DE2440501C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Drehen von Stangen und Rohren - Google Patents

Description

koaxial Rollen zuzuordnen, die auf dem Rohr abrollen. Es ist jedoch nicht gelehrt, an den Umlenkrädern des Umlenkräderpaars einen Abstand zwischen dem Rohr und dem Antriebselement vorzusehen un-.i diese Rollen an der Erbringung der Drehwirkung zu beteiligen. Außerdem handelt es sich um eine Vorrichtung mit gesonderten Verriegelungsmitteln auf der entgegengesetzten Seite des Rohrs.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.2 eine Unteransicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Rohrgreifstellung; F i g. 3 einen Vertikalschnitt 3-3 nach F i g. 2;

Fig.4 einen Horizontalschnitt, wobei die Backen ZJm Einsetzen eines Rohrs geöffnet sind;

F i g. 5 einen Horizontalschnitt 5-5 nach Y i g. 3, wobei die Backen um das Rohr geschlossen sind; und

F i g. 6 einen vergrößerten vertikalen Teilschnitt 6-6 nach F i g. 5, der den Antrieb zwischen den Zahnrädern und den zugehörigen Reibantriebsrollen zeigt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat ein eine geschlossene Schleife bildendes längliches flexibles Antriebselement 33, das so angeordnet ist, daß es einen umfangsmäßig außen liegenden bzw. Außenabschnitt 33a, einen vom Außenabschnitt eingeschlossenen, mit der Innenseite nach außen gekehrten, also umgekehrten Innenabschnitt 336 und zwei Umkehrbogen 33c hat die den Außen- und den Innenabschnitt verbinden.

Das flexible Antriebselement ist beispielsweise eine Zahnkette (geräuschlose Kette). Derartige Ketten sind für sich bekannt (vgl. US-PS 36 61 025).

Die Kette 33 verläuft um Zahnräder 24, die am Vorderende des Hauptgehäuses der Vorrichtung ortsfest gesichert sind; das Gehäuse bildet eine Halterung für verschiedene Teile der Vorrichtung. Mit dem Hauptgehäuse sind auf den Achsen der Zahnräder 24 Backen 16a und 17a schwenkbar verbunden. Die Backen haben an ihren Außenenden noch zu erläuternde Zahnräder, um die sich die Kette 33 an den Umkehrbogen 33c biegt

Wenn die Backen 16a und 17a gemäß F i g. 1 und 4 geöffnet sind, ist die Vorrichtung um ein zu drehendes vertikales Rohr 34 herum sicherbar. Dann werden die Backen mit hoher Kraft geschlossen, so daß sie z. B. die Lage gemäß F i g. 2 und 5 einnehmen, wodurch sie im umgekehrten Innenabschnitt 336 eine hohe Zugkraft erzeugen, so daß dieser Abschnitt mit großen Druck mit der Außenfläche des Rohrs in Reibanlage gelangt.

Das Öffnen und Schließen der Backen 16a und 17a erfolgt durch Druckluftzylinder 61 (F i g. 2 und 3), deren Kolben mit den Backen über Kurbeln und Verbindungsglieder in Verbindung stehen. Die Kurbeln und Verbindungsglieder weisen Kurbelarme 56 auf, die mn den Backen 16a und 17a ortsfest verbunden sind.

Wenn die Backen geschlossen sind, berühren sich ihre einander gegenüberliegenden Enden nicht und wirken somit nicht als gegenseitige Anschläge. Statt dessen begrenzt die Kette 33 das Ausmaß des Schließens der Backen, wodurch das Schließen der Backen eine hohe Zugkraft in der Kette erzeugt. Die Backen sind so ausgebildet, daß die Backenenden in der Schließstellung einander berühren würden, wenn keine Kette vorhanden wäre.

Nachdem die Backen geschlossen sind und der Kettenabschnitt 33b das Rohr 34 umgreift, wird die Kette Betrieben, wodurch ein schnelles Drehen des Rohrs bewirkt wird. Dieser Antrieb erfolgt durch einen Druckluftmotor 42, der über eine Getriebeeinheit 47 eine Welle 51 (F i g. 3 und 4) dreht, auf der ein Antriebskettenrad 32 für die Kette 33 gesichert ist Wenn also ein Stellventil geöffnet wird und Luft in den Motor 42 einläßt, wird die Welle 51 getrieben und treibt somit die Kettenräder 32 und dadurch die Antriebskette 33 zum Drehen des Rohrs 34.

Der Motor 42 und die Getriebeeinheit 47 sind auf das Rohr 34 zu und davon weg bewegbar, wodurch die Achse der Welle 51 und des Zahnrads 32 verschoben wird. Diese Bewegung wird nur dann ausgeführt, wenn die Vorrichtung zum Antrieb eines wesentlich unterschiedlichen Rohrdurchmessers des Rohrs 34 einzustellen ist Zum Erzielen dieser Einstellung wird eine Kettenleituntf -festlegeeinheit 41 dv.rch Drehen einer Stellschraube 52 verschoben. Nach erfolgter Einstellung werden Halteschrauben 48, die sich durch einen Flansch der Getriebeeinheit 47 erstrecken und in die Einheit 41 geschraubt sind, zum Festlegen der Einheit 41 und somit der Teile 42, 47 und 51 in ihrer Lagre angezogen. Zum Erzielen dieser Einstellung ist der Oberabschnitt des Vorrichtungsgehäuses zur Aufnahme der Halteschrauben in geeigneter Weise (vgl. Figur) geschlitzt ausgebildet

Die Vorrichtung wird nahe dem Bohrlochkopf einer Ölbohrung an einer V-förmigen mit ihren beiden Armen am Gehäuse befestigten Hängestange 110 aufgehängt Am oberen oder Scheitelabschnitt der Hängestange 110 ist eine Halterung 111 angeordnet, durch die die Hängestange mit dem unteren Glied einer Tragkette 112 verbindbar ist Die Halterung 111 ist so aufgebaut daß die Kette an verschiedenen Punkten der Halterung anschlagbar ist wodurch ein Ausbalancieren der Drehvorrichtung in im wesentlichen horizontaler Lage möglich ist

Zum leichteren Handhaben der Vorrichtung sind unterhalb jedes Backens 16a, 17a Handgriffe 113 (Fig. 1) angeordnet

Es werden jetzt die Reibantriebsrollen und die zugehörigen Zahnräder erläutert. GemäJB F i g. 3 und 6 ist jeder Backen 16a und 17a an seinem Außenabschnitt zur Aufnahme von jeweils zwei Reibantriebsrollen 116 und eines Zahnrads 117 vergrößert ausgebildet Da die Teile an den Außenenden der beiden Backen 16a und 17a identisch sind, werden nur diejenigen des Backens 16a im einzelnen erläutert.

Gemäß F i g. 6 sind die beiden Rollen 116 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads, also über und unter dem Zahnrad 117, angeordnet, und sämtliche Teile 116 und 117 sind koaxial zueinander auf einer Vertikalwelle gesichert Die Welle ist ein Bolzen 118, der sich durch Bünde 119 erstreckt, die auf die Ober- und die Unterwand des Gehäuseabschnitts des Backens 16a geschweißt sind; Muttern 121 halten den Bolzen 118 ortsfest in seiner Lage. Um den Bolzen 118 herum ist zwischen der oberen und der unteren Gehäusewand des Backens eine Buchse 122 gesichert um die herum mehrere Gruppen von Wälzlagern 123, z. B. Nadellager, angeordnet sind. Die Rollen 116 und das Zahnrad 117 sind die Lager 123 umgebend angeordnet, so daß die Teile 116 und 117 in bezug auf den Bolzen 118 frei drehbar sind.

Bas Zahnrad 117 und die anderen Zahnräder sind von der Art, wie sie üblicherweise bei einer Zahnkette verwendet werden; sie haben Vertikalzähne, die in die Zähne der Kette 33 eingreifen (vgl. US-PS 36 61 025).

Es ist zu beachten, daß die Zähne der Zahnkette nicht

am Rohr 34 anliegen; ein Anliegen am Rohr wird an einer Vielzahl von zahnlosen Widerlagerstellen der Kette bewirkt In der bei vielen Zahnketten üblichen Weise erfolgt die Führung der Zahnkette durch Leitglieder, die einen Umfangsnuten aufweisenden Mittenbereich des Zahnrads 117 durchsetzen. F i g. 6 zeigt Leitglieder 124, die sich durch eine Urnfangsnut 126 im Zahnrad S17 erstrecken. Die anderen Zahnräder der Vorrichtung haben ähnlich ausgebildete Umfangsnuten zur Aufnahme der Leitglieder 124.

Gemäß Fig.6 befinden sich die zylindrischen Umfangsflächen der Rollen 116 in unmittelbarer Anlage an der zylindrischen Außenfläche des Rohrs 34. Die Durchmesser der Rollen 116 sind hinreichend groß, so daß während der Druckanlage am Rohr 34 weder die Kette

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sind die Rollendurchmesser so groß, daß die gebogenen Abschnitte bzw. Umkehrbogen 33c der Zahnkette 33 nicht zwischen Zahnrädern 117 und der Rohraußenfläche zusammengequetscht oder -gedrückt werden. Es wurde festgestellt, daß bei Auftreten eines solchen Zusammenquetschens oder -drückens die Kettenglieder und/oder die Zahnräder einer der Brinell-Härteprüfung ähnlichen Belastung uiiterliegen, wodurch die Zahnkette unbiegsam und ihre Lebensdauer kürzer wird.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen jedem gebogenen Abschnitt bzw. Umkehrbogen 33c und der Rohraußenfläche ein kleiner Spalt 127 (F i g. 6) vorgesehen, der z. B. 0,75 mm breit ist Durch diesen Spalt wird sichergestellt, daß die Zahnkette 33 auch bei beträchtlichem Verschleiß der Rollen, wodurch deren Durchmesser verringert werden, nicht zwischen den Zahnrädern 117 und dem Rohr zusammengedrückt wird und dadurch verschleißt und unbiegsarn wird. Es ist zu beachten, daß jeder Spalt 127 nur an einem relativ kleinen Bereich vorhanden ist, der unmittelbar zwischen dem Zahnrad 117 und dem Rohr liegt, und daß der Kettenabschnitt 33b an einem Hauptteil des Rohrumfangs unmittelbar anliegt Somit erhält man zwei wichtige Reibanlagebereiche zwischen den Antriebselementen und dem Rohr 34. Einer dieser Bereiche befindet sich an den Rollen 116 und der andere, der wesentlich größer als der erstgenannte Bereich ist, entlang einem Hauptteil des Rohrumfangs, an dem die Zahnkette mit dem Rohr in Reibanlage steht Anders ausgedrückt erfolgt eine Reibanlage der Zahnkette am Rohr entlang einem Bogen des Rohrumfangs, während die Reibantriebsrollen am Rohr an oder zwischen den Enden dieses langen Bogens in Reibanlage stehen. Das Wort »Umfang« bezeichnet hier nur einen Umfangsbereich entlang der Rohrlänge.

Es wurde festgestellt, daß dann, wenn die Rollen 116 nicht getrieben werden, sondern wie Wälzlager für das Rohr 34 frei drehbar sind, der Betrag des durch die Drehvorrichtung erzeugten Antriebsdrehmoments wesentlich vermindert wird. Wenn andererseits die Rollen mit den Zahnrädern 117 oder durch diese kraftschlüssig getrieben werden, erhöht sich das durch die Drehvorrichtung erzeugte Antriebsdrehmoment im Vergleich zu dem Drehmoment, das erzeugt werden würde, wenn keine Rollen verwendet würden. Eine solche Erhöhung war nicht vorauszusehen, da insbesondere die Rollen mit dem Rohr nur in Linienkontakt stehen, während der Kettenabschnitt, der durch die Rollen von Rohr weggehoben wurde, mit dem Rohr in Oberflächenkontakt stand.

Das Vorhandensein der Triebrollen 116 bewirkt also zwei Hauptvorteile in bezug auf bereits entwickelte Ausführungsformen, bei denen solche Rollen nicht verwendet werden. Diese Vorteile bestehen in einem erhöhten Antriebsdrehmoment und einer wesentlichen längeren Lebensdauer der Zahnkette.

Der Antrieb der Rollen 116 an jedem Backen 16a und 17a erfolgt durch Mitnehmerstifte 128, die sich in passende öffnungen in den Enden der Zahnräder und der Rollen erstrecken. Da jedes Zahnrad 117 von der Zahnkette 33 getrieben wird, die ihrerseits vom Antriebszahnrad 32 durch den Motor 42 und die Getriebeeinheit 47 getrieben wird, und da die Rollen 116 über Mitnehmerstifte 128 mit dem Zahnrad 117 verbunden sind, werden die Rollen 116 kraftschlüssig getrieben und wirken als Reibantriebsrollen für das Rohr 34.

Es wird jetzt das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Die Backen 16ä und 17s werden zuerst durch die Druckluftzylinder 61 geöffnet so daß sie z. B. die Lage gemäß F i g. 1 und 4 einnehmen. Das Ausmaß der öffnung ist so groß, daß die Vorrichtung auf das Rohr 34 zu schwenkbar ist, so daß das Rohr in den Raum zwischen den Umkehrbogen 33a der Zahnkette eintritt und zu einem großen Teil von dem umgekehrten Innenabschnitt 336 umgeben ist

Dann werden die Zylinder 61 betätigt und schließen die Backen 16a und 17a unter großem Kraftaufwand, so daß sie z. B. die Lagen nach F i g. 2 und 5 einnehmen. Die Backen schließen sich nicht so weit, daß sie aneinander anliegen und als gegenseitige Anschläge dienen, sondern das Ausmaß des Schließens wird durch die Länge der Zahnkette bestimmt Die Backen schließen sich also, bis die Kettenspannung so groß ist, daß sie die Backenschließkraft ausgleicht Das Schließen der Backen und die Zahnkettenspannung bewirken eine starke Druckanlage zwischen den Rollen 116 und dem Rohr sowie zwischen dem umgekehrten inneren Kettenabschnitt 33b und dem Rohr 34. Diese Druckanlage erzeugt ohne Beschädigung des Rohrs eine hohe Reibung, durch die das Rohr nach Einschalten des Motors 42, der über die Getriebeeinheit 47 die Welle 51 und somit das Antriebszahnrad 32 und die Zahnkette 33 treibt gedreht wird.

Der Antrieb wird so lange unterhalten, bis die gewünschte Verbindung an einem Ende des Rohrs 34 entweder hergestellt oder gelöst ist wonach die Zylinder 61 die Backen öffnen und der Vorgang mit einem neuen Rohrstück wiederholt werden kann.

Wie bereits erläutert, bewirkt der Antrieb der Zahnkette einen Antrieb der Rollen 116, so daß sie als Reibantriebsrollen wirken und beim Antreiben und Drehen des Rohrs ohne Beschädigung desselben mit dem umgekehrten inneren Kettenabschnitt 336 zusammenwirken.

Die Vorrichtung ist für Rohre mit geringfügig unter-

Lage des Antriebszahnrads 32 verstellt werden muß. Wenn ein Rohr mit einem wesentlich anderen Durchmesser anzutreiben ist, wird die Lage der Achse des Zahnrads 32 wie erläutert verstellt Dieses Verstellen erfolgt durch Lockern der Halteschrauben 48, Drehen der Stellschraube 52, bis die Welle 51 eine solche Lage hat, daß die Zahnkette auf die erwünschte Länge eingestellt ist, und anschließendes Wiederanziehen der Halteschrauben 48. Dann wird das oben erläuterte Verfahren mit dem in bezug auf den Durchmesser verschiedenen Rohr wiederholt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung des Patentansprüche: Umlenkräderpaars (117,117) zwischen der Dislanz- stellung und der Annäherungsstellung fluidbetätigte

1. Verfahren zum Drehen von Stangen oder Roh- Zylinder-Kolben-Einheiten (61) vorgesehen sind,
ren um die Längsachse, insbesondere zur Herstel- 5 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8. lung oder Lösung von Verbindungen zwischen ko- dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkräder (U 7) axialen Rohrabschnitten beim ölbohren, wobei die des Umlenkräderpaars (117,117) jeweils auf einem Stange oder das Rohr mittels eines seinerseits ange- schwenkbaren Backen (16a, YIa)gelagert sind,
triebenen, endlosen, um mehrere Umlenkräder umgelenkten Antriebselements angetrieben wird, das 10

mit seiner Außenseite sich zwischen einem Umlenkräderpaar einbauchend den Stangen- oder Rohrumfang unter Vorspannung teilweise umfaßt, da- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß durch gekennzeichnet, daß mittels der Um- Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gclenkräder (117) des Umlenkräderpaars (117,117) ko- 15 maß Oberbegriff des Anspruchs 3.
axiale Rollen (116) auf dem Umfang der gedrehten Bei bekannten Verfahren bzw. bekannten Vorrich-Stange oder des gedrehten Rohrs (34) abgerollt wer- tungen dieser Art (US-PS 25 23 159, US-PS 27 84 626) den und das um die Umlenkräder (117) des Umlenk- unterliegt das Antriebselement, gebildet von einem räderpaars (117,117) laufende Antriebselement (33) Mehrfachkeilriemen oder einer Mehrfachkette, jeweils dabei im Abstand von der Stange oder dem Rohr 20 zwischen den Umlenkrädern des Umlenkräderpaars (34) gehalten wird. und der zu drehenden Stange bzw. Rohr einer außeror-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dentlich großen Druck- oder Quetschbeanspruchung, zeichnet, daß die gedrehte Stange oder das gedrehte da dieses Umlenkräderpaar zur Sicherstellung einer geRohr (34) zusätzlich durch Antriebswirkung der RoI- nügend hohen Vorspannung des Antriebselementes len (116) gedreht wird. 25 zum Drehen der Stange bzw. des Rohrs mit hoher Kraft

3. Vorrichtung zum Drehen von Stangen oder in die Annäherungsstellung gebracht bzw. in dieser geRohren um die Längsachse, insbesondere zur Her- halten werden muß. Hieraus resultiert ein relativ hoher stellung oder Lösung von Verbindungen zwischen Verschlei3 des Antriebselementes.

koaxialen Rohrabschnitten beim Ölbohren, mit ei- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Le-

nem endlosen, um mehrere Umlenkräder umgelenk- 30 bensdauer des Antriebselementes zu verlängern,
ten Antriebselement und einer Antriebseinheit zum Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß das

Antreiben des Antriebselements, wobei ein Paar von Verfahren so geführt, wie im kennzeichnenden Teil des Umlenkrädern zwischen einer Distanzstellung sowie Anspruchs 1 angegeben, und die Vorrichtung so ausgeeiner Annäherungsstellung bewegbar ist und wobei bildet, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 die Außenseite des Antriebselementabschnitts zwi- 35 angegeben.

sehen dem Umlenkräderpaar nach Einführen einer Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben

Stange oder eines Rohrs sowie Annähern des Um- sich aus den rückbezogenen Ansprüchen,
lenkräderpaars sich einbauchend einen den Stangen- Durch die Erfindung wird das Antriebselement gera-

oder Rohrumfang teilweise umgreifenden, unter de in den belastungsmäßig besonders kritischen Berei-Spannung stehenden Greifabschnitt bildet, dadurch 40 chen der Herumführung um die beiden Umlenkräder gekennzeichnet, daß axial neben und koaxial zu den des Umlenkräderpaars von zusätzlicher Druck- oder Umlenkrädern (117) des Umlenkräderpaars (117, Quetschbelastung freigehalten, was die Lebensdauer Ϊ17) Rollen (116) vorgesehen sind, die bei Annähern des Antriebselementes und auch der Umlenkräder des des Umlenkräderpaars (117,117) an die Umfangsflä- Umlenkräderpaars wesentlich erhöht. Die den Umlenkche der eingeführten Stange oder des eingeführten 45 rädern des Umlenkräderpaars zugeordneten Rollen mit Rohrs (34) anlegbar sind, wobei der Durchmesser zweckmäßigerweise recht großem Durchmesser könder Rollen (116) größer als der Durchmesser der nen einen Antriebsbeitrag zum Drehen der Stange bzw. Umlenkräder (117) des Umlenkräderpaars (117,117) des Rohrs leisten, wodurch sich eine Erhöhung des dremit aufliegendem Antriebselement (33) ist. henden Antriebsmomentes und eine weitere Entlastung

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 50 des Antriebselementes ergeben. Günstigerweise wird zeichnet,daßdieRollen(116) fest mit den Umlenkrä- die Vorrichtung nur von einer Seite der zu drehenden dern (117) des Umlenkräderpaars (117,117) verbun- Stange bzw. Rohrs her angesetzt und lediglich durch den sind und als zusätzliche Antriebsrollen für das Annähern der beiden Umlenkräder des Umlenkräder-Drehen der eingeführten Stange oder des eingeführ- paars, also ohne gesonderte Verriegelungsmittel auf der ten Rohrs (34) vorgesehen sind. 55 gegenüberliegenden Seite der Stange bzw. des Rohrs, in

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch die geschlossene Betriebsstellung gebracht, was ein gekennzeichnet, daß das Antriebselement (33) eine praktisches und rasches Arbeiten fördert.

Kette, vorzugsweise eine Zahnkette, ist Es können auch ölverschmierte oder schmutzige oder

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, nicht vollkommen zylindrische Stangen bzw. Rohre sidadurch gekennzeichnet, daß eines der Umlenkrä- 60 eher gedreht werden; Anpassungen an Stangen bzw. der ein von der Antriebseinheit (42, 47) angetriebe- Rohre unterschiedlichen Durchmessers sind leicht mögnes Antriebsrad (32) ist. Hch; die Beschädigungsgefahr für die Stangen bzw. Roh-

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- re ist minimiert.

zeichnet, daß das Antriebsrad (32) zur Anpassung Es ist an sich bekannt (US-PS 19 25 970), bei einer

der Vorrichtung an einen anderen Stangen- oder 65 Vorrichtung zum Drehen von Rohren, die mit einem als

Rohrdurchmesser mittels einer Einrichtung (41, 52) Kette ausgebildeten, das Rohr wie bei der Erfindung

quer zu seiner Achsrichtung einstellbar ist. umgreifenden Antriebselement arbeitet, den Umlenkrä-

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dern des Umlenkräderpaars jeweils axial daneben und