DE60005198T2 - Vorrichtung und verfahren zum einfachen verbinden von rohren - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine angetriebene Bohrrohrzange zum Erleichtern des Verbindens von Sektionen oder Touren von Bohrrohr.
- Bohrrohrzangen werden häufig zum Erleichtern des Verbindens von Sektionen oder Touren von Bohrrohr mit einem Rohrstrang verwendet. Typischerweise hängt der Rohrstrang in einem Bohrloch von einer Spinne in einer Etage einer Erdöl- oder Erdgasbohranlage.
- Eine mit dem Rohrstrang zu verbindende Sektion oder Tour von Bohrrohr wird von einem Bohrrohrgestell zur Bohrlochmitte oberhalb des Rohrstrangs eingeschwenkt. Ein Rohrhandhabungsarm kann verwendet werden, um das Bohrrohr zu einer Position oberhalb des Rohrstrangs zu leiten. Danach kann eine Einfahrführung verwendet werden, um einen Gewindezapfen des Bohrrohrs mit einer Gewindebuchse des Rohrstrangs auszurichten. Danach wird eine Bohrrohrzange verwendet, um die Verbindung bis zu einem Drehmoment von typischerweise 68 000 Nm (50 000 Fuß-Pfund) anzuziehen.
- Die Bohrlochzange wird ebenfalls verwendet, um Bohrrohr zu trennen. Dieser Vorgang schließt ein, die Verbindung zu lösen, was ein Drehmoment erfordert, das typischerweise in der Größenordnung von 110 000 Nm (80 000 Fuß-Pfund) angewendet werden kann, typischerweise größer als das Anzugsdrehmoment.
- Eine Bohrrohrzange, wie die in WO 95/20471 offengelegte, umfaßt allgemein Klemmbacken, in einem Rotor angebracht, der drehbar in einem Gehäuse angeordnet wird. Die Klemmbacken können im Verhältnis zum Rotor in einer allgemein radialen Richtung zu einem angestauchten Teil des zu greifenden Rohrs hin und von demselben weg bewegt werden. Die angestauchten Teile des Rohrs befinden sich allgemein oberhalb des Zapfens und unterhalb der Buchse des Rohrs und haben einen vergrößerten Außendurchmesser und/oder einen verringerten Innendurchmesser.
- Bei Anwendung wird der Rotor gedreht und drückt die Klemmbacken längs von Nockenflächen zum angestauchten Teil der Rohrsektion hin. Sobald die Klemmbacken den angestauchten Teil vollständig in Eingriff nehmen, setzt der Rotor das Drehen fort und übt ein Drehmoment auf die Gewindegänge aus und zieht folglich die Verbindung zwischen der Rohrsektion und dem Rohrstrang an.
- Mit solchen Bohrrohrzangen nach dem bekannten technischen Stand sind verschiedene Probleme beobachtet worden.
- Insbesondere können solche Bohrrohrzangen den angestauchten Teil des Rohrs schwer zerkratzen, besonders, falls die Klemmbacken beginnen, sich im Verhältnis zum Bohrrohr zu drehen.
- Einmal zerkratzt, wird das Rohr danach in das Bohrloch abgesenkt. Die Reibung zwischen dem Bohrloch (oder einem das Bohrloch auskleidenden Futterrohr) und der zerkratzten Stauchung schleift die Stauchung ab und verringert den Durchmesser.
- Ein Zerkratzen der Stauchung kann ebenfalls dadurch verursacht werden, daß die Klemmbacken erneut angelegt werden müssen. Dies geschieht besonders häufig beim Verbinden von Rohr mit „Keilgewindegängen", die eine Drehung von annähernd 80° erfordern, um die Verbindung festzuziehen. Viele Drehzangen nach dem bekannten technischen Stand müssen alle 25° erneut an das Rohr angelegt werden.
- Eine Verringerung des Durchmessers der Stauchung erfordert die Verwendung einer neuen Bohrrohrzange oder, daß die alte Bohrrohrzange dafür modifiziert wird.
- Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, wird in der PCT-Veröffentlichung Nummer WO 92/18744 offengelegt, die einen Rotor offenlegt, der hydraulisch betätigte aktive Klemmbacken und feststehende passive Klemmbacken umfaßt. Die hydraulisch aktivierten Klemmbacken werden vor dem Drehen des Rotors vollständig mit dem Rohr in Eingriff gebracht, wodurch das Zerkratzen wesentlich verringert wird. Auf dem Rotor wird ein Hydraulikkreis bereitgestellt, um die Klemmbacken zu betätigen. Ein Tauchkolben wird verwendet, um das Hydrauliksystem durch wiederholtes Niederdrücken eines Hydraulikkolbens des Hydraulikkreises zu aktivieren. Dieser Vorgang kostet Zeit. Falls pro Verbindung einige Sekunden gespart werden können, können die Gesamtkosten des Aufbaus einer Erdöl- oder Erdgasbohrung drastisch verringert werden, solange die Zuverlässigkeit nicht geopfert wird.
- Ein anderes mit dem in der PCT-Veröffentlichung Nummer WO 92/18744 offengelegten Rotor verbundenes Problem ist, daß ein wiederholtes Niederdrücken des Tauchkolbens zum vollständigen In-Eingriff-Bringen der Klemmbacken mit dem Rohr selbst einige Kratzer verursachen kann.
- Ein weiteres mit angetriebenen Zangen verbundenes Problem ist, wie die Klemmbacken mit einer ausreichenden Kraft und einer ausreichenden Geschwindigkeit in einen Eingriff mit einem Rohrabschnitt zu bewegen sind.
- Noch ein weiteres mit einem Rotor für eine angetriebene Zange verbundenes Problem ist, wie ein Mechanismus zum Anlegen von Klemmbacken an einen Rohrabschnitt in den engen Raum eines Rotors einzupassen ist. Insbesondere tritt, falls auf dem Rotor eine Pumpe bereitgestellt wird, um Hydraulikfluid zu pumpen, das Problem auf, daß das Mittel für die Energiezufuhr zur Pumpe getrennt werden muß, bevor der Rotor gedreht werden kann, um die Verbindung zwischen Rohren festzuziehen. Dies erhöht die Gesamtzeit des Vorgangs weiter.
- Fall auf dem Rotor keine Pumpe bereitgestellt wird, muß der Hydraulikdruck über einen am Rotor befestigten Schlauch bereitgestellt werden, und dieser muß ebenfalls getrennt werden, bevor der Rotor gedreht werden kann.
- Dementsprechend stellt ein erster Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zum Erleichtern des Verbindens von Rohren bereit, wobei die Vorrichtung einen Rotor (
4 ) und einen Stator (5 ) umfaßt, wobei der Rotor (4 ) wenigstens eine Klemmbacke (24 ,25 ,26 ), wenigstens einen Kolben (15 ,16 ,17 ), angeordnet in wenigstens einem Zylinder (18 ,19 ,20 ) zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke (24 ,25 ,26 ), und einen Hydraulikkreis (100 ) umfaßt, der eine erste Kammer vor dem Kolben (15 ,16 ,17 ) und eine zweite Kammer an einer Rückseite des Kolbens (15 ,16 ,17 ) derart verbindet, daß bei Anwendung Hydraulikfluid aus der einen der ersten oder zweiten Kammer ausgestoßen wird und die andere der ersten oder zweiten Kammer auffüllt. - Weitere Merkmale des ersten Aspekts der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 12 dargelegt.
- Außerdem wird ein Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren bereitgestellt, das umfaßt, einen an einem Stator befestigten Motor mit einer an einem Rotor befestigten Pumpe in Eingriff zu bringen und Rotationsenergie vom Motor zur Pumpe zu übertragen, was ermöglicht, daß die Pumpe ein Hydraulikfluid vortreibt, um wenigstens eine Klemmbacke zu betätigen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren den Schritt, den Motor von einer ersten Position, in der er von der Pumpe ausgerückt wird, zu einer zweiten Position zu bewegen, in welcher der Motor und die Pumpe in Eingriff gebracht werden, um Rotationsenergie vom Motor zur Pumpe zu übertragen.
- Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Erleichtern des Verbindens von Rohren bereit, wobei die Vorrichtung einen Rotor und einen Stator umfaßt, wobei der Rotor wenigstens eine Klemmbacke, wenigstens einen Kolben, angeordnet in wenigstens einem Zylinder zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke, und einen Hydraulikkreis umfaßt, der eine erste Kammer vor dem Kolben und eine zweite Kammer an einer Rückseite des Kolbens derart verbindet, daß bei Anwendung Hydraulikfluid aus der einen der ersten oder zweiten Kammer ausgestoßen wird und die andere der ersten oder zweiten Kammer auffüllt.
- Außerdem wird ein Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren bereitgestellt, wobei das Verfahren die Vorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung verwendet, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, aus der einen der Vorder oder Rückseite wenigstens des Kolbens Hydraulikfluid auszustoßen und die andere der Vorder- oder Rückseite des Kolbens aufzufüllen.
- Ein dritter Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Erleichtern des Verbindens von Rohren bereit, wobei die Vorrichtung einen Rotor und einen Stator umfaßt, wobei der Rotor wenigstens eine Klemmbacke und wenigstens einen Kolben, angeordnet in wenigstens einem Zylinder zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke, und einen Hydraulikkreis umfaßt, bei welcher der Hydraulikkreis ein Ventil, das einen Rückfluß von Hydraulikfluid verhindert, und eine Drossel umfaßt derart, daß die Anordnung bei Anwendung ermöglicht, daß eine bestimmte Kraft auf das Rohr ausgeübt wird.
- Außerdem wird ein Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren bereitgestellt, wobei das Verfahren die Vorrichtung des zweiten Aspekts der Erfindung verwendet, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, zu ermöglichen, daß Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis ausläuft derart, daß die wenigstens eine Klemmbacke eine bestimmte Kraft auf das Rohr ausübt.
- Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun als Beispiel Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vor der Anwendung ist, -
2 eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, eines Teils der Vorrichtung von1 ist, -
3A eine Draufsicht der Vorrichtung von1 in einem ersten Betriebsstadium ist, -
3B eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von1 in einem ersten Betriebsstadium ist, -
4A eine Draufsicht der Vorrichtung von1 in einem zweiten Betriebsstadium ist, -
4B eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von1 in einem zweiten Betriebsstadium ist, -
5 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von1 ist, -
6 eine perspektivische Ansicht eines anderen Teils der Vorrichtung von1 ist, -
7 ein schematisches Diagramm eines in der Vorrichtung von1 verwendeten teilweise hydraulischen, teilweise mechanischen Kreises in einem ersten Betriebsstadium ist, -
8 ein schematisches Diagramm des teilweise hydraulischen, teilweise mechanischen Kreises von7 in einem zweiten Betriebsstadium ist, -
9 ein schematisches Diagramm des teilweise hydraulischen, teilweise mechanischen Kreises von7 in einem dritten Betriebsstadium ist, -
10 ein schematisches Diagramm des teilweise hydraulischen, teilweise mechanischen Kreises von7 in einem vierten Betriebsstadium ist, -
11 ein Querschnitt einer Anordnung eines Teils der Vorrichtung von1 ist und -
12 ein Querschnitt einer zu der in12 alternativen Anordnung ist. - Unter Bezugnahme auf
1 wird eine Vorrichtung gezeigt, die allgemein durch die Referenzzahl1 identifiziert wird. - Die Vorrichtung
1 umfaßt eine Bohrrohrzange2 und eine Sicherungseinheit3 . - Die Bohrrohrzange
2 umfaßt einen Rotor4 und einen Stator5 . - Unter Bezugnahme auf
2 umfaßt der Rotor4 ein Gehäuse6 , das mit einem gezähnten Ring7 zum Eingriff mit gezähnten Antriebsrädern in einem Stator5 der Bohrrohrzange2 versehen wird. Das Gehäuse6 wird außerdem mit einer Öffnung8 zum Aufnehmen eines Bohrrohrs versehen. - Drei Kolben und Zylinder
9 ,10 und11 werden mit einem Zwischenraum von 120° zueinander um den Rotor4 angeordnet und werden zur Mitte des Rotors4 gerichtet. Die Kolben und Zylinder9 ,10 und11 umfassen feststehende Kolben12 ,13 und14 , jeder versehen mit einem Kolbenkopf15 ,16 und17 . Zylinder18 ,19 und20 können längs der Kolbenköpfe15 ,16 und17 zur Mitte des Rotors4 hin und von derselben weg verschoben werden. In den Kolbenköpfen15 ,16 und17 werden Dichtungsringe21 ,22 und23 zwischen den Kolbenköpfen15 ,16 und17 und den Zylindern18 ,19 und20 bereitgestellt. - Die Zylinder
18 ,19 und20 werden mit Klemmbacken24 ,25 und26 zum Eingriff mit der Stauchung eines Bohrrohrs versehen. Die Klemmbacken24 und25 befinden sich in entsprechenden Schwalbenschwanzschlitzen27 und28 . Es wird gezeigt, daß der Zylinder20 mit einem Verlängerungselement29 zwischen dem Zylinder20 und den Klemmbacken26 versehen wird. Das Verlängerungselement29 befindet sich in Schwalbenschwanzschlitzen30 , und die Greifelemente26 befinden sich in entsprechenden Schwalbenschwanzschlitzen31 im Verlängerungselement29 . Bei Anwendung werden entweder alle der Zylinder18 ,19 und20 mit Verlängerungselementen29 versehen, oder keiner der Zylinder18 ,19 und20 wird mit Verlängerungselementen29 versehen. - Hydraulikleitungen
32 ,33 und34 und Hydraulikleitungen35 ,36 und37 werden in jedem Kolben12 ,13 und14 für die Zufuhr von Hydraulikfluid vor und hinter den Kolbenköpfen15 ,16 und17 angeordnet. - Zwei Löseventile
38 und39 werden auf dem Gehäuse2 angeordnet. Die Löseventile38 und39 werden verwendet, um die Zylinder9 ,10 und11 zurückzuziehen und folglich die Greifelemente24 ,25 und26 von einer Sektion oder Tour von Bohrrohr auszurücken. - Unter Bezugnahme auf
11 hat der Rotor4 eine Deckplatte40 , durch die auf die Löseventile38 und39 zugegriffen werden kann. Die Löseventile38 und39 können von Hand bedient werden oder durch Betätigungsmechanismen bedient werden, zwei geeignete Betätigungsmechanismen werden in11 und12 gezeigt. - Die Löseventile
38 und39 werden auf entgegengesetzten Seiten des Rotors angeordnet, so daß wenigstens eines unter einem Betätigungsring41 liegen wird, wenn ein Lösen der Greifelemente24 ,25 und26 vom Bohrrohr erforderlich ist, wobei der Betätigungsring41 über der Öffnung8 durchbrochen wird. Sechs Betätigungsventile42 werden um den Betätigungsring41 in einem Deckel43 des Stators5 angeordnet. Jedes Betätigungsventil42 umfaßt ein Kolbengehäuse44 , einen Zylinder45 , einen Kolben46 , eine Rückholfeder47 und eine Öffnung48 . Wenn es gewünscht wird, die Löseventile38 und/oder39 zu betätigen, wird über ein Bedienungspult (nicht gezeigt) durch die Öffnung48 in den Zylinder45 ein pneumatischer oder hydraulischer Fluiddruck ausgeübt, was den Kolben46 verschiebt. Der Kolben46 drückt den Ring41 auf eine Platte49 oberhalb des Löseventils39 und/oder eine Platte (nicht gezeigt) oberhalb des Löseventils38 . Die Platte49 wird an dem einen Ende an einem Schraubenschaft50 an der Deckplatte40 und an dem anderen Ende an einem Tauchkolben51 gehalten, der verschiebbar in einem Loch52 in der Deckplatte40 angeordnet wird. Der Tauchkolben51 wird durch eine Feder53 nach oben vorgespannt, angeordnet unterhalb einer Platte54 , die sich über den Durchmesser des Lochs52 hinaus erstreckt. Beim Verschieben des Rings41 drückt die Platte49 den Tauchkolben51 und betätigt das Löseventil39 . - Ein alternativer Betätigungsmechanismus wird in
12 gezeigt. Der Rotor4 umfaßt wesentlich die gleiche Anordnung, jedoch umfaßt der Deckel43 Betätigungsventile42' , die ein Kolbengehäuse44' , einen Kolben46' , eine Rückholfeder47' und einen Schlauch48' , angeordnet zwischen dem Kolbengehäuse44' und dem Kolben46' , umfassen. Der Schlauch48' verbindet die Betätigungsventile42' und führt zu einer pneumatischen oder hydraulischen Fluidzufuhr (nicht gezeigt). Bei einem Anstieg des Drucks im Schlauch48' wird der Kolben46' verschoben und betätigt das Löseventil39 auf die gleiche Weise wie oben unter Bezugnahme auf11 beschrieben. - Unter Bezugnahme auf
3 und4 wird nun ein Hydromotor55 gezeigt, angeordnet auf dem Deckel40 des Stators5 . Der Hydromotor55 wird an dem einen Ende beweglich an einer Welle56 angeordnet, die am Deckel40 des Stators5 befestigt wird. Ein Kolben und Zylinder57 wird an dem einen Ende am Stator5 befestigt und das andere Ende an der einen Seite des Hydromotors55 . Eine Hydraulikpumpe58 wird auf dem Rotor4 angeordnet. -
5 zeigt den Hydromotor55 versehen mit einem an der feststehenden Basis desselben befestigten Befestigungsträger59 . Der Befestigungsträger59 wird mit einem Loch versehen, durch das eine Antriebswelle60 vorsteht. Die Antriebswelle60 hat Keilnuten, auf denen ein Zahnrad61 angebracht wird. Eine Scheibe63 wird auf einem Lager62 angebracht, das unterhalb des Zahnrads61 auf der Antriebswelle60 angebracht wird. Das Zahnrad61 und die Scheibe63 werden durch eine C-Klemme64 auf der Antriebswelle60 gehalten. Der Befestigungsträger59 hat zwei Flansche, der eine versehen mit einem Loch, um ein Befestigungsmittel am Kolben und Zylinder57 bereitzustellen, und der andere versehen mit einem wesentlich parallel mit demselben angeordneten Ansatz65 , der einen Schlauch66 trägt, durch den die Welle56 drehbar angeordnet wird. Das Ende der Welle56 wird am Deckel40 des Stators5 befestigt. -
6 zeigt die Hydraulikpumpe58 versehen mit einem an der feststehenden Basis derselben befestigten Befestigungsträger67 . Der Befestigungsträger67 wird mit einem Loch versehen, durch das eine antreibbare Welle68 vorsteht. Die antreibbare Welle68 hat Keilnuten, auf denen ein Zahnrad69 angebracht wird. Eine Scheibe70 ist integriert mit und unterhalb des Zahnrads69 auf der antreibbaren Welle68 . Das Zahnrad69 und die Scheibe70 werden durch eine Kappe71 auf der antreibbaren Welle68 gehalten. - Wieder bezugnehmend auf
3A und3B befindet sich das Zahnrad61 des Hydromotors55 außer Eingriff mit dem Zahnrad69 der Hydraulikpumpe58 . Der Kolben und Zylinder57 ist zurückgezogen. - Wieder bezugnehmend auf
4 greift das Zahnrad61 des Hydromotors55 mit dem Zahnrad69 der Hydraulikpumpe58 ineinander. Der Kolben und Zylinder57 ist durch ein pneumatisches oder hydraulisches Fluid in eine ausgefahrene Position gebracht worden und hat den Hydromotor55 zur Hydraulikpumpe58 hin bewegt. - Der Außendurchmesser der Scheibe
63 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des Zahnrads61 , wie auch die entsprechende Scheibe70 der Hydraulikpumpe58 . Dies steuert die Tiefe, bis zu der die Zähne der Zahnräder61 und69 ineinandergreifen können. Dies verbessert die gesamte Wirksamkeit und Zuverlässigkeit. Es wird zu erkennen sein, daß Scheiben jedes Durchmessers ausreichen können, solange sie den Abstand zwischen den Zahnrädern aufrechterhalten. - Unter Bezugnahme auf
7 bis10 wird nun ein Schema des teilweise hydraulischen, teilweise mechanischen Kreises der Vorrichtung von1 in verschiedenen Betriebsstadien gezeigt. Der Kreis wird allgemein durch die Referenzzahl100 identifiziert. - Der Kreis
100 umfaßt eine Hydraulikpumpe58 , die durch einen Hydromotor55 angetrieben werden kann. Der Kreis100 umfaßt außerdem Kolben und Zylinder9 ,10 und11 , um einen Rohrabschnitt in Eingriff zu nehmen, zwei Sammler101 und102 zum Speichern einer Ladung zum Lösen der Zylinder aus einem Eingriff mit einem Rohrabschnitt, einen Hydraulikkreis103 und Löseventile38 und39 . - Bei Anwendung wird der Hydraulikkreis
103 anfänglich nicht unter Druck gesetzt. Die Öffnung8 des Rotors4 befindet sich in einer Linie mit der Öffnung8' des Stators. Die Hydraulikpumpe58 befindet sich nun gegenüber der Öffnung8 ,8' auf der Rückseite des Stators5 . Der Hydromotor55 befindet sich in einer zurückgezogenen Position (3 ). - Wenn es gewünscht wird, die Bohrrohrzange zu verwenden, wird die Zange durch die Öffnung
8 ,8' um eine Buchse einer Tour von Rohrabschnitten angeordnet, die mit einem Strang von Rohrabschnitten verbunden werden soll. Der Kolben und Zylinder57 wird betätigt und fährt den Kolben aus dem Zylinder aus, was den Hydromotor55 zur Hydraulikpumpe58 hin bewegt. Das Zahnrad61 des Hydromotors55 greift mit dem Zahnrad69 der Hydraulikpumpe58 ineinander. Der Hydromotor55 wird durch eine externe Hydraulikfluidzufuhr (nicht gezeigt) auf der Bohranlagenetage angetrieben (4 ). - Der Hydromotor
55 treibt die Hydraulikpumpe58 an, die ein Hydraulikfluid aus einem Tank104 (schematisch als ein abgeteilter Tank gezeigt, obwohl es vorzugsweise ein einziger Tank ist) durch eine Leitung105 in eine Fortsetzung der Leitung105 in einem Block106 pumpt. Das Hydraulikfluid strömt an Rückschlagventilen107 und108 vorbei. Der Druck in den Zylindern18 ,19 und20 vor den Kolben15 ,16 und17 steigt an, was die Zylinder18 ,19 und20 in einen Eingriff mit der Buchse des zu greifenden Rohrabschnitts bewegt. Gleichzeitig strömt das Hydraulikfluid am Rückschlagventil108 vorbei in die Sammler101 und102 . Der pneumatische Druck in den Sammlern baut sich bis zu einem vorher festgelegten Niveau auf, wie beispielsweise150 Bar, an welchem Punkt ein Voreinstellventil109 schließt und einen weiteren Druckaufbau in den Sammlern101 und102 verhindert (8 ). An diesem Punkt fließt das Hydraulikfluid nur in die Zylinder18 ,19 und20 . Das Hydraulikfluid hinter den Kolben15 ,16 und17 wird durch Leitungen110 ,111 und112 , durch einen Mengenteiler113 , durch Leitungen114 ,115 in eine Leitung116 , in eine gemeinsame Leitung117 , durch ein Ventil118b einer Leitung118a in die Zylinder18 ,19 und20 vor den Kolben15 ,16 und17 . Es sollte bemerkt werden, daß das Fluid von hinter dem Kolben zur Vorderseite des Kolbens strömt, wodurch nur das Abziehen einer kleinen Fluidmenge aus dem Tank104 erforderlich ist. Ein Drosselkörper118 hemmt den Austritt von Fluid hinaus in den Tank104 , bis die Klemmbacken in festem Eingriff mit der Buchse der Tour von Rohrabschnitten sind, an welchem Punkt das Hydraulikfluid über eine Verbindung119 durch einen Drosselkörper118 und in den Tank104 ausläuft, wodurch ein übermäßiger Eingriff der Klemmbacken24 ,25 und26 gehemmt wird. Eine hydraulische Verriegelung auf der Vorderseite der Kolben15 ,16 und17 hemmt die Klemmbacken24 ,25 und26 am Ausrücken während des Drehens. - Der Mengenteiler
113 umfaßt drei Rotoren121 ,122 und123 , angeordnet auf einer gemeinsamen Welle24 . Wenn das Hydraulikfluid über die Rotoren121 ,122 und123 strömt, ermöglichen die Rotoren, daß gleiche Fluidmengen durchgehen, wodurch eine gleichmäßige Bewegung der auf den Zylindern18 ,19 und20 angeordneten Klemmbacken24 ,25 und26 gesichert wird. - Der Drosselkörper
118 ermöglicht, daß das Fluid langsam durch denselben strömt. Dies hemmt eine plötzliche Bewegung der Zylinder18 ,19 und20 . - Wenn ein vorher festgelegter Einrichtdruck erreicht wird, bewegt sich ein Anzeiger
125 . Dies geschieht auf Grund dessen, daß das Ventil126 eingestellt wird, um bei einem vorher festgelegten Druck, wie beispielsweise 280 Bar, zu öffnen. Dies ermöglicht, daß das Hydraulikfluid durch die Leitung127 strömt, wenn der Druck mehr als 280 Bar beträgt. Das Hydraulikfluid würde durch die Leitung127 dann einen Druck von 7 Bar haben. Falls der Anzeiger125 mehr als 5 Bar Druck benötigt, um sich zu bewegen, wird sich der Anzeiger125 nun, wie in8 gezeigt, in eine ausgefahrene Position bewegen. Hydraulikfluid mit einem größeren Druck wird in den Tank104 ausgestoßen. - Nun wird der Hydromotor
55 durch den betätigenden Kolben und Zylinder57 um die Welle56 geschwenkt (9 ). Die Zahnräder61 und69 befinden sich nun außer Eingriff Nun wird der Rotor4 im Verhältnis zum Stator5 gedreht, um die Schraubverbindung zwischen den Rohrabschnitten bis zu einem vorher festgelegten Drehmoment anzuziehen. In diesem Zustand werden die Zylinder18 ,19 und20 dadurch im Eingriff gegen den Rohrabschnitt gehalten, daß das Hydraulikfluid durch das Rückschlagventil107 am Entweichen gehindert wird und sich die Löseventile38 und39 in einer geschlossenen Position befinden. - Das Fluid wird in den Sammlern
101 und102 zurückgehalten durch das Rückschlagventil108 und ein Rückschlagventil126 , das durch das Hydraulikfluid bei größerem Druck geschlossen gehalten wird, und durch ein Rückschlagventil127 (zuvor f. eine Leitung. Anm. d. Ü.), falls der Druck auf der entgegengesetzten Seite des Rückschlagventils126 niedriger ist. - Ein besonderer Vorzug des beschriebenen Systems ist die Tatsache, daß eine externe Energiequelle verwendet werden kann, um den Hydromotor
55 anzutreiben und daß diese nicht getrennt werden muß, bevor der Rotor4 gedreht wird, da es eine einfache Sache ist, den Motor55 und die Pumpe58 in Eingriff und außer Eingriff zu bringen. - Sobald der Rotor
4 aufhört, sich zu drehen, können die Klemmbacken24 ,25 und26 vom Rohrabschnitt ausgerückt werden. Dies wird dadurch ausgeführt, daß ein Pneumatik- oder Hydraulikfluid in den Betätigungsventilen42 unter Druck gesetzt wird, was die Löseventile38 und39 betätigt, wie oben unter Bezugnahme auf11 und12 beschrieben. Dies setzt das Hochdruck-Hydraulikfluid in einer Steuerleitung128 frei, und folglich tritt auf der einen Seite eines Schaltventils129 ein verringerter Druck auf. Das Schaltventil129 verschiebt sich von einer geschlossenen zu einer offenen Position, was ermöglicht, daß das Hochdruck-Hydraulikfluid von vor den Kolben15 ,16 und17 durch eine Leitung130 strömt. - Das Schaltventil
131 verschiebt sich ebenfalls von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position, wenn ein Hochdruck-Hydraulikfluid in einer Leitung132 und ein verringerter Druck in der Leitung128 auf der entgegengesetzten Seite des Schaltventils131 auftreten, was ermöglicht, daß das Hochdruck-Hydraulikfluid von den Sammlern101 und102 durch das Schaltventil131 durch eine Drossel133 strömt. Das Hochdruck-Hydraulikfluid von den Sammlern101 und102 öffnet einen Schieber134 und läuft durch denselben, in die Leitung117 , durch den Mengenteiler113 und in die Zylinder18 ,19 und20 hinter den Kolben15 ,16 und17 . Die Klemmbacken24 ,25 und26 werden folglich vom Rohrabschnitt ausgerückt und von demselben zurückgezogen. - Es sollte bemerkt werden, daß das Hydraulikfluid von vor den Kolben
15 ,16 und17 übergeht hinaus in die Leitung130 , durch das Schaltventil129 , durch eine Drossel135 , durch den Schieberschalter134 , in die Leitung117 , durch den Mengenteiler113 in die Zylinder18 ,19 und20 hinter den Kolben15 ,16 und17 . Auf diese Weise ist es nur erforderlich, daß eine Menge an Hydraulikfluid gleich der Volumendifferenz zwischen dem Volumen vor den Kolben15 ,16 und17 in der vollständig ausgefahrenen Position und dem Volumen hinter den Kolben15 ,16 und17 in der vollständig zurückgezogenen Position im Tank104 gehalten wird. Dieses überschüssige Fluid strömt durch die Verbindung119 und in den Tank104 . - Es ist ebenfalls vorgesehen, daß die Vorrichtung mit dünnwandigem Rohr verwendet werden könnte, da es verhältnismäßig leicht ist, die durch die Klemmbacken auf das Rohr ausgeübte Kraft zu verändern. Die Erfindung wird ebenfalls auf jeden Rohrabschnitt oder jedes Rohr, wie beispielsweise Futterrohr, Werkzeugstränge und Bohrrohre, angewendet werden können.
- Es ist ebenfalls vorgesehen, daß der Sammler die Form einer Feder oder einer Batterie annehmen könnte.
- Es wird zu erkennen sein, daß jeder geeignete Eingriffsmechanismus verwendet werden kann, obwohl der beschriebene Eingriffsmechanismus die auf dem Motor
55 bzw. der Pumpe58 angeordneten Zahnräder61 ,69 umfaßt. Zum Beispiel könnte ein Kupplungs- oder Reibungsantrieb eingesetzt werden, um den Motor mit der Pumpe in Eingriff und außer Eingriff zu bringen. Es ist jedoch ein besonderer Vorzug der Tatsache, daß sich die Zahnräder61 ,69 an der gleichen Stelle drehen wie der Rotor4 , daß die Komponenten eine ernsthafte Beschädigung vermeiden, falls der Motor55 nicht von der Pumpe58 ausgerückt wird, bevor der Rotor4 gedreht wird.
Claims (18)
- Vorrichtung zum Erleichtern des Verbindens von Rohren, die einen Rotor (
4 ) und einen Stator (5 ) umfaßt, wobei der Rotor wenigstens eine hydraulisch betätigte Klemmbacke (24 ,25 ,26 ) und eine Pumpe (58 ) umfaßt, zum Pumpen von Hydraulikfluid zum Betätigen der oder jeder Klemmbacke (24 ,25 ,26 ) angeordnet auf dem Rotor (4 ), wobei der Stator einen Motor (55 ) umfaßt, angeordnet auf dem Stator (5 ), so daß in einer Betriebskonfiguration Rotationsenergie vom Motor zur Pumpe übertragen werden kann, bei welcher der Motor (55 ) Antriebsmittel (61 ) umfaßt und die Pumpe Pumpenantriebsmittel (69 ) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (61 ) und die Pumpenantriebsmittel (69 ) mechanisch in Eingriff gebracht werden können. - Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Antriebsmittel (
61 ) und die Pumpenantriebsmittel (69 ) in der gleichen Ebene gedreht werden können wie der Rotor (4 ). - Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Motor (
55 ) über eine Welle (56 ) drehbar auf dem Stator (5 ) angeordnet wird, so daß der Motor (55 ) durch Drehen des Motors (55 ) um die Welle (56 ) in und außer Eingriff mit der Pumpe (58 ) bewegt werden kann. - Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der ein Kolben und Zylinder (
57 ) an dem einen Ende am Stator (5 ) und an dem anderen Ende am Motor (55 ) befestigt wird, um den Motor zu bewegen, um die Antriebsmittel (61 ) und die Pumpenantriebsmittel (69 ) in und außer Eingriff zu bringen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Motor (
55 ) ein erstes Zahnrad (61 ) umfaßt und die Pumpe (58 ) ein zweites Zahnrad (69 ) umfaßt, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad in Eingriff gebracht werden können, um die Rotationsenergie zu übertragen. - Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das erste Zahnrad (
61 ) auf einer Antriebswelle (60 ) angebracht wird und das zweite Zahnrad (69 ) auf einer antreibbaren Welle angebracht wird, und bei der eine erste Scheibe (63 ) auf der Antriebswelle angebracht wird und eine zweite Scheibe (70 ) auf der antreibbaren Welle angebracht wird, so daß die erste Scheibe die zweite Scheibe berührt, wenn das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad ineinandergreifen, um so die Tiefe zu steuern, bis zu der die Zähne des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads ineinandergreifen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Rotor (
4 ) wenigstens einen Kolben (15 ,16 ,17 ), angeordnet in einem Zylinder (18 ,19 ,20 ) zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke (24 ,25 ,26 ), und einen Hydraulikkreis (100 ) umfaßt, der eine erste Kammer vor dem Kolben (15 ,16 ,17 ) und eine zweite Kammer an einer Rückseite des Kolbens (15 ,16 ,17 ) derart verbindet, daß bei Anwendung Hydraulikfluid aus der einen der ersten oder zweiten Kammer ausgestoßen wird und die andere der ersten oder zweiten Kammer auffüllt. - Vorrichtung nach Anspruch 7, die wenigstens zwei Kolben (
15 ,16 ,17 ) umfaßt, jeder in einem entsprechenden Zylinder (18 ,19 ,20 ) angeordnet. - Vorrichtung nach Anspruch 8, die außerdem einen Mengenteiler (
113 ) umfaßt. - Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, die außerdem einen Tank (
104 ) zum Aufnehmen von Hydraulikfluid umfaßt. - Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, die außerdem wenigstens einen Akkumulator (
101 ,102 ) umfaßt, zum Aufnehmen einer Ladung zum Freigeben der Klemmbacke aus dem Eingriff mit einem Rohr. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Rotor (
4 ) wenigstens einen Kolben (15 ,16 ,17 ), angeordnet in einem Zylinder (18 ,19 ,20 ) zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke (24 ,25 ,26 ), und einen Hydraulikkreis (100 ) umfaßt, bei welcher der Hydraulikkreis (100 ) ein Ventil, das einen Rückfluß von Hydraulikfluid (107 ) verhindert, und eine Drossel (118 ) umfaßt derart, daß die Anordnung bei Anwendung ermöglicht, daß eine bestimmte Kraft auf das Rohr ausgeübt wird. - Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren, das umfaßt, einen an einem Stator befestigten Motor mit einer an einem Rotor befestigten Pumpe in Eingriff zu bringen und Rotationsenergie vom Motor zur Pumpe zu übertragen, was ermöglicht, daß die Pumpe ein Hydraulikfluid vortreibt, um wenigstens eine Klemmbacke zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mechanisch mit der Pumpe in Eingriff gebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, das den Schritt umfaßt, den Motor von einer ersten Position, in der er von der Pumpe ausgerückt wird, zu einer zweiten Position zu bewegen, in welcher der Motor und die Pumpe in Eingriff gebracht werden, um Rotationsenergie vom Motor zur Pumpe zu übertragen.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, das außerdem umfaßt, aus der einen der Vorder oder Rückseite wenigstens eines in einem Zylinder zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke zum Greifen des Rohrs angeordneten Kolbens Hydraulikfluid auszustoßen und die andere der Vorder- oder Rückseite des Kolbens aufzufüllen.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, das außerdem umfaßt, Hydraulikfluid um einen Hydraulikkreis vorzutreiben, um wenigstens einen in einem Zylinder zum Betätigen der wenigstens einen Klemmbacke zum Greifen des Rohrs angeordneten Kolben zu betätigen und zu ermöglichen, daß Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis ausläuft derart, daß die wenigstens eine Klemmbacke eine bestimmte Kraft auf das Rohr ausübt.
- Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren, wobei das Verfahren die Vorrichtung nach Anspruch 12 verwendet, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, zu ermöglichen, daß Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis (
100 ) ausläuft derart, daß die wenigstens eine Klemmbacke (24 ,25 ,26 ) eine bestimmte Kraft auf das Rohr ausübt. - Verfahren zum Erleichtern des Verbindens von Rohren, wobei das Verfahren die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 verwendet, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, aus der einen der Vorder- oder Rückseite des Kolbens Hydraulikfluid auszustoßen und die andere der Vorder oder Rückseite des Kolbens aufzufüllen.
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