DEM0000340MA

DEM0000340MA - Tower framework, in particular for oil drilling

Info

Publication number: DEM0000340MA
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Lehmann
Original assignee: Mannesmannröhren-Werke, Düsseldorf
Publication date: 1950-12-07

Description

Die Erfindung betrifft ein aus einzelnen Bauteilen zusammengesetztes Turmgerüst, insbesondere für Erdölbohrungen. Gegenüber bisher bekannten Ausführungen z.B. in Gestalt eines Teleskopbohrgerüstes oder eines Bohrgerüstes aus mehreren Abteilungen, die auf ebener Erde liegend zusammengesetzt und dann mit Hilfe eines, später selbst einen Bohrgerüstbestandteil bildenden Hilfsgerüstes in die Vertikale aufgerichtet werden, besteht das erfindungsgemässe Turmgerüst aus zwei durch Windverbände verbundenen Längshälften, die ihrerseits aus einzelnen für sich transportfähigen Stockwerken zusammengesetzt sind. Diese Bauart ergibt ein neuartiges Verfahren zum Aufrichten, das darin besteht, dass ausgehend von dem untersten Stockwerk der einen Turmlängshälfte die nach und nach durch Aufsetzen weiterer Stockwerke erhöhten Längshälften durch wechselseitiges Heben und Senken zur gegenseitigen Montage benutzt werden.The invention relates to a tower structure composed of individual components, in particular for oil wells. Compared to previously known designs, for example in the form of a telescopic drilling rig or a drilling rig made up of several compartments, which are put together lying on the ground and then erected vertically with the help of an auxiliary scaffolding that will later become a part of the drilling rig itself, the tower structure according to the invention consists of two longitudinal halves connected by wind brackets , which in turn are composed of individual floors that can be transported by themselves. This type of construction results in a new type of erecting method, which, starting from the lowest floor of one longitudinal half of the tower, uses the longitudinal halves, which are gradually raised by adding further floors, for mutual assembly by alternating lifting and lowering.

Bei dem Turmgerüst gemäss der Erfindung kann die eine Längshälfte zweipfostig, die andere einpfostig sein. Die mit einer Türöffnung zum Einbringen der Bohr- und Gestängerohre versehene Turmhälfte besitzt zweckmässig einen gesonderten, um die Fusspunkte der zugehörigen Pfosten schwenkbaren Türrahmen. Dieser Türrahmen dient bei der Aufrichtung zur Schaffung eines Gegengewichtes.In the tower frame according to the invention, one longitudinal half can be two-post, the other one-post. The tower half, which is provided with a door opening for introducing the drill and drill pipes, expediently has a separate door frame which can be pivoted about the base points of the associated posts. This door frame serves to create a counterweight during erection.

In der Zeichnung ist in Abb. 1 ein vierpfostiger Turm dargestellt. Je zwei Pfosten sind zu einer Längshälfte zusammengefasst, die aus vier Stockwerken von je etwa 11 m Höhe bestehen.In the drawing, a four-post tower is shown in Fig. 1. Each two posts are combined to form a longitudinal half, which consists of four floors, each around 11 m high.

Abb. 2 zeigt einen grundsätzlich gleichen Turm, jedoch in dreipostiger Ausführung. Die Turmkrone entspricht dabei der des vierbeinigen Turmes, jedoch ist eines seiner drei Beine als Türöffnung ausgebildet.Fig. 2 shows a basically identical tower, but with a three-post design. The tower crown corresponds to that of the four-legged tower, but one of its three legs is designed as a doorway.

In den Abbildungen 3 - 10 ist ein Verfahren zur Errichtung eines Bohrgerüstes gemäss der Erfindung schematisch dargestellt.A method for erecting a drilling rig according to the invention is shown schematically in FIGS. 3 - 10.

In Abb. 3 ist der Unterteil a der einen Gerüsthälfte drehbar um Punkt b auf einen Bock c etwas schräg hingelegt. Mit Hilfe des Hebewerkes u wird dieser Teil a aufgerichtet und, wie in Abb. 4 ersichtlich, mit Hilfe des Spannseiles s gesichert. Auf der linken Seite der Abb. 4 liegen die Stockwerke a' b' der linken Gerüsthälfte in horizontaler Lage und werden dann gemäss Abb. 5 mit Hilfe des rechten Stockwerkes a aufgerichtet bis in die aus Abb. 6 ersichtliche Lage. Dann wird gemäss Abb. 7 der Teil a abgesenkt und durch Ansetzen der Stockwerke b, c verlängert. Das Anheben der nunmehr drei Stockwerke aufweisenden rechten Turmhälfte erfolgt über Rollen, die an den Enden der linken Turmhälfte angebracht sind, wie in Abb. 9 u. 10 dargestellt. Ist die rechte mit drei Stockwerken aufgerichtet, so wird gemäss Abb. 11 die linke Turmhälfte mit zwei Stockwerken abgesenkt, danach, wie aus Abb. 12 ersichtlich, zwei Stockwerke angesetzt und die linke Turmhälfte gemäss Abb. 13 u. 14 aufgerichtet. Ist dann, wie in Abb. 15 und 16 wiedergegeben, die rechte Turmhälfte abgesenkt, um das letzte Stockwerk verlängert, so kann diese gemäss Abb. 17 auch aufgerichtet werden, bis beide Hälften gemäss Abb. 18 ihre endgültige Lage erhalten haben. In dieser werden dann die Windverbände in Abb. 19 oder Abb. 20 angebracht.In Fig. 3, the lower part a of one half of the frame is rotatable about point b on a bracket c and placed slightly obliquely. With the help of the lifting mechanism u, this part a is erected and, as can be seen in Fig. 4, secured with the help of the tensioning cable s. On the left side of Fig. 4 floors a 'b' of the left half of the scaffolding are in a horizontal position and are then erected according to Fig. 5 with the help of floor a on the right to the position shown in Fig. 6. Then, as shown in Fig. 7, part a is lowered and extended by adding floors b, c. The right half of the tower, which now has three floors, is raised by means of rollers that are attached to the ends of the left half of the tower, as shown in Fig. 9 and 10. If the right half of the tower is erected with three stories, the left half of the tower is lowered with two stories as shown in Fig. 11, then, as shown in Fig. 12, two stories are added and the left half of the tower is erected as shown in Figs. 13 and 14. If the right half of the tower is then lowered, as shown in Fig. 15 and 16, and extended by the last floor, it can also be erected as shown in Fig. 17 until both halves are in their final position as shown in Fig. 18. The wind bracing in Fig. 19 or Fig. 20 is then attached to this.

Eine andere Art der Aufrichtung ist in den Abbildungen 21 bis 30 wiedergegeben.Another type of erection is shown in Figures 21 to 30.

Auch hier wird zuerst das Kellergerüst mit Hebewerk und Antriebsmaschinen aufgestellt. Abbildung 21 zeigt den ersten Teil der linken Turmseite im Drehgelenk des Turmfusses montiert und über einen kleinen Bock schräg gelagert, so dass er mit Hilfe des Hebewerkes, wie es Abbildung 22 zeigt, aufgerichtet werden kann, bis er nach Abbildung 23, von dem Spannseil s gehalten, in der gewünschten Lage steht. Als nächste Operation wird mit der Aufrichtung der rechten Turmseite begonnen, und zwar mit den ersten Teilen a und b, die in Abbildung 23 auf dem Erdboden montiert und in Abbildung 24 während der Periode des Aufrichtens dargestellt sind. Das Aufrichten geschieht wiederum mit Hilfe einer Rolle f, die am Kopfende des linken Turmteiles a' montiert ist und dass Seil zur Trommel des Hebewerkes leitet. Die rechte Turm- seite lässt man nun, wie es in Abbildung 25 dargestellt ist, in eine Lage überschwenken, die für die weitere Montageoperation am günstigsten erscheint und deren Zweck aus den folgenden Abbildungen ersichtlich wird.Here, too, the basement scaffolding is first erected with a hoist and drive machines. Figure 21 shows the first part of the left side of the tower mounted in the swivel joint of the tower base and mounted at an angle using a small bracket so that it can be erected with the aid of the hoist, as shown in Figure 22, until it is detached from the tensioning cable, see Figure 23 held in the desired position. The next operation is to start erecting the right side of the tower with the first parts a and b, which are mounted on the ground in Figure 23 and shown in Figure 24 during the erection period. The erection takes place again with the help of a pulley f, which is mounted at the head end of the left tower part a 'and which leads the rope to the drum of the elevator. The right tower side, as shown in Figure 25, can now be swiveled into a position that appears to be most favorable for the further assembly operation and the purpose of which can be seen in the following figures.

So zeigt Abbildung 26 und Abbildung 27, dass anschliessend an die Aufrichtung des rechten Turmteiles a, b, der im vorliegenden Falle der halben Turmhöhe entspricht, die linke Turmseite in ihrer ganzen Länge a', b', c' d' montiert und hochgehoben wird. Das geschieht auf die Weise, dass zwischen den Punkten h und i auf der rechten Turmseite ein Flaschenzug eingebaut ist, dessen Seil zur Trommel des Hebewerkes führt, während der Kopf h der rechten Turmseite mit dem Kopf k der linken Turmseite durch ein Zugseil verbunden ist. Wird nun das Hebewerk angetrieben, so verkürzt sich das das Aufwickeln des Seiles die Flaschenzuglänge, der rechte Turmteil wird in Richtung des Pfeiles zurückgekippt und hebt über das Zugseil die linke Turmseite hoch. Am Ende dieser Operation steht die linke Turmseite, wie es in Abbildung 28 dargestellt ist, in ihrer richtigen Lage und wird von dem Spannseil s gegen ein Weiterkippen gesichert.Figure 26 and Figure 27 show that following the erection of the right tower part a, b, which in the present case corresponds to half the tower height, the left tower side is assembled and lifted in its entire length a ', b', c 'd' . This is done in such a way that a pulley block is installed between points h and i on the right-hand side of the tower, the rope of which leads to the drum of the hoist, while head h on the right-hand side of the tower is connected to head k on the left-hand side of the tower by a pulling rope. If the hoist is now driven, the winding of the rope shortens the pulley length, the right part of the tower is tilted back in the direction of the arrow and lifts the left side of the tower over the pull rope. At the end of this operation, the left side of the tower, as shown in Figure 28, is in its correct position and is secured against further tilting by the tensioning cable s.

Die rechte Turmseite a, b ist schon vorher, und zwar in dem Augenblick, da die linke Turmseite vertikal steht und gleichzeitig die Punkte h und i durch die Wirkung des Flaschenzuges einander dicht genähert sind, in eine annähernd horizontale Lage gebracht worden, die sie vollständig dadurch erreicht, dass die linke Turmseite über ihren Schwerpunkt in ihre endgültige Lage pendelt und damit das Zugseil und den Flaschenzug entlastet. Die Flaschenzugrollen am Kopf des rechten Turmteiles a, b können jetzt mit dem Flaschenseil demontiert werden, und die rechte Turmseite wird mit c und d auf ihre ganze Länge vervollständigt. Die Turmkrone wird angebaut, und die ganze Seite kann dann in der schon oben geschilderten Weise hochgezogen werden, womit der Turm im Rohbau aufgestellt ist.The right side of the tower a, b has already been brought into an approximately horizontal position before, namely at the moment when the left side of the tower is vertical and at the same time points h and i are closely approximated by the action of the pulley system achieved by the fact that the left side of the tower oscillates above its center of gravity into its final position and thus relieves the tension on the rope and the pulley block. The pulley pulleys at the head of the right tower part a, b can now be dismantled with the bottle rope, and the right tower side is completed over its entire length with c and d. The tower crown is added, and the whole side can then be pulled up in the manner already described above, with which the tower is erected in the shell.

Zu der in Abb. 24 bis 27 dargestellten Arbeitsweise sind noch einige Erläuterungen notwendig. Der Punkt i in Abb. 26 und 27 hat die gesamten und sehr beträchtlichen Kräfte aufzunehmen, die aus dem Flaschenzug h' i und aus dem Seilzug zur Trommel des Hebewerkes resultieren. Er würde also, falls man ihn ausserhalb der Turmkonstruktion erstellen wollte, ein sehr schweres Fundament erhalten, und an dieser Notwendigkeit sind ähnliche Montage- verfahren bisher gescheitert. Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit auf folgende Weise:A few more explanations are necessary for the mode of operation shown in Figs. 24 to 27. The point i in Figs. 26 and 27 has to absorb the entire and very considerable forces that result from the pulley block h'i and from the cable pull to the drum of the elevator. If you wanted to build it outside of the tower structure, it would receive a very heavy foundation, and this necessity requires similar assembly procedure has failed so far. The invention avoids this difficulty in the following way:

In der rechten Turmseite, die dem Hebewerk gegenüber steht, befindet sich normalerweise die grosse Fenster- oder Türöffnung, durch die während des Bohrens Gestänge und Rohre in den Bohrturm gebracht werden. Eine Darstellung dieser Turmseite befindet sich in Abbildung 31. Abbildung 31 unterscheidet sich von den übrigen Darstellungen dadurch, dass der Rahmen dieser Fensteröffnung gesondert ausgebildet ist und, wie es auf Abbildung 32 dargestellt wird, ausgekippt werden kann. Dieser auskippbare Rahmen ist auch in Abbildung 24 bis 27 zu sehen und dort mit a'' b'' bezeichnet. Die im Punkte i vorgesehene Rolle wird nun an dem Kopf dieses ausgekippten Fensterrahmens montiert, so dass die Horizontalkräfte, die durch den Flaschenzug ausgeübt werden und die besonders bei Beginn der Operation nicht unbedeutend sind, auf das Turmfundament übertragen werden, wo das Kellergerüst mit dem daraufgesetzten Hebewerk und das Gewicht der Turmteile eine besondere grosse Fundamentierung zur Aufnahme dieser Kräfte überflüssig macht, besonders, wenn man berücksichtigt, dass die Horizontalkräfte sich über die linke Turmseite, die mit der rechten Turmseite an der Basis versteift ist, ausgeglichen.On the right side of the tower, opposite the elevator, is usually the large window or door opening through which rods and pipes are brought into the derrick while drilling. A representation of this tower side is in Figure 31. Figure 31 differs from the other representations in that the frame of this window opening is designed separately and, as shown in Figure 32, can be tipped out. This tiltable frame can also be seen in Figures 24 to 27 and is designated there with a '' b ''. The role provided in point i is now mounted on the head of this tilted window frame, so that the horizontal forces that are exerted by the pulley system and which are not insignificant, especially at the beginning of the operation, are transferred to the tower foundation, where the basement framework with the one placed on it The lifting mechanism and the weight of the tower parts make a particularly large foundation to absorb these forces superfluous, especially when one takes into account that the horizontal forces are balanced over the left side of the tower, which is stiffened with the right side of the tower at the base.

Um die Vertikalkräfte, die am Punkt i auftreten, aufzunehmen, können die an der Bohrstelle sowieso notwendigen Bohrgestänge oder Bohrrohre verwendet werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise eine Möglichkeit in Abbildung 33 dargestellt, wo an den beiden Balken m und n Lagerungen o und p für das Kopfende der ausgekippten Fensteröffnung vorgesehen sind, die diese gegen eine Bewegung nach oben sichern. Das nötige Gewicht geben die Bohrgestänge bzw. Bohrrohre her, die über die Traversen r und s beiderseits gelegt werden. Damit wird das in den Abbildungen 25 und 26 mit G und einem Pfeil angedeutete Gewicht geschaffen, das die Vertikalkomponente aus dem Flaschenzug aufnimmt.In order to absorb the vertical forces that occur at point i, the drill rods or drill pipes that are necessary at the drilling site can be used. For this purpose, a possibility is shown in Figure 33, for example, where bearings o and p are provided on the two bars m and n for the head end of the tilted window opening, which secure it against upward movement. The necessary weight is provided by the drill rods or drill pipes, which are placed over the crossbars r and s on both sides. This creates the weight indicated by G and an arrow in Figures 25 and 26, which takes up the vertical component from the pulley block.

Claims

1.) Tower structure composed of individual components, especially for oil drilling, characterized in that it consists of two longitudinal halves connected by wind bracing, which in turn are composed of individual floors that can be transported by themselves.

2.) Tower frame according to claim 1 with a triangular plan, characterized by a two-post longitudinal half and a single-post longitudinal half.

3.) Tower frame according to claim 1, characterized in that the tower half provided with a door opening for introducing the drilling and drill pipes has a separate door frame which can be pivoted about the base points of the associated posts.

4.) A method for erecting tower scaffolding according to claims 1-3, characterized in that, starting from the lowest floor of the one longitudinal half of the tower, the longitudinal halves gradually increased by placing further floors are used for mutual assembly by reciprocal raising and lowering.

5.) The method according to claim 4, characterized in that first the lowest floor of a tower half is articulated in its base points and is erected using a winch preferably set up between the base points of the posts, which then the two lowest floors of the other tower half on the ground put together lying down, anchored in the base points and erected, with the already erected floor of the first half of the tower serving as an auxiliary scaffolding, over whose end or ends the rope leading from the half of the tower to be erected to the winch is placed and after the alignment of the second half of the tower is lowered so that then, after one or more floors have been connected to the lowest floor of the first half of the tower, which is now on the ground, this is erected using the second half of the tower as an auxiliary scaffolding, whereupon the second half of the tower is lowered again and that this alternating erecting and lowering is continued with alternating incremental elevation of the two tower halves until the tower frame is completely erected, with the two tower halves being connected to one another by their wind brackets at the end.

6.) The method according to claim 4 and 5, characterized in that the door frame is held in a horizontal position on the building site until the tower frame is fully erected, for example by weighing down with bearing drill pipes, and that the rope of the elevator used to lift the opposite tower half is guided over the free end of the unfolded door frame.

7.) The method according to claim 4 to 6, characterized by the use of the lifting gear required for drilling operations as a winch for erecting the tower frame.

8.) Auxiliary arrangement for carrying out the method according to claim 4 to 7, characterized in that rope pulleys are replaceably attached in the foot and end points of the floors under construction during the erection of the tower frame.