DE3016744A1

DE3016744A1 - Vorrichtung zur sicherung eines rohrstuecks o.dgl. gegen axiale drehung

Info

Publication number: DE3016744A1
Application number: DE19803016744
Authority: DE
Inventors: Tommy Ray Mooney
Original assignee: Eckel Manufacturing Co Inc
Current assignee: Eckel Manufacturing Co Inc
Priority date: 1979-04-30
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1980-11-13
Also published as: NL8002503A; DE3016744C2; GB2049518B; CA1150234A; GB2049518A; NO801245L

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sichern bzw. Verspannen eines Rohrstücks o. dgl. gegen axiale Drehung, d.h. Drehung um seine Achse, und speziell eine verbesserte Gegenhalteuorrichtung (back-up means) zum Verbinden und Trennen won Bohrrohre.n oder Rohrsträngen der üblicherweise zum Bohren von Erdöl- und Erdgasförderbohrungen verwendeten Art.

Es ist bekannt, daß Erdöl und Erdgas in Untergrund-Erdformationen gefunden werden und daß zur Gewinnung dieser Stoffe Bohrlöcher in diese Formationen vorgetrieben

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u/erden. Nicht so allgemein bekannt sind jedoch die mit dem V/ortreiben solcher Bohrlöcher verbundenen Probleme und Schwierigkeiten und folglich die dadurch bedingten Besonderheiten und Erfordernisse.

In erster Linie erstrecken sich solche Bohrlöcher häufig bis zu einer Tiefe von Hunderten und Tausenden von Metern. Das Bohren solcher Bohrlöcher ist daher an sich bereits eine technologische Herausforderung, und zwar nicht nur in bezug auf das Herausbohren von Gestein und Erdreich verschiedener Arten in unterschiedlichen Tiefen, sondern auch bezüglich der Notwendigkeit für das Entfernen des an der Sohle des Bohrlochs entstehenden Bohrguts. Infolgedessen werden derartige Bohrlöcher derzeit üblicherweise mittels eines Bohrmeißels oder Bohrwerkzeugs hergestellt, der bzw. das am Ende eines aus Rohrstücken bestehenden Rohrstrangs befestigt ist. Das Werkzeug wird dabei an der Sohle des Bohrloches in Drehung versetzt, indem der Bohrrohrstrang an seinem oberen Ende mittels Drehung angetrieben wird, wobei geeignete Bohrflüssigkeiten oder "Schlämme" durch das Innere des Bohrstrangs nach unten gepumpt und aus Öffnungen im Bohrwerkzeug ausgetrieben werden.

Der Bohrschlamm erfüllt verschiedene wesentliche Aufgaben zusätzlich zur Schmierung der Schneidflächen des Bohrwerkzeugs. Der das Innere des Bohrstrangs durchströmende Bohrschlamm fließt durch den Ringraum zwischen der Bohrlochwand und der Außenfläche des Bohrstrangs zur Erdoberfläche zurück, wobei er das Bohrgut, das sich anderenfalls im Bohrloch sammeln würde, mitnimmt. Der Bohrschlamm dient also auch als Schmiermittel zwischen der Bohrlochwand und dem sich drehenden Bohrstrang. Außerdem bildet das

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Gewicht der Bohrschlammsäule im Bohrloch einen Gegendruck für den Fall, daß das Bohrwerkzeug unerwartet auf eine Formation trifft, die Strömungsmittel unter abnormal hohen Drücken führt.

Der Bohrstrang wird notwendigerweise an der Oberfläche aus einzelnen Rohrstücken zusammengesetzt, wobei jedes Bohrrohrstück selektiv mit dem oberen Ende des letzten, vorher hinzugefügten Rohrstücks verbunden wird, während der Bohrstrang fortlaufend in das Bohrloch abgelassen wird. Auf ähnliche Weise wird jedesmal dann, wenn das Bohrwerkzeug instandgesetzt oder ausgewechselt werden soll (was beim Niederführen tieferer Bohrlöcher häufig der Fall ist), der Bohrstrang fortlaufend aus dem Bohrloch herausgezogen, nachdem das jeweils oberste Rohr-' stück abgenommen worden ist.

Abgesehen von den verschiedenen Schwierigkeiten beim Vortreiben von Bohrlöchern in den Untergrund bestehen spezielle Schwierigkeiten bezüglich der Verbindung und der Trennung der Schraubkupplungen zwischen den einzelnen Stücken des Bohrrohrstrangs. Da das Bohrrohr bei seiner Drehung im Bohrloch eine Schwächung seiner Wanddicke erfährt, ist es unerwünscht, eine erhebliche Spann- oder Greifkraft auf ein Bohrrohrstück auszuüben, weil das Rohrstück sonst zusammengedrückt wird, wodurch eine Längsschwächung des Rohrstücks herbeigeführt wird. Andererseits muß ein ausreichend großes Drehmoment auf das Rohrstück ausgeübt werden, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen zwei Rohrstücken zu erhalten und damit einen Austritt der Bohrflüssigkeit unter Druck zu verhindern, wodurch die Bohrlochwand einer Erosion unterworfen werden würdej dieses Erfordernis bedingt die Ausübung einer großen Spannkraft auf das Rohrstück. Als Kompromiß zwischen diesen sich widersprechenden Erfordernissen sind derzeit in den meisten Fällen die Bohrrohre am einen Ende-mit einem

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sog. "Muffenteil¹¹ versehen, der eine besonders große Wanddicke besitzt und mit Innengewinde versehen ist, während das Rohrstück im Bereich des Außengewindes am anderen Ende ebenfalls eine besonders große Wanddicke besitzt. Aufgrund dieser vergrößerten Wanddicke kann auch ein Bohrrohr mit stark erodierter Außenfläche den Druckkräften widerstehen, durch die das Rohr anderenfalls zusammengedrückt werden würde, die jedoch für die Ausübung eines ausreichend großen Drehmoments auf die Rohrstücke bei der Herstellung und Trennung der Verbindung zwischen je zwei Rohrstücken erforderlich sind. Diese Ausbildung bedingt jedoch andererseits, daß jedes Rohrstück nur an seinen beiden Endabschnitten , aber auf keinen Fall an einer anderen 5telle seiner Länge eine vergrößerte Wanddicke besitzen darf.

Ursprünglich erfolgte das Zusammensetzen und Zerlegen des Bohrrohrstrangs mit Hilfe von zwei Sätzen manuell betätigter "Rohrzangen" (pipe tongs), von denen die eine am Muffenteil des am oberen Ende des aus dem Bohrloch herausragenden Rohrstrangs befindlichen Rohrstücks und die andere am unteren Ende (unmittelbar über dem Gewindeteil) des am Strang anzubringenden oder von ihm zu trennenden Rohrstücks angesetzt wurde. Der obere Rohrzangensatz war dabei üblicherweise mittels eines Drahtseils und eines Drehmomentmessers mit einer Motorwinde verbunden, während der zweite Rohrzangensatz entgegengesetzt dazu mittels eines Drahtseils mit einem Verankerungspunkt am Bohrgerüst verbunden war. Bei Betätigung der Winde wurde über das Drahtseil die Rohrzange und damit das obere Rohrstück gedreht, bis am Drehmomentmesser ein Anzeigewert abgelesen werden konnte, bei dem eine flüssigkeitsdichte Verbindung (beim Zusammensetzen eines Bohrrohrstrangs) erwartet werden konnte oder (beim Zer-

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legen des Bohrstrangs) die Schraubverbindung getrennt wurde. Das mit der unteren Rohrzange verbundene Anschlußseil (snubbing cable) hielt dabei selbstverständlich die untere Rohrzange und somit-den Muffenteil des unteren Rohrstück bei diesem Vorgang gegen eine Drehung fest.

Ersichtlicherweise ist ein solches Vorgehen zeitraubend und daher aufwendig. Außerdem erwies sich diese Arbeitsweise wegen der Möglichkeit für einen Seilbruch häufig als außerordentlich gefährlich, und die Seilbruchgefahr verstärkte sich noch, als die sog. "manuellen" Rohrzangen zum Drehen des oberen Rohrstücks durch hydraulisch betätigte, drehbare Rohrzangen der Art gemäß US-PS 4 084 453 ersetzt wurden, um die noch größeren, für Schrauverbindungen in tieferen Bohrlöchern vorgeschriebenen Drehmomente aufbringen zu können.

Ein anderer Nachteil dieser Arbeitsweise, auch nach der verbreiteten Einführung der hydraulisch betätigbaren, drehbaren Rohrzangen, ergab sich aus der Ungenauigkeit der Messung mittels des Drehmomentmessers, der hierbei mit dem Anschlußseil verbunden war. Genauer gesagt: es war seit langem bekannt, daß ein Drehmomentmesser nur dann eine genaue Messung des auf das Rohrstück einwirkenden Drehmoments liefert, wenn die beiden Drahtseile unter Festlegung von Kraftvektoren angeordnet sind, die ihrerseits genau unter 90° zueinander liegen; diese Bedingung ist jedoch beim Drehen des oberen Rohrs nur kurzzeitig erfüllt. Das Problem der Herstellung einer flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen aneinander anschließenden Rohrstücken bestand also auch nach Einführung der Motorzangen weiter.

In manchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine sog. "manuelle" Gegehhaltezange mit der drehbaren Motorzange zu verbinden, wobei die beiden Rohr-

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zangensätze als Einheit gehandhabt und betätigt werden konnten und sich zudem der Rohrstrang schneller und bequemer verbinden und trennen ließ. Bei dieser Anordnung konnten die beiden Rohrzangen dicht nebeneinander zusammengesetzt werden, wobei zumindest eines der beiden Drahtseile weggelassen werden konnte. Aber auch dies hat sich im Hinblick auf die Erzeugung immer höherer Drehmomente mittels der drehbaren Rohrzangenanordnung als unpraktisch erwiesen, weil derartige Drehmomente außerhalb der Spannleistung der manuell betätigten Rohrzangen herkömmlicher Konstruktion liegen. Infolgedessen besteht seit langem ein Bedarf für eine Gegenhalte-Motorzange, welche auf den Huffenteil des Bohrrohrs eine so große Spannkraft auszuüben vermag, daß der Bohrstrang gegen die derzeit zur Herstellung flüssigkeitsdichter Rohrverbindungen erforderlichen Drehmomente festgehalten wird.

Selbstverständlich wurde bereits verschiedentlich die Entwicklung derartiger Gegenhalte-Motorzangen mit entsprechender Leistung angestrebt, doch erwiesen sich die bisherigen Konstruktionen als keineswegs vollständig zufriedenstellend. Ein ernstliches Problem, welches die Anwendung von Konstruktionen ähnlich denen der drehbaren Motorrohrzangen verhinderte, besteht in der Notwendigkeit, die Gegenhaltezange am Muffenteil des unteren Bohrrohrstücks und damit unmittelbar unter undjdicht an der Unterseite der drehbaren Motorzange anzusetzen. Ein anderes Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß zwar bei einer Kombination aus Dreh- und Gegenhaltezange die Anschlußseile weggelassen werden können, die kombinierte Zangenanordnung ihrerseits jedoch bei einer unvorhergesehenen lotrechten Bewegung irgendeines Teils des Bohrstrangs eine Gefahr darstellt.

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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der Nachteile und Mangel des Stands der Technik durch Schaffung einer verbesserten Gegenhaltezange zur Sicherung eines Rohrstücks gegen eine Verdrehung durch eine drehbare Motorzange o. dgl.

Diese Gegenhaltezange soll dabei insbesondere hydraulisch angetrieben sein und ein Bohrrohrstück o. dgl.· auch gegen ein hohes Drehmoment sicher festzuhalten vermögen. Die Erfindung bezvi/eckt damit auch die Schaffung einer verbesserten Gegenhaltezange für das Zusammenwirken mit einer drehbaren Motorzange und mit der Fähigkeit, eine genauere Messung des auf ein Rohrstück o. dgl. ausgeübten Drehmoments zu liefern.

Diese verbeserte Gegenhaltezange soll dabei trennbar mit einer drehbaren Motorzange o. dgl. verbunden werden können.

Die genannte Aufgabe wird bei einer vorrichtung zur Sicherung eines Rohrstücks o. dgl. gegen axiale Drehung erfindungsgemäß gelöst durch zwei radial und entgegengesetzt zueinander in Richtung auf das Rohrstück bewegbare Greif- oder Spannelemente, durch zwei schwenkbar gelagerte, entgegengesetzt zueinander und in Richtung auf das betreffende Spannelement bewegliche Hebelelemente und durch zwei Hydraulikzylinder, deren Kolbenstangen mit dem betreffenden Hebelelement verbunden sind.

In bevorzugter Ausführungsform ist eine Gegenhalte-Motorzangenanordnung vorgesehen, die zwei gegeneinander bewegbare Backenelemente aufweist, welche radial in Eingriff mit dem Muffenteil einer Bohrrohrverbindung vortreibbar sind. Insbesondere werden die beiden Greife bzw.

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Spannbacken von einem oberen und einem unteren Plattenteil mit praktisch der allgemeinen Konfiguration der Rohrstrangzange angepaßter Form getragen, die einen offenen Einlaufteil (throat portion) aufweisen, in welchem die beiden Spannbacken angeordnet sind und gegen das zu verspannende Rohrstück vorgeschoben vi/erden können.

Jede Spannbacke ist mit ihrer eigenen, getrennten Antriebsanordnung verbunden, die in bevorzugter Ausführungsform einen Hydraulikzylinder umfaßt, der an seinem hinteren Ende zwischen den beiden Plattenteilen schwenkbar gelagert ist und dessen Kolbenstange am einen Ende eines schwenkbar gelagerten Hebels angelenkt ist, dessen anderer Arm gegen die betreffende Spannbacke andrückt. Da die beiden Hydraulikzylinder gemeinsam betätigt werden sollen, so daß die beiden Spannbacken gleichzeitig vorgetrieben werden, wird den Hydraulikzylindern hydraulisches Druckmittel über einen Strömungsteiler zugeführt, so daß beide Kolbenstangen gemeinsam und über die gleiche Strecke ausgefahren werden. Auf diese Weise werden die beiden Spannbacken über jeweils genau dieselbe Strecke vorgetrieben, so daß eine Verbiegung oder Mißausrichtung des Bohrrohrs zu dem Zeitpunkt vermieden werden kann, zu welchem die drehbare Motor-Rohrzange, die mit der Gegenhaltezange gekoppelt ist, ein Drehmoment auf den Rohrstrang ausübt.

Obgleich die Gegenhaltezange und die drehbare bzw. Motorzange für die Verbindung zu einer Einheit vorgesehen sind, muß die Verbindung zwischen beiden Rohrzangen innerhalb vorbestimmter Grenzen flexibel sein. Dabei muß diese Flexibilität nicht nur eine begrenzte Bewegung in Richtung der Anlegung des Drehmoments auf das Rohrstück erlauben, sondern auch eine begrenzte Bewegung zwischen den beiden Zangen-

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anordnungen auf der Längsachse des Bohrrohrstrangs zulassen.

Für die Verbindung der beiden Rohrzangenanordnungen ist die drehbare bzw. Motorzange vorzugsweise mit drei nach unten abstehenden Zapfen oder Bolzen versehen, die ihrerseits vorzugsweise jeweils an verschiedenen Stellen ihrer Länge mit einer Anzahl von Stiftbohrungen ausgestattet sind. Die Gegenhaltezange ist ihrerseits zweckmäßig mit entsprechenden Bohrungen versehen, welche von diesen Bolzen durchsetzt werden, wenn die Gegenhaltezange unmittelbar unter der Motorzange angeordnet ist. Durch die Stiftöffnung jedes Bolzens hindurch wird ein Scherstift eingesetzt, durch den der größte, einzuhaltende lotrechte Abstand bestimmt wird, wobei die Gegenhaltezange sodann auf diesen drei Scherstiften aufliegt. Weiterhin ist vorteilhaft eine Feder oder ein anderes elastisches Element zwischen jedem Scherstift und der Unterseite der oberen Platte der Gegenhaltezange angeordnet, um Stoßkräfte aufzufangen, wenn die Gegenhaltezange beim Zusammenschrauben zweier Rohrstücke gegen die Motorzange gezogen wird. Ebenso mildern die Federn die Gegenwirkkräfte beim Trennen der beiden Zangeneinheiten, beispielsweise beim Abnehmen eines Rohrstücks vom Rohrstrang.

Zur Ermöglichung der seitlichen Bewegung zwischen den beiden Einheiten sind die in der Gegenhaltezange vorgesehenen Öffnungen oder Bohrungen vorzugsweise als bogenförmige Schlitze bzw. Langlöcher mit einem Krümmungsradius und einer Position entsprechend der Drehbewegung um den Rohrstrang ausgebildet. Zudem ist jede Einheit auch mit einer rückwärts abstehenden Halterung versehen, wobei diese beiden Halterungen gegeneinander angedrückt werden, wenn « durch die Motorzange ein Drehmoment auf das Rohrstück ausgeübt wird; infolgedessen kann ein geeigneter Drehmomentfüh-ler oder -messer so angeordnet sein, daß er zwischen

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diesen beiden Halterungen zusammengedrückt wird und eine außerordentlich genaue Messung des auf das Rohrstück einwirkenden Drehmoments liefert, bevor sich die Bolzen an die Enden der Langlöcher anlegen.

Zeitweilig kommt es vor, daß die Bedienungsperson einer Winde, an welcher das oberste Rohrstück aufgehängt ist, die Winde betätigt und damit dieses Rohrstück anhebt, nachdem es aus dem von der Gegenhaltezange festgehaltenen Muffenteil herausgeschraubt worden ist, aber bevor es von der drehbaren oder Motorzange freigegeben worden ist. Ebenso tritt zeitweilig der Fall ein, daß die Klemmkeile im Drehtisch den Rohrstrang nicht festzuhalten vermögen, und wenn in .diesem Fall die Rohrstrangzangenanordnungen gegen den Rohrstrang verspannt sind oder auch nur die Gegenhaltezange den Rohrstrang erfaßt, können hierbei beide Zangeneinheiten von ihren Aufhängungs- oder Halterungseinrichtungen wegbewegt werden. In beiden Fällen entsteht hierbei ein beträchtliches Risiko für das in der Nähe befindliche Arbeitspersonal, weil in einem solchen Fall Ausrüstung im Gewicht von einigen· 1000 kg auf die Bohrplattform herabfallen kann, und dies stellt einen weiteren Grund dafür dar, weshalb kraft- bzw. motorbetätigte Gegenhaltezangen bisher als nicht wünschenswert angesehen wurden.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil praktisch vollständig dadurch vermieden, daß in jedem der genannten Fälle die Scherstifte abgeschert werden, so daß sich die Gegenhaltezange von der Motorzange trennt. Wenn -die betreffende Bedienungsperson die -Winde versehentlich vorzeitig betätigt, wie im zuerst angenommenen Fall, wird dabei lediglich die Motorzange von der Gegenhaltezange weggez-ogen, ohne daß dies andere Konsequenzen nach sich ziehen würde.

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Wenn der Bohrstrang, vi/ie im zweiten Fall angenommen, in das Bohrloch herabzufallen beginnt, kann er die Gegenhaltezange zum Boden des Bohrgerüsts mitziehen, wobei sich jedoch die Motorzange von der Gegenhaltezange trennt und in ihrer Normalposition verbleibt. . . . -

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: \

Fig. 1 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung einer Motorrohrzange und einer Gegenhaltezange mit Merkmalen, nach der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Aufsicht auf die Gegenhaltezange. gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Gegenhaltezange

gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Aufsieht auf die Unterseite .der

Gegenhaltezange gemäß Fig. 2 und 3,

Fig. 5 eine Teilschnittdarstellung eines bestimmten Abschnitts der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 6 eine Figur 5 ähnelnde Darstellung eines

anderen Abschnitts der Vorrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 7 ein Funktionsdiagramm der Hydraulikkreise und

der zum Teil in Fig. 2 veranschaulichten Bauteile. .

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In der vereinfachten schaubildlichen Darstellung von Fig. 1 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht, bei u/elcher eine drehbare Motorzangenanordnung 2 an einer passenden Stelle auf der Länge des Verbindungsabschnitts eines Bohrrohrs 4 angeordnet ist. Unmittelbar darunter befindet sich eine Gegenhaltezange 3 gemäß der Erfindung. Die Motorzange, die ein Drehmoment auf das Bohrrohr 4 ausübt, ist vorzugsweise mit mehreren Trag-Bolzen 5 versehen, die parallel zum Bohrrohr nach unten abstehend befestigt sind. Die Gegenhaltezange 3 ist infolgedessen mit entsprechenden Öffnungen versehen, so daß sie derart auf diese Bolzen 5 aufsetzbar ist, daß ein minimaler Abstand 14 zwischen den beiden Einheiten 2 und 3 festgelegt wird.

Am unteren Ende jedes Bolzens 5 ist eine Anzahl von auf passende Abstände verteilten Stiftbohrungen vorgesehen, in welche ein Scherstift 6 eingesetzt werden kann. Zwischen dem Scherstift 6 und der Gegenhaltezange 3 befindet sich vorzugsweise eine geeignete Zwischenscheibe oder ein anderes zweckmäßiges Haltemittel mit einer zugeordneten Feder 7, durch welche die Gegenhaltezange 3 dicht an der Unterseite der Motorzange 2 gehalten wird.

Gemäß Fig. 1 ist die Gegenhaltezange 3 mit einer nach rückwärts abstehenden Halterung 11 versehen, die einen geeigneten Drehmomentfühler bzw. -messer 10 trägt. Die Motorzange 2 weist ebenfalls eine entsprechende Halterung 12 auf, die nach unten ragt und sich mittels einer Drehbewegung seitlich an den Drehmomentmesser 10" anzulegen vermag, wenn mittels der Motorzange 2 ein Drehmoment auf die Verbindungsstelle des Bohrrohrs- 4 ausgeübt wird. Da die Gegenhaltezange 3 dazu dient, das betreffende Bohr-

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rohrstück 4 gegen eine Drehung festzuhalten, werden die beiden Halterungen 10 und 12 gegeneinander verlagert, so daß die beiden Einheiten 2 und 3 nicht nur für das gegenseitige Zusammenwirken und unter Verhinderung einer gefährlichen Rotation miteinander gekoppelt sind, sondern auch der Drehmomentmesser 10 eine entsprechende Anzeige für die Größe des zwischen den Einheiten 2 und 3 und somit am Bohrrohrstück 4 wirkenden Drehmoments liefert.

Die Scherstifte 6 dienen nicht nur zur Herstellung einer Verbindung zwischen Gegenhaltezange 3 und Motorzange 2, sondern auch als Sicherheitstrennstelie bzw. Sollbruchstelle für den Fall, daß die beiden Einheiten 2 und 3 versehentlich voneinander getrennt werden. Zeitweilig kann es nämlich vorkommen, daß der Bohrstrang, in diesem Fall der von der Gegenhaltezange 3 erfaßte Rohrabschnitt 4, aufgrund eines Versagens der Klemmkeile im nicht dargestellten Drehtisch in das Bohrloch herabrutscht. Obgleich die drehbare Motorrohrzange 2 mit Hilfe von in Fig. 1 nicht dargestellten Elementen auf zweckmäßige Weise aufgehängt ist, vermag diese Aufhängung das Gewicht des Bohrstrangs nicht zu tragen, so daß stets die Gefahr dafür besteht, daß die beiden Rohrzangeneinheiten .2 und 3 herabfallen und dabei das in der unmittelbaren Umgebung' befindliche Personal gefährden. In einem solchen Fall werden jedoch die Scherstifte 6 abgeschert, so daß die Motorzange 2 vom Gewicht des durch das Bohrrohr 4 angedeuteten Bohrstrangs entlastet wird und somit nur die Gegenhaltezange 3 auf den Boden der nicht dargestellten Bohrplattform herabfällt. Wenn die Gegenhaltezange 3 dabei am Bohrrohr 4 verspannt wird, ist die Geschwindigkeit ihrer Abwährtsbewegung nicht größer als die Bewegung des Bohrrohrs 4 in das Bohrloch.

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Ebenso kommt es zeitweilig vor, daß die Bedienungsperson der nicht dargestellten Winde, an welcher das obere Ende des Bohrrohrs 4 aufgehängt ist, die Winde betätigt und damit das Bohrrohr hochzieht, nachdem es von dem in der Gegenhaltezange 3 verspannten unteren Rohrabschnitt 4 abgeschraubt worden ist, aber bevor die Motorzange 2 von diesem oberen Stück des Bohrrohrs 4 getrennt worden ist. In diesem Fall werden beide Einheiten 2 und 3 in gefährlicher Weise hochgezogen, sofern nicht die Scherstifte 6 abgeschert werden würden, so daß sich die Gegenhaltezange 3 von der Motorzange 2 trennen kann. Da die Winde ohne weiteres die Motorzange 2 sowie das von dieser festgehaltene, einzelne Rohrstück 4 zu tragen vermag, wird auf diese Weise eine Gefährdung des Arbeitspersonals weitgehend ausgeschaltet.

Gemäß den Fig. 2 bis 6 weist die Gegenhaltezange 3 eine obere Platte 20 mit bogenförmigen Langlöchern 15 zur Aufnahme der drei Trag-Bolzen 5 auf. Zwischen das obere Ende jeder Feder 7 und die Unterseite der oberen Platte 20 ist eine an letzterer anliegende Zwischenscheibe 8 oder ein ähnliches Sicherungselement eingesetzt.

Aufgrund der bogenförmigen Gestalt der Langlöcher 15 wird eine ausreichend große Bewegung der Bolzen 5 ermöglicht, so daß sich die Halterungen 11 und 12 gegeneinander bewegen können und damit über den Stempel 1OA des Drehmomentmessers 10 eine genaue Anzeige für die Größe des zwischen den Einheiten 2 und 3 erzeugten Drehmoments geliefert wird, wenn die Motorzange 2 zum Drehen des Rohrstücks 4 betätigt wird. Die Länge der Langlöcher 15 ist jedoch so gewählt, daß diese Relativbewegung nicht begrenzt wird, bevor das gewünschte Drehmoment erreicht ist, so daß eine falsche

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Anzeige des tatsächlich auf das Rohrstück 4 ausgeübtea Drehmoments vermieden wird. .

Gemäß den Fig. 2 bis 6 ist die Gegenhaltezange 3 mit einem offenen Öffnungs- bzw. Einlaufteil 21 versehen, über den sie das Rohrstück aufzunehmen vermag. Der Einlaufteil 21 wird durch einen Zwischenraum zwischen oberer und unterer Platte 20 bzw. 54 und insbesondere •durch den Zwischenraum zwischen Leitblöcken 21A, 21B gebildet, die ihrerseits im Zusammenwirken mit einem Strebenblock 42 eine Gleitführung für zwei Greif- bzw. Spannbacken 22 und 23 bilden, welche durch Hebel 28 bzw. 29 in Spanneingriff mit dem Rohrstück 4 vorschiebbar sind. Die gemäß Fig. 5 linke Spannbacke 22 ist mit einem Stift 26 und einer drehbaren Büchse 24 versehen, an welche der Hebel 28 andrückt, der seinerseits mittels eines Schwenkzapfens 30 schwenkbar mit dem linken Ende des Strebenblocks 42 verbunden ist..Eine Drehung des Hebels 28 um den Schwenkzapfen 30 wird durch eine Antriebsanordnung aus einem Hydraulikzylinder 38 hervorgebracht, dessen Kolbenstange 36 und Schäkel 34 mittels eines Gelenkzapfens 32 mit dem anderen Ende des Hebels 28 verbunden sind. Weiterhin ist der Zylinder 38 mittels eines Gelenkzapfens 40 unter Ermöglichung einer Schwenkbewegung zwischen oberer und unterer Platte 20 bzw. 54 festgelegt, so daß beim Ausfahren der Kolbenstange 36 der Hebel 28 gemäß Fig. 2 entgegen, dem Uhrzeigersinn gedreht und damit die linke bzw. gemäß Fig. 2 obere Spannbacke 22 gegen das Rohrstück 4 vorgetrieben wird.

Auf ähnliche Weise ist die gemäß Fig. 5 rechte Spannbacke 23 an ihrem anderen Ende mit einer drehbaren Büchse 25 auf einem Stift oder Zapfen 27 versehen, so daß diese

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Spannbacke 23 durch im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung des rechten Hebels 29 um den Schwenkzapfen 31 gegen das Rohrstück 4 vorschiebbar ist, wobei dieser Sch\i/enkzapfen seinerseits mit dem anderen Ende des Strebenblocks 42 verbunden ist. Die Drehung des Hebels 29 wird durch eine Antriebsanordnung mit einem Hydraulikzylinder 39 hervorgebracht, der mittels eines Schwenkzapfens 41 schwenkbar zwischen oberer und unterer Platte 20 bzw. 54 festgelegt ist und dessen Kolbenstange 37 über einen Schäkel 35 und einen Gelenkzapfen 33 mit dem anderen Ende des rechten Hebels 29 verbunden ist.

Die Betätigung der Gegenhaltezange 3 kann durch Betätigung eines in Fig. 7 schematisch dargestellten Steuerventils 61 erfolgen, wobei hydraulisches Druckmedium über entsprechende Speiseleitungen 6OA und 48 einem Strömungsteiler 47 zugeliefert wird, um dann in gleich großen Mengen über Rückschlagventile 45 und 46 zu Verlängerungsleitungen 43 und 44 zu strömen, die zu den Ausfahrzulässen der Hydraulikzylinder 38 bzw. 39 führen. Beim Ausfahren der Kolbenstangen 36, 37 tritt selbstverständlich eine Rückströmung von Hydraulikflüssigkeit über Rücklaufleitungen 49 bzw. 50 und sodann über eine Speiseleitung 51 zum Hydraulikflüssigkeitsvorrat 60 (Fig. 7) auf.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Spannbacken 22 und 23 nicht nur zum Angreifen am Rohrstück 4 zwischen dem Strebenblock 42 sowie den beiden Leitblöcken 21A, 21B verschiebbar sind, sondern vielmehr auch dieser Angriff am Rohrstück 4 durch die Rückschlagventile 45, 46 aufrechterhalten wird, bis das Steuerventil 61 eindeutig zurückgestellt wird. Durch die Rückschlagventil 45 und 46 wird hydraulisches Druckmedium in den Verlängerungs- bzw. Ausfahrleitungen 43 bzw. 44 eingeschlossen, so daß die Kolbenstangen 36 bzw. 37 unabhängig von dem in den Le-itungen

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und 44 herrschenden Hydraulikdruck in ihrer Ausfahrstellung verbleiben. Wenn dagegen die Kolbenstangen 36.und 37 zum Trennen der Spannbacken 22 und 23 vom Rohrstück 4 eingefahren «/erden sollen, kann das Steuerventil 61 gemäß Fig. 7 so umgeschaltet werden, daß Hydraulikdruck an die Einlaßleitung 51 angelegt und die Leitung 48 mit der zum Hydraulikflüssigkeitsvorrat 60 führenden Rücklaufleitung 6OB verbunden wird* Bei Anlegung von Hydraulikdruck an die Leitung 51 vi/ird dabei der Hydraulikdruck über die Leitung 49 und 50 an die Rücklauf- bzw. Einfahrzulässe der Zylinder 38 bzw. 39 angelegt und außerdem über die Leitungen 52 und 53 den Rückschlagventilen 45 bzw. 46 zum Öffnen derselben zugeführt, so daß die Hydraulikfussigkeit sodann über die Leitungen 43 und 44 zur Leitung 48 zurückströmen und hierauf über das Steuerventil 61 zur Rücklaufleitung 6OB des Hydraulikflüssigkeitsvorrats 60 strömen kann.

Wie erwähnt, ist es wesentlich, daß eine größtmögliche Bewegungsstrecke der Spannbacken 22 auf 23 vorgesehen ist, weil das Rohrstück 4, insbesondere ein Bohrrohr eines Bohrrohrstrangs sicher gegen eine Drehbewegung unter der Wirkung der Motorzange 2 festgehalten werden muß. Die Bewegungsstrecken der Spannbacken 22 und 23 werden somit nicht nur durch die Konfiguration des Strebenblocks 42 sowie der beiden Leitblöcke 21A, 21B, sondern auch durch die Position der Schwenkzapfen 30 und 31 an den anderen Enden der beiden Hebel 28 bzw. 29μτ Je grober nämlich der Abstand zwischen den Zapfen 30 und 32beitn Hebel 28 sowie zwischen den Zapfen 31 und 33beim Hebel 29 ist, um so größer ist die Bewegungsstrecke der beiden Spannbacken 22 und 23 beim Ausfahren der Kolbenstangen 36 bzw. 37. Mit zunehmendem Abstand zwischen den Zapfen 30 und 32 bzw. 31 und 33 vergrößert sich auch die Antriebskraft, die durch die Hebel 28 und 29 auf die Spannbacken 22 bzw. 23 übertragen werden kann, so daß sich entsprechend die erforderliche Größe der Hydraulikzylinder 38 und 39 für das wirksame Verspannen des Rohrstücks 4

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verkleinert.

Wie erwähnt, legt der Strebenblock 42 in erster Linie die Gleitführung für die Spannbacken 22 und 23 fest. Darüber hinaus verbindet er jedoch auch die beiden Gabelabschnitte von oberer und unterer Platte 20 bzw. 54, welche den Einlaufteil 21 der Gegenhaltezange 3 bilden, so daß diese Abschnitte an einem Aufspreizen gehindert werden, wenn die Spannbacken 22 und 23 einer entgegenwirkenden Kraft von der drehbaren Motorzange 2 ausgesetzt sind, so daß sich die Spannbacken 22 und 23 vom Rohrstück 4 trennen könnten. Aufgrund des größtmöglichen Abstands zwischen den Zapfen 30 und 32 bzw. 31 und 33 kann es sich jedoch als erforderlich erweisen, den Strebenblock 42 mit einer konkaven Ausnehmung 21C zur Aufnahme des Rohrstücks 4 zu versehen.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß sich die untere Platte 54 nicht um die beiden Bolzen 5 auf gegenüberliegenden Seiten des offenen Einlaufteils 21 erstreckt und daß das den hinteren Bolzen 5 aufnehmende Langloch 55 wesentlich größer ist als das entsprechende bogenförmige Langloch 15 in der oberen Platte. Der Grund hierfür liegt darin, daß die obere Platte 20 das gesamte Gewicht der Gegenhaltezange 3 trägt, so daß die untere Platte 54 die beiden vorderen Bolzen 5 nicht zu umschließen braucht. Da sich außerdem die Gegenhaltezange 3 beim Abscheren der Scherstifte 6 vollständig von den Bolzen 5 trennen soll, ist es wesentlich, daß das bogenförmige Langloch 55 in der unteren Platte 54 größer ist als die Zwischenscheibe 8, so daß die Gegenhaltezange 3 ohne Behinderung durch die Teile der drehbaren Motorzange 2 herabfallen kann.

Wie erwähnt, treiben die Hebel 28 und 29 beim Ausfahren der Kolbenstange 36 bzw. 37 die Spannbacken 22 und 23 in

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Eingriff mit dem Rohrstück 4, Gemäß Fig. 4 ist daher vorzugsweise ein zweckmäßiges Federmittel zum Zurückziehen der Spannbacken 22 und 23 beim Einfahren der Kolbenstange 36 und 37 vorgesehen. Insbesondere ist gemäß Fig. 4 eine Feder 56 vorgesehen, die am einen Ende mit dem Stift bzw. Bolzen 27 and an ihrem anderen Ende mit einem passenden Teil der oberen oder der unteren Platte 20 bzvi/. 54 verbunden ist. Wenn somit die Spannbacke 23 durch den Hebel 29 gegen das Rohrstück 4 vorgeschoben wird, wird die Feder 56 gedehnt. Bei der Wegbevi/egung des Hebels 29 von der Büchse 25 verkürzt sich jedoch die Feder 56, wobei sie die Spannbacke 23 vom Rohrstück 4 zurückzieht. Eine in Fig. 4 nicht speziell dargestellte-, ähnliche Feder ist mit der Spannbacke 22 verbunden. ■

Aus Fig. 2 geht weiterhin hervor, daß bei dieser Ausführungsform der Gegenhaltezange beim Verspannen des Rohrstücks 4 durch die Spannbacken 22 oder 23 keine

-kein
Rotationskraft bzw.^v Drehmoment entwickelt wird, weil die Spannkraft in erster Linie durch das Ausfahren der Kolbenstange 36 und 37 erzeugt wird. Die drehbare Motorzange 2 zeigt jedoch eine Tendenz, sich entgegengesetzt zu dem auf das Rohrstück 4 ausgeübten Drehmoment zu verdrehen, wobei beim Hinzufügen eines Rohrstüeks zum Bohrrohrstrang dieses Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn wirkt. Hierbei legt sich die hintere Halterung 11 an die Motorzange 2 an, wobei der Drehmomentmesser 10 gegen ein Zusammendrücken seines Kolbens oder Stempels 1OA durch die Halterung 12 der Motorzange 2 abgestützt wird.

Beim Herausschrauben eines Rohrstücks aus dem Röhrstrang tritt ersichtlicherweise die entgegengesetzte WIr-

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kung auf, weil sich die Motorzange 2 dabei in entgegengesetzter Richtung zu drehen bestrebt ist. In diesem Fall werden die beiden Halterungen 11 und 12 voneinander getrennt, so daß der Drehmomentmesser 10 keine Drehmomentmessung liefert. Dies ist jedoch unbeachtlich, weil eine Drehmomentmessung nur erforderlich ist, um beim Einschrauben eines Bohrrohrstücks in den Rohrstrang das Erreichen eines ausreichend großen Drehmoments anzuzeigen, während beim Zerlegen des Rohrstrangs nur ein für das Lösen der Schraubverbindung ausreichend großes Drehmoment erforderlich ist. Da sich beim Zerlegen des Rohrstrangs die beiden Halterungen 11 und 12 nicht aneinander anlegen, wird eine entsprechende Begrenzung der Bewegung durch die sich in den Langlöchern 15 in der oberen Platte 20 verschiebenden Bolzen 5 erreicht.

Die beschriebene Gegenhaltezange gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei Bohrrohren, die, obgleich sie einen vergleichsweise kleinen Außendurchmesser besitzen, die Anwendung sehr großer Drehmomente sowohl beim Verbinden als auch beim Trennen der Schraubverbindungen erfordern. Die vorteilhaften Merkmale der erfindungsgemäßen Gegenhaltezange liegen in der speziellen Anordnung der Hebel und der hydraulisch betätigten Kolbenstangen. Eine Gegenhaltezange dieser Art ist jedoch offensichtlich nicht auf die Verwendung bei Bohrrohren beschränkt, sondern auf beliebige Arten anderer Gewindeelemente anwendbar, die miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden sollen, speziell auf die Verbindungen von Bohrloch-Futterrohren, von Pumpgestängestücken und dgl. Außerdem können Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Rohre größerer Abmessungen vorteilhaft sein, beispielsweise für mit Gewindeverbindung versehene Bohrlochauskleidungen, Rohrleitungen und dgl.

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Obgleich vorstehend nur eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, ist die Erfindung keineswegs hierauf beschränkt., sondern zahlreichen Abwandlungen und Änderungen zugänglich.

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Claims

Henkel, Kern, Feiger & Hänzei qniR7AA Patentanwälte * Registered Representatives before the European Patent Office Eckel Manufacturing Co., Inc. D^OOOMÜnchen Odessa, Texas, V.St.A.^ QeQm2QQ5^7 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid 30. April 1S80 PF 126.9.C Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Sicherung eines Rohrstücks o. dgl. gegen axiale Drehung, gekennzeichnet durch zwei radial und entgegengesetzt zueinander in Richtung auf das Rohrstück (4) bewegbare Greif- oder Spannelemente (22, 23), durch zwei schwenkbar gelagerte, entgegengesetzt zueinander und in Richtung auf das betreffende Spannelement (22, 23) bewegbare Hebelelemente (28, 29) und durch zwei Hydraulikzylinder (38, 39), deren Kolbenstangen (36, 37) mit dem betreffenden Hebelelement (23 bzw. 29) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelelemente in funktionsbeziehung zur Bewegung der Spannelemente in -Richtung auf das Rohrstück schwen-kbar sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Plattenteil zur Halterung der Spannelemente und mit Öffnungen zur Au.fnahme won Teilen einer drehbaren Motorzangeneinheit o. dgl. und durch in der Nähe jeder Öffnung im Plattenteil vorgesehene Schermittel zur lösbaren Verbindung der Vorrichtung mit der Motorzange.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenteil· weiterhin die Motorzange bei Ausübung eines Drehmoments in der einen Richtung gegenüber dem Rohrstück sowie bei der Ausübung eines entgegengesetzt wirkenden Drehmoments zu berühren und anzuhalten vermag.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Hebelelementen und den Spannelementen verbundene Halterung vorgesehen ist, welche das Rohrstück gegen eine axiale Drehung durch die Motorzange o. dgl. abstützt bzw." festhält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf Abstand stehende Leitelemente vorgesehen sind, die jeweils unter Ermöglichung einer Verschiebung an einem der Spannelemente angreifen und die eine offene Einlauföffnung zur Aufnahme des Rohrstücks zwischen den Spannelementen festlegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federmittel vorgesehen sind, die jeweils am einen Ende mit dem Plattenteil und am anderen Ende mit einem der Spannelemente verbunden sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel so angeordnet sind, daß sie einer Bewegung der Spannelemente gegen das Rohrstück elastisch entgegenwirken.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine hydraulische Steueranlage zur Betätigung der Hydraulikzylinder, bestehend aus einem Vorrat für hydraulisches Druckmittel, an letzteren angeschlossenen Druckleitungen zur Aufnahme des Druckmittels, mit dem Druckmittelvorrat verbundenen Rücklaufleitungen zur Lieferung des Druckmittels zum Vorrat, einem zwischen die Druckleitungen und die Hydraulikzylinder eingeschalteten Strömungsteiler und zwei Rückschlagventilen, die jeweils zwischen den Strömungsteiler und einen der Hydraulikzylinder eingeschaltet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerventil zur Verbindung der Druckleitungen mit den beiden Rückschlagventilen vorgesehen ist.

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