DE60001362T2

DE60001362T2 - Vorrichtung und verfahren zum ausrichten von rohren

Info

Publication number: DE60001362T2
Application number: DE60001362T
Authority: DE
Inventors: Martin Liess; Bernd-Georg Pietras
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: WO2000061906A1; EP1169539B1; GB9908359D0; US7090254B1; CA2372075C; CA2372075A1; EP1169539A1; DE60001362D1; GB2348844A; AU4127700A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von Rohrabschnitten.
Während des Aufbaus, der Instandhaltung und Reparatur von Erdöl- und Erdgasbohrungen ist es notwendig, eine große Zahl von Rohrabschnitten, zum Beispiel Längen von Bohrgestänge oder Futterrohr, zu verbinden. Herkömmlicherweise wird das obere Ende eines Rohrabschnitts mit einer Gewindefassung oder -muffe versehen, während das untere Ende mit einem Gewindebolzen versehen wird, der leicht verjüngt ist.
In der Praxis geschieht es sehr leicht, daß der Bolzen eines Rohrabschnitts nicht richtig in die Fassung eines anderen Rohrabschnitts eingesetzt wird, mit dem Ergebnis, daß die Gewindegänge an dem Bolzen oder der Fassung oder an beiden leicht beschädigt werden können.
Es ist eine beachtliche Fertigkeit erforderlich, um Rohrabschnitte richtig auszurichten, und in der Vergangenheit ist diese Aufgabe durch einen sehr erfahrenen Bohranlagenarbeiter ausgeführt worden, "Einfahrer" genannt.
Um das richtige Ausrichten zu erleichtern, wird häufig eine als "Einfahrführung" bekannte Einrichtung verwendet. Eine solche Einfahrführung umfaßt ein Kunststoff-Körperelement, das auf der Fassung eines in Rohrklemmkeilen gehaltenen Rohrs angebracht werden kann. Das Kunststoff- Körperelement hat einen mittleren Durchgang, dessen oberer Teil einen Trichter definiert, der in einen unteren Durchgang führt, der konzentrisch mit der Fassung ist. Bei der Verwendung tritt, wenn der obere Rohrabschnitt gesenkt wird, sein Bolzen in den Trichter der Einfahrführung ein und bewegt sich danach den unteren Durchgang hinab in die Fassung. Die Einfahrführung (die zwei halbkreisförmige Teile umfaßt, miteinander um die Fassung gelenkig verbunden) wird danach entfernt, und die Rohrabschnitte werden zusammengeschraubt und bis zum erforderlichen Drehmoment angezogen, entweder durch eine angetriebene Zange oder durch eine Zangenbaugruppe, die eine angetriebene Zange und eine Stützzange umfaßt.
Es ist beobachtet worden, daß eine Genauigkeit in der Ausrichtung von annähernd 1 mm erforderlich ist, um mit einer Gewindeversetzung verbundene Probleme zu verhindern.
Die PCT-Veröffentlichung Nummer WO 98/32948, im Eigentum der Anmelder der vorliegenden Anmeldung, legt eine Vorrichtung zum Ausrichten von Rohrabschnitten offen, wobei die Vorrichtung eine an einer der Komponenten angetriebene Zange und Stützzange angebrachte Führung umfaßt.
Es ist beobachtet worden, daß die Vorrichtung nach dem bekannten technischen Stand, obwohl sie ziemlich genau ist, für zahlreiche Verwendungen mit geringem körperlichen Einsatz von Bohranlagenarbeitern und bei denen die Genauigkeit an erster Stelle steht, nicht geeignet ist.
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ausrichten von Rohrabschnitten bereit, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Führung, eine Zange und eine Stützeinheit umfaßt, bei der die wenigstens eine Führung auf der Zange oder zwischen derselben und der Stützeinheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Führung bei der Verwendung im Verhältnis zu der Stützeinheit zu einer Muffe eines Rohrabschnitts hin und von derselben weg bewegt werden kann. Die wenigstens eine Führung kann geformt werden, um beim Führen eines Bolzens in die Muffe wie ein Trichter zu wirken. Die Führung kann in einer wesentlich radialen Richtung zur Mitte der Stützeinheit und von derselben weg bewegt werden.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung außerdem einen Kolben und Zylinder, wobei die wenigstens eine Führung durch die Betätigung des Kolbens und Zylinders zu einer Muffe eines Rohrabschnitts hin und von derselben weg bewegt werden kann. Der Kolben und Zylinder kann durch ein Pneumatik- oder vorzugsweise ein Hydraulikfluid aktiviert werden.
Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung außerdem einen Achsbolzen, wobei die wenigstens eine Führung um denselben bewegt werden kann.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung außerdem einen Führungshalter. Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung zwei Führungen, die an dem Führungshalter angebracht werden können.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung außerdem eine Feder, welche die wenigstens eine Führung in eine offene Position vorspannt.
Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung außerdem wenigstens einen Verdrehpfosten, wobei die wenigstens eine Führung an demselben angebracht werden kann.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung außerdem eine Stütze, wobei die wenigstens eine Führung im Verhältnis zu der Stütze bewegt werden kann.
Vorteilhafterweise wird die wenigstens eine Führung aus einem Elastomer-Material hergestellt.
Die Erfindung stellt ebenfalls eine Vorrichtung zum Ausrichten von Rohrabschnitten bereit, wobei die Vorrichtung eine Zange, eine Stützeinheit, wenigstens einen zwischen denselben angeordneten Verdrehpfosten umfaßt, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Führung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Führung auf dem wenigstens einen Verdrehpfosten befestigt ist.
Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Ausrichten von Rohrabschnitten unter Verwendung der Vorrichtung der Erfindung bereit, das den Schritt umfaßt, die wenigstens eine Führung im Verhältnis zu der Stützeinheit zu einer Muffe eines Rohrabschnitts hin und von derselben weg zu bewegen. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun als Beispiel Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einem ersten Betriebsstadium ist, mit weggeschnittenen Teilen,
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische schematische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 1 in einem zweiten Betriebsstadium ist,
Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1 ist,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 1, im zweiten Betriebstadium, ist,
Fig. 5 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 1, im zweiten Betriebstadium ist, mit weggeschnittenen Teilen und im Querschnitt gezeigten Teilen,
Fig. 6 eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig. 1, im zweiten Betriebstadium ist, mit weggeschnittenen Teilen,
Fig. 7 eine perspektivische schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einem ersten Betriebsstadium ist, mit weggeschnittenen Teilen,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 7 in einem zweiten Betriebsstadium ist, mit weggeschnittenen Teilen,
Fig. 9 eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 7 ist,
Fig. 10 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 7 ist, und
Fig. 11 eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig. 7 ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 wird eine Vorrichtung gezeigt, allgemein identifiziert durch die Referenzzahl 1.
Die Vorrichtung 1 umfaßt eine angetriebene Zange 2 und eine Stützzange 3. Verdrehpfosten 4 und 5 werden zwischen der angetriebenen Zange 2 und der Stützzange 3 an gegenüberliegenden Seiten derselben angeordnet.
Auf jedem der Verdrehpfosten 4 und 5 wird eine Führungseinheit 6 bereitgestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfaßt jede Führungseinheit 6 eine Klemmschelle 7, eine Feder 8, eine Kolben- Zylinder-Einheit 9, einen Gleitschuh-Halter 10 und einen Gleitschuh 11. Die Führungseinheiten 6 können spiegelbildlich zueinander sein.
Die Klemmschelle 7 umfaßt zwei halbzylindrische Teile 12 und 13, die über Ansätze 14, 15 und 16 und 17 zusammengeschraubt werden. Halbzylindrische Manschetten 18 und 19 liegen zwischen den halbzylindrischen Teilen und dem Verdrehpfosten 4, 5, an dem die Klemmschelle 7 angebracht wird. Das halbzylindrische Teil 13 wird mit einem oberen und einem unteren, wesentlich horizontalen, Ansatz 20 und 21 versehen. Die Ansätze 20 und 21 sind wesentlich dreieckig und werden an den Scheitelpunkten mit Achsschenkeln 22 und (nicht gezeigt) versehen.
Die Feder 8 umfaßt eine am oberen Ansatz 20 befestigte Rolle 23 und einen um die Rolle 23 gewickelten Federdraht 24. Der Federdraht 24 hat zwei Enden, die von der Rolle 23 wesentlich an einer Tangente zu derselben abstehen. Eines der Enden wird in einem Klemmelement 25 gehalten, das am oberen Ansatz 20 befestigt wird, und das andere Ende berührt einen an der einen Seite der Kolben-Zylinder-Einheit 9 angeordneten Stift 26 und wird gegen denselben vorgespannt.
Die Kolben-Zylinder-Einheit 9 umfaßt einen Zylinder 27, der an einem vorderen Ende desselben einen quadratischen Halsabschnitt 28 hat. Löcher 28, 29 werden in der oberen Mitte und der unteren Mitte des quadratischen Halsabschnitts 28 bereitgestellt, um die Achsschenkel 22 und (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Kolben-Zylinder-Einheit 9 kann gegen die Feder 8 um die Achsschenkel 22 und (nicht gezeigt) bewegt werden. Der quadratische Halsabschnitt 28 wird ebenfalls mit Pfosten 30 und (nicht gezeigt) auf den gegenüberliegenden Seiten desselben versehen, die an demselben befestigt werden. Ein Block 31 wird mit Löchern 32 und (nicht gezeigt) versehen, um verschiebbar die Pfosten 30 und (nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Block 31 wird an dem einem Ende einer Kolbenstange 33 (Fig. 5) angebracht. Ein Kolben 34 wird am entgegengesetzten Ende der Kolbenstange 33 angebracht. Der Kolben 34 wird verschiebbar im Zylinder 27 angeordnet.
Der Block 31 wird durch Schrauben 35 und 36 mit einem Gleitschuh-Halter 10 verbunden. Der Gleitschuh-Halter 10 umfaßt eine gewölbte Fläche 37, die mit Verstärkungsstegen 38 und 39 versehen wird, die wesentlich in horizontaler Richtung und mit Zwischenraum in vertikaler Richtung angeordnet werden. Die Verstärkungsstege 38 und 39 werden mit Löchern 40 zum Aufnehmen der Schrauben 35 und 36 versehen. Die Enden des Gleitschuh-Halters werden mit Ansätzen 41 versehen, die das Halten des Gleitschuhs 11 unterstützen.
Der Gleitschuh 11 kann aus einem Elastomermaterial geformt werden. Der Gleitschuh 11 hat einen oberen Abschnitt 42, der einen nach innen abfallenden abgewinkelten Abschnitt 43 und eine untere Lippe 44 hat. Ein unterer Abschnitt 45 ist wesentlich flach. Der obere Abschnitt 42 wird über dem Gleitschuh- Halter 10 angeordnet.
Vor der Verwendung wird an jedem der Verdrehpfosten 4 und 5 durch die Klemmschellen 7 eine Führungseinheit 6 angebracht. Die halbzylindrischen Manschetten 18 und 19 verhindern ein Drehen der Klemmschellen 7 um die Verdrehpfosten 4 und 5.
Bei der Verwendung wird ein Rohrabschnitt 46, wie beispielsweise ein Futterrohr oder ein Bohrrohr, das einen Teil eines Strangs bildet, in eine Spinne in einer Etage einer Erdöl- oder Erdgas- Bohranlage (nicht gezeigt) gehalten. Klemmbacken 47 und 48 der Stützeinheit 3 werden geöffnet und um den Oberteil des Rohrabschnitts 46 angeordnet. Der Oberteil des Rohrabschnitts 46 wird durch Schließen der Klemmbacken 47 und 48 der Stützeinheit 3 gegriffen. Der Rohrabschnitt 46 wird an einem Punkt gegriffen derart, daß sich die Lippe 44 des Gleitschuhs 11 oberhalb einer Muffe 47 des Rohrabschnitts 46 befindet.
Die Federn 8 spannen die Rückseite des Gleitschuh-Halters 10 nach außen zur Öffnung der Stützeinheit 3 hin und folglich offen vor. Wenn die Stützeinheit 3 zum Rohrabschnitt 46 hin bewegt wird, berührt die Muffe 47 die Rückseite des unteren Abschnitts 45 der Gleitschuhe 11. Die Gleitschuhe 11 bewegen sich um die Achsschenkel 22 und (nicht gezeigt) um die Muffe 47. Sobald die Stützeinheit 3 den Rohrabschnitt 46 fest gegriffen hat, werden die Kolben und Zylinder 9 entweder durch Hydraulik- oder durch Pneumatikfluid betätigt und greifen mit dem unteren Abschnitt 45 des Gleitschuhs 11 ineinander und drücken denselben fest gegen die Muffe 47.
Eine Sektion oder Tour 51 von Rohrabschnitten wird durch Klemmbacken 49 und (nicht gezeigt) der angetriebenen Zange 2 abgesenkt. Ein Bolzen am unteren Ende der Sektion oder Tour von Rohrabschnitten wird in die Muffe 47 abgesenkt, geführt durch den oberen Abschnitt 42 des Gleitschuhs 11. Nun kann der Rohrabschnitt durch einen Aufsatzantrieb gedreht werden, um den Bolzen bis zu einem niedrigen Drehmoment in die Muffe zu schrauben.
Die Klemmbacken 49 und (nicht gezeigt) der angetriebenen Zange 2 werden geschlossen, und die angetriebene Zange wird aktiviert, um die Verbindung anzuziehen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 11 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt, allgemein identifiziert durch die Referenzzahl 101.
Die Vorrichtung 101 umfaßt eine angetriebene Zange 102 und eine Stützzange 103.
Verdrehpfosten 104 und 105 werden zwischen der angetriebenen Zange 102 und der Stützzange 103 an gegenüberliegenden Seiten derselben angeordnet.
Drei Führungseinheiten 106, 107 und 108 werden um die Stützzange 103 angeordnet und an derselben befestigt. Die erste Führungseinheit 106 wird an einer linken Klemmbacke 109 der Stützzange 103 angebracht, die zweite Führungseinheit 107 wird an einem Rückabschnitt 110 der Stützzange 103 befestigt, und die dritte Führungseinheit 108 wird an einer rechten Klemmbacke 111 der Stützzange 103 befestigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 umfaßt jede Führungseinheit 106, 107 und 108 einen Träger 112, eine Kolben-Zylinder-Einheit 113, einen Gleitschuh-Halter 114 und zwei Gleitschuhe 115. Der Träger 112 umfaßt eine Grundplatte 116, eine am innersten Punkt der Grundplatte 116 angeordnete vertikale Platte 117 und zwei zwischen denselben mit Zwischenraum angeordnete Verstärkungsplatten 118.
Eine Kolben-Zylinder-Einheit 113 befindet sich in einem Loch 119 durch den Oberteil der vertikalen Platte 117. Ein Zylinder 120 wird mit einem Flansch 121 versehen, der an der vertikalen Platte 112 angebracht wird. Ein Kolben 122 steht vom Zylinder 120 vor. Der Gleitschuh-Halter 114 wird an einem freien ausgefahrenen Ende des Kolbens 122 befestigt.
Der Gleitschuh-Halter 114 umfaßt einen Mittelblock 123, an dem ein oberer und ein unterer Barren 124 und 125 befestigt werden, wie am besten in Fig. 7 zu sehen ist. Jeder Gleitschuh 115 wird an einem Block 126 angebracht, der beweglich auf einem Achsschenkel 127 angeordnet wird, wie am besten in Fig. 8 zu sehen ist.
Der Gleitschuh 115 ist demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels darin ähnlich, daß der Gleitschuh 115 aus einem Elastomermaterial geformt werden kann. Der Gleitschuh 115 hat einen oberen Abschnitt 128, der einen nach innen abfallenden abgewinkelten Abschnitt 129 und eine untere Lippe 130 hat. Ein unterer Abschnitt 131 ist wesentlich flach. Der obere Abschnitt wird über dem Gleitschuh-Halter 114 angeordnet.
Bei der Verwendung wird ein Rohrabschnitt (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein Futterrohr oder ein Bohrrohr, das einen Teil eines Strangs bildet, in eine Spinne in einer Etage einer Erdöl- oder Erdgas- Bohranlage gehalten. Die Klemmbacken 109 und 110 der Stützzange 103 werden geöffnet und um den Oberteil des Rohrabschnitts angeordnet. Der Oberteil des Rohrabschnitts wird durch Schließen der Klemmbacken 109 und 110 der Stützzange 103 gegriffen. Der Rohrabschnitt wird an einem Punkt gegriffen derart, daß sich die Lippe 130 des Gleitschuhs 115 oberhalb einer Muffe des Rohrabschnitts befindet.
Die Kolben und Zylinder 113 werden entweder durch Hydraulik- oder durch Pneumatikfluid betätigt, um die Gleitschuhe 115 mit der Muffe in Eingriff zu bringen und den unteren Abschnitt 131 des Gleitschuhs 115 fest gegen die Muffe zu drücken.
Eine Sektion oder Tour von Rohrabschnitten wird durch Klemmbacken 132 und 133 der angetriebenen Zange 102 abgesenkt. Ein Bolzen am unteren Ende der Sektion oder Tour von Rohrabschnitten wird in die Muffe abgesenkt, geführt durch den oberen Abschnitt des Gleitschuhs 115. Nun kann der Rohrabschnitt durch einen Aufsatzantrieb gedreht werden, um den Bolzen bis zu einem niedrigen Drehmoment in die Muffe zu schrauben.
Die Klemmbacken 132 und 133 der angetriebenen Zange 102 werden geschlossen, und die angetriebene Zange wird aktiviert, um die Verbindung anzuziehen.

Claims

1. Vorrichtung zum Ausrichten von Rohrabschnitten, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Führung (11; 115), eine Zange (2; 102) und eine Stützeinheit (3; 103) umfaßt, bei der die wenigstens eine Führung (11; 115) auf der Zange (2; 102) oder zwischen derselben und der Stützeinheit (3; 103) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Führung (11; 115) bei der Verwendung im Verhältnis zu der Stützeinheit zu einer Muffe eines Rohrabschnitts hin und von derselben weg bewegt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem einen Kolben und Zylinder (9; 113) umfaßt, bei der die wenigstens eine Führung durch die Betätigung des Kolbens und Zylinders zu einer Muffe eines Rohrabschnitts hin und von derselben weg bewegt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem einen Achsbolzen (22; 125) umfaßt, bei der die wenigstens eine Führung (11; 115) um denselben bewegt werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die außerdem einen Führungshalter (10; 114) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der zwei Führungen (115) an dem Führungshalter (114) angebracht werden können.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Feder (8) umfaßt, welche die wenigstens eine Führung (11) in eine offene Position vorspannt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem wenigstens einen Verdrehpfosten (4, 5) umfaßt, bei der die wenigstens eine Führung (11) an demselben angebracht werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Stütze (106, 107, 108) umfaßt, bei der die wenigstens eine Führung (115) im Verhältnis zu der Stütze bewegt werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine Führung (11; 115) aus einem Elastomer-Material hergestellt wird.

10. Vorrichtung zum Ausrichten von Rohrabschnitten, wobei die Vorrichtung eine Zange (2), eine Stützeinheit (3), wenigstens einen zwischen denselben angeordneten Verdrehpfosten (4, 5) umfaßt, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Führung (11) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Führung (11) auf dem wenigstens einen Verdrehpfosten (4, 5) befestigt ist.

11. Verfahren zum Ausrichten von Rohrabschnitten unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt umfaßt, die wenigstens eine Führung im Verhältnis zu der Stützeinheit zu einer Muffe eines Rohrabschnitts hin und von derselben weg zu bewegen.