DE19641083A1 - Flüssigkeitsgesteuerte Sicherungszange und Verfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Sicherungszangen eines Typs, der ge­ wöhnlich verwendet wird, um ein Ölfeld-Bohrgestänge zu greifen, das in ein Kohlenwasserstoff-Bohrloch führt. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Sicherungszange, die einen durch einen hydraulischen Zylinder gesteuer­ ten Keil beinhaltet.

Sicherungszangen sind als Werkzeuge bekannt, die bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoff eingesetzt werden. Typischerweise greifen und drehen Drehzangen ein oberes Ölfeld-Bohrgestänge, um eine Schraubverbindung her­ zustellen oder zu lösen, während Sicherungszangen das untere Ölfeld- Bohrgestänge greifen, um dessen Rotation durch die Antriebszange zu ver­ hindern. Unter der Annahme, daß ein unteres Ölfeld-Bohrgestänge fest ge­ dreht ist, liefert die Sicherungszange oft die Konstruktion, die die Rotation der Antriebszange verhindert. Eine Belastungszelle zwischen der Sicherungs­ zange und der Drehzange kann so das Drehmoment der Verbindung bestim­ men. Gewöhnlich werden im Ölfeld-Betrieb manuelle Sicherungszangen an­ gewandt, obwohl zunehmend flüssigkeitsgesteuerte Sicherungszangen ver­ wendet werden, um Zeit beim Herstellen und Lösen von Schraubverbindun­ gen zu sparen. Im Idealfall gewährleistet die Sicherungszange, daß das Ge­ stänge gleichmäßig und sicher gegriffen wird, ohne daß das Gestänge durch eine übermäßige Greifkraft beschädigt wird. Eine frühe Version einer Dreh­ zange, die mit mit einer Sicherungszange zusammenarbeitet, ist in der US-PS 2 639 894 dargelegt.

Herkömmliche Sicherungszangen haben einen oder mehrere hydraulische Zy­ linder verwendet, um Haltevorrichtungen in Greifkontakt mit dem Bohrge­ stänge zu versetzen. US-PS 4 649 777 offenbart eine Sicherungszange mit drei Greifvorrichtungen, die jeweils von einer hydraulischen Zylinder- Anordnung angetrieben werden. Vorher ist ein durch einen hydraulischen Zylinder angetriebener Keil verwendet worden, um den gewünschten mecha­ nischen Nutzen zu erzielen. Herkömmliche Sicherungszangen sind jedoch in der Regel komplex mit zahlreichen beweglichen Teilen. Außerdem sind einige Sicherungszangen nicht so konzipiert, daß die Haltevorrichtungen das Bohr­ gestänge gleichmäßig greifen, wodurch das Bohrgestänge beschädigt oder auf andere Weise beeinträchtigt wird. Bei der Gewinnung von Kohlenwasserstof­ fen werden zunehmend Ölfeld-Bohrgestänge verwendet, die eine Chrom- oder eine andere Schutzvergütung aufweisen, sowie Bohrgestänge, die nicht aus Ferro-Materialien bestehen. Daher sind sowohl Drehzangen, wie auch Siche­ rungszangen, die das Bohrgestänge nicht beschädigen, erwünscht und auch lange gefordert worden.

Ein Problem, das die Gewinnung von Kohlenwasserstoffen lange beeinträch­ tigt hat, ist eine Schwierigkeit, die mit dem zuverlässigen Verbinden und Lö­ sen der Gestänge in einem Zweifach-Bohrgestänge zusammenhängt. Zwei­ fach-Bohrgestänge liegen typischerweise in Kernen von sechs Inch vor, und für die meisten Sicherungszangen ist es erforderlich, daß das Bohrgestänge ausgedehnt wird, damit die Sicherungszange zwischen den beiden Gestängen plaziert werden kann. Das Ausdehnen der Gestänge bei jeder Herstellung ei­ ner Verbindung erfordert zusätzlich Zeit. Damit die Gestänge zum Anpassen der Sicherungszange und der Drehzange hinreichend ausgedehnt werden kön­ nen, müssen darüberhinaus die Zangen in der Regel hoch oberhalb der Bohr­ plattform angebracht sein, was die verschraubten und unverschraubten Ver­ bindungen schwieriger und zeitaufwendiger gestaltet.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des bisherigen Stan­ des der Technik zu überwinden. Im Folgenden wird eine verbesserte und ziemlich einfache, jedoch sehr zuverlässige gesteuerte Sicherungszange of­ fenbart, die diese und andere Probleme, die in Verbindung mit herkömmlichen Zangen auftreten, überwindet.

Eine geeignete Ausführungsform einer angetriebenen Sicherungszange nach den Prinzipien der Erfindung beinhaltet einen einzelnen flüssigkeitsgesteuer­ ten Zylinder, der zwischen oberen und unteren Abdeckplatten angeordnet ist, die Teil des Rumpfes der Sicherungszange sind. Ein im allgemeinen V-förmiger Keil ist auf dem Stangenende der hydraulischen Zylinderanordnung montiert, und die Zylinderanordnung ist so angeordnet, daß die Ausdehnung des Stangenendes den Keil vom Bohrgestänge wegtreibt. Ein Paar von Ver­ bindungsstücken auf den gegenüberliegenden Seiten der Zangenmittelachse ist jeweils schwenkbar auf dem Zangenrumpf montiert und wird durch den Keil zwischen einer Rohrfreigabeposition und einer Rohrgreifposition bewegt. Eine Türbacke ist schwenkbar auf jedem Verbindungsstück angebracht. Das Paar von Türbacken bewegt sich jeweils zwischen einer geöffneten Position, um die Sicherungszange seitlich zum Rohr hin und davon weg zu bewegen, und einer geschlossenen Position, in der die freitragenden Enden der Türbac­ ken verschlossen werden können.

Die Sicherungszange beinhaltet drei Haltevorrichtungen, die in einem Winkel von mehr als 90° am Bohrgestänge anliegen, wodurch insgesamt ein Greifum­ fang von 270° gewährleistet ist. Auf jeder der beweglichen Türbacken ist ei­ ne Haltevorrichtung montiert. Eine dritte Haltevorrichtung wird auf einer dritten Backe bereitgestellt, die entweder am Zangenrumpf befestigt oder eingeschränkt beweglich in Bezug auf den Zangenrumpf ist und gegenüber dem geöffneten Maul der Zange in Bezug auf das von den Haltevorrichtungen gegriffene Bohrgestänge angeordnet ist. Die dritte Haltevorrichtung kann durch das Zylinderende der hydraulischen Zylinderanordnung in Kontakt mit dem Bohrgestänge gebracht werden.

Nach der Methode der Erfindung befinden sich die Türbacken zu Beginn in ihrer geöffneten Position, so daß die Sicherungszange seitlich zum Bohrge­ stänge hin und davon weg sowie in Kontakt mit der dritten Backe bewegt werden kann. Die Türbacken sind dann geschlossen und miteinander verbun­ den durch einen Verschlußstift. Keine der drei Haltevorrichtungen steht zu diesem Zeitpunkt in vollem Kontakt mit dem Bohrgestänge, wodurch ein leichtes Verschließen der Türbacken erzielt wird. Die hydraulische Zylinder­ anordnung kann dann bei einem gewählten hydraulischen Druck aktiviert werden, wodurch der Keil vom Rohr wegbewegt und jedes Verbindungsstück von der Zangenmittelachse nach außen getrieben wird. Diese Schwenkbewe­ gung der Verbindungsstücke bringt jede der Türbacken in Kontakt mit dem Bohrgestänge. Die Aktivierung des Zylinders drückt gleichzeitig die dritte Backe in Kontakt mit dem Bohrgestänge. Der Winkel des Keils und die Ver­ tiefung des Materials zwischen der Zylinderanordnung und der dritten Hal­ tevorrichtung können so gewählt werden, daß für jede der drei Haltevorrich­ tungen die gewünschte Kompressionskraft auf das Bohrgestänge erzielt wird. Die hydraulische Zylinderanordnung kann dann den Keil zurückführen, um die Haltevorrichtungen vom Greifkontakt mit dem Bohrgestänge zu lösen. Der Verschlußstift kann dann gelöst und die Türbacken in ihre geöffnete Po­ sition bewegt werden, wodurch die Sicherungszange seitlich vom Bohrgestän­ ge wegbewegt werden kann.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sicherungszange bereitzustellen, die einen durch eine Flüssigkeits-Zylinderanordnung ange­ triebenen Keil verwendet, um gleichzeitig verschiedene Haltevorrichtungen in Greifkontakt mit dem Bohrgestänge zu versetzen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine verbesserte Sicherungszange bereitzustellen, die relativ weni­ ge bewegliche Teile besitzt und die eine Ausführung hat, in der die Haltevor­ richtungen zum Greifen des Bohrgestänges angemessen ausgerichtet werden können, ohne daß das Bohrgestänge beschädigt oder zerstört wird.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß eine Sicherungszange drei Haltevorrichtungen beinhalten kann, wobei zwei der Haltevorrichtungen an gegenüberliegenden Türbacken bereitgestellt werden, die geöffnet und um das Bohrgestänge geschlossen werden können. Die Türbacken können geschlossen und die freitragenden Enden strukturell miteinander verbunden werden. Eine dritte Haltevorrichtung steht bevorzugt gegenüber der Öffnung der Siche­ rungszange in Bezug auf das Ölfeld-Bohrgestänge zur Verfügung.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Sicherungszan­ ge mit einem Paar von Verbindungsstücken bereitzustellen, die jeweils in Be­ zug auf den Zangenrumpf schwenken. Die Verbindungsstücke werden bewegt in Reaktion auf eine geradlinige Bewegung des Keils, der durch die In­ gangsetzung der Zylinderanordnung getrieben wird, wodurch jede der Halte­ vorrichtungen in Greifkontakt mit dem Bohrgestänge versetzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die hydraulische Zylinder­ anordnung und der Keil so angeordnet, daß sich der Keil vom Ölfeld- Bohrgestänge wegbewegt und sich jede der Haltevorrichtungen seitwärts von der Mittelachse der Sicherungszange wegbewegt, wenn die Haltevorrichtun­ gen in Greifkontakt mit dem Bohrgestänge versetzt werden.

Es ist ein Vorzug der vorliegenden Erfindung, daß die Sicherungszange beim Greifkontakt mit dem Bohrgestänge ein im wesentlichen vollständiges Um­ fassen gewährleistet. Durch die Verwendung von Haltevorrichtungen mit ex­ trem feinen Zähnen können von der Sicherungszange hohe Greifkräfte beim Greifkontakt mit dem Bohrgestänge erzielt werden. Es ist ein weiterer Vor­ zug der Erfindung, daß die Sicherungszange so konstruiert ist, daß die Zange leicht dazu verwendet werden kann, um Doppel-Bohrgestänge auf relativ kleinem Raum bei einem minimalen seitlichen Spreizen der Bohrgestänge zu­ sammenzusetzen und zu lösen.

Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden offenbar durch die detaillierte Beschreibung, worin Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht von oben einer Ausführungsform der Siche­ rungszange anhand der Prinzipien der Erfindung und zeigt die hydraulische Zylinder-Anordnung der Sicherungszange in der Po­ sition der Gestängefreigabe. Die obere Türbacke ist in geschlos­ sener Position gezeigt und die untere Türbacke in einer geöffne­ ten Position, um die Sicherungszange seitlich zum Gestänge hin und vom Gestänge weg zu führen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Steuerzange, wie in Fig. 1 durch die Linien 2-2 gezeigt.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht von oben einer Sicherungszange ähnlich der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Zange. Die hydraulische Zylinder- Anordnung ist aktiviert, um die Haltevorrichtungen in Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge zu bringen.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht von oben einer alternativen Ausführungsform einer Sicherungszange anhand der Prinzipien der Erfindung. Die Sicherungszange oberhalb der Mittelachse in Fig. 4 wird gezeigt im Greifkontakt mit dem Bohrgestänge, während die Sicherungs­ zange auf der Unterseite der Zangenmittelachse in Position der Gestängefreigabe gezeigt wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Sicherungszange 10 anhand der Prinzipien der Erfindung. Der Zangenrumpf 12 beinhaltet obere und untere Abdeckplatten 14 bzw. 16, die strukturell getrennt werden durch ein Paar von Verbindungsstiften 18 und 20 am Vorderende der Sicherungs­ zange und durch einen hinteren Lagerblock 22 mit einem Paar von Siche­ rungsstiften 24 und 26 am Hinterende der Zange. In der Darstellung von Fig. 1 ist die obere Abdeckplatte 14 entfernt, und die Konfiguration der struktu­ rell identischen unteren Abdeckplatte wird daher teilweise durch die gestri­ chelten Linien in Fig. 1 gezeigt. Der gekrümmte Vorderabschnitt 15 von jeder Platte 14 und 16 ist so gestaltet, daß das Bohrgestänge T von der Zange auf­ genommen werden kann. Außerdem kann der Zangenrumpf 12 mit Seitenplat­ ten zwischen den Abdeckplatten ausgestattet werden, obwohl Zangenseiten­ platten, die die inneren Komponenten vollständig im Zangenrumpf einschlie­ ßen, hinreichend weit von der Mittelachse 28 entfernt sein müssen, um der Bewegung der Verbindungsstücke Rechnung zu tragen, wie in Fig. 3 gezeigt.

Ein Paar von Verbindungsstücken 30 und 32 ist jeweils auf dem Zangenrumpf 12 auf den gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse und zwischen den Plat­ ten 14 und 16 montiert, wie in Fig. 2 gezeigt. Jedes Paar von Verbindungs­ stücken kann eine obere Verbindungsplatte 34 und eine untere Verbindungs­ platte 36 enthalten. Die Verbindungsplatten sind an ihrem Vorderende verti­ kal getrennt durch einen Backenblock bzw. eine Türbacke 38, 40 und an ih­ rem Hinterende durch ein Paar von Walzen 42, die jeweils auf einem Stift 44 montiert sind, der sich zwischen den Verbindungsplatten 34 und 36 er­ streckt. Jedes der Verbindungsstücke 30 und 32 schwenkt in Bezug auf den Zangenrumpf 12 um den Verbindungsschwenkstift 18 bzw. 20. Jede der Tür­ backen 38 und 40 ist auf einem Verbindungsstück 30 bzw. 32 schwenkbar montiert durch eines der Paare von Backenschwenkstiften 46, 48, die sich zwischen einem Paar von Verbindungsplatten 34 bzw. 36 erstrecken. Das Hinterende 50 jeder Türbacke ist somit zwischen einem Paar von Verbin­ dungsplatten 34 bzw. 36 angeordnet. Das freitragende Vorderende 52 jeder Türbacke ist mit einem Verriegelungselement 54 versehen, das eine Öffnung 56 hat, um einen Verschlußstift 58 aufzunehmen. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, besitzt die Türbacke 40 obere und untere Verriegelungselemente, und daher paßt ein einzelnes Schnappelement auf der Backe 38 in die Vertiefung 60 zwischen diesen Elementen, so daß die Öffnungen 56 in jeder dieser Türbac­ ken ausgerichtet werden können, um einen gemeinsamen Sperrstift aufzu­ nehmen.

Fig. 1 zeigt Backe 40 in geöffneter Position und Backe 38 in geschlossener Position. Der mit der Technik Vertraute sieht leicht, daß in der Praxis beide Türbacken 38 und 40 geöffnet werden können, so daß die Sicherungszange seitlich bewegt werden kann, um an das Ölfeld-Bohrgestänge T, das vertikal durch das Bohrloch verläuft, herangeführt oder davon wegbewegt zu werden. Auf jeder der Türbacken 38, 40 ist eine Haltevorrichtung 62, 64 montiert, und es steht eine weitere Haltevorrichtung 66 zur Verfügung, die auf der Backe 68 gegenüber dem geöffneten Maul der Sicherungszange montiert ist. Der mit der Technik Vertraute wird zu schätzen wissen, daß die Zange in einer Linie mit der Zangenmittelachse 28 an das Bohrgestänge herangeführt und davon wegbewegt werden kann. Ist die Sicherungszange so positioniert worden, daß das Bohrgestänge T an der Haltevorrichtung 68 anliegt, können beide Türbacken 38 und 40 geschlossen und ein Stift 58 durch die Öffnungen 56 in das Paar von Türbacken eingesetzt werden, so daß die miteinander ver­ bundenen Backen und der Zangenrumpf das Bohrgestänge T vollständig um­ schließen. Es ist einzusehen, daß jede der Backen 62 und 64 in dieser Positi­ on typischerweise nicht am Bohrgestänge anliegt, und daß statt dessen eine kleine Lücke zwischen den Backen 62, 64 und dem Bohrgestänge T vorhan­ den ist, wodurch das Schließen der beiden Türbacken 38, 40 und das Positio­ nieren des Stiftes 58 zum Miteinanderverbinden dieser Backen erleichtert wird. In Fig. 1 ist daher eine kleine Lücke zwischen der geschlossenen Tür­ backe 62 und dem Bohrgestänge T dargestellt. Während dieses Vorgangs ver­ bleibt der Zylinder in seiner eingezogenen Position, wie in Fig. 1 gezeigt.

Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, steht eine flüssigkeitsgesteuerte Zylinderanord­ nung 72 zwischen den Abdeckplatten 14 und 16 und seitlich zwischen den Verbindungsstücken 30 und 32 zur Verfügung. Bevorzugt wird eine Mitte­ lachse der Zylinderanordnung 72 an der Mittelachse 28 der Zange ausgerich­ tet. Der Zylinderabschnitt 74 der Zylinderanordnung kann strukturell an den oberen und unteren Abdeckplatten 14 und 16 gesichert werden durch her­ kömmliche Sicherungselemente (nicht gezeigt). Die Zylinderanordnung ist mit einem Stangenende 76 versehen, auf dem ein Keil 80 angebracht ist. Das Stangenende und der Keil können geradeaus entlang der Mittelachse 28 der Zange bewegt werden, und beide sind bevorzugt so angeordnet, daß die Stan­ ge 76 aus dem Zylinderrumpf 74 herausfährt, um den Keil 80 vom Bohrge­ stänge wegzubewegen, wenn die Zylinderanordnung 72 aktiviert wird, um das Bohrgestänge zu greifen. Der Keil 80 ist mit sich verjüngenden Nockenflä­ chen 82 und 84 versehen, die jeweils eine auf dem Hinterende des betreffen­ den Verbindungsstückes 30, 32 montierte Walze 42 in Gang setzen, wenn die Zylinderanordnung aktiviert wird. Der Keil 80 schwenkt somit die Verbin­ dungsstücke 30 und 32 um die Schwenkstifte 18 und 20 und betreibt jedes der Verbindungsstücke 30 und 32 außerhalb der Mittelachse 28, wie in Fig. 3 gezeigt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Zylindergehäuse 72 an den Zangenplatten 14, 16 befestigt, und die Backe 68 ist in ähnlicher Weise zwischen den Abdeckplatten 14 und 16 befestigt. Nach einer anderen Ausführungsform, wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Zylinderanord­ nung 72 zwischen den Zangenplatten 14 und 16 angeordnet, so daß sie auf der Mittelachse 28 verbleibt, obwohl sich die Zylinderanordnung frei in einer Richtung entlang der Mittelachse 28 bewegen kann. Nach dieser alternativen Ausführungsform, wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Backe 68 in ähnlicher Weise zwischen den Abdeckplatten 14 und 16 montiert, so daß eine eingeschränkte Bewegung der Backe 68 entlang der Achse 28 möglich ist. In dieser Ausfüh­ rungsform ist eine federnde Hülse 86 auf einem Stift 88 montiert, der sich zwischen den Abdeckplatten 14 und 16 erstreckt. Stift 88 ist an der Backe 68 befestigt und gleitet in einem kurzen Schlitz (nicht abgebildet) in den obe­ ren und unteren Abdeckplatten 14 und 16, um eine eingeschränkte Bewegung der befestigten Backe 68 zu ermöglichen und somit auch der sich darauf be­ findenden Haltevorrichtung 66 entlang der Mittelachse 28. Während der Ak­ tivierung der Zylinderanordnung 72 kann der Zylinderrumpf 70 gegen die federnde Hülse 86 pressen, während der Keil 80 gleichzeitig die Verbin­ dungsstücke nach außen treibt, wie in Fig. 3 gezeigt. Läßt man zu, daß das Hinterende der Zylinderanordnung 72 gegen die federnde Hülse 86 drückt, so ist eine eingeschränkte Bewegung der Backe 68 möglich, wodurch sich die Haltevorrichtung 66 leicht bewegen kann, um ihre Greifkraft auf das Bohrge­ stänge T zu erhöhen.

Sobald die Zylinderanordnung 72 aktiviert worden ist, kann festgestellt wer­ den, daß die seitliche Bewegung der Verbindungsstücke 30 und 32 beide Tür­ backen 38 und 40 nach innen auf die Mittelachse 90 des Bohrgestänges T zuführt, wobei jede der Backen 62, 64 und 66 in Greifkontakt zum Bohrge­ stänge T versetzt wird. Während dieses Vorganges fungiert der Stift 58 auch als Scharnier, das es den Haltevorrichtungen 62, 64 und 66 erlaubt, einen fe­ sten Greifkontakt mit dem Bohrgestänge T zu erreichen, ohne daß das Bohr­ gestänge beschädigt oder zerstört wird. Für den Greifkontakt können relativ feine Zähne auf jeder der Haltevorrichtungen 62, 64 und 66 vorgesehen wer­ den. Bevorzugt nimmt jede der Haltevorrichtungen 62, 64 und 66 eine Um­ fangslänge von mindestens 90° zum Anliegen am Bohrgestänge in Anspruch, so daß der Umfang der drei Haltevorrichtungen beim Anliegen am Bohrge­ stänge mehr als 270° beträgt, und bevorzugt mehr als 300°, wenn die Halte­ vorrichtungen das Bohrgestänge greifen, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Ausführung der hier beschriebenen Sicherungszange führt unter Verwendung einer einzel­ nen Zylinderanordnung zu einem sehr festen Greifen des Bohrgestänges und umfaßt wenige bewegliche Teile.

Die Zylinderanordnung 72 kann entweder aktiviert werden in Reaktion auf Luft oder in Reaktion auf hydraulische Flüssigkeit, obwohl bevorzugt hy­ draulische Flüssigkeit zum Aktivieren der Zylinderanordnung verwendet wird. Wenn Druck auf die Zylinderanordnung 72 ausgeübt wird, fährt die Stange 76 aus dem Zylinderrumpf 74 heraus, so daß der Keil jede der beiden Verbindungsstücke seitwärts nach außen treibt und die Türbacken um das Bohrgestänge schließt. Um die Sicherungszange 10 vom Greifkontakt mit dem Bohrgestänge zu lösen, wird der Zylinderanordnung 72 hydraulische Flüssig­ keit zugeführt, um die Stange 76 einzufahren und den Keil in die Position zurückzusetzen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Stift 58 kann dann leicht von den Türbacken 38, 40 entfernt und die Türen in eine geöffnete Position bewegt werden, so daß die Zange seitwärts vom Bohrgestänge T wegbewegt werden kann.

Wird die Zylinderanordnung so positioniert, daß der Keil 80 sich beim Grei­ fen des Bohrgestänges T vom Bohrgestänge wegbewegt, ist der mechanische Nutzen der Verbindungsstücke 30 und 32 maximiert, ohne daß sich die Zange vergrößert. Die Schwenkstifte 18 und 20 werden somit bevorzugt in Richtung Vorderende des Zangenrumpfes 12 plaziert, und Kraft wird auf das Hinte­ rende der Verbindungsstücke 30 und 32 durch den Keil 80 ausgeübt. Das Vorderende von Verbindungsstück 30 und 32 wird somit in Richtung Mitte­ lachse 28 gedrängt. Die Türbacken 38 und 40 sind schwenkbar mit dem Vor­ derende der Verbindungsstücke verbunden, und werden somit in Richtung Zentralachse 90 des Bohrgestänges T bewegt, um die Haltevorrichtungen in festen Greifkontakt mit dem Bohrgestänge T zu bringen. Außerdem erlaubt die in Fig. 3 gezeigte Anordnung, daß sowohl die Zylinderstange 76 als auch der Zylinderrumpf 74 funktionell verwendet werden können, um den festen Greifkontakt der Haltevorrichtungen mit dem Rohr zu unterstützen, wie oben erläutert.

Der Block 22 dient auch als Hemmung für die Inanspruchnahme des Endes 92 des Keils 80, womit die Ausübung einer zu großen Greifkraft auf das Bohr­ gestänge T verhindert wird. Der mit der Technik Vertraute wird zu schätzen wissen, daß die Nockenseiten 82 und 84 des Keils 80 so konfiguriert werden können, daß die von den Haltevorrichtungen 62 und 64 ausgeübte Greifkraft vergrößert oder verkleinert werden kann. Aufgrund des wesentlichen Vor­ teils, der durch die hier beschriebene Anordnung der Verbindungsstücke 30 und 32 entsteht, kann jeder dieser auf der vorliegenden Erfindung basieren­ den Nockenkeile einen beträchtlich großen Nockenwinkel besitzen, der zwi­ schen 20° und 40° in Bezug auf die Mittelachse 28 der Sicherungszange liegt. Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Nockenwinkel der Seiten 82 und 84 des Keils 80 zwischen 27° und 33° in Bezug auf die Mittelachse 28 der Sicherungszange ausgelegt.

Ein bedeutender Vorteil der in Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen besteht darin, daß die Zange 10 betrieben werden kann, auch wenn wenig Platz vorhanden ist zwischen dem Bohrgestänge T und einem anderen Bohr­ gestänge, das entweder an der Türbacke 38 bzw. der Türbacke 40 anliegen oder sich zwischen den Stiften 58 und 46 bzw. 48 befinden kann. Die in Fig. 1 und 3 gezeigte Zange kann somit seitlich bewegt werden, um ein Bohrge­ stänge zu umfassen, während ein zweites Bohrgestänge T2, wie durch gesti­ chelte Linien in Fig. 3 gezeigt, angrenzend am gegriffenen Bohrgestänge vor­ handen ist. Mindestens eine und bevorzugt beide der Türbacken 38 und 40 ist so gestaltet, daß die Türbacke einen relativ kleinen Rumpfabschnitt zwi­ schen der Schwenkeinrichtung 46 bzw. 48 und der Türverschlußvorrichtung 58 besitzt. Der relativ dünne Abschnitt der Türbacke hat eine Dicke, die un­ ter 3 Inch liegt, und bevorzugt unter 2,5 Inch, so daß sich ein anderes Bohr­ gestänge unmittelbar außerhalb der geschlossenen und gesperrten Türbacke befinden kann, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Sicherungszange 10 ist somit gut geeignet für den Gebrauch an Doppel-Bohrgestängen, bei denen der seitliche Abstand zwischen den Doppel-Bohrgestängen sechs Inch oder wenig mehr als sechs Inch beträgt. Diese Ausführung erlaubt es dementsprechend, die Zange leicht zum Bohrgestänge hin und davon weg zu bewegen, wie hier be­ schrieben.

Fig. 4 offenbart eine alternative Ausführungsform einer Sicherungszange 110 mit einem Zangenrumpf 112, der obere und untere Zangenplatten umfaßt, wie oben beschrieben. Wieder ist die obere Zangenplatte in Fig. 4 entfernt wor­ den, und der Umriß der unteren Zangenplatte 116 dargestellt.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Zylinderanordnung 172 im Rumpf 112 montiert mit dem am hinteren Auflageblock befestigten Zylindergehäuse 174. Das Stangenende 176 springt somit nach innen zum Bohrgestänge T hin vor, wenn die Zylinderanordnung aktiviert wird, um in Greifkontakt mit dem Bohrgestänge zu treten. Ein Paar von Verbindungsstücken 130 und 132 steht zur Verfügung auf den gegenüberliegenden Seiten der Zangen-Mittelachse 128 und schwenkt um Schwenkstifte 118 und 120, die zwischen den Zangenplat­ ten gesichert sind. Der Keil 180 am Ende der Stange 176 beinhaltet ein Paar von ersten sich verjüngenden Flächen 181 und 183, die einen sehr hohen Nockenwinkel besitzen, um die Haltevorrichtungen in einen ersten Greifkon­ takt mit dem Rohr zu versetzen. Der Keil 180 besitzt außerdem ein Paar von unteren Nockenwinkelflächen 182 und 184, deren Funktion darin besteht, die Haltevorrichtungen in den endgültigen Greifkontakt mit dem Rohr zu verset­ zen. In einer passenden Ausführungsform können die Flächen 181 und 183 in einem Winkel von ungefähr 45° in Bezug auf die Mittelachse 128 angeordnet werden, während die Flächen 182 und 184 jeweils in einem kleineren und da­ mit kräftigeren Nockenwinkel zwischen 6° und ungefähr 10° geneigt sind.

Eine Walze 142 ist am Hinterende jedes Verbindungsstückes 130 und 132 befestigt und beeinflußt den Keil 180 in einer Weise, wie sie früher für die Walzen 42 beschrieben worden ist. Wenn die Zylinderanordnung 172 akti­ viert wird, treibt der Keil das Hinterende jedes Verbindungsstückes 130, 132 seitlich nach außen von der Mittelachse weg, schwenkt dabei jedes Verbin­ dungsstück um einen Stift 118 bzw. 120 und versetzt jede der Haltevorrich­ tungen 162 und 164 in Greifkontakt mit dem Bohrgestänge T.

Der Kopf 168 ist am Zangenrumpf befestigt und stützt die daruf befindliche Haltevorrichtung 166. Ein Backenblock 139 und 141 ist schwenkbar auf dem Vorderende jedes der Verbindungsstücke 130 und 132 montiert mit einem Stift 139 bzw. 141. Der Stift erlaubt eine leichte Rotation jedes der Backen­ blöcke 139 und 141, wodurch gewährleistet ist, daß jede Haltevorrichtung 162 und 164 für den Greifkontakt mit dem Bohrgestänge vollkommen ausge­ richtet wird. Durch die Möglichkeit, daß jede Haltvorrichtung 162 und 164 leicht schwenken kann in Bezug auf das Verbindungsstück 130 bzw. 132, kann jede der drei Haltevorrichtungen 162, 164 und 166 für den Greifkontakt mit dem Bohrgestänge angemessen ausgerichtet werden, ohne daß das Bohr­ gestänge beschädigt oder zerstört wird.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführung ist gut geeignet für Zangen, die für den Umgang mit Bohrgestängen von großem Durchmesser gedacht sind, sofern Platz für größere Backen vorhanden ist. Der Vorteil der in Fig. 4 gezeigten Ausführung besteht darin, daß die Backen das Bohrgestänge sehr eng greifen, ohne daß ein Türverschluß benötigt wird. Die Ausführung nach Fig. 4 ist, wie die früher beschriebenen Ausführungen, relativ einfach und hat wenige Teile. Jede der Haltevorrichtungen kann vollkommen mit den Bohrgestänge ausgerichtet werden. Zusätzliche Verbindungsstücke und zusätzliche Zylin­ der werden nicht benotigt, uni die Türen zu öffnen und zu schließen oder die Haltevorrichtungen in Greifkontakt mit dem Bohrgestänge zu versetzen.

Bei jeder der hier beschriebenen Ausführungsformen ist jedes Verbindungs­ stück, jede Türbacke und jeder Backenblock bevorzugt schwenkbar mit sei­ nem jeweiligen Stützelement durch einen Schwenkzapfen verbunden. Hohe Zuverlässigkeit und störfreier Betrieb der Zange werden mindestens zum Teil dadurch erzielt, daß keine Schlitze oder ähnliche, "Spiel" zwischen den Komponenten zulassende, Anordnungen verwendet werden, um die Haltevor­ richtungen in Kontakt mit dem Bohrgestänge zu versetzen. Jeder Schwenk­ stift erlaubt somit die Rotation einer Komponente um die andere, und Bewe­ gung zwischen diesen jeweiligen Komponenten ist praktisch beschränkt auf Rotation.

Obwohl die Erfindung soweit im Detail für bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte klar sein, daß diese Erklärung zur Illustration dient, und daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Alternative Ausrüstungen und Betriebsverfahren werden für den mit der Technik Vertrauten auf der Hand liegen. Im Hinblick auf diese Mitteilung sind somit Modifikationen berücksichtigt und können angebracht werden, ohne daß das Prinzip der Erfindung damit verlassen wird, das in den Ansprü­ chen definiert ist.

Claims (20)

1. Eine Sicherungszange zum Greifen eines Ölfeld-Bohrgestänges, umfas­ send
einen Zangenrumpf mit einer Öffnung zum seitlichen Bewegen des Zangenrumpfes zum Ölfeld-Bohrgestänge hin und davon weg in einer Rich­ tung, die gewöhnlich mit der Mittelachse des Zangenrumpfes ausgerichtet ist;
ein erstes Verbindungsstück, das schwenkbar um einen ersten Schwenkstift auf dem Zangenrumpf montiert ist;
ein zweites Verbindungsstück, das schwenkbar um einen zweiten Schwenkstift auf dem Zangenrumpf montiert ist;
einen ersten Backenblock, der schwenkbar um einen dritten Schwenk­ stift auf dem ersten Verbindungsstück montiert ist, wobei der erste Backen­ block eine darauf befindliche erste Haltevorrichtung zum Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge trägt;
einen zweiten Backenblock, der schwenkbar um einen vierten Schwenkstift auf dem zweiten Verbindungsstück montiert ist, wobei der zweite Backenblock eine darauf befindliche zweite Haltevorrichtung zum Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge trägt;
eine hydraulische Zylinderanordnung, die auf dem Zangenrumpf mon­ tiert ist und aus einem Zylinderrumpf besteht sowie aus einer Zylinderstan­ ge, die aus dem Zylinderrumpf hinausragt, wobei die Zylinderanordnung so auf dem Zangenrumpf montiert ist, daß die Zylinderstange beweglich entlang der Mittelachse des Zangerumpfes ist; und
einen auf der Zylinderstange montierten Keil, der erste und zweite darauf befindliche Nockenflächen auf den gegenüberliegenden Seiten der Mit­ telachse des Zangenrumpfes besitzt, zum Bewegen der ersten bzw. zweiten Verbindungsstücke, um die erste und zweite Haltevorrichtung in Greifkon­ takt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge zu versetzen.

2. Die Sicherungszange nach Anspruch 1, weiterhin umfassend
die schwenkbare Beweglichkeit des ersten und zweiten Backenblocks in Bezug auf das erste Verbindungsstück bzw. das zweite Verbindungsstück zwischen einer geöffneten Position, um den Zangenrumpf seitwärts dem Ölfeld-Bohrgestänge zuzuführen, und einer geschlossenen Position, um das Bohrgestänge im Zangenrumpf festzuhalten; und
eine Verschlußeinrichtung, um wahlweise die ersten und zweiten Bac­ kenblöcke miteinander zu verbinden.

3. Die Sicherungszange nach Anspruch 1, wobei die Zylinderanordnung so auf dem Zangenrumpf montiert ist, daß die Ausdehnung der Zylinderstan­ ge den Keil entlang der Mittelachse des Zangenrumpfes weg vom Ölfeld- Bohrgestänge verschiebt.

4. Die Sicherungszange nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten und zweiten Verbindungsstücke schwenkbar auf einem Vorderabschnitt des Zan­ genrumpfes montiert ist und der Keil in Kontakt mit dem Hinterende des er­ sten und zweiten Verbindungsstückes steht.

5. Die Sicherungszange nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen drit­ ten Backenblock, der auf dem Zangenrumpf montiert ist und eine dritte dar­ auf befindliche Haltevorrichtung für den Greifkontakt mit dem Ölfeld- Bohrgestänge trägt.

6. Die Sicherungszange nach Anspruch 5, wobei der Umfang der Greiflän­ ge von der ersten Haltevorrichtung, der zweiten Haltevorrichtung und der dritten Haltevorrichtung, die in Kontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge ste­ hen, jeweils mindestens 90° beträgt, so daß die Haltevorrichtungen beim Greifen des Ölfeld-Bohrgestänges einen Gesamtumfang von mindestens 270° besitzen.

7. Die Sicherungszange nach Anspruch 5, gewährleistend, daß
der dritte Backenblock in Bezug auf den Zangenrumpf beweglich ist;
der Zylinderrumpf beweglich in Bezug auf den Zangenrumpf montiert ist; und
der Zylinderrumpf gegen den dritten Backenblock wirkt, um die dritte Haltevorrichtung in Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge zu führen.

8. Die Sicherungszange nach Anspruch 7, weiterhin umfassend ein ver­ tieftes Element zum Positionieren zwischen dem Zylinderrumpf und dem dritten Backenblock, so daß ein Zusammendrücken des vertieften Elements die dritte Haltevorrichtung in Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge versetzt.

9. Die Sicherungszange nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Nockenfläche auf dem Keil jeweils einen Nockenwinkel zwischen 20° und 40° in Bezug auf die Mittelachse des Zangenrumpfes besitzen.

10. Die Sicherungszange nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine erste Walze und eine zweite Walze, die jeweils auf dem ersten bzw. zweiten Ver­ bindungsstück montiert sind, um an die jeweilige Nockenfläche auf dem Keil zu kuppeln.

11. Eine Sicherungszange zum Greifen eines Ölfeld-Bohrgestänges, umfas­ send
einen Zangenrumpf mit einer Öffnung zum seitlichen Bewegen des Zangenrumpfes zum Ölfeld-Bohrgestänge hin und davon weg in einer Rich­ tung, die gewöhnlich mit der Mittelachse des Zangenrumpfes ausgerichtet ist, wobei der Zangenrumpf obere und untere entfernt voneinander ange­ brachte Zangenplatten beinhaltet;
ein erstes Verbindungsstück, das schwenkbar um einen ersten Schwenkstift auf dem Zangenrumpf montiert und zwischen der oberen und der unteren Zangenplatte angeordnet ist;
ein zweites Verbindungsstück, das schwenkbar um einen zweiten Schwenkstift auf dem Zangenrumpf montiert und zwischen den oberen und unteren Zangenplatten angeordnet ist;
einen ersten Backenblock, der schwenkbar um einen dritten Schwenk­ stift auf dem ersten Verbindungsstück montiert ist, wobei der erste Backen­ block eine darauf befindliche erste Haltevorrichtung beim Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge trägt;
einen zweiten Backenblock, der schwenkbar um einen vierten Schwenkstift auf dem zweiten Verbindungsstück montiert ist, wobei der zweite Backenblock eine darauf befindliche zweite Haltevorrichtung beim Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge trägt;
einen dritten Backenblock, der auf dem Zangenrumpf zwischen den oberen und unteren Zangenplatten montiert ist und eine dritte daruf befindli­ che Haltevorrichtung trägt, um in Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge zu treten;
eine hydraulische Zylinderanordnung, die auf dem Zangenrumpf zwi­ schen den oberen und unteren Abdeckplatten montiert ist und aus einem Zy­ linderrumpf besteht sowie aus einer Zylinderstange, die aus dem Zylinder­ rumpf hinausgeht; und
einen auf der Zylinderstange montierten Keil, der erste und zweite darauf befindliche Nockenflächen auf den gegenüberliegenden Seiten der Mit­ telachse des Zangenrumpfes besitzt, zum Bewegen der ersten bzw. zweiten Verbindungsstücke.

12. Die Sicherungszange nach Anspruch 11, weiterhin umfassend
die schwenkbare Beweglichkeit des ersten und zweiten Backenblocks in Bezug auf das erste Verbindungsstück bzw. das zweite Verbindungsstück zwischen einer geöffneten Position, um den Zangenrumpf seitwärts dem Ölfeld-Bohrgestänge zuzuführen, und einer geschlossenen Position, um das Bohrgestänge im Zangenrumpf festzuhalten; und
eine Verschlußeinrichtung, um wahlweise die ersten und zweiten Bac­ kenblöcke miteinander zu verbinden.

13. Die Sicherungszange nach Anspruch 12, wobei mindestens einer der ersten Backenblöcke und zweiten Backenblöcke eine Rumpfdicke besitzt, die zwischen derjenigen des dritten bzw. vierten Schwenkstiftes und der Ver­ schlußeinrichtung liegt und weniger als ungefähr 2,5 Inches beträgt, so daß die Sicherungszange seitlich auf ein Rohr des Doppel-Bohrgestänges zube­ wegt werden kann.

14. Die Sicherungszange nach Anspruch 13, wobei die Zylinderanordnung so auf dem Zangenrumpf montiert ist, daß die Ausdehnung der Zylinderstan­ ge den Keil entlang der Mittelachse des Zangenrumpfes weg vom Ölfeld- Bohrgestänge verschiebt.

15. Die Sicherungszange nach Anspruch 13, wobei die erste und zweite Nockenfläche auf dem Keil jeweils einen Nockenwinkel zwischen 20° und 40° in Bezug auf die Mittelachse des Zangenrumpfes besitzen.

16. Eine Sicherungszange zum Greifen eines Ölfeld-Bohrgestänges, umfas­ send
einen Zangenrumpf mit einer Öffnung zum seitlichen Bewegen des Zangenrumpfes zum Ölfeld-Bohrgestänge hin und davon weg in einer Rich­ tung, die gewöhnlich mit der Mittelachse des Zangenrumpfes ausgerichtet ist;
ein erstes Verbindungsstück, das schwenkbar um einen ersten Schwenkstift auf dem Zangenrumpf montiert ist;
ein zweites Verbindungsstück, das schwenkbar um einen zweiten Schwenkstift auf dem Zangenrumpf montiert ist;
einen ersten Backenblock, der schwenkbar um einen dritten Schwenk­ stift auf dem ersten Verbindungsstück montiert ist, wobei der erste Backen­ block eine darauf befindliche erste Haltevorrichtung zum Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge trägt;
einen zweiten Backenblock, der schwenkbar um einen vierten Schwenkstift auf dem zweiten Verbindungsstück montiert ist, wobei der zweite Backenblock eine darauf befindliche zweite Haltevorrichtung zum Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge trägt;
einen dritten Backenblock, der auf dem Zangenrumpf montiert ist und eine dritte darauf befindliche Haltevorrichtung trägt, um in Greifkontakt mit dem Ölfeld-Bohrgestänge zu treten;
eine hydraulische Zylinderanordnung, die aus einem Zylinderrumpf besteht sowie aus einer Zylinderstange, die aus dem Zylinderrumpf hinaus­ geht; und
einen auf der Zylinderstange montierten Keil, der erste und zweite darauf befindliche Nockenflächen zum Bewegen der ersten bzw. zweiten Verbindungsstücke besitzt.

17. Die Sicherungszange nach Anspruch 16, wobei die Zylinderanordnung so auf dem Zangenrumpf montiert ist, daß die Ausdehnung der Zylinderstan­ ge den Keil entlang der Mittelachse des Zangenrumpfes verschiebt.

18. Die Sicherungszange nach Anspruch 16, weiterhin umfassend
die schwenkbare Montage jeweils der ersten und zweiten Verbindungs­ stücke auf einem Vorderabschnitt des Zangenrumpfes und den Kontakt des Keils mit dem Hinterende jeweils des ersten und zweiten Verbindungsstüc­ kes; und
eine erste Walze und eine zweite Walze, jeweils montiert auf dem er­ sten bzw. zweiten Verbindungsstück, um an der jeweiligen Nockenfläche des Keils anzuliegen.

19. Die Sicherungszange nach Anspruch 16, weiterhin gewährleistend, daß jeder der ersten Backenblöcke und zweiten Backenblöcke beweglich ist zwi­ schen einer geöffneten Position, um den Zangenrumpf seitwärts dem Ölfeld- Bohrgestänge zuzuführen, und einer geschlossenen Position, um das Bohrge­ stänge im Zangenrumpf festzuhalten.

20. Die Sicherungszange nach Anspruch 19 wobei das Ingangsetzen der hydraulischen Zylinderanordnung automatisch jeden der ersten Backenblöcke und der zweiten Backenblöcke zwischen geöffneter Position und geschlosse­ ner Position bewegt.