Seite der Bohrlochmündung eine Bahn liegt. Typischerweise führt die Bewegung des Paares von beweglichen Elementen zu einer Bewegung des Kupplungsmechanismus, im Wesentlichen um die Längsachse der Bahn, derart, dass die Längsachse eines an den Kupplungsmechanismus gekuppelten Rohrabschnittes im Wesentlichen mit der Längsachse der Bohrlochmündung übereinstimmt.
  • Vorzugsweise wird ein Antriebsmittel bereitgestellt, um eine Bewegung des Paares von beweglichen Elementen zu ermöglichen, wobei das Antriebsmittel ein geeigneter Motor, wie beispielsweise ein Hydromotor, sein kann.
  • Offenbart wird ein Zangenmechanismus, wobei der Zangenmechanismus Folgendes umfasst: eine obere Zange, die ein Greifmittel zum Greifen eines Rohrabschnitts hat, wobei die obere Zange ferner einen Drehmechanismus umfasst, um den Greifmittel eine Drehung zu verleihen, um dem Rohrabschnitt eine Drehung zu verleihen, und eine untere Zange, die ein Greifmittel zum Greifen eines Rohrabschnitts hat, wobei die untere Zange ferner einen Drehmechanismus umfasst, um den Greifmittel eine Drehung zu verleihen, um dem Rohrabschnitt eine Drehung zu verleihen.
  • Offenbart wird ein Verfahren, um wenigstens einem Rohrabschnitt eine Drehung zu verleihen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    Bereitstellen einer oberen Zange, die ein Greifmittel zum Greifen eines Rohrabschnitts hat, wobei die obere Zange ferner einen Drehmechanismus umfasst, um den Greifmittel eine Drehung zu verleihen, Bereitstellen einer unteren Zange, die ein Greifmittel zum Greifen eines Rohrabschnitts hat, wobei die untere Zange ferner einen Drehmechanismus umfasst, um den Greifmittel eine Drehung zu verleihen, und Betätigen wenigstens des Drehmechanismus der oberen Zange, um dem Rohrabschnitt eine Drehung zu verleihen.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner das Betätigen des Drehmechanismus der unteren Zange, um dem Rohrabschnitt eine Drehung zu verleihen.
  • Typischerweise umfasst die obere Zange mehrere Greifmittel. Vorzugsweise kann eine Palette von Greifmitteln benutzt werden, um unterschiedliche Durchmesser von Rohrabschnitten zu greifen.
  • Vorzugsweise wird ein Antriebsmittel bereitgestellt, um den Drehmechanismus zu betätigen, wobei das Antriebsmittel ein Hydromotor sein kann, der eine geeignete Hydraulikfluid-Energieversorgung hat.
  • Vorzugsweise umfasst die untere Zange mehrere Greifmittel. Vorzugsweise kann eine Palette von Greifmitteln benutzt werden, um unterschiedliche Durchmesser von Rohrabschnitten zu greifen. Vorzugsweise wird ein Antriebsmittel bereitgestellt, um den Drehmechanismus zu betätigen, wobei das Antriebsmittel ein Hydromotor sein kann, der eine geeignete Hydraulikfluid-Energieversorgung hat. Vorzugsweise umfasst die untere Zange ferner ein Drehtisch-Lagermittel, welches das Hohlrad des Greifmittels trägt. Typischerweise umfasst die untere Zange ferner ein Bremssystem, das ein gesteuertes Verringern des Rohrstrang-Restdrehmoments ermöglicht.
  • Vorzugsweise wird ebenfalls ein laufender Rohrklemmkeil bereitgestellt, der in der Lage ist, wenigstens einen Abschnitt des Außenumfangs eines Rohrstrangs in Eingriff zu nehmen, und vorzugsweise ist der laufende Rohrklemmkeil in der Lage, mit Hilfe eines Drehlager-Baugruppenmechanismus in Bezug auf den Bohrturm gedreht zu werden. Typischerweise ist der laufende Rohrklemmkeil mit einem vertikalen Bewegungsmechanismus versehen, der betätigt werden kann, um den laufenden Rohrklemmkeil und den in Eingriff genommenen Rohrstrang in einer oder beiden vertikalen Richtungen zu bewegen.
  • Offenbart wird eine Vorrichtung zum Zirkulieren eines Fluids durch einen Rohrstrang, wobei der Strang wenigstens einen Rohrabschnitt umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung eines oberen Rohrabschnitts, der in den Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, und eine zweite Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung des Rohrstrangs.
  • Offenbart wird ein Verfahren zum Zirkulieren eines Fluids durch einen Rohrstrang, wobei der Strang wenigstens einen Rohrabschnitt umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer ersten Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung eines oberen Rohrabschnitts, der in den Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, und Bereitstellen einer zweiten Fluidleitung zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung des Rohrstrangs.
  • Vorzugsweise kann die erste Fluidleitung lösbar mit einem oberen Ende des oberen Rohrabschnitts in Eingriff gebracht werden. Vorzugsweise ist die erste Fluidleitung mit einem Ventilmechanismus versehen, der betätigt werden kann, um den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung und/oder das obere Ende des Rohrabschnitts zu ermöglichen und/oder den Fluss eines Fluids in dieselben zu verhindern.
  • Vorzugsweise steht ein Ende der zweiten Fluidleitung in Fluidverbindung mit einer Kammer, und typischerweise ist die zweite Fluidleitung mit einem Ventilmechanismus versehen, der betätigt werden kann, um den Fluss eines Fluids in die zweite Fluidleitung und/oder die Kammer zu ermöglichen und/oder den Fluss eines Fluids in dieselben zu verhindern.
  • Vorzugsweise ist die Kammer dafür eingerichtet, zu ermöglichen, dass ein Rohabschnitt in einen Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut wird. Die Kammer umfasst typischerweise eine Bohrung, die in Vertikalrichtung so angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen vertikal ist, und ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie mit der Längsachse der Mündung des Bohrlochs übereinstimmt. Typischerweise umfasst die Kammer eine obere Öffnung, in die der Rohrabschnitt in die Kammer eingesetzt oder aus derselben entfernt werden kann. Vorzugsweise wird ein Ventilmechanismus bereitgestellt, der betätigt werden kann, um die Bohrung der Kammer, typischerweise an einer Stelle unterhalb der oberen Öffnung, abzudichten. Vorzugsweise wird eine obere Dichtung bereitgestellt, wobei die obere Dichtung oberhalb der Stelle angeordnet ist und wobei die obere Dichtung dafür angeordnet ist, um wenigstens einen Abschnitt des Umfangs des Rohrabschnitts abzudichten. Typischerweise wird eine untere Dichtung bereitgestellt, wobei die untere Dichtung unterhalb der Stelle angeordnet ist und wobei die untere Dichtung dafür angeordnet ist, um wenigstens einen Abschnitt des Umfangs des Rohrstrangs abzudichten.
  • Vorzugsweise wird ein Ventilsystem, das ein oder mehrere weitere Ventile umfasst, bereitgestellt, um die Zufuhr eines Fluids zu dem Ventilmechanismus der ersten Fluidleitung und dem Mechanismus der zweiten Fluidleitung zu steuern.
  • Typischerweise umfasst das Verfahren die weiteren Schritte, das untere Ende des oberen Rohrabschnitts in die obere Öffnung einzusetzen, wobei der Ventilmechanismus typischerweise den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung verhindert. An diesem Punkt dichtet der Ventilmechanismus die Bohrung der Kammer ab. Danach dichtet die obere Dichtung um wenigstens einen Abschnitt des Umfangs des Rohrabschnitts ab, und der Ventilmechanismus der zweiten Fluidleitung wird betätigt, um den Fluss eines Fluids in die Kammer, vorzugsweise an einer Stelle unterhalb des Ventilmechanismus, der die Bohrung der Kammer abdichtet, zu ermöglichen derart, dass ein Fluid in das obere Ende des Rohrabschnitts fließt.
  • Das Verfahren umfasst vorzugsweise die weiteren Schritte, den Ventilmechanismus zu betätigen, um den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung und das obere Ende des oberen Rohrabschnitts zu ermöglichen. Vorzugsweise wird danach der Ventilmechanismus betätigt, um die Bohrung der Kammer zu öffnen, und danach wird der Ventilmechanismus betätigt, um den Fluss eines Fluids in die zweite Fluidleitung zu verhindern. Danach wird der Rohrabschnitt vorzugsweise in den Rohrstrang eingebaut, und danach wird die erste Fluidleitung typischerweise aus dem Eingriff mit dem oberen Ende des oberen Rohrabschnitts gelöst.
  • Offenbart wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen einem Rohrabschnitt, der in einen Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, wobei der Rohrstrang wenigstens einen Rohrabschnitt umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein oberes Dichtungsmittel zum Abdichten um einen Abschnitt des Außenumfangs des Rohrabschnitts, der in den Strang eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, ein unteres Dichtungsmittel zum Abdichten um einen Abschnitt des Außenumfangs des Rohrabschnitts und
    wobei die obere Dichtung einen Elastomerring umfasst, der dafür eingerichtet ist, einen Innendurchmesser zu haben, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Außendurchmesser wenigstens eines Abschnitts des Rohrabschnitts.
  • Vorzugsweise ist der Elastomerring aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Gummi, geformt. Typischerweise umfasst die untere Dichtung ebenfalls einen Elastomerring, der dafür eingerichtet ist, einen Innendurchmesser zu haben, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Außendurchmesser wenigstens eines Abschnitts des Rohrabschnitts.
  • Offenbart wird ein Ventilmechanismus zur Verwendung beim Bereitstellen einer Dichtung zwischen zwei Rohrabschnitten, wobei der Ventilmechanismus Folgendes umfasst: ein Plattenelement, das zur Drehung um eine Achse in der Lage ist, wenigstens eine durch das Plattenelement geformte Bohrung, wobei das Plattenelement derart angeordnet ist, dass es in der Lage ist zu einer Bewegung zwischen einer ersten Konfiguration, in der ein Abschnitt des Plattenelements die Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte verschließt, und
    einer zweiten Konfiguration, in der die Bohrung konzentrisch mit der Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte ist.
  • Offenbart wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen zwei Rohrabschnitten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Plattenelements, das zur Drehung um eine Achse in der Lage ist, wobei das Plattenelement wenigstens eine Bohrung hat, wobei das Plattenelement in der Lage ist zu einer Bewegung zwischen einer ersten Konfiguration, in der ein Abschnitt des Plattenelements die Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte verschließt, und einer zweiten Konfiguration, in der die Bohrung konzentrisch mit der Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte ist.
  • Vorzugsweise ist das Plattenelement in der Lage, gedreht zu werden zwischen einer ersten Konfiguration, aus der ein Abschnitt des Plattenelements die Längsachse der beiden Rohrabschnitte verschließt, und einer zweiten Konfiguration, in der die Bohrung konzentrisch mit der Längsachse der beiden Rohrabschnitte ist, wobei die beiden Rohrabschnitte miteinander konzentrisch sind.
  • Vorzugsweise ist das Plattenelement innerhalb einer Kammer angeordnet derart, dass der Radius des Plattenelements senkrecht zur Längsachse der beiden Rohrabschnitte ist. Vorzugsweise ist das Plattenelement im Wesentlichen kreisförmig, und insbesondere ist die Mittelachse des Plattenelements außermittig in Bezug auf die Längsachse der beiden Rohrabschnitte.
  • Bereitgestellt wird eine Vorrichtung, um zu verhindern, dass ein Rohrabschnitt in derselben rutscht, wobei die Vorrichtung eine erste Anordnung von Greifern, dafür eingerichtet, den Rohrabschnitt zu greifen, und eine zweite Anordnung von Greifern, dafür eingerichtet, den Rohrabschnitt zu greifen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Anordnung von Greifern aneinander gekoppelt sind.
  • Vorzugsweise sind die erste und die zweite Anordnung von Greifern durch einen Kopplungsmechanismus, der insbesondere ein Vorspannmechanismus ist, aneinander gekoppelt. Vorzugsweise ist der Vorspannmechanismus so angeordnet, dass er die erste und die zweite Anordnung von Greifern voneinander weg vorspannt. Vorzugsweise umfassen beide jeder der ersten und zweiten Anordnung von Greifern einen ersten und einen zweiten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt durch eine verjüngte Fläche an den zweiten Abschnitt gekoppelt ist, und vorzugsweise einen beweglichen Verriegelungsmechanismus derart, dass der erste Abschnitt in der Lage ist, sich längs der verjüngten Flache in Bezug auf den zweiten Abschnitt zu bewegen.
  • Vorzugsweise sind die ersten Anordnungen von Greifern in Vertikalrichtung unterhalb der zweiten Anordnungen von Greifern angeordnet, und die ersten Anordnungen von Greifern umfassen eine verhältnismäßig große Oberfläche zum Greifen des Rohrabschnitts und sind die primäre Greifanordnung.
  • Typischerweise umfasst die zweite Anordnung von Greifern eine verhältnismäßig kleinere Oberfläche zum Greifen des Rohrabschnitts und stellt eine Hilfs- oder Sicherheitsgreifanordnung bereit.
  • Vorzugsweise ist eine untere Flache der zweiten Anordnung von Greifern an eine obere Flache der ersten Anordnung von Greifern gekoppelt, und die obere Fläche der ersten Anordnung von Greifern hat eine größere Oberfläche als eine untere Fläche der ersten Anordnung von Greifern.
  • Vorzugsweise umfasst die erste Anordnung von Greifern ein Anschlagsmittel, um eine Bewegung der zweiten Anordnung von Greifern in einer radialen Richtung weg von dem gerade gegriffenen Rohrabschnitt zu verhindern.
  • Es werden nun, nur als Beispiel, Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Bohranlage, die Aspekte der vorliegenden Erfindung einschließt, ist,
  • 2 ein Abschnitt der Bohranlage von 1 in einer ersten Konfiguration ist,
  • 3a ein Abschnitt der Bohranlage von 1 in einer zweiten Konfiguration ist,
  • 3b eine detailliertere perspektivische Ansicht des Abschnitts der Bohranlage von 3a ist,
  • 4 eine perspektivische Vorderansicht eines Abschnitts der Bohranlage von 3a ist,
  • 5 eine perspektivische Ansicht ist, gesehen am Abschnitt der Bohranlage von 3a nach oben,
  • 6 eine perspektivische Ansicht einer Rampe und eines Bohrrohr-Ladebereichs der Bohranlage von 1 ist,
  • 7a eine Querschnittsseitenansicht des Bohrturms der Bohranlage von 1 ist,
  • 7b eine Vorderansicht des Bohrturms von 7a ist,
  • 8a eine detailliertere Querschnittsansicht eines Abschnitts des Bohrturms von 8b ist,
  • 8b eine Querschnittsvorderansicht eines Abschnitts des Bohrturms der Bohranlage von 1 ist,
  • 9a eine detailliertere Querschnittsansicht eines Abschnitts des Bohrturms von 9b ist,
  • 9b eine Querschnittsvorderansicht des Bohrturms der Bohranlage von 1 ist,
  • 10a eine detailliertere Ansicht eines Abschnitts der Vorrichtung von 10b ist,
  • 10b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 11a eine detailliertere Ansicht eines Abschnitts der Vorrichtung von 11b ist,
  • 11b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 12a eine Seitenansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 12b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 13a eine Seitenansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 13b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 14a eine detailliertere Ansicht des Abschnitts der Vorrichtung von 14b ist,
  • 14b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 15a eine Seitenansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 15b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 16a eine Seitenansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 16b eine Vorderansicht des Bohrturms von 1 ist,
  • 17a eine Vorderansicht von oberen und unteren Zangen, angebracht innerhalb einer Bohrgestängeeinbau-Einheit, ist,
  • 17b eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 17c eine Draufsicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 17d eine Rückansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 17e eine Seitenansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 18 eine detailliertere teilweise Querschnittsansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 19 eine detailliertere teilweise Querschnittsansicht der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 20 eine detailliertere teilweise Querschnittsansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 21 eine detailliertere teilweise Querschnittsansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 22 eine detailliertere teilweise Querschnittsansicht eines Abschnitts der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 23 eine perspektivische Ansicht einer Ventilplatte der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist,
  • 24 eine schematische Ansicht der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a ist, die eine durchgehende Zirkulationskonfiguration mit einem geschlossenen Hauptventil zeigt,
  • 25 eine schematische Ansicht der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a in einer durchgehenden Zirkulationskonfiguration ist, wobei das Hauptventil offen ist,
  • 26 eine schematische Ansicht der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a, die eine Strippergestaltung einschließt, ist,
  • 27 eine schematische Ansicht der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a, die eine Stößelgestaltung in einer ersten Konfiguration einschließt, ist,
  • 28 eine schematische Ansicht der Bohrgestängeeinbau-Einheit von 17a, die eine Stößelgestaltung in einer zweiten Konfiguration einschließt, ist,
  • 29 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Sicherheitsrohrklemmkeil-Mechanismus, nach einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung, in einer offenen Konfiguration, ist,
  • 30 eine Querschnittsansicht des Sicherheitsrohrklemmkeil-Mechanismus von 29 in einer geschlossenen Konfiguration ist,
  • 31 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Sicherheitsrohrklemmkeil-Mechanismus von 29 ist,
  • 32 eine Halbquerschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Sicherheitsrohrklemmkeil-Mechanismus, nach dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung, in einer geschlossenen Konfiguration, ist,
  • 33 eine Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform des Sicherheitsrohrklemmkeil-Mechanismus von 32, aber in einer offenen Konfiguration, ist und
  • 34 eine Querschnittsdraufsicht des Sicherheitsrohrklemmkeil-Mechanismus von 33 durch den Schnitt C-C ist.
  • 1 zeigt eine Bohranlage, die allgemein bei 100 bezeichnet wird. Die Bohranlage 100 ist besonders geeignet zur Verwendung auf dem Gebiet der Exploration, Ausbeutung und Förderung von Kohlenwasserstoffen, könnte aber ebenfalls für die gleichen Zwecke für andere Gase und Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, verwendet werden. In Bezug auf Kohlenwasserstoffe kann die Bohranlage 100 für Operationen wie beispielsweise Bohrgestängeeinbau, Ablenkbohrungen, Bohren mit Unterdruck, Aufwältigungen und Stopfen und Stilllegungen, ohne darauf begrenzt zu sein, verwendet werden. Die Bohranlage 100 kann für Landoperationen (wie in 1 gezeigt) sowie in Seeoperationen benutzt werden, da sie modifiziert werden kann, um auf einer Offshore-Bohranlage, einem Bohrschiff oder anderen schwimmenden Fahrzeugen installiert zu werden.
  • Die Bohranlage 100 umfasst einen Bohrturm 102, der sich vertikal aufrecht von einer Bohranlagenetage 8 erstreckt, wobei die Bohranlagenetage 8 durch eine geeignete Anordnung von Trägem 104 getragen wird, die durch geeignete Mittel an dem Erdboden 1 oder einer Schwimmfahrzeugoberseite 1 befestigt sind.
  • Wie in 1 bis 4 und 6 zu sehen ist, schließt die Bohranlage 100 wahlweise eine Rampe 5 ein, die sich in einem Winkel von der Bohranlagenetage 8 nach unten erstreckt. Die Rampe 5 kann durch Personal als Evakuierungsrutsche verwendet werden, falls es erforderlich ist, dass das Personal die Bohranlage 100 schnell evakuiert. Eine Bohrrohr-Führungsbahn 7a, 7b ist auf jeder Seite der Rutsche 5 angeordnet und erstreckt sich vollständig von der Bohranlagenetage 8 bis zum Erdboden 1. Ein Bohrrohrgestell 6a, 6b ist an der Außenseite jeder jeweiligen Bohrrohr-Führungsbahn 7a, 7b angeordnet wobei das Gestell 6a, 6b in der Lage ist, mehrere röhrenförmige Bohrrohrlängen, wie beispielsweise ein Bohrrohr 17, aufzunehmen. Jedes Gestell 6a, 6b umfasst zwei oder mehr Umstoßmulden (nicht gezeigt), die mit Zwischenraum längs der Länge des Gestells 6a, 6b angeordnet sind, wobei die Mulden betätigt werden können, um, wie erforderlich, Längen des Bohrrohres 17 aus dem Gestell 6a, 6b zur jeweiligen Bahn 7a, 7b oder umgekehrt zu bewegen und dies dadurch zu tun, dass sie entweder jeweils nach innen oder nach außen um ungefähr zwei oder drei Grad in einer Richtung abgewinkelt werden. Eine Seil- oder Gegengewichtswindenanordnung (nicht gezeigt) wird ebenfalls für jede Rohrführungsbahn 7 bereitgestellt derart, dass die Seil-/Windenanordnung betätigt werden kann, um die Rohre 17 vom unteren Ende der Bahn 7a, 7b hoch zur Bohranlagenetage 8 zu ziehen. Die Seil-/Windenanordnung kann ebenfalls betätigt werden, um das Rohr 17 von der Bohranlagenetage 8 zum unteren Ende der Bahn 7a, 7b abzusenken.
  • Es sollte jedoch zu bemerken sein, dass die nach unten abgewinkelte Brandevakuierungsrutsche 5 ein wahlweises Merkmal der Bohranlage 100 ist.
  • 1 zeigt ebenfalls einen Armläufer 9a, 9b, der beweglich an einer jeweiligen Bohrturm-Wagenbahn 4a, 4b angeordnet ist. Wie zum Beispiel in 3b, 7a und 8b gezeigt, ist jeder Armläufer 9a, 9b mit einem Paar von gelenkigen Rohrarmen 12 versehen, die an dem einen Ende schwenkbar an dem jeweiligen Armläufer 9a, 9b befestigt sind und an dem anderen Ende an einem jeweiligen Rohrabfertiger-Fluidspülkopf 13a, 13b befestigt sind. Diese Anordnung ermöglicht dass der Fluidspülkopf 13a, 13b, mit Hilfe von geeigneten Motoren (nicht gezeigt), von der Ebene parallel zur Längsachse der jeweiligen Wagenbahn 4a, 4b nach innen zu der Ebene parallel mit der Längsachse des Bohrlochs bewegt werden kann derart, dass die gelenkigen Rohrarme 12 wie ein zusammenschiebbares Parallelogramm wirken. Ein jeweiliges Doppelbogenrohr 18a, 18b wird am oberen Ende des jeweiligen Fluidspülkopfs 13a, 13b bereitgestellt und steht in abgedichteter Fluidverbindung mit der Innenbohrung des jeweiligen Fluidspülkopfs 13a, 13b. Eine geeignete Rohrendkupplung wird am unteren Ende jedes Fluidspülkopfs 13 bereitgestellt, wobei die Rohrendkupplung passenderweise eine Schraubengewindekupplung zum Verbinden mit dem Buchsenende eines Bohrrohres 17 sein kann. Ein Drahtblock 10a, 10b wird für jeden Armläufer 9 bereitgestellt und ist an dem einen Ende am oberen Abschnitt des Armläufers 9 befestigt, wobei das andere Ende des Drahtblocks 10 an einen geeigneten Anhebe-/Absenkmechanismus gekoppelt ist, der eine Anordnung von Motor und Haspel sein kann oder eine geeignete Gegengewichtsanordnung sein kann oder eine geeignete Gegengewichtswinden-Fördereinrichtung (nicht gezeigt) sein kann.
  • Alternativ dazu könnten die Wagenbahnen 4A, 4B des Bohrturms 102 jedoch so modifiziert sein, dass sie die gleichen sind wie die Wagenbahnen einer herkömmlichen Bohranlage, wobei es einen Block (nicht gezeigt) und einen Oberantrieb (nicht gezeigt) gibt, und in diesem Fall sind die Armläufer 9A, 9B ebenfalls passend modifiziert derart, dass sie bei herkömmlichen Wagenbahnen einer herkömmlichen Bohranlage verwendet werden können.
  • Es wird nun ein Verfahren zum Betreiben des Rohrabfertigungsmechanismus nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Bohrrohr 17a wird, wie zuvor beschrieben, eine der Führungsbahnen 7a hinaufgehoben, bis das obere Ende des Bohrrohres 17a in verhältnismäßig enger Nähe zu der am ersten Rohrabfertiger-Spülkopf 13a bereitgestellten Rohrkupplung angeordnet ist. Das Buchsenende des Bohrrohres 17a wird danach an die Rohrendkupplung des Fluidspülkopfs 13a gekuppelt derart, dass der Rohrabfertigungsmechanismus in der in 2 gezeigten Konfiguration ist. Danach wird der Kabel-Anhebe-/Absenkmechanismus 10a betätigt derart, dass der Armläufer 9a und also das Bohrrohr 17a zu der in 1, 3a, 3b, 4, 5, 7a und 7b gezeigten Konfiguration hochgehoben wird, bis der Armläufer 9a und also das Bohrrohr 17a in der in 8a und 8b gezeigten Konfiguration sind. Es sollte zu bemerken sein, dass es vorzuziehen ist, dass das Bohrrohr 17a in einem nach unten vorspringenden Winkel hochgehoben wird, und dies bietet den Vorteil, dass das untere Ende des Bohrrohres 17a gut entfernt von der Bohranlagenetage 8 gehalten wird.
  • Es sollte jedoch zu bemerken sein, dass der andere Armläufer 9b und das Bohrrohr 17b bereits auf eine ähnliche Weise bewegt worden sind und der zugeordnete Motor betätigt worden ist, um das Bohrrohr 17b zu bewegen derart, dass sich die gelenkigen Rohrarme 12 nach innen bewegt haben und das Bohrrohr 17b koaxial mit dem Bohrloch ist.
  • Es wird nun eine Einbau-/Ausbaueinheit zum Zusammenstellen des Bohrstrangs nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Eine Einbau-/Ausbaueinheit in Form einer Bohrgestängeeinbau-Einheit wird im Allgemeinen bei 20 bezeichnet, und in 17(a) wird gezeigt, dass sie einen Rahmen 106 umfasst, der aus einer Arbeitskorbbasis 106a, Stützsäulen-Abstandsstücken 106b, einer Arbeitskorb-Stützsäule 106c und einer Bohrgestängeeinbau-Einheitsbasis 106d zusammengestellt ist. Eine obere Zange 108 und eine untere Zange 109 sind innerhalb eines Zangenrahmens 110 angebracht, der ferner innerhalb der Arbeitskorbbasis 106a eingebaut ist, wie in 17a zu sehen ist, wobei der Zangenrahmen 110 in 17b bis 17e isoliert zu sehen ist.
  • Es sollte zu bemerken sein, dass die obere Zange 108 verwendet werden kann, um Arbeitsstränge, Futterrohr- und Steigrohr-Rohrabschnitte bis zu 8 5/8 Zoll im Durchmesser einzubauen/auszubauen, obwohl sie, falls sie auf geeignete Weise modifiziert ist, dann, falls erforderlich, für größere Durchmesser verwendet werden könnte.
  • Die untere Zange 109 ist ebenfalls als Drehtischverstärkung 109 bekannt und wird verwendet, um den Bohrstrang 17 mit der Drehzahl und dem Drehmoment zu drehen, die zum Fräsen, Ablenkbohren und Bohren erforderlich sind. Jedoch wirkt die untere Zange 109 ebenfalls als Verstärkung für die obere Zange 108, wenn Verbindungen zusammengestellt oder getrennt werden.
  • Ein anderer Hauptbestandteil der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 ist eine Drehtisch-Lagerbaugruppe 112, die an die obere Fläche einer Zylinderplatte 116 gekoppelt ist. Das bewegliche Lager des Drehtischlagers 112 ist an einem Satz von laufenden Rohrklemmkeilen 114 befestigt, die verwendet werden, um das Bohrrohr 17 in Eingriff zu nehmen, und also ermöglicht die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112, dass sich die laufenden Rohrklemmkeile 114 drehen, während die Rohrklemmkeile 114, wie anschließend beschrieben wird, das Gewicht des Bohrrohres tragen, um eine gleichzeitige vertikale Rohrmanipulation und Drehung des Arbeitsstrangs zu ermöglichen. Wie ebenfalls beschrieben wird, ist ein Hydraulikspülkopf oder eine Hydraulikumgehungsleitung (nicht gezeigt) in die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 integriert und ermöglicht, dass die Rohrklemmkeile 114 jederzeit fernbetätigt werden, und beseitigt die Notwendigkeit, Schlauchverbindungen herzustellen/zu unterbrechen.
  • Das Anbringen des Zangensystems oberhalb der laufenden Rohrklemmkeile 114 der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 beseitigt durch Ermöglichen, dass das Bohrrohr 17 und die Bohrrohrlängen während der Einfahroperationen durch die Zangen 108, 109 hindurchgehen, die Notwendigkeit, die Zangen 108, 109 bei jeder Bohrrohrlängenverbindung zu schwenken, um das Bohrrohr 17 in Eingriff zu nehmen und freizugeben. Die Zangen 108, 109 und die laufenden Rohrklemmkeile 114 haben ein von Hand betätigtes „Großbohrungs"-Merkmal, das ermöglicht, dass ihre Bohrung schnell gesteigert wird, um den Durchgang von Bohrlochwerkzeugen mit Durchmessern bis zu 11 Zoll und darüber zu ermöglichen. Ein fern angebrachtes Steuerpult kann verwendet werden, um alle Funktionen der Zangen 108, 109 bei jeglicher Heberposition zu betätigen, ohne Personal in gefährliche Positionen zu bringen, und dies verbessert die Sicherheit und beschleunigt Einfahroperationen. Zusätzlich hat dies den Vorteil, dass Bediener in der Lage sein werden, Verbindungen zusammenzustellen/zu trennen, während das Bohrrohr 17 durch die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 bewegt wird. Es sollte zu bemerken sein, dass über den Rahmen 106 und eine Gegenwirkungssäule 118 (wie in 17(a) gezeigt) und 14 (wie in 4 gezeigt), die mit Hilfe einer Rollenverbindung 120 an den Rahmen 106 gekoppelt ist, gegenwirkende Zusammenstellungs-/Trennungsdrehmomente zwischen den Zangen 108, 109 übertragen werden. Also kann sich die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 mit Hilfe der Rollenverbindung 120 in Vertikalrichtung nach oben oder nach unten bewegen. Hydraulische Hebezylinder 122, von denen es vorzugsweise vier gibt, sind zwischen der feststehenden Bohrgestängeeinbau-Einheitsbasis 106d und der beweglichen Zylinderplatte 116 angeordnet und wirken dort, und ein Betätigen der hydraulischen Hebezylinder 122 verleiht der Zylinderplatte 116 und also der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 eine Bewegung.
  • 17a zeigt ebenfalls die Position von unbeweglichen/feststehenden Rohrklemmkeilen 124, die an der oberen Sektion des BOP-Schachts 126 angebracht sind, wobei die unbeweglichen Rohrklemmkeile 124 und der BOP-Schacht 126 in Bezug auf die Bohranlagenetage 8 feststehend sind. Also kann die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 durch die hydraulischen Hebezylinder 122 in Bezug auf die unbeweglichen Rohrklemmkeile 124 bewegt werden.
  • Die wirkenden Zusammenstellungs-/Trennungsdrehmomente werden mit Hilfe einer integralen Gegenwirkungssäule in Form einer Zangenschenkelbaugruppe 113 mit geschlossenem Kopf und des Unterbaus des Bohrturms 102 zwischen der oberen Zange 108 und der unteren Drehtischverstärkung 109 übertragen. Dies ermöglicht, dass die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 herkömmliche hydraulische Kraftmessdosen- und Drehmomentmessgerät-Baugruppen und/oder elektronische Kraftmessdosen, die für eine computerisierte Rohrabschnitt-Zusammenstellungssteuerung erforderlich sind, aufnimmt.
  • Gegenwirkende Bohrdrehmomente werden mit Hilfe der Gegenwirkungssäule 118 (in 3(b) gezeigt als sicher am Bohrturm 102 befestigt) und der Rollenverbindung 120 zurück zum Bohrturm 102 übertragen. Also ermöglicht dieses starre Befestigungssystem während Fräs-/Bohroperationen eine Arbeitsstrangdrehung mit hoher Geschwindigkeit mit einem Minimum an sich drehenden Bestandteilen, wobei diese die laufenden Rohrklemmkeile 114 und ein Abschnitt der Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 sind, was die Vibration und die mit freigelegter sich drehender Ausrüstung verbundenen Gefahren verringert.
  • Nun wird die obere Zange 108 ausführlich beschrieben. Die obere Zange 108 stellt Mittel bereit, um während Einfahr- und Bohrgestängeeinbau-Operationen Steigrohr, Futterrohr oder Bohrrohr zusammenzustellen und zu trennen, und wird hydraulisch angetrieben. Die obere Zange 108 umfasst drei Gleitbacken (nicht gezeigt), die das Bohrrohr 17 praktisch umfassen, um das Drehmoment auf ein Maximum zu steigern, während das Markieren und Beschädigen der Außenfläche des Bohrrohres 17 auf ein Minimum verringert wird. Die obere Zange 108 ist mit einem nockenbetätigten Backensystem (nicht gezeigt) versehen, das geöffnet werden kann, um den Durchgang von Arbeitsstrang-Werkzeugverbindungen sowie Steigrohr- und Futterrohrkupplungen zu ermöglichen. Es kann eine Palette von Backensystemen für unterschiedliche Stempel verwendet werden, wie beispielsweise Schwalbenschwanz-Streifstempel, die mit Arbeitsstrang-Werkzeugverbindungen verwendet werden, und Umgriffstempel, die mit Steigrohr oder Futterrohr verwendet werden. Die obere Zange 108 kann ebenfalls zum Einfahren von CRA-Rohrabschnitten (wie beispielsweise Rohrabschnitten mit 13 % bis 26 % Cr) mit besandeten Stempeln verwendet werden. Zusätzlich können ebenfalls nicht markierende Aluminiumstempel mit reibungsarmen Backen verwendet werden. Zusätzlich können (ein) elektronische(r) Umdrehungsumsetzer und (eine) elektronische Kraftmessdose(n) verwendet werden, um eine Drehmoment-Umdrehungskompatibilität mit elektronischen OCTG-Analysesystemen zu ermöglichen, die eine Aufzeichnung, wie beispielsweise einen Rechnerausdruck, der Qualität der Verbindung zwischen den jeweiligen Endlängen von zwei Rohrabschnitten bereitstellen können. Zusätzlich sollte zu bemerken sein, dass die Stempel ersetzt werden können, während ein Rohr durch die obere Zange 108 hindurchgeht. Die obere Zange 108 kann ebenfalls von Hand betätigt werden derart, dass die Zangenbohrung gesteigert werden kann, um einen Durchgang von Werkzeugen mit Durchmessern bis zu 11,06 Zoll zu ermöglichen. Die obere Zange 108 wird durch doppelte Hydromotoren mit zwei Geschwindigkeiten (nicht gezeigt) angetrieben, die Geschwindigkeiten und Drehmoment bereitstellen, die in der Lage sind, Verbindungen mit hohem Drehmoment schnell zu drehen und herzustellen/zu unterbrechen. Die obere Zange 108 ist mit einer hydraulischen Energieversorgung versehen, die eine Ausgangsleistung von 35 gpm und 3000 psi (62 hydraulische Horsepower) hat, die bei 9 U/min und im Modus mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl 30 000 Fußpfund und bei 18 U/min im Modus mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl 15 000 Fußpfund erzeugt. Alternativ dazu können die Hydromotoren 24 U/min Höchstdrehzahl und einen Modus mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl bei 47,6 gpm bereitstellen, was die maximal zulässige Durchflussgeschwindigkeit unter Verwendung eines standardmäßigen Ventilpakets PVG 120 DanfossTM, obwohl alternative Ventilsysteme verwendet werden können, um sogar noch höhere Drehzahlen bei höheren Durchflussgeschwindigkeiten bereitzustellen. Die obere Zange 108 kann für Rohrabschnitte in einem Bereich von 2 1/16 Zoll bis 8 5/8 Zoll Außendurchmesser verwendet werden, wobei eine Palette von Backen und Stempeln wie erforderlich geliefert wird, um sich den variierenden Durchmessern anzupassen. Der Greifbereich für Backen, die mit Schwalbenschwanzstempeln geliefert werden, liegt einen halben Zoll unter der Nenngröße der Backen, und der Greifbereich für Backen, die mit Umgriffstempeln geliefert werden, ist derjenige, auf den die Umgriffstempel gespant sind, um mit den Durchmessern von spezifischem Steigrohr, Futterrohr, Werkzeugverbindungen, Kupplungen oder Zubehör zusammenzupassen.
  • Die untere Zange oder Drehtischverstärkung 109 hat zwei Funktionen. Während Bohroperationen erzeugt die Drehtischverstärkung 109 das zum Hochgeschwindigkeitsfräsen und -bohren erforderliche Drehmoment. Dieses Drehmoment wird mit Hilfe von drei Gleitbacken zum Außendurchmesser des Arbeits- oder Bohrstrangs 17 übertragen. Während Einfahroperationen werden die Backen der Drehtischverstärkung 109 aktiviert, um das Rohr 17 zu ergreifen und dem durch die obere Zange 108 erzeugten Drehmoment zu widerstehen, wenn die Rohrabschnittsverbindungen zusammengestellt oder getrennt werden. Jedoch unterscheidet sich die Drehtischverstärkung 109 in mehreren Aspekten von der oberen Zange 108. Erstens hat die Drehtischverstärkung 109 große Drehtischlager (nicht gezeigt), um das Hohlrad (nicht gezeigt) zu tragen, an Stelle einer Reihe von Hantelrollenbaugruppen (nicht gezeigt), die an der oberen Zange 108 bereitgestellt werden. Außerdem ist der Körper der Drehtischverstärkung 109 abgedichtet und mit Getriebeöl gefüllt, um die Lager in den Getriebeflächen während ausgedehnter Bohrzeiträume zu schützen. Ein hydraulisch betätigtes Bremssystem (nicht gezeigt) wird ebenfalls bereitgestellt, das ein gesteuertes Freisetzen des Restdrehmoments eines Arbeitsstrangs ermöglicht. Jedoch ist der Antriebszug (nicht gezeigt) der Drehtischverstärkung 109 ähnlich dem Antriebszug (nicht gezeigt) der oberen Zange 108, weist aber unterschiedliche Motorversetzungen und Übersetzungsverhältnisse auf. Jedoch benutzt die Drehtischverstärkung 109, wie die obere Zange 108, drei Backen, die das Rohr 17 praktisch umfassen, um das Drehmoment auf ein Maximum zu steigern, während das Markieren und Beschädigen der Außenfläche des Rohres 17 auf ein Minimum verringert wird. Das nockenbetätigte Backensystem (nicht gezeigt) der Drehtischverstärkung 109 kann geöffnet werden, um den Durchgang von Steigrohr- und Futterrohrkupplungen zu ermöglichen, und die Backensysteme (nicht gezeigt) der Drehtischverstärkung 109 sind mit denen der oberen Zange 108 austauschbar. Schwalbenschwanz-Streifstempel (nicht gezeigt) können für die Backen der Drehtischverstärkung 109 zur Verwendung mit Bohrrohr-Werkzeugverbindungen bereitgestellt werden, und Umgriffstempel können für Steigrohr oder Futterrohr verwendet werden. Zusätzlich können die Stempel ersetzt werden können, während das Bohrrohr 17 durch die Drehtischverstärkung 109 hindurchgeht, und die Drehtischverstärkung 109 kann von Hand betätigt werden, um ihre Bohrung zu steigern, um einen Durchgang von Werkzeugen mit Durchmessern bis zu 11,06 Zoll zu ermöglichen. Doppelte Hydromotoren mit zwei Geschwindigkeiten (nicht gezeigt) stellen Geschwindigkeiten für Fräs- und Bohroperationen bereit. Eine abnehmbare untere Rohrführungsplatten-Baugruppe (nicht gezeigt) wird gesondert für jeden spezifischen Kupplungsdurchmesser bereitgestellt und unterstützt die Rohrausrichtung während Hebeoperationen.
  • Die hydraulische Energieversorgung der Drehtischverstärkung 109 liefert eine Ausgangsleistung von 145 gpm und 2 250 psi (190 hydraulische Horsepower) und erzeugt 7 500 Fußpfund bei 80 U/min im Modus mit hoher Drehzahl, niedrigem Drehmoment und 15 000 Fußpfund bei 40 U/min im Modus mit hohem Drehmoment, niedriger Drehzahl.
  • Die Rohrabschnittkapazität und der Greifbereich für die Drehtischverstärkung 109 sind die gleichen wie die für die obere Zange 108.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 17(a) ist der Zangenrahmen 110 über einen unteren Zangenrahmen 111 mit den laufenden Rohrklemmkeilen 114 verbolzt, obwohl zu bemerken sein sollte, dass einige Konfigurationen eine gesonderte Adapterplatte (nicht gezeigt) erfordern können. Die obere Zange 108 ist innerhalb des Zangenrahmens 111 aufgehängt durch doppelt wirkende Federbaugruppen, die an Schenkeln 113 (siehe 17(b)) angeordnet sind, die sich von der Drehtischverstärkung 109 nach oben erstrecken. Die obere Zange 108 kann in einer von zwei Positionen festgesteckt werden, um das Zusammenstellen von Arbeitsstrang-Werkzeugverbindungen und Anschlüssen unter Verwendung von Kupplungen zu erleichtern. Die Federbaugruppen (nicht gezeigt) innerhalb der Schenkel 113 ermöglichen, dass die obere Zange 108 ± 2,5 Zoll Spiel hat, um sich während des Zusammenstellen oder Trennen der Gewindesteigung anzupassen. Eine obere Führungsplatte 115 mit offenem Hals ist am oberen Ende der Schenkel 113 befestigt und ist mit Hebeösen 117 versehen, die ein Handhaben des Zangenrahmen 110 ermöglichen. Eine wahlweise fernbediente einstellbare obere Führungsplattenbaugruppe kann bereitgestellt werden, um das automatische Einfahren von Rohrabschnitten zu erleichtern, und also wirkt die fernbediente einstellbare obere Führungsplattenbaugruppe als hydraulische Einfahrführung für die Rohrabschnitte. Der Zangenrahmen 110 ist ungefähr 39 Zoll breit mal 39 Zoll tief.
  • Die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 ermöglicht, dass sich die laufenden Rohrklemmkeile 114 unter Belastung drehen, während das Rohr 17 manipuliert wird. Die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 ist am oberen Ende der Zylinderplatte 116 der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 befestigt und weist einen Flansch (nicht gezeigt) auf um die Anbringungsbolzen (nicht gezeigt) der laufenden Rohrklemmkeile 114 aufzunehmen. Diese Belastungen werden in ein Drehtisch-Lagersystem (nicht gezeigt) mit großem Durchmesser übertragen, das innerhalb eines geschlossenen Gehäuses der Baugruppe 112 läuft, um gegen Verunreinigung geschützt zu sein. Ein integrales hydraulisches Spülkopfsystem (nicht gezeigt) ermöglicht die Bedienung der laufenden Rohrklemmkeile 114 ohne die Notwendigkeit, Schläuche anzuschließen oder abzutrennen. Der Spülkopf weist ein Kühlungssystem (nicht gezeigt) auf, um einen Hitzeaufbau in den Dichtungen (nicht gezeigt) auf ein Minimum zu verringern, während die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 für ausgedehnte Bohroperationen verwendet wird. Die vorläufigen Spezifikationen für die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 sind wie folgt:
    Druckbelastbarkeit 460000 Pfund
    Spannungs-(Bohrgestängeeinbau-)Belastbarkeit 170000 Pfund
    Drehgeschwindigkeitsgrenze (Spülkopf-Dichtungsbelastbarkeit) 106 U/min
    Maximale Spülkopfdrücke (statische drehfreie Bedingungen) 1500 psi
    (Bemerkung: Druck sollte während des Drehen aus dem Spülkopf abgelassen werden)
    Maximaler Spülkopf-Kühlmitteldruck 60 psi
    Empfohlene Spülkopf-Kühlmittelzuführ-Durchflussgeschwindigkeit 5–10 gpm
  • Der Spülkopf sollte durch Frischwasser gekühlt werden, obwohl in kaltem Klima ein Gefrierschutzmittel auf Glyzerinbasis oder ein Äquivalent erforderlich sein kann.
  • Eine Fernsteuerungs- und Instrumentenkonsole kann ebenfalls bereitgestellt werden, die unmittelbar wirkende hydraulische Steuerventile (nicht gezeigt) aufweist, um eine Steuerung für Folgendes bereitzustellen:
    • i) manuelle Richtungssteuerung der Zangenmotorrichtung, die eine belastungsunabhängige proportionale hydraulische Steuerventilbaugruppe Danfoss PGV 120TM (nicht gezeigt) für eine rückkopplungsfreie Antriebseinheit mit einer manuellen hebelbetätigten Ventilsektion zum Steuern des Zangenmotors mit Durchflussgeschwindigkeiten bis zu 47,6 gpm verwendet,
    • ii) Zangenmotormodus (hohes Drehmoment, niedrige Drehzahl oder niedriges Drehmoment, hohe Drehzahl),
    • iii) Zangendrehmomentbegrenzer (manuelle Voreinstellung für automatisches Entleeren, und ein elektronisches Solenoid kann eine Entleerungscomputersteuerung hinzufügen),
    • iv) Zangenverstärkungsstift,
    • v) Hydrauliksystem-Drucksteuerung,
    • vi) manuelle Richtungssteuerung des Drehtischverstärkungsmotors, die eine hydraulische Steuerventilbaugruppe für eine rückkopplungsfreie Antriebseinheit mit einer manuellen hebelbetätigten Ventilsektion verwendet. Eine Sektion steuert die Motoren der Drehtischverstärkung 109 mit Durchflussgeschwindigkeiten bis zu 145 gpm, was die maximale zulässige Durchflussgeschwindigkeit für einen ununterbrochenen Betrieb im Hochgeschwindigkeitsmodus ist. Eine unendlich veränderliche Drehgeschwindigkeitssteuerung kann am wirkungsvollsten durch die Verwendung von Verstellpumpensystemen erreicht werden. Als Alternative dazu kann die Geschwindigkeit durch Drosseln der Richtung des Steuerventils oder durch die Verwendung eines einstellbaren Durchflusssteuerventils eingestellt werden.
    • vii) Motormodus der Drehtischverstärkung 109, die für hohes Drehmoment, niedrige Drehzahl oder niedriges Drehmoment, hohe Drehzahl sorgt,
    • viii) Zangenverstärkungsstift für die Drehtischverstärkung 109,
    • ix) Bremssystemsteuerung,
    • x) Drehmomentmessgerät (hydraulische Art) mit Dämpferventil,
    • xi) Hydrauliksystem-Druckmessgerät.
  • Unter Bezugnahme wieder auf 8a wird nun eine Einfahroperation in ein bereits gebohrtes Bohrloch beschrieben. Zur Erklärung: Eine Einfahroperation wird durchgeführt, um Werkzeuge einzuführen, die im Bohrloch für eine spezifische Bohrlochoperation erforderlich sind.
  • Da Bohrlöcher viele Tausende von Fuß tief sind, muss die Länge des Bohrrohres 17 so schnell wie möglich in den Bohrstrang eingeschlossen und in das Bohrloch eingeführt werden.
  • Es wird nun ein Einbau-/Ausbaumechanismus nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 8a zeigt das obere Ende des Bohrrohres 17c, das von der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 nach oben vorsteht. An diesem Punkt wird den unbeweglichen Rohrklemmkeilen 124, die innerhalb eines unbeweglichen Rohrklemmkeilgehäuses 3 angeordnet sind, Energie zugeführt, damit sie fest an der Außenfläche des unteren Endes des Bohrrohres 17c zugreifen derart, dass die unbeweglichen Rohrklemmkeile 124 das gesamte Gewicht des Bohrstrangs halten. Danach werden die vier hydraulischen Hebezylinder 122 betätigt, um die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 hochzuheben, bis sie die in 7a und 9a gezeigte Position erreicht derart, dass das obere Ende des Bohrrohres 17c und das untere Ende des Bohrrohres 17b innerhalb der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 angeordnet sind. Danach wird den laufenden Rohrklemmkeilen 114 Energie zugeführt, damit sie die Außenfläche des Bohrrohres 17c gerade unterhalb des oberen Endes desselben in Eingriff nehmen. Danach wird den Backen der Drehtischverstärkung 109 Energie zugeführt, damit sie die Außenfläche des Bohrrohres 17c unmittelbar unterhalb des oberen Endes desselben in Eingriff nehmen, und den Backen der oberen Zange 108 wird Energie zugeführt, damit sie die Außenfläche des Bohrrohres 17b unmittelbar oberhalb des unteren Endes desselben in Eingriff nehmen. Danach werden die unbeweglichen Rohrklemmkeile 124 gelöst, und die hydraulischen Hebezylinder 122 werden danach betätigt, um die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 nach unten zu bewegen. Gleichzeitig wird die obere Zange 108 betätigt, um das Bohrrohr 17b im Verhältnis zum Bohrrohr 17c zu drehen derart, dass die zwei Verbindungen derselben bis zum erforderlichen Drehmomentniveau zusammengebaut werden. Daher ist zu dem Zeitpunkt, da die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 die in 10a gezeigte Position erreicht hat, die Verbindung zwischen den Bohrrohren 17b und 17c zusammengebaut. Danach kann der Rohrabfertiger-Fluidspülkopf 13b vom oberen Ende des Bohrrohres 17b gelöst werden und kann, wie in 11b und 12b gezeigt, am Armläufer 9b nach unten bewegt werden, um ein anderes Rohr 17 aufzunehmen. Danach wird den unbeweglichen Rohrklemmkeilen 124 erneut Energie zugeführt, damit sie die Außenfläche des Bohrrohres 17b in Eingriff nehmen, und wenn dies getan worden ist, kann der Eingriff zwischen der oberen Zange 108, der Drehtischverstärkung 109 und dem jeweiligen Bohrrohr 17b, 17c gelöst werden. Danach werden die hydraulischen Hebezylinder 122 noch einmal betätigt derart, dass sich die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 zu der in 13a gezeigten Konfiguration bewegt. Den laufenden Rohrklemmkeilen 114 wird erneut Energie zugeführt, damit sie das Bohrrohr 17 ergreifen, und die unbeweglichen Rohrklemmkeile 124 werden gelöst. Danach werden die hydraulischen Hebezylinder 122 betätigt, damit sie sich nach unten bewegen derart, dass die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 und die laufenden Rohrklemmkeile 114 den Bohrstrang 17 in das Bohrloch schieben. Eine typische Weglänge der hydraulischen Hebezylinder 122, und also der Hub des Bohrstrangs 17, beträgt 13 Fuß. Daher bewegt sich die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 von der in 13a gezeigten Konfiguration zu der in 14a und 15a gezeigten Konfiguration. Zusätzlich haben die gelenkigen Rohrarme 12a das Rohr 17a so bewegt, dass es koaxial mit dem Bohrrohr 17b ist.
  • Den unbeweglichen Rohrklemmkeilen 124 wird noch einmal Energie zugeführt, damit sie das Bohrrohr 17b in Eingriff nehmen, und die laufenden Rohrklemmkeile 114 werden gelöst derart, dass die hydraulischen Hebezylinder 122 die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 zu der in 16a gezeigten Position bewegen, so dass das obere Ende und das untere Ende der jeweiligen Bohrrohre 17b und 17a innerhalb der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 angeordnet sind.
  • Dieser Vorgang wird für so viele Bohrrohrsektionen 17 wiederholt, wie es erforderlich ist, um die gewünschte Länge des Bohrstrangs 17 zusammenzustellen.
  • Dieser Vorgang gewährleistet ein außerordentlich schnelles Zusammenstellen (oder, falls umgekehrt betrieben, Trennen) für eine Einfahroperation.
  • Normalerweise ist für Einfahroperationen ein Drehen des Bohrstrangs nicht erforderlich. Für Bohroperationen ist es jedoch erforderlich, dass der Bohrstrang 17 gedreht wird, und es ist ebenfalls erforderlich, dass eine Zirkulation durch die Bohrung des Bohrstrangs 17 hinunter zum Bohrmeißel erfolgt, der am Unterteil des Bohrstrangs 17 angeordnet ist. Die Bohranlage 100 ist in der Lage, dem Bohrstrang 17 eine Drehbewegung mitzuteilen, ohne das Erfordernis eines herkömmlichen Drehtischs oder Oberantriebs, und kann ebenfalls eine ununterbrochene Zirkulation durch die Bohrung des Bohrstrangs 17 ermöglichen, wie nun beschrieben wird.
  • Die laufenden Rohrklemmkeile 114 werden, wie zuvor beschrieben, verwendet, um den Bohrstrang 17 in das Bohrloch abzusenken oder daraus anzuheben, und das Steuerungssystem für die hydraulischen Hebezylinder kann derart bedient werden, dass die Zylinder 122 den Bohrstrang 17 in das Loch schieben können. Zum Beispiel kann die Bohroperation erfordern, dass der Bohrstrang 17 um einen bestimmten Prozentsatz des Gewichts des Bohrrohres 17, wie beispielsweise 10 Gewichtsprozent, in das Loch hinabgeschoben wird. Die Drehtisch-Lagerbaugruppe 112 und die laufenden Rohrklemmkeile 114 können ebenfalls betätigt werden, um dem Bohrstrang 17 eine Drehung mitzuteilen, entweder, wenn er in das Bohrloch eingeführt oder wenn er herausgezogen wird, oder sogar, während der Bohrstrang 17 in Vertikalrichtung feststehend ist.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu, dass die Drehtisch-Lagerbaugruppe die Energie bereitstellt, um den Bohrstrang 17 zu drehen, kann die Drehtischverstärkung 109 betätigt werden, um dem Bohrstrang 17 eine Drehung mitzuteilen.
  • Es werden nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum ununterbrochenen Zirkulieren nach der vorliegenden Erfindung beschrieben, die besonders zur Verwendung während einer Fräs-/Bohroperation dienen.
  • 18 bis 23 zeigen einen Abschnitt einer Vorrichtung 130 des Systems zum ununterbrochenen Zirkulieren, wobei 24 bis 28 Strömungsdiagramme des Betriebs derselben zeigen. 19 zeigt die Vorrichtung 130 zum ununterbrochenen Zirkulieren isoliert, und 18 zeigt die Vorrichtung 130 zum ununterbrochenen Zirkulieren, eingebaut in die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20. Unter Bezugnahme zuerst auf 19 wird eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 130 gezeigt, die eine obere Dichtung 132 in der Form eines Shaffer-Dichtungselements 132, eine untere Dichtung in der Form eines Paars von Stößeln 134a, 134b und ein mittleres Volldurchgangsventil 136 in der Form eines Plattenventils 136 von 10 000 psi umfasst. Ein Gehäuse für diese Bauteile wird ebenfalls bereitgestellt, in der Form einer Shaffer-Haube 138, eines Mittelgehäuses 140 und eines Hauptgehäuses 142. Die Shaffer-Dichtung 132 ist mit einer Kolbenbaugruppe 144 versehen, die nach oben bewegt werden kann, um der Shaffer-Dichtung 132 um die Außenfläche eines Rohres 17, das in der Bohrung der Shaffer-Dichtung 132 angeordnet ist, durch das Einleiten von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in einen Anschluss 146 für geschlossene Dichtung Energie zuzuführen. Die Kolbenbaugruppe 144 kann durch das Einleiten von Hydraulikfluid in den Anschluss 148 für offene Dichtung nach unten bewegt werden, um die Abdichtungswirkung der Shaffer-Dichtung 132 am Bohrrohr 17 zu lösen.
  • Es ist wichtig zu bemerken, dass die Mittelspindel 137 des Plattenventils 136 nicht auf der vorgesehenen Bahn der Längsachse des Bohrstrangs 17 angeordnet ist. Jedoch liegt die Hauptarbeitsebene des Plattenventils 136 senkrecht zur Längsachse der vorgesehenen Bewegungsbahn des Bohrstrangs 17. Ein Paar von kreisförmigen Öffnungen 150a, 150b wird in dem Plattenventil 136 bereitgestellt, und ein Paar von Dichtungsringen 152a, 152b wird an der oberen Fläche des Plattenventils 136 bereitgestellt derart, dass die Mittelpunkte der Öffnungen 150a, 150b und der Dichtungsringe 152a, 152b im gleichen Radius von der Mittelspindel 137 angeordnet sind. Ferner sind die Mittelpunkte der Öffnungen 150a, 150b auf dem gleichen Durchmesser angeordnet, und die Mittelpunkte der Dichtungsringe 152a, 152b sind ebenfalls auf dem gleichen Durchmesser angeordnet. Die Ventilplatte 136 ist derart angeordnet, dass, wenn die Mittelspindel 137 zum Mittelpunkt der Längsachse des Bohrstrangs 17 versetzt ist, die Mittelpunkte der Öffnungen 150a, 150b und der Dichtungsringe 152a, 152b die Längsachse des Bohrstrangs 17 halbieren, wenn sich die Ventilplatte 136 dreht. Mit anderen Worten: Die Mittelspindel 137 wird um eine Strecke aus der Mitte gedreht, die dem Radius der Mittellinien der Öffnungen 150 und der Dichtungsringe 152 entspricht.
  • Wie am deutlichsten in 20 gezeigt wird, ist in Vertikalrichtung unmittelbar unterhalb der Position des Plattenventils 136 und in Vertikalrichtung unmittelbar oberhalb der Rohrrampen 134a, 134b ein Zirkulationsanschluss 154 geformt.
  • Die Innenflächen der Rohrstößel 134a, 134b sind derart geformt, dass sie, wenn die Stößel 134 zusammengebracht werden, eine Dichtungspassung um die Außenfläche des Bohrrohres 17 bereitstellen.
  • Das Plattenventil 136 ist mit einer Verzahnungsfläche 156 versehen, und ein interner Hydromotor 158 mit einem entsprechend übersetzten Antrieb wird ebenfalls bereitgestellt derart, dass die Betätigung des Hydromotors 158 das Plattenventil 136 dreht.
  • Wahlweise, aber vorzugsweise, wird in der inneren Kammer der Vorrichtung 130 zum ununterbrochenen Zirkulieren ein weiterer Anschluss 220 (wie in 24 gezeigt) bereitgestellt, wobei der weitere Anschluss 220 zwischen dem Shaffer-Dichtungselement 132 und dem Plattenventil 136 angeordnet ist.
  • Der weitere Anschluss 220 kann geöffnet werden, um Luft aus der Rohrverbindung 17B, die in die Vorrichtung 130 eingeführt wird, abzulassen, bevor das Plattenventil 136 geöffnet wird; auf diese Weise wird zuerst die Shafferdichtung 132 um die Rohrverbindung 17B geschlossen, und der weitere Anschluss 220 wird geöffnet derart, dass Luft aus der Verbindung 17B entleert oder ausgepumpt werden kann.
  • Wahlweise, aber vorzugsweise, wird ferner eine Verbindungsintegritätsprüfungsvorrichtung zur Verwendung mit der Vorrichtung 130 zum ununterbrochenen Zirkulieren bereitgestellt: Die Verbindungsintegritätsvorrichtung (nicht gezeigt) bietet eine externe Druckprüfung der Integrität der Rohrverbindungen, die innerhalb der Vorrichtung 130 zum ununterbrochenen Zirkulieren zusammengestellt werden. Um die Verbindungsintegritätsvorrichtung zu benutzen, wird die zu prüfende Rohrverbindung innerhalb der Mitte der Vorrichtung 130 zum ununterbrochenen Zirkulieren, das heißt, in der in 25 gezeigten Position, gehalten. Die Stößel 134a, 134b werden in der geschlossenen Konfiguration gehalten derart, dass sie um das obere Ende des unteren Rohres 17C abdichten. Danach wird entweder eine Flüssigkeit oder vorzugsweise ein Gas, wie beispielsweise Stickstoff oder vorzugsweise Helium, entweder durch den Zirkulationsanschluss 154 oder durch den Einspritzanschluss 184 unter Druck in die Kammer (den Abschnitt zwischen dem Zirkulationsanschluss 154 und dem Einspritzanschluss 184) eingeleitet, bis der Druck der Flüssigkeit oder des Gases einen verhältnismäßig hohen festgelegten Druck erreicht. Ein Drucksensor (nicht gezeigt), der vorzugsweise ein digitaler Drucksensor ist, wird in den Leitungen entweder des Zirkulationsanschlusses 154 oder des Einspritzanschlusses 184 bereitgestellt, und die Ausgabe des Drucksensors ist vorzugsweise an ein Rechnersteuerungssystem gekoppelt, das die gesamte Aktivität der Bohranlage 100 aufzeichnet; wobei das Rechnersteuerungssystem typischerweise in der der Bohranlagenkabine 31 angeordnet ist. Das Rechnersteuerungssystem (nicht gezeigt) überwacht die Ausgabe des Drucksensors derart, dass die Integrität der Rohrverbindung zwischen dem unteren Rohr 17C und dem oberen Rohr 17B fraglich ist, falls die Ausgabe des Drucksensors abzufallen beginnt. Eine solche fragliche Rohrlängenverbindung könnte auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen sein, wie beispielsweise, ohne darauf begrenzt zu sein:
    • 1) Verschleiß und Bruch der Verbindung,
    • 2) Verunreinigung innerhalb der Schraubengewindeanschlüsse der Verbindung,
    • 3) unzureichendes Drehmoment, das an die Verbindung angelegt wird, und/oder
    • 4) übermäßiges Klemmen oder Auswaschen, das durch die Verbindung hindurchgeht, bei vorherigen Touren der Verbindung in ein Bohrloch.
  • Eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 160 zum ununterbrochenen Zirkulieren wird in schematischer Form in 26 gezeigt und umfasst eine obere Dichtung 162, die in der Form eines Shaffer-Dichtungselements 162, ähnlich dem in 19 gezeigten, eine untere Dichtung 164, wieder in der Form eines Shaffer-Dichtungselements, und ein Plattenventil 166, ähnlich dem in 19 gezeigten. Diese Ausführungsform wird als Strippergestaltung 160 bezeichnet. In Bezug auf die Strippergestaltung 160 sollte zu bemerken sein, dass die obere Dichtung alternativ dazu ein Gummi-Abdichtelement 162 in der Form eines Gummirings 162 sein kann. Dies gewährleistet eine Reibungsdichtung in Bezug auf die Außenfläche des Rohres 17 oder der Rohrverbindung und muss nicht betätigt werden. Der Innendurchmesser des Gummirings 162 ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Rohres 17, und der Gummiring 162 ist derart elastisch, dass er sich verformen kann, um den Durchgang von Verbindungen durch denselben zu ermöglichen. Das untere Dichtungselement 164 der Strippergestaltung kann einen ähnlichen Gummiring 164 haben.
  • Eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 170 zum ununterbrochenen Zirkulieren wird in 27 und 28 gezeigt und umfasst eine obere Dichtung 172 in der Form eines Paars von Stößeln 172, ähnlich den in 19 gezeigten Stößeln 134, eine untere Dichtung 174 in der Form von Stößeln 174, ähnlich den in 19 gezeigten Stößeln 134, und ein Mittelventil 176 in der Form eines Paares von Volldurchgangs-Dichtungsstößeln 176. Diese dritte Ausführungsform 170 wird als Stößelgestaltung 170 bezeichnet.
  • Es wird nun ein Verfahren zum Betreiben des Systems zum ununterbrochenen Zirkulieren beschrieben.
  • Für Bohroperationen wird das untere Ende eines Mitnehmerstangenschlauchs 180 am oberen Ende des nächsten Bohrrohres 17, das in den Bohrstrang eingebaut werden soll, befestigt, wobei das obere Ende des Mitnehmerstangenschlauchs 180 an den Rohrabfertiger-Fluidspülkopf 13 gekoppelt ist. Eine Spülschlamm-Zufuhrleitung 182 ist an das äußere Ende des Doppelbogenrohres 18 gekoppelt. Unter Bezugnahme auf 9a wird an diesem Punkt im Zirkulationssystemszyklus kein Spülschlamm durch den Doppelbogen 18 zirkuliert, und die relativen Positionen des unteren Bohrrohres 17c und des oberen Bohrrohres 17b innerhalb der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 an diesem Punkt wird in schematischer Form in 24 gezeigt. Ein Ventil V3, das zwischen dem Mitnehmerstangenschlauch 180 und der Fluidzufuhrleitung 182 angeordnet ist, wird als geschlossen gezeigt. An diesem Punkt wird ein mittleres Volldurchgangsventil, in der Form des Plattenventils 136, als geschlossen gezeigt insofern, als einer der Dichtungsringe 152 konzentrisch mit der Längsachse des Bohrrohres 17c ist. Das untere Ventil 134 ist um die Außenfläche des oberen Endes des Bohrrohres 17c geschlossen, und der Einspritzanschluss 184 ist mit Hilfe eines Ventils V2 geschlossen. Ein Ventil V4 ist ebenfalls geschlossen, das zwischen dem Mitnehmerstangenschlauch 180 und einer Abflussleitung 186 angeordnet ist. Ventile V5 und V1 sind zwischen dem Zirkulationsanschluss 154 und der Fluidzufuhrleitung 182 angeordnet, und an diesem Punkt sind V5 und V1 beide offen, und also wird durch den Zirkulationsanschluss 154 und in die Innenbohrung der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 und also die Innenbohrung des Bohrrohres 17c Spülschlamm zugeführt.
  • Es sollte ebenfalls zu bemerken sein, dass die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 mit einem anderen Rohrklemmkeilsystem 190, in der Form von oberen Rohrklemmkeilen 190, versehen ist, das normalerweise nur während einer Operation mit ununterbrochenem Zirkulieren benutzt wird. Die oberen Rohrklemmkeile 190 (in 17(a) nicht gezeigt, aber in schematischer Form in 24 und 25 gezeigt und in einer bevorzugten Form in 29, 30 und 31 gezeigt) sind mit Hilfe einer Anordnung von hydraulischen Hebezylindern 194 am oberen Ende einer Zubringerplatte 192 an der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 angebracht, und bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt es vier solcher hydraulischen Hebezylinder 194. Die oberen Rohrklemmkeile 190 können betätigt werden, um das Bohrrohr 17b fest zu ergreifen, wenn es in die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 eingeführt wird, derart, dass die oberen Rohrklemmkeile 190 dem Bohrrohr 17b eine Stütze bieten, und die hydraulischen Hebezylinder 194 werden betätigt, um das Bohrrohr 17b fest in die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 abzusenken oder einzuspeisen.
  • Die nächste Betriebsphase wird in 25 gezeigt, die zeigt, dass das mittlere Plattenventil 136 derart gedreht worden ist, dass eine Öffnung 150 koaxial mit der Längsachse der Bohrrohre 17 ist. Gleichzeitig wird die obere Dichtung 132 um das obere Rohr 17b geschlossen, und das Ventil V3 wird geöffnet. Dies spült Fluid in das Bohrrohr 17b und gleicht also den Druck oberhalb des Plattenventils 136 mit dem Druck unterhalb des Plattenventils 136 aus, da die Ventile V5 und V1 noch offen sind.
  • Die oberen Rohrklemmkeile 190 bleiben betätigt, um das Bohrrohr 17b fest zu greifen und also zu stützen, gegen die Kraft des Drucks, die sonst das Bohrrohr 17b noch oben und aus der Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 zwingen könnte.
  • Danach wird das Plattenventil 136 zu der in 25 gezeigten Position gedreht derart, dass eine der Öffnungen 150 konzentrisch mit der Langsachse des Bohrrohres 17 ist. Danach wird das Ventil V1 geschlossen.
  • Die Bewegung des oberen Rohres 17b nach unten wird, wie zuvor beschrieben (d.h., durch eine Verbindung einer Bewegung der Drahtscheibe 10b nach unten und einer Bewegung der hydraulischen Hebezylinder 194 ebenfalls nach unten), wieder begonnen, bis es in enge Nähe mit dem oberen Ende des unteren Rohres 17c kommt. Danach wird das Ventil V2 geöffnet, und ein geeignetes Fluid wird über das nun offene V2 in den Einspritzanschluss 184 eingespeist, um die Gewinde der zwei Rohre zu spülen. Also werden die obere Zange 108 und die untere Zange oder Drehtischverstärkung 109 betätigt, um die zwei Rohre 17b, 17c zu ergreifen, und die Betätigung der oberen Rohrklemmkeile 190 am Bohrrohr 17b wird gelöst. Danach werden die obere Zange 108 und die untere Zange/Drehtischverstärkung 109 betätigt, um die zwei Rohre 17b, 17c zusammenzubauen.
  • Der Bohrstrang 17 setzt seine Bewegung nach unten durch die Betätigung der hydraulischen Hebezylinder 122, der laufenden Rohrklemmkeile 114 und der unbeweglichen Rohrklemmkeile 124 bis zu einem Zeitpunkt fort, zu dem sich das obere Ende des Rohres 17b in der Gewindeeingriffshöhe befindet; das ist die Position des Rohres 17c, wie sie in 24 gezeigt wird. Das Mitnehmerstangenventil wird danach vom oberen Ende des Rohres 17b abgeschraubt und wird durch die Gegengewichtswinde und/oder die oberen Rohrklemmkeile 190 und die hydraulischen Hebezylinder 194 nach oben gezogen. Es sollte zu bemerken sein, dass die obere Dichtung 132 noch um das Mitnehmerstangenventil abdichtet. Sobald das Mitnehmerstangenventil nach oben durch die Öffnung 150 hindurchgegangen ist, wird das mittlere Plattenventil 136 geschlossen. Danach wird das Ventil V4 zum Druckablassen geöffnet, und V3 wird geschlossen, und V5 wird geöffnet. Das obere Dichtungselement 132 kann danach geöffnet werden, und die nächste Rohrlänge kann in die Bohrgestängeeinbau-Einheit 20 eingeführt werden. Das Verfahren wird für so viele Längen wiederholt, wie es erforderlich ist, und also wird ein ununterbrochenes Zirkulieren von Spülschlamm durch den Bohrstrang erreicht.
  • 29 bis 31 zeigen eine bevorzugte Form eines Rohrklemmkeilmechanismus 200; es sollte zu bemerken sein, dass der Rohrklemmkeilmechanismus 200 vorzugsweise für eine Verwendung als die unbeweglichen/feststehenden Rohrklemmkeile 124 und/oder die laufenden Rohrklemmkeile 114 und/oder die oberen Rohrklemmkeile 190 geeignet ist.
  • Der Rohrklemmkeilmechanismus 200 kann ebenfalls als ein Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeilmechanismus 200 bezeichnet werden. Der Rohrklemmkeilmechanismus 200 umfasst eine Rohrklemmkeilschale 202 oder ein Rohrklemmkeilgehäuse 202, das mit wenigstens einem und vorzugsweise vier hydraulischen Hebezylindern 204 versehen ist, die sich von der Basis des Rohrklemmkeilgehäuses 202 aus in Vertikalrichtung nach oben erstrecken. Vier Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 werden innerhalb des Rohrklemmkeilgehäuses 202 bereitgestellt, wobei die Breite jedes Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeils 206 nicht mehr als 90° eines Kreises umschreibt. Die innersten Flächen jedes der Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 haben eine gemeinsame Krümmung derart, dass sie 206, wenn sie sich in der geschlossenen Konfiguration, wie in 30 gezeigt, befinden, zusammenkommen, um eine Innenbohrung zu bilden, und sind mit einer auf geeignete Weise greifbaren Oberfläche versehen derart, dass sie 206 in der Lage sind, die Außenfläche des Bohrrohrs 17 sicher zu ergreifen, und folglich das Gewicht des Bohrstrangs tragen können.
  • Die Innenfläche des Rohrklemmkeilgehäuses 202 ist von der Basis des Rohrklemmkeilgehäuses 202 bis zum obersten Abschnitt des Rohrklemmkeilgehäuses 202 nach außen verjüngt, und vier in Längsrichtung verlaufende Schlitze (nicht gezeigt) sind mit gleichem Abstand um die Innenfläche des Rohrklemmkeilgehäuses 202 geformt. Ein in Längsrichtung verlaufender schwalbenschwanzförmiger Keil (nicht gezeigt) wird an der Außenfläche jedes Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeils 206 bereitgestellt derart, dass der schwalbenschanzförmige Keil in den jeweiligen Schlitz des Rohrklemmkeilgehäuses 202 eingreift. Die oberen Enden der hydraulischen Hebezylinder 204 sind auf geeignete Weise an jeden Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeil 206 gekoppelt derart, dass eine Betätigung der hydraulischen Hebezylinder 204 die Zylinder 204 aus ihrer in 30 gezeigten Ruhe- (nicht ausgefahrenen) Konfiguration zu der in 29 gezeigten vollständig ausgefahrenen Konfiguration bewegt; auf diese Weise können die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 von der in 30 gezeigten geschlossenen (und das Rohr ergreifenden) Konfiguration zu der in 29 gezeigten (und das Rohr nicht ergreifenden) Konfiguration bewegt werden.
  • Es sollte zu bemerken sein, dass herkömmlicherweise, insbesondere, wenn eine Verrohrung, wie beispielsweise eine Futterrohr- und Linerverrohrung (die längs ihrer Länge eine ebene Außenfläche hat), durch einen Satz von Rohrklemmkeilen geführt wird, ein Sicherheitsmechanismus verwendet wird. Dieser herkömmliche Sicherheitsmechanismus umfasst eine manuelle Klemme, die um die Außenfläche der Verrohrung gesetzt wird und die manuell durch einen Bediener, wie beispielsweise einen Bohranlagenarbeiter, angezogen werden muss. Diese manuell angewendete Klemme wird so angeordnet, dass sie als Sicherheitsmerkmal wirkt derart, dass, falls die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 ihren Griff an der glatten Außenfläche des Futterrohr-/Linerstrangs lockern, dann die manuell angewendete Klemme mit der obere Fläche der Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile zusammenstoßen wird, was sie folglich weiter die verjüngte Oberfläche hinab zwingt und dadurch den Griff steigert, der durch die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile auf die Außenfläche des Futterrohrs ausgeübt wird. Jedoch ist es gefährlich und ebenfalls zeitaufwändig, diese herkömmliche Klemmenanordnung anzuwenden.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist mit Hilfe eines Vorspannmechanismus, wie beispielsweise eines Satzes von Schraubenfedern 210, ein Sicherheitsrohrklemmkeil 208 am oberen Ende jedes Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeils 206 angebracht; jedoch werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine andere Art von Vorspannmechanismus, wie beispielsweise eine Blattfeder oder ein Gummi-/Neoprenelement (nicht gezeigt) oder eine Hebelanordnung, wie in der zweiten Ausführungsform von 32 bis 34 gezeigt, verwendet werden könnte. Die Schraubenfedern 210 sind so angeordnet, dass sie die Sicherheitsrohrklemmkeile 208 normalerweise von den Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeilen 206 weg vorspannen. Wenn sich die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 in der geschlossenen Konfiguration, wie in 30 gezeigt, befinden, greifen sie den Futterrohrstrang oder Bohrstrang 17, und die Sicherheitsrohrklemmkeile 208 greifen ebenfalls die Außenfläche des Strangs, da das hintere Ende oder äußerste Ende jedes Sicherheitsrohrklemmkeils 208 an einem Sicherheitsrohrklemmkeil-Anschlag 212 anstößt, der zweckmäßigerweise auf eine geeignete Weise am oberen Ende des Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeils 206 angebracht ist. Noch vorteilhafter ist der Sicherheitsrohrklemmkeil 208 mit einem Sicherheitsrohrklemmkeil-Vorderteil 214 versehen, wobei das Sicherheitsrohrklemmkeil-Vorderteil 214 mit Hilfe einer Anordnung aus schwalbenschwanzförmigem Keil (nicht gezeigt) und Schlitz (nicht gezeigt), die, wie in 31 gezeigt, an einer verjüngten Oberfläche bereitgestellt wird, am Sicherheitsrohrklemmkeil-Hinterteil 208 angebracht ist.
  • Dementsprechend werden sich, wenn das Sicherheitsrohrklemmkeil-Vorderteil 214 den Futterrohrstrang ergreift, falls der Futterrohrstrang durch die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 zu rutschen beginnt, wenn sie sich in der geschlossenen Konfiguration befinden, das Sicherheitsrohrklemmkeil-Vorderteil 214 und danach das Sicherheitsrohrklemmkeil-Hinterteil 208 mit dem Futterrohrstrang gegen die Vorspannwirkung der Schraubenfedern 210 nach unten bewegen, bis die untere Fläche des Vorderteils 214 und des Hinterteils 208 über die volle Querschnittsfläche der oberen Fläche der Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 (die in der Querschnittsfläche größer sind als die untere Fläche der Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206) mit der oberen Flache der Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 zusammenstoßen. Dementsprechend bewirkt der zuvor erwähnte Zusammenstoß, dass sich die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 nach unten bewegen, um den Verrohrungsstrang noch mehr zu ergreifen. Wenn der Verrohrungsstrang oder Bohrstrang bereit ist, sich absichtlich durch den Rohrklemmkeilmechanismus 200 zu bewegen, werden die Zylinder 204 betätigt, um von der geschlossenen Konfiguration von 30 zu der offenen Konfiguration von 29 nach außen ausgefahren zu werden. Auf diese Weise werden die Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeile 206 und die Sicherheitsrohrklemmkeile 208, 214 nicht nach oben, sondern nach außen, vom Verrohrungs-/Bohrstrang 17 weg bewegt, und die Sicherheitsrohrklemmkeile 208, 214 werden durch den Vorspannmechanismus 210 nach oben vom Bohrgestängeeinbau-Rohrklemmkeil 206 weg bewegt derart, dass sie 208, 214 zu ihrer 208, 214 (mit Abstand angeordneten) Startkonfiguration zurückkehren.
  • Dementsprechend stellt die Ausführungsform des Rohrklemmkeilmechanismus eine selbsttätige Vorrichtung von Sicherheitsrohrklemmkeilen 208, 214 bereit, die kein manuelles Eingreifen erfordert.
  • 32, 33 und 34 zeigen eine alternative Anordnung der Sicherheitsrohrklemmkeile 208, 214, wobei sich die Sicherheitsrohrklemmkeile 208, 214 über ein Scharnier 218 und einen Drehpunkt 219 in einem Bogen, statt in der bei der Ausführungsform von 29 und 30 gezeigten vertikalen Bewegung, in Eingriff und außer Eingriff mit dem Verrohrungsstrang oder Bohrstrang 17 bewegen, wobei die Bogenbewegung in 33 durch einen Pfeil 216 gezeigt wird. Zusätzlich wirkt das Scharnier 218, das sich um den Drehpunkt 219 bewegt, als ein Sicherheitsrohrklemmkeil-Anschlag 218, 219.
  • Die zuvor erwähnte Vorrichtung bietet deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Aufwältigungs- und Bohreinheiten. Zum Beispiel ist sie in der Lage, während des Zirkulieren und des Einfahrens von Rohr in das Bohrloch oder aus demselben Verbindungen herzustellen oder zu unterbrechen. Ferner kann sie einen herkömmlichen Drehtisch ersetzen und kann auf nahezu jeder Bohranlage, Plattform, jedem Bohrschiff oder Schwimmer aufgebaut werden. Zur Aufbauunterstützung werden die Heberohrklemmkeile wie eine Rohrlänge aufgenommen und einfach in den Drehtisch gesteckt. Die Einheit passt bündig mit der Bohranlagenetage und ermöglicht, dass die normale Bohranlagen-Rohrabfertigung verwendet wird. In diesem Szenario gibt es nur eine minimale oder keine Lernkurve, die das Bohranlagenpersonal zu durchlaufen hat, und da es keine mit dieser Vorrichtung verknüpfte lose Ausrüstung oberhalb der Bohranlagenetage 8 gibt, ist die Möglichkeit von fallen gelassenen Gegenständen beseitigt worden.
  • Die einzigartigen gelenkigen Rohrhandhabungsarme 12 und die Zusammenstellung der angetriebenen Zangen 108, 109 versehen die Vorrichtung 100 mit der Fähigkeit, Rohrverbindungen „fliegend” herzustellen, wobei eine beständige Einfahrgeschwindigkeit von über 60 Längen pro Stunde möglich ist.
  • Die Vorrichtung 100 kann in leicht handhabbare Bauteile zerlegt werden. Ferner ermöglicht das Merkmal des ununterbrochenen Zirkulieren, dass ein Bediener Verbindungen herstellt und unterbricht, ohne das Zirkulieren des Fluids durch den Bohrstrang anzuhalten. Es ist vorherzusehen, dass das System das Zusammenfallen von Bohrlöchern und das Differentialhaften auf ein Minimum verringern wird, ohne der Bohrlochformation einen Stoß zu versetzen.
  • An den hierin beschriebenen Ausführungsformen können Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims (34)

  1. Vorrichtung zum Zirkulieren eines Fluids durch einen Rohrstrang (17), wobei der Strang (17) wenigstens einen Rohrabschnitt (17c) umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Fluidleitung (180) zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung eines oberen Rohrabschnitts (17b), der in den Rohrstrang (17) eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, eine zweite Fluidleitung (154) zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung des Rohrstrangs (17), eine erste Greifeinrichtung (108) zum Greifen des oberen Rohrabschnitts (17b), wobei die erste Greifeinrichtung (108) in der Lage ist, dem oberen Rohrabschnitt (17b) eine Drehung zu verleihen, eine zweite Greifeinrichtung (109) zum Greifen des Rohstrangs (17), wenn die erste Greifeinrichtung (108) dem oberen Rohrabschnitt (17b) eine Drehung verleiht, und eine Rohrabschnitt-Bewegungsbaugruppe (114, 124, 122), die in der Lage ist, den Rohrstrang (17) im Verhältnis zu der ersten Greifeinrichtung (108) und der zweiten Greifeinrichtung (109) zu bewegen, wobei die Rohrabschnitt-Bewegungsbaugruppe (114, 124, 122) eine dritte Greifeinrichtung (114), eine vierte Greifeinrichtung (124) und ein Antriebselement (122) zum Bewegen der dritten Greifeinrichtung (114) im Verhältnis zur vierten Greifeinrichtung (124) und einen Ventilmechanismus zwischen der ersten und der zweiten Greifeinrichtung umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement ein Fluidzylinder (122) ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dritte Greifeinrichtung (114) in der Lage ist, sich mit dem Rohrstrang (17) zu drehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die dritte Greifeinrichtung (114) in der Lage ist, fernbedient zu werden.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Antriebsmittel bereitgestellt werden, um jeweilige Drehmechanismen der ersten und der zweiten Greifeinrichtung (108, 109) zu betätigen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Greifeinrichtung (109) ferner ein Drehtisch-Lagermittel (112) umfasst, welches das Hohlrad der Greifeinrichtung (109) trägt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Greifeinrichtung (109) ferner ein Bremssystem umfasst, das ein gesteuertes Freisetzen des Restdrehmoments eines Strangs von Rohrabschnitten ermöglicht.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fluidleitung (180) lösbar mit einem oberen Ende des oberen Rohrabschnitts (17b) in Eingriff gebracht werden kann.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fluidleitung (180) mit einem Ventilmechanismus (V3) versehen ist, der betätigt werden kann, um den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung (180) und/oder das obere Ende des Rohrabschnitts (17b) zu ermöglichen und/oder den Fluss eines Fluids in dieselben zu verhindern.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ende der zweiten Fluidleitung (154) in Fluidverbindung mit einer Kammer steht und die zweite Fluidleitung (154) mit einem Ventilmechanismus (V1) versehen ist, der betätigt werden kann, um den Fluss eines Fluids in die zweite Fluidleitung (154) und/oder die Kammer zu ermöglichen und/oder den Fluss eines Fluids in dieselben zu verhindern.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kammer dafür eingerichtet ist, zu ermöglichen, dass ein Rohrabschnitt in einen Rohrstrang eingebaut oder aus demselben ausgebaut wird.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Kammer eine Bohrung umfasst, die in Vertikalrichtung so angeordnet ist, dass sie mit der Längsachse der Mündung eines Bohrlochs übereinstimmt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Kammer eine obere Öffnung (220) umfasst, in die der Rohrabschnitt (17b) in die Kammer eingesetzt oder aus derselben entfernt werden kann.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, die ferner einen Ventilmechanismus (136) umfasst, der betätigt werden kann, um die Bohrung des Kammer an einer Stelle unterhalb der oberen Öffnung (220) abzudichten.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine oberhalb der Stelle angeordnete obere Dichtung (132) umfasst und wobei die obere Dichtung (132) dafür angeordnet ist, wenigstens einen Abschnitt des Umfangs des Rohrabschnitts (17b) abzudichten.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die obere Dichtung (132) einen Elastomerring umfasst, der dafür eingerichtet ist, einen Innendurchmesser zu haben, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Außendurchmesser wenigstens eines Abschnitts des Rohrabschnitts (17b).
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, die ferner eine unterhalb der Stelle angeordnete untere Dichtung (134) umfasst und wobei die untere Dichtung (134) dafür angeordnet ist, wenigstens einen Abschnitt des Umfangs des Rohrstrangs (17) abzudichten.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die untere Dichtung (134) einen Elastomerring umfasst, der dafür eingerichtet ist, einen Innendurchmesser zu haben, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der Außendurchmesser wenigstens eines Abschnitts des Rohrstrangs (17).
  19. Vorrichtung nach Anspruch 10, die ferner ein Ventilsystem umfasst, das ein oder mehrere weitere Ventile (V4–V6) umfasst und bereitgestellt wird, um die Zufuhr eines Fluids zu dem Ventilmechanismus (V3) der ersten Fluidleitung und dem Ventilmechanismus (V1) der zweiten Fluidleitung zu steuern.
  20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Ventilmechanismus (136) umfasst, um eine Dichtung zwischen den zwei Rohrabschnitten (17b und 17c) bereitzustellen, wobei der Ventilmechanismus Folgendes umfasst: ein Plattenelement (136), das zur Drehung um eine Achse in der Lage ist, wenigstens eine durch das Plattenelement (136) geformte Bohrung (150a, 150b), wobei das Plattenelement (136) in der Lage ist zu einer Bewegung zwischen einer ersten Konfiguration, in der ein Abschnitt des Plattenelements (136) die Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte (17b und 17c) verschließt, und einer zweiten Konfiguration, in der die Bohrung konzentrisch mit der Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte (17b und 17c) ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Plattenelement (136) in der Lage ist, gedreht zu werden zwischen einer ersten Konfiguration, aus der ein Abschnitt des Plattenelements (136) die Längsachse beider Rohrabschnitte (17b und 17c) verschließt, und einer zweiten Konfiguration, in der die Bohrung konzentrisch mit der Längsachse beider Rohrabschnitte (17b und 17c) ist, wobei die beiden Rohrabschnitte (17b und 17c) konzentrisch miteinander sind.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei das Plattenelement (136) kreisförmig ist und innerhalb einer zylindrischen Kammer angeordnet ist derart, dass der Radius des Plattenelements (136) senkrecht zur Längsachse der beiden Rohrabschnitte (17b und 17c) ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Mittelachse des Plattenelements (136) außermittig in Bezug auf die Längsachse der beiden Rohrabschnitte (17b und 17c) ist.
  24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Greifeinrichtungen eine erste Anordnung von Greifern (206), dafür eingerichtet, wenigstens einen der Rohrabschnitte (17b, 17c) zu greifen, und eine zweite Anordnung von Greifern (208), dafür eingerichtet, den/die Rohrabschnitt(e) (17b, 17c) zu greifen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Anordnung von Greifern (206, 208) aneinander gekoppelt sind.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die erste und die zweite Anordnung von Greifern (206, 208) durch einen Vorspannmechanismus (210) aneinander gekoppelt sind.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Vorspannmechanismus (210) so angeordnet ist, dass er die erste und die zweite Anordnung von Greifern (206, 208) voneinander weg vorspannt.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei wenigstens eine jeder der ersten und zweiten Anordnung von Greifern (206, 208) einen ersten und einen zweiten Abschnitt (208, 214), wobei der erste Abschnitt durch eine verjüngte Flache an den zweiten Abschnitt gekoppelt ist, und einen beweglichen Verriegelungsmechanismus umfasst derart, dass der erste Abschnitt in der Lage ist, sich längs der verjüngten Flache in Bezug auf den zweiten Abschnitt zu bewegen.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die ersten Anordnungen von Greifern (206) in Vertikalrichtung unterhalb der zweiten Anordnungen von Greifern (208) angeordnet sind und die ersten Anordnungen von Greifern (206) eine verhältnismäßig große Oberfläche zum Greifen des Rohrabschnitts (17b, 17c) umfassen.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die zweite Anordnung von Greifern (208) eine verhältnismäßig kleinere Oberfläche zum Greifen des Rohrabschnitts (17b, 17c) umfasst.
  30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei eine untere Fläche der zweiten Anordnung von Greifern (208) an eine obere Flache der ersten Anordnung von Greifern (206) gekoppelt ist und die obere Fläche der ersten Anordnung von Greifern (206) eine größere Oberfläche hat als eine untere Flache der ersten Anordnung von Greifern (206).
  31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die erste Anordnung von Greifern (206) ein Anschlagsmittel (212) umfasst, um eine Bewegung der zweiten Anordnung von Greifern (208) in einer radialen Richtung weg von dem gerade gegriffenen Rohrabschnitt (17b, 17c) zu verhindern.
  32. Verfahren zum Zirkulieren eines Fluids durch einen Rohrstrang (17), wobei der Strang (17) wenigstens einen Rohrabschnitt (17c) umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer ersten Fluidleitung (180) zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung eines oberen Rohrabschnitts (17b), der in den Rohrstrang (17) eingebaut oder aus demselben ausgebaut werden soll, Einsetzen des unteren Endes des oberen Rohrabschnitts (17b) in eine obere Öffnung (220), wobei ein Ventilmechanismus (136) den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung (180) verhindert, Greifen des oberen Rohrabschnitts (17b) mit einer ersten Greifvorrichtung (108), selektives Drehen des oberen Rohrabschnitts (17b), Bereitstellen einer zweiten Fluidleitung (154) zum Zuführen eines Fluids zur Bohrung des Rohrstrangs (17), Greifen des Rohrstrangs (17) mit einer zweiten Greifvorrichtung (109) und selektives Drehen des Rohrstrangs (17) mit der zweiten Greifvorrichtung (109).
  33. Verfahren nach Anspruch 32, das den weiteren Schritt umfasst, den Ventilmechanismus (136) zu betätigen, um den Fluss eines Fluids in die erste Fluidleitung (180) und das obere Ende des oberen Rohrabschnitts (17b) zu ermöglichen.
  34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, wobei der Ventilmechanismus (136) Folgendes umfasst: ein Plattenelement (136), das zur Drehung um eine Achse in der Lage ist, wobei das Plattenelement (136) wenigstens eine Bohrung (150a, 150b) hat, wobei das Plattenelement (136) in der Lage ist zu einer Drehung zwischen einer ersten Konfiguration, in der ein Abschnitt des Plattenelements (136) die Langsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte (17b und 17c) verschließt, und einer zweiten Konfiguration, in der die Bohrung konzentrisch mit der Längsachse wenigstens eines der Rohrabschnitte (17b und 17c) ist.
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