DE69111246T2

DE69111246T2 - Gerät und verfahren zum herstellen und aufbrechen von verbindungen in bohrrohrsträngen.

Info

Publication number: DE69111246T2
Application number: DE69111246T
Authority: DE
Inventors: Thomas Hauk
Original assignee: Hawk Industries Inc
Current assignee: Hawk Industries Inc
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2011-08-29
Also published as: NO931235L; US5060542A; CA2092409A1; NO305448B1; DE69111246D1; EP0551332A4; WO1992007164A1; NO931235D0; EP0551332A1; CA2092409C; EP0551332B1; ATE125019T1

Description

Zum Herstellen und Lösen von Verbindungen in Bohrrohrsträngen in einer Ölquelle etc., ist es noch üblich, manuell betätigte Bohrausrüstungszangen einzusetzen, die groß, sperrig und schwierig zu handhaben sind, und mit denen nicht leicht zu kontrollierende Drehmomentwerte vorgesehen werden können. Solche Bohrausrüstungszangen sind gefährlich in der Verwendung, da sie normalerweise durch ein Kabel und Winde betätigt werden. Sie werden manuell angehoben und abgesenkt.
Wo hydraulische Zangen bei der Herstellung und beim Lösen von Verbindungen in Bohrrohrsträngen eingesetzt worden sind, sind sie übermäßig schwer, voluminös, komplex, teuer und sonstwie in verschiedener Hinsicht unzufriedenstellend.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Klemmbacken in drei Stufen werden vorgesehen, wobei die Klemmbacken in jeder Stufe derart sind, daß sie wirken werden, wenn sie in einer vorbestimmten Richtung gedreht werden, so daß sie das Rohr stärker ergreifen, wenn sie in einer solchen Richtung gedreht werden. Die Klemmbacken in zwei Stufen sind so ausgerichtet, daß sie das Rohr in einer Richtung drehen, während die Klemmbacken der übrigen Stufe ausgerichtet sind, um das Rohr in der entgegengesetzten Richtung zu drehen. Die Klemmbacken in den drei Stufen sind durch ein gemeinsames Gestell oder Rahmen miteinander verbunden.
Fluidbetätigte Mittel werden vorgesehen, um die Klemmbacken zu schließen, bevor mit der verdrehung begonnen wird, so daß das anschließende Verdrehen oder Ausüben der Torsionskraft wirksam wird, um das Ausmaß des Ergreifens zu steigern, ohne daß die Klemmbacken von den Verbindungen im Strang des Bohrrohres abrutschen. Andere strömungsmittelbetätigte Mittel, die mit dem Rahmen verbunden sind, werden vorgesehen, um das Verdrehen zu erreichen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das zuletzt erwähnte strömungsmittelbetätigte Mittel ein einziger Hydraulikzylinder, der in der gleichen Richtung sowohl zum Herstellen als auch Lösen einer Verbindung arbeitet.
Das Gerät ist in sich abgeschlossen oder unabhängig und vorteilhafterweise drehbar an einem Bohrloch aufgehängt.
Kombinationsbacken und Knaggen werden vorgesehen, die automatisch ansprechend auf die Positionierung des Geräts am Bohrrohrstrang und bei der Entfernung des Geräts von einem solchen Strang arbeiten. Die Backenteile sind so geformt und schwenkbar gelagert, daß sie die Werkzeugverbindung in geeigneter Weise ansprechend auf sowohl das anfängliche Backenschließen und die anschließende Backenwirkung arbeiten, wobei letztere das Ergebnis des Verdrehens ist.
Mittel werden vorgesehen, um das Gerät für den Betrieb gegenüber Werkzeugverbindungen anzupassen, die viele unterschiedliche Durchmesser besitzen. Ein derartiges Mittel umfaßt nicht nur einstellbare Anschläge, sondern ebenfalls Mittel, die zu den Anschlägen passen, um die Position der Backen, an einem der Niveaus bei Beginn jedes Betriebsablaufes, festzulegen. Lager, Schwenkstellen und Einstellmittel passen jeden Backensatz für unterschiedliche Verbindungsdurchmesser an, ohne daß irgendwelche Teile entfernt oder ersetzt werden müssen.
Verfahrensgemäß werden drei Klemmbackenstufen vorgesehen, wobei die Klemmbacke in jeder Stufe ausgelegt ist, um einen Werkzeugverbindungsteil lediglich in einer einzigen Richtung zu drehen. Das Verfahren ist so, daß das Gerät nicht darüber gedreht wird, sondern anstelle dessen lediglich angehoben und abgesenkt wird, um unterschiedliche Klemmbakkenkombinationen, angrenzend an die Werkzeugverbindung, auszurichten. Danach ist das Verfahren derart, daß lediglich zwei Klemmbackenstufen an der Werkzeugverbindung arbeiten, um sie herzustellen oder zu lösen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Herstellung einer Verbindung erzielt, indem die mittlere Backe am Bodenteil einer Werkzeugverbindung festgesetzt wird und die obere und mittlere Klemmbacke eingesetzt werden, um den oberen Teil der Werkzeugverbindung uhrzeigermäßig zu drehen. Nach einer solchen bevorzugten Ausführungsform wird das Lösen einer Verbindung erreicht, indem die untere Klemmbacke am bodennahen Werkzeugverbindungsteil festgesetzt wird und die mittleren und bodennahen Klemmbackenniveaus eingesetzt werden, um den oberen Teil der Werkzeugverbindung im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zu drehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt
Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Seite des vorliegenden Geräts;
Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer weiteren Seite des vorliegenden Geräts;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht, die drei Niveaus der Klemmbacken, der zugehörigen Zylinder und Einstellmittel zeigt, wobei die Klemmbacken in geschlossenen Positionen gezeigt werden, das Rohr jedoch aus Gründen der Klarheit weggelassen wurde;
Fig. 4 größere Teile des Geräts aus Sicht oberhalb des oberen Niveaus der Klemmbacken, wobei in durchgezogenen Linien die Stellungen der Teile gezeigt werden, bevor die Verbindung hergestellt wird, und in gestrichelten Linien die Position der Teile gezeigt wird, nachdem die Verbindung hergestellt worden ist;
Fig. 5 eine Ansicht der gleichen generellen Art wie Fig. 4, jedoch eine Stufe gegenüber Fig. 4 herabgesetzt, nämlich an einem Bereich gerade über der mittigen Stufe; die Teile sind in durchgezogenen Linien in den Stellungen gezeigt, die sie besitzen, bevor eine Verbindung aufgebrochen wird; sie sind in gestrichelten Linien in den Stellungen gezeigt, die sie besitzen, nachdem so aufgebrochen worden ist;
Fig. 6 eine bruchstückartige Draufsicht auf einen Satz der Backen- und Knaggenkombinationen, in Bezug zu einem Teil einer Werkzeugverbindung, wobei die Klemmbacken in offenem Zustand gezeigt sind;
Fig. 7 eine isometrische Explosionsansicht von einer Backen- und Knaggenkombination;
Fig. 8 eine Ansicht, teilweise im horizontalen Schnitt, die die Komponenten von einer der Klemmbacken zeigt, wobei die Klemmbacken in geschlossener Position an der Werkzeugverbindung dargestellt sind;
Fig. 9 einen vertikalen Schnitt entlang der Linie 9-9 der Fig. 8;
Fig.10 eine schematische Ansicht, die die Zustände der Klemmbacken zeigt, während eine Verbindung hergestellt wird, wobei das obere und mittlere Niveau der Klemmbacken geschlossen ist;
Fig.11 eine schematische Ansicht, die die Zustände der Klemmbacken zeigt, während diese eine Werkzeugverbindung aufbrechen, wobei die mittlere und untere Stufe der Klemmbacken geschlossen sind; und
Fig.12 eine ExPlosionsansicht, die isometrisch den hochfesten Lager-, Schwenk- und Einstellungsmechanismus für jede Klemmbacke zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Worte "uhrzeigermäßig" und "entgegen dem Uhrzeigersinn", werden bei sämtlichen Verwendungen in der vorliegenden Sache aus Sicht von oben gesehen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 einschließlich, wird das Gerät gezeigt, wie es ein fest verschweißtes Gestell oder Rahmen 10 mit Schenkeln 11 besitzt, wobei letztere das Gerät tragen, wenn es sich nicht in Gebrauch befindet. Normaler- und vorteilhafterweise, ist das Gerät, wenn es im Gebrauch ist, über demBohrloch einer Ölquelle aufgehängt. Die Aufhängung wird erreicht durch ein Drei-Element-Aufhängungsmittel 12, das seine unteren Enden mit geeigneten Punkten am Gestell 10 verbindet, und das sein oberes Ende mit einem Einstellungszylinder 13 verbindet, der von einem kabelgestützen Haken 14 (Fig. 2) getragen wird.
Das Aufhängungsmittel 12 ist normalerweise so eingestellt, daß die unten beschriebenen Klemmbackensätze in horizontalen Ebenen und in einer Höhe liegen, die durch den Einstellungszylinder 13 festgelegt wird (für eine vorgegebene Positionierung des Hakens 14). Das Schrägstellen des Gerätes kann durch Betrieb eines Schrägstellungszylinders 15 erzielt werden, der eines der drei Elemente des Aufhängungsmittels 12 bildet. Die anderen beiden Elemente umfassen Spannschrauben für Nivellierungs- oder Abgleichungszwecke.
Vorteilhafterweise werden die verschiedenen Zylinder 13, 15 und andere hydraulisch betätigt. Dieses wird mittels einer Quelle 16 hydraulischen Fluiddrucks durch verschiedene Hydraulikleitungen (nicht gezeigt) und durch Steuerungen 17 und 18 (Fig. 1) erreicht, wobei die Steuerungen mit Steuerelementen versehen werden, die im Element 16 vorhanden sind. Ein Meßinstrument 19 deutet den hydraulischen Strömungsmitteldruck an.
Als nächstes wird Bezug genommen auf die Fig. 2 und 3, insbesondere die letztere, in der ein starker, senkrechter Teil des Gestells 10 mit 10a bezeichnet ist. Der oberste Klemmbackensatz ist mit 21 numeriert worden, der mittlere Satz mit 22 und der unterste Satz ist mit 23 numeriert worden. In der bevorzugten Ausführungsform sind der oberste und der unterste Klemmbackensatz 21, 23 identisch zueinander und identisch zueinander ausgerichtet - der unterste oder Bodensatz der Klemmbacken ist direkt unterhalb des obersten Klemmbackensatzes angeordnet. Die oberen und unteren Klemmbacken sind identisch ausgerichtet, sie sind ausgelegt, um einen Werkzeugverbindungsteil in der gleichen Richtung zu drehen. Der mittlere Klemmbackensatz, Nr. 22, ist umgekehrt relativ zu den obersten und unteren Sätzen ausgerichtet und ausgelegt, den Werkzeugverbindungsteil in entgegengesetzter Richtung zu drehen. Der mittlere Klemmbackensatz ist senkrecht zum oberen und unteren Satz an den Bereichen des mittleren Satzes ausgerichtet, die an die Werkzeugverbindung angrenzen.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der obere und untere Klemmbackensatz 21, 23 fest am Rahmen- oder Gestellteil 10a befestigt. In umgekehrter Weise gehört der mittlere Klemmbackensatz 20 nicht fest zum Gestellteil 10a, sondern steht anstelle dessen in schwenkbarer Beziehung zu solcher Gestellkomponente, so daß der mittlere Klemmbackensatz 22 horizontal relativ zum Gestell geschwenkt werden kann. Die Achse solcher Schwenkbewegung liegt dabei an der Rotationsachse der Klemmbacken 22, 23. Ebenfalls ist in der bevorzugten Ausführungsform die Schwenkbefestigung des mittleren Klemmbackensatzes 22 am Gestellteil 10a nicht direkt, sondern durch einen Drehmomentübertragungszylinder 24. Genauer gesagt und bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3, ist der Zylinder (Körperteil) des Drehmomentübertragungszylinders 24 stark schwenkbar zur Gestellkomponente 10a zugehörig durch Schwenkmittel, die bei 25 gezeigt sind, wobei die Achse solchen Schwenkmittels senkrecht verläuft. Das Schwenkmittel 25 umfaßt einen oberen und unteren Schwenkbolzen 26, die sich nach unten und aufwärts durch starke horizontale Flanschteile 27 des Gestellteils 10a erstrekken. Solche Flanschteile 27 sind unmittelbar ober- und unterhalb des zylindrischen Körpers des Drehmomentübertragungszylinders 24. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Bolzen 26 ausreichend von den senkrechten Elementen des Rahmenteils 10a entfernt, so daß der Drehmomentübertragungszylinder sich in wesentlichen Winkeln relativ zu solchem Gestellteil schwenken kann.
Ein zweites, starkes Schwenkmittel 28 wird vorgesehen, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wobei dieses mit dem Ende der Kolbenstange 29 des Drehmomentübertragungszylinders 24 verbunden ist (die Stange wird in den Fig. 4 und 5 in gestrichelten Linien gezeigt). Der Rahmen 10 umfaßt obere und untere horizontale Gestellkomponenten 10b, 10c, die einen horizontalen Schlitz 33 definieren, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, um mit dem Drehmomentübertragungszylinder 24 beim Halten des mittleren Klemmbackensatzes 22 in einer horizontalen Ebene zusammenzuarbeiten. Ein Bereich des mittleren Satzes 22 der Klemmbacken wird verschiebbar im Schlitz 33 angeordnet, sandwichartig zwischen den oberen und unteren Gestellkomponenten 10b, 10c, so daß der mittlere Klemmbackensatz sich horizontal relativ zum Gestell bewegen kann, während er in einer parallelen Ebene zu denjenigen des oberen und unteren Klemmbackensatzes 21, 23 bleibt.
Als nächstes wird der obere und untere Klemmbackensatz 21, 23 beschrieben. Da (in der bevorzugten Ausführungsform) diese Klemmbackensätze identisch zueinander und identisch ausgerichtet sind, wird lediglich der oberste Satz 21 beschrieben. Dem unteren Satz 23 werden die gleichen Bezugszeichen wie beim oberen Satz gegeben. Der obere Klemmbackensatz 21 (und somit der identische untere Klemmbackensatz 23) wird zuerst generell beschrieben, wie auch der mittlere Klemmbackensatz 22. Danach wird das Verfahren generell beschrieben, gefolgt von zusätzlichen Hauptaspekten der Klemmbackensätze und des Verfahrens, die dann beschrieben werden.
Der oberste Klemmbackensatz 21 besitzt einen Kopf 36, der schwenkbar zur Schwenkbewegung um eine senkrechte Achse, einen Haken 37, gelagert ist. Der Kopf 36 ist fest mit dem oberen Ende des Gestellteils 10a verbunden (Fig. 3). Die Beziehungen sind so, daß, wenn die Werkzeugverbindungen anfänglich durch den Kopf 36 und den Haken 37 ergriffen werden, die Drehung des Kopfes 36 in Uhrzeigerrichtung zusätzlich die Klemmbacken 21 erregt, wodurch die Werkzeugverbindung zum Verdrehen derselben stark und wirksam ergriffen wird.
Genauer gesagt, und insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 7, 8 und 9, besitzt der Kopf 36 starke Plattenelemente 38 und 39, die voneinander beabstandet sind, so daß sie den Zapfen 41 des Hakens 21 zwischen ihnen aufnehmen. Die Elemente 38 und 39 sind stark aneinander durch obere und untere Kopfplatten 42, 43 befestigt, wobei diese durch Bolzen 44 in Stellung gehalten werden.
Das Element 38 des Kopfes ist stark durch Streben 46 mit dem oberen Ende des Gestellteils 10a verbunden (Fig. 3 und 8). Diese verbindungen, und alle anderen, wo Bolzen oder Schrauben nicht beschrieben sind, werden durch starke Schweißungen (nicht gezeigt) hergestellt.
Der Zapfen 41 des Hakens 37 ist an dessen oberer und unterer Seite flach und die oberen und unteren Flächen des Zapfens liegen in horizontalen Ebenen (Fig. 3) und nahe zu 42, 43. Die Seiten des Zapfens 41, an dessen Teil entfernt vom Hakenende 47 (Fig. 8) sind Abschnitte des gleichen Zylinders und sind stark mit Gewinde versehen, wie es bei 48 angedeutet ist.
Eine starke Mutter 50 mit großem Durchmesser wird auf das Gewinde 48 aufgeschraubt. Sie besitzt radiale Handgriffe H, um das Drehen zu erleichtern. Die Mutter 50 hängt nicht nur mit dem Gewinde 48 zusammen, sondern mit einem Kombinationsdreh- und Einstellungsmechanismus 51, der im Detail weiter unten beschrieben wird. Die Beziehungen sind so, daß die Drehung der Mutter 50 bewirkt, daß sich die Klemmbacken bis zur gewünschten Position relativ zu einem besonderen Durchmesser der Werkzeugverbindung öffnen oder schließen. Ferner ist der Mechanismus 51 derart, daß sich der Haken 37 um eine vorbestimmte, vertikale Achse relativ zum Kopf 36 schwenkt.
Das angedeutete Schwenken des Hakens 37 relativ zum Kopf 36 wird auf zwei Weisen erzielt. Anfänglich wird das Verschwenken durch einen Walzenzylinder 52 erzielt, der zuerst betätigt wird, um den Haken 37 einer Werkzeugverbindung zu schließen, so daß die Zahnabschnitte der Backen (weiter unten beschrieben) anfänglich die Werkzeugverbindung umfassen. Danach umschließt der Haken 37 die Werkzeugverbindung weiter, wenn der Kopf 36 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, aufgrund der Verbindung der Streben 46 mit der Gestellkomponente 10a, wie nachfolgend beschrieben wird, und erzielt einen Krafteingriff unter wirksamer Herstellung der Werkzeugverbindung.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist das Basisende des Körpers des Walzenzylinders 52 über eine Halterung 52b mit einer Strebe 46 verbunden. Die Kolbenstange des Zylinders 52 (Fig. 3 und 8) wird mit einem U-förmigen Element 53 verbunden, dessen Enden sich verschiebbar in die obere und untere längliche Nut 54 im Haken 37 erstrecken. Solche Nuten 54 sind im wesentlichen parallel zum Zapfen 41 von solchem Haken. Die Zylinder 52 und die Nuten 54 sind so ausgerichtet, daß sie dem Walzenzylinder ermöglichen, wirksam den Haken 37 zur gewünschten offenen oder geschlossenen Position zu drehen, ohne eine Bindung hervorzurufen.
Das Hakenende 47 des Hakens 37 erstreckt sich vom Gestellteil 10a generell parallel zu den Streben 46 weg. Der Raum zwischen dem äußeren Ende des Hakens 47 und dem gegenüberliegenden Bereich des Kopfes 36 ist offen, so daß der Backensatz 21 (und 23) leicht um die Werkzeugverbindung herum angeordnet werden kann, wenn das gesamte Gerät in Richtung auf die Werkzeugverbindung bewegt wird, wie es anschließend beschrieben wird.
Eine typische Werkzeugverbindung wird schematisch in den Fig. 10 und 11 gezeigt, wobei die Verbindung eine obere Komponente 56 besitzt, die mit einer unteren Komponente 57 schraubbar verbunden ist. In einem üblichen Bohrrohrstrang wird die obere Komponente uhrzeigermäßig unter Herstellung der Verbindung gedreht.
Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist, werden der obere und untere Klemmbackensatz 21 bzw. 23 alternativ geschlossen, um das tatsächliche Zusammendrehen der Verbindung zu erzielen. Der mittlere Klemmbackensatz 22 wird andererseits für ein solches Verdrehen immer geschlossen.
Unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 3 wird als nächstes mit dem mittleren Satz 22 der Klemmbacken vorangegangen, wobei dieser identisch zu den oberen und unteren Klemmbackensätzen 21, 23 aufgebaut ist, abgesehen davon, wo es besonders beschrieben wird.
Wie der untere und obere Satz 21 bzw. 23 öffnet sich der mittlere Satz 22 weg vom Gestellteil loa, so daß sämtliche drei Klemmbackensätze 21 bis 23 gleichzeitig an der Werkzeugverbindung 56,57 befestigt sind, wenn das Gerät in Richtung auf solche Verbindung bewegt wird. Äußerst wichtig ist es jedoch, daß der mittlere Satz 22 der Klemmbacken umgekehrt in Bezug zum oberen und unteren Satz 21, 23 ausgerichtet ist. Auf diese Weise erstreckt sich das Hakenende des Klemmbackensatzes 22 in einer Richtung, die diametral der des Hakenendes der Klemmbackensätze 21,23 gegenüberliegt. Dementsprechend wirkt der mittlere Klemmbackensatz weiter auf einen Werkzeugverbindungsbestandteil ein und dreht denselben, wenn der mittlere Satz der Uhrzeigerrichtung entgegengedreht wird, wie es schon vorher angegeben wurde.
Die Bestandteile des mittleren Satzes 22, abgesehen von denjenigen zusätzlichen Bestandteilen, die besonders beschrieben werden, erhalten die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen Bestandteile des oberen und unteren Satzes 21,23, abgesehen davon, daß in jedem Fall der Buchstabe "a" hinzugefügt wird.
Wie schon vorher angedeutet, ist der mittlere Klemmbackensatz nicht direkt mit dem Gestellteil 10a verbunden, sondern anstelle dessen schwenkbar über das Schwenkmittel 28 mit dem Ende der Kolbenstange 29 (Fig. 4 und 5) des drehmomentausübenden Zylinders 24 verbunden. Genauer gesagt, sind die Streben 46a, die den Kopf 36a tragen, mit einer senkrechten Platte 60 verbunden, die wiederum fest mit einer zweiten senkrechten Platte 61 verbunden ist, an der die obere und untere horizontale Platte 62 bzw. 63 befestigt sind. Zwischen den horizontalen Platten 62, 63 erstreckt sich ein Zylinder 64, wobei der Zylinder und die Platten 62, 63 Teil des Schwenkmittels 28 darstellen, das die starke Schwenkverbindung zwischen der Kolbenstange des Zylinders 24 und dem mittleren Klemmbackensatz 22 bewirkt.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DES VERFAHRENS BEZÜGLICH DER SOWEIT BESCHRIEBENEN GERÄTETEILE

Generell gesagt umfaßt das Verfahren das Anordnen von drei senkrecht beabstandeten Klemmbackensets, die an einem gemeinsamen Gestell bzw. Aufbau am Bohrloch einer Quelle und angrenzend an einen Rohrstrang befestigt sind, der schraubbare Verbindungen besitzt. Die Muttern 50 und 50a werden gedreht, um die Backenöffnungen auf die geeignete Größe für das besondere Rohr einzustellen, an dem gearbeitet wird.
Um eine Verbindung herzustellen, wird der obere Rohrabschnitt gedreht (aufgedreht) durch ein Drehwerkzeug, bis nur noch das letztendliche Festziehen erforderlich ist. Danach wird das vorliegende Gerät auf eine solche senkrechte Stellung eingestellt, das der obere Klemmbackensatz 21 an den oberen Bestandteil 56 der Werkzeugverbindung angrenzt (Fig. 10). Danach grenzt der mittlere Klemmbackensatz 22 - aufgrund des Ausmaßes des Abstandes zwischen den senkrecht beabstandeten Bolzenschlüsseln - an den unteren Bestandteil 57 der Werkzeugverbindung an. Der untere Klemmbackensatz 23 liegt dann normalerweise unterhalb der Werkzeugverbindung, und grenzt an das Rohr selbst an.
Der obere und mittlere Klemmbackensatz 21 bzw. 22 wird dann am Rohr geschlossen, gefolgt vom oberen Klemmbackensatz, der dann gedreht wird, um die Verbindung herzustellen. Danach werden die oberen und mittleren Klemmbackensätze geöffnet, um so die hergestellte Verbindung freizugeben.
Um eine Verbindung aufzubrechen (oder zu lösen) bevor sie aufgeschraubt wird (durch Aufdrehen unter Verwendung eines üblichen Aufdrehwerkzeuges), wird das Gerät senkrecht zur in Fig. 11 gezeigten Position bewegt. Der mittlere Klemmbakkensatz 22 grenzt dann an den oberen Bestandteil 56 der Verbindung an, der untere Klemmbackensatz 23 grenzt an den unteren Verbindungsbestandteil 57 an, und der obere Klemmbackensatz 21 liegt normalerweise über der Verbindung.
Die mittleren und unteren Klemmbackensätze 22, 23 werden danach geschlossen, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Der mittlere Klemmbackensatz 22 wird danach entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, um die Verbindung aufzubrechen oder zu lösen.
Das Verfahren umfaßt das Vorsehen des oberen, mittleren und unteren Klemmbackensatzes in senkrecht beabstandeter Beziehung und ihre gemeinsame Verbindung in einem unabhängigen Werkzeug. Der obere und der untere Klemmbackensatz 21 bzw. 23 sind beide an einem gemeinsamen Gestell befestigt.
Der mittlere Klemmbackensatz 22 ist nicht am Gestell befestigt, sondern anstelle dessen schwenkbar dazu gelagert, wobei die Beziehungen derart sind, daß der mittlere Klemmbackensatz horizontal relativ zum Gestell geschwenkt werden kann und zu anderer Zeit kann das Gestell horizontal relativ zum mittleren Klemmbackensatz geschwenkt werden. In der bevorzugten Form wird so ein relatives Verschwenken durch einen Drehzylinder erreicht, der das Gestell und den mittleren Klemmbackensatz verbindet.
Um eine Verbindung nach dem Aufdrehen des oberen Rohrabschnittes herzustellen, wird das Werkzeug in die in Fig. 10 gezeigte vertikale und horizontale Stellung gebracht. Ferner ist das Werkzeug über dem Bohrloch aufgehängt, z.B. an einem Bohrausrüstungshaken, wie er in Fig. 2 gezeigt wird.
Der obere und mittlere Klemmbackensatz 21 bzw. 22 wird danach geschlossen. Da der Klemmbackensatz 22 am unteren Verbindungsbestandteil 57 geschlossen ist, können sie sich nicht bewegen, da der Rohrstrang, der sich schon im Bohrloch befindet, stark dazu neigt, eine solche Bewegung zu verhindern. Auf diese Art und Weise bleibt der mittlere Klemmbackensatz 22 stationär und das gesamte übrige des Werkzeuges dreht sich um eine vertikale Achse, wenn der Drehmomentübertragungszylinder 24 betätigt wird. Die Drehungsrichtung wird derart hervorgerufen, daß eine verbindung zwischen den Werkzeugverbindungsabschnitten 56,57 hergestellt wird. Die Klemmbacken 21, 22 werden danach geöffnet und das Werkzeug nimmt seine ursprüngliche Position wieder ein.
Es dürfte einleuchten, daß das gesamte Werkzeug auf diese Weise gedreht werden kann, da es in einer relativ frei drehbaren Weise aufgehängt wird, zumindest über einen geringen Winkel, der zur Herstellung der Verbindung erforderlich ist.
Um die Verbindung aufzubrechen bzw. zu lösen, wird das Werkzeug in der in Fig. 11 gezeigten Ausrichtung positioniert, wobei der mittlere und untere Klemmbackensatz 22 bzw. 23 geschlossen ist. Da der untere Klemmbackensatz 23 fest mit dem Gestell des Werkzeugs verbunden ist, dreht der Betrieb des Drehmomentübertragungszylinders nicht das Werkzeug, sondern dreht anstelle dessen lediglich den oberen Verbindungsbestandteil 56. Die Drehungsrichtung ist derart, daß die Verbindung aufgebrochen wird. Die Klemmbakkensätze 22, 23 werden danach geöffnet.
Genauer gesagt, sind die Klemmbackensets derart, daß sie ansprechend auf Rotationen einer besonderen Richtung wirksam werden. Der obere und untere Klemmbackensatz 23 sind in gleicher Weise ausgerichtet, während der mittlere Klemmbakkensatz 22 umgekehrt ausgerichtet ist. Genauer gesagt, sind der obere und untere Klemmbackensatz so ausgerichtet, daß sie dazu neigen, das Rohr in Uhrzeigerrichtung zu drehen, während der mittlere Klemmbackensatz so ausgerichtet ist, daß er das Rohr entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.
Das Herstellen einer Verbindung wird in Fig. 4 angedeutet, in der die Teile mit den Klemmbacken geschlossen um die Werkzeugverbindung gezeigt werden. Die Position unmittelbar vor der Herstellung wird in durchgezogenen Linien gezeigt, wobei der Drehmomentübertragungszylinder 24 in seinem zurückgezogenen Zustand gezeigt ist. Zum Herstellen der Verbindung wird der Drehmomentübertragungszylinder 24 in seine ausgestreckte Position gebracht, die in gestrichelten Linien in Fig. 4 gezeigt ist. Da der mittlere Klemmbackensatz 22 am unteren Verbindungsbestandteil 27 festgemacht ist, bewirkt solche Ausstreckung, daß das gesamte Werkzeug sich im Uhrzeigersinn dreht und deshalb sich der obere Klemmbackensatz damit unter Herstellung der Verbindung dreht. Die Klemmbacken werden danach geöffnet.
Es dürfte einleuchten, daß der untere Klemmbackensatz 23 bei der Drehung des Werkzeuges nicht stört, da er zu jeglicher Zeiten während des Herstellungsbetriebes geöffnet ist, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.
Das Lösen einer Verbindung wird in Fig. 5 gezeigt, die in Verbindung mit Fig. 11 zu betrachten ist. Das Werkzeug wird in die Fig. 11-Position angehoben und der mittlere und untere Klemmbackensatz 22 bzw. 23 am oberen bzw. unteren Werkzeugverbindungsabschnitt 56 bzw. 57 geschlossen. (Der Klemmbackensatz 21 wird nicht geschlossen). Letzteres wird durchgeführt, während der Verdrehungszylinder 24 in seinem zurückgezogenen Zustand ist, wie es die durchgezogenen Linien in Fig. 5 zeigen.
Danach wird der Verdrehungszylinder wiederum ausgestreckt bzw. zu der in gestrichelten Linien gezeigten Position verlängert, die er innehatte während des Herstellungsablaufes, der in Bezug zu Fig. 4 beschrieben worden ist, wobei sich jedoch dieses Mal das Werkzeug nicht dreht. Anstattdessen wird das Werkzeug am stationären unteren Verbindungsteil 57 durch den Klemmbackenset 23 festgesetzt. Lediglich der mittlere Klemmbackensatz 22 dreht sich. Die Zylinderverlängerung bewirkt die im Uhrzeigersinn entgegengesetzte Drehung des mittleren Klemmbackensatzes 22, wodurch ie Werkzeugverbindung aufgebrochen wird. Die Klemmbacken werden danach geöffnet.
Ein Aspekt des Verfahrens umfaßt das anfängliche Schließen der in einziger Richtung beweglichen Backen durch Greifzylinder, wie z.B. die Zylinder 52 und 52a. Solche Zylinder erzielen das anfängliche Ergreifen, wenn sie mit den weiter unten beschriebenen Preß- oder Druckmitteln verbunden sind, während die Haken- und Kopfkombination der Klemmbacken das letztendliche Ergreifen, ansprechend auf die Drehung oder die versuchte Drehung eines Rohrabschnitts, erreicht. Jeder der bevorzugten Klemmbackensätze wird lediglich in einer einzigen Richtung in Bezug zum Rohr nach der bevorzugten Ausführungsform betätigt.
In der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bewirkt der Betrieb des einzigen Verdrehungszylinders in der gleichen Richtung die Herstellung einer Verbindung, wenn eine Verbindung hergestellt wird, und bewirkt das Aufbrechen einer Verbindung, wenn eine Verbindung aufgebrochen wird. In der bevorzugten Form ist diese einzige Richtung diejenige, welche bewirkt, daß sich der Zylinder ausstreckt bzw. verlängert.

BESCHREIBUNG DER BACKEN- UND KNAGGEN-MITTEL

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 einschließlich, werden die Backen- und Knaggen-Mittel gezeigt, die ausgelegt sind, (1) um wirksam Werkzeugverbindung nach Werkzeugverbindung zu ergreifen, ohne dieselben zu beschädigen, (2) mit unterschiedlichen Durchmessern von Werkzeugverbindungen innerhalb eines vorbestimmten breiten Bereiches verwendbar zu sein, und (3) sich automatisch zu öffnen und zu schließen, während das Gerät von einem Rohstrang weg und auf ihn zu bewegt wird.
Die Backen- und Knaggen-Elemente an den gegenüberliegenden Seiten der Werkzeugverbindungen sind Spiegelbilder voneinander, weshalb ihnen die gleichen Bezugszeichen gegeben worden sind.
Das starke Element 39 des Kopfes 36 und das Hakenende 47 des Hakens 37 werden mit gegenüberliegenden Ausnehmungen der Wandungen 65 versehen, die generell halbzylindrisch sind (Fig. 7). Jede solche Ausnehmung nimmt drehbar ein Backensegment 66 auf, das auch generell halbzylindrisch ist. Wie in den Fig. 7 und 9 gezeigt ist, besitzt jedes Backensegment 66 einen mittigen Teil 67, dessen Durchmesser und Höhe dem der Wandung 65 entspricht, in das das Backensegment hineinpaßt. Ferner besitzt das Backensegment obere und untere Flanschabschnitte 68, die über und unter das Element 39 oder das Hakenende 47 passen. Die Kopfplatten 42, 43 sind hinterschnitten, um eine Störung mit den Flanschabschnitten 68 zu verhindern.
In jedem Backensegment 66 ist ein Preßeinsatz 69 beweglich gelagert, der eine Vielzahl länglicher, senkrechter Zähne 71 besitzt (Fig. 7). Jeder Preßeinsatz 69 wird in seinem zugehörigen Backensegment 66 in schwalbenschwanzartiger Beziehung gehalten, wobei verhindert wird, daß er sich senkrecht über die Kantenabschnitte der weiter unten beschriebenen Knaggenplatten bewegt.
In der bevorzugten Ausführungsform liegen die Oberseiten der Zähne jeder Backe nicht in einer Ebene, sondern stattdessen entlang einer Ebene eines senkrecht angeordneten imaginären Zylinders. So ein imaginärer Zylinder besitzt einen Durchmesser, der etwas größer ist als der des größten Durchmessers der Werkzeugverbindung, für den das vorliegende Gerät im Betrieb ausgelegt ist. Wo (z.B.) der größte Durchmesser der Werkzeugverbindung 7 inches beträgt, besitzt der imaginäre Zylinder einen Durchmesser von 7 bis 3/8 inches. Waagerechte Knaggenplatten 73 sind über und unterhalb jedes Backensegments 66, z.B. durch Schrauben 74, befestigt. Jede Knaggenplatte besitzt einen bogenförmigen Schlitz 75, wobei der Schlitz dasselbe Zentrum (senkrechte Achse) besitzt wie das der zugehörigen halbzylindrischen Wandung 65. Eine Schraube 76 erstreckt sich durch jeden Schlitz 75 und wird in die zugehörige Platte 42,43 (und das Element 39) oder Hakenende 47 geschraubt. Die Schlitzwände wirken mit den Schrauben 76 zusammen, und halten die Preßsegmente 66 drehbar in ihren zugehörigen Ausnehmungen sitzmäßig gelagert, wobei die generell halbzylindrischen Wandungen 65 an die entsprechenden Wandungen der mittigen Teile 67 angrenzen.
Die Knaggenplatten 73 besitzen Kantenabschnitte 77, die mit der Werkzeugverbindung 56 (und 57) in Nocken und Nockenfolgerbeziehung zusammenwirken. Auf diese Art und Weise sind die Kantenabschnitte 77, wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt wird, relativ gerade angrenzend an die Außenbereiche der Backeneinsätze 69 und nach vorn (außen) von den Bereichen der vordersten Zähne 71 geneigt. An den Bereichen, die von den Preßeinsätzen relativ entfernt sind, sind die Kanten 77 abgerundet, um die Befestigung des vorliegenden Werkzeugs am Bohrstrang zu erleichtern.
Fig. 6 zeigt den Knaggen- und Backenapparat in Positionen, die eingenommen werden, wenn das Werkzeug vom Rohrstrang wegbewegt wird. Dieses geschieht, wenn die verschiedenen Greifzylinder 52 in ihren zurückgezogenen Zuständen und die Klemmbacken offen sind.
Fig. 8 zeigt die Positionen der Teile, nachdem die Werkzeugverbindung 56, 57 zentriert ist - durch Anschlagmittel, die weiter unten beschrieben werden - zwischen den Backensegmenten 66 und nachdem die Zylinder 52 in ihren ausgestreckten Zustand überführt worden sind, um die Klemmbacken anfänglich zu schließen.
Die Teile sind derart aufgebaut und die Muttern 50 so eingestellt, daß, wenn die Klemmbacken anfänglich geschlossen werden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, die mittigen Teile der Preßeinsätze 69 in Eingriff mit den im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Bereichen der Werkzeugverbindung 56,57 liegen. Die Preßeinsätze werden automatisch am Rohr zentriert.
Nachdem die Verbindung hergestellt oder gelöst worden ist, werden die Zylinder 52 zu ihren zurückgezogenen Zuständen überführt, um die Klemmbacken zu öffnen. Der vorliegende Apparat wird danach von der Werkzeugverbindung 56,57 wegbewegt und die Teile kommen danach in die in Fig. 6 gezeigte Position, bevor der Apparat vollständig von der Werkzeugverbindung weggeführt wird.
Während sich der Apparat von der in Fig. 8 gezeigten, zu der in Fig. 6 gezeigten Position bewegt, werden die Backenoder Preßsegmente 66 in entgegengesetzten Richtungen geschwenkt, so daß deren Innenbereiche (diejenigen Bereiche relativ angrenzend an den Zapfen 41 des Hakens) relativ dicht zusammen sind, wie es in Fig. 6 gezeigt wird. Anders gesagt, das in Fig. 6 gezeigte linke Backensegment 66 schwenkt in Uhrzeigerrichtung, während der Apparat von der Werkzeugverbindung wegbewegt wird, während das rechte gezeigte Backensegment sich im entgegengesetzten Uhrzeigersinn bewegt. Die inneren Preßabschnitte (diejenigen am nächsten zum Zapfen 41), sind dann relativ dicht beieinander und in Stellung zum Eingriff und werden durch eine Werkzeugverbindung 56,57 auseinanderbewegt, wenn der Apparat wiederum an einer Werkzeugverbindung befestigt wird.
Wenn eine weitere Verbindung hergestellt oder gelöst werden soll, wird der Apparat bzw. das Gerät auf eine solche weitere Verbindung bewegt, die normalerweise anfänglich in Kontakt mit einem oder dem anderen der senkrecht ausgerichteten Sätze der Knaggenplatten 73 an deren abgerundeten Bereichen gelangt. Das vorliegende Gerät wird danach weiter in Richtung zur Werkzeugverbindung bewegt, bis die Werkzeugverbindung am weiter unten beschriebenen Anschlagmittel festsitzt. Danach werden die Greifzylinder 52 verlängert, so daß die Zähne 71 anfänglich in die Werkzeugverbindungsfläche hineingreifen. Die Backen zentrieren dann automatisch, wie es oben angegeben wurde.
Wenn die Werkzeugverbindung eine solche ist, die im Durchmesser relativ klein ist, treten lediglich die relativ mittig angeordneten Zähne 71 in Eingriff und ergreifen die Werkzeugverbindungsflächen. Dies ist zufriedenstellend, da weniger Drehmoment erforderlich ist, um eine im Durchmesser relativ kleine Werkzeugverbindung zu lösen oder herzustellen, im Vergleich zu dem, das erforderlich ist, um eine Werkzeugverbindung mit relativ großem Durchmesser herzustellen oder zu lösen. Wenn die Werkzeugverbindung im Durchmesser relativ groß ist, so daß sämtliche oder im wesentlichen sämtliche Zähne 71 in Eingriff treten und sich in die Werkzeugverbindungsflächen "hineinbeißen", treten mehr Zähne mit der Werkzeugverbindung in Eingriff, um das zusätzliche Drehmoment zu übertragen, das für Werkzeugverbindungen mit relativ großem Durchmesser erforderlich ist.
Wie oben angegeben, wird der Durchmesser des imaginären Zylinders, der die Oberseite der Zähne 71 enthält, etwas größer festgelegt, als der Durchmesser der Werkzeugverbindung mit dem größten Durchmesser, die mit vorliegenden Gerät hergestellt oder gelöst werden soll. Dieses geschieht deshalb, da eine anfängliche Belastungskonzentration bei denjenigen Zähnen auftritt, die anfänglich mit der Werkzeugverbindung in Eingriff treten, wenn die Greifzylinder sich ausdehnen, und wodurch solche Zähne in die Werkzeugverbindung mit hoher Belastungskonzentration hineingreifen und so ein Rutschen verhindern. Wenn der Druck als Ergebnis des Verdrehens und konsequenten Verschwenkens der Haken zunimmt, beißen die Zähne mehr und mehr hinein, jedoch nicht soviel, daß sie die Werkzeugverbindung beschädigen.
Wenn das Gerät an eine Werkzeugverbindung angelegt wird, tritt die Werkzeugverbindung anfänglich in Eingriff mit den inneren Bereichen der Backensegmente, nämlich mit denjenigen, die am nächsten zum Zapfen 41 liegen, die dann in der allgemein geschwenkten Position der Fig. 6 sind. Ein solcher Eingriff bewirkt, daß die inneren Bereiche der Backensegmente sich in entgegengesetzten Richtungen schwenken (im entgegengesetzten Uhrzeigersinn relativ zum linken Segment in Fig. 6, in Uhrzeigerrichtung relativ zum rechten Segment darin), bevor das weiter unten beschriebene Anschlagmittel berührt wird.
Die Durchmesser und Zentren der Backensegmente 66 sind derart, daß das Drehen der Klemmbackensätze zu deren zunehmender Wirkung für ein festeres Zubeißen der Zähne 71 in die Werkzeugverbindungsflächen führt, ohne die Werkzeugverbindung einzudrücken oder zu beschädigen. Die Mitte der generell halbzylindrischen Fläche des mittigen Teils 67 jedes Backenelementes 66 wird etwas in die Wand der Werkzeugverbindung 56,57 hinein angeordnet. Zum Beispiel und bezugnehmend auf Fig. 8 wird die Mitte des mittigen Teils 67, die rechts gezeigt ist, etwas nach links von den Zähnen 71 von solchem rechten Backensegment angeordnet. Auf gleiche Weise liegt das Zentrum des linken Preßsegments 66 (Fig. 8) etwas rechts von den Zähnen solchen linken Backensegments. Diese Beziehung bewirkt, daß die Backen selbstwirkend sind und sich während des Verdrehens in die Werkzeugverbindung hineinbeißen, anstelle sich von der Werkzeugverbindung abzurollen.
Gerät und verfahren zur Positionierung unterschiedlicher Durchmesser von Werkzeugverbindungen in geeigneter Beziehung zu den Backen und zur Positionierung des mittleren Klemmbackensatzes 22 in geeigneter Drehposition vor dem Beginn der Herstellung einer Verbindung oder ihrer Auflösung.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 5 werden zwei generell L-förmie Winkelhebel 78 vorgesehen, wobei die gezeigten Winkelhebel über- und unterhalb des mittleren Klemmbackensatzes 22 liegen. Die Winkelhebel 78 sind an entsprechenden Positionen mit dem oberen und unteren Ende der senkrechten Welle 79 verbunden. Solch ein Schaft ist schwenkbar an seinen Enden an Ösen 81 gelagert, die am Gestellteil 10 des Gerätes befestigt sind.
Ein Betätigungswinkhebel 82 ist ebenfalls mit der Welle 79 verbunden, wobei das äußere Ende eines solchen Winkelhebels 82 schwenkbar mit einer Verbindung 83 und somit einer Mutter 84 verbunden ist. Die Mutter 84 nimmt einen mit Gewinde versehenen Welle 86 auf, an dessen äußerem Ende ein Knopf oder Handgriff 87 befestigt ist.
Die Mutter 84 ist an eine Halterung 88 angeschweißt, die am Gestell 10 befestigt ist. Die Welle 86 ist nicht mit solcher Halterung 88 verbunden, abgesehen von der Mutter 84. Das Ende der Welle 86 ist drehbar gegenüber einer Halterung 89 (jedoch ohne die relative Axialbewegung zu gestatten), die schwenkbar mit der Verbindung 83 verbunden ist.
Mit dem beschriebenen Aufbau bewirkt die Drehung des Handgriffs 87 das Schwenken der Welle 79 und stellt so die Endflächen 91 des Winkelhebels 78 vorwärts und rückwärts ein. Diese Endflächen 91 wirken als Anschläge, die mit der Werkzeugverbindung 56,57 in Eingriff treten. Für jegliche Größe der Werkzeugverbindung im Betriebsbereich für das besondere Werkzeug (z.B. ein Bereich von 3,5 inch O.D. bis 7 inch O.D.) wird der Handgriff 87 in solche Position gedreht, daß die Endflächen 91 die Werkzeugverbindung in den Klemmbacken 21 bis 23 zentrieren.
Um das Gerät für unterschiedliche Durchmesser von Werkzeugverbindungen einzustellen, wird der Handgriff 87, wie beschrieben, gedreht. Ferner werden die verschiedenartigen Muttern 50 gedreht, um jeden Klemmbackensatz 21 bis 23 zu öffnen oder zu schließen, wie nachfolgend beschrieben wird, um die unterschiedlichen Verbindungsdurchmesser aufzunehmen.
Als nächste werden die Mittel und das Verfahren beschrieben, mit denen der mittlere Klemmbackensatz 22 in die gewünschte Position gebracht wird, bevor mit dem Verbindungs- oder Lösungsablauf begonnen wird. Die Mittel zum Erzielen dieses Ergebnisses stehen in Wechselbeziehung zu den einstellbaren Anschlagmitteln, die oben beschrieben wurden.
An der Welle 79 wird ein dritter Winkelhebel, der mit 92 bezeichnet ist, vorgesehen, der schwenkbar über eine Verbindung 93 mit dem Schwenkanschlag 94 verbunden ist. Der Anschlag 94 ist schwenkbar bei 96 mit einer Halterung 97 am Gestell 10 verbunden (Fig. 5). Die Verbindung 93 ist in der Länge einstellbar und aus zwei Bestandteilen gebildet, die einander überlappen und gemeinsam durch Bolzen 98 befestigt sind, die sich durch einen Längsschlitz 99 (Fig. 5 ) erstrecken.
Ein senkrechter Bolzen 101 wird fest an der oberen Kopfplatte 42a des mittleren Klemmbackensatzes 22 befestigt. Der Bolzen 101 erstreckt sich nach oben bis zur Höhe des Schwenkkanschlags 94, wobei letzterer eine waagerechte Platte ist, die eine relativ scharfe, konkave Kante 102 an deren Seite relativ angrenzend zum Bolzen 101 besitzt (Fig. 5). Eine schraubenförmige Spannfeder 103 verläuft zwischen dem mittleren Klemmbackensatz 22 und dem Rahmen bzw. Gestell 10, wobei solche Feder ausgerichtet ist, um den mittleren Klemmbackensatz in einer Position vorzuspannen, bei der der Bolzen 101 mit der konkaven Kante 102 des Anschlags 94 in Eingriff tritt. Genauer gesagt, ist die Feder 103 mit dem äußeren Ende des Körpers des Zylinders 52a des mittleren Klemmbackensatzes verbunden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Während des oben beschriebenen Verfahrensabschnitts, durch den eine Werkzeugverbindung hergestellt wird, wird der mittlere Klemmbackensatz 22 in seiner Position festgelegt, während das Gestell 10 in Uhrzeigerrichtung bewegt wird. Wenn das Gestell sich auf diese Weise in Uhrzeigerrichtung bewegt, schwenkt der Anschlag 94 von dem dann stationären Bolzen 101 weg. Umgekehrt wird, wenn eine Verbindung gelöst wird, das Gestell durch den unteren Klemmbackensatz 23 stationär gehalten, während der mittlere Klemmbackensatz 22 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird, so daß sich der Bolzen 101 von dem dann stationären Anschlag 94 wegbewegt. In jedem Fall dehnt sich die Feder 103 aus und schwenkt anschließend den mittleren Klemmbackensatz 22 relativ zum Gestell, bis der Bolzen 101 zu einem weichen Anlegen an die abgebogene Kante 102 des Anschlags 94 kommt.
Dieses Anlegen ist "weich", da die schraubenförmige Spannungsfeder arbeitet, während der Verdrehungszylinder 24 hydraulisch zurückgezogen wird. Er (und alle hier beschriebenen Zylinder) sind doppelwirkend. Solches Zurückziehen bewirkt, daß sich die Teile, die in Fig. 4 und 5 in gestrichelten Linien dargestellt sind, zu den in durchgezogener Linie dargestellten Positionen verschieben. Das Zurückziehen des Zylinders 24 wird in jedem Fall bewirkt, nachdem die Verbindung hergestellt oder gelöst worden ist, und nachdem die Greifzylinder 52 in ihre Klemmbacken-offenen Positionen zurückgezogen worden sind. Der Anschlag 94 wird gleichzeitig zur Einstellung der Endflächen eingestellt, wie es oben beschrieben worden ist, indem der Handgriff 87 gedreht wird, um die Welle 79 zu drehen. Die verschiedenen Winkelhebel und Verbindungen sind im richtigen Verhältnis und eingestellt (es sei daran erinnert, daß die Verbindung 93 in der Länge einstellbar ist, indem die Bolzen 98 (Fig. 5) zuerst gelöst und dann festgezogen werden) in einer solchen Weise, daß der mittlere Klemmbackensatz in der korrekten Schwenkposition relativ zum oberen und unteren Klemmbackensatz 21 bzw. 23 für jeden Durchmesser der Werkzeugverbindung ist.
Auf diese Weise wird zur Veränderung des Geräts zum Betrieb bei einem abweichenden Durchmesser der Werkzeugverbindung gegenüber dem, der beim vorangegangenen Betriebsablauf vorlag, der Handgriff 87 gedreht, um den Anschlag 94 in der geeigneten Richtung für den abweichenden Verbindungsdurchmesser zu verschieben. Ferner werden die drei Muttern 50 und 50a auf ihren mit Gewinde versehenen Zapfen 41 gedreht, um die Klemmbackensätze zu öffnen oder zu schließen, um den neuen Durchmesser der Werkzeugverbindung in geeigneter Weise einzustellen. Markierungen können am Zapfen 41 und Anschlag 94 vorgesehen werden, um diese Einstellungsvorgänge zu unterstützen.
Die Köpfe 36 des oberen und unteren Klemmbackensatzes 21,23 sind in ihrer Stellung in senkrechter Ausrichtung festgelegt. Auf diese Art und Weise bewirkt der Haken 37a des mittleren Klemmbackensatzes 22 an seinen Zähnen, daß er direkt zwischen und symmetrisch zu den Zähnen des oberen und unteren Kopfes 36 ist. Es ist der Kopf 36a des mittleren Klemmbackensatzes 22, der in seiner Position eingestellt wird, um die unterschiedlichen Verbindungsdurchmesser Passend zu machen. Anders gesagt, werden die beschriebenen Anschlag- und Bolzenmechanismen 94,101 etc., nachdem die Backenöffnungen für den besonderen Verbindungsdurchmesser korrekt sind, so eingestellt, daß, wenn der Bolzen 101 den Anschlag 94 berührt, die Zähne des Kopfes 36a des mittleren Klemmbackensatzes direkt symmetrisch zu den Zähnen des oberen und unteren Hakens 37 sind.
Beschreibung des Schwenk- und Einstellungsmittels und Verfahren zum Zuordnen der Muttern 50 zu den Hakenzapfen 41 und Köpfen 36 in präzisionsgerechter Weise.
Wiederum wird der Schwenk- und Einstellungsteil lediglich des oberen Klemmbackensatzes 21 beschrieben, wobei es einleuchten dürfte, daß der untere Klemmbackensatz 23 die gleichen Elemente besitzt, die identisch numeriert sind. Ebenfalls besitzt der mittlere Klemmbackensatz die gleichen Elemente, ebenfalls identisch bezeichnet, abgesehen davon, daß ihnen jeweils der Buchstabe "a" folgt.
Bezugnehmend auf die Fig. 8 und 12 besitzt die Mutter 50 einen starken Kragen 106, der teilweise teleskopartig darüber und am Mutterende relativ angrenzend an den Kopf 36 angeschweißt ist. Ein Lagerring 107 ist fest schwenkbar mit dem Kopf 36 verbunden. Solch ein Lagerring besitzt einen Außendurchmesser, der dem der Mutter 50 entspricht. Die äußere Zylinderfläche des Lagerrings 107 Paßt verschiebbar in den Kragen 106 hinein, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.
Der Lagerring 107 besitzt eine Ringnut 108 an dessen Außenseite. Die Ringnut 108 ist radial nach innen von Bolzen 109 angeordnet und nimmt diese auf, die sich radial nach innen durch das herausragende Ende des Kragens 106 erstrecken. Die Bolzen sind kreisförmig um den Kragen 106 beabstandet und ihre inneren Enden verhindern, daß sich die Kombination aus Mutter 50 und Kragen 106 axial relativ zum Lagerring 107 bewegen. Andererseits bewirkt die Drehung der Kombination von Mutter 50 und Kragen 106, daß sich der Zapfen 41 und somit alles vom Haken 37 axial relativ zum Kopf 36 bewegt, wobei die Bewegungsrichtung von der Drehungsrichtung der Mutter und des Kragens abhängt.
Der Lagerring 107 ist fest an einem Zylinder 111 angeschweißt, der drehbar in senkrechter Beziehung zur oberen und unteren Platte 42,43 des Kopfes 36 gelagert ist. Der Zylinder 111 besitzt einen Hauptkörper 112 mit relativ großem Durchmesser, der koaxial starr mit oberen und unteren Ansätzen 113 verbunden ist.
Der Körper 112 des Zylinders 111 ist ausreichend lang, um sich zwischen den Außenflächen der Kopfplatten 42 und 43 zu erstrecken. Er tut dieses durch die halbzylindrisch verlaufenden Öffnungen 114, die in solchen Kopfplatten an deren Kanten angrenzend an die Mutter 50 und zwischen den starken Elementen 38,39 ausgebildet sind (Fig. 8).
Um den Zylinder 111 in halbzylindrisch verlaufenden Öffnungen 114 zu halten, sind der obere und untere C-Ring 116 durch Schrauben an der oberen und unteren Kopfplatte befestigt. Jeder C-Ring besitzt einen Innendurchmesser, der lediglich etwas größer ist als der der Ansätze 113 des Zylinders 111. Da die C-Ringe sich mehr als 180º erstrekken, verhindern sie, daß der Zylinder 111 sich von den Kopfplatten wegbewegt. Zur gleichen Zeit verhindern die C-Ringe die nach oben und unten gerichtete Bewegung des Zylinders 111.
Der Lagerring 107, der ebenfalls ein Einstellring dahingehend ist, daß er beim Feststellen der Zapfenpositionen des Hakenelements mitwirkt, ist ausreichend von den Kopfplatten 42, 43 und den anderen Kopfelementen entfernt, so daß der Lagerring 107 um eine senkrechte Achse über einen vorbestimmten Winkel schwenken kann. Dieser vorbestimmte Winkel ist ausreichend groß, um jegliche Winkelpositionen zu ermöglichen, zu der der Zapfen 41 geschwenkt wird, aufgrund des Betriebs des Greifzylinders 52 oder aufgrund des Betriebs des Verdrehungszylinders 24.
Die Öffnung 114 und der Zylinder 111 sind nicht relativ zum Lagerring 107 zentriert, sondern stattdessen an dessen einer Seite angeordnet, wie es in den Fig. 8 und 12 gezeigt wird, wobei solche Seite diejenige an der gegenüberliegenden Seite des Zapfens 41 vom Hakenende 47 ist. Der Hauptkörper 112 des Zylinders 111 ist an einer Seite so herausgeschnitten, daß, wie in Fig. 12 ersichtlich, der Zylinderkörper 1112 generell U-förmig erscheint. Die Seitenpositionierung und das Herausschneiden sind derart, daß der Zapfen 41 des Hakens 37 sich durch den Zylinderkörper und zwischen den starken Elementen 38 und 39 erstrecken kann.
Ferner ist die Mutter 50 mit einem Gewinde versehen und verläuft auf dem Gewinde 48 des Zapfens 41, wobei der Lagerring 107 eng um das Gewinde 48 herumverläuft. Dementsprechend schafft das beschriebene Gerät eine genau angeordnete senkrechte Schwenkachse für den Haken 37 für jegliche eingestellte Position des Zapfens 41 relativ zum Kopf 36. Solche präzise Schwenkachse liegt beim Zentrum des Zylinders 111.
Der Zylinder 111 besitzt Schmiermittelfittings und Durchgänge G an seinem oberen und unteren Teil, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. Diese Durchgänge kommunizieren mit äußeren Schmiermittelnuten.
Der beschriebene Mechanismus bewirkt deshalb nicht nur, daß sich der Haken 21 nach innen und außen zu verschiedenen präzisen, gewünschten Einstellungen bewegt, sondern daß sich ein solcher Mechanismus um eine genau senkrechte Achse für jegliche Hakeneinstellung schwenkt bzw. dreht. Dementsprechend und aufgrund der oben beschriebenen Backenelemente 66 und der anderen Elemente, arbeitet das vorliegende Klemmbackengerät wirksam von einer zu anderen Werkzeugverbindung, wobei ein geringfügiges oder kein Problem des Schlupfes oder Verrutschens auftritt. Zusätzlich schafft das beschriebene Gerät eine sehr starke Lagerbeziehung, durch die starken Kräfte, die am Haken 37 vorliegen, wirksam auf die Kopfplatten 42, 43 in einer großflächigen Lagerbeziehung bei maximierter Festigkeit und Verschleißwiderstand übertragen werden.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DES VERFAHRENS

Das Werkzeug ist für den besonderen Durchmesser der Werkzeugverbindung, wie oben beschrieben wurde, eingestellt und an der Werkzeugverbindung, wie oben beschrieben, befestigt.
Um eine Verbindung herzustellen, werden die Klemmbackensätze 21, 22 und 23 in die in Fig. 10 gezeigten Positionen gebracht. Der obere und mittlere Greifzylinder 52, 52a, arbeiten, indem sie sich ausstrecken und so die Klemmbackensätze 21 und 22 schließen, so daß sie an dem oberen und unteren Werkzeugverbindungsbestandteil 56,57 festliegen. Danach (Fig. 4) wird der das Drehmoment ausübende Zylinder 24 ausgestreckt, um das gesamte Werkzeug, abgesehen vom Klemmbackensatz 22, zu erregen. Die Klemmbackensätze wirken dann wie beschrieben.
Während die Verbindung fester und fester wird, wird der hydraulische Druck im Zylinder 24 bis zu einem vorher eingestellten Punkt aufgebaut, der ausgelegt ist, um das korrekte, vorbestimmte, gewünschte Ausmaß des auf die Verbindung wirkenden Drehmoments zur Herstellung der Verbindung zu erzielen. Danach öffnet ein Sicherheitsventil, das den Druck vom Zylinder 24 abläßt. Die Klemmbackensätze 21,22 werden dementsprechend abgeschaltet. Danach werden die Greifzylinder 52, 52a des oberen und mittleren Klemmbackensatzes betätigt, um sich selbst zurückzuziehen und so die Klemmbacken zu öffnen. Danach wird der verdrehungszylinder 24 betätigt, um sich selbst zurückzuziehen, bis sein Ende heraus ist. Der mittlere Klemmbackensatz wird gleichzeitig zu seiner Ursprungsposition durch die Feder 103 geschwenkt. Der sich zurückziehende Zylinder 24 zieht sein Ende heraus, gerade bevor der Bolzen 101 den Anschlag 94 trifft, so daß die Endverschwenkung des Klemmbackensatzes 22 allein durch die Feder 103 hervorgerufen wird, wobei eine solche Endbewegung weiter abläuft, bis die Elemente 101 und 94 sich einander berühren.
Um eine Verbindung zu lösen, werden die Teile zu den in Fig. 11 gezeigten Stellungen bewegt, wie oben beschrieben wurde. Die Greifzylinder 52a, 52 des mittleren und unteren Klemmbackensatzes 22,23 werden betätigt, um sich selbst auszustrecken und bewirken, daß sie die Verbindungskomponenten 56,57 fest ergreifen. Der Zylinder 24 wird in der gleichen Richtung wie vorher betätigt - in einer Richtung sich selbst auszustrecken (Fig. 5) und schwenkt den Klemmbackensatz 22, während der Rest des Werkzeugs stationär ist. Die Klemmbackensätze 22, 23 werden erregt bzw. wirken. Der zum Zylinder 54 gebrachte hydraulische Druck wird ausreichend vorgesehen, um die Werkzeugverbindung zu lösen. Der Zylinder 24 bleibt ausgestreckt, bis sein Ende im wesentlichen heraus ist. Danach wird der Druck im Zylinder 24 abgelassen, so daß sich die Klemmbackensätze 22,23 abschalten. Die Greifzylinder 52a, 52 des mittleren und unteren Klemmbackensatzes werden betätigt, damit sie sich selbst zurückziehen und die Klemmbacken öffnen.
Danach wird der Zylinder 24 betätigt, um sich selbst zurückzuziehen, wobei dieses in Kombination mit der Feder 103, den mittleren Klemmbackensatz zurück zur Startposition bewegt. Wiederum übt die Feder selbst den letzten Teil dieser Bewegung aus, bis der Bolzen 101 den Anschlag 94 berührt.
In den anhängenden Ansprüchen bedeuten die Ausdrücke "erster Strang" und "zweiter Strang" den gleichen Strang - wobei er zur einen Zeit verbunden und zur anderen Zeit gelöst ist.
Die vorstehende, detaillierte Beschreibung sollte lediglich als Beschreibung und Beispiel verstanden werden, so daß der Schutzumfang der Erfindung lediglich durch die anhängenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen und Aufbrechen von Verbindungen in Strängen eines zusammengeschraubten Rohres, umfassend:

(a) Vorsehen eines ersten (21), zweiten (22) und dritten (23) kraftangetriebenen Klemmbackensets auf einem gemeinsamen Rahmen (10);

(b) Einsetzen des ersten und zweiten Klemmbackensets zum Herstellen der Verbindungen in einem Strang eines zusammengeschraubten Rohres, und

(c) Einsetzen des zweiten und dritten Klemmbackensets zum Aufbrechen der Verbindungen in einem Strang eines zusammengeschraubten Rohres, wobei das Verfahren durchgeführt wird, ohne die Klemmbackensets umzusetzen;

und wobei das Herstellen und Aufbrechen erzielt wird, indem Antriebsmittel (24) eingesetzt werden, um Kräfte zwischen dem Rahmen und zumindest eines der Klemmbackensets anzulegen.

2. Verfahren zum Herstellen und Aufbrechen von Schraubverbindungen in Strängen eines zusammengeschraubten Rohres, wobei sich die Stränge in eine Ölquelle hineinerstrecken, und wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

(a) Vorsehen von drei Klemmbackensets (21,22,23) auf einem gemeinsamen Rahmen (10), wobei mindestens einer der Klemmbackensets (21) am Rahmen fixiert ist, mindestens ein anderer der Klemmbackensets (22) am Rahmen zur Schwenkbewegung relativ dazu gelagert ist,

(b) Anordnen des Rahmens (10) und der Klemmbackensets am Bohrloch einer Ölquelle, die einen Strang der schraubmäßig verbundenen Rohrabschnitte enthält;

(c) Schließen des einen weiteren Klemmbackensets (22) am Strang in einem Bereich unterhalb einer Verbindung, so daß der eine weitere Klemmbackenset dazu tendiert, durch den Strang gegen Überdrehung festgehalten zu werden;

(d) Schließen des einen Klemmbackensets (21) am Strang in einem Bereich oberhalb der Verbindung;

(e) Bewirken einer relativen Schwenkbewegung zwischen dem einen weiteren Klemmbackenset (22) und dem Rahmen (10), wodurch der Rahmen geschwenkt wird und dementsprechend bewirkt, daß sich der eine Klemmbackenset (21) schwenkt, wodurch die Verbindung hergestellt oder aufgebrochen wird, und

(f) Öffnen des einen Klemmbackensets und des einen weiteren Klemmbackensets.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der eine übrige (23) der Klemmbackensets ebenfalls am Rahmen fixiert wird, und wobei das Verfahren ferner folgendes umfaßt: Anordnen des Rahmens und der Klemmbackensets am Bohrloch einer Ölquelle, die einen zweiten Strang schraubmäßig verbundener Rohrabschnitte enthält, Schließen des einen weiteren Klemmbackensets (22) am zweiten Strang an einem Bereich oberhalb einer Verbindung, Schließen des einen übrigen (23) der Klemmbackensets am zweiten Strang in einem Bereich unterhalb der Verbindung, und Bewirken einer relativen Schwenkbewegung zwischen dem einen weiteren Klemmbackenset (22) und dem Rahmen (10), wodurch die Verbindung des zweiten Strangs hergestellt oder aufgebrochen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Verfahren folgendes ferner umfaßt:

Einsetzen eines Strömungsmittelzylinders (24), um beide relativen Schwenkbewegungen zwischen dem einen weiteren Klemmbackenset (22) und dem Rahmen (10) zu bewirken, Betreiben des Strömungsmittelzylinders in einer einzigen Richtung, um beide relativen Schwenkbewegungen zu bewirken.

5. Vorrichtungen zum Anlegen eines kraftbetriebenen Drehmoments, um die Schraubverbindungen zwischen den Bohrrohrabschnitten herzustellen oder aufzubrechen, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

(a) einen ersten (21), zweiten (22) und dritten (23) Klemmbackenset, die jeweils ausgelegt sind, um einen Abschnitt des Bohrrohres in einem Strang zusammengeschraubter Bohrrohrabschnitte zu ergreifen;

(b) Antriebsmittel (52), um jeden Klemmbackenset (21,22,23) zu schließen;

(c) Mittel (10) zum Verbinden der Klemmbackensets (21,22,23) miteinander in solcher Weise, daß ein Paar (21,22) der Klemmbackensets gleichzeitig zwei Rohrabschnitte an gegenüberliegenden Seiten der zusammengeschraubten Verbindung, die dazwischenliegt, zu ergreifen, und daß ein weiteres Paar (22,23) der Klemmbackensets zu einer anderen Zeit gleichzeitig zwei Rohrabschnitte an gegenüberliegenden Seiten der verschraubten Verbindung, die dazwischenliegt, ergreifen kann,

und wobei mindestens das erste Klemmbackenset (21) fest mit dem Verbindungsmittel (10) verbunden ist, und wobei mindestens der zweite Klemmbackenset (22) schwenkbar mit dem Verbindungsmittel (10) zur Schwenkbewegung in einer Ebene verbunden ist, die quer zum Rohrabschnitt liegt, der durch den ersten Klemmbackenset ergriffen wird, und

(d) Antriebsmittel (24), um Drehmoment zwischen mindestens dem ersten und dem zweiten Klemmbackenset anzulegen, um die dazwischenliegende, zusammengeschraubte Verbindung herzustellen oder aufzubrechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Antriebsmittel (24) derart verbunden ist, daß das Drehmoment durch das Verbindungsmittel (10) übertragen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der dritte Klemmbackenset (23) fest mit dem Verbindungsmittel (10) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei der jeder Klemmbackenset (21,22,23) ein Hakenelement (37) besitzt, dessen länglicher Schaft (41) sich durch einen Kopf (36) hindurcherstreckt, wobei jeder Klemmbackenset (21,22,23) ferner eine Mutter (50) umfaßt, die schraubbar auf dem Schaft (41) an der Seite des Kopfes entfernt vom Hakenende des Hakenelementes (37) gelagert ist, wobei jeder Klemmbackenset ferner Mittel (44) umfaßt, um das Hakenelement (37) schwenkbar dem Kopf (36) zuzuordnen, und wobei jeder Klemmbackenset ferner ein Antriebsmittel (52) umfaßt, um die Schwenkbewegung des Hakenelementes (37) relativ zum Kopf (36) zu bewirken, und wobei jeder Klemmbackenset ein Preßmittel (66) besitzt, das am Hakenende des Hakenelementes (37) und am Kopf (36) befestigt ist, um die zu drehenden Rohrabschnitte fest zu ergreifen, zum Herstellen oder Aufbrechen der dazwischenliegenden Schraubverbindunge.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jedes Preßmittel einen drehbaren Preßenkopf (66) mit Preßzähnen (71) daran besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, bei denen Mittel (48,50) vorgesehen sind, um jeden Klemmbakkenset (21,22,23) für unterschiedliche Rohrdurchmesser einzustellen, ohne daß es notwendig ist, irgendwelche Elemente während irgendeiner Einstellung zu entfernen oder zu ersetzen, und bei der Anschlagmittel (91) vorgesehen sind, um mit dem Rohr in Eingriff zu treten, und dadurch die Positionierung des Rohres in den Klemmbackensets (21,22,23) zu erreichen und wobei die Anschlagmittel (91) auf unterschiedliche Rohrdurchmesser einstellbar sind.