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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleiterbaueinheit.
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Beim
Bohren mit einem verbundenen Bohrrohr muss der Bohrstrang (der Strang
aus verbundenen Bohrrohren) in dem Bohrloch auf Höhe der Arbeitsbühne unterstützt werden,
um zu ermöglichen, dass
der obere Antrieb oder Kelly immer dann davon abgekoppelt werden
kann, wenn ein Rohr zu dem Bohrstrang hinzugefügt oder davon entfernt werden muss.
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Im
Stand der Technik wird dies dadurch erzielt, dass der "Strang in die Gleiter
gesetzt" wird. Die Gleiter
sind Keile, die um den Bohrstrang angeordnet sind und in dem konisch
geformten Kasten der Drehbuchsen sitzen oder darin verkeilt sind,
die um die Mittellinie des Bohrlochs in dem Drehtisch enthalten sind,
der sich in der Arbeitsbühne
befindet.
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Der
Greifvorgang der Gleiter wird hauptsächlich durch das Gewicht des
Bohrstrangs bewirkt, der die Gleiter weiter in den Kasten zieht.
Gleiterbaueinheiten sind so entworfen, dass sie ermöglichen,
einen Ölbohrloch-Bohrstrang
an nahezu jeder beliebigen Stelle längs der Länge des Bohrstrangs zu unterstützen. Auf
diese Weise kann das Bohrrohr und das hängende Gewicht wiederholt auf-
oder abwärts
bewegt und strukturell an der Arbeitsbühne befestigt werden, wie es
während
Bohrungsvorgängen
erforderlich ist. Die Gleiterbaueinheiten bestehen üblicherweise
aus einem "Gleiterkasten", der sich in dem Drehtisch
befindet, der eine konisch zulaufende Bohrung enthält. Die
konisch zulaufende Bohrung ist derart, dass der Kasten bei seinem
Boden einen kleineren Durchmesser aufweist als an seiner Oberseite.
In der konisch zulaufenden Bohrung befinden sich mehrere (üblicherweise
drei) lange Greifbaueinheits-Segmente
in Umfangsrichtung (die als "Gleiter" bekannt sind), die
außen
konisch so zulaufen, dass es mit der konisch zulaufenden Bohrung
des Gleiterkastens übereinstimmt.
Diese Gleiter sind durch Scharniere miteinander verbunden, so dass
die Segmente eine gleichbleibende axiale Beziehung miteinander aufrecht
erhalten und einfach geöffnet
und entweder mechanisch oder durch Arbeiter der Arbeitsbühne von
dem Rohr weg gehoben werden können,
wenn sie nicht erforderlich sind.
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Wenn
die Gleiter in dem Gleiterkasten eingebaut sind, bilden die Gleiter
mit Greifbaueinheiten ein zylindrisches Loch in der Mitte, das etwa
die gleiche Größe aufweist
wie der Bohrrohrkörper.
Die Gleiter mit den Greifbaueinheiten werden entweder mechanisch
oder manuell in den ringförmigen
Bereich zwischen dem Kasten und dem Bohrstrang abgesenkt, wenn es
gewünscht
ist, den Bohrstrang aufzuhängen.
Die Baueinheit greift naturgemäß das Rohr, wenn
es in dem ringförmigen
Kegelwinkel verkeilt ist, der zwischen dem Gleiterkasten und dem
Gleiter ausgebildet ist.
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In
jedem Gleiter in Umfangsrichtung befinden sich mehrere gehärtete Stempel
für einen
Kontakt mit der Oberfläche
des Bohrrohrs. Bei einem bekannten Beispiel gibt es drei axiale
Reihen aus sechs Stempeln, so dass insgesamt 18 gehärtete Stempel in
jedem Greifer befestigt sind. Diese gehärteten Stempel weisen üblicherweise "zahnartige" Profile auf der
dem Rohr zugewandten Kontaktfläche
auf, die das Greifvermögen
der Stempel an dem Rohr erhöhen,
indem sie sogar etwas in die Rohroberfläche eindringen. Die gehärteten Stempel
sind notwendig, da die Kontaktbelastungen mit dem Rohr recht hoch sein
können
und die Stempel einem beträchtlichen Verschleiß ausgesetzt
sind. Die Greifkraft, die eine axiale Bewegung oder eine Drehbewegung
des Bohrstrangs verhindert, wird dadurch stärker durch ein Einkerben in
die Oberfläche
als durch einfache Reibung erzielt.
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Im
normalen Betrieb ist die Greifkraft um so größer, je höher das Gewicht des Bohrstrangs
ist, der in den Gleitern unterstützt
wird. Die Greifkraft wird durch Anheben des Bohrstrangs abgebaut.
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Manchmal
ist es erforderlich, dass die Gleiter ein Drehmoment von dem Drehtisch
auf den Bohrstrang übertragen,
und dies erfordert eine angemessene Greifkraft zwischen den Gleitern
und dem Bohrstrang. Falls das Gewicht des Bohrstrangs unzureichend
ist, um die erforderliche Greifkraft zu erzeugen, kann es erforderlich
sein, beispielsweise hydraulisch eine abwärts gerichtete Kraft auf die
Gleiter auszuüben.
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Da
die Ölindustrie
beabsichtigt, in immer tieferen Hochseegewässern zu bohren, wurden die Länge und
das Gewicht der längsten
Bohrstränge
in Betrieb sowie das Gewicht der hängenden Lasten wie etwa der
Gehäusestränge und
Ummantelungen entsprechend erhöht.
Dies erhöht
das Eindringen der Zähne
des Gleiters in die Rohroberfläche.
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Wenn
der Rohrstrang abgesenkt wird, um die Gleiter zu verkeilen, werden
die Zähne
der Einsätze
abwärts
gezogen und es ist schwierig, die Oberfläche des Rohrs nicht zu zerkratzen,
anzuritzen oder auszuhöhlen.
Beim Anheben des Rohrs, um es aus den Gleitern zu lösen, kann
entsprechend ein Zerkratzen der Rohroberfläche stattfinden. Wenn ein Drehmoment
erforderlich ist, um entweder den Bohrstrang zu drehen oder um zu
verhindern, dass er sich dreht, kann zusätzlich ein Einritzen in Umfangsrichtung
an der Rohroberfläche
auftreten, wenn der Griff nicht ausreichend ist.
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All
diese Anrisse der Rohroberfläche
erzeugen Stellen, die korrosionsanfällig sind und außerdem werden
Risse und Spannungsbrüche
ausgelöst. Dies
ist bei den Stellen besonders ernst, bei denen der Bohrstrang üblicherweise
unterstützt
wird, da diese die größten Spannungsbereiche
des Rohrs sind, außer
der Stauchung des Bohrstangenschlosses, wenn es in gekrümmte Bohrlöcher gebogen
wird.
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Eine
Beschädigung
der Oberfläche
der Rohre kann verringert werden, indem eine Gleiterbaueinheit verwendet
wird, bei der die Zahn-Annäherung oder
deren Wegziehen von dem Rohr bei einem Winkel von 90 Grad zu der
Rohrachse stattfindet. Derartige Gleiterbaueinheiten sind in US-A-5
027 926, US-A-4 567 254 und in US-A-3 760 469 gezeigt. Die Konstruktionen
sind jedoch recht kompliziert.
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Es
wurde nun eine Gleiterbaueinheit entwickelt, die die Bewegung der
Zähne über die
Oberfläche
verringert oder beseitigt, indem ermöglicht wird, dass sich die
Zähne der
Oberfläche
des Rohrs bei etwa 90 Grad zu der Achse des Rohrs annähern oder von
diesem weggezogen werden, und die außerdem sehr einfach ist.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Gleiterbaueinheit geschaffen, die umfasst:
- (i) einen Gleiterkasten, der in einen Tisch eingesetzt werden
kann;
- (ii) mehrere Rohrgreifgleiter, die in dem Gleiterkasten angeordnet
sind;
- (iii) einen Träger;
und
- (iv) Mittel, die an dem Träger
angebracht sind, um im Gebrauch die Gleiter radial in Kontakt mit
einem durch den Gleiterkasten verlaufenden Rohr und von diesem weg
zu bewegen,
die gekennzeichnet ist durch ein Gestänge, wovon ein
Ende an einem er Gleiter angelenkt ist und das andere Ende an dem
Träger
angelenkt ist, wobei die Anordnung derart ist, dass das Gestänge im Gebrauch
die Bewegung des Gleiters begrenzt, so dass er mit dem Rohr im Wesentlichen
senkrecht zu dessen Längsachse
in Eingriff gelangt.
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Im
Wesentlichen senkrecht zu dem Rohr bedeutet, dass die Bewegung der
Gleiter anfänglich
im Wesentlichen direkt weg von dem Rohr gerichtet ist. Beim Loslassen
des Rohrs muss dieses nicht bei genau neunzig Grad losgelassen werden,
solange die Zähne
der Gleiter das Rohr so loslassen, dass die Zähne im Wesentlichen nicht über das
Rohr schleifen. Dies ist beim Greifen des Rohrs umgekehrt.
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Mit
der Gleiterbaueinheit der vorliegenden Erfindung wird die anfängliche
radiale Bewegung der Gleiter weg von einem durch die Gleiter ergriffenen Rohr
ohne jegliche oder im Wesentlichen ohne eine vertikale Bewegung
der Gleiter ausgeführt,
somit werden die Zähne
der Gleiter nicht über
die Oberfläche
des Rohrs gezogen. Entsprechend wird auch die letzte Bewegung der
Gleiter, wenn ein Rohr durch die Gleiter ergriffen werden soll,
im Wesentlichen ohne eine vertikale Bewegung der Gleiter ausgeführt, wenn
die Gleiter mit dem Rohr in Kontakt kommen.
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Vorzugsweise
ist das eine Ende des Gestänges
an dem Gleiter über
einen ersten Stift angelenkt, das andere Ende des Gestänges ist
an dem Träger durch
einen zweiten Schwenkstift angelenkt und eine Linie, die durch den
ersten Stift und den zweiten Stift gezogen wird, ist zu der Längsachse
des Rohrs im Wesentlichen parallel, wenn der Gleiter mit dem Rohr in
Eingriff ist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfassen die Mittel einen Keil, der im Gebrauch mit einer schrägen äußeren Oberfläche des
Gleiters in Kontakt ist, wodurch eine Bewegung des Keils über die
schräge äußere Oberfläche hinweg
eine radiale Bewegung des Gleiters zu dem Rohr hervorruft.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfassen die Mittel einen ersten Keil und einen zweiten Keil, wobei
im Gebrauch der erste Keil mit einer Seite des zweiten Keils in
Kontakt gelangt und die andere Seite des zweiten Keils mit einer
schrägen äußeren Oberfläche des
Gleiters in Kontakt gelangt, wodurch die Bewegung des ersten Keils
eine radiale Bewegung des Gleiters zu dem Rohr hervorruft.
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Vorzugsweise
umfasst die Gleiterbaueinheit ferner eine Feder, die sich zwischen
dem ersten Keil und dem zweiten Keil befindet.
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Vorzugsweise
ist der erste Keil ein grober Keil und der zweite Keil ein feiner
Keil.
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Vorzugsweise
sind auf dem groben Keil Stege vorhanden, so dass keine Wirkreibneigung
in der Gleiterbaueinheit im Gebrauch mehr als etwa 10 Grad in Bezug
auf die Achse des Rohrs beträgt.
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Vorzugsweise
umfassen die Mittel eine Hydraulikstempelanordnung, die betätigbar ist,
um den ersten Keil zu verlagern.
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Vorzugsweise
ist der Gleiterkasten in Segmente unterteilt und in einem umgedrehten,
keilförmigen
oder konischen Kasten enthalten, derart, dass die Bewegung des inneren,
in Segmente unterteilten Kastens innerhalb des äußeren keilförmigen oder konischen Kastens
der Gleiterbaueinheit ermöglicht,
im Gebrauch einen Bereich von Durchmessern von Bohrsträngen, Rohren
und Bohrstangenschlössern aufzunehmen.
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Vorzugsweise
ist der Gleiterkasten ein keilförmiger
Kasten, in dem die Gleiter verkeilt sind, und der Gleiterkasten
kann im Gebrauch axial parallel zu der Bohrstrangachse bewegt werden,
während
der Bohrstrang, das Rohr oder das Bohrstangenschloss unbeweglich
bleibt und die Gleiter in Kontakt mit dem Bohrstrang, dem Rohr oder
dem Bohrstangenschloss mit geringer oder ohne Relativbewegung in Richtung
der Achse des Bohrstrangs gedrängt
werden.
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Vorzugsweise
können
der keilförmige
Kasten und die Gleiter durch eine mechanische, eine hydraulische,
eine pneumatische oder eine elektrische Kraft gegeneinander gedrängt werden,
so dass die minimale Greifkraft zwischen den Gleitern und dem Bohrstrang,
dem Rohr oder dem Bohrstangenschloss vorgegeben werden kann und
die Greifkraft nicht auf dem Gewicht des Bohrstrangs, der die Gleiter
in den Kasten zieht, beruht.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei einem größeren Bereich von Durchmessern
angewendet werden, indem mehrere Keile bei dem jeweiligen Gleiter
vorhanden sind, beispielsweise durch Hinzufügen eines groben Keils hinter
dem jeweiligen Gleiter, so dass der größte Teil der Strecke durch
den groben Keil vorgenommen werden kann, bevor die Gleiter selbst
verkeilt werden, und eine derartige Fähigkeit ist beispielsweise
erforderlich, damit sie auf verschlissene Bohrstangenschlösser und
auf eine Vielzahl von Durchmessern von Bohrsträngen, Rohren oder Bohrstangenschlösser eingestellt
werden können.
Die Gleiter können
so hergestellt werden, dass sie beim Ausfall einer äußeren anliegenden Kraft
ausfallsicher sind, indem bei dem groben Keil Stege hinzugefügt werden,
so dass keine Wirkreibneigung in der Gleiterbaueinheit mehr als
1 zu 6 (etwa 10 Grad) zu der Achse des Bohrstrangs beträgt, wovon
im Stand der Technik angenommen wird, dass eine Verkeilung bestehen
bleibt, solange nicht durch eine äußere anliegende Kraft die Verkeilung
aufgehoben wird. Zwischen dem groben Keil und den Keilbewegungsmitteln
gibt es einen feinen Keil. Mit grobem Keil und feinem Keil ist gemeint,
dass der Steigungswinkel des groben Keils größer ist als jener des feinen
Keils.
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Der
Gleiterkasten kann irgendein herkömmlicher Gleiterkasten sein,
und der Kasten kann in einer Drehbuchse oder in einem Drehtisch
auf herkömmliche
Weise angebracht sein. Wenn sich die Gleiter drehen sollen, kann
ein durch die Gleiter gehaltenes Rohr in dem Kasten durch den Tisch
gedreht werden.
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Es
kann ein zweiter Satz Gleiter vorhanden sein, der mit der Schulter
des Bohrstangenschlosses in Eingriff gelangt, so dass, wenn er einmal
angebracht oder eingesetzt wurde, die Unterstützung des Bohrstranggewichts
nicht auf Reibung oder Einkerben der Oberfläche des Bohrstrangs, Rohrs
oder Bohrstangenschlosses beruht. Diese Ausführungsform ermöglicht es,
dass es beim Greifen des Bohrstrangs, Rohrs oder Bohrstangenschlosses
lediglich erforderlich ist, ein Drehmoment bereitzustellen oder diesem
Widerstand zu leisten, während
die axiale Kraft vom zweiten Satz Gleiter aufgenommen wird.
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Der
Gleiterkasten ist ein keilförmiger
Kasten, in dem die Gleiter verkeilt sind, und in der vorliegenden
Erfindung bewegt sich der Kasten axial und parallel zu der Bohrstrangachse,
während
der Bohrstrang, das Rohr oder das Bohrstangenschloss unbeweglich
bleibt und die Gleiter in Kontakt mit dem Bohrstrang, dem Rohr oder
dem Bohrstangenschloss mit geringer oder ohne Relativbewegung in Richtung
der Achse des Bohrstrangs gedrängt
werden.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
ist keine Bewegung des Bohrstrangs erforderlich, um eine minimale
Greifkraft zwischen den Gleitern und dem Bohrstrang, dem Rohr oder
dem Bohrstangenschloss zu erzielen.
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Jegliche
Relativbewegung zwischen den Gleitern und dem Bohrstrang, dem Rohr
oder dem Bohrstangenschloss parallel zu der Achse des Bohrstrangs
ist derart eingeschränkt,
dass ein Verkratzen, Anritzen oder Aushöhlen der Oberfläche des
Bohrstrangs, des Rohrs oder des Bohrstangenschlosses minimiert oder
vermieden wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann zur Unterstützung oder zum Greifen oder
zum Zurückhalten von
Rohren, Bohrrohren, Bohrsträngen,
Rohren, Bohrstangenschlössern,
Gehäusen
oder irgendeiner Baueinheit aus rohrförmigen Komponenten während ihrer
Verbindung oder Entkopplung oder einer Drehung oder eines Anhebens
oder Absenkens oder eines Zusammenbaus oder einer Zerlegung angewendet
werden, wobei diese in einem beliebigen Neigungswinkel zur Vertikalen
in dem Bohrloch oder außerhalb
des Bohrlochs hängen
können.
Sie kann bei allen Bohrungs- oder Arbeitsanlagen angewendet werden,
bei denen es erforderlich ist, die Rohre zu unterstützen und/oder
zu greifen, die gewöhnlich
in der Nähe
des Drehtisches in das Bohrloch eingesetzt oder aus diesem gezogen
werden sollen.
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Die
Gleiterbaueinheit der vorliegenden Erfindung kann auch zum Anfahren
verwendet werden. Immer dann, wenn ein Rohr gegen den Druck des Bohrlochs,
der 5000 psi oder mehr betragen kann, in das Bohrloch abwärts gedrängt werden
muss, wird der Vorgang Anfahren genannt.
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Ein
geeignetes Verfahren, um ein Anfahren zu erzielen, besteht darin,
das Rohr mit einem Mechanismus ähnlich
einem umgedrehten Gleiter zu ergreifen. In diesem Fall ist es auch
nützlich,
sicherzustellen, dass die Gleiter die Oberfläche des Rohrs nicht verkratzen,
anritzen oder aushöhlen.
Die vorliegende Erfindung erzielt entsprechend die gewünschte Relativbewegung
zwischen den Gleitern und dem Rohr zu dem Zeitpunkt, zu dem die
Gleiter auf die Rohroberfläche
auftreffen oder sich davon zurückziehen.
Die Gleiter können
umgedreht angewendet werden, um das Anfahren eines Rohrs aus einer
Umgebung in eine andere Umgebung bei einem höheren Druck zu erzielen, etwa
von atmosphärischem
Druck in ein Bohrloch unter einem höheren Druck, oder dort, wo
der Bohrstrang aus dem Bohrloch gedrückt wird statt dass er in diesem
gewöhnlich
oberhalb und in der Achse des Drehtisches hängt.
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Es
ist ein Merkmal von wenigstens einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, dass sie ein kraftschlüssigeres und sichereres axiales
Greifen und/oder Greifen unter einem Drehmoment und/oder eine Unterstützung von
Rohren erzielt, als im Stand der Technik erzielt wird, wobei eine
Beschädigung der
Rohroberflächen
abgesehen von einem einfachen Einkerben vermieden wird.
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Die
Erfindung kann sowohl bei Rohren als auch bei jeder beliebigen Anwendung
verwendet werden, bei der starre, gewendelte oder biegsame Rohrkomponenten
mit einer minimalen Beschädigung
ihrer Oberfläche
ergriffen werden sollen wie etwa beispielsweise bei einer Rohrleitung
oder einem Kabel, beim Verlegen oder Ziehen usw.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen
verwiesen, in denen:
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1 und 2 eine
erste Ausführungsform
einer Gleiterbaueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen, die in einer Arbeitsbühne angebracht ist und einen
minimalen horizontalen Raum erfordert;
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3 und 4 eine
zweite Ausführungsform
einer Gleiterbaueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen, die einen minimalen vertikalen Raum erfordert;
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5 und 6 die
zweite Ausführungsform
einer Gleiterbaueinheit veranschaulichen, die zum Anfahren verwendet
wird;
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7 eine
Explosionsansicht eines Teils der in 5 gezeigten
Gleiterbaueinheit zeigt;
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8 bis 10 die
Verwendung von zwei Keilen zeigt, um Rohre mit einem großen Bereich
von Durchmessern aufzunehmen; und
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11 bis 14 eine
Ausführungsform veranschaulichen,
bei der das Gleiten der Gleiter begrenzt ist.
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In 1 und 2 wird
das Rohr (2) durch einen Gleiter (1) gehalten
(1). Der Gleiter (1) wird durch den Keil
(9) an das Rohr (2) gedrückt. Es gibt ein Gestänge (3),
das durch einen Stift (6) an dem Gleiter (1) angelenkt
ist. Das andere Ende des Gestänges
(3) wird durch einen Stift (4) unterstützt, der
durch den Unterstützungsaufbau
(5) gehalten wird. Es gibt ein Gestänge (7), das ebenfalls
mit dem Stift (6) verbunden ist und über einen Stift (8)
mit dem Keil (9) verbunden ist. Der Keil (9) und
der Unterstützungsaufbau
(5) werden beide in Lagern (10) und (11)
unterstützt,
um eine Drehung zuzulassen. Der Keil (9) wird in der Hydraulikstempelanordnung
(12) unterstützt.
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Um
in Gebrauch die Gleiter in Eingriff zu bringen und von der Position
von 2 zu der Position von 1 zu gelangen,
bewegt die Hydraulikstempelanordnung (12) den Keil (9)
aufwärts
und wirkt auf die Gleiter (1) ein. Die Bewegung des Keils
(9) vertikal über
die Gleiter (1), die sich im Wesentlichen nicht vertikal
bewegen, drängt
die Gleiter (1) dazu, sich nach Innen zu bewegen. Das Gestänge (3)
begrenzt die Gleiter (1), so dass sie sich im Wesentlichen
horizontal, d. h. im Wesentlichen senkrecht oder bei neunzig Grad
zu dem Rohr (2) bewegen, wenn sie mit dem Rohr (2)
in Eingriff gelangen, und somit wird die Oberfläche des Rohrs (2)
nicht verkratzt oder angeritzt.
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In 3 und 4 wird
das Rohr (2) durch einen Gleiter (1) gehalten
(3). Der Gleiter (1) wird durch den Keil
(9) an das Rohr (2) gedrückt. Es gibt ein Gestänge (3),
das durch einen Stift (6) an dem Gleiter (1) angelenkt
ist. Das andere Ende des Gestänges
(3) wird durch einen Stift (4) unterstützt, der
durch den Unterstützungsaufbau
(5) gehalten wird. Das Gestänge (7) ist auch mit
dem Stift (6) verbunden und ist über den Stift (8)
mit dem Keil (9) verbunden. Der Keil (9) und der
Unterstützungsaufbau (5)
werden beide in Lagern (10) und (11) unterstützt, um
eine Drehung zu ermöglichen.
Der Keil (9) wird durch das untere Ende der Hydraulikstempelanordnung
(12) unterstützt.
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Um
in Gebrauch die Gleiter in Eingriff zu bringen und um von der Position
von 4 zu der Position von 3 zu gelangen,
bewegt die Hydraulikstempelanordnung (12) den Keil (9)
aufwärts,
um auf den Gleiter (1) einzuwirken. Das Gestänge (3)
begrenzt den Gleiter (1), so dass dieser sich im Wesentlichen
horizontal, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu dem Rohr (2)
bewegt, wenn er mit dem Rohr in Eingriff gelangt, und somit wird
die Oberfläche
des Rohrs (2) nicht verkratzt oder angeritzt.
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In 5 und 6 wird
das Rohr (2) durch einen Gleiter (1) gehalten
(5). Der Gleiter (1) wird durch den Keil
(9) an das Rohr (2) gedrückt. Es gibt ein Gestänge (3),
das durch einen Stift (6) an dem Gleiter (1) angelenkt
ist. Das andere Ende des Gestänges
(3) wird durch einen Stift (4) unterstützt, der
durch den Unterstützungsaufbau
(5) gehalten wird. Das Gestänge (7) ist auch mit
dem Stift (6) verbunden und ist über den Stift (8)
mit dem Keil (9) verbunden. Der Keil (9) und der
Unterstützungsaufbau (5)
werden beide in Lagern (10) und (11) unterstützt, um
eine Drehung zu ermöglichen.
Der Keil (9) wird durch das untere Ende der Hydraulikstempelanordnung
(12) unterstützt.
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Um
in Gebrauch die Gleiter in Eingriff zu bringen und um von der Position
von 6 zu der Position von 5 zu gelangen,
bewegt die Hydraulikstempelanordnung (12) den Keil (9)
abwärts,
um auf die Gleiter (1) einzuwirken. Das Gestänge (3)
begrenzt die Gleiter (1), so dass diese sich im Wesentlichen
horizontal, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu dem Rohr (2)
bewegen, wenn sie mit dem Rohr (2) in Eingriff gelangen,
und somit wird die Oberfläche
des Rohrs (2) nicht verkratzt oder angeritzt.
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7 zeigt,
wie die in 5 verwendeten Komponenten zusammengebaut
werden.
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In 8 bis 10 ist
das Gestänge
(23) durch den Stift (26) an dem Gleiter (21)
angelenkt. Das andere Ende des Gestänges (23) wird durch
den Stift (24) unterstützt,
der durch den Unterstützungsaufbau
(25) gehalten wird. Das Gestänge (27) ist auch
mit dem Stift (26) verbunden und ist über den Stift (28)
mit dem Keil (29) verbunden. Der Keil (29) wird
durch das untere Ende der Hydraulikstempelanordnung (34)
unterstützt.
In Gebrauch bewegt sich der Gleiter (21) von der Position
von 8 zu der Position von 10, in
der der Gleiter (21) mit dem Rohr (22) in Eingriff
gelangt. Der Gleiter (21) ist zugbelastet und wird durch
die zwei Keile (29 & 30)
gegen das Rohr (22) gedrängt. Der Keil (30)
ist ein grober Keil, d. h. der Steigungswinkel des Keils ist größer als
jener des feinen Keils (29).
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Es
gibt eine Feder (31) zwischen den Keilen (29)
und (30). Der größere Teil
der Bewegung des Gleiters (21) zu dem Rohr (22)
von 8 zu 9 wird durch die gleichzeitige
Bewegung beider Keile (29 & 30) durch die Wirkung des
Hydraulikstempels (34) auf den Keil (29) bewirkt.
Wenn der Gleiter (21) mit dem Rohr (22) in Kontakt
ist, bewegt sich lediglich der feine Keil (29) fortgesetzt
nach oben, wie in 9 bis 10, bis
die erforderliche Greifkraft an dem Rohr (22) anliegt.
Die Gestänge
in 8 bis 10 wirken auf die gleiche Weise
wie in 1 & 2. Der
Gleiter (21) wird durch das Gestänge (23) begrenzt,
so dass er auf das Rohr (22) bei etwa 90° zu der Oberfläche des
Rohres (22) auftrifft.
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Die
vertikale Bewegung des Keils (29) und das Einführen des
Gestänges
(23), um den Gleiter (21) so zu begrenzen, dass
er sich horizontal oder nahezu horizontal bewegt, wenn der Gleiter
(21) mit dem Rohr (22) in Kontakt ist, ist neuartig.
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Das
Gestänge
(27) weist um dem Stift (26) ein geschlitztes
Ende auf, so dass sich der Gleiter (21) in 9 frei
zu dem Rohr bewegen kann, dieses Gestänge (27) kann jedoch
den Gleiter von dem Rohr wegziehen, wie es in 8 gezeigt
ist.
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Um
sicherzustellen, dass kein Schlupf zwischen dem groben Keil (30)
und dem feinen Keil (29) stattfindet, bis der Gleiter (21)
das Rohr (22) erreicht hat, ist der Einbau einer Feder
(31) vorzuziehen. Danach sorgt der feine Keil (29)
für die
erforderliche Greifkraft zwischen dem Gleiter (21) und
dem Rohr (22).
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Die
Steigung der Oberfläche
zwischen einem herkömmlichen
Gleiter und dem keilförmigen Kasten
dahinter liegt bei einem Winkel von einigen 10 Grad zu der Achse
des Rohrs, oder besser bei einem Gradienten von 1 zu 6. Dies kann
ein geeigneter Gradient der Steigung des Keils (9) in 1 bis 6 und/oder
des feinen Keils (29) in 8 bis 10 sein.
In 8 bis 10 kann jedoch die Steigung der
Oberfläche
zwischen dem Gleiter (21) und dem groben Keil (30)
bei einem Gradienten von 1 zu 3 oder steiler im Vergleich zu der
Achse des Rohrs (22) sein.
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In 8 bis 10 hängt die
Greifkraft von der Aufbringung einer anliegenden Kraft beispielsweise
durch das Hydraulikstempelsystem (34) ab, wie es gezeigt
ist.
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Aus
Erfahrung ist bekannt, dass bei der allgemeinen Anwendung von Gleitern
ein 1 zu 6 Gradient verkeilt bleibt, ein 1 zu 3-Gradient oder mehr
jedoch nicht verkeilt bleibt.
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Es
kann erforderlich sein, eine Ausfallsicherheits-Greifkraft aufzubringen,
derart, dass diese ungeachtet eines Ausfalls des Hydraulikstempelsystems
(34) fortgesetzt vorhanden ist. Es ist folglich vorzuziehen,
dass die Oberfläche
des Gleiters (21) und die Oberfläche des groben Keils (30)
nicht eben sind, sondern aus mehreren Stegen geformt sind, wie es
in 11 gezeigt ist. Vorzugsweise wird jeder Steg aus
zwei Gradienten gebildet, einer bei 1 zu 6 zu der Vertikalen (Winkel
a) und einer bei einem höheren
Gradienten, wie etwa bei 1 zu 2 (Winkel b). Wenn der feine Keil
(29) angewendet wird, würde
der grobe Keil (30) die 1 zu 2-Oberflächen zurück gleiten, bis die 1 zu 6-Oberflächen in
Kontakt gelangen würden,
und an diesem Punkt würde
das Gleiten aufhören,
auch wenn die angelegte Kraft wie etwa der Hydraulikstempel (35)
entfernt wird. Dadurch würde
es ermöglicht
werden, dass der Mechanismus von 8 bis 10 ohne
jegliche äußere angelegte Kraft
ausfallsicher arbeitet, wenn die Keile verkeilt sind.
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In 8 bis 10 werden
die Gleiter so dargestellt, dass sie um die Achse des Rohrs (22)
gedreht werden können,
wobei der Keil (29) und der Aufbau (25) beide
in Lagern (32) und (33) unterstützt werden,
die wiederum in der Hydraulikstempelanordnung (34) unterstützt werden.
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Dadurch
können
in 8 bis 10 die Gleiter den Bohrstrang
drehen und unterstützen,
die Vorsprünge
an den Gleitereinsätzen
sollten jedoch niemals die Oberfläche des Rohrs verkratzen, anritzen
oder aushöhlen,
es kann eine minimale Greifkraft an das Rohr angelegt werden, um
das erforderliche Drehmoment aufzubringen, auch wenn das Gewicht des
Bohrstrangs ungeeignet ist, um die Gleiter zu verkeilen, und ein
größerer Bereich
von Durchmessern der rohrförmigen
Körper
oder Bohrstangenschlösser
kann aufgenommen werden.
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Im
Stand der Technik ist der Gleiter gewöhnlich einer von drei Gleitern,
die um das Rohr angeordnet sind. In diese Erfindung werden 3 oder
mehr bevorzugt. In der in 8–10 gezeigten
Anordnung, die auf einen Bereich von Durchmessern abzielt, gibt
es bevorzugt eine größere Anzahl
an dünneren
Gleitern, vielleicht 5 oder mehr, so dass die Gleiter einen Bereich
von Rohrkrümmungen
besser kontaktieren können.
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Die
Anzahl an groben Keilen (30) würde der Anzahl an Gleitern
(21) entsprechen. Jeder der feinen Keile (29)
würde,
obwohl es von ihnen die gleiche Anzahl wie von den groben Keilen
(30) gäbe,
somit einen Teil eines fortgesetzten Rings oder Zylinders um die
groben Keile, Gleiter und das Rohr bilden und dadurch die Kräfte aufrechterhalten,
die durch ein Verkeilen der Gleiter gegenüber dem Rohr erzeugt werden.
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Ein
alternatives Verfahren ist in 11 und 12 gezeigt,
bei dem die feinen Keile (29) nicht miteinander verbunden
sind, jedoch so begrenzt sind, dass sie in einem Zylinder mit vertikalen
Gleitern (35) gleiten, der selbst die Spannung in Umfangsrichtung
aufbingt. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, dass dieser Zylinder konisch zulaufende Innenwände (35)
aufweist, die zu der Bewegung der Gleiter (21) nach Innen
beitragen, wenn der Keil oder die Keile (29) und (30),
wie es in 13 und 14 gezeigt
ist, nach oben bewegt werden.