DE10245304A1

DE10245304A1 - Schraubstockvorrichtung

Info

Publication number: DE10245304A1
Application number: DE10245304A
Authority: DE
Inventors: Robin W Carlson
Original assignee: Vermeer Manufacturing Co
Current assignee: Vermeer Manufacturing Co
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: US6752043B2; US20040226412A1; DE20214959U1; DE10245304B4; US6880430B2; US20030056623A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf horizontale Untergrund-Bohrmaschinen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine im Zusammengang mit Gewindebohrrohr verwendete Schraubstockvorrichtung. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Schraubstockvorrichtung zur Verwendung in einer Horizontalbohrmaschine. In einer Ausführungsform umfasst die Schraubstockvorrichtung wenigstens einen Schraubstockmechanismus mit Scherenelementen. In einer anderen Ausführungsform kann die Schraubstockvorrichtung zwei Schraubstockmechanismen umfassen, die jeweils Scherenelemente aufweisen. DOLLAR A In der bevorzugten Ausführungsform der Schraubstockvorrichtung sind die Scherenelemente Bestandteile einer Verbindungsanordnung, die die eingespannten Elemente an vier Stellen berührt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf horizontale Untergrund- Bohrmaschinen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine im Zusammenhang mit Gewindebohrrohr verwendete Schraubstockvorrichtung.
Es gibt eine Vielzahl von Schraubstockvorrichtungen zur Verwendung mit horizontalen Bohrmaschinen, welche Schraubstockbacken mit zwei gegenüberliegenden Backenhälften umfassen. Die Backen sind zum Einspannen eines Rohres angeordnet, um das Rohr entweder mit einem anderen zu verschrauben oder auseinander zu schrauben. Die Schraubstockbacken spannen mittels Hydroschaltern oder Zylindern, die eine Angreif oder Einklemmkraft liefern, die Rohre ein.
Bei herkömmlichen Schraubstockbackenausführungen ist das maximale Drehmoment, das auf das eingespannte Rohr ohne beträchtliche Bewegung zwischen dem Rohr und den Schraubstockbacken angewandt wird, direkt proportional zu der Kraft, die von den Hydrozylindern angewendet wird. Das auf das Rohr wirkende Drehmoment liefert ein Drehmomenthaltevermögen auf eine geschraubte Verbindung zwischen zwei Rohren. Längere Rohre benötigen ein größeres Drehmoment, um ein ausreichendes Drehmomenthaltevermögen zu bewirken. Das Bohrrohr, das in Verbindung mit herkömmlichen Schraubstockbackenausführungen verwendet wird, ist begrenzt, üblicherweise auf eine äußere Weite im Bereich von 1S bis 3S inch.
Bohrmaschinen, in denen wesentlich größere Bohrrohre und Bohrmeißel verwendet werden, werden jedoch für die Verwendung in der Industrie gebräuchlich. Zum Beispiel können einige Bohrrohre eine äußere Weite im Bereich bis zu 8 inch haben. Eine Ausführungsform, die eine größere Angreifkraft zum Bewirken von ausreichendem Drehmomenthaltevermögen an einer geschraubten Verbindung zwischen größeren Rohren liefert, wird benötigt.
Herkömmliche Ausführungen mit einer Einrasttüranordnung zur Verwendung in Vertikalbohrmaschinen wurden zum Liefern von ausreichend Angreifkraft auf Rohre mit größerem Durchmesser benutzt. Diese Ausführungen sind jedoch speziell für Vertikalbohrgestelle, bei denen in der Umgebung der Einrasttüranordnung reichlich Platz vorhanden ist. Eine Schraubstockvorrichtung, die große Rohre unterbringt, wird für die Verwendung in einer Horizontalbohrmaschine, bei der wenig Platz zwischen dem Boden und einer Bodenstütze ist, benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Schraubstockvorrichtung zu schaffen, die die obigen Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 20 gelöst. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Schraubstockvorrichtung zur Verwendung in einer Horizontalbohrmaschine. In einer Ausführungsform umfasst die Schraubstockvorrichtung wenigstens einen Schraubstockmechanismus mit Scherenelementen. In einer anderen Ausführungsform kann die Schraubstockvorrichtung zwei Schraubstockmechanismen umfassen, die jeweils Scherenelemente aufweisen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Schraubstockvorrichtung sind die Scherenelemente Bestandteile einer Verbindungsanordnung, die die eingespannten Elemente an vier Stellen berührt.
Eine andere Ausführungsform dieser Offenbarung umfasst eine Schraubstockvorrichtung, welche positionierbar ist. In der bevorzugten Ausführungsform kann es der Schraubstockvorrichtung möglich sein, sich in Längsrichtung entlang Schienen einer Gestellvorrichtung zu verschieben. In einer Ausführung mit zwei Schraubmechanismen kann der zweite Schraubmechanismus zusätzlich entlang den Schienen in Beziehung zu dem ersten Schraubmechanismus verschoben werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Gestellanordnung zur Verwendung in einer Horizontalbohrmaschine gemäß den Grundlagen der vorliegenden Offenbarung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Gestellanordnung aus Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Vorderansicht einer mit der Gestellvorrichtung aus Fig. 1 zusammengebauten Schraubstockvorrichtung, die mit einem Zwischenraum angeordnete Schraubstockanordnungen darstellt;
Fig. 3A ist eine perspektivische Vorderansicht eines in Fig. 3 dargestellten Aufbauträgers;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Schraubstockvorrichtung aus Fig. 3 entlang einer Linie 4-4;
Fig. 5 ist eine perspektivische Vorderansicht der in Fig. 3 dargestellten Schraubstockvorrichtung, die die Schraubstockanordnungen in dichter Beziehung zueinander darstellt;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht der Schraubstockvorrichtung aus Fig. 5 entlang einer Linie 6-6;
Fig. 7 ist eine Vorderansicht der auf Schienen aufgebauten Schraubstockvorrichtung wie in Fig. 1 dargestellt;
Fig. 8 ist eine perspektivische Vorderansicht einer drehbaren Schraubstockanordnung der Schraubstockvorrichtung aus Fig. 3;
Fig. 8A ist eine perspektivische Seitenansicht eines drehbaren Schraubstockgestells, dargestellt in Fig. 8;
Fig. 9 ist eine Seitenansicht der drehbaren Schraubstockanordnung aus Fig. 8;
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf die drehbare Schraubstockanordnung aus Fig. 8;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der drehbaren Schraubstockvorrichtung aus Fig. 10 entlang einer Linie 11-11, dargestellt in einer nicht gedrehten Position;
Fig. 11A ist eine Querschnittsansicht der drehbaren Schraubstockvorrichtung aus Fig. 10 entlang einer Linie 11-11, dargestellt in einer gedrehten Position;
Fig. 12 ist eine perspektivische Vorderansicht einer feststehenden Schraubstockanordnung der Schraubstockvorrichtung aus Fig. 3;
Fig. 13 ist eine Seitenansicht der feststehenden Schraubstockanordnung aus Fig. 12;
Fig. 14 ist die Draufsicht auf die feststehende Schraubstockanordnung aus Fig. 12 und eine Längspositionieranordnung;
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht der Längspositionieranordnung aus Fig. 14 entlang einer Linie 15-15;
Fig. 16 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Schraubstockmechanismus der Schraubstockvorrichtung aus Fig. 3;
Fig. 17 ist eine Draufsicht auf den Schraubstockmechanismus aus Fig. 16;
Fig. 18 ist eine Seitenansicht des Schraubstockmechanismus aus Fig. 16;
Fig. 19A ist eine Querschnittsansicht des Schraubstockmechanismus aus Fig. 17 entlang einer Linie 19-19, welche den Schraubstockmechanismus in einer geöffneten Position darstellt;
Fig. 19B ist eine Querschnittsansicht des Schraubstockmechanismus aus Fig. 17 entlang einer Linie 19-19, welche den Schraubstockmechanismus in einer geschlossenen Position darstellt;
Fig. 20 ist eine dreidimensionale Ansicht eines in der Anordnung der drehbaren Schraubstockanordnung aus Fig. 8 verwendeten Drehpositionierers;
Fig. 21 ist eine Seitenansicht des Drehpositionierers aus Fig. 20;
Fig. 22 ist eine dreidimensionale Ansicht eines in der Anordnung der drehbaren Schraubstockanordnung aus Fig. 8 verwendeten bogenförmigen Lochträgers;
Fig. 23 ist eine perspektivische Unteransicht des Drehpositionierers aus Fig. 20;
Fig. 24 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Schraubstockmechanismus gemäß den Grundlagen dieser Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf die verschiedenen Zeichnungsfiguren, in denen identische Bauelemente durchweg gleich nummeriert sind, wird nachfolgend eine Beschreibung verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben.

I. Allgemeine Funktionsweise einer Schraubstockvorrichtung beim Horizontalbohren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schraubstockvorrichtung zur Verwendung in Horizontalbohrmaschinen. Horizontalbohrmaschinen umfassen üblicherweise einen Drehantriebsmechanismus, einen Längsantriebsmechanismus, eine Schraubstockvorrichtung, eine Bodenstütze und eine Bohrrohrlager-/Übertragungsvorrichtung. Der Bohrvorgang umfasst Zusammenschrauben von Gewindebohrrohrlängen zur Bildung eines Bohrgestänges, welches sich von der Bohrmaschine durch ein gebohrtes Loch erstreckt und an einer Bohrkronenanordnung endet. Das Bohrgestänge überträgt rotierendes Drehmoment und längsgerichteten Schub von den Antriebsmechanismen zu der Bohrkronenanordnung.
Um das Bohren einer Bohrung zu beginnen, wird die Bohrkronenanordnung in der Nähe der Bodenstütze der Horizontalbohrmaschine angeordnet und an dem Bohrgestänge befestigt. Das Bohrgestänge umfasst anfänglich ein erstes Bohrrohr, das an dem Drehantriebsmechanismus und dem Längsantriebsmechanismus befestigt ist. Der Drehantriebsmechanismus und Längsantriebsmechanismus sind üblicherweise an einem dem Bohrungsort gegenüberliegendem Ende angeordnet. Der erste Schritt zum Bohren ist demnach, die Bohrkronenanordnung an dem ersten Bohrrohr zu befestigen.
Die Bohrkronenanordnung hat im allgemeinen einen größeren Durchmesser als das Bohrrohr. Bei herkömmlichen Ausführungen ist es erforderlich, dass die Bohrkronenanordnung mit dem ersten Bohrrohr durch Drehen von Hand verbunden wird. Es wäre vorteilhafter, die Bohrkronenanordnung mit dem ersten Bohrrohr zu verbinden, indem die Bohrkronenanordnung in eine Schraubstockvorrichtung eingesetzt wird, um die Vorbereitungen zum Bohren einer Bohrung zu erleichtern. Die Schraubstockvorrichtung gemäß den Grundlagen dieser Offenbarung bietet eine solche Verwendung in einer offenen Abmessung oder anpassbaren Anordnung, die ein Einsetzen und Einklemmen von Bohrkopfanordnungen in die Schraubstockvorrichtung ermöglicht, wie später genauer beschrieben wird.
Ist die Bohrkronenanordnung mit dem ersten Bohrrohr verbunden, wird das Bohrgestänge (die Bohrkronenanordnung und das erste Bohrrohr) gedreht und in den Boden vorgetrieben. Während das Bohrgestänge fortschreitet, wird ein zweites Bohrrohr aus der Lager-/Übertragungsvorrichtung genommen und in Ausrichtung mit dem Bohrgestänge angeordnet. Üblicherweise umfasst die Lager-/Übertragungsvorrichtung ein Magazin, in welchem die Längsachse des gelagerten Bohrrohrs parallel zu dem Bohrgestänge ist. Ist das zweite Bohrrohr positioniert, wird es mit dem Bohrgestänge verschraubt. Der Vorgang wird wiederholt, um die Länge des gebohrten Lochs zu erstrecken.
Das Bohrgestänge ist hohen Drehmomentbelastungen ausgesetzt. In gerichteten gesteuerten Anwendungen ist das Bohrgestänge auch wesentlichen Biegebelastungen ausgesetzt. Korrektes Zusammenpassen geschraubter Bohrrohre ist entscheidend für die Wirkung des Bohrgestänges. Um die Schraubverbindungen korrekt "anzusetzen", müssen wesentliche Drehmomentbelastungen auf die äußeren Weiten der Bohrrohre angewendet werden.
Wenn das gebohrte Loch so lang ist wie gewünscht, wird die Bohrkronenanordnung oftmals gewechselt; oder das Bohrgestänge wird, aus einer Vielzahl von Gründen, aus dem gebohrten Loch entfernt. Im letzten Fall beispielsweise werden die befestigten Bohrrohrlängen nacheinander aus dem gebohrten Loch gezogen, losgeschraubt und zur Lagerung zurückübertragen. Entfernung des Bohrgestänges umfasst "Lösen" der geschraubten Verbindung. Das zum Lösen der geschraubten Verbindung benötigte Lösedrehmoment ist im allgemeinen gleich dem oder größer als das anfänglich zum Ansetzen der geschraubten Verbindung benötigte Drehmoment.
Schraubstockanordnungen herkömmlicher Ausführungen umfassen eine untere Klemmbacke, eine obere Klemmbacke und einen Antrieb. Der Antrieb ist ein Teil der Bohrmaschine, welcher in Längsrichtung vorwärtsgetrieben wird, üblicherweise entlang einer Führungsbahn, und hat ein Außengewindeende oder Stiftende. In Ansetzvorgängen bewegt der Antrieb das Bohrgestänge entlang einer Längsachse vor, bis der Antrieb ein Ende der Führungsbahn erreicht. An diesem Punkt sichert die untere Klemmbacke das Bohrgestänge in einer unbeweglichen Position. Der Antrieb kehrt seine Drehrichtung um, um sich von einem Buchsenende (oder Bereich mit Innengewinde) des Bohrgestänges loszuschrauben, während er sich in Längsrichtung entlang der Führungsbahn zurückbewegt. Ein neues Bohrrohr wird innerhalb eines Ladebereichs entweder manuell oder mittels einem Stangenlademechanismus angeordnet. Der Antrieb ändert seine Drehrichtung und fängt erneut an, sich in Längsrichtung entlang der Führungsbahn zu einem neuen Bohrrohr vor zu bewegen. Das Stiftende des Antriebs greift in ein Buchsenende (d. h. Innengewindeende) eines neuen Bohrrohrs ein. Während der Antrieb sich weiter in Längsrichtung fortbewegt, greift ein Stiftende des neuen Bohrrohrs in das Buchsenende des eingespannten Bohrgestänges ein und wiederholt den Vorgang.
Da eine größere Anzahl von Werkzeugen zur Verwendung beim Horizontalbohren erhältlich ist, wird das Bedürfnis zur Anpassung der Schraubstockvorrichtung an verschiedene Formen und Größen von Werkzeugen wichtiger. Zum Beispiel setzen einige Anwendungen einen relativ kurzen Rohrabschnitt mit dem gleichen Durchmesser wie das endgültige Bohrloch in einen Abschnitt des gebohrten Loches zur Stabilisierung des Erdbodens ein. Dieser Stangenabschnitt ist im allgemeinen als Gleitführung bekannt. Da die Gleitführung einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser des Bohrgestänges, ist die Gleitführung üblicherweise schwierig oder gar nicht in die Schraubstockvorrichtungen herkömmlicher Ausführungen einzupassen.
Eine andere Überlegung bezüglich horizontalem Bohren betrifft die Gesamtanordnung der Bohrmaschine und Schraubstockvorrichtung in Bezug zu dem Boden. Ein Plazieren der Bohrmaschine, so dass die Schraubstockvorrichtung so nahe wie möglich am Eingang des gebohrten Loches ist, ist wichtig, um das Bohrgestänge maximal zu unterstützen. Demgemäss müssen der Durchmesser der Öffnung und die Gesamtverkleidung der Schraubstockvorrichtung idealerweise dem Einbau einer Gleitführung mit großem Durchmesser angepasst sein, müssen jedoch trotzdem so bemessen sein, dass ein Plazieren eine Unterstützung des Bohrgestänges vorsieht. Die Schraubstockvorrichtung gemäß den Grundlagen dieser Offenbarung sieht ein solches Merkmal vor, wobei die Ausführung die Querschnittsgröße der Gesamtvorrichtungsanordnung minimiert, während sie gleichzeitig den Durchmesser der Öffnung maximiert, wie später genauer beschrieben wird.
Im allgemeinen umfasst die Horizontalbohrmaschine wie in dieser Offenbarung beschrieben eine Hauptchassisanordnung mit einer Bodenhalterung, Führungsbahnen, eine Motor- und Hydroantriebseinheit, ein Maschinenführerhaus und ein Hauptgestell. Die Hauptchassisanordnung der Horizontalbohrmaschine umfasst im allgemeinen eine Gestellanordnung, die eine Art Stangenlade- und -handhabungsvorrichtung oder Rohrmagazin umfasst. Die Art dieser Vorrichtungen bewegt sich im Bereich von einfachen Übertragungsmechanismen, wie beispielsweise verschiedene Arten von Winden oder Schlingen, bis hin zu hoch spezialisierten mechanisierten Einheiten, die besonders zur Handhabung spezieller Stangen ausgeführt sind.
Unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2 wird eine Gestellanordnung 10 (ohne Rohrmagazin dargestellt) aufgezeigt. Die Gestellanordnung 10 ist auf einer Chassisanordnung (nicht dargestellt) einer Horizontalbohrmaschine aufgebaut. Die Gestellanordnung 10 umfasst eine Schraubstockvorrichtung 100. Die Schraubstockvorrichtung 100 gemäß den offenbarten Grundlagen kann in einer Vielzahl von Maschinen angebracht werden, in denen Klemmvorrichtungen verwendet werden.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Gestellanordnung 10 und zeigt Bestandteile auf, die eine Bohrstange, -röhre, oder -rohr 36 handhaben. Die Gestellanordnung 10 beinhaltet eine vordere Zentrieranordnung 20, die Schraubstockvorrichtung 100 und eine Spindel 30, die mit einem drehbaren Getriebe 40 verbunden ist. Das drehbare Getriebe 40 ist an einem Schubgestell 50 befestigt, an dem Schubmotoren 60 befestigt sind. Die Schubmotoren 60 treiben drehbar ein Zahngetriebe 62 an, das in ein Stangengetriebe 70 eingreift. Der sich daraus ergebende Zahnstangenantrieb 65 treibt das Schubgestell 50 vor und zurück entlang Gestellschienen 90 der Gestellanordnung 10.
Das Schubgestell 50 schiebt darin in Längsrichtung die Spindel 30 und das Bohrgestänge 80 voran, während gleichzeitig das drehbare Getriebe 40 das Bohrgestänge 80 dreht. Alternativ kann der Zahnstangenantrieb 65 durch einen Trommel- und Kettenmechanismus oder einen geraden Zylindermechanismus ersetzt werden, um Längskraft auf das Bohrgestänge 80 aufzubringen.
Die Schraubstockvorrichtung 100 umfasst weiter eine drehbare Schraubstockanordnung 200, eine feststehende Schraubstockanordnung 300, einen Längspositionierer 400 und einen drehbaren Schraubstockantrieb 500. Diese Bestandteile dienen zur Ausführung von Bohrvorgängen, wie beispielsweise Anfangen und Verlängern des Bohrgestänges, bekannt als Ausführen des Anfangsbohrvorgangs, und Zurückschieben des Bohrgestänges, bekannt als Herausziehen.

II. Wirkungsweise der Schraubstockvorrichtung: Anfangen und Verlängern des Bohrgestänges

Im allgemeinen besteht am Anfang eines Bohrvorgangs das Bohrgestänge nur aus einem Bohrrohr und einer Bohrkopfanordnung. Die Bohrkopfanordnung umfasst üblicherweise eine Vielzahl von Bestandteilen, wie beispielsweise eine Bohrkrone und ein Sondengehäuse für eine Funkübertragungsvorrichtung, die die Bohrkopfanordnung während dem Bohrvorgang lokalisiert und steuert.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 kann die Bohrkopfanordnung (nicht dargestellt) durch die vordere Zentrieranordnung 20 und die feststehende Schraubstockanordnung 300 gestützt werden, oder sie kann direkt hinter der vorderen Zentrieranordnung 20 angeordnet werden. Die vordere Zentrieranordnung 20 beinhaltet einen Bohrrohrzentrierträger 22, der vertikal angepasst werden kann, um eine Mittellinie 84 des Bohrgestänges 80 mit einer Achse 32 der Spindel 30 (dargestellt in Fig. 2) auszurichten.
Ein einzelnes Bohrrohr (nicht dargestellt) bewegt sich von einem Bohrrohrlagerort in einen Bohrrohrladebereich 44. Im Bohrrohrladebereich 44 wird das Bohrrohr in axialer Ausrichtung, festgelegt durch die Längsachse der Spindel 30, positioniert. Der Ladebereich 44 liegt im allgemeinen zwischen einer hinteren Fläche 202 der drehbaren Schraubstockanordnung 200 und einem ersten Ende 33 der Spindel 30. Der Ladebereich 44 ist wirksam geöffnet, wenn das Schubgestell 50 entlang den Gestellschienen 90 zurückbewegt wurde, so dass das drehbare Getriebe 40 und die Spindel 30 vollständig zurückgezogen sind. In dieser Ladeposition ist der Abstand zwischen der hinteren Schraubstockfläche 202 und dem ersten Ende der Spindel 30 größer als die Länge des Bohrrohrs (nicht dargestellt).
Ist das Schubgestell 50 in Ladestellung, wird das erste Bohrrohr in dem Bohrrohrladebereich 44 angeordnet und von dem Bohrrohrübertragungsmechanismus gehalten (nicht dargestellt). Das drehbare Getriebe 40 dreht die Spindel 30, während die Spindel 30 in Längsrichtung durch das Schubgestell 50 vorgetrieben wird. Indem die Spindel 30 vorgetrieben wird, greift das Außengewindeende oder Stiftende 34 der Spindel 30 in das Innengewinde des Bohrrohrs (nicht dargestellt).
Wenn die Schraubstockanordnung 300 die Bohrkopfanordnung stützt, werden das Bohrrohr und die Spindel 30 in Längsrichtung vorgetrieben, bis ein vorderes Gewindeende dieses ersten Bohrrohrs in die Bohrkopfanordnung eingesetzt ist. Das drehbare Getriebe 40 dreht das erste Bohrrohr weiter, um das erste Bohrrohr mit der Bohrkopfanordnung zu verschrauben. Die feststehende Schraubstockanordnung 300 hält die Bohrkopfanordnung fest, während das drehbare Getriebe 40 den Pegel des angewandten Drehmoments steuert, um die geschraubte Verbindung zwischen der Bohrkopfanordnung korrekt anzusetzen. Der gleiche Drehmomentpegel wird zu gleicher Zeit zwischen dem ersten Bohrrohr und der Spindel 30 angewendet.
Wenn die Bohrkopfanordnung vorne aus der vorderen Zentriereinheit 20 heraus ist, wird das erste Bohrrohr vorgetrieben, bis sich der vordere Abschnitt in die feststehende Schraubstockvorrichtung 300 erstreckt. Die feststehende Schraubstockvorrichtung 300 greift das erste Bohrrohr und verhindert ein Drehen des ersten Bohrrohrs, so dass korrektes Drehmoment auf die Verbindung zwischen dem ersten Bohrrohr und der Spindel 30 angewendet wird. Ist die Verbindung korrekt verschraubt, lässt die feststehende Schraubstockvorrichtung 300 das erste Bohrrohr los, und das erste Bohrrohr wird durch die vordere Zentriereinheit 20 vorgetrieben, wo die Bohrkopfanordnung angebaut werden kann. In diesem Fall wird die Bohrkopfanordnung üblicherweise mit einer Art handgehaltenem Schraubenschlüssel gedreht.
Nach Anbau der Bohrkopfanordnung an das erste Bohrrohr (jetzt mit Bohrgestänge bezeichnet) wird der Anfangsbohrvorgang ausgeführt durch Vortreiben des Bohrgestänges in Längsrichtung, bis die Verbindung zwischen der Spindel und dem Bohrrohr angeordnet ist in der Nähe eines mittleren Ortes 302 zwischen der feststehenden Schraubstockvorrichtung 300 und der drehbaren Schraubstockvorrichtung 200. Die feststehende Schraubstockvorrichtung klemmt das Bohrgestänge sicher ein, und die Spindel 30 wird in Rückwärtsrichtung gedreht, während sie entlang der Gestellschienen 90 zurückgezogen wird, so dass ein anderes Bohrrohr in dem Bohrrohrladebereich 44 angeordnet werden kann. Der Vorgang des Vorwärtstreibens der drehbaren Spindel und das Anwenden von korrektem Drehmoment zwischen den Verbindungen der Bohrrohre wird wiederholt, um wirksam das Bohrgestänge zu verlängern. Das Bohrgestänge wird verlängert, bis der unterirdische Bohrweg einen gewünschten Abstand erreicht. Die Hauptfunktion der feststehenden Schraubstockanordnung 300 der Schraubstockvorrichtung 100 beim Anfangsbohrvorgang ist deshalb das Halten des Bohrgestänges in einer unbeweglichen Position, während ein neues Bohrrohr in Position gebracht und in das Bohrgestänge geschraubt wird.

III. Wirkungsweise der Schraubstockvorrichtung: Zurückziehen des Bohrgestänges

Der Herausziehvorgang umfasst das Zurückziehen des Bohrgestänges durch die Anfangsbohrung. Das Schubgestell 50 wird in Längsrichtung zurückbewegt, um das Bohrgestänge zurückzuziehen, bis eine erste Verbindung zwischen dem zuletzt hinzugefügten Bohrrohr und dem verbleibenden Bohrgestänge an dem mittleren Ort 302 angeordnet ist. An dieser Position klemmt die feststehende Schraubstockanordnung 300 das Bohrgestänge ein. Die drehbare Schraubstockanordnung 200 dreht im Uhrzeigersinn in eine geöffnete, nicht klemmende Position, klemmt das zuletzt hinzugefügte Bohrrohr an einer ersten Stelle, und dreht entgegen dem Uhrzeigersinn, um die Verbindung zwischen dem zuletzt hinzugefügten Bohrrohr und dem Bohrgestänge zu lösen. Danach öffnet sich die drehbare Schraubstockanordnung 200, um das zuletzt hinzugefügte Bohrrohr loszulassen. Das drehbare Getriebe 40 dreht zurück, während sich das Schubgestell zurückbewegt, um das zuletzt hinzugefügte Bohrrohr von dem Bohrgestänge zu trennen. Ist das zuletzt hinzugefügte Bohrrohr von dem Bohrgestänge getrennt, klemmt die drehbare Schraubstockanordnung 200 dass zuletzt hinzugefügte Bohrrohr an einer zweiten Stelle. Die Spindel 30 dreht sich rückwärts, um eine zweite Verbindung zwischen der Spindel 30 und dem zuletzt hinzugefügten Bohrrohr zu lösen. Ist die Verbindung gelöst und das zuletzt hinzugefügte Bohrrohr von der Spindel 30 getrennt, öffnet sich die drehbare Schraubstockanordnung 200 und das Bohrrohr wird entfernt. Um den Vorgang fortzusetzen, bewegt sich die Spindel 30 vorwärts, um sich mit dem noch durch die feststehende Schraubstockanordnung 300 eingeklemmten Bohrgestänge zu verbinden. Die Spindel wird mit dem Bohrgestänge mit dem korrekten Drehmoment verschraubt. Die feststehende Schraubstockanordnung 300 öffnet sich und das Bohrgestänge wird zurückgezogen, um den Lösevorgang zu wiederholen.
Demgemäss umfassen die Funktionen der Schraubstockvorrichtung 100 bei Herausziehvorgang das Lösen der ersten Verbindung zwischen dem Bohrgestänge und dem zuletzt hinzugefügten Bohrrohr, Halten des Bohrrohrs, während die zweite Verbindung zwischen dem Bohrrohr und der Spindel gelöst wird, und Halten des Bohrgestänges, während die Spindel wieder angebracht wird, um den Lösevorgang zu wiederholen.

IV. Strukturelle Beschreibung der Schraubstockvorrichtung

Die Schraubstockvorrichtung 100 wird in den Fig. 3-7 dargestellt. Ein Merkmal der Schraubstockvorrichtung 100 ermöglicht korrektes Positionieren der Schraubstockanordnungen 200, 300 in Bezug zueinander. Kennzeichnenderweise umfasst die feststehende Schraubstockanordnung 300 einen feststehenden Schraubstockmechanismus 305 und ein feststehendes Schraubstockgestell 310. Die drehbare Schraubstockanordnung 200 beinhaltet einen drehbaren Schraubstockmechanismus 205 und ein drehbares Schraubstockgestell 210. Wie in Fig. 3 und 3A dargestellt, sind Aufbauträger an vier Stellen angeordnet: ein Paar trägt die feststehende Schraubstockanordnung 300, und das andere Paar trägt die drehbare Schraubstockanordnung 200.
Jeder Aufbauträger 102 umfasst eine Seitenfläche 110. Die Seitenfläche 110 umfasst ein oberes Element 116 und ein unteres Element 118. Eine Oberseite 112 des oberen Elementes ist so gestaltet, dass die feststehenden Schraubstockgestelle 210 oder 310 fest angebracht werden können. Das untere Element 118 ist mit einer Bodenplatte 120 verbunden. Die Bodenplatte 120 ist so gestaltet, dass, wenn die Oberfläche 112 des oberen Elementes 116 an den Schraubstockgestellen 210 oder 310 befestigt ist und die Bodenplatte 120 mit dem unteren Element 118 zusammengeschraubt ist, die gesamte Anordnung 200 oder 300 auf den Gestellschienen 90 verschlossen oder gesichert ist. Walzen 114 sind in den Seitenflächen 110 angeordnet, um Freiraum zwischen den Gestellschienen 90 und den Seitenflächen 110 zu erhalten (s. Fig. 7).
Unterlagsplatten 122, ausgebildet in Form von flachen Platten, werden als Lager zwischen den Gestellrahmen 210, 310 und den Gestellschienen 90 (Fig. 7) verwendet. Unterlagsplatten 122 sind auch zwischen den Gestellschienen 90 und der Bodenplatte 120 angeordnet. Die Unterlagsplatten 122 können aus Lagermaterial wie beispielsweise Kunststoffen mit extrem hohem Molekulargewicht hergestellt werden. Diese Aufbauanordnung unterstützt die Schraubstockanordnungen 200 und 300, sich entlang der Gestellschienen 90 in Relation zueinander zu bewegen. Die relative Bewegung zwischen den Schraubstockanordnungen 200 und 300 wird erzielt durch ein Paar Abtrennungszylinder 104 (Fig. 4). Die relative Bewegung ist in einer Richtung parallel zu den Schienen 90. Die Abtrennungszylinder 104 sind an den Gestellrahmen 210 und 310 befestigt. Wie man bei einem Vergleich der Fig. 4 und 6 feststellen kann, steuern die Abtrennungszylinder 104 die Position der Schraubstockanordnungen 200 und 300 in Relation zueinander. Die Schraubstockanordnungen können sich beinahe berühren, wie in Fig. 6 dargestellt, oder können wesentlich getrennt sein, wie in Fig. 4 dargestellt. Dieses Merkmal ermöglicht die genaue Steuerung des Abtrennungsabstands für die Sichtbarkeit der Bohrgestängeverbindungen verschieden großer Bohrrohre.
Die drehbare Schraubstockanordnung 200 wird in Fig. 8, 9 und 10 genauer dargestellt. Der drehbare Gestellrahmen 210 der drehbaren Schraubstockanordnung 200 beinhaltet zwei parallele Seitenplatten 212 und 214, getrennt durch Endplatten 216. Die Seitenplatten 212 und 214 beinhalten beide ein bogenförmiges Kennzeichen oder Schlitz 218, welcher einen Aufbauort des drehbaren Schraubstockmechanismus 205 definiert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 und 11 beinhalten die Seitenplatten 212 und 214 des drehbaren Schraubstockgestells 210 Ösenabschnitte 512 und 514. Die Ösenabschnitte 512 und 514 bieten Unterstützung für eine drehbare Antriebswelle 518, die drehbare Antriebsgetriebe 516 (Fig. 11) unterstützt. Die Ösenabschnitte 512 und 514 bieten auch eine Aufbaufläche für einen drehbaren Antriebsmotor 520 und ein drehbares Getriebe 522 (Fig. 10). Der drehbare Antriebsmotor 520 und das drehbare Getriebe 522 drehen den drehbaren Schraubstockmechanismus 205 während eines Lösevorgangs.
Das feststehende Schraubstockgestell 312 der feststehenden Schraubstockanordnung 300 wird genauer in Fig. 12, 13, 14 und 15 dargestellt. Das feststehende Schraubstockgestell 310 ist ebenfalls durch Seitenplatten 312 und 314 definiert, die durch Endplatten 316 getrennt sind. Die Seitenplatten 312 und 314 beinhalten ebenfalls Schlitze 318, die einen Aufbauort des feststehenden Schraubstockmechanismus 305 definieren.
Die drehbare Schraubstockanordnung 205 und die feststehende Schraubstockanordnung 305 sind identisch. Wie in Fig. 16 und 18 dargestellt, umfassen die Schraubstockmechanismen 205, 305 ein nach außen gewölbtes Scherengelenk 130 und ein nach innen gewölbtes Scherengelenk 132, die an einer Hauptdrehverbindung 144 mit einem Hauptdrehstift 166 zusammenpassen. Die Hauptdrehverbindung 144 ist definiert durch ein Durchgangsloch in dem nach außen gewölbten Scherengelenk 130 und zwei koaxialen Löchern durch die Seiten des nach innen gewölbten Scherengelenks 132. Die Hauptdrehstift 160 geht durch diese Löcher hindurch und wird durch einen Sprengring 162 zurückgehalten. Eine Vielzahl von Rückhalteelementen kann benutzt werden, um den Stift in Position zu halten.
Die Scherengelenke 130 und 132 beinhalten weiter Befestigungspunkte für einen Hebezylinder 140. Der innere Hebezylinderbefestigungspunkt 164 ist auf dem nach innen gewölbten Scherengelenk 132 angeordnet, und ein äußerer Hebezylinderbefestigungspunkt 166 ist auf dem nach außen gewölbten Scherengelenk 130 angeordnet. Der innere Hebezylinderbefestigungspunkt 164ist durch zwei koaxiale Löcher in den Seiten des nach innen gewölbten Scherenstücks 132 definiert. Der Hebezylinder 140 endet mit einer Platte (nicht dargestellt) mit einem Durchgangsloch. Ein Stift 168 (am besten in Fig. 19A dargestellt) verläuft durch die Seiten des nach innen gewölbten Scherengelenks 132 und durch das Loch in der Zylinderplatte, um den Zylinder 140 an dem nach innen gewölbten Scherengelenk 132 zu sichern. Das gegenüberliegende Stangenende 174 des Hebezylinders 140 endet in einem inneren Joch 176. Das innere Joch passt über einen nach außen gewölbten Scherenabschnitt 131 des nach außen gewölbten Scherengelenks 130 an den Hebezylinderbefestigungspunkt 166. Ein Stift 170 passt durch das Joch 176 und den Scherenabschnitt 131, um das gegenüberliegende Stangenende 174 des Hebezylinders 140 an dem nach außen gewölbten Scherengelenk 130 zu sichern.
Die nach außen und nach innen gewölbten Scherengelenke 130, 132 grenzen eine Öffnung oder Tasche 600 ab, die so ausgebildet ist, dass sie das Bohrrohr aufnehmen kann. Gemäß den Grundlagen dieser Offenbarung sind die Taschen 600 der Schraubstockmechanismen 205, 305 angepasst, um eine Vielzahl von Bohrrohrgrößen oder Bohrkronen aufzunehmen. Dies wird erreicht durch die Verbindungsanordnung, die die Schraubstockmechanismen beispielsweise gemäß einer besonderen Bohrrohrgröße genau positioniert.
Die Position der Schraubstockmechanismen wird definiert durch die Position der Scherengelenke 130 und 132. Alle anderen Bestandteile arbeiten in Verbindung mit und entsprechend der Position der Scherengelenke 130 und 132. Die Scherengelenke 130 und 132 sind positioniert durch Betätigen des Hebezylinders 140 zusammen mit Positionierstiften oder Nocken 142. Insbesondere wird die Größe der Tasche 600 durch Betätigen des Hebezylinders 140 angepasst. Der Schraubstockmechanismus 205 und 305 hat vier Positioniernocken 142. Ein Paar Positioniernocken 142 ist angeordnet an gegenüberliegenden Seiten des nach aussen gewölbten Scherengelenks 130, und ein anderes Paar Positioniernocken ist angeordnet an gegenüberliegenden Seiten des nach innen gewölbten Scherengelenks 132.
Die Positioniernocken 142 des feststehenden Schraubstockmechanismus 305 arbeiten zusammen mit Positionierschlitzen 318 (Fig. 12) des feststehenden Schraubstockgestells 310. Diese Positioniernocken 142 greifen direkt in die Positionierschlitze 318 der Seitenplatten 312 und 314 (Fig. 12) ein.
Die Positioniernocken 142 des drehbaren Schraubstockmechanismus 205 greifen in Positioniermechanismusschlitze 192 eines drehbaren Positionierers 190, dargestellt in Fig. 20 und 21, ein. Der drehbare Positionierer 190 beinhaltet ein teilweise äußeres Getriebe 524 mit einer Drehmitte ungefähr gleich einer Mitte der durch die Scherengelenke des drehbaren Schraubstockmechanismus 205 abgegrenzten Tasche 600. Der drehbare Positionierer 190 beinhaltet weiter einen bogenförmigen Schlitz 194 an beiden Seiten 191 und 193 des drehbaren Positionierers 190. Die bogenförmigen Schlitze 194 greifen mit einem bogenförmigen Streifen 198 eines bogenförmigen Streifenträgers 196 ein, dargestellt in Fig. 22. Wie am besten in Fig. 8 und 9 dargestellt, ist der bogenförmige Streifenträger 196 so angeordnet, dass er mit Schlitz 218 des drehbaren Schraubstockgestells 210 zusammen wirkt. Der bogenförmige Streifenträger 196 passt in Schlitz 218 und grenzt eine räumliche Beziehung zwischen dem bogenförmigen Streifen 198 und dem drehbaren Schraubstockgestell 210 ab, um eine begrenzte Drehbewegung des Schraubstockmechanismus 205 zu ermöglichen. Der drehbare Schraubstockmechanismus 205 beinhaltet zwei bogenförmige Streifenträger 196 auf jeder Seite des Mechanismus. Beim Drehvorgang definieren die bogenförmigen Streifen 198 die Position des Drehpositionierers 190, und der Drehpositionierer 190 definiert die Position der Positioniernocken 142, um den Schraubstockmechanismus 205 auszurichten. Beim Klemmvorgang ist die Position des Schraubstockmechanismus 205 definiert durch die Scherengelenke 130 und 132.
Der Klemmvorgang der Schraubstockmechanismen 205 und 305 ist in Fig. 17, 18, 19a und 19b dargestellt. Fig. 17 zeigt eine Querschnittslinie 19-19, entlang welcher Fig. 19a und 19b betrachtet werden. Fig. 18 und 19a zeigen den Schraubstockmechanismus in einer geöffneten Position. Schraubstockmechanismen 205 und 305 beinhalten Klemmzylinder 138, die drehbar mit den Antriebsenden 178 der Scherengelenke 130 und 132 durch Drehstangen 150 verbunden sind. In der geöffneten Position sind die Klemmzylinder 138 zurückgezogen und der Hebezylinder 140 ist gestreckt. Die Öffnung des Schraubstockmechanismus ist größtmöglich zum Einsetzen von Bohrrohren oder einer Bohrkopfanordnung.
Fig. 19b zeigt den Schraubstockmechanismus in einer geschlossenen oder klemmenden Position mit einer kleinstmöglichen Öffnung. In der klemmenden Position sind die Einklemmzylinder 138 gestreckt und der Hebezylinder 140 ist zurückgezogen.
Schraubstockmechanismen 205 und 305 beinhalten weiter zwei verbundene Rückhalteanordnungen oder Zangenköpfe 134, die drehbar verbunden sind an Zangenkopfdrehverbindungen 146 mit Dreh-, Klemm- oder Übersetzungsenden 179 der Scherengelenke 130 und 132. Die Zangenkopfdrehverbindungen 146 sind definiert durch Durchgangslöcher in den Scherengelenken 130 und 132, entsprechend Löchern in dem Zangenkopf 134 und Drehwellen 172. Die Zangenköpfe 134 sind weiter drehbar verbunden mit jedem Einklemmzylinder 138 an Klemmzylinderdrehaufbauorten 148. Jeder Schraubstockmechanismus 205 und 305 beinhaltet weiter vier Schraubstockdruckplatten oder Greifelemente 136. Ein Greifelement ist auf jedem Scherengelenk 130 und 132 und auf jedem Zangenkopf 134 angeordnet. Mehr oder weniger Greifelemente können gemäß den offenbarten Grundlagen verwendet werden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Greifelemente 136 so angeordnet, dass die Greifelemente ein Bohrrohr beispielsweise in ungefähr 90 Grad Abständen berühren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 24 wird eine alternative Ausführungsform eines Schraubstockmechanismus 205', 305' dargestellt. Gleich den Schraubstockmechanismen 205, 305 beinhaltet die alternative Ausführungsform nach außen und nach innen gewölbte Scherengelenke 130' und 132', die jeweils ein Antriebsende 178' und ein Klemm-, Dreh- oder Übertragungsende 179' aufweisen. Klemmzylinder 138' sind drehbar verbunden mit Antriebselementen 178' der Scherengelenke 130', 132'. Das nach außen gewölbte Scherengelenk 130' hat eine Drehverbindung 146', welche an dem Klemmende 179' angeordnet ist. Eine Zange 134' ist drehbar verbunden mit einem nach außen gewölbten Scherengelenk 130' an der Drehverbindung 146'. Die Zange 134' ist ebenfalls drehbar verbunden mit dem Klemmzylinder 138' an einem Klemmzylinderdrehaufbauort 148'. Schraubstockdruckplatten oder Greifelemente 136' sind an jedem der Klemmenden 179' jedes Scherengelenks 130' und 132' und an der Zange 134' angeordnet.
In dieser alternativen Ausführungsform der Schraubstockmechanismen 205', 305' ist das Klemmende 179' des nach innen gewölbten Scherengelenks 132' mit einer Rückhalteanordnung oder Streckungsabschnitt 135 ausgestattet. Der Streckungsabschnitt 135 ist an dem Klemmzylinder 138' ähnlich einer Zange bei einem Klemmzylinderdrehaufbauort 148' befestigt. Der Streckungsabschnitt 135 beinhaltet einen Absatz 137, an welchem eine Schraubstockdruckplatte oder Greifelement 136' angeordnet ist. Dabei beinhaltet das nach innen gewölbte Scherengelenk 132' zwei Schraubstockdruckplatten oder Greifelemente 136' zum Berühren und Zurückhalten verschieden großer Rohre.
Selbstverständlich können die nach außen gewölbten Scherengelenke 130, 130' auch mit einem Streckungsabschnitt anstelle einer Zange zum Berühren und Zurückhalten verschieden großer Bohrrohre ausgestattet sein.
Während des Betriebs beinhaltet der Klemmprozess zuerst Zurückziehen des Hebezylinders 140 zum Positionieren der Scherengelenke 130 und 132 in einer Position, die die Öffnung des Schraubstockmechanismus maximiert. Zurückziehen des Hebezylinders 140 wird gesteuert durch ein Arbeitsfolgeventil (nicht dargestellt), welches eine Druckspitze bei vollständigem Zurückziehen des Hebezylinders 140 erfasst. Andere Verfahren zur korrekten Arbeitsfolge dieses ersten Schritts sind eingeschlossen. Bei Anwendungen mit verschieden großen Bohrrohren kann die Arbeitsfolge zum Beispiel durch Überwachen der Position der Scherengelenke im Bezug zur Oberfläche des Rohrs gesteuert werden. In der zurückgezogenen Position sind die auf jedem der Scherengelenke 130 und 132 angeordneten Greifelemente 136 wirksam positioniert, um ein Bohrrohr zu berühren.
Bei korrektem Positionieren der Scherengelenke, so dass die Greifelemente 136 eines jeden Scherengelenks in Berührung mit dem Bohrrohr sind, sind die Klemmzylinder 138 gestreckt. Das Strecken der Klemmzylinder 138 veranlasst den Zangenkopf 134 zum Drehen um eine Zangenkopfdrehverbindung 146. Beim Drehen der Zangenköpfe 134 verschieben sich die auf den Zangenköpfen 134 angebrachten Greifelemente 136, um das Bohrrohr zu berühren (s. Fig. 19b). In dieser Klemmposition sind die vier Greifelemente 136 in einem Abstand von ungefähr 90 Grad angeordnet, um das Bohrrohr sicher zu greifen. Aufgrund der Anfangsposition der Scherengelenke 130 und 132 und der Wirkungsweise der Schraubstockmechanismenverbindungsanordnung wird das Bohrrohr an mit ungefähr 90 Grad Abstand voneinander angeordneten Stellen um die Weite des Bohrrohrs ohne Rücksicht auf dessen Größe eingeklemmt. Durch Berühren der Weite des Bohrrohrs an ungefähr gleichen Zwischenabständen ist die angewandte Klemmkraft auf das Bohrrohr entsprechend gleichmäßig über die Weite angewandt.
In der bevorzugten Ausführungsform sind der Hebezylinder 140 und der Klemmzylinder 138 der drehenden und feststehenden Schraubstockanordnung 200 und 300 hydraulisch bedienbar. Unter Bezugnahme auf Fig. 4, 6, 11, 11A und 23 wird die Hydraulikflüssigkeit durch Hydroschläuche 187 transportiert, um den Klemmzylinder 138 mit hydraulischer Kraft zu versorgen. Hydraulikflüssigkeit wird ebenfalls durch Hydroschlauch 185 transportiert, um den Hebezylinder 140 mit hydraulischer Kraft zu versorgen. Im Hinblick auf die drehende Schraubstockanordnung 200 ist eine Aussparung 188 zwischen den Teilgetrieben 524 und dem drehbaren Positionierer 190 angeordnet (Fig. 23). Hydropassöffnungen 186, dargestellt in Fig. 20 und 23, sind auf einer Aussenfläche 195 und einer Innenfläche 197 des Drehpositionierers 190 angeordnet, um eine Hydroverbindung durch den drehbaren Positionierer 190 zu schaffen. Hydroverbindungsleitungen 185 und 187 (am besten in Fig. 11 und 11a dargestellt) können mit den Hydroöffnungen 186 und dem Hebezylinder 140 und Klemmzylindern 138 verbunden werden.
Wie in Fig. 11 und 11A dargestellt, sind flexible Hydroleitungen 187 mit einer Schottplatte 220 verbunden, die sich von dem drehbaren Schraubstockgestell 210 erstreckt. Die Hydroleitungen 187 werden innerhalb eines durch die inneren Abschnitte des Drehantriebsgetriebes 516 und der äußeren Peripherie der drehbaren Antriebswelle 518 geführt. Die Hydroleitungen 187 sind weiter durch die Aussparung 188 des drehbaren Positionierers 190 geführt, um die Hydropassöffnungen 186 zu verbinden. Wird der drehbare Positionierer 190 betätigt, was eine Winkelverschiebung der Hydroöffnungen 186 zur Folge hat, liegen oder bleiben die Hydroverbindungen 187 und 185 innerhalb der Aussparung 188, während der drehbare Positionierer 190 innerhalb seiner Grenzen dreht.
Zusätzlich zur Lieferung ausreichender Klemmkraft zu dem Bohrrohr liefert der drehbare Schraubstockmechanismus 205 ausreichend Drehmoment, um vorher verbundene Bohrrohre zu lösen. Lösedrehmoment wird hergestellt durch eine drehbare Schraubstockantriebsanordnung 500, dargestellt in Fig. 10 und 11.
Die drehbare Schraubstockantriebsanordnung 500 beinhaltet einen Hydromotor 520, der Leistung an ein Umlaufgetriebe 522 liefert. Das Umlaufgetriebe 522 liefert Drehkraft zu einer Antriebswelle 518. Ein auf der Drehantriebswelle 518 aufgebautes Drehantriebsgetriebe 516 trifft ein Teilgetriebe 524, welches in dem drehbaren Positionierer 90 ausgebildet ist (Fig. 20). Das Teilgetriebe 524 dreht einen drehbaren Schraubstockmechanismus 205 um die Mitte der Tasche 600 des Schraubstockmechanismus 205. Der Hydromotor 520 dreht das Drehantriebsgetriebe 516 mit relativ geringer Geschwindigkeit, aber mit bedeutendem Drehmoment. Das drehbare Antriebsgetriebe 516 treibt den drehbaren Positionierer 190 vorwärts über das Teilgetriebe 524entlang einem durch den bogenförmigen Streifen 198 definierten bogenförmigen Weg. Der bogenförmige Streifen 198 ist im wesentlichen konzentrisch mit der gedachten Mittellinie des Bohrrohrs. Demgemäss dreht sich der drehbare Schraubstockmechanismus 205, der mit dem drehbaren Positionierer 190 durch die drehbaren Positioniernocken 142 verbunden ist, um Lösedrehmoment zu einer Verbindung zwischen zwei Bohrrohren zu liefern.
Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Fähigkeit, die Schraubstockvorrichtung 100 entlang der Gestellanordnung 10 wie benötigt zu positionieren, um den Bohrprozess zu optimieren. Optimieren des Bohrprozesses erfordert eine Anordnung, die beispielsweise verschiedene Längen von Bohrrohr unterbringt.
Die Schraubstockvorrichtung 100 beinhaltet eine Längspositionieranordnung 400, die die Schraubstockvorrichtung 100 entlang der Gestellvorrichtung 10 in Längsrichtung bewegt. Wie in Fig. 2, 12, 14 und 15 dargestellt, ist die Längspositionieranordnung 400 auf einer Aufbauplatte 410, die an den Seitenplatten 314 des feststehenden Schraubstockgestells 310 befestigt ist, aufgebaut. Hydromotoren 412 sind auf der Aufbauplatte 410 aufgebaut und mit Getrieben 414 verbunden. Die Getriebe 414 treffen mit Gestellgetrieben 70 zusammen, die auf den Gestellschienen 90 befestigt sind. Diese Anordnung ermöglicht der Schraubstockvorrichtung 100, sich in Längsrichtung entlang den Gestellschienen 90, angetrieben durch die Hydromotoren 412, zu verschieben. Um die Ausrichtung und Positionierung der Schraubstockvorrichtung weiter zu optimieren, kann die drehbare Schraubstockanordnung 200 in Längsrichtung positioniert werden in Relation zu der feststehenden Schraubstockanordnung 300 durch den Abtrennungszylinder 104, wie bereits offenbart.
Die Schraubstockvorrichtung 100 gemäß den Grundlagen dieser Offenbarung wurde in erster Linie unter Bezug auf die vielen Vorteile in Verbindung mit dem Ansetzen und Lösen von Bohrrohrschraubverbindungen beschrieben, d. h. die Verwendung einer feststehenden Schraubstockanordnung und einer drehbaren Schraubstockanordnung. Es ist selbstverständlich, dass die Schraubstockvorrichtung auch aus einer einfachen Schraubstockanordnung bestehen kann, die das Ansetzen und Lösen eines Bohrrohrs in Verbindung mit einem drehbaren Antrieb unterstützt.
Die obenstehende Beschreibung, Beispiele und Daten geben eine vollständige Beschreibung der Herstellung und Verwendung der Zusammensetzung der Erfindung. Da viele Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, erläutern die nachfolgenden Ansprüche die Erfindung.

Claims

1. Schraubstockvorrichtung zur Verwendung beim horizontalen Bohren, wobei die Schraubstockvorrichtung umfasst:

a) Schraubstockanordnung, umfassend:

a) ein erstes Scherenelement;

b) ein zweites Scherenelement;

c) wobei das erste und zweite Scherenelement drehbar miteinander verbunden sind und eine Tasche abgrenzen;

d) das erste Scherenelement beinhaltet:

e) ein erstes Antriebsende; und

f) ein erstes Klemmende, wobei das erste Klemmende wenigstens einen ersten Kontaktbereich aufweist;

g) das zweite Scherenelement beinhaltet:

h) ein zweites Antriebsende; und

i) ein zweites Klemmende, wobei das zweite Klemmende einen zweiten Kontaktbereich aufweist;

j) einen ersten Zangenkopf, der mit dem ersten Scherenelement drehbar verbunden ist, wobei der erste Zangenkopf einen dritten Kontaktbereich aufweist.

2. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Klemmende des zweiten Scherenelementes weiter einen vierten Kontaktbereich umfasst.

3. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, welche weiter beinhaltet:
einen zweiten Zangenkopf, drehbar verbunden mit dem zweiten Scherenelement, wobei der zweite Zangenkopf einen vierten Kontaktbereich aufweist.

4. Schraubstockvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass

a) das erste und zweite Scherenelement drehbar verbunden sind und eine Tasche abgrenzen, die zur Aufnahme verschieden großer Rohre ausgebildet ist, und das erste und zweite Scherenelement jeweils ein Drehende und ein Antriebsende aufweisen, wobei die Drehenden des ersten und zweiten Scherenelementes den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich beinhalten, in dieser Reihenfolge;

b) eine erste Rückhalteanordnung vorgesehen ist, die angrenzend an das Drehende des ersten Scherenelementes angeordnet ist, wobei die erste Rückhalteanordnung einen dritten Kontaktbereich aufweist; und

c) eine zweite Rückhalteanordnung vorgesehen ist, die angrenzend an das Drehende des zweiten Scherenelementes angeordnet ist, wobei die zweite Rückhalteanordnung einen vierten Kontaktbereich aufweist.

5. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Rückhalteanordnung in Übereinstimmung mit der Drehbewegung des ersten und zweiten Scherenelementes drehen.

6. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubstockanordnung weiter umfasst:

a) einen ersten Antriebsmechanismus, welcher das erste und zweite Scherenelement von einer geöffneten zu einer geschlossenen Position bewegt; und

b) einen zweiten Antriebsmechanismus, drehbar verbunden mit:

a) dem Antriebsende des ersten Scherenelementes; und

b) der ersten Rückhalteanordnung;

c) einen dritten Antriebsmechanismus, drehbar verbunden mit:

a) dem Antriebsende des zweiten Scherenelementes; und

b) der zweiten Rückhalteanordnung;

d) dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und dritte Antriebsmechanismus dass erste und zweite Scherenelement sowie die entsprechenden Rückhaltestrukturen von einer ersten Position zu einer Klemmposition drehen.

7. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubstockvorrichtung umfasst:

a) eine erste Schraubstockanordnung; und

b) eine zweite Schraubstockanordnung;

a) die erste Schraubstockanordnung einen ersten Abschnitt eines Rohrs in einer unbeweglichen Position zurückhält; und

b) die zweite Schraubstockanordnung einen zweiten Abschnitt des Rohrs entsprechend dem ersten Abschnitt des Rohrs dreht.

8. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 7, welche weiter umfasst:
ein Getriebe wirksam verbunden mit der zweiten Schraubstockanordnung, wobei das Getriebe eine Drehmitte ungefähr übereinstimmend mit der Taschenmitte aufweist, das Getriebe die zweite Schraubstockanordnung um die Mitte der Tasche dreht.

9. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schraubstockanordnung und die zweite Schraubstockanordnung in Längsrichtung relativ zueinander bewegbar sind.

10. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 4, welche weiter umfasst:

a) einen ersten Antriebsmechanismus, der drehbar mit dem ersten Scherenelement und der ersten Rückhalteanordnung verbunden ist;

b) einen zweiten Antriebsmechanismus, der drehbar mit dem zweiten Scherenelement und der zweiten Rückhalteanordnung verbunden ist;

c) den ersten und zweiten Antriebsmechanismus, das erste und zweite Scherenelement und die erste und zweite Rückhalteanordnung, welche zusammenwirken, um eine Verbindungsanordnung zu schaffen, die verschieden große Rohre unterbringt, während Kontaktbereiche an ungefähr gleichen Zwischenabständen um Rohre jeder Größe beibehalten werden.

11. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in gleichem Abstand angeordnete Kontaktbereiche verschieden große Rohre in ungefähr 90 Grad Abständen berühren.

12. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubstockanordnung weiter an den ersten, zweiten, dritten und vierten Kontaktbereichen angeordnete Greifarme umfasst.

13. Schraubstockvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 4-12, welche umfasst:

a) eine erste Schraubstockanordnung mit einer ersten Tasche, ausgebildet zum Rückhalten eines ersten Abschnitts eines Rohrs in einer unbeweglichen Position;

b) eine zweite Schraubstockanordnung mit einer zweiten Tasche, ausgebildet zum Rückhalten eines zweiten Abschnitts des Rohrs;

c) ein mit der zweiten Schraubstockanordnung verbundenes Teilgetriebe, wobei das Teilgetriebe zum Drehen der zweiten Schraubstockanordnung um eine Mitte der zweiten Tasche ausgebildet ist, um den zweiten Abschnitt des Rohrs in Relation zum ersten Abschnitt des Rohrs zu drehen.

14. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahngetriebe ausgebildet ist zur Verbindung mit dem Teilgetriebe, wobei das Zahngetriebe das Teilgetriebe in wenigstens eine erste Richtung antreibt.

15. Schraubstockvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahngetriebe ausgebildet ist, um das Drehen der zweiten Schraubstockanordnung zu begrenzen.

16. Verfahren zum Klemmen eines Bohrelementes, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) Vorsehen einer Schraubstockvorrichtung, wobei die Schraubstockvorrichtung umfasst:

a) eine Scherenverbindung mit:

b) einem ersten Scherenelement, drehbar beweglich in Relation zu einem zweiten Scherenelement, wobei das erste und zweite Scherenelement eine Tasche abgrenzen; und

c) einem ersten Klemmelement, drehbar beweglich in Relation zu dem ersten Scherenelement;

b) Plazieren des Bohrelementes innerhalb der Tasche;

c) Drehen des ersten und zweiten Scherenelementes, um die Tasche um das Bohrelement zu schließen;

d) Drehen des ersten Klemmelementes in Relation zum ersten Scherenelement, um das Rohr in der Tasche einzuklemmen.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, welches weiter umfasst:
Anpassen der Tasche der Scherenverbindung zum Unterbringen einer ausgewählten Größe eines Bohrelementes.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anpassen der Tasche das Betätigen eines drehbar mit dem ersten und zweiten Scherenelement verbundenen Positionierzylinders umfasst.

19. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Drehens des ersten Klemmelementes das Betätigen eines ersten Klemmmechanismus umfasst, wobei der erste Klemmmechanismus drehbar verbunden ist mit dem ersten Scherenelement und dem ersten Klemmelement.

20. Verfahren gemäß Anspruch 16, welches weiter umfasst:
Berühren des Bohrelementes an ungefähr gleichen Zwischenabständen, um eine gleichmäßig verteilte Klemmkraft anzuwenden.