Verfahren und Vorrichtung zur Handhabung von Rohren in Bohrgeräten

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Handhabung von Rohren wie z.B. Stangen und Gestängezügen in Bohrgeräten und Bohranlagen zum Abteufen von Bohrungen insbesondere auf Kohlenwasserstoff-Lagerstätten.

[0002] Bohrungen auf Kohlenwasserstoff-Lagerstätten werden in der Regel diskontinuierlich abgeteuft, da nach dem Bohren einer Gestängelänge der Bohrvorgang unterbrochen werden muss, um ein weiteres Gestänge nachzusetzen, mit dem anschließend der Bohrvorgang fortgeführt werden kann. Diskontinuierlich ist auch der Ausbau des Bohrgestänges oder der Einbau und Ausbau von Verrohrungen des Bohrloches (Casinge), da jedes Mal der Vorgang unterbrochen werden muss, um die entsprechenden Rohre oder Bohrstangen mit dem Bohrstrang oder dem Casing-Strang zu verbinden bzw. zu lösen. Werden Gestängezüge, bestehend aus zwei oder drei Stangen bzw. Rohren zusammengesetzt oder wieder in einzelne Stangen bzw. Rohre getrennt, so erfolgt auch dies über dem Bohrloch. Daher kann währenddessen nicht gebohrt oder weiteres Bohrgestänge bzw. Verrohrungen nicht gezogen werden. Übliche Bohrstangen erreichen ungefähr eine Länge von 9 Metern, ein Dreifach-Gestängezug (Triple Stand) in etwa 27 Meter.

[0003] Aufgrund steigenden Kostendrucks ist es ein Bedürfnis der Betreiber von Bohranlagen, den diskontinuierlichen Vorgang des Abteufens von Bohrungen bzw. Ziehens von Bohrgestänge und Verrohrungen durch einen quasi kontinuierlichen Ablauf zu ersetzen.

[0004] Bei der stationären Landbohranlage UTB-1 (Forschung, Planung und Betrieb, Band 18, 1993) wurden Handling-Systeme eingesetzt, mit denen Gestängezüge nicht von dem Haken der Bohranlage selbst, sondern durch ein selbstständiges Gestänge-Handling-System über das Bohrloch geschwenkt wurden.

[0005] Es sind weiterhin Pipe Racking-Systeme, beispielsweise von der Firma Maritime Hydraulics, bekannt, die mittels Dreiarm-Systemen oder einem Brückenkran auf der Fingerbühne Gestängezüge der Bohranlage zuführen. Nachteil an diesen Gestänge-Handling-Systemen ist, dass die Bohrmasten insbesondere hinsichtlich der Statik und des Gewichtes dafür geeignet sein müssen, um diese Handling-Systeme zu integrieren. Ein Nachrüsten oder das Anbringen an schon bestehende, insbesondere leichte, Bohrmasten von Bohranlagen ist mit diesen Handling-Systemen nicht möglich. Darüber hinaus ziehen diese Handling-Systeme hohe Investitionskosten nach sich.

[0006] Die US 4,850,439 beschreibt ein Bohrgerüst sowie ein Verfahren zum Bohren eines Bohrloches mit Hilfe einer Bohrausrüstung. Das Bohrgerüst weist neben einem ersten, im Bohrgerüst stationär angeordneten Förderzug einen zweiten Förderzug auf, der oberhalb einer Vorbereitungsöffnung für Bohrgestänge im Bohrgerüst ebenfalls stationär angeordnet ist und mit Verschraubeinrichtungen an der Vorbereitungsöffnung zusammenwirkt, um Bohrgestängezüge zusammenzuschrauben. Der zweite Förderzug ist jedoch stationär angeordnet und horizontal nicht verschiebbar. Um Bohrgestänge zum Lagerbereich der Bohrgestängezüge zu transportieren ist des Weiteren ein mit Greifern versehenes Transportmittel auf der Bohrplattform angeordnet. Ein mit Greifern versehenes Transportmittel übernimmt auch den Transport der Bohrgestänge beziehungsweise -züge von dem Lagerbereich zum eigentlichen Bohrloch. Bei dem Transportmittel handelt es sich um bereits oben beschriebene Gestängehandlingsysteme.

[0007] Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Handhabung von Bohrgestänge wie auch ein Handhabungsverfahren anzugeben, mit denen bereits bestehende Bohranlagen insbesondere leichter Bauweise nachgerüstet werden können oder auch kostengünstig neue Bohranlagen damit auszurüstensowie die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Daneben ist es die Aufgabe, Gestängezüge zeitlich parallel zu dem Bohrvorgang vorzubereiten, um den Einbau und damit den Bohrvorgang insgesamt zu beschleunigen.

[0008] Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 9 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche geben besonders geeignete Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

[0009] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Handhabung von Rohren und Gestängezügen in einer eine Stahlbaustruktur mit einer Abstellbühne, einer Arbeitsbühne, eine Hebevorrichtung, einen Bohrantrieb und eine Rohrverbindungseinrichtung aufweisenden Bohranlage, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass an der Bohranlage ein Seilzug, ein mit dem Seilzug verbundener Zwei-Achsen-Kran, welcher mit der Stahlbaustruktur verbunden ist und oberhalb der Fingerbühne angeordnet ist und ein Verlängerungselement, welches an der Außenseite der Fingerbühne angeordnet ist und zu der Fingerbühne einen Durchlaß aufweist, sowie eine neben oder an der Arbeitsbühne angeordnete Abstellund Verschraubeinrichtung für senkrecht stehende Rohre angeordnet ist, wobei die Abstell- und Verschraubeinrichtung unterhalb des Verlängerungselementes mit dem Seilzug erreichbar ist, wobei das Seil durch das Verlängerungselement geführt wird..

[0010] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Möglichkeit, bestehende Bohranlagen nachzurüsten, um durch das parallele Vorbereiten von Double- bzw. Triple-Gestängezügen die Bohranlagen-Performance sowie die Arbeitssicherheit zu erhöhen, da die Handlings- und Verschraubzeit parallel zu der normalen Bohrzeit abläuft und somit die Gesamtzeit des Bohrvorganges verkürzt wird.

[0011] Des Weiteren besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, dass während der Bohraktivitäten die einzelnen Stangen bzw. Gestängezüge sortiert werden können, ohne der Gefahr ausgesetzt zu sein, mit dem rotierenden Bohrstrang zu kollidieren.

[0012] Ein vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Seilzug aus einer Seilwinde, einer oder mehrerer Umlenkrollen, einem Hebeseil und einer Hebehilfe besteht.

[0013] Die Abstell- und Verschraubeinrichtung für Rohre weist vorteilhaft eine oder mehrere Abstelllöcher und/oder Abstellbohlen sowie ein oder mehrere Halteelemente und/oder Führungselemente, die vorzugsweise mit der Arbeitsbühne verbunden sind, auf. Diese Halteelemente beziehungsweise Führungselemente sichern die Stangen oder Rohre in ihrem oberen Bereich gegen das Herausfallen.

[0014] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht die auf der Abstell- und Verschraubeinrichtung angeordnete, besonders kostengünstige und flexible Verschraubeinrichtung vorzugsweise aus einem Hängekran, an dem eine Verschraubzange aufgehängt ist.

[0015] Besonders bevorzugt ist die Ausbildung einer Abstellbühne die aus einem Rahmen mit zwei sich gegenüberliegenden Sektoren besteht, wobei in den Sektoren jeweils mehrere Finger angeordnet sind und dass zwischen den beiden Sektoren ein Mittelsteg angeordnet ist. Dabei hat sich herausgestellt, daß dass ein Teil des Mittelsteges (23) klappbar und/oder schwenkbar ausgeführt werden sollte, um Gestänge innerhalb der Fingerbühne zu sortieren bzw. umstellen zu können.

[0016] Ein weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an dem der Stahlbaustruktur zugewandten Seite des Mittelsteges oder der Abstellbühne ein Greifer angeordnet ist. Dieser kann aus zwei Greifarmen bestehen, die das Gestänge umfassen oder lediglich Halteelemente aufweisen. Dieser Greifer stellt einen Übergabepunkt für das Gestänge zwischen Fingerbühne einerseits und Bohrbereich andererseits dar.

[0017] Bei einer bevorzugte Variante ist an der Abstell- und Verschraubeinrichtung eine Gestängerutsche angeordnet, sodaß unabhängig von der üblicherweise vorhandenen Rutsche Bohrstangen in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht werden können.

[0018] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Handhabung von Rohren und Gestängezügen in Bohranlagen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Die Hebehilfe am Hebeseil wird über einem Übergabepunkt positioniert undb) mindestens eine Stange wird in der Abstell- und Verschraubeinrichtung abgestellt, und

c) eine weitere Stange wird mittels Hebehilfe hochgezogen und über eine in der Abstell- und Verschraubeinrichtung befindlichen Stange positioniert und dann

d) wird diese leicht abgesenkt, sodass Muffe und Zapfen der Gestängeverbinder der beiden Stangen ineinander greifen können, und

e) die beiden Stangen werden anschließend fest miteinander verbunden, und dann

f) wird der Gestängezug aus zwei Stangen mittels der Hebehilfe auf einen Abstellplatz auf der Arbeitsbühne zwischen zwei Finger der Abstell- oder Fingerbühne oder in einen Greifer oder Halter gestellt oder so nahe an den Bohrantrieb herangefahren wird, das der Gestängezug von dem Elevator übernommen werden kann.

[0019] Eine weitere vorteilhafte Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Herstellen eines Gestängezuges aus drei Stangen zwischen Verfahrensschritt b) und c) mindestens eine zweite Stange in der Abstell- und Verschraubeinrichtung abgestellt wird und dass nach dem Verbinden zweier Stangen zu einem Gestängezug nach Verfahrensschritt e) dieser über die noch in der Abstell- und Verschraubeinrichtung befindlichen Stange positioniert wird und anschließend Verfahrensschritt d) und e) erneut durchgeführt wird.

[0020] Besonders vorteilhaft ist es, dass als Übergabepunkt das obere Ende einer Gestängerutsche gewählt wird. Dadurch kann die Stange direkt mit der Hebehilfe verbunden werden, ohne eine weitere Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Lufthaspel zu benötigen.

[0021] Vorteilhaft ist die Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens, die die Verbindung in Verfahrensschritt e) mittels einer Verschraubzange vorsieht, wobei die Verschraubzange den oberen Gestängeverbinder der unteren Stange und den unteren Gestängeverbinder der oberen Stange umschließt und verschraubt.

[0022] Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Herstellen oder Vorbereiten eines oder mehrerer Gestängezüge parallel zum Bohren erfolgen, wobei die Stahlstruktur des Bohrmastes genutzt wird, ohne den Bohrvorgang zu beeinträchtigen oder zu verzögern. Im übrigen benötigt man nur eine geringe zusätzliche Fläche.

[0023] Ebenfalls zu erheblichen Zeitersparnissen führt die Verfahrensweise, die Verfahrensschritte a) bis f) in umgekehrter Reihenfolge durchzuführen, wobei statt des Verbindens die Stangen eines Gestängezuges getrennt werden.

[0024] Der schwenkbare bzw. klappbare oder verschiebbare vordere Teil des Mittelsteges des Monkey Boards gibt einen ausreichenden Raum frei, um die Stangen bzw. Gestängezüge mit Hilfe des Zwei-Achsen-Kranes von dem einen Sektor der Fingerbühne in den anderen Sektor der Fingerbühne mit Hilfe einer Hebehilfe vorzunehmen.

[0025] Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen 1 bis 5, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, erläutert. Dabei zeigt

die Figur 1 eine Seitenansicht einer Bohranlage,

die Figur 2 die Vorderansicht einer Bohranlage,

die Figur 3 einen Schnitt in der Ebene der Fingerbühne einer Bohranlage,

die Figur 4 die Draufsicht auf die Arbeitsbühne einer Bohranlage und

die Figur 5 den Schnitt A A' in Figur 3.

[0026] In der Figur 1, die die Seitenansicht einer neuen oder existierenden Bohranlage zeigt, ist im rückwärtigen Bereich des Mastes 2 die zusätzliche Winde 15 angeordnet. Über die Umlenkrollen 13, die am Kronenlager 25 angeordnet sind, wird das Hebeseil 12 von der Winde 15 einem Zwei-Achsen-Kran 5 zugeführt. Oberhalb der Fingerbühne 4 ist der Zwei-Achsen-Kran 5 erkennbar, mit dem in diesem Beispiel die Gestängezüge 17 von der Abholposition auf den Abstellbohlen 18 zum Abstellplatz in der Fingerbühne 4 und zurück transportiert werden können. Der Zwei-Achsen-Kran dient in erster Linie der Seilführung und besteht aus vier Rollen zwischen denen das Seil 12 geführt wird, sodaß jeder Punkt in der Fingerbühne 4 und in dem Verlängerungselement 24 angefahren werden kann. An dem Seilzug 12 ist eine Hebehilfe 6 angebracht, die die Verbindung zu einer Stange 16 oder einem Gestängezug 17 herstellt. Diese Hebehilfe kann in diesem Ausführungsbeispiel über eine Höhendifferenz von 30 Metern gefahren bzw. bewegt werden.

[0027] Die Abstellbohlen 18 sind Teil einer Abstell- und Verschraubeinrichtung, die in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Abstellloch 27 sowie Halte- oder Führungselemente 37, eine zusätzliche Gestängerampe 10 sowie einen Hängekran 7 mit einer Verschraubzange 29 und eine Erweiterung 21 der Arbeitsbühne erhält. Auf diesen Abstellbohlen 18 können Stangen 16, oder, im vorderen Bereich, auch ganze Gestängezüge 17 abgestellt werden. Bei der Stange 16 kann es sich um eine Bohrstange oder eine Schwerstange handeln. Allerdings kann statt der Stange 16 auch Casinge (Rohre für die Bohrlochverrohrung) abgestellt werden und zu Zügen zusammengebaut werden.

[0028] Erfindungsgemäß ist die Fingerbühne 4 um ein Verlängerungselement 24 verlängert. Diese Verlängerung ragt über den Unterbau, d.h. die Arbeitsbühne (8), hinaus und gestattet ein senkrechtes Anheben des Gestängezuges 17 oder einer Stange 16 von den Abstellbohlen 18. Insbesondere aus statischen Gründen kann wie in diesem Beispiel das Verlängerungselement mit Querstreben versehen werden. Statt rechteckigen Ausführungen können auch andere geometrische Formen des Verlärigerungselementes 24 verwirklicht werden. Das Verlängerungselementes 24 ist mit der Fingerbühne 4 verschweißt oder verschraubt.

[0029] Am Ende des Hebeseiles 12 ist die Hebehilfe 6 zu erkennen. Die Hebehilfe kann mit einem Kompensator ausgerüstet sein, um das Seil zu entlasten. Die Hebehilfe dient insbesondere dazu, das Hebeseil 12 mit dem Gestängeverbinder 19 einer Stange 16 oder eines Gestängezuges 17 zu verbinden. Auf der Erweiterun 21 der Arbeitsbühne 8 ist der Hängekran 7 mit der daran angehängten Verschraubzange 20 dargestellt, mit der die einzelnen Gestängeverbinder (Tool Joints) der Stangen 16 verschraubt werden.

[0030] Auf dem Boden sind Abstellbohlen 18 als auch ein Abstellloch 27 zum Beispiel für Casinge eingezeichnet.

[0031] Vom Laufsteg 11 (Catwalk) zur Arbeitsbühne 8 ist die zusätzliche Gestängerampe 10 installiert, um über eine Lufthaspel, wie sie üblicherweise bei Bohranlagen vorhanden ist, oder das Hebeseil 12 einzelnen Stangen 16 hochzuziehen. Die für Bohranlagen übliche Gestängerampe 1 ist hier nicht dargestellt.

[0032] In diesem Ausführungsbeispiel wird die hydraulische Winde 15 zum Hochziehen der Stangen 16 bzw. des Gestängezuges 17 verwendet, die an dem Mast 2 angeordnet ist und über Hydraulikschläuche mit einem Hydraulikantrieb (nicht dargestellt) verbunden ist.

[0033] Diese zusätzliche Winde 15 kann jedoch auch elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen Zylinder in den Mast 2 oder neben dem Mast 2 liegend einzubauen, der ebenfalls über den erforderlichen Hub verfügt.

[0034] Die Figur 2 zeigt die Vorderansicht der Bohranlage mit der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung. Auf einer Seite des Mastes sind die Abstellbohlen 18, die Verschraubzange 20, die an dem Hängekran 7 angebracht ist, sowie das Abstellloch 27 zu erkennen. Im oberen Bereich des Mastes 2 befindet sich der Zwei-Achsen-Kran 5, zwei Umlenkrollen 13 am Kronenlager 14 sowie das Hebeseil 12. Knapp oberhalb der Fingerbühne 4 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel die Winde 15, auf deren Seilwickelvorrichtung das Hebeseil 12 aufgetrommelt wird.

[0035] In der Figur 3 ist die Ebene der Fingerbühne 4 dargestellt. Die Verlängerung 24 der Fingerbühne 4 an der dem Kraftdrehkopf 9 entgegengewandten Seite reicht über die darunter liegende Arbeitsplattform 8 heraus. Dadurch wird es möglich, die Stange 16 bzw. Gestängezüge 17 sicher in einem geschlossenen Rahmen, nämlich dem der verlängerten Abstell- oder Fingerbühne 4, zu bewegen und ein seitliches Herausfallen zu verhindern. Des Weiteren ist in dieser Figur der vordere Teil 31 des hier klappbaren Mittelsteges 23 (Monkey Board) erkennbar, der einen ausreichenden Freiraum zum Transport der Gestängezüge von dem ersten Sektor 29 auf die andere Seite der Finger- oder Abstellbühne 4 in den zweiten Sektor 30 der Fingerbühne 4 erlaubt. Selbstverständlich ist auch der umgekehrte Transportweg, insbesondere nach dem Zusammenbau von Gestängezügen 17, möglich.

[0036] Der Mittelsteg kann nicht nur klappbar, sondern auch schwenkbar oder auch verschiebbar angeordnet sein. Der Vorderbereich 31 des Mittelsteges ist an dem hinteren Teil des Mittelsteges 23 angelenkt, so dass er nach oben geklappt werden kann. Im vorderen Bereich der Fingerbühne 4 befindet sich ein Greifer 32, der den Abholpunkt für den Elevator 34 des Kraftdrehkopfes 9 darstellt. In diesem Greifer 32 kann der für den nächsten Bohrabschnitt benötigte Gestängezug 17 direkt in Bohrlochnähe abgestellt werden, während der Bohrprozess mit dem vorhergehenden Gestängezug 17 noch anhält. Hierdurch kann wiederum Zeit eingespart werden, da der Elevator 34 des Kraftdrehkopfes 9 nach dem Hochfahren sofort den nächsten Gestängezug aus dieser Halteposition entnehmen kann. Gleichzeitig wird der Handling-Prozess sicherer, da mehr Zeit für die Bereitstellung eines weiteren Gestängezuges 17 verbleibt.

[0037] In diesem Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Bohrstangen 16, die über die zusätzliche Gestängerampe 10 der Bohranlage oder einer Erweiterung 21 der Arbeitsbühne 8 zugeführt werden und dort abgestellt werden, durch die Zange 20, die an dem Hängekran 7 befestigt ist, im Zusammenwirken mit dem Zwei-Achsen-Kran 5 bzw. des darin geführten Hebeseil 12 und der Hebehilfe 6 zu Gestängezügen 17 zusammengebaut.

[0038] In Figur 4 ist die Draufsicht der Arbeitsbühne 8 dargestellt. Die zusätzliche Gestängerampe 10 wie auch die Abstellbohlen 18 mit den drei Stangen 16 befinden sich auf oder unter einer Erweiterung 21 der Arbeitsbühne 8, um ausreichenden Platz für das Verschrauben der einzelnen Stangen 16 zu einem Gestängezug 17 zu gewährleisten. Die in diesem Beispiel drei dargestellten Stangen 16 werden in ihrem oberen Bereich von Führungselementen 37 gehalten.

[0039] Die Verschraubeinrichtung 20 ist in diesem Beispiel an einem drehbaren Hängemast 7 hängend angeordnet. Gleichwohl besteht auch die Möglichkeit, eine Verschraubeinrichtung 20 verschiebbar oder schwenkbar direkt auf der Arbeitsbühne 8 anzuordnen.

[0040] In Figur 5 ist der Schnitt A A' in der Figur 3 dargestellt, der den Kraftdrehkopf 9 sowie den daran angeordneten Elevator 34 zeigt. Diesem gegenüber ist der vordere Teil der Fingerbühne 4 dargestellt. An dem Mittelsteg 23, der mit der Fingerbühne 4 verschraubt oder verschweißt ist, ist der hier nach oben geklappte vordere Teil 31 des Mittelsteges 23 angelenkt. An diesem vorderen Teil 31 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Greifer 32 angeordnet. Der vordere Teil 31 wird nur dann hochgeklappt, wenn ein Gestängezug 17 (nicht dargestellt) von einem Sektor der Fingerbühne 4 in den gegenüberliegenden Sektor verbracht werden soll. Mit 33 ist eine Schranke bezeichnet, die ähnlich einem Finger 22 ausgebildet ist, jedoch in ihrem vorderen Teil klappbar oder ausziehbar ausgestaltet ist, sodaß sie geöffnet werden kann, wenn ein Gestängezug 17 aus dem Bereich der Fingerbühne 4 in den Bereich der Bohrung oder zu dem Greifer 32 bewegt werden soll. Bei Operationen wie zum Beispiel dem Zusammenbau von Gestängezügen im Bereich des Verlängerungselementes 24 oder der Fingerbühne 4 ist sie normalerweise geschlossen, sodaß das Herausfallen von Gestängezügen in den Bohrbereich wirksam vermieden wird.

[0041] Der Verfahrensablauf zur Handhabung wird im folgenden beschrieben:

[0042] Die Rohre bzw. Stangen 16 werden über die zusätzliche Gestängerampe 10 mittels eines Hebeseiles 12, in welchem im unteren Bereich eine Hebehilfe 6 angeordnet ist, hochgezogen. Das Hochziehen kann auch mittels einer an der Bohranlage üblicherweise angeordneten Lufthaspel bewerkstelligt werden. Das Hebeseil 12 wird über mindestens eine Umlenkrolle 13, welche am bzw. auf dem Kronenlager 14 angeordnet ist, auf einer zusätzlichen Winde 15 auf- oder abgespult. Die Winde 15 ist vorzugsweise mit einer nicht dargestellten Seilwickelvorrichtung verbunden.

[0043] Der Zwei-Achsen-Kran 5 ist in einer Abholposition über einem Übergabepunkt geparkt, die sich möglichst senkrecht über dem zu hebenden Rohr 16 befindet. Diese Position verhindert das Querziehen der Stange 16 oder auch des späteren Gestängezuges 17 und verbessert die Sicherheit der Vorrichtung. Das Hebeseil 12 befindet sich in dieser Position im Bereich des Verlängerungselementes 24 der Fingerbühne 4. Durch Auslenkung des Hebeseiles 12 aus der Vertikalen ist die Übernahme eines Rohres 16 auch am oberen Ende der zusätzlichen Gestängerampe 10 möglich.

[0044] Die erste hochgezogene Stange 16 wird auf den Abstellbohlen 18 abgestellt. In dem oberen Bereich der Stangen befinden sich Führungselemente 37, die die Stangen 16 halten und gegen ein seitliches Wegkippen sichern. Dann wird die zweite Stange 16 in gleicher Art und Weise über die zusätzliche Gestängerutsche 10 hochgezogen und auf den Abstellbohlen 18 abgestellt. Wenn ein Dreifachgestängezug (Triple Stand) aufgebaut werden soll, wird anschließend eine dritte Stange ebenfalls in gleicher Art und Weise angehoben und abgestellt. Möglich ist auf diese Verfahrensweise auch das Zusammensetzen von Gestängezügen aus vier oder mehr Stangen.

[0045] Nun wird eine der abgestellten Stangen mittels der Hebehilfe 6 erneut angehoben, und zwar so hoch, dass der untere Gestängeverbinder 19 (Tool Joint) der angehobenen Stange 16 über dem oberen Gestängeverbinder 19 der unteren Stange 16 schwebt. Diese Stange wird durch den Zwei-Achs-Kran 5 über der unten abgestellten Stange 16 gehalten und nur leicht abgesenkt, so dass Muffe und Zapfen (nicht dargestellt) der Gestängeverbinder 19 ineinander greifen können. Die zuletzt zu verbindende Stange 16 kann, wenn sie nicht mit der Lufthaspel auf den Abstellbohlen 18 der Abstell- und Verschraubeinrichtung abgestellt worden ist, auch direkt mittels des mit dem Zwei-Achskran 5 verbundenen Seilzug hochgezogen und über einer abgestellten Stange 16 positioniert werden.

[0046] Die Verschraubzange 20 umschließt nun den oberen Gestängeverbinder 19 der unteren Stange 16 und den unteren Gestängeverbinder 19 der oberen Stange. Nun kann die Verschraubung zunächst eines Zweifachgestängezuges (Double Stand) mit der Verschraubzange durchgeführt werden.

[0047] Nachdem diese Verbindung durchgeführt wurde, kann dieser Zweifachgestängezug 17 in der Fingerbühne 4, die auch als Abstellbühne bezeichnet werden kann, abgestellt oder mit einer weiteren Stange 16 zu einem Dreifach-Gestängezug 17 verschraubt werden. Dazu wird der Zweifach-Gestängezug 17 angehoben, bis der untere Gestängeverbinder 19 des Zweifach-Gestängezuges über dem Gestängeverbinder 19 der dritten Stange 16, die noch auf den Abstellbohlen 18 steht, schwebt. Dann wird, wie oben beschrieben, der Zweifach-Gestängezug abgesenkt, bis der Zapfen und die Muffe ineinander greifen. Dann wird erneut mit der Verschraubzange 20 die Verschraubung durchgeführt. Nun kann der Dreifachgestängezug angehoben und in die Abstell- oder Fingerbühne 4 abgestellt werden. Statt einer Verschraubung können auch andere Verbindungen zwischen den Stangen 16 wie z.B. Verbindungen mittels Schweißverfahren hergestellt werden.

[0048] Das Abstellen des Gestängezuges 17 in der Fingerbühne 4 wird durch den Durchlaß 38 zwischen dem Verlängerungselement 24 und dem Rahmen der Fingerbühne 4 gewährleistet. Dieser Durchlaß kann in etwa 35 cm (ca. 15 Zoll) breit ausgebildet sein.

[0049] Bei neuen Bohranlagen kann die Fingerbühne 4 mit einem Verlängerungselement 24 werkseitig konstruiert werden, bei existierenden Bohranlagen muss die vorhandene Fingerbühne 4 dadurch modifiziert werden, dass ein Verlängerungselement 24 mit dieser verbunden wird, wobei auf jeden Fall ein Durchlass 38 am äußeren Rahmen der Fingerbühne geschaffen werden muss, so dass das Hebeseil 12 mit der Hebehilfe 6 nach hinten aus der bestehenden Fingerbühne 4 in das Verlängerungselement 24 gelangen kann.

[0050] Die mit dem erfindungsgemäßen Verlängerungselement 24 ausgestattete Fingerbühne ragt über den Unterbau hinaus, wobei die Fingerbühne 4 generell in sich geschlossen ist, jedoch ist das Einfädeln der zusammengebauten Gestängezüge 17 zwischen den einzelnen Fingern 22 der Fingerbühne mittels des Zwei-Achsen-Kranes 5 und der Hebehilfe 6 jederzeit gewährleistet. Selbstverständlich können die Gestängezüge 17 die Abstellbühne 4 auf der dem Bohrbereich zugewandten Seite zum Beispiel über die offene Schranke 43 verlassen, um der Bohrung zugeführt zu werden.

[0051] Während der Bohrarbeiten besteht die Möglichkeit, den in diesem Fall klappbaren Vorderteil 31 des Mittelsteges 23 dahingehend zu benutzen, um ihn einzukürzen, so dass damit ein Freiraum geschaffen wird, durch den die Gestängezüge 17 sicher innerhalb der Fingerbühne 4, jedoch außerhalb des Gefahrenbereiches der Bohranlage bewegt werden können. Der Mittelsteg 23 ist mit der Fingerbühne 4 und/oder der Verlängerung 24 der Fingerbühne 4 verbunden. Das Sortieren bzw. Umstellen von Gestängezügen 17 in der Fingerbühne 4 außerhalb und unabhängig von dem eigentlichen Bohrvorgang spart Zeit, da der Bohrprozess ungestört fortlaufen kann und Sortiervorgänge zur Vorbereitung des Bohrfortganges bzw. der Ausbauarbeiten sicher ausgeführt werden können.

Bezugszeichenliste

[0052] 

1

Gestängerampe

2

Bohrmast

3

Kronenblock

4

Fingerbühne (Racking Platform) / Abstellbühne

5

Zwei-Achsen-Kran (Hydraulic Guide Crane)

6

Hebehilfe (Swivel mit Kompensator)

7

Hängekran

8

Arbeitsbühne

9

Kraftdrehkopf

10

Zusätzliche Gestängerampe

11

Laufsteg (Catwalk)

12

Hebeseil

13

Umlenkrolle

14 15

Winde mit Seilwickelvorrichtung (Winch with Wireline Spooler)

16

Stange

17

Gestängezug aus drei Stangen (16) oder zwei Stangen (16)

18

Abstellbohlen

19

Gestängeverbinder (Tool Joint)

20

Verschraubzange (Tong)

21

Erweiterung der Arbeitsbühne (8)

22

Finger der Fingerbühne (4)

23

Mittelsteg (Monkey Board)

24

Verlängerungselement der Fingerbühne (4)

25

Kronenläger

26

Abstellplätze

27

Abstellloch für Casinge und Stangen

28

Wetterschutzverkleidung der Fingerbühne (4)

29

Erster Sektor der Fingerbühne

30

Weiterer Sektor der Fingerbühne

31

Vorderer Teil des Mittelsteges

32

Greifer

33

Schranke

34

Elevator

35

Hebevorrichtung

36

Seilzug der Hebevorrichtung (35)

37

Führungselement

38

Durchlaß

39

Elevatorbügel

40

Elevatorschwenkeinrichtung

41

Gestängeabstellflächen

42

Schranke (33), geschlossen

43

Schranke (33), geöffnet

44

Führung des Kraftdrehkopfes (Top Drive) (9)

45

Verschraubeinrichtung des Elevators (34)

46

Schwerstange

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Handhabung von Rohren und Gestängezügen in einer eine Stahlbaustruktur (2) mit einer Abstellbühne (4), einer Arbeitsbühne (8), eine Hebevorrichtung (35), einen Bohrantrieb (9) und eine Rohrverbindungseinrichtung aufweisenden Bohranlage, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bohranlage ein Seilzug, ein mit dem Seilzug verbundener Zwei-Achsen-Kran (5), welcher mit der Stahlbaustruktur (2) verbunden ist und oberhalb der Fingerbühne (4) angeordnet ist und ein Verlängerungselement (24), welches an der Außenseite der Fingerbühne (4) angeordnet ist und zu der Fingerbühne (4) einen Durchlaß (38) aufweist, sowie eine neben oder an der Arbeitsbühne (8) angeordnete Abstell- und Verschraubeinrichtung für senkrecht stehende Rohre angeordnet ist, wobei die Abstell- und Verschraubeinrichtung unterhalb des Verlängerungselementes (24) angeordnet ist und mit dem Seilzug erreichbar ist, wobei das Seil (12) durchs das Verlängerungselement (24) geführt wird

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzug aus einer Seilwinde (15), einer oder mehrerer Umlenkrollen (13), einem Hebeseil (12) und einer Hebehilfe (6) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstell- und Verschraubeinrichtung für Rohre eine oder mehrere Abstelllöcher (27) und/oder Abstellbohlen (18) sowie ein oder mehrere Halteelemente und/oder Führungselemente (37), die vorzugsweise mit der Arbeitsbühne (8) verbunden sind, aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Abstell- und Verschraubeinrichtung eine Verschraubeinrichtung, vorzugsweise bestehend aus einem Hängekran (7), an dem eine Verschraubzange (20) aufgehängt ist, angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstellbühne (4) aus einem Rahmen mit zwei sich gegenüberliegenden Sektoren (29, 30) besteht, wobei in den Sektoren jeweils mehrere Finger (22) angeordnet sind und dass zwischen den beiden Sektoren ein Mittelsteg (23) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Teil des Mittelsteges (23) klappbar und/oder schwenkbar ausgeführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass an dem der Stahlbaustruktur zugewandten Seite des Mittelsteges (23) oder der Abstellbühne (4) ein Greifer (32) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass an der Abstell- und Verschraubeinrichtung eine Gestängerutsche (10) angeordnet ist.

9. Verfahren zur Handhabung von Rohren und Gestängezügen in Bohranlagen mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Hebehilfe (6) am Hebeseil (12) über einem Übergabepunkt positioniert wird, und

b) eine erste Stange (16) in der Abstell- und Verschraubeinrichtung abgestellt wird, und

c) mindestens eine weitere Stange (16) mittels Hebehilfe (6) hochgehoben wird und über eine in der Abstell- und Verschraubeinrichtung befindlichen Stange positioniert wird und dann

d) leicht abgesenkt wird, sodass Muffe und Zapfen der Gestängeverbinder (19) der beiden Stangen ineinander greifen können, und

e) die beiden Stangen fest miteinander verbunden werden, und

f) der Gestängezug (17) aus zwei Stangen mittels der Hebehilfes (6) auf einen Abstellplatz (26) zwischen zwei Finger (22) der Abstell- oder Fingerbühne (4) oder in den Greifer (32) gestellt wird oder so nahe an den Bohrantrieb herangefahren wird, das der Gestängezug (17) von dem Elevator (34) übernommen werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Herstellen eines Gestängezuges (17) aus drei Stangen (16) zwischen Verfahrensschritt b) und c) eine weitere Stange (16) in der Abstell- und Verschraubeinrichtung abgestellt wird und dass nach dem Verbinden zweier Stangen (16) zu einem Gestängezug (17) nach Verfahrensschritt e) dieser über die noch in der Abstell- und Verschraubeinrichtung befindlichen Stange positioniert wird und anschließend Verfahrensschritt d) und e) erneut durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Übergabepunkt das obere Ende einer Gestängerutsche (10) gewählt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dassdie Verbindung in Verfahrensschritt e) mittels einer Verschraubzange durchgeführt wird, wobei die Verschraubzange den oberen Gestängeverbinder der unteren Stange und den unteren Gestängeverbinder der oberen Stange umschließt und verschraubt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stangen (16) von der Hebehilfe (6) hochgezogen und in der Abstell- und Verschraubeinrichtung abgestellt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verfahrensschritte a) bis f) in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, wobei statt des Verbindens die Stangen (16) getrennt werden.

Claims

1. Apparatus for handling pipes and strings of drill pipes in a drilling rig, which has a steel assembly structure (2) with a positioning platform (4), a working platform (8), a lifting apparatus (35), a drill driving means (9) and a pipe connecting means, characterised in that, on the drilling rig, there are disposed a cable line, a two-axle crane (5), which is connected to the cable line and is connected to the steel assembly structure (2) and is disposed above the finger-type platform (4), and an extension member (24), which is disposed on the external side of the finger-type platform (4) and has a passage (38) leading to the finger-type platform (4), as well as a positioning and screw-connecting means which is disposed adjacent or on the working platform (8) for vertically extending pipes, the positioning and screw-connecting means being disposed beneath the extension member (24) and being attainable with the cable line, the cable (12) being guided through the extension member (24).

2. Apparatus according to claim 1, characterised in that the cable line consists of a cable winch (15), one or more guide rollers (13), a lifting cable (12) and a lifting aid (6).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterised in that the positioning and screw-connecting means for pipes has one or more positioning holes (27) and/or positioning planks (18), as well as one or more retaining members and/or guide members (37), which are preferably connected to the working platform (8).

4. Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterised in that a screw-connecting means, preferably comprising a suspension crane (7) from which is suspended a screw-connecting clamp (20), is disposed on the positioning and screw-connecting means.

5. Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterised in that the positioning platform (4) comprises a frame with two oppositely situated sectors (29, 30), a plurality of fingers (22) being disposed respectively in the sectors, and in that a central web (23) is disposed between the two sectors.

6. Apparatus according to one of claims 1 to 5, characterised in that one part of the central web (23) is foldable and/or pivotable.

7. Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterised in that a gripping means (32) is disposed on the side of the central web (23) or of the positioning platform (4) facing the steel assembly structure.

8. Apparatus according to one of claims 1 to 7, characterised in that a drill pipe chute (10) is disposed on the positioning and screw-connecting means.

9. Method of handling pipes and strings of drill pipes in drilling rigs by means of an apparatus according to one of claims 1 to 8, characterised in that

a) the lifting aid (6) is positioned on the lifting cable (12) above a transfer point,

b) a first rod (16) is positioned in the positioning and screw-connecting means,

c) at least one additional rod (16) is raised by means of the lifting aid (6) and positioned above a rod situated in the positioning and screw-connecting means, then

d) it is slightly lowered, so that a sleeve and pin of the drill pipe connectors (19) of the two rods can engage in each other,

e) the two rods are securedly interconnected, and

f) the string of drill pipes (17), formed from two rods, is placed by means of the lifting aid (6) on a positioning area (26) between two fingers (22) of the positioning or finger-type platform (4) or in the gripping means (32) or is brought so near to the drill driving means that the string of drill pipes (17) can be picked-up by the elevator (34).

10. Method according to claim 9, characterised in that, for the purpose of producing a string of drill pipes (17) formed from three rods (16), an additional rod (16) is positioned in the positioning and screw-connecting means between method steps b) and c), and in that, after the connecting of two rods (16) to form a string of drill pipes (17) according to method step (e), this string of drill pipes is positioned above the rod still situated in the positioning and screw-connecting means, and subsequently method steps d) and e) are carried out again.

11. Method according to claim 9 or 10, characterised in that the upper end of a drill pipe chute (10) is selected as the transfer point.

12. Method according to one of claims 9 to 11, characterised in that the connection in method step e) is carried out by means of a screw-connecting clamp, the screw-connecting clamp enclosing and screw-connecting the upper drill pipe connector of the lower rod and the lower drill pipe connector of the upper rod.

13. Method according to one of claims 9 to 12, characterised in that the rods (16) are pulled-up by the lifting aid (6) and positioned in the positioning and screw-connecting means.

14. Method according to one of claims 9 to 13, characterised in that the method steps a) to f) are carried out in the reverse sequence, the rods (16) being separated instead of being connected.

Revendications

1. Dispositif de manipulation de tubes et trains de tiges dans une installation de forage comportant une structure d'acier (2) avec une plate-forme de dépose (4), une plate-forme de travail (8), un dispositif de levage (35), un entraînement de forage (9) et un dispositif d'assemblage de tubes, caractérisé en ce que l'installation de forage comprend une commande par câble, une grue à deux axes (5) reliée à la commande par câble, qui est reliée à la structure d'acier (2) et est disposée au-dessus du pont d'attelage (4) et un élément de prolongement (24), qui est disposé du côté extérieur du pont d'attelage (4) et présente un passage (38) vers le pont d'attelage (4), ainsi qu'un dispositif de dépose et de vissage pour tubes verticaux disposé à côté de la plate-forme de travail (8) ou sur celle-ci, le dispositif de dépose et de vissage étant disposé en dessous de l'élément de prolongement (24) et accessible avec la commande par câble, le câble (12) étant guidé à travers l'élément de prolongement (24).

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la commande par câble est constituée d'un treuil (15), d'une ou plusieurs poulies de renvoi (13), d'un câble de levage (12) et d'un accessoire de levage (6).

3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de dépose et de vissage pour tubes comprend un ou plusieurs trous de dépose (27) et/ou madriers de support (18) ainsi qu'un ou plusieurs éléments de retenue et/ou éléments de guidage (37), qui sont de préférence reliés à la plate-forme de travail (8).

4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un dispositif de vissage, constitué de préférence d'un pont roulant suspendu (7) auquel une clé à tiges (20) est accrochée, est disposé sur le dispositif de dépose et de vissage.

5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plate-forme de dépose (4) est constituée d'un cadre avec deux secteurs opposés (29, 30), plusieurs barres (22) étant disposées dans les secteurs respectifs et en ce qu'une plate-forme d'accrochage (23) est disposée entre les deux secteurs.

6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une partie de la plate-forme d'accrochage (23) est rabattable et/ou peut pivoter.

7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un grappin (32) est disposé du côté de la plate-forme d'accrochage (23) ou de la plate-forme de dépose (4) faisant face à la structure d'acier.

8. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une rampe pour tiges (10) est raccordée au dispositif de dépose et de vissage.

9. Procédé de manipulation de tubes et trains de tiges dans des installations de forage à l'aide d'un dispositif suivant une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que

a) l'accessoire de levage (6) au câble de levage (12) est positionné au-dessus d'un point de transfert, et

b) une première tige (16) est déposée dans le dispositif de dépose et de vissage, et

c) au moins une tige supplémentaire (16) est soulevée à l'aide de l'accessoire de levage (6) et positionnée au-dessus d'une tige se trouvant dans le dispositif de dépose et de vissage et est alors

d) légèrement abaissée, de sorte que le manchon et le tenon des joints de tige (19) des deux tiges peuvent faire prise l'un dans l'autre, et

e) les deux tiges sont solidement reliées entre elles, et

f) le train de tiges (17) composé de deux tiges est posé à l'aide de l'accessoire de levage (6) sur un emplacement de dépose (26) entre deux barres (22) de la plate-forme de dépose ou du pont d'assemblage (4) ou dans le grappin (32) ou est amené si près de l'entraînement de forage que le train de tiges (17) peut être repris par l'élévateur (34).

10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, dans le but de la réalisation d'un train de tiges (17) de trois tiges (16), une tige supplémentaire (16) est déposée entre les étapes de procédé b) et c) dans le dispositif de dépose et de vissage et en ce qu'après l'assemblage de deux tiges (16) en un train de tiges (17) après l'étape de procédé e), celui-ci est positionné au-dessus de la tige se trouvant encore dans le dispositif de dépose et de vissage et que les étapes de procédé d) et e) sont à nouveau réalisées.

11. Procédé suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure d'une rampe pour tiges (10) est choisie comme point de transfert.

12. Procédé suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la jonction de l'étape de procédé e) est réalisée à l'aide d'une clé à tiges, la clé à tiges entourant et vissant le joint de tige supérieur de la tige inférieure et le joint de tige inférieur de la tige supérieure.

13. Procédé suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les tiges (16) sont soulevées par l'accessoire de levage (6) et déposées dans le dispositif de dépose et de vissage.

14. Procédé suivant l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les étapes de procédé a) à f) sont exécutées en ordre inverse, les tiges (16) étant séparées au lieu d'être assemblées.

Zeichnung