-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein automatisiertes Steuersystem
zum Betreiben eines Rotarg-Hebewerks oder ähnlicher Hubmittel während eines
Bohrlochräumungsvorgangs.
-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
In
der Erdölindustrie
sind die Ausrüstung
und Maschinenanlage, die verwendet werden, um Bohrungen abzuteufen,
gemeinhin als Ölbohranlage oder
Bohrausrüstung
bekannt. An diesen Bohrausrüstungen
befinden sich Mittel zum Drehen des Bohrgestänges, wovon am weitesten verbreit
und am erfolgreichsten eine Einrichtung ist, die als Topdrive-System
bekannt ist. Die Beliebtheit und Verbreitung von Topdrive-Systemen
im Rahmen des Ölfeldes
hat das Potenzial der gewerblichen Bohrmeister und Bedienungspersonen,
Vorgänge,
an denen das Bohrgestänge
beteiligt ist, sicher und auf vorteilhafte Weise zu erledigen, stark
erhöht.
-
Ein
solcher Vorgang ist das „Bohrlochräumen", wobei die Bedienungsperson
ein Bohrgestänge
aus einem Bohrloch herauszieht, während sie gleichzeitig Bohrschlamm
pumpt und das Bohrgestänge
dreht, wodurch vermieden wird, dass Reibungskräfte zwischen dem Bohrgestänge und
dem Bohrloch entstehen, die dazu führen können, dass das Bohrgestänge in dem
Bohrloch verklemmt. Bis vor kurzem ist dieser Bohrlochräumungsprozess
entweder vollständig
manuell durchgeführt
worden oder war mit der Verwendung von komplizierten Steuerungen
im Hebewerk verbunden.
-
Bei
dem manuellen Prozess nimmt die Bedienungsperson beispielsweise
ein Hubmittel in Anspruch, indem sie eine Kupplung einrückt und
dann einen Hubregler, entweder einen Handhebel oder ein Fußpedal,
manuell betätigt,
um das Gestängerohr langsam
und vorsichtig aus dem Bohrloch zu hieven. Während dieses Vorgangs muss
der Bohrmeister jedoch gleichzeitig die Hakenlast und das Drehmoment oder
den Standrohrdruck (falls ein Bohrlochschlamm-Motor verwendet wird)
auf Hinweise darauf, dass die Gefahr besteht, dass sich das Rohr
in einer seitlichen Richtung verklemmt bzw. einer Drehrichtung festfrisst, überwachen.
-
Alternativ,
bei einem anderen Prozess, kann es erforderlich sein, dass die Bedienungsperson
ein Steuersystem bedient, das mit den Hubmitteln verbunden ist.
Bei solch einem System aktiviert das Steuersystem auf einen Befehl
von der Bedienungsperson hin die Hubmittel, um das Rohr langsam
aus dem Bohrloch zu hieven. Der Bohrmeister muss jedoch nach wie
vor die Hakenlast, das Drehmoment und/oder den Standrohrdruck auf
Hinweise darauf, dass die Gefahr besteht, dass sich das Gestängerohr in
dem Bohrloch verklemmt, überwachen.
-
Außerdem ist
es bei diesen beiden Prozessen ein Problem, dass viele Hebesysteme
es nicht zulassen, ein Bohrgestänge über einen
längeren Zeitraum
bewegungslos zu halten, wobei diese Situation auftreten kann, wenn
sich ein Gestängerohr
im Bohrloch verklemmt. Folglich ist jeder dieser Prozesse auf das
Urteilsvermögen
der Bedienungsperson, eine Beschädigung
der Ausrüstung
zu vermeiden, angewiesen. Folglich besteht ein Bedarf an einem verbesserten
Steuersystem, das eine bessere Beherrschung des Bohrlochräumungsprozesses
ermöglicht,
während
es gleichzeitig die Belastung der Bedienungsperson verringert.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Steuersystem für den automatisierten Betrieb
eines Rotarg-Hebewerks während
eines „Bohrlochräumungsvorgangs" gerichtet. In einer
Ausführungsform ist
das Steuersystem mit einer Bedienungseinheit verbunden, um einem
Bohrmeister zu ermöglichen, Höchstwerte
einzugeben, die während
des Räumungsvorgangs
von einem oder mehreren festgelegten Räumungsparametern erreicht werden
können. Während des
Räumungsvorgangs überwacht
das Steuersystem ständig
die festgelegten Räumungsparameter
und vergleicht die Messwerte mit den Grenz- oder Höchstwerten,
die von der Bedienungsperson eingegeben wurden. Wenn einer der Höchstwerte überschritten
wird, wird ein Steuersignal an das Rotary-Hebewerk gesendet, um die Geschwindigkeit des
Aufziehens zu verringern.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
können die
festgelegten Räumungsparameter
aus dem Zug am Bohrmeißel
(POB: pull an the drill bit (engl.)), der Geschwindigkeit des Aufziehens
(ROH: rate of hoisting (engl.)) und/oder dem Bohrmoment ausgewählt sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform
wird die Geschwindigkeit des Aufziehens durch die Anwendung einer
Bremsanlage des Rotarg-Hebewerks gesteuert.
-
In
einer Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein automatisiertes Verfahren zum
Steuern eines Bohrlochräumungsvorgangs
bei einer Ölbohranlage.
Das Verfahren schließt
das Bereitstellen eines Hebesystems ein, das während eines Bohrlochräumungsvorgangs
ein Bohrgestänge
mit einer Hubgeschwindigkeit und einem Hubmoment bewegt. Das Hebesystem
enthält
mindestens einen Bohrlochräumungsparametersensor
zum Messen mindestens eines entsprechenden Bohrlochräumungsparameters. Ferner
umfasst das Verfahren das Vergleichen eines im Voraus festgelegten
Wertes des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters mit dem Messwert
für den
mindestens einen Bohrlochräumungsparameter und
das Auslösen
einer Bremsanlage, die dem Hubmoment des Hebesystems einen Widerstand
entgegensetzt, wenn der Messwert des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters
den im Voraus festgelegten Wert des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters
erreicht.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein automatisiertes Verfahren zum
Steuern eines Bohrlochräumungsvorgangs
bei einer Ölbohranlage.
Das Verfahren schließt
das Bereitstellen eines Rotary-Hebesystems ein, das während eines
Bohrlochräumungsvorgangs
ein Bohrgestänge
mit einer Hubgeschwindigkeit und einem Hubmoment bewegt. Das Hebesystem
umfasst mindestens einen Bohrlochräumungsparametersensor zum Messen
mindestens eines entsprechenden Bohrlochräumungsparameters. Ferner umfasst
das Verfahren das Bereitstellen einer Bedienungseinheit, die einer
Bedienungsperson ermöglicht,
einen im Voraus festgelegten Wert des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters
einzugeben; und das Bereitstellen eines Steuersystems, das den im
Voraus festgelegten Wert des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters
mit dem Messwert für
den mindestens einen Bohrlochräumungsparameter
vergleicht, wobei das Steuersystem eine Bremsanlage auslöst, die
dem Hubmoment des Rotary-Hebesystems einen Widerstand entgegensetzt,
wenn der Messwert des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters den im Voraus
festgelegten Wert des mindestens einen Räumungsparameters erreicht.
-
In
noch einer weiteren Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein System, das einen Bohrlochräumungsvorgang
bei einer Ölbohranlage steuert,
wobei das System ein Hebesystem umfasst, das während eines Bohrlochräumungsvorgangs
ein Bohrgestänge
mit einer Hubgeschwindigkeit und einem Hubmoment bewegt. Das Hebesystem
umfasst mindestens einen Bohrlochräumungsparametersensor zum Messen
mindestens eines entsprechenden Räumungsparameters. Eine Bedienungseinheit
ermöglicht
einer Bedienungsperson, einen im Voraus festgelegten Wert des mindestens
einen Bohrlochräumungsparameters
einzugeben. Ein Bohrlochräumungsparametersensor
ermittelt den Messwert des mindestens einen Räumungsparameters. Ein Steuersystem überwacht
den mindestens einen Bohrlochräumungsparameter.
Eine Bremsanlage setzt dem Hubmoment des Rotary-Hebesystems einen
Widerstand entgegen, wenn der Messwert des mindestens einen Bohrlochräumungsparameters
den im Voraus festgelegten Wert des mindestens einen Räumungsparameters
erreicht.
-
US 6,029,951 offenbart ein
System und ein Verfahren zur Verwendung mit einem Rotary-Hebewerk,
das eine drehbare Trommel aufweist, auf die ein Tragseil gewickelt
ist. Die Steuerung der Drehbewegung der drehbaren Trommel wird von
der Bremsanlage zum Elektromotor übertragen, wenn das Vordrehmoment
des Elektromotors im Wesentlichen gleich dem berechneten Drehmomentwert
ist.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
anhand der folgenden ausführlichen
Beschreibung besser verständlich, wenn
sie in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung betrachtet wird, worin:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Ölbohranlage
und eines Rotary-Hebewerk/Brems-Steuersystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
-
2 ein
Blockschema des Rotarg-Hebewerk/Brems-Steuersystems von 1 einschließlich eines
Signalflussplans ist; und
-
3 eine
schematische Darstellung des Rotarg-Hebewerk/Brems-Steuersystems
von 1 ist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Wie
in 1 bis 3 gezeigt ist die Erfindung
auf ein Rotary-Hebewerk/Brems-Steuersystem 110 (nachstehend „Steuersystem 110") für den automatisierten
Betrieb eines Rotarg-Hebewerks 50 oder ähnlicher Hubmittel während eines „Bohrlochräumungsvorgangs" (nachstehend „Räumen") gerichtet.
-
Wie
in 1 gezeigt ist in einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung das Steuersystem 110 mit einer Bedienungseinheit 115 verbunden.
Ein Bohrmeister oder eine Bedienungsperson gibt Höchstwerte
für einen
oder mehrere festgelegte Raumungsparameter, die während des
Räumens
erreicht werden können,
in die Steuereinheit 115 ein. Beispielsweise können die
Räumungsparameter
den Zug am Bohrmeißel
(POB), die Geschwindigkeit des Aufziehens (ROH) und/oder das Bohrmoment
einschließen.
Die Bedienungsperson löst
dann das Räumen
aus.
-
Während des
Räumens überwacht
das Steuersystem 110 ständig
den Zug am Bohrmeißel (POB),
die Geschwindigkeit des Aufziehens (ROH) und/oder das Bohrmoment
durch verschiedene Sensoren 90, 100 und 104 und
vergleicht die Messwerte mit von der Bedienungsperson eingegebenen
Grenz- oder Höchstwerten.
Wenn irgendeiner der Höchstwerte überschritten
wird, wird eine Bremsanlage 70 mittels eines Steuersignals 109 vom
Steuersystem 110 aktiviert, um die Geschwindigkeit des
Aufziehens zu verringern. In solch einer Ausführungsform moduliert die Bremsanlage 70 die
Geschwindigkeit des Aufziehens während
des Räumens
durch Anwenden eines Bremsmoments, das dem Hubmoment des Rotary-Hebewerks 50 einen
Widerstand entgegensetzt, um die von der Bedienungsperson für POB, ROH und/oder
das Bohrmoment festgesetzten Grenzen einzuhalten.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung des Steuersystems 110 der
vorliegenden Erfindung, das mit einer herkömmlichen Ölbohranlage zusammengeschaltet
ist. In der dargestellten Ausführungsform
trägt ein
Bohrturm 10 an seinem oberen Ende einen Kronenblock 15.
Eine Seilanordnung 17 verbindet den Kronenblock 15 mit
einem Flaschenzugblock 20 oder einem tragenden Teil zum
Halten einer Hakenkonstruktion 25. Die Hakenkonstruktion 25 ist mit
einer Topdrive-Baueinheit 12 verbunden und hält diese,
die wiederum mit einem Bohrstrang 13 verbunden ist. Der
Bohrstrang 13 umfasst ein oder mehrere Gestängerohre
und einen Bohrmeißel 14,
der bei einem Bohrvorgang auf das Drehen durch die Topdrive-Baueinheit 12 hin
ein Bohrloch 16 erzeugt. Das Rotary-Hebewerk 50 wird
dann benutzt, um während eines
Räumen
den Bohrstrang 13 aus dem Bohrloch 16 herauszuziehen.
-
Das
Rotary-Hebewerk 50 ist an einem Hubseil 30 befestigt,
welches das Rotary-Hebewerk 50 dabei
unterstützt,
den Bohrstrang 13 während
des Räumens
hochzuziehen. Das Hubseil 30 ist an einem Ende mittels
eines Spannseils (engl. dead line) 35 und einer Spannseilverankerung 40 am
Boden befestigt. Das andere Ende des Hubseils 30 bildet
ein Arbeitsseil (engl. fast line) 45, das am Rotary-Hebewerk 50 angebracht
ist.
-
Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das Rotary-Hebewerk 50 einen
oder mehrere Motor(en) 55, wie etwa einen Elektromotor,
einen Dieselmotor oder einen anderen geeigneten Motor, und ein Getriebe 60,
das mit einer zylindrischen, drehbaren Trommel 65 zum Aufwickeln
und Abwickeln des Arbeitsseils 45, wie für die Funktion
des zugeordneten Kronenblocks 15 und des Flaschenzugblocks 20 während der
Bohr- und Räumungsvorgänge benötigt, verbunden
ist. Bei solch einer Ausführungsform
wird die drehbare Trommel 65 auch als Wickeltrommel oder
Seiltrommel bezeichnet. Obwohl in 1 eine Ausführungsform
eines Hubsystems gezeigt ist, versteht sich, dass weitere Hubsysteme, die
zu einem steuerbaren Aufziehen eines Bohrgestänges imstande sind, mit dem
automatisierten Räumungssteuersystem
der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, können mehrere Positionssensoren,
wie etwa Näherungsschalter 102 in dem
Bohrturm 10 oder eine Codiereinrichtung 100, die
an der Antriebswelle 85 des Rotary-Hebewerks befestigt
ist, benutzt werden, um für
eine zusätzliche Absicherung
und Kontrolle während
des Räumungsprozesses
die Position des Flaschenzugblocks 20 zu bestimmen. In
solch einer Ausführungsform
wird ein Ausgangs-/Steuersignal 107 oder 105,
das die Position des Flaschenzugblocks 20 angibt, von den
Näherungsschaltern 102 bzw.
der Codiereinrichtung 100 an das Steuersystem 110 gesendet.
Die Ist-Geschwindigkeit und -Position des Flaschenzugblocks 20 kann
dann benutzt werden, um eine sichere Durchführung des Aufziehens während des
Räumens
sicherzustellen. Obwohl in einer Ausführungsform die Positionssensoren
Näherungsschalter 102 sind,
versteht sich, dass andere Mittel zum Bestimmen der Position des
Flaschenzugblocks 20 mit dem automatisierten Räumungssteuersystem
der vorliegenden Erfindung genutzt werden könnten.
-
Obwohl
bei der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt,
jede Bremse verwendet werden kann, die sich für eine automatisierte Steuerung
eignet, umfasst die Bremsanlage 70 vorzugsweise als Hauptbremse
eine Reibungsbremse 80, üblicherweise vom Typ Bandbremse
oder eine Sattel-Scheibenbremse, eine Hilfsbremse 75, wie
etwa vom Typ Wirbelstrombremse oder eine Reibscheibenbremse, und eine
Notbremse 78. Die Bremsanlage 70 ist durch eine
Antriebswelle 85 des Rotary-Hebewerks 50 mit dem
Rotary-Hebewerk 50 verbunden. Die Bremsanlage 70 ist
durch das Steuersystem 110 gesteuert. Wiederum gilt, dass,
obwohl bei der vorliegenden Erfindung ein beliebiges geeignetes
Betätigungsorgan verwendet
werden kann, die Bremse 70 der vorliegenden Erfindung üblicherweise
entweder hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, wobei zum Beispiel
ein Pneumatikzylinder verwendet wird, dem der Bohrausrüstungsluftdruck
zugeführt
wird, der durch von dem Steuersystem 110 ausgegebene Steuersignale 109 beispielweise
mittels eines elektronisch gesteuerten Pneumatikventils moduliert
ist.
-
Wie
oben erörtert
wurde, kann bei der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Sensoren
benutzt werden, um Räumungsüberwachungssignale
an das Steuersystem 110 zu liefern. In der in 1 dargestellten
Ausführungsform
ist ein Kraftmessgerät 90, wie
etwa ein Dehnungsmessgerät
oder eine Flüssigkeitsdruckmessdose,
an dem Spannseil 35 befestigt und erzeugt ein Ausgangs-/Steuersignal 95,
das auf die Spannung in dem Spannseil 35 und folglich die Last,
die vom Flaschenzugblock 20 getragen wird, oder den Zug
am Bohrmeißel
(POB) schließen
lässt. Diese
POB-Messung wird vom Kraftmessgerät 90 bereitgestellt
und vom Dehnungsmessgerät 90 an das
Steuersystem 110 gesendet. Es können verschiedene Spannungsmessgeräte benutzt
werden, um die Spannungsbedingungen am Seil 35 anzugeben.
In einer Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist, wird die Ist-Hakenlast oder der
Zug am Bohrmeißel
(POB) unter Verwendung der Eingabe vom Kraftmessgerät 90 zusammen
mit der Anzahl der aufgereihten Seile und einem Kalibrierungsfaktor
berechnet. Alternativ kann dem Bohrturm 10 eine herkömmliche
Kraftmessdose, ein Hydraulikdruck-Messwandler oder ein anderes Kraftmessgerät zugeordnet
werden, um das Ausgangs-/Steuersignal 95 bereitzustellen,
das für
die vom Flaschenzugblock 20 gehaltene Last repräsentativ
ist.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann das System auch mit einem Sensor zum Überwachen der Geschwindigkeit
des Aufziehens ausgestattet sein. In solch einer Ausführungsform,
wie in 1 gezeigt, ist ein Messgerät, wie beispielsweise eine
Codiereinrichtung 100, an der Antriebswelle 85 des
Rotary-Hebewerks befestigt. In solch einer Ausführungsform wird ein Ausgangs-/Steuersignal 105,
das für
die Drehzahl der drehbaren Trommel 65 repräsentativ ist,
wenn sich die Trommel 65 dreht, um das Arbeitsseil 45 aufzuwinden
oder schießen
zu lassen, und wenn sich der Flaschenzugblock 20 nach oben
oder nach unten bewegt, von der Codiereinrichtung 100 an
das Steuersystem 110 gesendet. Bei Verwendung solch einer
Codiereinrichtung kann die Frequenz des Signals benutzt werden,
um die Geschwindigkeit der Bewegung des Flaschenzugblocks 20 zu
messen; üblicherweise
indem die Ist-Geschwindigkeit der Trommel 65 und letztlich
die Geschwindigkeit des Flaschenzugblocks 20 basierend
auf aufgereihten Seilen, dem Durchmesser der Trommel 65,
der Anzahl der Seilwindungen und der Seilgröße berechnet wird. Alternativ
kann die Geschwindigkeit der Bewegung des Flaschenzugblocks 20 aus
der Änderung der
vertikalen Position des Flaschenzugblocks 20 berechnet
werden. Bei solch einem System kann die Geschwindigkeit des Aufziehens
(ROH) aus der Geschwindigkeit des Flaschenzugblocks 20 berechnet werden.
Außerdem
können
die Näherungsschalter 102 benutzt
werden, um die von der Codiereinrichtung 100 genommenen
Messwerte zu bestätigen.
-
Schließlich kann,
wie in 1 gezeigt ist, alternativ oder zusätzlich das
Bohrmoment überwacht werden.
Das Bohrmoment kann durch Erfassen des Drehmoments am Topdrive oder
am Drehtisch gemessen werden, wie etwa mittels eines Drehmomentsensors 104 oder
wie berichtet mittels eines Topdrive-Motorantriebs 112 oder
eines Drehtischantriebs 113. In solch einer Ausführungsform
wird ein Ausgangs-/Steuersignal 108,
das auf das Bohrmoment schließen
lässt,
vom Drehmomentsensor 104 oder vom Antrieb 112 oder 113 an
das Steuersystem 110 gesendet. Alternativ kann das Bohrmoment durch
Messen des Standrohrdrucks erhalten werden, wenn ein Bohrmotor verwendet
wird.
-
Mit
Bezug auf 1 bis 3: Das Steuersystem 110 ist
in Signalverbindung mit der Bremsanlage 70, um Bremssteuersignale 109 zu
liefern, und empfängt
fortgesetzt Ausgangs-/Steuersignale 95, 105 und 108 von
dem Kraftmessgerät 90,
der Codiereinrichtung 100 bzw. dem Drehmomentsensor 104, wobei
jedes der Ausgangs-/Steuersignale 95, 105 und 108 ein
elektrisches, digitales oder anderes geeignetes Signal ist. Das
Steuersystem 110 ist außerdem in Signalverbindung
mit einer Bedienungseinheit 115, die sich auf oder nahe
bei dem Bohrturm 10 befindet, sodass die Bedienungsperson
für die
festgelegten Räumungsparameter,
die zu überwachen sind,
geeignete Höchstwerte
liefern kann. Alternativ kann eine (nicht gezeigte) separate Arbeitsstation, die
sich beispielsweise in einer Warte auf oder nahe bei dem Bohrturm 10 befindet,
mit dem Steuersystem 110 verbunden sein, um eine zusätzliche
Bedienerschnittstelle und Konfigurationssignale bereitzustellen.
-
In
einer Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist, umfasst der Leitstand 115 oder
die Mensch-Maschine-Schnittstelle vorzugsweise einen in der Industrie
verwendbaren, prozessorgesteuerten Monitor 160, an dem
die Bedienungsperson oder der Bohrmeister die festgelegten Räumungsparameter festsetzen
und steuern kann. Beispielsweise kann die Bedienungsperson die während des
Räumens
erreichbaren Höchstwerte
für den
Zug am Bohrmeißel (POB),
die Geschwindigkeit des Aufziehens (ROH) oder/und das Bohrmoment
eingeben.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst das Steuersystem 110 eine
programmierbare Steuereinheit (die programmierbare Hebewerk-Steuereinheit 155),
wie etwa eine programmierbare Logiksteuereinheit, einen Einplatinenrechner
oder dergleichen, in die die gemessenen Räumungswerte von den verschiedenen
Sensoren und die jeweiligen durch die Bedienungsperson definierten
Höchstwerte
vom Leitstand 115 eingegeben werden. Die programmierbare
Steuereinheit 155 vergleicht dann die Werte und gibt entsprechende
Steuersignale an das Bremssystem und das Rotary-Hebewerk aus, wofür das Antriebssystem 120 eine
Schnittstelle bildet, wobei zum Beispiel eine serielle Nachrichtenverbindung 150 wie
beispielsweise eine optische Verbindung und/oder eine fest verdrahtete
Verbindung benutzt wird.
-
Bei
der gezeigten Ausführungsform
werden zwei oder mehr Eingabe/Ausgabe-(E/A-)Einheiten 145 fernprogrammierbarer
Steuereinheiten (PS) benutzt, um die Bremsanlage 70 (einschließlich, wie
in 2 gezeigt ist, der Scheibenbremse 80,
der Feststellbremse 75 oder/und der Notbremse 78)
des Rotary-Hebewerks 50 und den Rotary-Hebewerk-Prozessor 155 zu
steuern, obwohl jede geeignete Schnittstelle verwendet werden kann.
Außerdem
ist ein Prozessor 160 mit dem Steuersystem 110 verbunden,
um für
eine Eingabe und Ausgabe der Werte von der Bedienungsperson, der
Betriebsparameter und der berechneten Werte während der Durchführung verschiedener
Arbeitsvorgänge
bei der Ölbohranlage
zu sorgen.
-
Obwohl
dies nicht notwendig ist, kann das Steuersystem 110 durch
das Antriebssystem 120 auch mit dem Motor/den Motoren 50 verbunden
sein. Der Motor/die Motoren 55 kann/können ein Drehstrommotor oder
ein Gleichstrommotor sein und das Antriebssystem 120 ist
Drehstrom- bzw. ein Gleichstromantrieb. Das Antriebssystem 120 kann
ferner beispielsweise eine Steuereinheit 125 umfassen,
wie etwa eine programmierbare Steuereinheit (PS) und einen oder
mehrere Motorantriebe 130, die an eine Drehstromsammelschiene 135 angeschlossen
sind, um für
die Steuerung des Motors zu sorgen.
-
Wie
oben erörtert
und in 3 gezeigt ist, kann das Steuersystem 110 der
vorliegenden Erfindung eine Betriebsart zum automatischen Bohrlochräumen (ABR:
auto back reaming (engl.)) umfassen, die die Bedienungsperson startet,
indem sie eine Hebewerkkupplung, d.h. eine obere Kupplung 2B oder eine
untere Kupplung 2A, einrückt. Ein Einrücken der Kupplung 2A oder 2B,
während
die Betriebsart zum automatischen Bohrlochräumen (ABR) eingeschaltet ist
(wie etwa während
des selbsttätigen
Rohrens), weist das Steuersystem 110 an, das Antriebssystem 120 und
die Bremsanlage 70 zu aktivieren.
-
Während des
Betriebs in der ABR-Betriebsart erfasst das Steuersystem 110,
wenn die Bedienungsperson entweder die Steuerung für die untere oder
obere Kupplung aktiviert, was wiederum den unteren Kupplungsmagneten 7g bzw.
den oberen Kupplungsmagneten 7e aktiviert. Signale von
den aktivierten Kupplungsmagneten 7g oder 7e und/oder Drucksensoren 7D an
der unteren Kupplung 2A oder an der oberen Kupplung 2B werden
dann an die CPU des Steuersystems 110 übermittelt, welche die Absicht
der Bedienungsperson, das Bohrloch zu räumen, erfasst.
-
Sobald
die Hebewerkkupplung 2 eingerückt ist, berechnet das Steuersystem 110 den
Betrag des Drehmoments, der von dem Hebewerkmotor/den Hebewerkmotoren 55 geliefert
werden muss, und benutzt ein Ausgangssignal 7F, um die
Drehmoment-Befehlsauswahleinrichtung 9 zu steuern, die wiederum
eine Drehmomenteingabe 120C an den Hebewerkantrieb 120 ausgibt.
Der Hebewerkmotor/die Hebewerkmotoren 55 wiederum erzeugt/erzeugen
ein Drehmoment, das jenes, welches erforderlich ist, um die Last
des Flaschenzugblocks 20 an Ort und Stelle zu halten, übersteigt.
Das Anlaufdrehmoment wird als bewegungslose Hakenlast zuzüglich des
von der Bedienungsperson eingegebenen Höchstwertes für den Zug
am Bohrmeißel
(POB) berechnet.
-
Das
Steuersystem 110 benutzt dann Steuersignale von den verschiedenen
Sensoren 7C, um die Räumungsparameter
zu berechnen und zu überwachen,
und diese Werte werden mit den von der Bedienungsperson eingegebenen
Grenzwerten für
diese Parameter verglichen, um sicherzustellen, dass der Bohrlochräumungsvorgang
innerhalb der von der Bedienungsperson eingegebenen Grenzwerte durchgeführt wird.
Falls die Messwerte von den Sensoren den von der Bedienungsperson
eingegebenen Grenzwerten gleichkommen oder diese überschreiten,
sendet die CPU ein Signal an den Bremszylinder, der wiederum die
Bremsanlage 70 steuert, ein Drehmoment aufzubringen, um
dem Hubmoment des Hebewerkmotors/der Hebewerkmotoren 55 einen
Widerstand entgegenzusetzen und die Geschwindigkeit des Aufziehens
des Bohrstrangs zu steuern, um wiederum die von der Bedienungsperson
für die
Geschwindigkeit des Aufziehens (ROH), den Zug am Bohrmeißel (POB)
und/oder das Bohrmoment eingegebenen Grenzwerte einzuhalten. Die
CPU weist das Bremssystem 70 an, ein Moment anzuwenden,
das dem Hubmoment des Hebewerkmotors/der Hebewerkmotoren 55 einen
Widerstand entgegensetzt, sodass die Hubgeschwindigkeit vermindert
wird, bis der entsprechende Höchstwert
nicht länger überschritten
wird, und weist dann den Bremszylinder an, das Widerstand leistende
Moment des Bremssystems 70 zu vermindern, um dem Hebewerkmotor/den Hebewerkmotoren 55 zu
ermöglichen,
die Hubgeschwindigkeit zu erhöhen.
-
Falls
beispielsweise während
des Aufziehens und Bohrlochräumens
das Topdrive-Motordrehmoment
den Grenzwert, der durch die Bedienungsperson für das Bohrmoment eingegeben
worden ist, aufgrund von Bohrlochbedingungen hoher Dichte bzw. Festigkeit überschreitet,
weist die CPU den Bremszylinder an, die Bremsanlage 70 zu
steuern, die Bremse zu verwenden, um die Hubgeschwindigkeit zu verringern,
um zu ermöglichen,
dass das Bohrmotor-Drehmoment abnimmt, wenn durch den dichten bzw.
festen Bereich hindurch langsamer gebohrt wird. Dies ist möglich aufgrund
der gleichmäßigen Proportionalregelung
der Bremsanlage 70 und ihrer ausreichenden Kapazität, ein Drehmoment
zu erzeugen, das höher
als jenes ist, das der Hebewerkmotor/die Hebewerkmotoren 55 in
dieser Betriebsart liefert/liefern.
-
Wenn
es erforderlich ist, den Hebewerkmotor/die Hebewerkmotoren 55 völlig zu
stoppen, um zu verhindern, dass das Räumungssystem eine oder mehrere
der Grenzen für
die festgelegten Räumungsparameter,
die von der Bedienungsperson eingegeben wurden, überschreitet, sendet das Steuersystem 110 einen
Drehmomentbefehl 7F an die Drehmoment-Befehlsauswahleinrichtung 9,
die wiederum einen Drehmomentbefehl 120C vom Antriebssystem 120 sendet,
um das von dem Hebwerkmotor/den Hebewerkmotoren 55 erzeugte
Drehmoment auf null zu reduzieren. Dies verhindert eine Beschädigung des
Motors und ermöglicht
einen sicheren Betrieb.
-
Wenn
das Steuersystem 110 nicht in der ABR-Betriebsart ist,
wird der Hebewerk- Drehmomentbefehl
von einem Handhebel oder einem Fußpedal oder einer äquivalenten
Einrichtung kommen.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
können
andere Steuerwerke von der Bedienungsperson benutzt werden, um ein
Hubmoment anzuweisen, wobei das Bremssystem nach wie vor für die Steuerung
der Geschwindigkeit des Aufziehens benutzt wird.
-
Wie
oben beschrieben wurde, überwacht das
Steuersystem ständig
die festgelegten Bohrlochräumungsparameter
und vergleicht die Messwerte mit den Grenz- oder Höchstwerten,
die von der Bedienungsperson für
die festgelegten Bohrlochräumungsparameter
eingegeben wurden. Wenn irgendwelche der Höchstwerte erreicht oder überschritten werden,
wird ein Steuersignal an das Rotary-Hebewerk gesendet, um die Geschwindigkeit
des Aufziehens zu verringern. Jedoch können, obwohl sich die obige
Beschreibung auf das Überwachen
von besonderen Bohrlochräumungsparametern,
die durch besondere Bohrlochräumungsparametersensoren
gemessen wurden, konzentriert hat, die überwachten Bohrlochräumungsparameter
irgendwelche oder irgendeine Kombination aus Andruck, Hubmoment, Hubgeschwindigkeit,
Bohrschlammfluss, Bohrschlammdruck und Bedingung für das Durchdringen der
Formation für
Schlammsiebe in dem Bohrschlamm sein. Diese Bohrlochräumungsparameter können durch
Bohrlochräumungsparametersensoren
gemessen werden, darunter irgendeiner oder irgendeine Kombination
aus: Dehnungsmessgeräten, Näherungssensoren/-schaltern,
Kameras, Gyroskopen, Codiereinrichtungen und tastlosen Aufnehmern/Schaltern.
-
Die
vorausgehende Beschreibung ist mit Bezug auf derzeit bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung dargeboten worden. Der Fachmann, dem die Technologie,
mit der diese Erfindung verbunden ist, vertraut ist, wird verstehen,
dass Abänderungen und Änderungen
bei den beschriebenen Strukturen und Arbeitsweisen vorgenommen werden
können, ohne
bedeutend vom Prinzip, vom Erfindungsgedanken und vom Schutzumfang
dieser Erfindung abzuweichen, wie etwa verschiedene Änderungen
sowohl bei der Größe, der
Gestalt, den Materialien, den Komponenten, den Schaltungselementen,
den Leitungsanschlüssen
als auch bei anderen Einzelheiten der veranschaulichten Schaltungsanordnung
und Ausführung.
Dementsprechend sollte die vorausgehende Beschreibung nicht als
nur die genauen Strukturen, die beschrieben und in der beigefügten Zeichnung
gezeigt sind, betreffend gelesen werden, sondern sollte vielmehr
als schlüssig
mit den folgenden Ansprüchen
und als Beleg dieser, die ihren vollsten und angemessenen Schutzumfang
haben sollen, angesehen werden.