DE3500492A1

DE3500492A1 - Vorrichtung zum herstellen von gewindeverbindungen zwischen rohrkoerpern

Info

Publication number: DE3500492A1
Application number: DE19853500492
Authority: DE
Inventors: Jörg E. 3008 Garbsen Schulze-Beckinghausen
Original assignee: Weatherford Oil Tool GmbH
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1985-01-09
Filing date: 1985-01-09
Publication date: 1986-08-07
Also published as: EP0189600A1; NO860054L; NO178163C; US4688453A; DE3500492C2; EP0189600B1; NO178163B; ATE46387T1

Description

PATENTANWALT

Hubertusstr. 2 · 3000 Hannover 1

Hannover, 08.01.1985

W 332/A/B Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanme!dung Anmelden: Firma Weatherford Oil Tool GmbH

Hainhäuser Weg 150

3012 Langenhagen 1

Vorrichtung zum Herstellen von Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Axialöffnung und einem dem Außendurchmesser des Rohres angepaßten radialen Ausschnitt sowie mit einem in dem Gehäuse mittels einer Antriebseinrichtung drehbar angeordneten Zahnkranz, der mit einem entsprechenden Radialausschnitt versehen ist und Auflaufnocken mit Auflaufkurven trägt, denen an einem die Anpreßkraft verstärkenden Hebelelement ein gelenkig gelagerter Klemmbacken mit einem Greifmesser zugeordnet ist

Bei einer Vorrichtung zum Kontern und Brechen von Gewindeverbindungen zwischen Rohrkörpern von Rohi— und Bohrsträngen sowie Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen werden nach der DE-PS 32 34 027 ein drehbares und ein drehfestes Spannfutter, die gemeinsam eine Vorricjntungshauptachse definieren, zur Aufnahme je

eines von zwei Rohrkörpern mit einander zugewandten endseitigen Gewindebereichen verwendet, wobei das eine Spannfutter in einem ortsfest an einem Ende eines Vorrichtungsgestells abgestützten Lagerbock gelagert und das andere Spannfutter an einem Stützbock angeordnet ist. Diese Vorrichtung ist nur stationär und nicht auf einem Bohrturm einsetzbar. Die Vorrichtung ist ferner nicht zum Durchführen des gesamten Verschraubungsvorgangs geeignet, sondern sie dient nur zum Kontern bzw. Brechen der Schraubverbindungen.

Zum Verschrauben von insbesondere Futterrohren für Bohrlöcher ist es nach der DE-PS 27 26 472 bekannt, eine Rohrzange zu verwenden, deren Gehäuse einen dem Außendurchmesser des Rohres angepaßten radialen Ausschnitt aufweist. In dem Gehäuse ist mit Hilfe einer Antriebseinrichtung ein Zahnkranz drehbar angeordnet, der ebenfalls^ftt^nen entsprechenden Radialausschnitt zeigt und Auf laufnocken mit Auflaufkurven unterschiedlicher Steigungsbereiche trägt. Diese Vorrichtung ist zum Verschrauben von Rohren geeignet, die in eine Tiefbohrung eingelassen werden. Die Rohre haben einen nahezu über ihre gesamte Länge gleichmäßigen Durchmesser, was bei der Herstellung von Verschraubungen mit auf die Rohrdurchmesser abgestimmten Greifmessern keine Schwierigkeiten bereitet. Die Verschraubung von Bohrgestängen erfordert jedoch höhere Drehmomente bei geringeren Durchmessern der Rohre des Bohrgestänges. Das Bohrgestänge ist dabei einem erheblichen Verschleiß durch das Gestein unterworfen. Deshalb sind die Rohrdurchmesser innerhalb des Stranges eines Bohrgestänges sehr unterschiedlich. Die Verschraubungsvorrichtung muß deshalb auch bei sehr unterschiedlichen Rohrdurchmessern seine Funktion ausüben können. Die Verwendung einer offenen Zange, wie nach der DE-PS 27 26 472, ist bisher durch die erheblichen, insbesondere zum Kontern und Brechen notwendigen Drehmomente nicht für die Verschraubung von Bohrgestängen geeignet gewesen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auch zur Verschraubung von Bohrgestänge eine von Hand führbare, offene Zange zur Verwendung auf dem Bohrturm zu schaffen, mit der die notwendigen sehr hohen Drehmomente trotz der leichten Zangenausführung aufgebracht werden können. Die erfindungsgemaße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß dem beweglich angeordneten Greifmesser bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zwei starre Greifmesser als Gegenhaltemesser angeordnet sind, wobei zur Reversierbarkeit der Spann- in eine Lösebewegung der gelenkige Klemmbacken gegen das in Drehrichtung gesehene benachbarte Greifmesser durch Umstecken austauschbar ist. Vorzugsweise ist das bewegliche Greifmesser konvex ausgebildet, so daß in Verbindung mit den starren Greifmessern jedes Gestängerohr sicher an drei Punkten erfaßt werden kann. Das System der Rohrerfassung an drei Punkten gewährleistet auch die Verarbeitung von Gestängerohren unterschiedlicher Durchmesser.Um bei einem zu weit abgenutzten Gestängerohr zu verhindern, daß der Auf laufnocken an der Druckrolle des beweglichen Klemmbackens vorbeirutscht, sind gehäusefeste Anschläge für die die Auf laufkurven tragenden Auflaufnocken vorgesehen. Hierfür dienen Anschlagbolzen, die so den Auflaufnocken zugeordnet sind, daß sich jeder Nocken mit seiner rückwärtigen Fläche an einen Anschlagbolzen anlegen kann, sobald die Druckrolle des beweglichen Klemmbackens das oberste Ende einer Auflaufkurve erreicht hat.

Zum Brechen einer Schraubverbindung wird die bewegliche gegen die starre Klemmbacke ausgetauscht. Beide Klemmbacken sowie das dritte Greifmesser werden von einem an sich bekannten sichelförmigen massiven Klemmbackenträger, der mit den Rotorscheiben vei— bunden ist, getragen. Nach dem Positionstausch des beweglichen Klemmbackens mit dem starren kann die Drehrichtung des Zahnkran-

zes umgekehrt werden, so daß bei erneutem sicheren Greifen des betreffenden Rohrabschnitts diesen entgegen seiner Vei— schraubungsrichtung gedreht und seine Verbindung mit dem benachbarten Gestängeabschnitt gebrochen werden kann.

Im Gegensatz zu der für das Kontern und Brechen bekannten Vorrichtung nach der DE-PS 32 34 027 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für den eigentlichen Verschraubungsvorgang, für das "Spinnen", geeignet. Mit ein und demselben Gerät können also zusätzlich die Verschraubungsdrehungen bis zum Kontern und in umgekehrter Richtung vom Brechen bis zur vollständigen Lösung durchgeführt werden. Damit ist also ein Gerät gegeben, dessen Eigenschaften, nämlich geringe Masse, offenes System und das Vermögen, nicht nur eine Schraubverbindung zu kontern bzw. zu brechen, sondern auch die gesamte Schraubbewegung durchzuführen, seinen Einsatz auf einem Bohrturm und damit einen erheblichen Zeitgewinn gestatten.

Weitere, den Erfindungsgegenstand in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf den Rotorkranz und den Backenträger mit zugehörigen Greifmessern bei einer abgenommenen Rotorscheibe,

Fig. 2 den Schnitt A-B durch die Figur 1, Fig. 3 den Schnitt C-D durch die Figur 1,

Fig. 4 den Backenträger mit Klemmbacken in größerem Maßstab und

Fig. 5 den Schnitt E-F durch die Figur 4.

Innerhalb des Rotorkranzes 1 mit der Verzahnung 2 ist ein sichelförmiger Klemmbackenträger 3 angeordnet. Der Backenträger 3 trägt drei Greifmesser 4, 5 und 6, von welchen lediglich das Messer 4 drehbeweglich in einer beweglich gelagerten Klemmbacke 7 angeordnet ist. Die Klemmbacke 7 ist in Form eines einarmigen, die Klemmkraft verstärkenden Hebels ausgebildet. Sie ist mit einem Schwenkbolzen 8 am Backenträger 3 befestigt. Die radiale Einwärtsbewegung der Klemmbacke 7 wird mit Hilfe einer Druckrolle 9 erzielt. Sie läuft bei einer Drehung des Rotorkranzes 1 in Richtung des Pfeiles 10 auf die Auflaufkurve 11 des Auflaufnockens 12 auf. Die Rückstellbewegung wird über eine Rückstellfeder 13 erzielt, die am Bolzen 14 der beweglichen Klemmbacke 7 angreift und mit ihrem entgegengesetzten Ende an einer Rotorscheibe befestigt ist. Zur besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung ist die Darstellung des Gehäuses der Gesamt vorrichtung weggelassen worden.

An dem dem beweglichen Greifmesser 4 gegenüberliegenden Ende des sichelförmigen Backenträgers 3 ist das starre Greifmesser 5 angeordnet. Es ist in eine Festbacke 15 eingesetzt, die ihrerseits über einen Bolzen 17 mit den Rotorscheiben 18 und 19 fest verbunden ist. Zum Festbacken 15 gehört ein Rückführanschlag 20, der mit dem starren Backen durch Stifte 21 formschlüssig verbunden ist. Der Rückführanschlag begrenzt bei dem dargestellten Beispiel die Drehung des Rotorkranzes 1 bei einer Drehrichtung, die dem Pfeil 10 entgegengesetzt gerichtet ist. Bei einer solchen Rückdrehung.kann sich der Rückführanschlag an die Auf-

laufkurve 22 des zweiten Auflaufnockens 23 oder nach erfolgtem Umstecken in die Position des beweglichen Klemmbackens, an die Auflaufkurve 11 anlegen und das System Rotorkranz mit Rotorscheiben in Ausgangsstellung zurückdrehen.

Die dritte, ebenfalls starre Greifbacke 6 ist in der Mitte des Backen trägers 3 befestigt. Somit ist ein Kraftangriff an drei Punkten eines Bohrgestangerohres gegeben. Durch die bewegliche Lagerung des konvex geformten Greifmessers 4 in dem als einarmiger Hebel ausgebildeten beweglichen Klemmbacken 7 können Bohrgestänge unterschiedlichen Durchmessers mit der genügenden Sicherheit erfaßt, verschraubt und gekontert bzw. eine Schraubverbindung gebrochen werden. In unterbrochener Strichführung sind die Positionen eines 5 8 " und eines 6 2 " Bohrgestänges angedeutet. Bei dem gezeigten Beispiel bildet das 5 8 " Rohr die kleinste von der Vorrichtung erfaßbare Größe. Die Druckrolle 9 wird dabei gerade noch von der Auflaufkurve 11 mit ihrem radial inneren Ende erfaßt. Um zu verhindern, daß in einem solchen Fall der Auflaufnocken mit seiner Auflaufkurve an der Druckrolle vorbeirutscht, dienen Anschlagbolzen und, bei entgegengesetztem Drehsinn, 25. Gegen diese Anschlagbolzen können sich die Auflaufnocken 12 bzw. 23 mit ihren rückwärtigen Enden anlegen.

Der Rotorkranz 1 ist zu beiden Seiten von Gleitführungsringen 26 und 27 eingefaßt, mit welchen er in umlaufenden Nuten 28 und 29 der Rotorscheiben 18 und 19 gleiten kann.

Vor Beginn der Verschraubungsvorgänge werden durch eine Drehung des Rotorkranzes die Radialausschnitte von Gehäuse, Rotorscheiben und Rotorkranz in Deckung gebracht. Das aufgehängte Gerät kann dann von Hand an ein Rohr geschwenkt werden, bis die starren Greifmesser 5 und 6 zur Anlage kommen. Die beiden starren Messer sind um 90 gegeneinander versetzt angeordnet und sorgen dadurch für eine Zentrierung der Vorrichtung am Rohr bzw. am Bohrgestänge. Dann wird der Rotorkranz 1 in Richtung des Bewegungspfeiles 10 gedreht. Dadurch läuft die

Druckrolle 9 des beweglichen Klemmbackens 10 auf die Auflaufkurve 11 des Auf laufnockens 12 auf und schwenkt das Greifmesser 4 gegen das Bohrgestänge 31. Nach Erreichen des vorgegebenen Klemmwertes, der notwendig ist, um das Konter- bzw. Brechmoment auf eine Schraubverbindung übertragen zu können, beginnt der eigentliche Verschraubungs- bzw. Entschraubungsvorgang .

Bei einer Draufsicht gemäß Figur 1 zeigt der Bewegungspfeil die Drehrichtung für das Brechen einer Schraubverbindung mit anschließendem Entschraubungsvorgang an. Soll die Vorrichtung dagegen eine Schraubverbindung herstellen, werden zuvor der bewegliche Klemmbacken 7 und der feste Klemmbacken 15 gegeneinander ausgetauscht. Der Bolzen 8b wird somit zum Schwenkbolzen für den Klemmbacken 7, während der bisherige Schwenkbolzen 8a durch den festen Klemmbacken 15 greift. Die Rückstellfedern 13 sorgen jeweils dafür, daß nach entsprechender Rückdrehung des Rotorkranzes der Anpreßdruck des Greifmessers 4 vollständig aufgehoben wird und der Klemmbacken 7 radial nach außen geschwenkt wird.

Die Anordnung des konvexen Greifmessers 4 auf der Klemmbacke ist so gewählt, daß über die Lage der Backe eine die Spannkraft verstärkende Wirkung erzielt wird. Die Lage der Druckrolle kompensiert den Spannkraftverlust, den das System erfährt, wenn es beim zulässigen Größtmaß der Bohrgestängeverbindung arbeitet. In diesem Fall wird der Hebelarm zwischen dem Schwenkbolzen 8a und der Druckrolle 9 größer; der wirksame Hebelarm für die Spannkraftverstärkung reduziert sich. Der Kraftangriffspunkt am zu verschraubenden Gestänge liegt zwischen dem Schwerpunkt der Spannbacke und dem Mittelpunkt des gesamten Systems. Dadurch tritt beim Einleiten der Drehbewegung, nachdem das Greifmesser 4 das Bohrgestänge 31 erfaßt hat, eine nach innen ge-

richtete Anpreßkraft auf, die ein sicheres Fassen des Greifmessers bewirkt. Es entsteht eine Klemmungsverstarkung. Durch den Steigungswinkel von 30 -60 , vorzugsweise 45°, der Auflaufkurven wird eine nahezu tangential gerichtete Belastung des Rotorkranzes erreicht und damit eine Aufweitung seiner Enden im Bereich des Radialausschnitts verhindert.

Das erfindungsgemäße Gerät kann infolge seiner geringen Masse von Hand geführt werden und ist dennoch in der Lage, höchste Drehmomente aufzubringen, die für das Kontern bzw. Brechen der Schraubverbindungen von Bohrgestängen notwendig sind. Das Vei— hältnis der maximalen Drehmomente zum Gewicht der Vorrichtung ist wesentlich größer als bei den bisher bekannten Ausführungen. Die Dreipunktklemmung, insbesondere in Verbindung mit der Anordnung der starren Greifmesser mit einem Winkel von 90 zueinander führt zu einer optimalen Einspannung mit geringstem Zeitverlust. Zeitverluste beim Bohrbetrieb sind jedoch wegen der damit verbundenen hohen Kosten weitgehendst zu vermeiden.

Claims

Hannover, 08.01.1985 W 332/A/B Patent- und Gebrauchsmustei—Hilfsanmeldung Anmelder: Firma Weatherford Oil Tool GmbH Hainhäuser Weg 150 3012 Langenhagen 1 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Herstellen von Gewindeverbindungen zwischen · Rohrkörpern, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Axialöffnung ** und einem dem Außendurchmesser des Rohres angepaßten radialen Ausschnitt sowie mit einem in dem Gehäuse mittels einer Antriebseinrichtung drehbar angeordneten Zahnkranz, der mit einem entsprechenden Radialausschnitt versehen ist und Auf laufnocken mit Auf laufkurven trägt, denen an einem die Anpreßkraft verstärkenden Hebelelement ein gelenkig gelagerter Klemmbacken mit einem Greifmesser zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem beweglich angeordneten Greifmesser (4) zwei starre Greifmesser (5, 6) als Gegenhaltemesser zugeordnet sind, wobei zur Reversierbarkeit der Spann- in eine Lösebewegung der gelenkige Klemmbacken(7) gegen das in Drehrichtung gesehen benachbarte Greifmesser (5) umsteckbar ist .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Grei
angeordnet sind.

die starren Greifmesser (5, 6) um 90 gegeneinander versetzt

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3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Greifmesser .(4) konvex ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Auf laufnocken (12, 23) ein gehäusefester Anschlagbolzen (24, 25) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Auflaufkurven (11, 22) gegenüberliegenden Enden der Auflaufnocken (12, 23) als Anschlagflächen für die Anschlagbolzen dienen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (1) beidseitig mit Gleitführungsringen (26, 27) versehen ist, welche in massive Rotorscheiben (18, 19) greifen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das starre, umsteckbare Greifmesser (5) in einem lösbar mit den Rotorscheiben (18, 19) verbundenen Festbacken (15) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Klemmbacken (7) als einarmiger, kraftverstärkender Hebel mit einer von der Auflaufkurve betätigbaren Druckrolle (9) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifmesser und Klemmbacken an einem massiven sichelförmigen Backenträger (3) befestigt sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Klemmbacken (7) ständig mit der radial auswärts weisenden Kraft einer Rückstellfeder (13) beaufschlagt ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Festbacken (15) mit einem der Auflaufkurve (22) zugeordneten Rückführanschlag (20) ausgerüstet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungswinkel der Auf laufkurven 30 - 60 betragen.