DE3016744C2 - Gegenhaltezange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegenhaltezange zur Halterung eines Rohrstücks oder dergleichen gegen das von einer Motorzange ausgeübte Drehmoment mit einem Block mit einem offenen Einlaufteil zur Aufnahme des Rohrstücks, einem ersten und einem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden Greifbacken im Block, die jeweils auf das Rohrstück zu und von diesem weg beweglich sind, einem ersten und einem zweiten Hydraulikzylinder, die jeweils mit den Greifbacken verbunden sind, wobei diese mittels des Hydraulikzylinders gegen das Rohrstück andrückbar sind, einer mit dem ersten und dem zweiten Hydraulikzylinder verbundenen Kraftübcrti-agungscinrichtiing zur gleichzeitigen Betätigung der Greifbacken und einem ersten und einem zweiten schwenkbaren Hebel, die jeweils zwischen einem Greifbacken und dem zugehörigen Hydraulikzylinder liegen, wobei abhängig _t von den Hydraulikzylindern die durch die Greifbacken auf das Rohrstück ausgeübte Kraft zu erhöhen ist

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 würde; 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 sog. »Muffenteil« 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 Stelle seiner Länge eine vergrößerte Wanddicke besitzen darf.

In manchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine sog. »manuelle« Gegenhaltezange mit der drehbaren Motorzange zu verbinden, wobei die beiden Rohrzangensätze als Einheit gehandhabt und betätigt werden konnten und sich zudem der Rohrstrang schneller und bequemer verbinden und trennen ließ. 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

w Spannleistung der manuell betätigten Rohrzangen herkömmlicher Konstruktion liegen.

Selbstverständlich wurde bereits verschiedentlich die Entwicklung von 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

Wi unteren Bohrrohrstücks und damit unmittelbar unter und dicht an der Unterseite der drehbaren Motorzange anzusetzen.

Aus der US-PS 25 44 639 ist eine hydraulisch betätigte Gegenhaltezange bekannt, bei der die

t>5 Greifbacken zum Einspannen eines Rohres um Zapfen verschwenkt weiden. Beide Greifbacken werden gemeinsam durch einen Hydraulikzylinder betätigt. Wenn hierbei das einzuspannende Rohr bereits

geringfügig zu kleine Abmessungen besitzt, dann können die Zähne der verschwenkbaren Greifbacken ;,icht mehr gleichmäßig am Rohr anliegen, da durch das Verschwenken der Greifbacken zwangsläufig der Winkel der Zahnoberflächen auf den Greifbacken bezüglich der Mantelfläche des Rohres verändert wird, wenn die Greifbacken verschwenkt werden. In diesem Fall kann das Rohr nicht mehr zuverlässig und sicher eingespannt werden.

Aus der US-PS 35 07 174 ist eine Gegenhaltezange bekannt, bei der eine die Greifbacken tragende ringförmige Vorrichtung zur Verschiebung der Greifbacken durch einen hydraulischen Zylinder gedreht werden kann. Die Führungen der Greifbacken verlaufen in radialer Richtung auf das einzuspannende Rohr hin. Die radiale Verschiebung der Greifbacken erfolgt über Nocken, die bei der Verdrehung der ringförmigen Vorrichtung an einem feststehenden Kranz entlanglaufen. Die Greifbacken bewegen sich somit beim Einspannen des Rohres in radialer und in tangentialer Richtung. Die Greifbacken liegen hier jedoch unabhängig von der Größe des Rohres gleichmäßig an diesem an. Die bekannte Gegenhaltezange besitzt jedoch einen sehr komplizierten Aufbau und ist außerdem nicht mit einem offenen Einlaufteil zur Aufnahme des Rohres versehen, so daß dieses nur von oben oder von unten in die Gegenhaltezange eingeführt werden kann.

Aus der US-PS 30 21739 ist eine hydraulisch betätigbare Drehzange mit einem offenen Einlaufteil zur Aufnahme eines einzuspannenden Rohres bekannt, bei der die Greifbacken in bezug auf das Rohr radial verschoben werden. Diese Drehzange arbeitet jedoch mit einem relativ komplizierten Hebelmechanismus. So ist beispielsweise zum Ausgleich bereits geringfügiger Schwankungen im Außendurchmesser der einzuspannenden Rohre eine über einen besonderen Hebel betätigbarer Teil erforderlich, der zwischen die Greifbacke und eine die Antriebskraft für diese übertragende Druckplatte einfügbar ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach aufgebaute Gegenhaltezange zu schaffen, mit der Rohrstücke auch mit schwankendem Außendurchmesser äußerst zuverlässig und sicher verspannt werden können. Hierbei sollen relativ große Kräfte zum Einspannen des Rohres aufgewendet werden können, ohne daß die Gefahr von dessen Beschädigung oder Zerstörung besteht.

Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Gegenhaltezange erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Greifbacken auf ihrem Verschiebeweg entlang einer radial verlaufenden Linie geführt sind.

Hierbei sind vorzugsweise zwei auf Abstand stehende Leitelemente vorgesehen, die jeweils unter Ermöglichung einer Verschiebung an einem der Greifbacken angreifen und die den Einlaufteil zur Aufnahme des Rohrstücks festlegen. Weiterhin ist vorteilhaft ein Strebenblock vorgesehen, der am Block in einer Stellung gegenüber zum Einlaufteil neben den Greifbakken angebracht ist. Schließlich können in geeigneter Weise eine Federeinrichtung, die am einen Ende mit dem Block und am anderen Ende mit einem der Greifbacken verbunden und durch die eine gegenläufige Bewegung der Greifbacken zum Rohrstück ermöglicht ist, und eine ers;e und eine zweite Büchse, die am ersten bzw. zweiten Greifbacken angebracht und bezüglich dieser drehbar sind und gegen die der jeweilige Hebel andrückt, vorgesehen seien.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform

der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung einer Motorrohrzange und einer Gegenhaltezange,

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

Fig.3 eine Seitenansicht der Gegenhaltezange gemäß F i g. 2,

F i g. 4 eine Aufsicht auf die Unterseite der Gegenhaltezange gemäß F i g. 2 und 3, und

F i g. 5 ein Funktionsdiagramm der Hydraulikkreise und der zum Teil in F i g. 2 veranschaulichten Bauteile.

In der vereinfachten schaubildlichen Darstellung von F i g. 1 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, bei welcher 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 ausjDt, 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 9 oder ein anderes zweckmäßiges Haltemittel mit einer zugeordneten Feder 7, durch weiche 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 mit einem Stempel 10/4 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 mitteis der Motorzange 2 ein Drehmoment auf die Verbindungsstelle des Bohrrohrs 4 ausgeübt wird.

Gemäß den F i g. 2 bis 4 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.

Gemäß den F i g. 2 bis 4 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 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 F i g. 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 Spannbacke 23 an ihrem κι anderen Ende mit einer drehbaren Büchse 25 auf einem Stift oder Zapfen 27 versehen, so daß diese Spannbacke 23 durch im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung des rechten Hebels 29 um den Schwenkzapfen 31 gegen das Rohrstück 4 vorschiebbar ist, wobei dieser Schwenkzap- 1 -, fen 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 F i g. 5 schematisch dargestellten y, Steuerventils 61 erfolgen, wobei hydraulisches Druckmedium über entsprechende Speiseleitungen 6OA und 48 einem Strömungsteiler 47 zugeliefert wird, um darin in gleich großen Mengen über Rückschlagventile 45 und 46 zu Verlängerungsleitungen 43 und 44 zu strömen, die jo 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 Hydraulikflüssig- r> keitsvorrat60auf.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Spännbacken 22 und 23 nicht nur zum Angreifen am Rohrstück 4 zwischen dem Strebenblock 42 sowie den beiden Leitblöcken 2\A. 2\B 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 Rückschlagventile 45 und 46 wird hydraulisches Druckmedium in den Verlängerungs- bzw. Ausfahrleitungen 43 bzw. 44 eingeschlossen, so daß die Kolbenstangen 36 bzw. 47 unabhängig von dem in den Leitungen 43 und 44 herrschenden Hydraulikdruck in ihrer Ausfahrstellung verbleiben. Wenn dagegen die Kolbenstangen 36 und 37 zum Trennen der Spannbak- >o ken 22 und 23 vorn Rohrslück 4 eingefahren werden sollen, kann das Steuerventil 61 gemäß Fig. 5 so umgeschaltet werden, daß Hydraulikdruck an die Einlaßleitung 51 angelegt und die Leitung 48 mit der zum Hydraulikflüssigkeitsvorrat 60 führenden Rücklaufleitung 60ß verbunden wird. Bei Anlegung von Hydraulikdruck an die Leitung 51 wird dabei der Hydraulikdruck über die Leitungen 49 und 50 an die Rücklauf- bzw. Einfahrzulässe der Zylinder 38 bzw. 39 angelegt und außerdem über die Leitungen 52 und 53 eo den Rückschlagventilen 45 bzw. 46 zum öffnen derselben zugeführt, so daß die Hydraulikflüssigkeit sodann über die Leitungen 43 und 44 zur Leitung 48 zurückströmen und hierauf über das Steuerventil 61 zur Rücklaufleitung 60S 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. 29 bestimmt. Je größer nämlich der Abstand zwischen den Zapfen 30 und 32 beim Hebel 28 sowie zwischen den Zapfen 31 und 33 beim Hebel 29 ist, um so größer ist die Bewegungsstrekke 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 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 21Czur Aufnahme des Rohrstücks 4 zu versehen.

Wie erwähnt, treiben die Hebel 28 und 29 beim Ausfahren der Kolbenstange 36 bzw. 37 die Spannbakken 22 und 23 in Eingriff mit dem Rohrstück 4. Gemäß F i g. 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 und an ihrem anderen Ende mit einem passenden Teil der oberen oder der unteren Platte 20 bzw. 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 Wegbewegung des Hebels 29 von der Büchse 25 verkürzt sich jedoch die Feder 56, wobei sie die Spannbacke 23 vom Rohrstück 4 zurückzieht. Eine in F i g. 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 Rotationskraft bzw. kein Drehmoment entwickelt wird, weil die Spannkraft in erster Linie durch das Ausfahren der Kolbenstange 36 und 37 erzeugt wird.

Die beschriebene Gegenhaltezange 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 dieser Gegenhaltezange liegen in der speziellen Anordnung der Hebel und der hydraulisch betätigten Kolbenstangen. Eine Gegenhaltezange die-

ser 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 dieser Gegenhaltezange für Rohre größerer Abmessungen vorteilhaft sein, beispielsweise für mit Gewindeverbindung versehene Bohrlochauskleidungen, Rohrleitungen und

dgl.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gegenhaltezange zur Halterung eines Rohrstücks oder dergleichen gegen das von einer Motorzange ausgeübte Drehmoment, mit

einem Block mit einem offenen Einlaufteil (21) zur Aufnahme des Rohrstücks (4),
einem ersten und einem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden Greifbacken (22, 23) im Block, die jeweils auf das Rohrstück (4) zu und von diesem weg beweglich sind,

einem ersten und einem zweiten Hydraulikzylinder (38, 39), die jeweils mit den Greifbacken (22, 23) verbunden sind, wobei diese mittels des Hydraulikzylinders gegen das Rohrstück (4) andrückbar sind,
einer mit dem ersten und dem zweiten Hydraulikzylinder (38, 39) verbundenen Kraftübertragungseinrichtung (36, 37) zur gleichzeitigen Betätigung der Greifbacken (22,23) und

einem ersten und einem zweiten schwenkbaren Hebel (28, 29), die jeweils zwischen einem Greifbacken (22, 23) und dem zugehörigen Hydraulikzylinder (38, 39) liegen, wobei abhängig von den Hydraulikzylindern (38, 39) die durch die Greifbakken (22,23) auf das Rohrstück (4) ausgeübte Kraft zu erhöhen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifbacken (22, 23) auf ihrem Verschiebeweg entlang einer radial verlaufenden Linie geführt sind.

2. Zange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei auf Abstand stehende Leitelemente (21A, 21S/ die jeweils unter Ermöglichung einer Verschiebung an einem der Greifbacken (22, 23) angreifen und die den Einlaufteil (21) zur Aufnahme des Rohrstücks (4) festlegen.

3. Zange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Strebenblock (42), der am Block in einer Stellung gegenüber zum Einlaufteil (21) neben den Greifbacken (22,23) angebracht ist.

4. Zange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Federeinrichtung (56), die am einen Ende mit dem Block und am anderen Ende mit einem der Greifbacken (22, 23) verbunden und durch die eine gegenläufige Bewegung der Greifbacken (22, 23) zum Rohrstück (4) ermöglicht ist und durch eine erste und eine zweite Büchse (24, 25), die am ersten bzw. zweiten Greifbacken (22, 23) angebracht und bezüglich diesen drehbar sind und gegen die der jeweilige Hebel (28,29) andrückt.