VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM HANDHABEN VON GEGENSTÄNDEN AN EINER BOHRANLAGE DEVICE AND METHOD FOR HANDLING OBJECTS ON A DRILLING SYSTEM
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Handhaben von Gegenständen an einer Bohranlage. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Handhaben von röhr- und stangenförmigen Bauteilen zur Verwendung für eine Vertikalbohrvorrichtung. Das Prinzip der Erfindung kann jedoch durch geeignete Abwandlung auch auf andere Bohrvorrichtungen wie z.B. für Horizontalbohrvorrichtungen oder Schrägbohrvorrichtungen verwendet werden.The present invention relates to an apparatus and a method for handling objects on a drilling rig. In particular, the present invention relates to a device and a method for handling tubular and rod-shaped components for use in a vertical drilling device. However, the principle of the invention can also be applied to other drilling devices such as e.g. can be used for horizontal drilling devices or inclined drilling devices.
Stand der TechnikState of the art
Vertikalbohrungen zur Exploration von Öl- und Gasfeldern sowie für Geothermieprojekte wie auch Horizontal- bohrungen zur üntertunnelung von Gebäuden, Verkehrswegen oder Wasserstraßen werden seit langem mit Hilfe von Bohranlagen durchgeführt, wobei sich an einem vorderen oder unteren Ende eines Bohrstrangs ein Bohrwerkzeug, auch Bohrkopf genannt, befindet. Der Bohrstrang besteht aus einer Vielzahl von Segmenten, die mit fortschreitender Bohrtiefe oder Bohrlänge nach und nach miteinander verschraubt oder auf sonstige Weise verbunden werden. A hinteren oder oberen Ende des Bohrstrangs mündet derselbe in eine Bohrvorrichtung, die den Bohrstrang in Rotation versetzt. Eine solche Anordnung bezeichnet man in der Vertikalbohrtechnik als "Top-Drive" im Gegensatz zu Drehtischanordnungen, bei welchen die Segmente beispielsweise eine quadratische
Außenkontur aufweisen und formschlüssig in der Mitte eines sich drehenden Drehtischs gefaßt werden. Zusätzlich zum eigentlichen Bohrstrang kann nach und nach ein Hüllrohr (Casing) in den Bohrkanal geschoben werden, in welchem sich der Bohrstrang drehen kann.Vertical drilling for the exploration of oil and gas fields as well as for geothermal projects as well as horizontal drilling for tunneling buildings, traffic routes or waterways have long been carried out with the help of drilling rigs, whereby a drilling tool, also called a drilling head, is located at a front or lower end of a drill string. located. The drill string consists of a large number of segments that are gradually screwed together or connected in some other way as the drilling depth or drilling length increases. A rear or upper end of the drill string opens into a drilling device which sets the drill string in rotation. Such an arrangement is referred to in vertical drilling technology as "top drive" in contrast to rotary table arrangements in which the segments are, for example, square Have outer contour and be form-fitting in the middle of a rotating turntable. In addition to the actual drill string, a casing (casing) can gradually be pushed into the drill channel, in which the drill string can rotate.
Der Zufuhr und dem Abtransport von Bohrstangen, Casingen und Sonderzubehör zu und von der Bohranlage kommt im Sinne eines reibungslosen Arbeitsablaufs besondere Be- deutung zu. Standzeiten der Bohranlage außer zum Ein- und Ausbau von Segmenten des Bohrstrangs oder anderen Bauteilen, zur Prüfung, Messung und Wartung sind zu vermeiden.The supply and removal of boring bars, casing and special accessories to and from the drilling system is of particular importance in terms of a smooth workflow. Avoid downtimes of the drilling rig apart from installing and removing segments of the drill string or other components, for testing, measurement and maintenance.
Früher wurden die Segmente von Hand bzw. mit schiefen Ebenen und Seilzügen zur Bohrvorrichtung verbracht, später mit Motorunterstützung. Auch wurden und werden noch Gabelstapler, Kräne und Bagger zum Handhaben von Segmenten und Bauteilen verwendet. Insbesondere bei Vertikalbohranlagen werden heutzutage Handhabungssysteme, sogenannten Pipe- handling-Systeme oder Pipehandler, eingesetzt, die eine bequemere Zufuhr und Entnahme erlauben. Beispielsweise werden Bauteile mit einem Kran auf ein Förderbandsystem gehoben, welches sie in das Innere eines Bohrturms transportiert. Dort werden sie von einem Brückenkran übernommen und auf- gerichtet, nach oben gezogen und in einem Hängeregister zwischengelagert. Bei Bedarf werden sie von dort mit einem Greifarm entnommen und in die Bohrachse verbracht, wo sie mit dem Bohrstrang verschraubt und in dem Bohrfutter des Drillmotors eingespannt oder alternativ in einen Drehtisch eingesetzt und an einem Haken befestigt werden. Teilweise wird auch die Aufhängevorrichtung, evtl. mit Top-Drive, als Hilfshebevorrichtung verwendet.
Die bekannten Pipehandling-Systeme weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So sehen die bekannten Pipehandler mehrere Übergabestellen für die zu handhabenden Bauteile vor. Auch wird teilweise die Aufhängung für den Bohrstrang als Hilfshebevorrichtung verwendet. Daher treten oft Leerzeiten ein, in denen die Bohrung unterbrochen werden muß. Auch sind durch die komplexen Abläufe und die Menge an zu installierendem Gerät die Gesamtkosten des Pipehandlings hoch.In the past, the segments were brought to the drilling device by hand or with inclined planes and cables, later with motor support. Forklifts, cranes and excavators were and still are used to handle segments and components. Handling systems, so-called pipe-handling systems or pipe handlers, are used today, particularly in vertical drilling rigs, which allow a more convenient feeding and removal. For example, components are lifted onto a conveyor belt system with a crane, which transports them into the interior of a derrick. There they are picked up and erected by a gantry crane, pulled up and temporarily stored in a hanging file. If necessary, they are removed from there with a gripper arm and brought into the drilling axis, where they are screwed to the drill string and clamped in the drill chuck of the drill motor or alternatively inserted into a turntable and attached to a hook. In some cases the suspension device, possibly with a top drive, is used as an auxiliary lifting device. The known pipehandling systems have a number of disadvantages. The known pipehandlers provide several transfer points for the components to be handled. The suspension for the drill string is also used as an auxiliary lifting device. Therefore, idle times often occur in which the drilling must be interrupted. The overall costs of piping handling are also high due to the complex processes and the amount of equipment to be installed.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.It is the main object of the present invention to overcome the above disadvantages of the prior art.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, welches gegen- über dem Stand der Technik kostengünstig und einfach aufgebaut ist.It is therefore an object of the present invention to provide a pipe handling system which is inexpensive and simple compared to the prior art.
Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, bei welchem die Anzahl der Übergabestellen minimiert ist.In particular, it is an object of the invention to provide a pipe handling system in which the number of transfer points is minimized.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, welches auf geringem Raum untergebracht ist.Another object of the present invention is to provide a pipe handling system which is housed in a small space.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Pipehandling-System zu schaffen, welches auf die Nutzung
der Hebe- oder Vorschubeinrichtung für den Bohrstrang als Hilfshebevorrichtung zur Handhabung der zugeführten Bauteile verzichtet. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 18. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Mit dem Handhabungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2 und dem Verfahren gemäß Anspruch 18 ist eine Verbringung von Stangen- oder rohrförmigen Gegenständen, die hängend in einem Regal vorliegen, zu einer Vertikalbohrvorrichtung ohne Zwischenschritte möglich.Another object of the invention is to provide a pipe handling system which is based on use the lifting or feed device for the drill string as an auxiliary lifting device for handling the supplied components is dispensed with. The object is achieved by the features of independent claims 1 and 18. Advantageous embodiments and developments of the invention form the subject of the respective subclaims. With the handling system according to claim 1 or 2 and the method according to claim 18, a transfer of rod or tubular objects, which are hanging on a shelf, to a vertical drilling device without intermediate steps is possible.
Mit dem System gemäß Ansprüchen 3 bis 5 und dem Verfahren gemäß Anspruch 19 können auch horizontal am Boden liegende Gegenstände ohne Zwischenschritte zu einer Vertikalbohrvorrichtung verbracht werden.With the system according to claims 3 to 5 and the method according to claim 19, objects lying horizontally on the floor can also be brought to a vertical drilling device without intermediate steps.
Mit dem System gemäß Ansprüchen 6 und 7 und dem Verfahren gemäß Anspruch 20 können Gegenstände ohne Zwischenschritte auch zu einer unter beliebigem Winkel geneigten Bohrvorrichtung verbracht werden.With the system according to claims 6 and 7 and the method according to claim 20, objects can also be brought to a drilling device inclined at any angle without intermediate steps.
Mit dem System gemäß Ansprüchen 8 und 9 und dem Verfahren gemäß Ansprüchen 21 und 22 können Abstandsunterschiede zwischen der Hubvorrichtung und der Bohrachse einerseits und der Hubvorrichtung und der Aufnahmeposition der Gegenstände andererseits in gewissen Grenzen ausgeglichen werden.
Mit dem System gemäß Anspruch 12 kann eine durch das Transportieren erzeugte Schwingung des Gegenstands schnell zur Ruhe gebracht werden. Mit dem System gemäß Anspruch 15 ist eine Anpassung an die Bauhöhe einer Bohrplattform mit modular aufgebautem Unterbau leicht möglich, und die Module des Unterbaus können bereits im Werk mit fertig montierten Elementen des Führungsrahmens versehen werden. Dies verkürzt die Montagezeit auf der Baustelle. Ebenso ist durch Weglassen von Elementen ein Betrieb ebenerdig ohne Unterkonstruktion möglich.With the system according to claims 8 and 9 and the method according to claims 21 and 22, differences in distance between the lifting device and the drilling axis on the one hand and the lifting device and the receiving position of the objects on the other hand can be compensated for within certain limits. With the system according to claim 12, a vibration of the object generated by the transport can be brought to rest quickly. With the system according to claim 15, an adaptation to the height of a drilling platform with a modular substructure is easily possible, and the modules of the substructure can already be provided in the factory with fully assembled elements of the guide frame. This shortens the assembly time on the construction site. Likewise, by omitting elements, operation is possible at ground level without a substructure.
Insgesamt wird ein Hantieren mit Gabelstaplern, Baggern, Kränen, Förderbändern, Seilzügen etc. minimiert bzw. kann ganz entfallen. Das gesamte Handhabungssystem ist auf kleinem Raum aufgebaut und an der Bohranlage montiert. Daher fällt kein zusätzlicher Platzbedarf auf der Baustelle an. Es gibt nur noch eine Übergabestelle von einem Lager oder einem Transportfahrzeug zu dem Handhabungssystem und eine Übergabestelle von dem Handhabungssystem an die Borhvorrichtung. Die Handhabung selbst erfordert keinerlei Übergabestellen. Vielmehr werden alle Ausrüstungen des Bohr- und Casingstrangs in allen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung in einem einzigen Arbeitsgang ohne Zwi- schenübergabe an die Bohranlage übergeben. Dies spart Zeit und Kosten für Bedienpersonal und Installationen.Overall, handling with forklifts, excavators, cranes, conveyor belts, cable pulls etc. is minimized or can be omitted entirely. The entire handling system is set up in a small space and mounted on the drilling rig. Therefore, no additional space is required on the construction site. There is only one transfer point from a warehouse or a transport vehicle to the handling system and one transfer point from the handling system to the drilling device. The handling itself does not require any transfer points. Rather, all equipment of the drilling and casing string in all configurations of the present invention are transferred to the drilling system in a single operation without intermediate transfer. This saves time and costs for operating personnel and installations.
Das Handlingssystem arbeitet ferner unabhängig von der Bohranlage. Diese wird nicht als Hilfshebegerät verwendet, so daß sich die Zyklenzeiten minimieren.
Aufgrund der einfachen Struktur und Bewegungsabfolge ist schließlich eine Automatisierung der Abläufe leicht realisierbar.The handling system also works independently of the drilling rig. This is not used as an auxiliary lifting device, so that the cycle times are minimized. Because of the simple structure and sequence of movements, automation of the processes can be easily implemented.
Weitere Gesichtspunkte, Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und einiger Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindungunter Bezug auf die Zeichnungen.Further aspects, features, objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiment and some modifications and variations of the present invention with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Bohranlage mit einem Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.Fig. 1 shows a side view of a drilling rig with a handling system according to the present invention.
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht einer Bohranlage mit einem Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.2 shows a front view of a drilling rig with a handling system according to the present invention.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht einer Bohranlage mit einem Handhabungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.3 shows a top view of a drilling rig with a handling system according to the present invention.
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDescription of the preferred embodiment
Fig. 1 bis 3 zeigen eine Vertikalbohranlage mit einem Handhabungs- oder Handlingsystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.1 to 3 show a vertical drilling system with a handling or handling system according to the preferred embodiment of the present invention.
Die Anlage besteht im Wesentlichen aus einem Bohrmast 1, einem daran vertikal beweglichen Schlitten 2, einer den Bohrmast tragenden Plattform 3, die auf einem Unterbau 4 steht, und einer Handhabungsvorrichtung bzw. einem Handlingsystem 5.
Der Bohrmast 1 ist in einem Schwenklager 32, das auf einem Grundrahmen 31 der Plattform 3 befestigt ist, schwenkbar gelagert und über eine Strebe 6 in einem Stütz- lager 33, das ebenfalls an dem Grundrahmen 31 befestigt ist, gegen Kippen abgestützt. Mittels eines Hubzylinders 7, der von dem Grundrahmen 31 zu dem Bohrmast 1 verläuft, kann der Bohrmast 1 zur Montage und Demontage vollständig aufgerichtet bzw. abgesenkt werden. Ein Auslenkzylinder βl er- laubt eine Längenänderung der Strebe 6 in gewissen Grenzen, wodurch eine Abweichung des Bohrmasts 1 von der Vertikalen möglich ist. Das Stützlager 33 und die Strebe 6 mit dem Auslenkzylinder 61 sind jeweils paarweise vorhanden, wobei die Streben 6 von einem Lagerpunkt 12 im oberen Bereich des Bohrmasts 1 aus nach hinten und zu den Seiten verlaufen. Dadurch wird auch ein Ausschwingen des Bohrmasts 1 nach den Seiten verhindert.The system essentially consists of a drilling mast 1, a carriage 2 which can be moved vertically thereon, a platform 3 supporting the drilling mast, which stands on a substructure 4, and a handling device or handling system 5. The drilling mast 1 is pivotably mounted in a pivot bearing 32, which is fastened on a base frame 31 of the platform 3, and is supported against tilting via a strut 6 in a support bearing 33, which is also fastened to the base frame 31. By means of a lifting cylinder 7, which runs from the base frame 31 to the drilling mast 1, the drilling mast 1 can be completely erected or lowered for assembly and disassembly. A deflection cylinder βl allows the length of the strut 6 to be changed within certain limits, as a result of which the drilling mast 1 can deviate from the vertical. The support bearing 33 and the strut 6 with the deflection cylinder 61 are each provided in pairs, the struts 6 running from a bearing point 12 in the upper region of the drilling mast 1 to the rear and to the sides. This also prevents the drilling mast 1 from swinging out to the sides.
Der Schlitten 2 ist in an dem Bohrmast 1 in Längsrich- tung angebrachten Laufschienen mit Rollen gelagert und über Zahnräder bzw. Ritzel 24, die über Getriebe 22 bzw. Haltebremsen 23 durch Vorschubmotoren 21 angetrieben werden und in zwei paarweise an den Seiten des Bohrmasts 1 in dessen Längsrichtung angebrachte Zahnstangen 15 eingreifen, längs des Bohrmasts verfahrbar. Neben einer Anordnung von vorliegend beispielsweise sechs Vorschubmotoren 21, Getrieben 22, Haltebremsen 23 und Ritzeln 24 ist auf dem Schlitten 2 ein Drillmotor 25 angebracht, der eine Bohrstangenaufnahme- vorrichtung bzw. ein Bohrfutter 26 hält.The carriage 2 is mounted in the longitudinally attached to the drilling mast 1 with rollers and via gears or pinions 24, which are driven by gears 22 or holding brakes 23 by feed motors 21 and in two pairs on the sides of the drilling mast 1 in its longitudinal direction attached racks 15 engage, movable along the drilling mast. In addition to an arrangement of, for example, six feed motors 21, gears 22, holding brakes 23 and pinions 24, a drill motor 25 is mounted on the slide 2, which holds a boring bar receiving device or a chuck 26.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Motoren 21, 25 Hydraulikmotoren und die Haltebremsen 23 federge-
spannte, hydraulisch lösbare Lamellenbremsen. Die Hydraulikenergie wird in einem auf der Plattform 3 angeordneten Aggregatcontainer 81 erzeugt und über Hydraulikleitungen 85, die im oberen Bereich des Bohrmasts 1 in einer Gelenk- kette 86 geführt werden, zugeführt.In the illustrated embodiment, the motors 21, 25 hydraulic motors and the holding brakes 23 are spring-loaded tensioned, hydraulically releasable multi-disc brakes. The hydraulic energy is generated in an aggregate container 81 arranged on the platform 3 and supplied via hydraulic lines 85 which are guided in an articulated chain 86 in the upper region of the drilling mast 1.
Auf der Plattform 3 befindet sich ein Steuercontainer 82 zur Steuerung der gesamten Bohranlage und eine Brech- und Kontervorrichtung 83. An der Plattform ist ferner eine Keilvorrichtung 33 in der Verlängerung der Bohrachse angebracht, die den Bohrstrang während des Stangenwechsels hält.On the platform 3 there is a control container 82 for controlling the entire drilling system and a breaking and countering device 83. A wedge device 33 is also attached to the platform in the extension of the drilling axis, which holds the drill string during the change of rod.
Seitlich an dem Bohrmast 1 ist eine Seilwinde 84 ange- bracht, die zur manuellen Handhabung von Lasten auf der Plattform 3 vorgesehen ist. Ferner sind an dem Bohrmast 1 zwei ausfahrbare bzw. ausklappbare oder ausschwenkbare Stützen 58 befestigt, deren Funktion weiter unten erläutert werden wird.A cable winch 84 is attached to the side of the drilling mast 1 and is provided for the manual handling of loads on the platform 3. Furthermore, two extendable or foldable or pivotable supports 58 are fastened to the drilling mast 1, the function of which will be explained below.
Die Plattform 3 bzw. deren Grundrahmen 31 ist auf einem Unterbau 4 montiert, der aus einer Mehrzahl von Segmenten 41 aufgebaut ist, welche paarweise nebeneinander angeordnet und in dieser horizontalen Anordnung übereinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Die Segmente 41 weisen die Abmessungen herkömmlicher 40 ' ft-Standardsee- container auf. (40' ft bezeichnet die Standardlänge eines solchen Containers. 1 ' ft entspricht 30,48 cm.) Der Aufbau der Plattform 3 mit dem Unterbau 4 ist Gegenstand einer ge- sonderten Anmeldung der Anmelderin der vorliegenden Erfindung. Der Unterbau 4 weist an jeder Seite eine im Querschnitt rechteckige Aussparung auf, die sich über die ge-
samte Höhe des Unterbaus und auch durch den Grundrahmen 31 der Plattform 3 hindurch erstreckt. In einer der Aussparungen verläuft das Handhabungssystem 5 der vorliegenden Erfindung, während die andere Aussparung verkleidet ist.The platform 3 or its base frame 31 is mounted on a substructure 4, which is constructed from a plurality of segments 41, which are arranged in pairs next to one another and stacked one above the other in this horizontal arrangement and connected to one another. The segments 41 have the dimensions of conventional 40 'ft standard sea containers. (40 'ft denotes the standard length of such a container. 1' ft corresponds to 30.48 cm.) The construction of the platform 3 with the substructure 4 is the subject of a separate application by the applicant of the present invention. The substructure 4 has a recess with a rectangular cross section on each side, which extends over the Entire height of the substructure and also extends through the base frame 31 of the platform 3. The handling system 5 of the present invention runs in one of the recesses, while the other recess is covered.
Die vorstehende Beschreibung gibt einige Entwicklungen aus dem Hause der Anmelderin im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wieder. Eine neuartige Bohrvorrichtung mit geregeltem Vorschub, die von der Anmelderin der vorlie- genden Erfindung entwickelt wurde, bildet den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung mit dem Titel "Vorrichtung zum Herstellen von Tiefbohrungen in geologischen Strukturen" (Anwaltsaktenzeichen B/22ST0408/DE) vom selben Anmeldetag. Eine vorteilhafte Unterbaukonstruktion, die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, bildet den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung mit dem Titel "Unterbaukonstruktion für eine Tiefbohr- Plattform" (Anwaltsaktenzeichen B/22ST0409/DE) vom selben Anmeldetag. Neuartige Bohrverfahren, die im Zusammenhang mit der Bohrvorrichtung dieser Anmeldung von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurden, bilden den Gegenstand der deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zum Herstellen von Tiefbohrungen in geologischen Strukturen" (Anwaltsaktenzeichen P/11ST0410/DE) vom selben Anmeldetag. Ein neuartiges, automatisiertes Rohr- oder Stangenlager, das von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde und das mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft zusammenwirkt, bildet den Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung mit dem Titel "Rohr- oder Stangenlager für eine Bohranlage" (Anwaltsaktenzeichen B/22ST0411/DE) vom selben Anmeldetag.The foregoing description represents some of the applicant's developments in connection with the present invention. A new type of drilling device with controlled feed, which was developed by the applicant of the present invention, forms the subject of the German utility model application entitled "Device for producing deep holes in geological structures" (attorney file number B / 22ST0408 / DE) from the same filing date. An advantageous substructure, which was developed by the applicant of the present invention, forms the subject of the German utility model application entitled "Substructure for a deep drilling platform" (attorney file number B / 22ST0409 / DE) from the same filing date. Novel drilling methods, which were developed in connection with the drilling device of this application by the applicant of the present invention, form the subject of the German patent application entitled "Method for producing deep holes in geological structures" (attorney file number P / 11ST0410 / DE) from the same filing date , A new type of automated pipe or rod storage, which was developed by the applicant of the present invention and which advantageously cooperates with the device of the present invention, forms the subject of the German utility model application entitled "Pipe or rod storage for a drilling rig" (attorney file number B / 22ST0411 / DE) from the same filing date.
Auf den Offenbarungsgehalt der vorstehenden Anmeldungen
wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vollinhaltlich Bezug genommen.On the disclosure content of the above applications is referred to in full in the context of the present application.
Das Handlingssystem 5 besteht aus einem modularen Füh- rungsrahmen 51, einem Hubschlitten 52, einer Schwenkvorrichtung 53, einem Schwenkarm 54, einer Greifer-Kippvorrichtung 55 mehreren Greifarmpaaren 56b.The handling system 5 consists of a modular guide frame 51, a lifting slide 52, a swivel device 53, a swivel arm 54, a gripper-tilting device 55 and a plurality of gripper arm pairs 56b.
Der Führungsrahmen 51 ist aus unteren Elementen 51a und einem oberen Element 51b aufgebaut. Die Länge der unteren Elemente 51a des Führungsrahmens 51 entsprechen der Höhe eines Moduls 41 des Unterbaus 4, also der Höhe eines 40 ' ft-Standardseecontainers . Die Elemente 51a sind jeweils an eine Wand eines Segments 41 aneinander anschließend in der seitlichen Ausnehmung des Unterbaus 4 befestigt. Das obere Element 51b schließt sich oberhalb der unteren Elemente 51a an und ist mit diesen verbunden.The guide frame 51 is composed of lower members 51a and an upper member 51b. The length of the lower elements 51a of the guide frame 51 correspond to the height of a module 41 of the substructure 4, that is to say the height of a 40 'ft standard sea container. The elements 51a are each attached to one another on a wall of a segment 41 in the lateral recess of the substructure 4. The upper element 51b adjoins and is connected to the lower elements 51a.
Entlang dem Führungsrahmen 51 verlaufen Führungs- flächen, auf welchen entsprechende Laufräder 52a des Hubschlittens 52 laufen, und eine Zahnstange 51d, in welche ein durch einen Motor angetriebenes Ritzel des Hubschlittens 52 eingreift. Auf diese Weise ist der Hubschlitten 52 vertikal an dem Führungsrahmen 51 verfahrbar. Die Führungs- flächen und die Zahnstange 51d sind ebenfalls modular vorgesehen und an den jeweiligen Elementen 51a, 51b befestigt.Guide surfaces run on the guide frame 51, on which corresponding running wheels 52a of the lifting carriage 52 run, and a toothed rack 51d into which a pinion of the lifting carriage 52 driven by a motor engages. In this way, the lifting carriage 52 can be moved vertically on the guide frame 51. The guide surfaces and the rack 51d are also provided in a modular manner and fastened to the respective elements 51a, 51b.
Auf dem Hubschlitten 52 ist der Schwenkmechanismus 53 montiert, der eine horizontale Schwenkbewegung um 180° aus- führen kann und in welchem dder Schwenkarm 54 schwenkbar gelagert ist. Der Schwenkmechanismus 53, der HubschlittenThe swivel mechanism 53 is mounted on the lifting slide 52 and can execute a horizontal swivel movement through 180 ° and in which the swivel arm 54 is pivotably mounted. The swivel mechanism 53, the lifting carriage
52 und der Führungsrahmen 51 sind derart angeordnet, daß
sich die Drehachse des Schwenkmechanismus 53 zu der Drehachse des Drillmotors 25 auf dem Schlitten 2 genau in seitlicher Richtung der Anlage versetzt ist und die Längsachse des Schwenkarms 54 bzw. deren Verlängerung in den beiden Extremlagen des Schwenkmechanismus 53 durch diese beiden Drehachsen verläuft.52 and the guide frame 51 are arranged such that the axis of rotation of the swivel mechanism 53 is offset exactly to the axis of rotation of the drill motor 25 on the carriage 2 in the lateral direction of the system and the longitudinal axis of the swivel arm 54 or its extension in the two extreme positions of the swivel mechanism 53 runs through these two axes of rotation.
Der Schwenkarm 54 ist als Teleskopschiebestück ausgeführt und daher in seiner Länge veränderlich. An seinem dem Schwenkmechanismus 53 gegenüberliegenden Ende ist der Greifer 56 vertikal kippbar gelagert. Ein an dem Greifer 56 und dem Schwenkarm 54 befestigter Zylinder 55a bildet den Antriebsmechanismus für die Greifer-Kippvorrichtung 55 und erlaubt eine Kippbewegung des Greifers von 90° relativ zu der Längsachse des Schwenkarms 54.The swivel arm 54 is designed as a telescopic sliding piece and is therefore variable in length. The gripper 56 is mounted such that it can be tilted vertically at its end opposite the swivel mechanism 53. A cylinder 55a fastened to the gripper 56 and the swivel arm 54 forms the drive mechanism for the gripper tilting device 55 and allows the gripper to be tilted by 90 ° relative to the longitudinal axis of the swivel arm 54.
Der Greifer 56 besteht im Wesentlichen aus einem Ausleger 56a und einer Mehrzahl von (in der Figur: vier) daran angebrachten Greifarmpaaren 56b, die über Zylinder oder eine Magnetbetätigung oder dergleichen zugreifen oder lösen können.The gripper 56 essentially consists of a cantilever 56a and a plurality of (in the figure: four) attached gripper arm pairs 56b, which can be accessed or released via cylinders or a magnetic actuation or the like.
Die Greifarmpaare 56b und die Greifer-Kippvorrichtung 55 sind so angeordnet, daß sich eine Greiflinie, die als Verbindungslinie der Greifraummittelpunkte der Greifarmpaare 56b definiert ist, in abgekippter Position des Greifers 56 horizontal von der Bohranlage weg erstreckt, während sie in aufgekippter Position des Greifers 56 in senkrechter Richtung verläuft. Ferner ist der Schwenkarm 54 in der Lage, eine Länge derart anzunehmen, daß die Greiflinie bei aufgekippter Position des Greifers 56 und eingeschwenk-
ter Position des Schwenkarms 54 mit der Drehachse des Drillmotors 25 zusammenfällt.The gripper arm pairs 56b and the gripper tilting device 55 are arranged such that a gripping line, which is defined as the connecting line of the gripping space centers of the gripper arm pairs 56b, extends horizontally away from the drilling system in the tilted position of the gripper 56, while in the tilted-up position of the gripper 56 runs in a vertical direction. Furthermore, the swivel arm 54 is able to assume a length such that the gripping line when the gripper 56 is in the tilted position and swiveled-in. ter position of the swivel arm 54 coincides with the axis of rotation of the drill motor 25.
Die Funktionsweise der Handhabungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:The operation of the handling device according to the present invention is as follows:
Der Greifer 56 nimmt z.B. eine Bohrstange 91, die an definierter Position liegt oder steht (z.B. aus einem automatisiertem Lager einer Art, für die die Anmelderin der vorliegenden Erfindung eine gesonderte Anmeldung eingereicht hat), mittels der Greifarmpaare 56b. Der Hubschlitten 52 fährt aufwärts, wobei während der Aufwärtsbewegung die Bohrstange mittels der Greifer-Kippvorrichtung 55 in die Vertikale gebracht wird. Der Schwenkarm 54 wird auf eine Länge, die eine mittige Übergabe dieses Stangendurchmessers in die Bohrstrangmitte ermöglicht, eingestellt. Nach Erreichen der oberen Endposition des Hubschlittens 52 wird der Schwenkarm 54 mittels der Schwenkvorrichtung 53 um 90° geschwenkt. Sobald sich der Vorschubschlitten 2 in der Ausgangsposition für die Stangenübergabe befindet, werden aus dem Bohrmast 1 zwei Stützen 58 ausgeklappt und der Schwenkarm 54 mit dem Ausleger 56a um weitere 90° geschwenkt, so daß die Bohrstange 9 an den Stützen 58 anliegt. Die Klappstützen 58 dienen der genauen geometrischen Positionierung und schnellen Beruhigung der Bohrstange 91 nach dem Einlegen.The gripper 56 takes e.g. a boring bar 91 which is or stands at a defined position (e.g. from an automated warehouse of a type for which the applicant of the present invention has filed a separate application) by means of the gripper arm pairs 56b. The lifting carriage 52 moves upwards, the boring bar being brought into the vertical by means of the gripper-tilting device 55 during the upward movement. The swivel arm 54 is set to a length that enables a central transfer of this rod diameter into the center of the drill string. After reaching the upper end position of the lifting carriage 52, the swivel arm 54 is swiveled by 90 ° by means of the swivel device 53. As soon as the feed carriage 2 is in the starting position for the bar transfer, two supports 58 are folded out of the drilling mast 1 and the swivel arm 54 with the bracket 56a is pivoted through a further 90 °, so that the boring bar 9 rests on the supports 58. The folding supports 58 are used for the precise geometric positioning and rapid calming of the boring bar 91 after insertion.
Danach fährt der Vorschubschlitten 2 nach unten, und die Abtriebsspindel des Drillmotors 25 schraubt die Stange 91 an das Bohrfutter 26 an. Dann werden die Stützen 58 eingeklappt, und der Schwenkarm 54 mit dem Greifer 56 schwenkt
um 180° zurück und fährt nach unten zur Aufnahme der nächsten Bohrstange 91.The feed carriage 2 then moves downward, and the output spindle of the drill motor 25 screws the rod 91 onto the drill chuck 26. The supports 58 are then folded in and the swivel arm 54 pivots with the gripper 56 back by 180 ° and moves down to receive the next boring bar 91.
Indessen fährt der Vorschubschlitten 2 mit der verschraubten Bohrstange 91 nach unten, und der Drillmotor 25 verschraubt die Bohrstange 91 mit dem in der Keilvorrichtung 33 abgehängten Bohrstrang. Nach Lösen der Keilvorrichtung 33 wird weitergebohrt. Der Ausbau funktioniert prinzipiell in umgekehrter Reihenfolge.In the meantime, the feed carriage 2 with the screwed boring bar 91 moves downward, and the drill motor 25 screws the boring bar 91 with the drill string suspended in the wedge device 33. After loosening the wedge device 33, drilling continues. The expansion works in reverse order.
Der Greifer ist so ausgebildet, dass er verschiedenste Gestänge, Casingrohre, Schwerstangen, Spülungsmotore etc. greifen bzw. handhaben kann. Der Greifer kann auch eine Hebebox 92 (vgl. den mit einer strichpunktierten Linie umkreisten Ausschnitt in Fig. 2) aufnehmen, mittels welcher verschiedenste Materialien auf die Plattform gebracht werden können; der Kippvorgang entfällt dabei.The gripper is designed in such a way that it can grip or handle a wide variety of linkages, casing pipes, drill collars, flushing motors, etc. The gripper can also take up a lifting box 92 (cf. the detail encircled by a dash-dotted line in FIG. 2), by means of which a wide variety of materials can be brought onto the platform; the tilting process is omitted.
Dieses Handlingsystem bietet folgende Vorteile:This handling system offers the following advantages:
Ein Hantieren mit Gabelstapler und Baggern sowie eine Installation von und ein Hantieren mit Kränen, Förderbän- dern, Seilzügen etc. entfällt. Das gesamte Handhabungssystem ist auf kleinem Raum an der Bohranlage montiert. Daher fällt kein zusätzlicher Platzbedarf auf der Baustelle an. Durch den modularen Aufbau des Führungsrahmens 51 ist ein Betrieb des Handlingsystems mit beliebig vielen Unterbaumodulen 41 möglich.
Ebenso ist ein Betrieb ebenerdig ohne Unterkonstruktion möglich. In diesem Fall wird nur mit dem oberen Element 51b des Führungsrahmens 51 gearbeitet.Handling with forklifts and excavators as well as installing and handling with cranes, conveyor belts, cable pulls etc. is no longer necessary. The entire handling system is mounted on the drilling rig in a small space. Therefore, no additional space is required on the construction site. Due to the modular structure of the guide frame 51, the handling system can be operated with any number of base modules 41. Operation at ground level without a substructure is also possible. In this case, only the upper element 51b of the guide frame 51 is used.
Mit dem beschriebenen Handlingsystem kann die Bohranlage mit allen Ausrüstungen des Bohr- und Casingstrangs beschickt werden. Ferner ist ein Handling verschiedenster Materialien mittels Hebebox möglich.With the described handling system, the drilling rig can be loaded with all equipment of the drilling and casing string. Furthermore, a wide variety of materials can be handled using a lifting box.
Alle Ausrüstungen des Bohr- und Casingstrangs werden in einem einzigen Arbeitsgang ohne Zwischenübergabe an die Bohranlage übergeben. Dies spart Zeit und Kosten für Bedienpersonal und Installationen.All equipment in the drilling and casing string is transferred to the drilling rig in a single operation without intermediate handover. This saves time and costs for operating personnel and installations.
Das Handlingssystem arbeitet unabhängig von der Bohranlage. Diese wird nicht als Hilfshebegerät verwendet, so daß sich die Zyklenzeiten minimieren. Das Handlingssystem arbeitet vollautomatisch. Die Automation ist aufgrund der einfachen Struktur und Bewegungsabfolge leicht realisierbar.The handling system works independently of the drilling rig. This is not used as an auxiliary lifting device, so that the cycle times are minimized. The handling system works fully automatically. Automation is easy to implement due to the simple structure and sequence of movements.
Das Handlingssystem kann auch wie die Bohranlage selbst in beliebigen Winkeln zur Oberfläche betrieben werden. Gegebenenfalls kann der Freiheitsgrad des Greifers 56 durch eine zusätzliche Drehgelenkeinrichtung in oder an dem Schwenkarm 54 geschaffen werden. Aus Gründen des Explosionsschutzes bei der Exploration von Öl- und Gasfeldern sind alle Motoren und Betätigungsteile am Bohrmast als hydraulische Geräte ausgeführt. In
weniger sensitiver Umgebung können diese Geräte auch als elektrische Geräte ausgeführt sein.The handling system, like the drilling rig itself, can be operated at any angle to the surface. If necessary, the degree of freedom of the gripper 56 can be created by an additional swivel device in or on the swivel arm 54. For reasons of explosion protection when exploring oil and gas fields, all motors and operating parts on the drilling mast are designed as hydraulic devices. In less sensitive environment, these devices can also be designed as electrical devices.
Der Hubschlitten 52 der vorliegenden Erfindung wird durch Führungsrollen geführt und über einen Ritzel- /Zahnstangenmechanismus und einen Motor verfahren. Die Führung und der Antrieb können jedoch auch anders ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Hubschlitten durch Gleitschienen und Gleitböcke geführt sein. Der Hubantrieb kann beispielsweise ein Seilzug, ein Zylinder, eine Kombination aus Zylinder und Seilzugsystem, oder eine Gewindespindel sein.The lift carriage 52 of the present invention is guided by guide rollers and is driven by a pinion / rack mechanism and a motor. However, the guide and the drive can also be designed differently. For example, the lifting slide can be guided by slide rails and slide blocks. The lifting drive can be, for example, a cable pull, a cylinder, a combination of cylinder and cable pull system, or a threaded spindle.
In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Schwenkarm 54 als ein Teleskopschiebestück ausgeführt. Stattdessen kann auch ein Schwenkarm vorgesehen sein, dessen Länge nicht veränderlich ist, und zwar dann, wenn der Abstand von der Drehachse der Schwenkvorrichtung 53 und der Drehachse des Drillmotors 25 so gewählt ist, daß mit einer diesen Abstand herstellenden Länge des Schwenkarms 54 ein Aufnehmen der Gegenstände möglich ist. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn der Durchmesser der zu transportierenden Gegenstände immer gleich ist. In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Greifer 56 kippbar an dem Schwenkarm 54 bzw. an dem Schwenkarm vorgesehen. Der Kippmechanismus 55 kann jedoch entfallen, wenn beispielsweise die Stangen oder Rohre 91 senkrecht in einem Register eingehängt an die Bohranlage angeliefert werden. Bei geeigneter Aufhängung der Gegenstände in dem Register kann, mit der oben genannten Ein-
schränkung, auch hier gegebenenfalls die Längenänderungsmöglichkeit des Schwenkarms 54 entfallen.
In the preferred embodiment described above, the swivel arm 54 is designed as a telescopic sliding piece. Instead, a swivel arm can also be provided, the length of which cannot be changed, specifically if the distance from the axis of rotation of the swivel device 53 and the axis of rotation of the drill motor 25 is selected such that the length of the swivel arm 54 producing this distance can accommodate the Items is possible. However, this is only the case if the diameter of the objects to be transported is always the same. In the preferred embodiment described above, the gripper 56 is tiltably provided on the swivel arm 54 or on the swivel arm. The tilting mechanism 55 can, however, be dispensed with if, for example, the rods or tubes 91 are delivered to the drilling rig suspended vertically in a register. With a suitable suspension of the objects in the register, with the above-mentioned entry restriction, here also the possibility of changing the length of the swivel arm 54 is omitted.