DE102014202023A1

DE102014202023A1 - Vorrichtung zur Betätigung einer zur Kombination mit einem Bohrstrang einer Bohranlage bestimmten Sicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE102014202023A1
Application number: DE102014202023.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Moss; Heiko Schmidt
Original assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Current assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: WO2015110248A3; DE102014202023B4; WO2015110248A2

Abstract

Angegeben werden eine Betätigungsvorrichtung (14) für eine Bohranlage und eine Bohranlage mit einer derartigen Betätigungsvorrichtung (14), wobei die Betätigungsvorrichtung (14) zwei axial relativ zueinander bewegliche Teile (Außenteil 20, Innenteil 22), die mit einer zu betätigenden Sicherungseinrichtung 12 (IBOP) im Betrieb rotieren, sowie zumindest ein nicht von der Drehung betroffenes Spreizelement (24) zur Auslösung der Relativbewegung von Außenteil 20 und Innenteil 22 umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine im Folgenden kurz als Betätigungsvorrichtung bezeichnete Vorrichtung zur Betätigung einer Sicherungseinrichtung, die zur Kombination mit einem Bohrstrang einer Bohranlage bestimmt ist. Indem die Betätigungsvorrichtung zur Betätigung der Sicherungseinrichtung bestimmt ist, ist die Betätigungsvorrichtung selbst mit der Sicherungseinrichtung kombinierbar und im betriebsbereiten Zustand mit der Sicherungseinrichtung kombiniert.
Die Sicherheitseinrichtung wird in der Fachterminologie üblicherweise als internal blowout preventer (IBOP) bezeichnet und kurz gefasst handelt es sich dabei um einen Rohrabschnitt mit einem Ventil mit einem durchbohrten, kugelförmigen Absperrkörper nach Art eines bei einem Kugelhahn (ball valve) verwendeten Absperrkörpers. Dieses Ventil befindet sich in einem mit dem Bohrstrang einer Bohranlage kombinierbaren Rohrabschnitt. Der Absperrkörper ist mittels eines an die Außenseite des Rohrabschnitts geführten und als Drehachse fungierenden Zapfens und/oder einer in der Stirnfläche des Zapfens gebildeten Formschlusskontur, zum Beispiel einer Formschlusskontur in Form eines Innensechskants, betätigbar. Die im Folgenden kurz also IBOP bezeichnete Sicherungseinrichtung ist zum Beispiel Bestandteil eines sogenannten Topdrives und ist am unteren Ende eines vom Topdrive beim Bohrbetrieb in Rotation versetzten sogenannten main shafts angebracht. Unterhalb des IBOP befindet sich üblicherweise ein in der Fachterminologie als saver sub bezeichnetes und als Anschlussstück fungierendes Verschleißteil. Der main shaft, der IBOP und das Anschlussstück sind miteinander verschraubt und zwar üblicherweise in der gleichen Art und Weise wie auch die Bohrgestängeelemente eines Bohrstrangs miteinander verschraubt sind.
Das Anschlussstück wird beim Bohren mit dem Bohrstrang verschraubt und ist damit zur Kraftübertragung vom Topdrive auf den Bohrstrang wirksam. Eine solche Verschraubung erfolgt mittels eines Gewindeabschnitts, der in einen korrespondierenden Gewindeabschnitt des obersten Bohrgestängeelements des Bohrstrangs eingreift. Das Anschlussstück („saver sub“) schützt damit das Gewinde des IBOP, mit dem ansonsten auch direkt eine Ankopplung an den Bohrstrang möglich wäre.
Die gegenständliche Betätigungsvorrichtung kann demnach auch als Vorrichtung zur Betätigung einer zur Kombination mit einem Topdrive einer Bohranlage bestimmten Sicherungseinrichtung bezeichnet werden.
Der Topdrive umfasst auch die Leitungen zur Zuführung von Spülflüssigkeit, die in an sich bekannter Art und Weise während des Bohrvorgangs in den Bohrstrang gepresst wird, um einerseits eine notwendige Kühlung zu bewirken und andererseits während des Bohrvorgangs entstehendes Bohrklein abzutransportieren. Die Spülflüssigkeit wird durch den Bohrstrang in das Bohrloch gepresst, wenn der Topdrive an den Bohrstrang gekoppelt ist. Wenn beim Ein- und Ausbauen von Bohrgestänge der Topdrive zeitweise vom Bohrstrang abgekoppelt ist, muss weiteres Nachströmen von Spülflüssigkeit verhindert werden. Unter anderem dafür ist der IBOP vorgesehen und bei einem vom Bohrstrang abgekoppelten Topdrive ist der IBOP geschlossen.
Als IBOP fungierende Sicherungseinrichtungen und Betätigungsvorrichtungen zum Öffnen und Schließen des IBOP sind bekannt. Exemplarisch kann auf die US 3,806,082 sowie die US 6,840,493 verwiesen werden. Weitere Dokumente zum Stand der Technik sind die US 3,941,348 , die US 5,325,888 und die US 5,979,865 .
Der IBOP rotiert mit dem vom Topdrive in Rotation versetzten main shaft. Die Betätigungsvorrichtung für den IBOP befindet sich entsprechend auch in dem rotierenden Bereich. Die Betätigungsvorrichtung wird üblicherweise hydraulisch betrieben, so dass die hydraulischen Zuund Ableitungen über eine Drehdurchführung geführt werden müssen. Die Drehdurchführung ist allerdings häufig undicht. Solche Undichtigkeiten sind mitunter sogar gewollt, weil austretendes Hydrauliköl zur Schmierung wirksam ist. Dennoch bereiten solche Undichtigkeiten Probleme im Hinblick auf den Materialverlust und die damit einhergehende Verschmutzung, die besonders unter dem Aspekt des Umweltschutzes relevant ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von diesem Stand der Technik darin, eine weitere, verbesserte Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben. Weil die Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des Absperrkörpers des insgesamt als Ventil fungierenden IBOPs wirksam ist, kann die Betätigungsvorrichtung auch als valve actuator oder IBOP actuator bezeichnet werden.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art Folgendes vorgesehen: Die Betätigungsvorrichtung umfasst ein Außenteil und ein Innenteil. Das Innenteil ist mittels zumindest eines Spreizelements relativ zum Außenteil beweglich. Dazu greift das oder jedes Spreizelement, bei dem es sich zum Beispiel um einen Hydraulikzylinder handelt, auf einer ersten Seite am Außenteil und auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite am Innenteil an. Mittels einer durch eine Aktivierung des oder jedes Spreizelements bewirkten Bewegung des Innenteils relativ zum Außenteil ist eine Betätigung eines von der Sicherungseinrichtung (dem IBOP) umfassten Absperrkörpers bewirkbar. Der IBOP fungiert damit als Ventil und je nach Stellung des Absperrkörpers ist das Ventil (der IBOP) geöffnet oder geschlossen.
Die hier vorgeschlagene Betätigungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Innenteil und das Außenteil in einer am Bohrstrang angebrachten Konfiguration der Betätigungsvorrichtung mit dem Bohrstrang rotieren und dass das oder jedes Spreizelement in Bezug auf den rotierenden Bohrstrang drehfest angebracht ist. Zur Beaufschlagung von als Spreizelement fungierenden Hydraulikzylindern mit Hydraulikflüssigkeit ist damit keine Drehdurchführung erforderlich. Damit entfällt auch der bisher oftmals unvermeidliche Austritt von Hydraulikflüssigkeit im Bereich einer solchen Drehdurchführung. Bei elektrisch aktivierten Spreizelementen entfällt ein Schleifringkörper oder dergleichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstands des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bei einer Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung ist das oder jedes Spreizelement zumindest einseitig schwimmend gelagert. Der Vorteil einer solchen Ausführung besteht darin, dass aufgrund der schwimmenden Lagerung des oder jedes Spreizelements ein Verkanten und eine Übertragung von Biegemomenten, Biegespannungen und Biegekräften bei einer Aktivierung der Betätigungsvorrichtung vermieden wird. Dies gewährleistet eine längere Haltbarkeit des oder jedes Spreizelements. Damit wird auch eine bessere Betriebssicherheit der Betätigungsvorrichtung selbst erreicht, mittels derer ohne ein solches Verkanten und/oder eine unerwünschte Übertragung von Biegemomenten und dergleichen im Bedarfsfall der IBOP schnell und reibungslos sowie in der beim Ein- und Ausbauen von Bohrgestänge notwendigen Häufigkeit geöffnet und geschlossen werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung, bei der das oder jedes Spreizelement zumindest einseitig schwimmend gelagert ist, weist das oder jedes Spreizelement zur schwimmenden Lagerung eine umlaufende Nut auf, in welche ein in einer am Außenteil angreifenden Trägerstruktur in axialer Richtung des jeweiligen Spreizelements fixiertes Ringelement eingreift. Alternativ kann sich die Nut – im Sinne einer kinematischen Umkehr – auch auf der Seite der Trägerstruktur und das Ringelement am Spreizelement befinden. Die im Vergleich zur Weite der Nut geringere Höhe des Ringelements bewirkt die schwimmende Lagerung des jeweiligen Spreizelements. Das Spreizelement ist im Rahmen eines unterhalb oder oberhalb des Ringelements in der Nut verbleibenden Spalts axial verschieblich. Diese Verschieblichkeit erlaubt in gewissem Umfang auch eine Schrägstellung des jeweiligen Spreizelements. Das jeweilige Spreizelement kann sich demnach der relativen Lage von Innen- und Außenteil der Betätigungsvorrichtung anpassen und bleibt selbst frei von Biegespannungen und dergleichen. Alternativ und gleichwirkend kommt auch eine einseitige Ausführung des oder jedes Spreizelements in Form von oder nach Art eines Kugelkopfs in Betracht, wobei am Außenteil zur Aufnahme des Kugelkopfs eine korrespondierende Kugelschale gebildet ist. Dann ist das Spreizelement nach Art eines Kugelgelenks beweglich und bleibt ebenfalls frei von Biegespannungen und dergleichen.
Die nachfolgende Beschreibung wird im Interesse einer besseren Lesbarkeit – allerdings ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit – am Beispiel einer Betätigungsvorrichtung mit genau drei jeweils als Spreizelement fungierenden Hydraulikzylindern fortgesetzt. Alternativ kommt als Spreizelement auch eine Gewindespindel oder eine Scherenhubmechanik oder dergleichen in Betracht. Jede zukünftige Erwähnung eines Hydraulikzylinders ist demnach als „Spreizelement, insbesondere Hydraulikzylinder“ zu lesen. Des Weiteren ist jede zukünftige Erwähnung einer Mehrzahl von Hydraulikzylindern so zu lesen, dass auch eine Ausführungsform mit genau einem Hydraulikzylinder oder mehr oder weniger als drei Hydraulikzylindern erfasst ist.
Bei einer Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung weist jeder Hydraulikzylinder zumindest einseitig ein vorgespanntes Federelement auf. Als Ort der Anbringung des vorgespannten Federelements kommt die am Innenteil angreifende Seite des Hydraulikzylinders in Betracht. Das Federelement und dessen geeignete Vorspannung bewirken, dass der Absperrkörper des IBOP genau bis auf Anschlag betätigt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass ein Absperrkörper in Form einer drehbaren, durchbohrten Kugel auch vor der Anschlagposition vollständig schließt. Durch die Dimensionierung der Hydraulikzylinder und der Betätigungsvorrichtung insgesamt wird normalerweise erreicht, dass der Absperrkörper bei vollständig ausgefahrenen Hydraulikzylindern so weit gedreht ist, dass der IBOP geöffnet oder geschlossen ist, und zwar derart, dass der Absperrkörper sich sicher in einer Endlage (vollständig geöffnet; vollständig geschlossen) befindet. Das vorgespannte Federelement gleicht eventuelle, niemals vollständig vermeidbare Fertigungstoleranzen der Betätigungsvorrichtung aus und nimmt die Kräfte auf, wenn bei einem zum Schließen des IBOP bereits ausreichend verdrehten Absperrkörper die Hydraulikzylinder noch nicht vollständig ausgefahren sind.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung ist der Absperrkörper des IBOP mittels eines Hebels betätigbar. Der Hebel ist zum Beispiel im Außenteil der Betätigungsvorrichtung geführt oder gelagert. Ein freies Ende des Hebels greift in eine Kulisse im oder am Innenteil ein. Der Hebel greift wie bei einem manuell betätigten Kugelhahn in an sich bekannter Art und Weise an einer zum Drehen des Absperrkörpers bestimmten Achse an. Mit einem Verschwenken des Hebels wird eine Drehung des Absperrkörpers erreicht. Indem das freie Ende des Hebels in eine Kulisse des Innenteils der Betätigungsvorrichtung eingreift, ist der Hebel mittels einer Bewegung des Innenteils relativ zum axial ortsfesten Außenteil betätigbar. Mittels der Kulisse und des Hebels wird also die translatorische Bewegung bei der Relativbewegung von Außen- und Innenteil in eine rotatorische Bewegung zum Drehen des Absperrkörpers umgesetzt.
Bei einer Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung fungiert als Außenteil ein einstückiger Hohlzylinder oder ein aus zwei oder mehr Schalenelementen gebildeter Hohlzylinder. Bei zwei oder mehr Schalenelementen ist in der Innenoberfläche der Schalenelemente oder zumindest einzelner Schalenelemente eine Formschlusskontur gebildet. Bei einem einstückigen Hohlzylinder sind an diesem ein oder mehrere Ringsegmente, die jeweils eine Formschlusskontur aufweisen, anbringbar. Die Formschlusskontur ist mit einer korrespondierenden Formschlusskontur am Bohrstrang, die zur Unterscheidung als Formschlussgegenkontur bezeichnet wird, formschlüssig kombinierbar. Bei der Formschlusskontur handelt es sich zum Beispiel um eine in Umfangsrichtung des Hohlzylinders umlaufende linsenförmige Erhebung. In der Außenoberfläche des IBOP ist eine entsprechende, in Umfangsrichtung umlaufende Vertiefung gebildet. Die beiden Formschlusskonturen können also formschlüssig miteinander kombiniert werden.
Wenn das Außenteil der Betätigungsvorrichtung aus zwei Schalenelementen (Halbschalen) oder mehr als zwei Schalenelementen gebildet ist, können die Schalenelemente nacheinander und jeweils unter formschlüssiger Kombination der Formschlusskontur und der Formschlussgegenkontur am IBOP angebracht werden. Sobald die Schalenelemente in dieser Konfiguration miteinander verbunden sind, ist eine sichere und vor allem in axialer Richtung des Bohrstrangs/des IBOP fixierte Anbringung der Betätigungsvorrichtung am IBOP gegeben. Wenn ein einstückiger Hohlzylinder als Außenteil der Betätigungsvorrichtung fungiert, wird die Betätigungsvorrichtung insgesamt von unten über den IBOP geschoben. Sobald eine axiale Position erreicht ist, bei der eine zum Betätigen des Absperrkörpers vorgesehene Achse kontaktierbar ist, wird das oder jedes Ringsegment eingelegt und relativ zum Außenteil fixiert. Auch damit ist eine sichere und vor allem in axialer Richtung des Bohrstrangs/des IBOP fixierte Anbringung der Betätigungsvorrichtung am IBOP gegeben.
Anstelle einer linsenförmigen Erhebung/Vertiefung kommen auch andere formschlüssig verbindbare Konturen in Betracht. Die linsenförmige Ausführung hat den Vorteil einer Selbstjustierung. Dabei kommt es nicht darauf an, ob die umlaufende linsenförmige Erhebung auf Seiten des Außenteils oder – im Sinne einer kinematischen Umkehr – in der Oberfläche des IBOP gebildet ist.
Bei einer speziellen Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung mit einem als Außenteil fungierenden einstückigen Hohlzylinder ist die Formschlusskontur auf Seiten der Betätigungsvorrichtung in einem oder mehreren mit dem Außenteil kombinierbaren Ringsegmenten gebildet, wobei das oder jedes Ringsegment in eine kopfseitige Ausnehmung des Außenteils einsetzbar ist und wobei die Ausnehmung mit einem zwischen Ringsegment und Außenteil eingreifenden Deckelelement verschließbar ist. Die damit erreichte Trennung der Formschlusskontur vom Außenteil der Betätigungsvorrichtung erlaubt eine axiale Verschiebbarkeit der Betätigungsvorrichtung am IBOP. Wenn im Rahmen der so gegebenen Verschiebbarkeit durch Verschieben der Betätigungsvorrichtung eine axiale Position erreicht ist, bei der die zum Betätigen des Absperrkörpers vorgesehene Achse kontaktierbar ist (gewünschte axiale Position), wird das oder jedes Ringsegment mit der Formschlusskontur durch Anbringen des Deckelelements aus der Ausnehmung im Außenteil in Richtung auf die Oberfläche des IBOP bewegt. Dann greifen die beiden Formschlusskonturen ineinander. Dadurch, dass das Deckelelement beim Anbringen in einen zuvor zwischen Ringsegment und Innenoberfläche des Außenteils bestehenden Zwischenraum eingreift, wird das Ringsegment in radialer Richtung bewegt und damit der Formschluss insgesamt fixiert. Eine solche Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung erleichtert deren Anbringung ganz erheblich.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung sind die als Spreizelement fungierenden Hydraulikzylinder in Form eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders mit einer einseitigen Kolbenstange ausgeführt. Die Hydraulikzylinder weisen dann eine zum Einfahren der Kolbenstange mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare Ringkammer mit einer Ringfläche und eine zum Ausfahren der Kolbenstange mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare Kolbenkammer mit einer Kolbenfläche auf. Wenn die Kolbenfläche jeweils doppelt so groß oder im Wesentlichen doppelt so groß wie die Ringfläche ist, lässt sich erreichen, zum Beispiel mittels der im Folgenden beschriebenen Hydraulikschaltung, dass die beim Ausfahren der Kolbenstange, also beim Spreizen der Betätigungsvorrichtung, wirkende Kraft genauso groß oder im Wesentlichen genauso groß wie die beim Einfahren der Kolbenstange wirkende Kraft ist.
Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung weist diese zumindest drei jeweils als Spreizelement fungierende und regelmäßig entlang des Außenumfangs der Betätigungsvorrichtung verteilte Hydraulikzylinder auf. Ein in Umfangsrichtung erster und letzter Hydraulikzylinder ist jeweils direkt an eine erste und eine zweite hydraulische Zuleitung angeschlossen. Wenn der oder jeder zwischen dem ersten und dem letzten Hydraulikzylinder liegende Hydraulikzylinder beidseitig mittelbar oder unmittelbar über den ersten und den letzten Hydraulikzylinder an die erste und zweite hydraulische Zuleitung angeschlossen ist, lässt sich eine weitgehend gleichmäßige Einleitung der jeweiligen Hydraulikflüssigkeit in alle Hydraulikzylinder und damit ein gleichmäßiges oder zumindest im Wesentlichen gleichmäßiges Ein- und Ausfahren aller Hydraulikzylinder erreichen.
Zum Erhalt gleicher in den Hydraulikzylindern wirkender Kräfte ist bei einer Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung eine spezielle, zur Betätigung der Hydraulikzylinder bestimmte Hydraulikschaltung vorgesehen.
Insgesamt ist die Erfindung auch eine Bohranlage oder ein Topdrive mit einer solchen Betätigungsvorrichtung.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch Abänderungen und Modifikationen möglich, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Arbeitsverfahren betreffen.
Es zeigen
1 einen sogenannten Topdrive,
2 eine Ausführungsform der gegenständlichen Betätigungsvorrichtung, teilweise im Halbschnitt,
3 die Betätigungsvorrichtung gemäß 2 in einer isometrischen Darstellung,
4,
5 und
6 vergrößerte Ansichten eines Schnitts gemäß 3,
7 eine Hebelmechanik der Betätigungsvorrichtung,
8 eine von der Betätigungsvorrichtung umfasste Hydraulikschaltung,
9A, 9B und 9C unterschiedliche Schaltzustände der Hydraulikschaltung sowie
10 eine Außenansicht der Betätigungsvorrichtung.
Die Darstellung in 1 zeigt als Beispiel für einen grundsätzlich an sich bekannten Topdrive 10 einen Topdrive 10 der Anmelderin. Nachdem ein solcher Topdrive 10 bekannt ist, kann sich die Beschreibung auf die im Folgenden relevanten Einzelheiten beschränken und auf eine Beschreibung sonstiger Details verzichtet werden.
Von unten nach oben gesehen umfasst der Topdrive 10 eine Haltezange 11 zum Halten von hier nicht gezeigten Bohrgestängeelementen des ebenfalls nicht gezeigten Bohrstrangs. Oberhalb der Haltezange 11 befindet sich eine hier und im Folgenden entsprechend der üblichen Fachterminologie als IBOP 12 bezeichnete Sicherungseinrichtung 12. Zwischen der Haltezange 11 und dem IBOP 12 befindet sich eine erste Verdrehsicherung 13. Mit der Sicherungseinrichtung 12 / dem IBOP 12 ist eine Betätigungsvorrichtung 14 kombiniert, die entsprechend auch als IBOP actuator bezeichnet werden kann. Oberhalb des IBOP 12 befindet sich eine zweite Verdrehsicherung 15. Mittels dieser zweiten Verdrehsicherung 15 wird eine Gewindeverbindung zwischen dem IBOP 12 und einem durch den Topdrive 10 im Betrieb in Rotation versetzten sogenannten main shaft 16 gesichert. Mittels der ersten Verdrehsicherung 13 wird eine Gewindeverbindung zwischen dem IBOP 12 und einem zwischen dem IBOP 12 und dem Bohrstrang üblicherweise verwendeten und als Verschleißteil fungierenden Anschlussstück gesichert.
Die Darstellungen in 2 und 3 zeigen im Wesentlichen die Betätigungsvorrichtung 14 und zwar in einem Halbschnitt (2) und in einer isometrischen, ebenfalls teilweise geschnittenen Ansicht (3). In der Darstellung in 2 befindet sich der geschnittene Teil der Betätigungsvorrichtung 14 in der rechten Hälfte. Links ist entsprechend der ungeschnittene Teil der Betätigungsvorrichtung 14 gezeigt. Ganz links ist dabei eine Drehmomentstütze 18 gezeigt, mittels derer die Betätigungsvorrichtung 14 drehfest mit dem Topdrive 10 gekoppelt ist.
Oberhalb und unterhalb der Betätigungsvorrichtung 14 sind noch die Rohrabschnitte des IBOP 12 erkennbar. In der Darstellung in 3 ist besonders gut die ringförmige Struktur der Betätigungsvorrichtung 14 zu erkennen. Mit dieser ringförmigen Struktur umschließt sie den IBOP 12 und liegt an der Außenoberfläche des von dem IBOP 12 umfassten Rohrabschnitts an.
Die Betätigungsvorrichtung 14 umfasst ein Außenteil 20 und ein Innenteil 22. Außenteil 20 und Innenteil 22 sind relativ zueinander beweglich. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Außenteil 20 axial ortsfest am IBOP 12 fixiert. Das Innenteil 22 ist damit relativ zum Außenteil 20 beweglich. Das Außenteil 20 und das Innenteil 22 sind dabei mit überlappenden Manschetten ausgeführt, so dass die Bewegung des Innenteils 22 relativ zum Außenteil 20 in Form einer teleskopierenden Bewegung erfolgt.
Zur Bewegung des Innenteils 22 relativ zum Außenteil 20 ist zumindest ein Spreizelement 24 vorgesehen, das am Innenteil 22 und am Außenteil 20 angreift. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung 14 drei gleichmäßig über den Außenumfang der Betätigungsvorrichtung 14 verteilte und als Spreizelement 24 fungierende Hydraulikzylinder 24.
Das Außenteil 20 ist in axialer Richtung am IBOP 12 fixiert. Dafür sind eine Formschlusskontur 26 und eine Formschlussgegenkontur 28 vorgesehen. Die Formschlusskontur 26 befindet sich im oder am Außenteil 20. Die Formschlussgegenkontur 28 ist entsprechend im IBOP 12 gebildet. Wenn Formschlusskontur 26 und Formschlussgegenkontur 28 formschlüssig miteinander in Eingriff sind, ist das Außenteil 20 und damit die Betätigungsvorrichtung 14 insgesamt axial am IBOP 12 fixiert.
Bei am IBOP 12 axial fixierter Betätigungsvorrichtung 14 bewirkt jede Aktivierung der Hydraulikzylinder 24 zum Ausfahren von deren Kolbenstangen eine axiale Verschiebung des Innenteil 22 entlang der Längsachse des IBOP 12 und damit die bereits erwähnte Relativbewegung des Innenteils 22 zum Außenteil 20. Diese axiale Verschiebung des Innenteils 22 wird zur Betätigung des Absperrkörpers 30 des IBOP 12 genutzt.
Die Betätigung des Absperrkörpers 30 muss auch erfolgen, wenn der IBOP 12 rotiert. Bisher ist zu diesem Zweck eine Drehdurchführung notwendig gewesen, um Hydraulikflüssigkeit von einem nichtrotierenden Bereich des Topdrive 10 zu den bisher ebenfalls mitrotierten Hydraulikzylindern 24 leiten zu können.
Die hier vorgeschlagene Betätigungsvorrichtung 14 zeichnet sich dadurch aus, dass eine solche Drehdurchführung nicht notwendig ist. Dazu ist bei der Betätigungsvorrichtung 14 vorgesehen, dass das Innenteil 22 und das Außenteil 20 in einer am Bohrstrang – hier am IBOP 12 – angebrachten Konfiguration der Betätigungsvorrichtung 14 mit dem Bohrstrang, dem IBOP 12, rotieren und dass das oder jedes Spreizelement 24, hier also die Hydraulikzylinder 24, in Bezug auf den rotierenden Bohrstrang, den IBOP 12, drehfest angebracht ist bzw. sind. Für die zum Teil rotierende und zum Teil drehfeste Ausführung der Betätigungsvorrichtung 14 ist eine Trägerstruktur 32, mittels derer die Hydraulikzylinder 24 am Außenteil 20 und am Innenteil 22 angreifen mit dem Außenteil 20 und dem Innenteil 22 über einen im Folgenden kurz als Lager 34 bezeichneten Kugel- oder Wälzlagerring verbunden. Die Trägerstruktur 32 mit den Hydraulikzylindern 24 ist mittels der Drehmomentstütze 18 an einen nicht rotierenden Teil des Topdrives 10, zum Beispiel einen Träger, an dessen unterem Ende die Haltezange 11 angebracht ist, gekoppelt. Die Hydraulikzylinder 24 sind damit von der Drehbewegung des IBOP 12 und der Drehbewegung des Außenteils 20 sowie des Innenteils 22 der Betätigungsvorrichtung 14 nicht betroffen. Für eine zum Öffnen und Schließen der Betätigungsvorrichtung 14 zu den Hydraulikzylindern 24 geleitete Hydraulikflüssigkeit ist entsprechend keine Drehdurchführung am Topdrive 10 notwendig.
Die Darstellungen in 4 und 5 zeigen – aus einer leicht anderen Perspektive – Ausschnitte der Betätigungsvorrichtung 14 gemäß 2. Hier sind weitere Details zur Anbringung der Hydraulikzylinder 24 an der Trägerstruktur 32 und zur Verbindung der Trägerstruktur 32 mit dem Außenteil 20 und dem Innenteil 22 der Betätigungsvorrichtung 14 erkennbar.
Anhand der Darstellung in 4 wird eine besondere, die Anbringung der Betätigungsvorrichtung 14 am IBOP 12 erleichternde Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 14 beschrieben. Die Formschlusskontur 26 und die Formschlussgegenkontur 28 sind hier im Schnitt gezeigt und sind auch in der Darstellung in 3 erkennbar. Bei der Formschlussgegenkontur 28 handelt es sich um eine konkave Vertiefung in der Oberfläche des IBOP 12.
Die korrespondierende Formschlusskontur 26 zeichnet sich entsprechend durch eine konvexe, insbesondere linsenförmige Oberfläche aus.
Die Formschlusskontur 26 befindet sich in oder an einer Innenoberfläche des Außenteils 20 der Betätigungsvorrichtung 14. Bei einem aus zwei oder mehr Schalenelementen gebildeten Außenteil 20 werden beim Anbringen der Betätigungsvorrichtung 14 zunächst eines der Schalenelemente am IBOP 12 angelegt und die restlichen Schalenelemente mit dem oder jedem bereits angebrachten Schalenelement kombiniert. Dabei kommt die Formschlusskontur 26 mit der Formschlussgegenkontur 28 zum Eingriff, so dass das aus zwei oder mehr Schalenelementen gebildete Außenteil 20 in axialer Richtung am IBOP 12 fixiert ist.
Die Darstellung in 4 zeigt bereits eine besondere Ausführungsform, bei der die Formschlusskontur 26 in zumindest einem mit dem Außenteil 20 kombinierbaren Ringsegment 36 gebildet ist. Eine solche Ausführungsform kommt speziell für ein einstückiges, hohlzylindrisches Außenteil 20 in Betracht. Das oder jedes Ringsegment 36 ist in eine an der im Folgenden als Kopfseite bezeichneten Oberseite des Außenteils 20 gebildete kopfseitige Ausnehmung einsetzbar. Diese Ausnehmung ist mit einem zwischen dem oder jedem Ringsegment 36 und dem Außenteil 20 eingreifenden Deckelelement 38 verschließbar. Das Deckelelement 38 deckt das Außenteil 20 kopfseitig ab und zeichnet sich durch eine L-förmige Querschnittskontur aus. Ein vertikal orientierter Schenkel des Deckelelements 38 greift dabei in die Ausnehmung zwischen Außenteil 20 und IBOP 12 ein. Das freie Ende des vertikalen Schenkels greift beim Anbringen des Deckelelements 38 am Außenteil 20 auch in einen Zwischenraum zwischen dem oder jedem in der Ausnehmung zunächst noch weitgehend frei beweglichen Ringsegment 36 und der Innenoberfläche des Außenteils 20 ein und bewegt dabei das oder jedes Ringsegment 36 in Richtung auf die Oberfläche des IBOP 12. Auf diese Weise kommt es zu einer formschlüssigen Kombination der Formschlusskontur 26 des Ringsegments 36 mit der Formschlussgegenkontur 28 im IBOP 12. Solange also das Deckelelement 38 noch nicht angebracht ist und entsprechend noch keine formschlüssigen Kombination der Formschlusskontur 26 des Ringsegments 36 mit der Formschlussgegenkontur 28 im IBOP 12 besteht, ist die Betätigungsvorrichtung 14 am IBOP 12 noch in axialer Richtung beweglich und erlaubt damit eine Justierung bis eine axiale Position erreicht ist, bei der eine zum Betätigen des Absperrkörpers 30 vorgesehene Achse 50 (6) kontaktierbar ist. Die Verwendung eines oder mehrerer Ringsegmente 36 und eines Deckelelements 38 erleichtert demnach die Anbringung der Betätigungsvorrichtung 14 am IBOP 12 ganz erheblich.
In der Darstellung in 4 ist auch ersichtlich, dass der als Spreizelement 24 fungierende Hydraulikzylinder 24 einseitig schwimmend gelagert ist. Jeder Hydraulikzylinder 24 der Betätigungsvorrichtung 14 ist in der gleichen Art und Weise gelagert. Die schwimmende Lagerung ist hier für die Kolbenseite des Hydraulikzylinders 24 gezeigt. Grundsätzlich kommt eine gleichartige oder ähnliche schwimmende Lagerung auch für die gegenüberliegende Seite in Betracht.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird die schwimmende Lagerung dadurch erreicht, dass der Hydraulikzylinder 24 eine umlaufende Nut 40 aufweist, in welche ein an der Trägerstruktur 32 in axialer Richtung des Hydraulikzylinders 24 fixiertes Ringelement 42, zum Beispiel ein Ringelement 42 in Form eines Sprengrings oder Sicherungsrings, eingreift. Das Ringelement 42 befindet sich dabei in dem am Außenteil 20 angreifenden Teil der Trägerstruktur 32. Weil dieser Teil der Trägerstruktur 32 in axialer Richtung fest mit dem Außenteil 20 verbunden ist, ist damit auch das Ringelement 42 am Außenteil 20 oder relativ zum Außenteil 20 in axialer Richtung fixiert.
Die schwimmende Lagerung ergibt sich dabei durch die im Vergleich zu der Öffnungsweite der am Hydraulikzylinder 24 umlaufenden Nut 40 geringere wirksame Höhe des Ringelements 42. Der Hydraulikzylinder 24 ist damit in der Trägerstruktur 32 in gewissem Umfang axial beweglich, aber vor allem erlaubt diese Lagerung eine begrenzte Schrägstellung des Hydraulikzylinders 24. Anstelle einer solchen Lagerung kommt ebenfalls eine Lagerung in Betracht, wie Sie zum Beispiel bei einem Kugelgelenk gegeben ist. Bei einer derartigen Ausführungsform fungiert die Oberseite des Hydraulikzylinders 24 als Kugelkopf und ist entsprechend geformt sowie in einer korrespondierend geformten und in der Trägerstruktur 32 gebildeten Kugelschale gelagert. Beide Formen zur beweglichen Lagerung des Hydraulikzylinders 24 in der Trägerstruktur 32 gewährleisten, dass beim Aufspreizen der Betätigungsvorrichtung 14 keine Biegemomente, Biegespannungen und Biegekräfte übertragen werden, so dass eine längere Haltbarkeit und Betriebssicherheit der Hydraulikzylinder 24 resultiert. Ein O-Ring 44 fungiert als Dichtung und sorgt im unbelasteten Zustand für eine Positionierung des Hydraulikzylinders 24 in einer Ruhelage. Bei einer axialen Verschiebung des Hydraulikzylinders 24 oder einer Schrägstellung des Hydraulikzylinders 24 verformt sich der O-Ring 44 und wirkt entsprechend auch als Rückstellelement, sobald die die axiale Verschiebung oder die Schrägstellung bewirkende Kraft nicht mehr wirkt.
Die Darstellung in 5 zeigt im Vergleich zu der Darstellung in 4 die Unterseite des Hydraulikzylinders 24 und dessen Anbringung an der mit dem Innenteil 22 verbundenen Trägerstruktur 32. Hier ist ein vorgespanntes Federelement 46, zum Beispiel in Form eines oder mehrerer Federringe oder in Form einer oder mehrerer Tellerfedern, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei gegenläufig aufeinander gelegte Tellerfedern als Federelemente fungieren, angebracht. Dieses nimmt bei vollständig ausgefahrenen Hydraulikzylindern 24 die Kraft auf, wenn bei vollständig ausgefahrenen Hydraulikzylindern 24 der Absperrkörper 30 bereits bis auf Anschlag betätigt ist. Die Vorspannung des Federelements 46 ist dabei so gewählt, dass sich das Federelement 46 zu verformen beginnt, wenn der Absperrkörper 30 vollständig gedreht ist. Bei einem weiteren Ausfahren der Hydraulikzylinder 24 erfolgt dann keine weitere Betätigung des Absperrkörpers 30 mehr und der von den Hydraulikzylindern 24 noch zurückgelegte Weg wird vollständig von dem vorgespannten Federelement 46 aufgenommen. Das vorgespannte Federelement 46 bewirkt, dass der Absperrkörper 30 und die mechanisch beweglichen Teile der Betätigungsvorrichtung 14 nicht mehr als notwendig belastet werden und gleicht Toleranzen der Betätigungsvorrichtung 14 und/oder der Hydraulikzylinder 24 aus, die niemals ganz auszuschließen sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass auch bei vollständig ausgefahrenen und/oder vollständig eingefahrenen Hydraulikzylindern 24 die von den Hydraulikzylindern 24 ausgeübte Kraft niemals dauerhaft am Absperrkörper 30 und den Anschlagflächen des Absperrkörpers 30 im IBOP 12 ansteht. Das bei der dargestellten Ausführungsform gezeigte Federelement 46 ist doppeltwirkend und die beschriebene Funktion ist entsprechend beim Ein- und Ausfahren gegeben.
Für den Fall, dass zur Bewegung des Absperrkörpers 30 – etwa aufgrund von Verschmutzung – eine erhöhte Kraft erforderlich ist, befindet sich das vorgespannte Federelement 46 in einer Ausnehmung mit einem seitlich umlaufenden Steg 48, der bei einem zusammengedrückten Federelement 46 auf eine Grundplatte trifft und damit zur Übertragung der vollständigen Kraft der Hydraulikzylinder 24 wirksam ist. Auf diese Weise wird das vorgespannte Federelement 46 gewissermaßen kurzgeschlossen und spielt bei der Kraftübertragung keine Rolle.
Auch an der Unterseite des Hydraulikzylinders 24 fungiert ein O-Ring 49 als Dichtung und als Rückstellelement.
Die Darstellungen in 6 und 7 zeigen Einzelheiten zur Betätigung des Absperrkörpers 30 mittels der Betätigungsvorrichtung 14.
Die Darstellung in 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch die außen am IBOP 12 anliegende Betätigungsvorrichtung 14. Dabei sind das Außenteil 20 und das relativ zum Außenteil 20 bewegliche Innenteil 22 sichtbar. Zum Drehen des Absperrkörpers 30 ist eine Achse 50 vorgesehen, die mit dem Absperrkörper 30 entweder einstückig verbunden ist oder formschlüssig auf einen als Drehachse des Absperrkörpers 30 im IBOP 12 fungierenden Zapfen aufgesetzt ist. Eine auf das Außenteil 20 aufgesetzte Abdeckplatte 52 bildet zusammen mit dem Außenteil 20 ein Lager für einen mit der Achse 50 kombinierten Hebel 54. Im freien Ende der Achse 50 befindet sich eine Formschlusskontur, hier eine Formschlusskontur in Form eines Innensechskants, so dass der Absperrkörper 30 auch manuell, nämlich durch Einführen eines entsprechenden Werkzeugs in die Formschlusskontur, betätigt werden kann.
Die Darstellung in 7 zeigt aus einer anderen Perspektive und ohne die in 6 dargestellte Schnittfläche die in 6 bereits gezeigte Anbringung des Hebels 54 ohne die Abdeckplatte 52. Der mit der Achse 50 verbundene Hebel 54 weist an seinem freien Ende einen Zapfen 56 auf, der in eine in dem beweglichen Innenteil 22 gebildete oder mit dem beweglichen Innenteil 22 verbundene Kulisse 58 eingreift. Bei der Kulisse 58 handelt es sich im weitesten Sinne um ein parallel zu einer Umfangslinie des IBOP 12 ausgerichtetes Langloch oder ein einseitig offenes Langloch. Die Ausgestaltung als Langloch bewirkt, dass der Zapfen 56 bei jeder beim Betrieb der Betätigungsvorrichtung 14 vorkommenden Orientierung des Hebels 54 in der Kulisse 58 geführt werden kann.
Jede Bewegung des Innenteils 22 relativ zu dem Außenteil 20 führt zu einer translatorischen Bewegung der Kulisse 58 relativ zur Achse 50, so dass die bei einer Aktivierung der Betätigungsvorrichtung 14 resultierende translatorische Bewegung des Innenteils 22 und die damit einhergehende translatorische Bewegung der Kulisse 58 in eine Drehbewegung des Hebels 54 umgesetzt wird. Eine derartige Betätigung des Hebels 54 führt zu einer Drehung des Absperrkörpers 30 im IBOP 12 und damit zu einem Öffnen oder einem Schließen des IBOP 12.
Die Darstellung in 8 zeigt eine zur Betätigung der Hydraulikzylinder 24 (nur einer gezeigt) bestimmte Hydraulikschaltung 60. Bei den Hydraulikzylindern 24 handelt es sich um an sich bekannte Hydraulikzylinder 24 in Form doppelt wirkender Hydraulikzylinder 24 mit einer einseitigen Kolbenstange 62. Solche Hydraulikzylinder 24 weisen eine zum Einfahren der Kolbenstange 62 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare Ringkammer 64 mit einer Ringfläche sowie eine zum Ausfahren der Kolbenstange 62 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare Kolbenkammer 66 mit einer Kolbenfläche auf. Bei den mit der im Folgenden beschriebenen Hydraulikschaltung 60 angesteuerten Hydraulikzylindern 24 ist die Kolbenfläche doppelt so groß oder im Wesentlichen doppelt so groß wie die Ringfläche.
Die Hydraulikschaltung 60 geht von einem ersten Anschluss 70 und einem zweiten Anschluss 72 aus. Sie weist ein erstes druckbetätigtes Zweiwegeventil 74 und ein zweites druckbetätigtes Zweiwegeventil 76 sowie optional ein manuell betätigbares Zweiwegeventil (Handventil) 78 auf. Ein erster Zweig 80 der Hydraulikschaltung 60 führt direkt vom ersten Anschluss 70 zur Kolbenkammer 66. Ein zweiter Zweig 82 der Hydraulikschaltung 60 führt über das zweite Zweiwegeventil 76 zur Ringkammer 64. Mittels des ersten Zweiwegeventils 74 sind der erste Zweig 80 und der zweite Zweig 82 hydraulisch miteinander verbindbar.
Die Darstellung in 8 zeigt die Hydraulikschaltung 60 mit unbetätigten Ventilen 74, 76, 78 und damit den Ruhezustand der Hydraulikschaltung 60. Bei einem derartigen Ruhezustand befindet sich die Betätigungsvorrichtung 14 insgesamt in einem Ruhezustand und die Hydraulikzylinder 24 sind aufgrund der unbetätigten Ventile 74, 76, 78 hydraulisch verspannt. Dies bedeutet, dass der Absperrkörper 30 in seiner jeweiligen Rotationslage fixiert ist.
Die Darstellungen in 9A, 9B und 9C zeigen drei im Betrieb sinnvolle Schaltzustände der Hydraulikschaltung 60. Auf eine Wiederholung sämtlicher Bezugsziffern ist im Interesse der Übersichtlichkeit der Darstellungen verzichtet worden. Insoweit wird auf die Darstellung in 8 verwiesen.
Die Darstellung in 9A zeigt den Schaltzustand zum Ausfahren der Hydraulikzylinder 24. Sobald der erste Anschluss 70 der Hydraulikschaltung 60 mit Druck beaufschlagt wird, wird mittels der Hydraulikflüssigkeit Druck auf die Kolbenfläche der Kolbenkammer 66 ausgeübt. Gleichzeitig wird das erste druckbetätigte Zweiwegeventil 74 betätigt/geöffnet, so dass der erste Zweig 80 mit dem zweiten Zweig 82 verbunden ist und damit mittels der Hydraulikflüssigkeit auch Druck auf die Ringfläche der Ringkammer 64 ausgeübt wird. Aufgrund der oben bereits erwähnten Verhältnisse der Kolbenfläche und der Ringfläche (die Kolbenfläche ist doppelt so groß wie die Ringfläche) überwiegt die auf die Kolbenfläche wirkende Kraft die auf die Ringfläche wirkende Kraft um das Doppelte, so dass die Kolbenstange 62 und damit der Hydraulikzylinder 24 insgesamt ausfährt.
Die Darstellung in 9B zeigt den Schaltzustand zum Einfahren der Hydraulikzylinder 24. Sobald anstelle des ersten Anschlusses 70 der zweite Anschluss 72 der Hydraulikschaltung 60 mit Druck beaufschlagt wird, betätigt/öffnet das zweite druckbetätigte Zweiwegeventil 76 den zweiten Zweig 82 in die Ringkammer 64. Die Kolbenkammer 66 ist dabei nicht mit Druck beaufschlagt. Die auf die Ringfläche wirkende Kraft entspricht der Summe der beim Ausfahren der Hydraulikzylinder 24 auf die Kolbenfläche und auf die Ringfläche wirkenden Kräfte. Die Kräfte beim Einfahren der Hydraulikzylinder 24 entsprechen also den Kräften beim Ausfahren der Hydraulikzylinder 24, so dass beim Aufspreizen der Betätigungsvorrichtung 14 und beim Zusammenfahren der Betätigungsvorrichtung 14, also beim Schließen bzw. beim Öffnen des IBOP 12, kräftemäßig gleiche Verhältnisse gelten.
Die Darstellung in 9C zeigt schließlich den bei einer Betätigung des manuell betätigbaren Zweiwegeventils 78 resultierenden Schaltzustand. In diesem Schaltzustand sind der zweite Zweig 82 und die Ringkammer 64 entspannt. Die Hydraulikzylinder 24 können von Hand eingefahren und ausgefahren werden. Im Ergebnis sind die Hydraulikzylinder 24 insgesamt hydraulisch entspannt. Der IBOP 12 kann damit manuell geöffnet und geschlossen werden.
Bereits anhand der in 3 gezeigten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 14 wird deutlich, dass die zum Beispiel drei jeweils als Spreizelement 24 fungierenden Hydraulikzylinder 24 regelmäßig entlang des Außenumfangs der Betätigungsvorrichtung 14 verteilt sind. Bei der Darstellung in 3 sind zwei Hydraulikzylinder 24 in einem Abstand von 120° erkennbar (ein Hydraulikzylinder 24 auf der rechten Seite der Darstellung im Längsschnitt und ein Hydraulikzylinder 24 auf der linken Seite der Darstellung). Ein dritter, nicht sichtbarer Hydraulikzylinder 24 befindet sich ebenfalls in einem Abstand von 120° zu den beiden in 3 sichtbaren Hydraulikzylindern 24 auf der Rückseite der Betätigungsvorrichtung 14. Damit ist eine regelmäßige Verteilung der Hydraulikzylinder 24 entlang des Außenumfangs der Betätigungsvorrichtung 14 gegeben. Anhand des links dargestellten Hydraulikzylinders 24 ist erkennbar, dass zu diesem zwei Zuleitungen, nämlich eine kolbenseitige und eine ringseitige Zuleitung, führen.
Dies ist auch in der Darstellung in 10 in einer isometrischen Ansicht der Betätigungsvorrichtung 14 gezeigt. Hier ist auch ein Steuerblock 84 mit den beiden bei der Erläuterung der Hydraulikschaltung 60 erwähnten Anschlüssen 70, 72 zur externen Zuleitung von Hydraulikflüssigkeit gezeigt. Der Steuerblock 84 umfasst die Hydraulikschaltung 60. Ausgehend von dem Steuerblock 84 gehen zwei Leitungen zu der Kolbenkammer 66 und der Ringkammer 64 des hier rechts gezeigten Hydraulikzylinders 24. Hier werden die beiden Leitungen in zwei parallele Pfade aufgeteilt, so dass die Hydraulikflüssigkeit gleichzeitig zu dem rechts und zu dem links dargestellten Hydraulikzylinder 24 gelangt. Nicht sichtbar ist dabei, dass sowohl der rechts dargestellte Hydraulikzylinder 24 wie auch der links dargestellte Hydraulikzylinder 24 auf deren bei der für die Darstellung in 10 gewählten Blickrichtung rückwärtigen Seite jeweils Hydraulikleitungen aufweisen, die zu der Kolbenkammer 66 und der Ringkammer 64 des nicht sichtbaren dritten Hydraulikzylinders 24 führen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass ein in Umfangsrichtung erster und letzter Hydraulikzylinder 24, hier also die beiden in der Darstellung in 10 sichtbaren Hydraulikzylinder 24, jeweils direkt an eine erste und eine zweite hydraulische Zuleitung angeschlossen sind und der oder jeder zwischen dem ersten und dem letzten Hydraulikzylinder 24 liegende Hydraulikzylinder 24 beidseitig mittelbar oder unmittelbar über den ersten und den letzten Hydraulikzylinder 24 an die erste und zweite hydraulische Zuleitung angeschlossen ist. Dies führt dazu, dass bei einer Beaufschlagung entweder des ersten Anschlusses 70 oder des zweiten Anschlusses 72 und damit bei einer Einleitung von Hydraulikflüssigkeit unter Druck in die erste bzw. die zweite Zuleitung alle Hydraulikzylinder 24 gleichzeitig oder zumindest im Wesentlichen gleichzeitig betätigt werden.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden eine Betätigungsvorrichtung 14 für eine Bohranlage und eine Bohranlage oder ein Topdrive 10 für eine Bohranlage mit einer derartigen Betätigungsvorrichtung 14, wobei die Betätigungsvorrichtung 14 zwei axial relativ zueinander bewegliche Teile (Außenteil 20, Innenteil 22), die mit einer zu betätigenden Sicherungseinrichtung 12 (IBOP) im Betrieb rotieren, sowie zumindest ein nicht von der Drehung betroffenes Spreizelement 24 zur Auslösung der Relativbewegung von Außenteil 20 und Innenteil 22 umfasst. Das oder jedes Spreizelement 24 ist mit dem Außenteil 20 und dem Innenteil 22 über eine zweiteilige Trägerstruktur 32 sowie jeweils ein zum Beispiel in Form eines Rollen- oder Wälzlagers ausgeführtes Lager 34 verbunden. Das oder jedes drehfest angeordnete und entsprechend beim Betrieb der Betätigungsvorrichtung 14 von der Drehung des Außen- und Innenteils 20, 22 nicht betroffene Spreizelement 24 kann sehr einfach angesteuert werden und insgesamt ergibt sich eine wartungsarme Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung 14. Die Betätigungsvorrichtung 14 kann auch als IBOP-Aktuator bezeichnet werden.
Bezugszeichenliste

10: Topdrive
11: Haltezange
12: Sicherungseinrichtung / IBOP
13: erste Verdrehsicherung
14: Betätigungsvorrichtung
15: zweite Verdrehsicherung
16: main shaft des Topdrives
18: Drehmomentstütze
20: Außenteil (der Betätigungsvorrichtung)
22: Innenteil (der Betätigungsvorrichtung)
24: Spreizelement / Hydraulikzylinder
26: Formschlusskontur
28: Formschlussgegenkontur
30: Absperrkörper
32: Trägerstruktur (der Betätigungsvorrichtung)
34: Lager
36: Ringsegment
38: Deckelelement
40: Nut
42: Ringelement
44: O-Ring
46: vorgespanntes Federelement
48: umlaufender Steg (als „Bypass“ für das Federelement)
49: O-Ring
50: Achse
52: Abdeckplatte
54: Hebel
56: Zapfen
58: Kulisse
60: Hydraulikschaltung
62: Kolbenstange
64: Ringkammer
66: Kolbenkammer
68: -
70: erster Anschluss
72: zweiter Anschluss
74: erstes druckbetätigtes Zweiwegeventil
76: zweites druckbetätigtes Zweiwegeventil
78: manuell betätigbares Zweiwegeventil / Handventil
80: erster Zweig
82: zweiter Zweig
84: Steuerblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3806082 [0006]
US 6840493 [0006]
US 3941348 [0006]
US 5325888 [0006]
US 5979865 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Betätigung einer zur Kombination mit einem Bohrstrang einer Bohranlage bestimmten Sicherungseinrichtung (12), wobei die Betätigungsvorrichtung (14) ein Außenteil (20) und ein Innenteil (22) umfasst, wobei das Innenteil (22) mittels zumindest eines Spreizelements (24) relativ zum Außenteil (20) beweglich ist, indem das oder jedes Spreizelement (24) auf einer ersten Seite am Außenteil (20) und auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite am Innenteil (22) angreift, wobei mittels einer Relativbewegung des Innenteils (22) zum Außenteil (20) eine Betätigung eines von der Sicherungseinrichtung (12) umfassten Absperrkörpers (30) bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (20) und das Innenteil (22) in einer am Bohrstrang angebrachten Konfiguration der Betätigungsvorrichtung (14) mit dem Bohrstrang rotieren und dass das oder jedes Spreizelement (24) in Bezug auf den rotierenden Bohrstrang drehfest angebracht ist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach Anspruch 1, wobei das oder jedes Spreizelement (24) zumindest einseitig schwimmend gelagert ist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach Anspruch 2, wobei das ober jedes Spreizelement (24) zur schwimmenden Lagerung eine umlaufende Nut (40) aufweist, in welche ein am Außenteil (20) in axialer Richtung des Spreizelements (24) fixiertes Ringelement (42) eingreift.
Betätigungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das ober jedes Spreizelement (24) zumindest einseitig, insbesondere an der am Innenteil (22) angreifenden Seite, ein vorgespanntes Federelement (46) aufweist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Absperrkörper (30) der Sicherungseinrichtung (12) mittel eines Hebels (54) betätigbar ist und wobei ein freies Ende des Hebels (54) in eine Kulisse (58) im oder am Innenteil (22) eingreift.
Betätigungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem hohlzylindrischen Außenteil (20) und mit einer Formschlusskontur (26) in oder an einer Innenoberfläche des Außenteils (20), wobei die Formschlusskontur (26) mit einer korrespondierenden Formschlussgegenkontur (28) am Bohrstrang formschlüssig kombinierbar ist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach Anspruch 6, wobei die Formschlusskontur (26) in einem mit dem Außenteil (20) kombinierbaren Ringsegment (36) gebildet ist, das in eine kopfseitige Ausnehmung im Außenteil (20) einsetzbar ist, die mit einem zwischen Ringsegment (36) und Außenteil (20) eingreifenden Deckelelement (38) verschließbar ist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das oder jedes Spreizelement (24) in Form eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders (24) mit einer einseitigen Kolbenstange (62) ausgeführt ist, wobei der oder jeder Hydraulikzylinder (24) eine zum Einfahren der Kolbenstange (62) mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare Ringfläche und eine zum Ausfahren der Kolbenstange (62) mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare Kolbenfläche aufweist, wobei die Kolbenfläche doppelt so groß oder im Wesentlichen doppelt so groß wie die Ringfläche ist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zumindest drei jeweils als Spreizelement (24) fungierenden und regelmäßig entlang des Außenumfangs der Betätigungsvorrichtung (14) verteilten Hydraulikzylindern (24), wobei ein in Umfangsrichtung erster und letzter Hydraulikzylinder (24) jeweils direkt an eine erste und eine zweite hydraulische Zuleitung angeschlossen sind und wobei der oder jeder zwischen dem ersten und dem letzten Hydraulikzylinder (24) liegende Hydraulikzylinder (24) beidseitig mittelbar oder unmittelbar über den ersten und den letzten Hydraulikzylinder (24) an die erste und zweite hydraulische Zuleitung angeschlossen ist.
Betätigungsvorrichtung (14) nach Anspruch 8 oder 9, mit einer zur Betätigung des oder jedes Hydraulikzylinders (24) bestimmten Hydraulikschaltung (60), wobei der oder jeder Hydraulikzylinder (24) eine Kolbenkammer (66) und eine Ringkammer (64) aufweist, wobei die Hydraulikschaltung (60) ein erstes und ein zweites druckbetätigtes Zweiwegeventil (74, 76) umfasst, wobei die Hydraulikschaltung (60) einen ersten, direkt an die oder jede Kolbenkammer (66) angeschlossenen Zweig (80) und einen zweiten über das zweite Zweiwegeventil (76) an die oder jede Ringkammer (64) angeschlossenen Zweig (82) umfasst, wobei der erste Zweig (80) und der zweite Zweig (82) mittels des ersten Zweiwegeventils (74) hydraulisch verbindbar sind, wobei das erste Zweiwegeventil (74) bei einer Druckbeaufschlagung des ersten Zweigs (80) betätigbar ist und aufgrund der Betätigung des ersten Zweiwegeventils (74) dieses den ersten Zweig (80) auch mit der Ringkammer (64) verbindet, wobei das zweite druckbetätigte Zweiwegeventil (76) bei einer Druckbeaufschlagung des zweiten Zweigs (82) betätigbar ist und aufgrund der Betätigung des zweiten Zweiwegeventils (76) dieses den Weg in die Ringkammer (64) freigibt.
Betätigungsvorrichtung (14) nach Anspruch 10, mit einem Handventil (78) als Bestandteil der Hydraulikschaltung (60), wobei mittels des Handventils (78) der zweite Zweig (82) und die Ringkammer (64) entspannbar sind.
Bohranlage, insbesondere Bohranlage für Tiefbohrungen, oder Topdrive (10) zur Verwendung in einer solchen Bohranlage mit einer Betätigungsvorrichtung (14) nach einem der vorangehenden Ansprüche.