Top drive (boremaskin)

Tårnboremaskin eller top drive (toppdrevet bore- og rotasjonssystem) er hovedmaskinen for boreaktiviteter. Den henger fra løpeblokken i tårnet eller i ramriggens sylindersystem. For å unngå sideveis bevegelser i boremaskinen er den montert på en ramme ( guide dolly) som glir opp og ned på et vertikalt stålbjelkesystem (guide beam) i tårnet.

Med tårnboremaskinen kan vi heve og senke borestrengen i hullet. Den kan også rotere borestrengen og føre væske (boreslam) inn i borerørene gjennom en tett forbindelse (S-pipe) som er overgangen fra den fleksible slangen fra stand pipe til boremaskinen. Borestrengen skrus inn i røret som er montert nederst i senter av top drive-en (saver sub), slik at det blir et lukket rørsystem.

Det finnes forskjellige typer top drive. Det er vanlig å klassifisere dem etter løftekapasiteten, «Safe Work Load» (SWL), og størrelsen og type motor som brukes til å rotere borerøret. 500 til 1000 tonn løftekapasitet er vanlig. De største tårnboremaskinene løfter inntil 1500 tonn. Motorene er tilgjengelige i alle størrelser, hydraulisk drevet, AC- eller DC-motorer.

Egenvekten av en top drive med alle komponentene varierer fra 13 tonn på de minste typene til godt over 40 tonn på de kraftigste modellene. Det er løftekapasitet og vridningsmoment som begrenser modellene.

En stor fordel med et toppdrevet rotasjonssystem er at systemet gjør det mulig for boreriggen å bore lengre seksjoner med stand av borerør, inntil 18 til 27 meters lengder per koblingsstopp. Det reduserer tidsforbruket som sammenskruing av enkle borerør medfører, og reduserer faren for problemer i brønnen i forbindelse med borestoppen. En top drive erstatter og forbedrer rotasjonsfunksjonene som tidligere ble hentet fra rotasjonsbordet (RKB).

Maskinen krever mye vedlikehold. Det meste av dette vedlikeholdet gjøres av en mekaniker som jobber på plattformen. Men når man jobber innen boring, er det viktig å kjenne til noen av komponentene denne maskinen består av, og de delene som krever jevnlig vedlikehold.

Drivsystemet består av motor og girboks. Det er dette som roterer borestrengen. Man kan derfor si at dette er selve boremaskinen. Det er enten en hydraulisk drivmekanisme i top drive-en, eller en elektrisk motor.

De hydrauliske top drive-ene er som regel begrenset til maks 350 tonn løfteevne.

De elektriske typene top drive har ofte en AC- eller vekselstrøms-motor som kan yte opp mot 1500 Hk. Motoren driver rotasjonen av borestrengen, som kan variere fra 0 til 270 rpm. Dersom motoren er elektrisk, må systemet EX-godkjennes (EExe, II, T3) slik at det ikke er fare for gnistdannelse fra motoren. EX-beskyttelsen danner en tett kappe rundt motoren. Det kan gjøre motoren varm, og den har derfor et kjølesystem. Det er enten en vifte eller en væskekjøler.

Rotasjonen overføres til girboksen som kobles inn til sporene som er på drivrøret i senter av maskinen. Når giret er koblet til drivrøret, kan hele borestrengen roteres. Dersom det oppstår stor friksjon i boreoperasjonen, skiftes det til lavgir slik at borestrengen opereres med lav rotasjon med høy torque, opp mot 110 000 ft-lbs. I korte intervaller kan top drive-en levere opp mot 150 000 ft-lbs. Et fjærsystem i girboksen demper harde slag fra for eksempel jaring i brønnen slik at ikke tannhjulene skades.

Giret smøres kontinuerlig ved hjelp av en smøreolje som pumpes til lager og tannhjul. Smøreoljen kjøles i en egen kjøler (vifte) som holder oljens temperatur på normalt nivå, selv når top drive-en roterer på maksimal hastighet.

Washpipe er en rørkobling på slamlinjen som fungerer som overgang fra røret på toppen av maskinen (S-pipe) til den roterende delen av strengen (drivrøret). Washpipe består av to rørdeler, en statisk og en roterende.

I washpipe er det tetninger mellom den statiske og den roterende delen. Tetningene må skiftes ut for å unngå lekkasje av boreslam. Det finnes også washpipe-typer som må byttes helt etter et gitt antall driftstimer. Det er vanlig å smøre de bevegelige delene på hvert skift for å redusere slitasjen.

Nederst i washpipe-en er det en gjengeovergang som passer til koblingen som er brukt i drivrøret i boremaskinen.

Drivrøret står midt i maskinen og er koblet til giret med tannhjulspor. Når giret er koblet inn, drives røret rundt. Dermed roterer alt som er festet til drivrøret.

Brønnsikringsventilene IBOP og kelly-cock finner man på undersiden av girboksen. Det er ventiler som skal forhindre at et kick forplanter seg i slanger på overflaten og videre inn i pumpesystemet.

Ventilene er montert som en del av borestrengen. De er ofte koblet sammen ved hjelp av hurtigkoblinger som er trykkgodkjent. I bunnen av ventilene er det satt inn en saver sub som er koblingspunktet for borestrengen.

Ventilene som brukes i en top drive, kan være to IBOP-er eller en kombinasjon av en IBOP og en kelly-cock.

Kelly-cock er i åpen posisjon i vanlig bruk og må stenges mekanisk om det er nødvendig. Det kan gjøres manuelt ved hjelp av en nøkkel, eller det kan fjernstyres automatisk ved at man opererer en bryter i borebua.

IBOP er en helautomatisk ventil. Man kan pumpe gjennom den fra oversiden, men den stenger automatisk om det kommer trykk fra undersiden. Dersom det kommer trykk fra undersiden, er det et kick fra brønnen. IBOP er vanligvis ratet til 15 000 psi. Noen er designet for 20 000 psi.

Brønnsikringsventilene fungerer også som et bindeledd mellom boremaskinen og borestrengen som skal rotere i borehullet under boring av en brønn. I enden av brønnsikringsventilene har man skrudd på en rørstubb (saver sub) som skal kobles sammen med borerørene som utgjør borestrengen.

Saver sub skal forhindre stor slitasje på gjengene på IBOP-utstyret ved av- og påkobling av nye stands på borestrengen. Saver sub er tilpasset midt i torque wrench, og den kan byttes ut slik at den har samme type gjenger som borerørene har. På flyterigger er denne rørstubben lengre for å ta høyde for bølgebevegelsenes lengde. Den kalles ofte drilling pup på flyteriggene.

Torque wrench er en momenttang som bidrar med momentet som kreves for at borestrengen skal skrus sammen med saver sub. Sammenkoblingen av sikringsventilen og borestrengen skjer ved hjelp av rotasjon i drivrøret i top drive-en.

Når selve sammenkoblingen er foretatt, føres torque wrench inn og skrur til sammenkoblingen til ønsket moment.

Det er også koblet en vippefunskjon (tilt) som kan bevege linksene med elevatoren fram og tilbake over midtpunktet. Bevegelsen er inntil 1,8 meter ut fra senter. Vippefunksjonen er vanligvis hydraulisk operert. I toppen av rørhåndteringsseksjonen er det en svivel-funksjon (rotating head) som tillater elevatoren å svinge til sidene.

Links brukes til å henge elevatoren under rørhåndteringsseksjonen i top drive-en. Links brukes som forlengerarmer slik at rørene som skal kobles sammen, ikke krasjer inn i bunnen i boremaskinen.

Links henger som par fra toppen av rørhåndteringsfestet på utsiden. Fra rørhåndteringsfestet er det montert vippeamer som kan bevege linksene. Festet i rørhåndteringsseksjonen gjør at man kan rotere og løfte elevatoren framover eller bakover slik at man alltid kan ha den i den posisjon man måtte ønske.

Links er utformet i ett stykke stål og kommer i forskjellige størrelser, både for lengde og for hvor mye vekt man skal kunne løfte.

Hele operasjonen med rotasjon, sikring, momenttang og tilførsel av væske til brønnen kjøres fra borerens stol i borebua. Stolen har fått navnet cyberbase og består av en stol med styringspanel i armlenene og skjermer som er stilt foran stolen. Det er vanlig med to stoler i bua, en til boreren og en til assistenten.

Styringspanelene på stolen er delt i top drive for boring og pipe handling for rørhåndtering. Det er vanlig at boreren og assistenten har hver sitt arbeidsområde, den ene på rørhåndteringen og den andre på boreaktiviteten.

Denne animasjonen viser komponentene som er inkludert i top drive.