DE60119706T2 - Verfahren und vorrichtung zur handhabung von rohrförmigen elementen - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Herstellung, Montage und Verwendung von rohrförmigen Systemen beim Bohren und Errichten von Bohrlöchern beinhaltet oft Arbeiten, bei denen das rohrförmige Werkstück so gegriffen und gehandhabt werden muss, dass die Anwendung von Axial- und Torsionskräften ermöglicht wird. Vorrichtungen, die Backen einsetzen, wie zum Beispiel Hebewerke, Zangen oder Rohrzangen, werden häufig verwendet, um den Rohrkörper direkt zu greifen; dabei besteht die Gefahr, das Rohr durch Verformung oder durch die von Klemmbackenflächen hervorgerufenen Spuren zu beschädigen. Wo die Rohrenden mit Gewinde versehen sind, können Adapter zum zeitweiligen Eingriff in die Gewinde und zum Übertragen von Lasten verwendet werden, was die Gefahr in sich birgt, die Gewinde zu beschädigen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel für das Greifen durch inneren Reibschluss eines rohrförmigen Werkstücks mit einem dehnbaren Käfig und zur Anwendung von Montage-, Handhabungs- und Bohrlasten über eine Zusatzeinrichtung bereit.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Historisch gesehen, wurde bei Erdölbohrtürmen eine Architektur verwendet, bei der das Bohrdrehmoment über einen Drehtisch, der sich im Bohrturmboden befindet, übertragen wird. Der Bohrmast wird zum Tragen der Flaschenzugausrüstung verwendet, um rohrförmige Gestänge, die aus einzelnen Rohrstücken bestehen, welche durch Verschraubungen miteinander verbunden sind, in das gebohrte Loch oder Bohrloch herabzulassen oder aus dem gebohrten Loch oder Bohrloch herauszuziehen. Bei dieser Architektur ist es unpraktisch, den Drehtisch zur Anwendung von Drehmoment zu verwenden, um die Verbindungen herzustellen oder zu lösen. Daher werden typischerweise Zangen verwendet, um das zum Herstellen und Lösen der Verbindung vorgesehene Drehmoment durch externes Greifen der Rohrenden, die verbunden werden sollen, direkt oberhalb und unterhalb des Gewindeanschlusses aufzubringen. Diese allgemein bekannte Vorgehensweise wird dazu verwendet, Bohrrohr, Futterrohr und Steigrohr zu verbinden oder zu trennen, um rohrförmige Gestänge in das Bohrloch fahren zu lassen oder daraus hervorzuholen. Im Fall von Futter- und Steigrohr steckt das Verfahren typischerweise in den Vorrichtungen, die als Powerzangen bezeichnet werden, welche ein Mittel zur Erzeugung einer kontinuierlichen Drehung und eines Drehmomentes durch eine Motor-Getriebe-Kombination bereitstellen. Diese Vorrichtungen erfordern aber immer noch externe Klemmen, typischerweise unter Verwendung einer Form von Klauen, wie sie zum Beispiel im US-Patent 5,172,613 beschrieben sind. Ob mit oder ohne Motorantrieb, dieses Verfahren erfordert jedenfalls, dass eine Zange das obere Ende des Rohranschlusses, das vom Drehtisch im Boden des Bohrturms herabhängt, greift, und dass eine Gegenkraft zum aufgebrachten Drehmoment durch eine zweite Zange bereitgestellt wird, die zum Greifen und Drehen der herzustellenden oder zu lösenden Rohrverbindung verwendet wird. Das obere Ende der Rohrverbindung, die gedreht wird, wird von einem Hebezeug getragen, das von den losen Flaschenzugblöcken herabhängt, wodurch eine Drehung ermöglicht wird und für eine begrenzte Bewegungsfreiheit für eine seitliche Verschiebung gesorgt wird.
  • Jedoch haben jüngste Fortschritte in der Bohrturmtechnologie zur wachsenden Verwendung von Bohrtürmen mit einer neuen Architektur geführt, die auf dem Fachgebiet als Kopfantriebsbohranlagen bekannt sind. Wie der Name andeutet, sind diese Bohrtürme mit einer hydraulischen oder elektrischen Antriebskopfeinheit ausgerüstet, die am Bohrmast in einer Führung auf- und abwärts bewegt wird und damit die Anwendung einer Drehkraft aus einer beliebigen Position heraus erlaubt. Diese Bohrtürme verwenden einen Antriebskopf, der über eine als Hohlwelle bekannte Ausgangswelle ein Drehmoment und eine axiale Last auf die Spitze des Rohrs aufbringen kann, und verwenden normalerweise stärker automatisierte und kraftbetriebene Rohrhandhabungsanlagen als herkömmliche Bohrtürme. Diese Konfiguration ermöglicht es, unter Verwendung des Kopfantriebs, um durch Drehung und Anwendung von Drehmoment auf den oberen Anschluss Rohrverbindungen herzustellen und zu lösen; sie erfordert aber ein Verfahren zur Ankopplung der Hohlwelle an die Rohre, mit dem es möglich ist, das volle Herstellungs- und Lösedrehmoment und zumindest eine gewisse Axiallast zu übertragen.
  • Für Steigrohr und Futterrohr wird dies normalerweise unter Verwendung eines mit Gewinde versehenen Adapters zum Herstellen einer Verbindung ausgeführt, der häufig als "Stummel" bezeichnet wird, der am unteren Ende mit einem Gewinde versehen ist, das zum Steig- oder Futterrohrgewinde passt, und am oberen Ende mit einem Gewinde versehen ist, das zu der Hohlwelle passt. Oft wird auch eine Vorrichtung, die Auf- und Abbewegungen ausführen und ein Drehmoment übertragen kann und die häufig als Schwimmkissenteil bezeichnet wird, zwischen der Hohlwelle und dem Stummel platziert, um die Gewindelängenänderung beim Herstellen und Lösen einer Verbindung ohne Bewegung des Kopfantriebs möglich zu machen. Diese seitlich starre und biegungssteife Vorrichtung stellt effektiv eine Verlängerung der Hohlwelle dar.
  • Anders als das konventionelle Verfahren zum Herstellen und Lösen einer Verbindung unter Verwendung von Zangen erfordert dieses Verfahren des Herstellens einer Verbindung mit Kopfantrieb zusätzliche Schritte zur Handhabung, Installation und zum Entfernen des Stummels, was den Zeitbedarf vergrößert und folglich auch die Kosten für das Ein- und Ausfahren der Rohre. Weiterhin vergrößert sich die Gefahr der Gewindebeschädigung am Stummel durch die zusätzlichen Verbindungs- und Lösearbeiten, die für jede Verbindungsstelle erforderlich sind, die in das Bohrloch eingebracht oder aus dem Bohrloch herausgeholt wird.
  • Dieses Verfahren des Herstellens von Verbindungen mit Kopfantrieb erhöht wegen der starren seitlichen Positionierung des Kopfantriebs am oberen Ende der Verbindung, wo sie während der Rotation gehalten wird, die Wahrscheinlichkeit von Schäden am Verbindungsgewinde. Die starre seitliche Positionierung verhindert die Neigung der Gewindeachse, sich selbst auszurichten, was ansonsten geschehen würde, wenn das obere Ende der Verbindung an einem kabelgetragenen Flaschenzugblock auf konventionellen Bohrtürmen hängt, was eine relativ freie seitliche Bewegung ermöglicht. Obwohl die Achsen der Bolzen- und -Muttergewinde im Allgemeinen parallel sind, wenn die Verbindung durch Einbringen des Rohrs hergestellt ist, können die Toleranzen in der Bohrmastposition in Bezug auf die Lochachse, Rohrgeradheit und Gewindeschneiden so zusammenwirken, dass eine beträchtliche Fehlausrichtung möglich wird. Unter diesen Bedingungen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für Schäden an der Verbindung wegen der Beschränktheit in der Ausrichtung, die durch eine relativ starre Abstützung am oberen Ende von Verbindungen auferlegt wird. Dies steht im Gegensatz zu der größeren Bewegungsfreiheit, die bei konventionellen Bohrtürmen möglich ist, wenn der Flaschenzugblock das obere Ende des Rohrs trägt. Während der Drehung der Verbindungsstelle am unteren Ende bewirkt diese Beschränktheit in der Ausrichtung, dass die Selbstausrichtung der Achsen der Bolzen- und -Muttergewinde verhindert wird, was tendenziell zum Verkannten der Verbindungsstelle führt, wenn beträchtliche Toleranzfehler vorhanden sind, was folglich zu internen Kontaktspannungen und zu einer erhöhten Neigung zum Festsitzen führt. In vielen Fällen, die den Erfindern bekannt sind, hat die ungenaue Ausrichtung zu Schäden an der Verbindungsstelle und zu falsch hergestellten Verbindungen geführt.
  • Es ist daher wünschenswert, über ein Verfahren zum Greifen des Rohrs zu verfügen, das die Gewinde nicht antastet und das es ermöglicht, das obere Ende des Rohres seitlich mit relativer Bewegungsfreiheit zu verschieben.
  • Es gibt zahlreiche Verfahren unter Verwendung von Backen an der Außenseite des Rohrs zum Aufbringen von Drehmoment, ohne die Gewinde zu berühren. Wie oben erwähnt, werden Backen normalerweise bei Powerzangen eingesetzt. Drehmomentaktivierte Backen, wie zum Beispiel in US-Patent 5,172,613 beschrieben, sind die häufigste Form, aber die Neigung dieses Verfahrens, das Rohr zu zerkratzen und zu beschädigen, hat zu besser regulierten aktiven Greifsystemen geführt, wie zum Beispiel dem in US-Patent 5,172,613 beschriebenen System. Um weiterhin das Verursachen von Oberflächenbeschädigungen oder strukturellen Verformungen zu verhindern, sind nahezu gleichförmig radiale Belastungsreibungsklemmen, wie zum Beispiel die in US-Patent 5,172,613 beschriebenen, bekannt als Mittel, um das Äußere von Rohren dort zu greifen, wo die Toleranz gegenüber Beschädigungen gering ist. Obwohl diese Verfahren ein im Allgemeinen zufriedenstellendes Mittel zum Greifen der Außenseite von Rohren bereitstellen, sind sie nicht für die Verwendung in Verbindung mit einem Kopfantrieb zugänglich. Das Greifen der Innenseite des Rohrs vermeidet die Notwendigkeit, ein Drehmoment über die Verbindung aufzubringen oder komplexere Mittel zum Umgehen der Verbindungsstelle zu Hilfe zu rufen, während man gleichzeitig dauerhaft die gegenseitige Behinderung mit anderen Rohrhandhabungseinrichtungen, wie zum Beispiel Hubvorrichtungen, vermeidet. Diese Verfahren berücksich tigen auch nicht die fehlende Toleranz gegenüber der fehlerhaften Ausrichtung von Anschlussgewinden, wie sie für das Verfahren zum Herstellen und zum Lösen von Verbindungen mit Kopfantrieb typisch ist. WO 00/05483 beschreibt eine Vorrichtung für die Korrektur von Rohren unter Verwendung eines Kopfantriebs, wobei die Vorrichtung einen Körper aufweist, der mit mindestens einem Greifelement, welches radial durch hydraulische oder pneumatische Fluide verschiebbar ist.
  • Die Vorrichtung/das Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde daher speziell als Mittel zum kraftschlüssigen Greifen der Innenseite von Rohren entworfen und stellt daher die Fähigkeit bereit, Drehmoment zu übertragen und den größten Teil der axialen Handhabungslasten zu tragen, was gegenwärtig von Stummeln übernommen wird. Sie reduziert auch die Anforderungen an die Handhabungszeit, beseitigt den Kontakt von Stummeln mit den Gewinden und sorgt für eine erhöhte seitliche Flexibilität bei der Anpassung an die Neigung des oberen Rohrendes, sich während der Herstellung der Verbindung aus der Achse herauszubewegen.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Zur Erfüllung dieser Ziele macht das Verfahren der vorliegenden Erfindung Gebrauch von einer Vorrichtung, die ein oberes Ende aufweist, welches mit einem Übergangsstück zum Halten der Hohlwelle versehen ist, und die ein unteres Kupplungsende hat, welches mit einer Greifergruppe versehen ist, die in das obere Ende eines rohrförmigen Werkstücks, das gehandhabt werden soll, eingeführt und gespreizt wird, so dass es in die Innenseite der Rohrverbindung eingreift oder diese greift. Das Greifverfahren und das kontaktherstellende Element halten sich, vorzugsweise durch Reibung, an der Innenseite des Rohrs mit einer gleichförmigen Verteilung der Radialbelastung, was praktisch das Risiko des Zerkratzens oder der Verformung des Rohrs oder der Verbindung beseitigt. Es versteht sich, dass eine solche Befestigung an der Kopfantriebshohlwelle unmittelbar oder indirekt an dazwischenliegenden Komponenten des Bohrgestänges erfolgen kann, wie zum Beispiel an einem "Gewindeschonstück", das im Wesentlichen eine Verlängerung der Hohlwelle bildet.
  • Der obere Adapter wird mit der Greifergruppe mittels eines Rohrs verbunden, das obere und untere Kreuzgelenke aufweist, die einen seitlichen Versatz während der Übertragung von Drehmoment ermöglichen, wie häufig in Anwendungen eingesetzt wird, bei denen ein Drehmoment über eine gewisse Distanz übertragen wird, wie zum Beispiel bei Antriebswellen von Autos, die flexibel durch Kreuzgelenke angeschlossen sind. Die Greifergruppe wird weiterhin so angeordnet, dass sie das Aktivieren oder Einstellen des Greifens durch Anwendung eines rechtsdrehenden Drehmoments und das Deaktivieren oder Lösen durch Anwendung eines linksdrehenden Drehmoments ermöglicht, wenn ein erster Betriebsmodus aktiv ist. In einem zweiten Betriebsmodus wird entweder ein linksdrehendes oder ein rechtsdrehendes Drehmoment direkt über den Greifer übertragen, ohne die Greifkraft zu ändern. Der erste oder Einstellmodus wird durch Anwendung einer leichten axialen Druckkraft oder durch Absetzen der Hohlwelle eingeschaltet. Der zweite oder Direktdrehmomentenmodus wird durch Anwendung einer leichten Zugspannung oder durch Anheben der Hohlwelle eingeschaltet, nachdem der Greifer eingestellt ist. Diese einfache, schnelle und direkte Art und Weise des Greifens und Freigebens sorgt für beträchtliche betriebliche Verbesserungen gegenüber den vorhandenen Verfahren.
  • Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine innere Greifvorrichtung zur allgemeinen Handhabung rohrförmiger Werkstücke nutzt und das besonders geeignet ist, das Herstellen und Lösen von Rohrverbindungen auszuführen, die in ein Bohrloch eingelassen oder aus diesem herausgehoben werden, wobei ein Kopfantriebsbohrturm verwendet wird, der als Greifmechanismus eine Baugruppe hat, bestehend aus:
    • 1. einem im Allgemeinen zylindrischen dehnbaren Käfig mit oberen und unteren Enden,
    • 2. einem Bauteil, das in der Form eines Dorns bereitgestellt wird. Der Dorn hat obere und untere Enden, die koaxial innerhalb des Käfigs angeordnet sind, in dem die unteren Enden des Dorns und des Käfigs aneinander befestigt sind und wo der Außendurchmesser des Käfigs etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des rohrförmigen Werkstücks, das gegriffen werden soll, wodurch der Käfig in das rohrförmige Werkstück positioniert werden kann.
    • 3. einem beträchtlichen ringförmigen Raum zwischen der Innenfläche des Käfigs und der Außenfläche des Dorns,
    • 4. einem Druckglied, das im unteren Teil des ringförmigen Raums zwischen dem Dorn und dem Käfig als Ausdehnungsglied angeordnet ist,
    • 5. Mittel zur Aktivierung des Ausdehnungsgliedes, um den Käfig zu dehnen, so dass dieser sich an der Innenseite des rohrförmigen Werkstücks mit ausreichender radialer Kraft reibschlüssig hält, so dass ein Reibschluss zur Übertragung von beträchtlichem Drehmoment und axialer Last vom oberen Ende des Dorns über den Käfig auf das Rohrelement ermöglicht wird.
  • Der dehnbare Käfig der Greifvorrichtung, der ein unteres und oberes Ende besitzt:
    • • besteht vorzugsweise aus mehreren flexiblen Streifen, die weitgehend axial entlang dem Körper des Käfigs ausgerichtet und an zylindrischen Buchsen an jedem Ende des Käfigs befestigt sind,
    • • wobei die Kanten benachbarter Streifen vorzugsweise profiliert sind, um ineinandergreifende Laschen oder Finger bereitzustellen,
    • • wobei die Finger eine Ausdehnung des Käfigs oder radiale Verschiebung der Streifen ermöglichen, tendenziell aber eine Verdrehung des Käfigs oder eine Schubverschiebung der Streifen unter Torsionsbelastung verhindern.
  • Das Mittel, das für die Dehnung des Käfigs sorgt, wird vorzugsweise realisiert durch:
    • • ein weitgehend inkompressibles Elastomermaterial, das im unteren Bereich des ringförmigen Raums zwischen dem Dorn und dem Käfig angeordnet ist,
    • • Mittel zur Begrenzung der Enden des Elastomermaterials und, falls notwendig, weitere Mittel zur Begrenzung der Außenseiten des Elastomermaterials über Spalte, die zwischen benachbarten Kanten der Käfigstreifen vorhanden sein können, um ein übermäßiges Auspressen des Elastomermaterials bei Komprimierung zu verhindern, und
    • • Mittel zum axialen Komprimieren des ringförmigen Elastomermaterials mit ausreichender Kraft, so dass der Käfig gedehnt wird und sich durch Reibung an der inneren Fläche des Rohres festmacht, was die Über tragung von Drehmoment und axialer Last vom oberen Ende des Dorns durch den Käfig auf das Rohr ermöglicht.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine rohrförmige Greif- und Handhabungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Greifergruppe hat, welche mit einer externen Vorrichtung zur Anwendung von Last und Drehmoment, wie zum Beispiel mit der Hohlwelle des Kopfantriebsbohrturms, über ein Lastübertragungsglied oder eine Antriebswelle, die an jedem Ende flexibel angeschlossen ist, verbunden ist, wobei solche flexiblen Koppler als Universalgelenke fungieren, die die Übertragung von Drehmoment mit geringem oder keinem Moment oder seitlichem Widerstand ermöglichen.
  • Dieses Ziel wird vorzugsweise erreicht durch:
    • • Bereitstellung eines Übergangsstücks, das zum Aufschrauben auf die Hohlwelle an ihrem oberen Ende und zur Verbindung mit einem Rohr oder einer hohlen Antriebswelle an seinem unteren Ende ausgelegt ist,
    • • mittels Stiften, die in Schlitze am oberen Ende der Antriebswelle eingreifen und so die Funktion eines Universalgelenks erfüllen, wo
    • • eine ähnliche geschlitzte und gestiftete Verbindung bereitgestellt wird, um das untere Ende der Antriebswelle mit dem oberen Ende der Greifvorrichtungsgruppe zu verbinden.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittel zum Fließenlassen von Fluid und zur Anwendung von Druck durch den Kopfantriebsadapter und in das zu greifende rohrförmige Werkstück bereitzustellen. Dieses Ziel wird durch die Bereitstellung eines Strömungswegs durch das Übergangsstück, die Antriebswelle und den Werkzeugdorn erreicht und wird vorzugsweise durch die Bereit stellung einer internen Manschettendichtung verstärkt, wie zum Beispiel eines Packers oder einer Pistonierkolbenlaufbuchse, die am unteren Ende des Dorns befestigt ist, um Leckverluste in den ringförmigen Raum zwischen dem Dorn und der Innenfläche des rohrförmigen Werkstücks zu verhindern.
  • Bei Anwendungen, bei denen die Hubkapazität des Reibungsgreifers nicht ausreicht, um die Hublasten, die erforderlich sind, um die montierten rohrförmigen Gestänge in ein Bohrloch und aus diesem heraus zu bewegen, zuverlässig abzufangen, müssen die Funktionen zum Herstellen und zum Lösen von Verbindungen, die durch die rohrförmige Handhabungs- und Greifergruppe bereitgestellt werden, durch das Hinzufügen von Hebezeug ergänzt werden. In einer Weise, die auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, kann solches Hebezeug in Form von Senkrechtförderern bereitgestellt werden. Um jedoch Anwendungen zu unterstützen, wo geeignete Senkrechtförderer nicht zur Verfügung stehen oder unbequem zu verwenden sind, ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, weitere Mittel zur Abstützung von Hublasten bereitzustellen, die in der Reibungsgreifvorrichtung integriert sind.
  • Dieses Ziel wird durch die Bereitstellung einer externen Hubgruppe erreicht, wobei diese Gruppe besteht aus:
    • • einer weitgehend zylindrischen Hubbuchse, die koaxial außerhalb der inneren Greifergruppe angeordnet ist, welche ein oberes Ende, das am oberen Ende der inneren Greifergruppe befestigt ist, ein unteres Ende, das sich nach unten erstreckt, um einen Bereich des rohrförmigen Werkstücks zu überlappen, typischerweise am unteren Ende des Bundes, der typischerweise am oberen Ende von Futterrohr- oder Gestängerohrverbindungen befestigt ist, wobei das untere Ende mit inneren Rillen versehen ist,
    • • mehrere Backensegmente, die vorzugsweise als Spannzangeneinsatz bereitgestellt werden, wo die oberen Enden der Spannfinger befestigt sind und das untere Ende der Spannfinger die Backensegmente trägt, die so ausgelegt sind, dass ihre Innenseite zur Außenfläche des rohrförmigen Werkstücks passt und dass ihre Außenseite mit Rippen versehen ist, die in die inneren Rillen der Hubbuchse eingreifen, wo die Federwirkung des Spannzangeneinsatzes so ausgelegt ist, dass die Backen dazu neigen, das Werkstück zu berühren,
    • • wo die zusammengehörenden Rippen und Rillen der Backen- bzw. Hubbuchsenflächen die Neigung haben, die Backen bei Anwendung der Hublast wie bei Gleitbändern, die im Industriezweig bei Verfahren zum Erreichen einer Lastübertragung zwischen Hubausrüstung und rohrförmigen Objekten allgemein bekannt sind, nach innen zu pressen, und
    • • Mittel zum Zurückziehen der Backen, um die Trennung vom rohrförmigen Werkstück zu erleichtern, wobei dieses Mittel vorzugsweise mit der Funktionsweise des inneren reibschlüssigen Greifers verbunden wird, so dass die Backen nur dann zurückgezogen werden können, wenn das Werkzeug nicht eingestellt oder aktiviert wird.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1: Isometrische Ansicht des montierten Adapterwerkzeugs für das Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb.
  • 2: Ansicht des Längsschnitts durch die Mitte des Adapterwerkzeugs für das Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb im Zustand vor dem Einstellen.
  • 3: Ansicht des Längsschnitts des Adapterwerkzeugs für das Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb mit Greifergruppe im Einstellmodus, die eine übertrieben dargestellte Käfigdehnung beim Greifen des rohrförmigen Werkstücks zeigt.
  • 4: Ansicht des Längsschnitts des Adapterwerkzeugs für das Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb mit Greifergruppe im Drehmomentenmodus, die eine übertrieben dargestellte Käfigdehnung beim Greifen des rohrförmigen Werkstücks zeigt.
  • 5: Schematische Darstellung, die die allgemeine Form eines einzelnen "geschwalbten" Zahns zeigt, wie er an der Stellmutterfläche mit passenden Rillen in der Stellgliedbuchse verwendet werden kann.
  • 6: Isometrische Ansicht des montierten Adapterwerkzeugs für das Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb, die mit einer extern einklinkenden, integralen Hubgruppe konfiguriert ist.
  • 7: Ansicht des Längsschnitts entlang der Achse des Adapterwerkzeugs für das Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb mit einer Hubgruppe, die die Position der Komponenten zeigt, bei der sich das Werkzeug im Hubmodus befindet, wobei dessen Bund das obere Ende eines typischen rohrförmigen Werkstücks erfasst.
  • 8: Ansicht des Längsschnitts der Hubgruppe, die die Position der Komponenten zeigt, bei der sich das Werkzeug im Hubmodus befindet, wobei dessen Bund das obere Ende des rohrförmigen Werkstücks erfasst.
  • 9: Ansicht des Längsschnitts der Hubgruppe, die die Position der Komponenten zeigt, wobei sich das Werkzeug im Rückzugsmodus befindet.
  • 10: Isometrische Ansicht des montierten Futterrohrantriebswerkzeugs.
  • 11: Ansicht des Längsschnitts durch die Mitte des Futterrohrantriebswerkzeugs, die das Aussehen nach dem Einbringen in das rohrförmige Werkstück aber noch vor dem Einstellen zeigt.
  • 12: Ansicht des Dorns, die dessen äußeren profilierten Abschnitte zeigt.
  • 13: Isometrische Ansicht des Futterrohrantriebswerkzeugs bei entferntem Käfig, die die Schraubenfederausdehnungsgruppe zeigt.
  • 14: Ansicht des Längsschnitts durch die Mitte des Futterrohrantriebswerkzeugs mit einer Greifergruppe im Einstellmodus, die die Käfigdehnung während des Greifens des rohrförmigen Werkstücks zeigt.
  • 15: Ansicht des Längsschnitts durch die Mitte des Futterrohrantriebswerkzeugs mit der Greifergruppe im Drehmomentenmodus, die die Käfigdehnung während des Greifens des rohrförmigen Werkstücks zeigt.
  • 16: Ansicht des Längsschnitts durch die Mitte des Futterrohrantriebswerkzeugs mit dem eingestelltem Werkzeug und im Drehmomentenmodus, die die Werkzeugposition beim Anheben des rohrförmigen Werkstücks zeigt.
  • Das Seitenverhältnis der Zeichnungen in den 14, 15 und 16 wurde so geändert, um die Breite übertrieben darzustellen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird die interne rohrförmige Greif- und Handhabungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als Adapterwerkzeug für das Herstellen von Verbindungen mit Kopfantrieb konfiguriert, wobei dieses Werkzeug ein Übergangsstück 1 mit einer inneren Greifergruppe über eine flexibel angekoppelte rohrförmige Antriebswelle 2 verbindet. 1 ist eine isometrische Ansicht des montierten Werkzeugs mit dem Greifer im nicht gedehnten Zustand, wie es in Vorbereitung zur Einführung in eine Rohrverbindung aussieht.
  • Das Übergangsstück 1 ist im Allgemeinen zylindrisch und wird aus einem geeignet festen und starren Werkstoff hergestellt. Mit Bezug auf 2 hat das Übergangsstück 1 ein oberes Ende 10, das mit Innengewinden 21 ausgelegt und für den Anschluss an die Hohlwelle eines Kopfantriebs geeignet ist, und ein unteres Ende 22, das für die Einführung in ein oberes Ende 23 der rohrförmigen Antriebswelle 2 ausgelegt ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird auch eine Zentralbohrung 24 bereitgestellt, die den Durchgang des gepumpten Fluids durch die Hohlwelle als praktisches und wünschenswertes Mittel zum Füllen des rohrförmigen Gestänges ermöglicht.
  • Mit Bezug auf 1 wird eine rohrförmige Antriebswelle 2 mit je einem Satz von wanddurchgängigen geschlossenen L-förmigen Schlitzen 25, jeweils am unteren und oberen Ende, bereitgestellt. Die Schlitze 25 sind in gleichen Abständen zueinander am Umfang verteilt und axial ausgerichtet. Die rohrförmige Antriebswelle 2 wird am unteren Ende 22 des Übergangsstücks 1 mittels der Stifte 26 befestigt, die durch die obere Reihe von Schlitzen 25 in der rohrförmigen Antriebswelle 2 gesetzt werden. Dies sorgt für eine flexible Verbindung. Die Stiftpositionen und der Außendurchmesser des unteren Endes vom Übergangsstück 1 im Überlappungsabschnitt der rohrförmigen Antriebswelle 2 sind so ausgelegt, dass die flexible Verbindung sich frei um einige Grad in jeder Richtung biegen kann, wenn die Stifte 26 im axialen "Zweig" 25a der L-förmigen Schlitze 25 sind, verhindern aber die Flexibilität, wenn die Stifte 26 sich im unteren, in Umfangsrichtung liegenden Zweig 25b der L-förmigen Schlitze 25 befinden. Das untere Ende der Antriebswelle 2 ist in ähnlicher Weise mittels der Stifte 26 innerhalb der L-förmigen Schlitze 25 angeschlossen, die in entgegengesetzter Richtung und umgekehrt in Bezug auf das obere Ende der Stellgliedbuchse 9 liegen, die das obere Element der Greifergruppe aufweist. Wenn die Stifte 26 sich in den axialen Zweigen 25a der Schlitze 25 befinden, sorgt dieses Verfahren zur Ankopplung beider Enden der Antriebswelle 2 an das Übergangsstück 1 bzw. die Greifergruppe nicht nur für eine seitliche Verschiebung der Oberseite der Verbindung in Bezug auf die Hohlwellenachse, sondern ermöglicht auch eine gewisse axiale Längenänderung oder Hubänderung, da die Stifte in ihren Schlitzen auf- und abgleiten können, wodurch das Adapterwerkzeug zum Herstellen einer Verbindung die Funktion eines Schwimmkissenteils während des Herstellens und des Lösens einer Verbindung übernehmen kann. Wenn die Stifte 26 sich in den in Umfangsrichtung liegenden Zweigen 25b der Schlitze 25 befinden, ermöglicht dieses Ankopplungsverfahren die Bewegung des Werkzeugs und seine Positionierung bei voll deaktivierter seitlicher Flexibilität, wodurch Vorteile bei der Handhabung bereitgestellt werden, die besonders wertvoll bei Arbeiten mit schrägstehendem Bohrturm sind, wo das Werkzeug anderenfalls durch hängen würde, was dann zu Schwierigkeiten führen würde, wenn man den Versuch der Einführung in die Oberseite der Rohrverbindung unternimmt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Achse des Werkzeugs, die die Beziehung der Komponenten im Greifergruppenteil des Werkzeugs zeigt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die Greifergruppe aus mehreren in Wechselwirkung zueinander stehenden Komponenten; diese sind:
    • • ein dehnbarer, im Allgemeinen zylindrischer Käfig 3, der mit einem oberen Ende 27 und einem unteren Ende 29 versehen ist. Der Käfig 3 hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Innendurchmesser eines rohrförmigen Werkstücks 13 ist, außer an seinem oberen Ende 27, wo ein Anschlagring 28 mit vergrößertem Durchmesser über eine kurze Distanz bereitgestellt wird, um eine Schulter zu erzeugen, die ausreicht, um an das Ende des rohrförmigen Werkstücks 13 anzuschlagen;
    • • es wird ein Dorn 4 bereitgestellt, der mit einem oberen Ende 30 und mit einem unteren Ende 31 versehen ist. Der Dorn 4 hat einen Außendurchmesser, der beträchtlich kleiner als der Innendurchmesser vom Käfig 3 ist und ist koaxial innerhalb von Käfig 3 angeordnet, wobei sein unteres Ende 31 am unteren Ende 29 vom Käfig 3 in einer Weise befestigt ist, die die Übertragung von axialer Last und Drehmoment ermöglicht, und sein oberes Ende sich über das obere Ende vom Käfig 3 hinaus erstreckt;
    • • eine zylindrische untere Abstandsbuchse 5 und eine obere Abstandsbuchse 7, die durch ein im Allgemeinen zylindrisches Elastomereinstellelement 6 oder eine Reihe von Elementen getrennt sind, so dass sie einen Elementenstapel bilden, wobei die genannten Buchsen und der Elementenstapel koaxial in den ringförmigen Raum zwischen dem Käfig 3 und dem Dorn 4 gebracht werden und wobei die Länge der Buchsen und des Elementenstapels etwas kürzer als die Käfiglänge ist;
    • • eine weitgehend zylindrische Stellmutter 8, die mit einem Innengewinde versehen ist, so dass sie in die zugehörigen Gewinde eingreift, die am Dorn 4 über einen Abschnitt bereitgestellt werden, der an einer Position beginnt, die von der oberen Abstandsbuchse 7 abgedeckt wird, wobei deren oberes Ende so ausgelegt ist, dass sie als Sicherungsmutter mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Zähnen 32 konfiguriert ist, wobei diese Zähne vorzugsweise so wie in 5 dargestellt geformt sind;
    • • eine Stellgliedbuchse 9, die im oberen Abschnitt vom Dorn 4 gleitet, wie in 2 dargestellt. Die Buchse 9 hat Einkerbungen 33 an ihrer unteren Endfläche, die zu den Zähnen 32, die an der oberen Endfläche der Stellmutter 8 bereitgestellt werden, passen. Mit Bezug auf 2 hat die Buchse 9 interne Keilnuten 34 an ihrem unteren Ende 36, die zu den äußeren Keilnuten 35 passen, die am oberen Ende 30 vom Dorn 4 bereitgestellt werden, und hat Gewinde auf der Außenfläche, um die Gegenmutter 12 aufzunehmen;
    • • eine Gegenmutter 12, die ein Innengewinde besitzt, das zur Stellgliedbuchse 9 passt und mit Stellschrauben versehen ist, um ihre Lage auf der Stellgliedbuchse 9 zu arretieren, und
    • • eine Pistonierkolbenlaufbuchse 10 oder ein ähnliches ringförmiges Dichtungselement, wie zum Beispiel eine Packerlaufbuchse, die mit einer Mutter 11 am äußersten unteren Ende des Dorns 4 festgehalten wird.
  • Mit Bezug auf 1 hat der dehnbare Käfig 3 einen im Allgemeinen zylindrischen Körper und wird in der bevorzugten Ausführungsform aus einem dünnen glattwandigen Gefäß aus Stahl oder einem anderen geeignet festen und flexiblen Material durch Schneiden einer Reihe von weitgehend in Rechteckwellen verlaufenden Schlitzen 78 entlang einem mittleren Längsabschnitt des Gefäßes an mehreren Stellen auf dem Umfang gebildet. Obwohl ein glattwandiges Gefäß bevorzugt wird, um das Zerkratzen der Oberfläche von rohrförmigen Objekten zu vermeiden, kann in einigen Anwendungen der Käfig 3 mit einer reibungsverstärkenden Oberfläche hergestellt werden, um seinen Reibungskoeffizienten in Bezug auf das rohrförmige Objekt zu erhöhen. Dadurch bildet sich eine Reihe von weitgehend axial ausgerichteten Streifen 80, deren Enden 82 durch die nicht geschlitzten oberen und unteren Enden des Zylinders zusammengehalten werden, deren Kanten 84 jedoch durch die "Laschen" 86, die aus dem Muster aus den weitgehend in Rechteckwellen verlaufenden Schlitzen resultieren, ineinander greifen. Selbst beim Ineinandergreifen besteht ein gewisser Raum oder Spalt zwischen den Streifenkanten, deren Größe von der Art der Herstellung und deren Toleranzen abhängt. Für den Fachmann ist erkennbar, dass eine Torsionsbelastung, die entlang der Achse eines solchen Käfigs angewendet wird, dazu neigt, eine Torsionsverformung mit zugehöriger Schubverschiebung entlang den Streifenkanten zu erzeugen, bis alle Spalte zwischen den Flächen der Laschen geschlossen sind. Sobald diese Spalte geschlossen sind, beginnen sie, Schublast in Richtung der Streifenlänge zu tragen und zu übertragen, was eine Torsionssteifigkeit und -festigkeit vom Käfig 3 erzeugt, wodurch seine Gesamtfähigkeit, Drehmoment zu übertragen, dramatisch und wesentlich erhöht wird. Es ist daher wünschenswert, die axiale Spaltweite so klein wie möglich zu halten, um die Verdrehung zu begrenzen, die zum Ineinandergreifen der Laschen erforderlich ist. Es ist festgestellt worden, dass das Laserschneiden ein effizientes Mittel zur Bildung von ausreichend engen Schlitzen darstellt, die den Verdrehungswinkel vor dem Kontakt der Laschen ausreichend begrenzen; es können jedoch auch alternative Herstellungsverfahren eingesetzt werden, da der Käfig 3 tatsächlich aus einzelnen Teilen, die in geeigneter Weise befestigt werden, hergestellt werden kann. Die Rechteckwellenamplitude oder Höhe der Laschen muss weiterhin so ausgelegt werden, dass das Vorhandensein einer ausreichenden Überlappung sichergestellt wird, um eine zufriedenstellende Schublastübertragung zu erreichen, wenn der Käfig 3 sich in der gedehnten Position innerhalb des rohrförmigen Werkstücks 13 befindet. Es sollte für den Fachmann auch ersichtlich sein, dass zahlreiche Abwandlungen der Schlitzgeometrie eingesetzt werden können, um das Ermüdungs- und Festigkeitsverhalten vom Käfig 3 zu verbessern, die von einer gewissen Form der Verschränkung abhängen, wenn man eine maximale Drehmomentübertragungsfähigkeit erreichen will, während gleichzeitig die Fähigkeit zur beträchtlichen Ausdehnung, wie hierin offenbart, erhalten bleibt. Das obere Ende 27 vom Käfig 3 wird mit einem Stauchdurchmesser versehen, der einen Anschlagring 28 bildet, der größer als der Innendurchmesser des Endes des rohrförmigen Werkstücks 13 ist, das gegriffen werden soll. Das untere Ende 29 vom Käfig 3 wird typischerweise mit einem nach innen gestauchten Durchmesser versehen, der zur Befestigung des unteren Endes 31 vom Dorn 4 intern keilnutgefräst wird.
  • Der im Allgemeinen zylindrische Dorn 4 wird aus einem geeignet festen und starren Material gebildet, um ihn zu seiner Funktion der Übertragung von axialer Last und Drehmoment in das untere Ende vom Käfig 3 zu befähigen, und wird in der bevorzugten Ausführungsform mit einer Zentralbohrung 37 versehen, damit Fluide in das rohrförmige Werkstück 13 fließen und herausfließen können, falls dies gewünscht ist. Das untere Ende 31 vom Dorn 4 wird normalerweise mit einem Gewinde versehen und keilnutge fräst, um das keilnutgefräste untere Ende 29 vom Käfig 3, das von der Mutter 11 zurückgehalten wird, zu befestigen, wobei der keilnutgefräste Eingriff allgemein durch das Bezugszeichen 38 angegeben wird. In der bevorzugten Ausführungsform kann auch der untere, mit Gewinde versehene Bereich vom Dorn 4 dazu verwendet werden, die Pistonierkolbenlaufbuchse 10 zu befestigen, um so für eine Dichtung zwischen der Innenseite des rohrförmigen Werkstücks 13 und der Dornbohrung zu sorgen, wobei dieses Abdichtungsverfahren in der Ölfeldindustrie allgemein bekannt ist. Der Durchmesser des Hauptkörpers des Dorns wird in Bezug auf den Innendurchmesser vom Käfig 3 gewählt, so dass sich ein ringförmiger Raum ergibt, der ausreichend groß ist, um das Elastomereinstellelement 6 aufzunehmen. Rechtsgängige Gewinde werden entlang der Dornlänge in einem Bereich bereitgestellt, wo eine Verschiebung der Lastmutter erwünscht ist. Das obere Ende vom Dorn 4 wird keilnutgefräst, wobei die Keilnuten nach unten offen sind, aber geschlossene oder verdeckte obere Enden haben. Zur Erleichterung und Vereinfachung der Montage erhöht sich der Dorndurchmesser in jedem der beschriebenen Bereiche im Allgemeinen vom unteren zum oberen Ende hin, wie dies erforderlich ist, um die Funktionen der Gewinde, Keilnuten oder regulierten Durchmesser zu erfüllen. Das obere Ende der inneren Dornbohrung wird mit Gewinden versehen, die sich für die Befestigung an einem Schlauch oder einem ähnlichen Fluidleitungsrohr eignen.
  • Die untere Abstandsbuchse 5 ist ein starrer Zylinder von ausreichender Länge, der sich vom geschlossenen Ende vom Käfig 3 bis zu einer Stelle etwas oberhalb der Enden der Käfigstreifen 80 erstreckt, um so für einen Übergangsbereich zu sorgen, über den sich die Streifen vom Käfig 3 ausdehnen können, ohne durch die Anwendung von Ausdehnungsdruck durch das Elastomer zusätzlich radial belastet zu werden. Die Innen- und Außendurchmesser der unteren Buchse werden so gewählt, dass sie in den ringförmigen Raum zwischen dem Dorn 4 und dem Käfig 3 passen, während gleichzeitig die Elastomerauspresslücken minimiert werden.
  • Die obere Abstandsbuchse 7 ist der unteren Abstandsbuchse 5 ähnlich, wobei ihre Länge relativ zur Einstellmutter 8 und zum oberen Ende der Käfigschlitze 78 gewählt wird, so dass sie auch einen Bereich bereitstellt, in den sich der Käfig ohne einen radialen Ausdehnungsdruck ausdehnen kann.
  • Das Einstellelement 6, oder der Elementenstapel, ist weitgehend zylindrisch und kann aus mehreren separaten Komponenten, einschließlich spezieller Endelemente oder Vorrichtungen zur Regulierung der Auspressung, wie sie in der Bohrlochpacker- und Bridge-Plug-Technik bekannt sind, bestehen, wird aber im Allgemeinen aus hydrostatisch inkompressiblen und hoch verformbaren Elastomermaterialien gebildet und wird so dimensioniert, dass es den ringförmigen Raum zwischen der oberen Abstandsbuchse 7 und der unteren Abstandsbuchse 5 weitgehend ausfüllt. Der ringförmige Raum und daher auch der Elementenstapel müssen eine ausreichende Ringdicke und Anfangslänge besitzen, so dass die Verkürzung durch eine axiale Verschiebung, die zur Ausdehnung vom Käfig 3 und zur Einstellung erforderlich ist, immer noch für eine angemessene Länge des Bereichs sorgt, über die die radiale Verschiebung und die daraus folgende radiale Last ausreichend sind, um die Fähigkeit zum Greifen durch Reibung, wie durch die Anwendung gefordert, aufbringen zu können.
  • Die Stellmutter 8 ist eine weitgehend zylindrische, mit Innengewinde versehene Mutter mit glatter unterer Fläche, die einen gleitenden Kontakt mit dem oberen Ende der oberen Abstandsbuchse 7 ermöglicht. Die obere Fläche der Stellmutter 8 ist mit Sicherungszähnen 32 ausgestattet, so dass eine Drehmomentkopplung mit der Stellgliedbuchse 9 möglich wird. Zur weiteren Erleichterung des Eingriffs in Anwendungen, die eine gewisse "Verriegelung" erfordern, können die Zähne die Form von Schwalbenschwänzen haben und so ausgerichtet sein, dass der enge Teil des Schwalbenschwanzes an der Fläche der Mutter befestigt wird, wie in 5 gezeigt.
  • Die Stellgliedbuchse 9 ist weitgehend zylindrisch und starr und mit einem Innendurchmesser versehen, der etwas größer als das obere Ende vom Dorn 4 ist, auf dem sie gleitet. Die Fläche an ihrem unteren Ende ist mit gleichmäßig verteilten Kerben 33 versehen, die in die passenden Kerben im oberen Ende der Stellmutter 8 eingreifen, wobei diese Kerben bei Bedarf schwalbenschwanzförmig sein können, um sie an die Geometrie der Stellmutter 8 anzupassen, wie in 5 gezeigt. Die Innenfläche des unteren Endes der Stellgliedbuchse 9 ist mit Keilnuten 34 versehen, die zu den Keilnuten 35 am oberen Ende des Dorns 4 passen. Nach der Montage kann die Stellgliedbuchse 9 auf dem Dorn 4 gleiten, wird aber in seiner unteren Position durch die Oberseite der Stellmutter 8 begrenzt, die als Position des Einstellmodus bezeichnet wird, und wird in ihrer oberen Stellung durch die geschlossenen Enden der Keilnuten 35 auf dem Dorn 4 begrenzt, die als Position des Drehmomentenmodus bezeichnet wird. Die verschiedenen sich gegenseitig beeinflussenden Komponentenlängen sind so ausgelegt, dass das Stellglied eine ausreichende Bewegungsstrecke zwischen diesen zwei Positionen hat, um einen Bewegungsbereich zu erzeugen, in dem weder die Stellmutter 8 noch die oberen Dornkeilnuten im Eingriff sind, wobei die Zwischenstellung als neutrale Stellung bezeichnet wird, weil die Stellgliedbuchse 9 sich frei um den Dorn 4 bewegen kann. Das obere Ende der Stellgliedbuchse 9 hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Innendurchmesser der Antriebswelle 2 ist, und weist mehrere Löcher auf, die gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sind, um so die Stifte 6 aufzunehmen, die für die Befestigung an der Antriebswelle 2 sorgen.
  • Im Betrieb – mit dem Übergangsstück 1 des Kopfantrieb-Adapterwerkzeugs, das mit der Hohlwelle eines Kopfantriebbohrturms verbunden ist – wird die Greifergruppe in das obere Ende einer Rohrverbindung abgesenkt, bis der Anschlagring des Käfigs in die obere Endfläche der Verbindung eingreift. Der Kopfantrieb wird dann weiter abgesenkt oder auf das Werkzeug abgesetzt, was bewirkt, dass die Stellgliedbuchse 9 sich nach unten verschiebt, bis sein gekerbtes unteres Ende 33 in die Zähne 32 an der oberen Fläche von der Stellmutter 8 eingreift. Diese Position wird als Einstellmodus bezeichnet. Eine Drehung des Kopfantriebs nach rechts treibt dann die Mutter nach unten gegen die obere Abstandsbuchse 7, die als ringförmiger Kolben fungiert, was das Elastomerelement zusammendrückt und bewirkt, dass es sich radial ausdehnt, wodurch der Käfig 3 nach außen gedrückt und in Kontakt mit der Innenfläche des rohrförmigen Werkstücks 13 gebracht wird. Eine fortgesetzte Drehung nach rechts verursacht weitgehend hydrostatische Kompression des Elastomers mit einer sich daraus ergebenden Entwicklung einer beträchtlichen Kontaktspannung zwischen dem Käfig 3 und der inneren Oberfläche des Rohrs über die Länge des Elastomereinstellelements 6. Der Reibungswiderstand gegenüber der axialen Drucklast entwickelt sich in den Gewinden der Stellmutter und in der Endfläche und tritt als Drehmoment am Kopfantrieb auf. Es ist ersichtlich, dass dieses Drehmoment durch das Werkzeug in die Rohrverbindung übertragen wird. Bis zum Ausdehnen des Käfigs 3 wird diese Reaktion durch zufällige Reibung der Käfigstreifen, der Pistonierkolbenlaufbuchse 10 und des Kontakts mit dem Anschlagring 28 bereitgestellt. Sobald sie einmal aktiviert ist, führt die Käfigausdehnung zu einem sich selbst verstärkenden Einstelldrehmoment, dessen Messung im Kontrollsystem des Kopfantriebs verfügbar ist und die dazu verwendet werden kann, die Größe der angewendeten Einstellkraft zu begrenzen. Als weiteres Mittel zur Begrenzung der Größe der angewendeten Einstellkraft kann die Position der Gegenmutter 12 nach oben oder nach unten an der Stellgliedbuchse durch Drehen eingestellt und mit den Stellschrauben, die in der Gegenmutter 12 bereitgestellt werden, gesichert werden. Nach dieser Positionierung und Sicherung ist die Gegenmutter mit der Oberseite des Käfigs verbunden und ist während der Einstellung arretiert, mit sich daraus ergebendem dramatischem Drehmomentenanstieg, so dass daher die Verstellung der Stellgliedbuchse und damit der Stellmutter nach unten begrenzt wird. Wenn ein ausreichendes Stelldrehmoment angewendet wurde, wird das Werkzeug als eingestellt angesehen. 3 zeigt einen Querschnitt des Werkzeugs im Einstellmodus mit dem Käfig 3, der bis zum Kontakt mit dem rohrförmigen Werkstück 13 ausgedehnt ist.
  • Nach dem Einstellen wird der Kopfantrieb angehoben, was zur Auskopplung der unteren Fläche der Stellgliedbuchse 9 aus der Stellmutter 8 führt, und bei weiterem Anheben zum Eingriff der Keilnuten 34 der Stellgliedbuchse und der Keilnuten 35 des Dorns am oberen Ende des Verschiebeweges des Stellglieds führt, wo die geschlossenen Enden der Dornkeilnuten 35 verhindern, dass die Stellgliedbuchse 9 von der Oberseite des Dorns 4 heruntergleiten kann. Diese Position wird als Drehmomentenmodus bezeichnet, in dem ein Drehmoment nach rechts oder links durch die Stellgliedbuchse 9 direkt auf den Dorn 4 übertragen werden kann.
  • Wie in 1 ersichtlich, bewegt die Anwendung von Drehmoment nach rechts während des Einstellens die Stifte aus dem Umfangszweig 25b der L-förmigen Schlitze 25, so dass beim Anheben der Hohlwelle zum Aktivieren des Drehmomentenmodus die Stifte die Neigung zeigen, die axialen Zweige 25a der L-förmigen Schlitze hoch zu gleiten und damit die Flexibilität der Antriebswellenkopplung wieder herzustellen.
  • Wenn die Verbindung gelöst werden soll, wird der Kopfantrieb so positioniert, dass die Antriebswelle 2" schwimmen" kann, d.h. bei Anordnung der Stifte etwa in der Mitte der Schlitze und bei Anwendung eines entgegengesetzten Drehmoments. Nach dem Lösen der Verbindung kann das Gewicht des Verbindungsstücks vom Werkzeug gestützt und aus dem Anschluss herausgehoben werden, bis es von separaten Rohrhandhabungswerkzeugen gegriffen wird. Sobald es von den Rohrhandhabungswerkzeugen gegriffen wurde, wird der Kopfantrieb auf das Werkzeug abgesetzt, was den Einstellmodus aktiviert. Dann wird linksdrehendes Drehmoment eingebracht und die Stellmutter 8 wird eine ausreichende Zahl von Umdrehungen gedreht, damit das Werkzeug freigegeben wird. Die Zahl der Drehungen, die zum Freigeben benötigt wird, ist im Allgemeinen gleich mit der Zahl der Drehungen, die zum Einstellen erforderlich ist.
  • Wenn die Verbindung hergestellt werden soll, kann das Gewicht des Verbindungsstücks vom Werkzeug gestützt werden, während es positioniert und in den herzustellenden Anschluss eingeführt wird. Nach dem Einführen und während das Gewicht des Verbindungsstücks immer noch weitgehend vom Werkzeug gestützt wird, kann die Verbindung hergestellt werden. wie beim Lösen wird das Werkzeug durch Absetzen des Kopfantriebs zum Aktivieren des Modus zum Herstellen einer Verbindung und durch Anwendung einer ausreichenden Linksdrehung freigegeben, um das Werkzeug freizubekommen.
  • Aus 1 wird ersichtlich, dass entweder zum Herstellen oder zum Lösen der Verbindung das Absetzen und die Anwendung von linksgängigem Drehmoment bewirkt, dass die Stifte 26 sich in die Umfangszweige 25b der L-förmigen Schlitze bewegen. Beim Zurückziehen aus dem rohrförmigen Werkstück 13 wird das Werkzeug mehr oder weniger starr mit der Hohlwelle gekoppelt, was das Einführen in die Oberseite der nächsten Verbindung von handzuhabenden rohrförmigen Objekten erleichtert.
  • 4 zeigt das Werkzeug im Drehmomentenmodus, das in ein rohrförmiges Werkstück 13 gebracht wurde. Für den Fachmann wird erkennbar, dass Lasten (Drehmoment oder Spannung), die auf den Dorn 4 angewendet werden, bei eingestelltem Werkzeug und im Drehmomentenmodus, teilweise in das rohrförmige Werkstück 13 durch Schubkopplung über die ringförmige Dicke des Elastomer- und Käfigmaterials, das zwischen dem Dorn 4 und dem rohrförmigen Werkstück 13 zusammengedrückt wird, umgesetzt werden. Der größte Teil der angewendeten Lasten wird jedoch durch das untere Ende vom Dorn 4 in das untere Ende vom Käfig 3 übertragen und wird von dort in das rohrförmige Werkstück 13 über den Bereich verteilt, über den es in Kontakt mit dem gedehnten Käfig 3 steht. Die Axial oder Torsionslast, die zum Auslösen des Rutschens erforderlich ist, wird daher durch die Kontaktfläche, den effektiven Reibungskoeffizienten, der zwischen den zwei Flächen wirksam ist, und durch Normalspannung, die in der Übergangsregion zwischen dem Käfig 3 und dem Werkstück 13 wirksam ist, bestimmt. Es ist weiter für den Fachmann erkennbar, dass diese Variablen zur Bereitstellung von ausreichendem Drehmoment und axialem Lasttragevermögen auf zahlreiche Weise verändert werden können, u.a.: durch Verlängern des gedehnten Greifbereichs; Beschichtung, Rändeln oder anderweitiges Aufrauen des Käfigäußeren, um den effektiven Reibungskoeffizienten zu erhöhen; Erhöhen der Axialspannung, die auf das Elastomer angewendet werden kann, durch verbesserte Materialien und Auspressungsschutz (innerhalb der Grenzen, die durch den zulässigen Spannungszustand (z.B. Berstfestigkeit) des rohrförmigen Werkstücks 13 auferlegt werden) sowie verringerter Reibungsverlust entlang dem Einstellelement 6 durch Aufbringen von Gleitmitteln auf die Dorn- und Käfigoberflächen, die in Kontakt mit dem Einstellelement 6 sind, möglicherweise in Kombination mit reibungsvermindernden Beschichtungen, wie zum Beispiel Teflon•.
  • Es ist weiterhin für den Fachmann ersichtlich, dass beim Komprimieren des Elastomers von oben der Gleitwiderstand dazu führt, dass die hydrostatische Spannung sich von oben nach unten über die Länge des Elastomers verringert. Es wurde in der Praxis festgestellt, dass durch Schmierung der Elastomeroberflächen erreicht werden kann, dass dieser Effekt reduziert wird, wenn es erforderlich ist, dass entweder das "Eigenstartverhalten" oder die Beziehung zwischen dem Einstelldrehmoment und der Axial- oder Torsionsgreiffähigkeit verbessert wird.
  • Zur Bereitstellung weiterer Funktionen in Anwendungen, in denen der Bedarf besteht, Fluiddruck anzuwenden oder Fluide in das rohrförmige Werkstück 13 hinein- oder herausfließen zu lassen, was oft vorkommt, wenn ein von oben zu füllendes Futterrohr ein- und ausgefahren wird, wird in der bevorzugten Ausführungsform das Adapterwerkzeug für den Kopfantrieb mit einem Schlauch vorgesehen, der zwischen dem unteren Ende der Bohrung des Übergangsstücks und der Oberseite der Dornbohrung angeschlossen wird. Die Schlauchlänge und -lage müssen so ausgelegt werden, dass die Längenänderung zwischen den Befesti gungspunkten der Schlauchenden aufgenommen wird, die während des Betriebs auftritt und die durch den axialen Hub der Schlitze der Antriebswelle und die Bewegung der Stellgliedbuchse 9 ermöglicht wird. Die Positionierung des Schlauchs als Wicklung innerhalb der Antriebswelle 2 stellt ein Mittel zur Realisierung der erforderlichen Längenänderung während des Betriebs dar. Der Schlauch und die Anschlüsse müssen auch die Drehung des Übergangsstücks 1 in Bezug auf den Dorn 4 während der Einstellung und der Änderung der Einstellung oder bei der Drehung in der Neutralstellung aufnehmen. Eine Schwenkkupplung oder ein anderes Mittel können zur Bereitstellung dieser Funktion verwendet werden.
  • Zur weiteren Verbesserung der betrieblichen und Handhabungseigenschaften des Werkzeugs können Federn zwischen der Antriebswelle 2, dem Übergangsstück 1 und der Greifergruppe vorgesehen werden. Eine Druckfeder kann zwischen der Antriebswelle 2 und der Stellgliedbuchse 9 angeordnet werden, um die Neigung der Stellgliedbuchse 9 zu reduzieren, sich von der Stellmutter 8 während der Drehung im Einstellmodus ohne Abwärtsbewegung der Hohlwelle zu lösen. Eine Zugfeder kann zwischen dem Übergangsstück 1 und der Antriebswelle 2 angeordnet werden, um auf ähnliche Weise die Neigung der Keilnut der Stellgliedbuchse 9 zu reduzieren, um sich vom Dorn 4 während der Drehung im Drehmomentenmodus zu trennen, um eine Verbindung zu lösen, wobei das Lösen tendenziell die Verbindungsstelle nach oben drückt. Wenn sich die Verbindungsstelle ohne Verschiebung der Hohlwelle nach oben bewegt, tritt das Gleiten tendenziell im Werkzeug entweder innerhalb der Schlitze von der Antriebswelle 2 auf oder das Gleiten tritt zwischen der im Eingriff befindlichen Stellgliedbuchse und den Keilnuten des Dornes auf. Es ist zu erkennen, dass die Zugfeder die Stifte am oberen Ende der Antriebswelle 2 vorspannt, damit sie zugunsten der im Eingriff befindliche Keilnut gleiten. Für den Fachmann ist erkennbar, dass verschiedene andere Vorgehensweisen zum Vorspannen auf ähnliche Weise eingesetzt werden können, um die Betriebsverfahren zu vereinfachen, wie zum Beispiel die Regulierung des Reibungskoeffizienten in den mit Stiften versehenen flexiblen Kopplungen in Bezug auf die im Eingriff befindlichen Komponenten. Alternativ können Details der Eingriffmechanismen abgewandelt werden, um ähnliche Zwecke zu erfüllen, wie zum Beispiel die Verlängerung des überlappten keilgenuteten Bereichs oder Modifizierung des Zahn- und Kerbprofils zwischen der Stellmutter 8 und der Stellgliedbuchse 9, um einen stärker bevorzugten Reibungswinkel zu erhalten. Eine solche Konfiguration wird in 5 gezeigt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird die Dehnung vom Käfig 3 durch Elastomermaterial erreicht, was beinhaltet, dass das Einstellelement 6 den direkten Kontakt mit dem Käfig herstellt, so dass beim Einstellen der Spannungen eine Elastomerauspressung in die Lücken zwischen den Kanten der Käfigstreifen möglich ist. Wenn die Kombination von angewendeter Spannung und Spaltgröße, die für bestimmte Anwendungen benötigt wird, zu übermäßiger Auspressung führt, können die Käfiglücken durch die Anordnung von individuellen dünnen festen Streifen, die auf die Innenseite vom Käfig 3 gelegt werden, überbrückt werden, um so die Lücken dort in dem Bereich abzudecken, wo eine Elastomerbelastung auftritt. Zur leichteren Montage können die Streifen an den Streifen befestigt werden, die die zu überbrückenden Lücken bilden.
  • Bevorzugte Ausführungsform, die eine zusätzliche eingebaute Hubvorrichtung enthält
  • In der bevorzugten Ausführungsform des Adapterwerkzeugs zum Herstellen einer Verbindung mit Kopfantrieb nimmt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Axial- und Torsionslasten leicht auf, die zur Handhabung, zum Herstellen und zum Lösen von einzelnen Rohrverbindungen benötigt werden, wie dies zum Einbringen von Futterrohr oder Steigrohr in Bohrlöcher oder aus Bohrlöchern heraus erforderlich ist. Zur Unterstützung von Anwendungen, bei denen die Hublasten, die mit dem Ein- und Ausfahren solcher Gestänge verbunden sind, die Fähigkeit des internen Reibungsgreifers des Adapterwerkzeugs zum Herstellen einer Verbindung zum zuverlässigen Tragen des Gestängegewichts übersteigen, kann das Adapterwerkzeug mit einer externen greifenden integrierten Hubgruppe versehen werden.
  • 6 zeigt eine isometrische Ansicht eines Werkzeugs, das mit einer solchen Hubgruppe ausgelegt ist, und zeigt die allgemeine Lage der Komponenten, die die Hubfunktion unterstützen, relativ zum Käfig 3 und zu der Antriebswelle 2. Die Komponenten, die die Hubgruppe bilden, können unter Bezugnahme auf 7, die einen vollständigen Längsschnitt entlang der Werkzeugachse zeigt, und auf 8, die eine Nahansicht des Bereichs der Werkzeugmitte zeigt, beschrieben werden. In diesen Figuren werden die Hubkomponenten in Beziehung zum rohrförmigen Werkstück 13 gezeigt, das einen mit Gewinde versehenen Bund 41 hat, der sein oberes Ende bildet, was typisch für alle Futterrohre oder Steigrohre auf Ölfeldern ist. Die Komponenten werden in ihrem Aussehen beim Anheben gezeigt.
  • Ein weitgehend zylindrisches Hubrohr 40 ist mit seinem oberen Ende an der Stellgliedbuchse 9 befestigt und ist mit seinem unteren Ende am oberen Ende eines weitgehend axial-symmetrischen Hubbundes 42 befestigt, der einen Innendurchmesser besitzt, der etwas größer als der Außendurchmesser des Werkstückbundes 41 ist, und eine Länge besitzt, die sich unterhalb der Unterseite des Werkstückbundes 41 erstreckt. Das untere Ende des Hubbundes 42 ist mit einer oder mehreren relativ tiefen Rillen versehen, die Zähne bilden, welche eine ähnliche Form wie Sägezahngewinde aufweisen, wo die Lastflanke nach unten geneigt ist und die Vorderflanke relativ flach ist. Die Einrastsegmente 44 sind als die unteren Enden von Fingern auf dem Hubspannzangeneinsatz 46 gebildet, der ein Innenprofil hat, das eng zum Durchmesser des Werkstücks 13 unterhalb des Werkstückbundes 41 passt, wenn der Spannzangeneinsatz im entspannten Zustand ist. Die Außenflächen der Einrastsegmente 44 sind so profiliert, dass sie Rippen bilden, die locker in das Sägezahnprofil der Rillen, die am unteren Ende des Hubbundes 42 bereitgestellt werden, eingreifen und prinzipiell zu dem Sägezahnprofil passen. Der Kern- und Kopfdurchmesser und andere Abmessungen der Rillen mit Sägezahnprofil und der Rippen werden so ausgewählt, dass sie sicherstellen, dass der Eingriff der Lastflanken, wenn die Einrastsegmente 44 gegen das Rohr drücken, ausreichend ist, um die Hublast zu tragen, und dass die Einrastsegmente 44 sich um einen ausreichenden Abstand nach außen verschieben, so dass die Bohrung, die durch die gedehnten Segmente gebildet wird, größer als der Außendurchmesser des Werkstückbundes 41 ist. Das jeweilige obere Ende der Einrastsegmente ist so angeordnet, dass es sich zur unteren Fläche des Werkstückbundes 41 ausrichtet, wenn die Stellgliedbuchse 9 sich in der Nähe des oberen Bereichs ihres Verschiebeweges im Drehmomentenmodus befindet.
  • Der Körper von Hubspannzangeneinsatz 46 erstreckt sich nach oben an der Einrastkontrollspannzange 48 vorbei, die am oberen Ende von Käfig 3 befestigt ist. Die Finger von der Einrastkontrollspannzange 48 öffnen sich nach oben und haben Enden, die eine nach innen gestauchte konische Oberfläche und eine nach außen gestauchte gerundete Oberfläche bilden. Im entspannten Zustand ist der Außendurchmesser, der durch die Finger der Einrastkontrollspannzange 48 festgelegt wird, etwas kleiner als der Innendurchmesser des Körpers des entspannten Hubspannzangeneinsatzes 46. Die Anzeigebuchse 50 der Stellmutter hat ein relativ dünnes zylindrisches unteres Ende, das sich nach unten erstreckt und in die Stellmutter 8 an der Außenkante ihres oberen Endes eingreift. Das obere Ende der Anzeigebuchse 50 der Stellmutter ist mit einem nach außen gestauchten konischen Ende versehen, das so dimensioniert ist, dass es in das nach innen gestauchte konische Ende der Einrastkontrollspannzange 48 eingreift.
  • Zur weiteren Verstärkung der Hublasttragefähigkeit des Werkzeugs werden mit Außengewinde versehene Spaltringe 52 bereitgestellt, die in das Innengewinde am oberen und unteren Ende der Antriebswelle 2 passend eingreifen. Wenn die geschlitzten und gestifteten Verbindungen zwischen der Antriebswelle 2 und dem Übergangsstück 1 und der Stellgliedbuchse 9 voll ausgefahren sind, greifen die mit Außengewinde versehenen Spaltringe 52 in Ansätze ein, die im Übergangsstück 1 und der Stellgliedbuchse 9 bereitgestellt werden, wobei der Eingriff in die Ansätze statt der gestifteten Verbindung die Hublast aufnimmt.
  • Beim Betrieb kann die Hubgruppe, je nach der Lage der Stellmutter 8, in einen von zwei Modi gebracht werden. Wenn das Werkzeug eingestellt wird, ist die Stellmutter 8 in ihrer unteren Position, wobei sie das Einstellelement 6 zusammendrückt. In dieser Position neigt der Hubspannzangeneinsatz 46 dazu, die Einrastsegmente gegen das Werkstück 13 zu drücken, wobei die Hubgruppe in den Hubmodus gebracht wird, wie in 8 gezeigt. Die angewendete Hublast, die dazu neigt, das Werkzeug anzuhe ben, wird durch den Hubbund übertragen und trägt die Einrastsegmente nach oben, bis ihre oberen Enden anfangen, auf die untere Fläche des Bundes des Werkstücks 13 zu drücken. Bei Anwendung von weiterer Hublast tendiert der Eingriff der konischen Lastflankenflächen, die von den Rillen des sägezahnförmigen Hubbunds 42 bereitgestellt werden, und die Rippen der Einrastsegmente 44 dazu, eine Radialkraft wie bei Gleitbändern zu erzeugen, wobei die genannte Radialkraft einen formschlüssigen Eingriff zwischen dem Werkstück 13 und dem Werkzeug sicherstellt.
  • Zum Trennen des Werkzeugs vom Werkstück 13 muss der Bund der Einrastsegmente 44 zurückgezogen werden, um das Werkzeug in den Freigabemodus zu bringen, wie in 9 gezeigt. Zum Zurückziehen der Einrastsegmente muss die Hublast entfernt und das Werkzeug durch Linksdrehung der Stellmutter 8 zurückgestellt werden, was, wie oben beschrieben wurde, die Stellmutter 8 und gleichzeitig die Anzeigebuchse 50 der Stellmutter anhebt. Eine fortgesetzte Linksdrehung bringt den oberen Kegel der Einstellanzeigebuchse in Kontakt mit der zugehörigen inneren konischen Fläche auf der Innenseite der Einrastkontrollspannzange 48, was die Finger nach außen drückt und in Kontakt mit der Innenseite des Körpers vom Hubspannzangeneinsatz 46 bringt, den Hubspannzangeneinsatz 46 dehnt und die Einrastsegmente 44, die an den Enden der Finger vom Hubspannzangeneinsatz 46 sitzen, zurückzieht, wodurch das Werkzeug vom Werkstück 13 getrennt werden kann.
  • Bevorzugte Ausführungsform, die zusätzliche Axiallasttragefähigkeit und Dauerfestigkeit besitzt
  • Wie oben diskutiert, haben Fortschritte in der Technologie betreffend Bohrtürme zur verstärkten Verwendung von Kopfantriebsbohrtürmen geführt. Kopfantriebe werden in erster Linie zum Aufbringen von Lasten auf Bohrrohre verwendet, sie ermöglichen aber auch das Einbringen von Kräften zur Handhabung sowie zum Herstellen und zum Lösen einer Verbindung, die zum Ein- und Ausfahren von Rohren in Bohrlöcher erforderlich sind, welche als Futterrohre und Steigrohre bezeichnet werden, welche normalerweise zur Ausfütterung und Fertigstellung des Bohrlochs verwendet werden. Das Ein- und Ausfahren von Futterrohr und Steigrohr erfordert ein Verfahren zum Ankoppeln der Hohlwelle an das Rohr, das in der Lage ist, das volle Drehmoment zum Herstellen und Lösen einer Verbindung sowie zumindest eine gewisse Axiallast zu übertragen, ohne Gefahr zu laufen, die mit Gewinde versehenen Verbindungsstellen dieser Rohre, die weniger robust sind als die zur Verbindung von Anschlüssen von Bohrrohren verwendeten Rohre, zu beschädigen.
  • Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die bisher beschrieben wurde, befasst sich speziell mit dem Bedürfnis nach einem Werkzeug zur Unterstützung bei dem Ein- und Ausfahren von Steigrohren oder Futterrohren in Bohrlöcher. Die aufkommende Verwendung von Kopfantrieben zur Ausführung von Bohrarbeiten unter Verwendung von Futterrohr, die im Industriezweig als Casing DrillingTM bezeichnet wird, hat zum weiteren Bedarf nach einem Verfahren geführt, mit dem man Futterrohr greifen kann, um Bohrarbeiten auszuführen. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, sich für die Bedürfnisse des Herstellens und des Lösens von Verbindungen von Futterrohr und Rohrgestänge für die Arbeiten des Ein- und Ausfahrens eignet, sorgt sie nicht für die Axiallasttragefähigkeit und die Dauerfestigkeit, die für das Bohren mit Futterrohr erforderlich ist.
  • Die Ausführungsform, die nun unter Bezungnahme auf die 10 bis 16 beschrieben wird, wurde daher speziell als Mittel zur Kopplung der Hohlwelle des Kopfantriebs an das Futterrohr mit einer Vorrichtung konzipiert, die eine ausreichende Axial- und Torsionsdauerfestigkeit in Bezug auf Belastung besitzt, um das Bohren mit Futterrohr zu unterstützen, während gleichzeitig die Vorteile des reibschlüssigen Greifens durch das vorher beschriebene Werkzeug zum Ein- und Ausfahren von Futterrohr beibehalten werden.
  • Um diese Ziele zu erreichen, macht das Verfahren der vorliegenden Erfindung von einer Vorrichtung Gebrauch, die ein oberes Ende hat, das mit einem Übergangsstück zur Befestigung an der Hohlwelle eines Kopfantriebs ausgestattet ist, und ein unteres Ende hat, das mit einer Greifergruppe ausgestattet ist, die in das obere Ende eines rohrförmigen Werkstücks eingeführt und gedehnt werden kann, damit sie die innere Fläche des rohrförmigen Werkstücks greifen kann. Das Greifverfahren und das Kontaktelement greifen vorzugsweise durch Reibung in die Innenwand des Rohrs mit symmetrischer radialer Belastung ein, wodurch die Gefahr der Beschädigung oder Verformung des Rohrs oder der Verbindungsstelle praktisch beseitigt wird. Das Dehnungsverfahren, das in der Greifergruppe eingesetzt wird, stellt weiterhin ein Mittel bereit, durch welches die Einbringung von Axiallast tendenziell die Greifkraft, die von der Vorrichtung auf das Werkstück ausgeübt wird, erhöht, wodurch Hublasten zuverlässiger von der Hohlwelle auf die Rohrverbindung übertragen werden können. Es versteht sich, dass eine solche Befestigung an der Hohlwelle des Kopfantriebs unmittelbar oder indirekt an anderen Zwischenkomponenten des Bohrgestänges, wie zum Beispiel an einem "Gewindeschonstück", das im Wesentlichen eine Verlängerung der Hohlwelle darstellt, vorgenommen werden kann.
  • Das Übergangsstück wird an die Greifergruppe mit Hilfe einer gleitenden, keilgenuteten und abdichtenden Verbindung angekoppelt, was für die Erfüllung der Funktion eines "Kissenteils" zur erleichterten Handhabung von Last während des Herstellens von Verbindungen, Übertragung von Axial- und Drehmomentlasten und Einschließung von Fluiden sorgt. Die Greifergruppe wird weiterhin so ausgelegt, dass sie es ermöglicht, das Greifen durch Anwendung eines rechtsdrehenden Drehmoments zu aktivieren oder einzustellen und durch Anwendung eines linksdrehenden Drehmoments zu deaktivieren oder lösen, wenn ein erster Betriebsmodus ausgeführt wird. In einem zweiten Betriebsmodus wird ein links- oder rechtsdrehendes Drehmoment direkt durch den Greifer ohne Änderung der Greifkraft übertragen. Der erste oder Einstellmodus wird durch die Anwendung einer geringen nach unten gerichteten Axialbewegung oder durch das Absetzen der Hohlwelle aktiviert. Der zweite oder direkte Drehmomentenmodus wird durch Anheben der Hohlwelle aktiviert, nachdem der Greifer eingestellt ist, d.h. Ausführung einer Aufwärtsbewegung, bis ein leichter Zugwiderstand auftritt. Dieses einfache, schnelle und direkte Mittel zum Greifen und Freigeben stellt eine wesentliche Betriebsverbesserung gegenüber den existierenden Verfahren dar.
  • Zusammenfassende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die zusätzliche Axiallasttragefähigkeit und Dauerfestigkeit aufweist
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einsatz einer internen Greifvorrichtung zur allgemeinen Handhabung von rohrförmigen Werkstücken bereitzustellen, das besonders geeignet ist für die Verbindung zwischen einer Kopfantriebshohlwelle und der oberen Verbindungsstelle von Futterrohr im Gestänge, das für Casing DrillingTM verwendet wird und als Greifvorrichtung eine Baugruppe hat, die besteht aus:
    • 1. einem im Allgemeinen zylindrischen dehnbaren Käfig mit oberen und unteren Enden,
    • 2. einem Bauteil, das in der Form eines Dorns bereitgestellt wird. Der Dorn hat obere und untere Enden, die koaxial innerhalb des Käfigs angeordnet sind, wobei die unteren Enden des Dorns und des Käfigs so aneinander befestigt sind, dass sie die Drehmomentübertragung und eine gewisse relative axiale Bewegung ermöglichen, und wobei der Außendurchmesser des Käfigs etwas kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen zu greifenden Werkstücks ist, was es ermöglicht, dass der Käfig in das rohrförmige Werkstück eingebracht wird,
    • 3. einem beträchtlichen ringförmigen Raum zwischen der Innenfläche des Käfigs und der Außenfläche des Dorns,
    • 4. einem Druckglied, das im unteren Bereich des ringförmigen Raums zwischen dem Dorn und dem Käfig als Federausdehnungselement angeordnet ist, und
    • 5. Mittel zur Aktivierung des Federausdehnungselementes, um den Käfig zu dehnen, so dass sich dieser an der Innenfläche des rohrförmigen Werkstücks mit ausreichender Radialkraft reibschlüssig hält, so dass die Übertragung von beträchtlichem Drehmoment und Axiallast vom oberen Ende des Dorns über den Käfig auf das Rohr ermöglicht wird,
    • 6. einem weiteren Mittel zur Erhöhung der durch das Federausdehnungselement ausgeübten Radialkraft – über die Kraft hinaus, die von den Aktivierungsmitteln bereitgestellt wird – bei der Anwendung einer ausreichenden Axiallast, die erforderlich sein kann, um einen gewissen Teil des Gewichts des Gestänges bei Arbeiten bei dem Ein- und Ausfahren in Bohrlöcher oder beim Bohren zu tragen.
  • Der zylindrische Käfig der Greifvorrichtung, der ein unteres und oberes Ende aufweist:
    • • besteht vorzugsweise aus mehreren Streifen, die weitgehend axial entlang dem Körper des Käfigs ausgerichtet und an zylindrischen Buchsen an jedem Ende des Käfigs befestigt sind,
    • • wobei die Kanten benachbarter Streifen vorzugsweise profiliert sind, um ineinandergreifende Laschen oder Finger bereitzustellen, und
    • • wobei die genannten Finger eine Ausdehnung des Käfigs oder radiale Verschiebung der Streifen erlauben, aber dazu neigen, eine Verdrehung des Käfigs oder eine Schubverschiebung der Streifen unter Torsionsbelastung zu verhindern.
  • Das Mittel, das für die Ausdehnung des Käfigs sorgt, wird vorzugsweise realisiert durch:
    • • eine im Allgemeinen zylindrische schraubenförmige Federdehnungsgruppe, die im zentralen Bereich des ringförmigen Raums zwischen dem Dorn und dem Käfig angeordnet ist,
    • • die genannte schraubenförmige Federdehnungsgruppe wird durch mehrere konstruktive, koaxiale, schraubenförmig parallele Wicklungen, die zusammenabschließende obere und untere Enden und Seitenkanten haben, und durch obere und untere Federendlaufbuchsen gebildet, die konstruktiv die oberen und unteren zusammenabschließenden Enden der Wicklungen zusammenbinden,
    • • Mittel zum axialen Komprimieren der zylindrischen Schraubenfedergruppe mit ausreichender Kraft, so dass der Käfig gedehnt wird und sich durch Reibung an dem ringförmigen Werkstück festmacht, was die Übertragung von Drehmoment und Axiallast vom oberen Ende des Dorns durch den Käfig auf das Rohr ermöglicht,
    • • einen konstruktiven Zusammenschluss zwischen den Wicklungsenden und den Buchsen, vorzugsweise unter Verwendung einer schwenkbaren Verbindung, die durch die Bereitstellung der Wicklungsenden mit einem gebogenen Profil zur Anpassung an Hülsen, die in den oberen und unteren Federendlaufbuchsen liegen, gebildet wird, wobei die Rotationsachse für jede schwenkbare Verbindung weitgehend so radial ausgerichtet ist, dass sie die Drehung erleichtert, wenn sich der Schrägungswinkel bei einer Deformation erhöht, die durch axiale Kompression, die die Dehnung der zylindrischen Schraubenfedergruppe verursacht, bewirkt wird,
    • • den Schrägungswinkel der schraubenförmig parallelen Wicklungen, der so gewählt wird, dass die Federgruppe sich unter Kompression beträchtlich dehnt, und der vorzugsweise so gewählt wird, dass er etwas kleiner als 45° in Bezug auf die Rohrachse in ihrer gedehnten Anordnung ist,
    • • wo der Kontakt zwischen den Seitenkanten der schraubenförmig parallelen Wicklungen vorzugsweise zulässig ist, wenn er aber nicht zulässig sein soll, ein Mittel zur Aufnahme des Drehmomentes, das zur Verhinderung des Kantenkontaktes erforderlich ist, bereitgestellt wird, und wobei
    • • das Mittel zur Aufnahme von Drehmoment zur Verhinderung des Kantenkontaktes vorzugsweise weitgehend durch Bereitstellung der zylindrischen Federgruppe in zwei koaxialen Schichten erhalten wird, bei denen die Schraubenlinien in entgegengesetzten Richtungen gewickelt und Buchsenelemente an ihren Enden verbunden sind.
  • Das Mittel dient zum Erhöhen der radialen Kraft, die durch das Dehnungselement bei Anwendung von Axiallast ausgeübt wird, welche durch Aufnahme der unteren Federendlaufbuchse in den Dorn und der oberen Federendlaufbuchse in das obere Ende des Käfigs bereitgestellt wird. Bei dieser Anordnung wird Hubkraft, die auf das obere Ende des Dorns ausgeübt wird, in das untere Ende der zylindrischen Federgruppe und daher teilweise durch Reibungskontakt über die Käfigwand in das rohrförmige Werkstück geleitet und teilweise als Zugspannung kompensiert, die auf die Oberseite des Käfigs ausgeübt wird und durch Reibungskontakt zwischen dem Käfig und dem Werkstück eine Gegenkraft erfährt.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine rohrförmige Greif- und Handhabungsvorrichtung bereitzustellen, deren Übergangsstück mit der Greifergruppe durch eine geeignet keilgenutete und mit Mitnehmern versehene Verbindung verbunden ist, was eine ausreichend freie gleitende Axialbewegung ermöglicht, die so die Regulierung der Axiallast, die zur Ausführung der als "schwimmendes Herstellen einer Verbindung" bekannten Operation benötigt wird, während des Herstellens einer Verbindung erleichtert, d.h. Herstellen einer Verbindung unter Bedingungen, wo höchstens das Gewicht der einzelnen Verbindung, die hergestellt wird, von der mit Gewinde versehenen Verbindung, die gerade hergestellt wird, getragen werden darf.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittel zum Fließenlassen von Fluid und zur Anwendung von Druck durch das Futterrohrantriebswerkzeug und in das zu greifende rohrförmige Werkstück bereitzustellen. Dieses Ziel wird durch die Bereitstellung eines Strömungswegs durch das Übergangsstück und den Werkzeugdorn erreicht und wird vorzugsweise durch die Bereitstellung einer inneren ringförmigen Dichtung verstärkt, wie zum Beispiel eines Packers oder einer Pistonierkolbenlaufbuchse, die am unteren Ende des Dorns befestigt ist und das Auslaufen in den Ring zwischen dem Dorn und der Innenseite des rohrförmigen Werkstücks verhindert.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die zusätzliche Axiallasttragefähigkeit und Dauerfestigkeit einschließt
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zusätzliche Axiallasttragefähigkeit und Dauerfestigkeit einschließt, wird die interne rohrförmige Greif- und Handhabungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die allgemein als Greifereinheit 100 bezeichnet wird, als Futterrohrantriebswerkzeug ausgebildet. Mit Bezug auf 10 ist die Greifereinheit 100 mit einem Übergangsstück 101 verbunden. Mit Bezug auf 11 ist das Übergangsstück 101 im Allgemeinen achsensymmetrisch und wird aus einem geeignet festen und starren Material hergestellt. Das Übergangsstück 101 hat ein oberes Ende 140, das mit Gewinde versehen ist, welches sich für die Verbindung mit der Hohlwelle eines Kopfantriebbohrturms eignet, und ein unteres Ende 142, das mit Gewinde zum Eingriff in das obere Ende 146 einer Stellgliedbuchse der Greifereinheit 100 versehen ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird es auch mit einer Zentralbohrung 148 ausgestattet, die den Durchgang von Fluid, das durch die Hohlwelle gepumpt wird, ermöglicht, um so die verschiedenen Bohr- und Rohrverlegearbeiten, wie zum Beispiel Spülschlammzirkulation, zu erleichtern.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht des Futterrohrantriebswerkzeugs, das die Beziehungen der Komponenten in der Greifereinheit 100 zeigt, wie sie nach Einführung in das rohrförmige Werkstück 113 aussehen. Das rohrförmige Werkstück 113 wird als der obere Bereich einer Futterrohrverbindung gezeigt, die einen Bund 150 an ihrem oberen Ende 152 hat. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die Greifereinheit 100 aus mehreren in Wechselwirkung zueinander stehenden Komponenten, diese sind:
    • • ein dehnbarer, im Allgemeinen zylindrischer Käfig 103, der ein oberes Ende 154 und ein unteres Ende 156 hat. Der Käfig 103 hat einen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Innendurchmesser eines rohrförmigen Werkstücks 113 ist, außer an seinem oberen Ende 154, wo ein Anschlagring 157 mit vergrößertem Durchmesser über eine kurze Distanz bereitgestellt wird, um eine Schulter zu erzeugen, die ausreichend ist, um Bund 150 am oberen Ende 152 des rohrförmigen Werkstücks 113 einrasten zu lassen;
    • • ein Dorn 104, der ein oberes Ende 158 und ein unteres Ende 160 hat, wird bereitgestellt. Der Dorn 104 hat einen Außendurchmesser, der beträchtlich kleiner als ein Innendurchmesser von Käfig 103 ist, und ist koaxial im Käfig 103 angeordnet. Das obere Ende 158 vom Dorn 104 erstreckt sich über das obere Ende 154 vom Käfig 103 hinaus. Das untere Ende 160 vom Dorn 104 ist keilgenutet mit dem unteren Ende 156 vom Käfig 103. Dieser keilgenutete Bereich, der durch das Bezugszeichen 162 bezeichnet wird, ermöglicht die Drehmomentübertragung und eine gewisse relative axiale Bewegung, die dazu neigt, die Übertragung von axialer Hubkraft vom Dorn 104 auf das untere Ende 156 vom Käfig 103 zu verhindern;
    • • Es wird auch eine zylindrische untere Federendlaufbuchse 105 und eine obere Federendlaufbuchse 107 bereitgestellt, die durch mehrere koaxiale, mit geringem Abstand angeordnete schraubenförmige Wicklungen, die ein im Allgemeinen zylindrisches Schraubenfederelement 106 bilden, getrennt werden. Das Schrauben federelement 106 bildet zusammen mit den Federendlaufbuchsen 105 und 107 eine Schraubenfederdehnungsgruppe, die allgemein durch Bezugszeichen 164 angegeben wird. Die Schraubenfederdehnungsgruppe 164 wird koaxial im ringförmigen Raum zwischen dem Käfig 103 und dem Dorn 104 angeordnet. Die Länge der Schraubenfederdehnungsgruppe 164 ist etwas kleiner als die Länge vom Käfig 103. Die untere Federendlaufbuchse 105 wird am unteren Ende 160 vom Dorn 104 direkt oberhalb des keilgenuteten Bereichs 162 befestigt, über den das zugehörige untere Ende 156 vom Käfig 103 hinwegfährt;
    • • Eine weitgehend zylindrische Stellmutter 108 wird bereitgestellt, die ein Außengewinde zum Eingriff mit passenden Gewinden aufweist, mit denen das obere Ende 154 vom Käfig 103 versehen ist. Die Stellmutter 108 hat eine äußere Keilnut über einen Teil seines oberen Bereichs, wobei dieser keilgenutete Bereich durch das Bezugszeichen 168 angegeben wird;
    • • Eine Stellgliedbuchse 109, die am oberen Ende 158 vom Dorn 104 gleitet, wird bereitgestellt. Die Stellgliedbuchse 109 hat einen internen keilgenuteten Bereich 170 an seinem unteren zylindrischen Ende 172, das zum externen keilgenuteten Bereich 168 am oberen Ende von Stellmutter 108 passt. Die Stellgliedbuchse 109 hat auch interne Keilnuten 174, die zu den äußeren Keilnuten 176 passen, die am oberen Ende 158 vom Dorn 104 bereitgestellt werden, und;
    • • Eine Packerlaufbuchse 110, oder ein ähnliches ringförmiges Dichtungselement, wird mit einer Mutter 111 am äußersten unteren Ende 160 vom Dorn 104 befestigt. Die Packerlaufbuchse 110 und die Mutter 111 begrenzen den unteren Bewegungsbereich vom Käfig 103, der in den keilgenuteten Bereich 162 vom Dorn 104 eingreift.
  • Mit Bezug auf 10 ist der dehnbare Käfig 103 im Allgemeinen zylindrisch und wird vorzugsweise aus einem im Allgemeinen glattwandigen Gefäß aus Stahl oder einem anderen geeignet festen und flexiblen Material hergestellt. Der Käfig 103 weist eine Reihe von weitgehend rechteckwelligen Schlitzen 178 entlang dem zylindrischen Bereich des Gefäßkörpers an mehreren Stellen auf dem Umfang auf, die so eine Reihe von weitgehend axial ausgerichteten Streifen 180 bilden. Bei den Streifen 180 sind ihre Enden 182 durch die nicht geschlitzten oberen und unteren Enden des Zylinders zusammengehalten, und ihre Kanten 184 sind durch die "Laschen" 186, die sich aus dem weitgehend rechteckwelligen Schnittmuster ergeben, miteinander verzahnt. Trotz der Verzahnung gibt es einen gewissen Raum oder Spalt zwischen den Streifenkanten, deren Größe von der Art der Herstellung und deren Toleranzen abhängt. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Torsionsbelastung, die entlang der Achse eines solchen Käfigs einwirkt, tendenziell eine Torsionsverformung mit zugehöriger Schubverschiebung entlang den Streifenkanten erzeugt, bis alle Spalte zwischen den Flächen der Laschen geschlossen sind. Sobald diese Spalte geschlossen sind, beginnen sie, Schublast in Richtung der Streifenlänge zu tragen und zu übertragen, was eine Torsionssteifigkeit und -festigkeit des Käfigs 103 erzeugt, wodurch seine Gesamtfähigkeit zur Übertragung von Drehmoment dramatisch und wesentlich erhöht wird. Es ist daher wünschenswert, die axiale Spaltbreite so klein wie möglich zu halten, um die Verdrehung, die zum Ineinandergreifen der Laschen erforderlich ist, zu begrenzen. Wie festgestellt wurde, stellt das Laserschneiden ein effizientes Mittel zur Erzeugung von Schlitzen dar, die eng genug sind, den Verdrehungswinkel vor dem Kontakt der Laschen ausreichend zu begrenzen; es können jedoch alternative Herstellungsverfahren eingesetzt werden, da der Käfig 103 tatsächlich aus einzelnen Teilen, die in geeig neter Weise befestigt werden, aufgebaut werden kann. Die Rechteckwellenamplitude oder Höhe der Laschen muss weiterhin so ausgelegt werden, dass eine ausreichende Überlappung sichergestellt wird, um eine zufriedenstellende Schublastübertragung zu erreichen, wenn der Käfig 103 sich in der gedehnten Position innerhalb des rohrförmigen Werkstücks befindet. Es sollte für den Fachmann auch erkennbar sein, dass zahlreiche Abwandlungen der Schlitzgeometrie eingesetzt werden können, um das Ermüdungs- und Festigkeitsverhalten vom Käfig 103 zu verbessern, die von einer gewissen Form der Verschränkung abhängen, wenn man eine maximale Drehmomentübertragungsfähigkeit erreichen will, während gleichzeitig die Fähigkeit zur beträchtlichen Ausdehnung, wie hierin offenbart, erhalten bleibt. Das nicht geschlitzte obere Ende 154 vom Käfig 103 wird mit einem Anschlagring 157 versehen, der einen Stauchdurchmesser hat, der größer als der Innendurchmesser des oberen Endes 152 des zu greifenden rohrförmigen Werkstücks 113 ist, sowie Innengewinde hat, die zu den Außengewinden der Stellmutter 108 passen. Das untere Ende vom Käfig 103 wird normalerweise mit einem nach innen gestauchten Durchmesser versehen, der intern über den Bereich 162 zur Befestigung am unteren Ende vom Dorn 104 keilgenutet ist.
  • Mit Bezug auf 11 wird der im Allgemeinen zylindrische Dorn 104 aus einem geeignet festen und starren Material hergestellt, damit er seine Funktion der Übertragung von Axiallast und Drehmoment erfüllen kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird er mit einer Zentralbohrung 188 versehen, damit Fluide bei Bedarf durch das rohrförmige Werkstück 113 fließen und herausfließen können. Ein oberes Ende 190 von der Bohrung 188 wird so vergrößert und mit Gewinde versehen, dass ein Strömungsrohr 112 befestigt werden kann. Ein unteres Ende 192 wird in ähnlicher Weise so vergrößert und mit Gewinde verse hen, dass die Mutter 111 befestigt werden kann. Eine Außenfläche 194 des Dorns ist so geformt, wie in 12 gezeigt, um sich an eine Verbindung mit verschiedenen Teilkomponenten des Systems anzupassen und mit diesen in Wechselwirkung zu treten, und hat die folgenden Bereiche, die in der Reihenfolge vom unteren zum oberen Ende nachfolgend beschrieben werden.
    • • Die Außenfläche 194 am unteren Ende 160 des Dorns 104 ist glatt, so dass sich ein Packerdichtungsbereich 196 bildet. Die Packerlaufbuchse 110 sorgt für eine rohrförmige Dichtung zwischen der Innenseite des rohrförmigen Werkstücks und der Dornbohrung, wobei das Dichtungsverfahren in der Ölfeldindustrie gut bekannt ist.
    • • Direkt oberhalb des Packerdichtungsbereichs 196 befindet sich der keilgenutete Bereich 162, der in das innen keilgenutete untere Ende 156 vom Käfig 103 eingreift, wobei der keilgenutete Bereich eine ausreichende Länge besitzt, so dass der Käfig 103 axial gleiten kann.
    • • Oberhalb des unteren keilgenuteten Bereichs 162 befindet sich ein oberer, mit Gewinde versehener Bereich 200, der in die mit Innengewinde versehene untere Endlaufbuchse 105 eingreift, wobei die Gewinde in der bevorzugten Ausführungsform sich verjüngen, um die Lastübertragungsfähigkeit der Verbindung zu maximieren.
    • • Vom oberen, mit Gewinde versehenen Bereich 200 erstreckt sich der Bereich 202 des Zentralkörpers, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der unbelasteten schraubenförmigen Federdehnungsgruppe 164.
    • • Der Zentralkörperbereich 202 erstreckt sich vom oberen, mit Gewinde versehenen Bereich 200 nach oben und endet abrupt an einer Schulter 204, die die un tere Schranke eines Anschlagschulterstauchbereichs 206 bildet, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Kopfdurchmesser der inneren Keilnuten 174 der Stellgliedbuchse 109 ist und dessen Länge etwas größer als die des keilgenuteten Bereichs 170 im Mittelabschnitt der Stellgliedbuchse 109 ist. Die Schulter 204 fungiert als Anschlag, der den Bereich der relativen Aufwärtsbewegung, die für Stellmutter 108 möglich ist, in Bezug auf den Dorn 104 begrenzt.
    • • Direkt oberhalb des Anschlagschulterstauchbereichs 206 befindet sich der obere keilgenutete Bereich 176, wobei die Keilnuten dieses Bereichs nach unten offen und so angeordnet sind, dass sie den Eingriff in interne Keilnuten 174 der Stellgliedbuchse 109 erleichtern.
    • • Eine Schulter 208, die die untere Grenze des Hubschulterstauchbereichs 210 bildet, schließt das obere Ende des oberen keilgenuteten Bereichs 176 ab. Die Schulter 208 greift in die zugehörige innere Schulter 212 in der Stellgliedbuchse 109 ein, wodurch die Übertragung von Hublasten von der Stellgliedbuchse 109 auf den Dorn 104 ermöglicht wird.
  • So wird ersichtlich, dass zur Erleichterung und Vereinfachung der Montage der Dorndurchmesser in jedem der beschriebenen Bereiche, im Allgemeinen sich vom unteren zum oberen Ende vergrößert, um sich nach Bedarf an die Funktionen der Gewinde, Keilnuten, Schultern oder kontrollierten Durchmesser anzupassen.
  • Die untere Federendlaufbuchse 105 ist ein starrer Zylinder, der – wie oben beschrieben – mit Innengewinde für den Eingriff in den Dorn 104 versehen ist. Sie hat eine ausreichende Länge, so dass sie sich vom zylindrischen Ende vom Käfig 103 bis zu einer Stelle etwas oberhalb der Enden der Käfigstreifen 180 erstreckt. Dies ergibt einen Übergangsbereich, über den sich die Streifen vom Käfig 103 ausdehnen können, ohne durch die Anwendung von Ausdehnungsdruck durch das Schraubenfederelement 106 zusätzlich radial belastet zu werden. Der Außendurchmesser der unteren Federendlaufbuchse 105 wird so gewählt, dass sie gerade in den Käfig 103 passt. Mit Bezug auf 13 ist das untere Ende 214 profiliert oder mit mehreren Bögen versehen, so dass sich Hohlräume 216 ergeben, die zu den abgerundeten Enden der schraubenförmigen Wicklungen passen, welche das Schraubenfederelement 106 bilden. Sein unteres Ende ist als Sicherungsmutter ausgelegt, die zu den Mitnehmern passen, welche am unteren Ende 156 des nach innen gestauchten keilgenuteten Bereichs 162 vom Käfig 103 bereitgestellt werden. Die Mitnehmerzähne sind so ausgelegt, dass sie über den Bewegungsbereich, der dem Käfig 103 in Bezug auf den Dorn 104 zur Verfügung steht, in Eingriff kommen können. Dies hindert die untere Federendlaufbuchse 105 daran, sich auf dem Dorn 104 zu drehen, wodurch ein Drehmoment vom Dorn 104 auf die Schraubenfedergruppe 164 übertragen werden kann.
  • Die obere Federendlaufbuchse 107 ist der unteren Federendlaufbuchse 105 ähnlich, wobei ihr unteres Ende 220 profiliert oder mit mehreren Bögen versehen ist. Ihre Länge wird relativ zur Stellmutter 108 und zum oberen Ende der Käfigschlitze 178 so gewählt, dass sich auch dort ein Bereich ergibt, wo eine Käfigdehnung ohne radialen Ausdehnungsdruck auftreten kann. Ihre Innenbohrung ist jedoch glatt, um das Gleiten relativ zum Dorn zu erleichtern.
  • Mit Bezug auf 11 und 13 ist das Schraubenfederelement 106 weitgehend zylindrisch und besteht aus mehreren koaxialen, mit geringem Abstand zueinander angeordneten Windungen, die mit einem Schrägungswinkel von etwas weniger als 45° in Bezug auf die Zylinderachse gebildet werden. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Windungen des Schraubenfederelementes 106 einen rechteckigen Querschnitt mit glatten Kanten, die sich nahezu berühren, wenn sie unbelastet sind. wenn die Windungen zwischen der oberen Federendlaufbuchse 107 und der unteren Federendlaufbuchse 105 montiert werden, um so eine Schraubenfederausdehnungsgruppe 164 zu bilden, bilden die Wicklungsendungen und Hohlräume 216 Schwenkverbindungen, wie in 13 gezeigt. Beim Betrieb bringt der Axialdruck, der auf die Schraubenfederausdehnungsgruppe ausgeübt wird, die Wicklungsenden zunächst in Kontakt. Bei weiterer Anwendung von Belastung wird die radiale Dehnung des ganzen Schraubenfederelements bewirkt. Beschränkt durch den Käfig 103, der wiederum durch das rohrförmige Werkstück 113 beschränkt wird, führt die Anwendung von ausreichender Axiallast zur Übertragung von Radial- oder Drucklast durch den Käfig 103 und zur Aufnahme durch Werkstück 113. Das Vorhandensein einer solchen Radiallast sowohl an der inneren als auch an der äußeren Fläche vom Käfig 103 ermöglicht die reibschlüssige Übertragung von axialen und radialen Lasten vom oberen Ende 158 vom Dorn 104 auf das Werkstück 113 sowohl durch das Schraubenfederelement 106 als auch durch die Käfigenden 154 und 156. Das Federelement 106 muss eine ausreichende Länge besitzen, so dass der radial belastete Bereich eine angemessene Fläche bereitstellt, über die die Reibungsgreifkapazität mobilisiert wird, die von der Anwendung gefordert wird. Die Dicke des Federelementes 106 und der zugehörigen unteren und oberen Federendlaufbuchse, 106 und 107, werden so gewählt, dass eine ausreichende Kontaktfläche über die Schwenkverbindungen für die Übertragung der erforderlichen Axiallast sichergestellt wird, wenn Feder 106 gedehnt wird.
  • Die Stellmutter 108 ist eine weitgehend zylindrische, mit Außengewinde versehene Mutter mit einem Innendurchmesser, der etwas größer als der Hauptkörperbereich 202 vom Dorn 104 ist, und deren unteres Ende glatt ist, so dass es einen Gleitkontakt mit dem oberen Ende der oberen Federendlaufbuchse 107 ermöglicht, wobei der Gleitkontakt durch das Hinzufügen einer Druckscheibe oder eines anderen Mittels verbessert werden kann, von dem im Industriezweig im Allgemeinen bekannt ist, dass es den Verschleiß begrenzt und einen konstanten Reibungswiderstand fördert. Das obere Ende der Stellmutter 108 ist gestaucht und weist eine äußere Keilnut 168 auf, die in die innere Keilnut 170 am unteren Ende 172 der Stellgliedlaufbuchse 109 eingreift, wobei die keilgenutete Verbindung eine Drehmomentenkopplung ermöglicht und dabei eine relative axiale Gleitbewegung erlaubt.
  • Die Stellgliedlaufbuchse 109 ist weitgehend achsensymmetrisch und starr und hat eine Außenfläche mit im Allgemeinen gleichförmigem Durchmesser. Ihre Innenfläche ist profiliert, so dass sie zu drei Komponenten folgendermaßen passt. Ihr unteres Ende 172 bildet eine innen keilgenutete zylindrische Buchse 170, die in die zugehörigen äußeren Keilnuten 168 am oberen Ende der Stellmutter 108 eingreift, wobei die Keilnutverbindung eine lose Passung aufweist, was für ein beträchtliches Rotationsspiel sorgt, und ausreichend lang ist, um die volle Bewegung der Stellmutter 108 aufzunehmen. Direkt oberhalb des keilgenuteten Laufbuchsenbereichs 170 befindet sich ein relativ kurzer, nach innen gestauchter, im Mittelabschnitt keilgenuteter Bereich 174, der in den oberen keilgenuteten Bereich 176 vom Dorn 104 eingreift. Oberhalb des im Mittelabschnitt keilgenuteten Bereichs 174 erweitert sich die Bohrung, um den gestauchten Hubschulterbereich 210 vom Dorn 104 aufzunehmen, wobei die Schulter 212 der Stellgliedlaufbuchse 109 in die Schulter 208 vom Dorn 104 eingreift. Die Bohrung erweitert sich bis zum oberen Ende der Stellgliedlaufbuchse 109, wo sie mit Gewinde für die Verbindung mit dem Übergangsstück 101 versehen ist.
  • Nach der Montage ist die Stellgliedlaufbuchse 109 in der Lage, auf dem Dorn 104 zu gleiten und wird in ihrer oberen Stellung durch die Hubschulter 208 auf dem Dorn 104 beschränkt, was die Übertragung von Hublast vom Dorn 104 in die Stellgliedlaufbuchse 109 ermöglicht. Der Bewegungsbereich von dieser oberen Stellung nach unten bis zu der Stelle, wo die Stellgliedlaufbuchsen- und Dornkeilnuten sich trennen, wird als Drehmomentenweg bezeichnet und wird in den 15 und 16 dargestellt. Der Bereich zwischen der Stelle, wo die Stellgliedlaufbuchse 109 über eine ausreichende Distanz abgesenkt ist, so dass sie zuerst den Eingriff in die Keilnuten 176 des Dorns verlässt, und ihrer niedrigsten Position, die durch Kontakt mit der Oberseite der Stellmutter 108 begrenzt wird, wird als Stellwegsposition bezeichnet und ist in den 11 und 14 dargestellt. Die verschiedenen sich gegenseitig beeinflussenden Komponentenlängen sind vorzugsweise so ausgelegt, dass das Stellglied sowohl beim Drehmomentenweg als auch beim Stellweg ausreichend Bewegungsraum hat, um die Funktion eines "Schwimmkissens" zu übernehmen, bei dem keine wesentliche Axiallast zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück übertragen werden kann.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Strömungsrohr 112 zwischen den Innenbohrungen 188 bzw. 148 vom Dorn 104 bzw. dem Übergangsstück 101 bereitgestellt. Ein unteres Ende 224 vom Strömungsrohr 112 wird mit dichtendem Gewinde auf das obere Ende 190 der Dornbohrung 188 geschraubt. Ein oberes Ende 226 vom Strömungsrohr 112 erstreckt sich teleskopartig zusammenschiebbar bis in das untere Ende der Bohrung 148 des Übergangsstücks durch eine ringförmige Dichtung 228, die im unteren Ende der Bohrung 148 des Übergangsstücks gehalten wird. Diese Anordnung realisiert leicht den erforderlichen Gleitbereich zwischen dem Übergangsstück 101 und dem Dorn 104 auf, während gleichzeitig die Fluidendbelastung minimiert wird, die anderenfalls auftreten würde, wenn die Dichtung zwischen dem Dorn 104 und der Stellgliedlaufbuchse 109 vorgesehen würde.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird die Mutter 111 mit einem unteren konischen Ende 230 versehen, um das Einführen in das rohrförmige Werkstück 113 zu erleichtern. Wo das obere Ende 152 des rohrförmigen Werkstücks 113 ein inneres Muttergewinde trägt, wie es für Futterrohr- und Steigrohrverbindungen typisch ist, wird die konische Endfläche vorzugsweise mit einem Elastomer oder einem ähnlichen relativ weichen Material beschichtet, um die Möglichkeit der Beschädigung der Gewinde zu reduzieren.
  • Beim Betrieb mit dem Übergangsstück 101 des Futterrohrantriebswerkzeugs, das mit der Hohlwelle eines Kopfantriebbohrturms verbunden ist, wird die Greifergruppe in das obere Ende einer Rohrverbindung abgesenkt, bis der Anschlagring 157 des Käfigs in die obere Endfläche der Verbindung eingreift, die als Bund 150 dargestellt ist. Der Kopfantrieb wird dann weiter abgesenkt oder auf das Werkzeug abgesetzt, was bewirkt, dass die Stellgliedlaufbuchse 109 sich nach unten verschiebt, bis sie sich von der Keilnut 176 auf dem Dorn 104 löst, und gleichzeitig bewirkt, dass der Käfig 103 über den unteren mit Keilnuten versehenen Bereich 162 vom Dorn 104 nach oben gleitet, bis er durch Kontakt zwischen der unteren Federendlaufbuchse 105 und dem unteren Ende 156 vom Käfig 103 gestoppt wird. Diese Lage wird als Einstellmodus bezeichnet, wie in 11 dargestellt. Die Rechtsdrehung des Kopfantriebs treibt dann die Mutter 108 nach unten gegen die obere Federendlaufbuchse 107, die als Ringkolben wirkt, wodurch die Schraubenfeder 106 zusammendrückt wird und wodurch sie sich radial ausdehnt und dadurch den Käfig 103 nach außen drückt und in Kontakt mit der Innenfläche des rohrförmigen Werkstücks bringt, wie in 14 dargestellt. Fortgesetzte Rechtsdrehung verursacht eine weitgehend zweiachsige Kompression des Schraubfederelementes 106 mit daraus folgender Entwicklung von beträchtlicher Kontaktspannung zwischen dem Käfig 103 und der Innenfläche des Rohrs über die Länge des Federelementes. Der Reibungswiderstand gegenüber der axialen Druckbelastung entwickelt sich in den Stellmuttergewinden und der Endfläche und wird als Drehmoment am Kopfantrieb erkennbar. Es ist ersichtlich, dass dieses Drehmoment durch das Werkzeug in die Rohrverbindung geleitet wird. Bis sich der Käfig 103 ausgedehnt hat, sorgen die zufällige Reibung von Käfigstreifen 180, die Packerlaufbuchse 110 und der Kontakt mit dem Anschlagring 157 für diese Reaktion. Einmal aktiviert, bewirkt die Ausdehnung des Käfigs ein sich selbst verstärkendes Stelldrehmoment, dessen Messung dem Kontrollsystem des Kopfantriebs verfügbar gemacht wird und das zur Begrenzung der angewendeten Stellkraft verwendet werden kann. Wenn ein ausreichendes Stelldrehmoment angewendet wurde, wird das Werkzeug als eingestellt angesehen. 14 zeigt einen Querschnitt des Werkzeugs im Einstellmodus bei gedehntem Käfig 103 in Kontakt mit dem rohrförmigen Werkstück.
  • Sobald er eingestellt ist, kann der Kopfantrieb angehoben werden, um in die Position für den Drehmomentenmodus einzurasten, wobei die Aufwärtsbewegung bewirkt, dass die Stellgliedlaufbuchse 109 gegenüber dem Dorn nach oben gleitet und in die Keilnuten 174 bzw. 176 zwischen der Stellgliedlaufbuchse 109 und dem Dorn 104 eingreift. Im oberen Abschnitt des Bewegungsbereichs des Stellglieds greift die Schulter 212 der Stellgliedlaufbuchse in die Schulter 208 des Dorns ein, um die Stellgliedlaufbuchse 109 am Heruntergleiten von der Oberseite des Dorns 104 zu hindern und eine Übertragung von Hublasten zu ermöglichen. Zur Erleichterung des Eingriffs dieser Keilnut sind die zugehörigen Zahnenden der Keilnuten sowohl am Dorn 104 als auch an der Stellgliedlaufbuchse 109 in geeigneter Weise konisch zulaufend. Der Eingriff wird weiterhin durch die relativ lose Keilnutpassung zwischen der Stellgliedlaufbuchse 109 und der Stellmutter 108 erleichtert, was eine gewisse relativ freie Drehung ermöglicht. Daher kann im Drehmomentenmodus entweder rechtsdrehendes oder linksdrehendes Drehmoment durch die Stellgliedlaufbuchse 109 direkt auf den Dorn 104 übertragen werden. 15 zeigt das Werkzeug im Drehmomentenmodus, eingebracht in ein rohrförmiges Werkstück und in einer Ansicht, wie sie vor der Herstellung oder dem Lösen einer Verbindung bestehen mag.
  • Nach dem Einstellen, wenn die Verbindung gelöst werden soll, wird der Kopfantrieb so positioniert, dass sich die Stellgliedlaufbuchse 109 an der oberen im Drehmomentenmodus bereitgestellten "Schwimm"-Grenze oder in ihrer Nähe befindet, und es wird ein umgekehrtes Drehmoment angewendet. Sobald die Verbindung gelöst ist, kann das Gewicht der Verbindungsstelle vom Werkzeug gestützt werden und aus der Verbindung herausbewegt werden, bis sie mit gesonderten Rohrhandhabungswerkzeugen gegriffen werden kann. Sobald der Kopfantrieb von den Rohrhandhabungswerkzeugen gegriffen wurde, wird er auf das Werkzeug in einer Position in der Nähe der oberen "Schwimm"-Grenze abgesetzt, die im Einstellmodus bereitgestellt wird. Dann wird ein linksdrehendes Drehmoment angewendet und die Stellmutter 108, eine ausreichende Zahl von Umdrehungen gedreht, um das Werkzeug freizubekommen. Die Zahl der Drehungen, die zum Freigeben erforderlich ist, ist im Allgemeinen gleich mit der Zahl von Umdrehungen, die zum Einstellen benötigt wird.
  • Wenn alternativ die Verbindung hergestellt werden soll, nachdem das Werkzeug eingestellt wurde, kann das Gewicht der Verbindung durch das Werkzeug getragen werden, während sie positioniert und in den herzustellenden Anschluss eingeführt wird. Nach der Einführung und nachdem der Kopfantrieb so positioniert wurde, so dass sich die Stellgliedlaufbuchse 109 an der oberen im Drehmomentenmodus bereitgestellten "Schwimm"-Grenze oder in ihrer Nähe befindet, kann die Verbindung hergestellt werden. Was das Lösen betrifft, wird das Werkzeug durch Absetzen des Kopfantriebs, um den Einstellmodus zu aktivieren, und durch Anwendung von ausreichender Linksdrehung zur Lösung des Werkzeugs freigegeben.
  • 16 zeigt das Werkzeug im Drehmomentenmodus, eingebracht in ein rohrförmiges Werkstück 113 und in einer Ansicht, wie sie beim Tragen von Hublasten vorkommt. Auf der Basis der Lehren, die in dieser Anmeldung angeführt wurden und die das Lastübertragungsverhalten der Schraubenfedergruppe beschreiben, welche mit dem Käfig 103 und dem rohrförmigen Werkstück 113 in Wechselwirkung steht, wird für den Fachmann ersichtlich, dass Lasten (Axial- und Drehmomentlasten), die auf den Dorn 104 bei eingestelltem Werkzeug und im Drehmomentenmodus angewendet werden, teilweise in das rohrförmige Werkstück durch Kopplung durch die Schraubenfedergruppe und teilweise durch das obere und untere Ende des Käfigs eingeleitet werden. Die relativ steife Verbindung zwischen dem Dorn 104 und dem Schraubenfederelement 106, für die die untere Federendlaufbuchse 105 sorgt, stellt sicher, dass nur Drehmomentlasten, die die Reibungskapazität der Grenzflächenregion des Kontakts zwischen dem Schraubenfederelement 106 und dem Käfig 103 überschreiten, tendenziell auf die untere keilgenutete Verbindung zwischen dem Käfig 103 und dem Dorn 104 übertragen werden. Dadurch wird die Größe der zyklischen Torsionsbelastung, die über den unteren Bereich vom Käfig 103 übertragen wird, stark verringert, so dass sich die betriebliche Dauerschwingfestigkeit verbessert. Die axiale Hubbelastung wird durch die untere Federendlaufbuchse 105 umgesetzt, und wenn sie die Einstelllast überschreitet, so verursacht sie tendenziell ein Gleiten in dem Bewegungsbereich, der durch die untere keilgenutete Verbindung zwischen dem Dorn 104 und dem Käfig 103 begrenzt wird, wobei die Bewegung – wie in 16 gezeigt – als Spalt zwischen dem Käfig und der unteren Federendlaufbuchse sichtbar wird, was eine Erhöhung des Radialdrucks, der vom Schraubenfederelement 106 ausgeübt wird, und somit der durch Reibung verursachten Hubleistungsfähigkeit der Greifergruppe ermöglicht. Diese "selbstaktivierende" Tendenz ist ein sehr wertvolles Mittel, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Reibungskraft zur Verfügung steht, mit der ein Rutschen beim Heben verhindert wird. Es ist weiterhin erkennbar, dass ein Teil der Axiallast über die obere Federendlaufbuchse 107 und als Zugspannung in die Oberseite des Käfigs 103 umgesetzt wird, wobei die Zugspannung für große Hublasten sich über die Spannung hinaus erhöht, die zum Einstellen erforderlich ist. Sie verringert sich jedoch beträchtlich nur bei wesentlicher Reduzierung der axialen Hublast aufgrund der Umkehr der Richtung, die Reibungskraftvektoren erleiden, wenn die Gleitrichtung umgekehrt wird. Dieses verhalten hat einen vorteilhaften Effekt auf die Dauerermüdungsfestigkeit des oberen Endes des Käfigs 103 ähnlich der Art und Weise, in der die Greifergruppe auf Schwankungen in der Drehmomentenbelastung reagiert.
  • Neben anderen Variablen wird die Axial- oder Torsionsbelastung, die erforderlich ist, um ein Rutschen auszulösen, durch die Kontaktfläche, den effektiven Reibungskoeffizienten, der zwischen den zwei Flächen wirksam ist, und durch die in der Grenzregion zwischen dem Käfig 103 und dem Werkstück wirkende Normalspannung bestimmt. Es wird außerdem für den Fachmann erkennbar, dass zur Bereitstellung von ausreichender Drehmoment- und Axiallastkapazität diese Variablen auf zahlreiche Weise verändert werden können, einschließlich: durch Verlängerung des Ausdehnungsbereichs des Greifers; Beschichtung, Rändeln oder anderweitiges Aufrauen des Käfigäußeren, um den effektiven Reibungskoeffizienten zu erhöhen; und durch Erhöhung der Axialspannung, die auf die Schraubenfedergruppe angewendet werden kann.
  • Es ist für den Fachmann erkennbar, dass beim Zusammendrücken des Schraubenfederelementes 106 von oben der Gleitwiderstand eine Verringerung der axialen und radialen Kontaktspannung von oben nach unten über die Länge des Elements bewirkt. Es wurde in der Praxis festgestellt, dass die Schmierung der Berührungsflächen eingesetzt werden kann, um diesen Effekt zu reduzieren, falls dies erforderlich wird, um entweder das "Eigenstartverhalten" oder die Beziehung zwischen dem Einstelldrehmoment und der Axial- oder Torsionsgreifkapazität zu verbessern.
  • Das Futterrohrantriebswerkzeug liefert eine Fluidleitung von der Kopfantriebshohlwelle in die Rohrverbindung, in der es eingestellt wird. Dies ist bei Casing DrillingTM-Anwendungen notwendig, bei denen Fluiddruck angewendet werden oder Fluidströme in das rohrförmige Werkstück 113 hinein- und aus diesem herausfließen sollen, und tritt oft auf, wenn Futterrohr, das in und aus dem Bohrloch bewegt wird, von oben gefüllt werden muss. In der bevorzugten Ausführungsform unterstützt das Strömungsrohr 112, das die inneren Bohrungen des Übergangsstücks 101 und der Stellgliedlaufbuchse 109 verbindet, diese Funktion.
  • Alternative Ausführungsformen
  • Sensoren, die Messungen von Drehmoment und Axiallast vornehmen, können in die Stellgliedlaufbuchse oder andere Elemente des Belastungszugs eingebaut oder als separate Vorrichtungen bereitgestellt und in den Werkzeugbelastungszug integriert werden.
  • Ein hydraulisches Stellglied kann zur Bereitstellung der axialen Einstelllast auf das Schraubenfederelement, das die Ausdehnung des Käfigs verursacht, anstelle des mechanischen Systems der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, welche eine drehmomentgetriebene Einstellmutter zum Einbringen der Einstelllast nutzt.
  • Eine festere, jedoch immer noch leicht dehnbare Käfigwand kann durch Verbinden von zwei oder mehr individuellen Schichten von koaxialen eng sitzenden dünnen Wandröhren an deren Enden konstruiert werden, wobei jeder Schlitz ineinandergreifende Laschen hat, wie bei dem einwandigen Käfig, der als bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde.
  • Von einer weiteren Erscheinungsform der bevorzugten Erfindung vermuten wir, dass das Schraubenfederelement in zwei eng sitzenden konzentrischen Schichten bereitgestellt werden kann, deren Schrägungswinkel in entgegengesetzte Richtungen zeigen, und dass die obere Federendlaufbuchse mit Keilen mit dem Dorn verbunden wird, so dass eine relative axiale Gleitbewegung ermöglicht wird, nicht jedoch eine Rotation. Diese Anordnung ermöglicht die Belastung der Schraubenfederelemente ohne Kontakt zwischen den Kanten der einzelnen Windungen durch Umsetzen der Torsion, die zur Verhinderung von Kantenkontakt bei Anwendung von Axiallast erforderlich ist. Durch Einstellen des Schrägungswinkels entlang der Länge des Schraubenfederelementes ermöglicht diese Anordnung die Beziehung zwischen Axiallast und Radialdruck derart günstig einzustellen, dass die Gesamtgreifkapazität über eine gegebene Länge erhöht wird.
  • Das Verfahren des Greifens eines Werkstücks von innen unter Verwendung eines Käfigs, mit dem die Übertragung von Drehmoment und Axiallast ermöglicht wird, kann auf Anwendungen, bei denen das Greifen von außen gefordert wird, durch Umkehren der Greifarchitektur, die in der bevorzugten Ausführungsform gezeigt wird, angewendet werden. Für eine solche umgekehrte Architektur wird die Funktion des Dorns durch eine starre äußere Buchse erfüllt, wobei der Käfig koaxial in der äußeren Buchse angeordnet und an einem Ende befestigt ist und das rohrförmige Werkstück im Käfig angeordnet ist. Das Schraubenfederelement wird im ringförmigen Raum zwischen dem Dorn und dem Käfig angeordnet, und es wird ein Mittel zur Aktivierung des Schraubenfederelementes mit Zugspannung bereitgestellt, um die Zusammenziehung nach innen und den reibschlüssigen Eingriff der Außenfläche des rohrförmigen Werkstücks mit ausreichender Radialkraft zu bewirken, um die Mobilisierung von Reibung zur Übertragung von beträchtlichem Drehmoment und Axiallast von der äußeren Buchse über den Käfig auf das Rohr zu ermöglichen.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten, welche Folgendes aufweist: einen länglichen Körper, der ein Kopplungsende hat, das zum passenden Eingriff mit einem rohrförmigen Objekt ausgebildet ist, wobei das Kopplungsende aufweist: ein Basis-Bauteil (4), Längsstreifen (80), die an ihren gegenüberliegenden Enden verbunden sind, so dass sie einen flexiblen zylindrischen Käfig (3) bilden, der koaxial zu dem Basis-Bauteil (4) des Körpers liegt und mit diesem verbunden ist, mindestens ein koaxiales Druckglied (6), das in einem Ringspalt zwischen dem Basis-Bauteil (4) und dem Käfig (3) angeordnet ist, wobei das Druckglied so ausgebildet ist, dass es eine radiale Verschiebung des Käfigs bewirkt, wodurch eine Klemmkraft ausgeübt wird, um eine Klemmverbindung zwischen dem rohrförmigen Objekt und dem Kopplungsende aufrechtzuerhalten, was eine Kraftübertragung zwischen dem Körper und dem rohrförmigen Objekt ermöglicht.
  2. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei das Basis-Bauteil (4) ein Dorn ist, der zusammen mit dem Käfig und dem Druckglied einen Stecker bildet.
  3. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei der Käfig (3) mit dem Basis-Bauteil (4) durch eine Verbindungsstelle verbunden ist, die einen begrenzten Bereich relativer axialer Bewegung zwischen dem Käfig und dem Basis-Bauteil derart ermöglicht, dass die Axiallast, die auf das Basis-Bauteil wirkt, das Druckglied so belastet, dass sich die Klemmkraft erhöht.
  4. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei die Längsstreifen (80) des Käfigs strukturell ineinander greifende Kanten haben, wodurch die Torsionskapazität des Käfigs erhöht wird.
  5. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei das Druckglied (6) ein eingeschlossenes Elastomer in Kombination mit Mitteln zum axialen Zusammendrücken des eingeschlossenen Elastomers aufweist, um eine radiale Verschiebung zu bewirken.
  6. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 5, wobei ein axial bewegliches Einstellglied zum axialen Zusammendrücken des eingeschlossenen Elastomers dient.
  7. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei das Druckglied eine eingeschlossene zylindrische Federgruppe (105) in Kombination mit Mitteln zur axialen Belastung der zylindrischen Federgruppe aufweist, um eine radiale Verschiebung zu bewirken.
  8. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 7, wobei ein axial bewegliches Ein stellglied zur axialen Belastung der zylindrischen Federgruppe dient.
  9. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei ein Mittel zur Kopplung des Körpers an einen Antriebskopf bereitgestellt wird.
  10. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei der Körper eine Gelenkverbindung besitzt, die zur Verwendung bei der Kopplung des Körpers an eine Hubvorrichtung ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 10, wobei der Körper rohrförmig ist und eine periphere Seitenwand mit mehreren "L"-förmigen Schlitzen (25) besitzt, die jeweils einen axialen Zweig und einen Umfangszweig aufweisen, wobei die Gelenkverbindung einen Einsatz hat, der innerhalb des rohrförmigen Körpers mit radialen Stiften positioniert ist, die in die Schlitze eingreifen, wobei die Stifte axial beweglich entlang den axialen Zweigen der Schlitze sind und unbeweglich gemacht werden, wenn sie sich in den Umfangszweigen der Schlitze befinden.
  12. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei der Körper ergänzende Hubvorrichtungen besitzt.
  13. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 12, wobei die ergänzenden Hubvorrichtungen eine Buchse aufweisen, die ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, wobei das erste Ende so ausgebildet ist, dass es sicher an einer Kopfantriebshohlwelle befestigt werden kann, wobei des zweite Ende eine Klemmgruppe stützt, die für das externe Greifen rohrförmiger Objekte ausgebildet ist.
  14. Vorrichtung zur Handhabung von rohrförmigen Objekten nach Anspruch 1, wobei der Käfig eine reibungsverstärkende rohrförmige Klemmfläche besitzt.
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