DE69811551T2

DE69811551T2 - Vorrichtung zum Greifen eines Bohrlochkörpers

Info

Publication number: DE69811551T2
Application number: DE69811551T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Riva
Original assignee: Soilmec SpA
Current assignee: Soilmec SpA
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: ES2195218T5; EP0874129A3; US6102116A; ITTO970340A0; EP0874129A2; ES2195218T3; EP0874129B1; DE69811551D1; IT1292266B1; ITTO970340A1; DE69811551T3; EP0874129B2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Bohrgestelle, um Bohrlöcher oder ähnliches herzustellen, wobei Bohrgestänge mit Gewindekupplungen und/oder Gewinderohre für die innere Auskleidung von Bohrlöchern verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Klemmvorrichtung, um ein Bohrgestänge und Auskleidungsrohre aufzunehmen und zu drehen.

Beschreibung des Standes der Technik

Eines der größten Probleme, dem die Bohrlochbohrgestelle ausgesetzt sind, ist das Aufnehmen des Bohrgestänges und der Auskleidungsrohre; das Koppeln der Bohrgestänge ist besonders kritisch und wird normalerweise mittels Gewindeverbindungen realisiert. Das Koppeln muss sehr sorgfältig hinsichtlich der axialen Ausrichtung ausgeführt werden und muss bezüglich des Drehmomentes, das während diesem Vorgang aufgebracht wird, angepasst werden.
Selbstverständlich ist es gefährlich, grobe und empirische Verfahren zu verwenden, um die Bohrgestänge aufzunehmen/zu drehen, beispielsweise, indem man das Anheben mit ungeeigneten Hilfsmitteln durchführt, oder indem man die Klemmkraft mechanisch oder von Hand oder einer Kettenrohrzange aufbringt, wobei man dem Gefühl der Bedienperson vertraut, oder indem man diesen Vorgang mit Hilfe des Motorkopfes selbst in Direktantrieb ausführt.
Es besteht daher sowohl bei Bohrgestängen als auch bei Auskleidungsrohren die Gefahr, unsachgemäße Kopplungen zu erhalten und die Gewinde der Elemente zu beschädigen.
Die Patentanmeldung mit der Nummer US-A-3 748 702 offenbart eine Vorrichtung, um ein Rohr mit Hilfe von Keilen zu fassen und zu drehen, die mit ineinandergreifenden Oberflächen zusammenwirken, die in einer konvexen Anordnung ausgerichtet sind.
Die italienische Patentanmeldung mit der Nummer TO94A000489 offenbart eine Vorrichtung, um Gestänge, die zu einem Bohrgestänge gehören und Gewindekupplungen aufweisen, und Gewinderohre für die innere Auskleidung von Bohrlöchern aufzunehmen und zu drehen, die für die Verwendung in Bohrgestellen geeignet ist und einen Drehkopf aufweist, der geeignet ist, das Bohrgestänge um eine im Wesentlichen vertikale Achse zu drehen und der entlang dieser Achse verschieblich ist. Die Vorrichtung weist Reibmittel auf, um Bohrgestänge und Gewinderohre ein- und auszuschrauben. Diese Mittel umfassen eine Scheibe, die in vertikaler Richtung durch Aktivierung von hydraulischen Kolben beweglich ist, die sich zusammen mit dem Drehkopf drehen können. Die Scheibe ist mit einem Verschleißpolster versehen, das aus einem Material mit hohem Reibkoeffizienten besteht. Die Scheibe wird entlang der vertikalen Richtung gegen das obere Ende des letzten Elementes des Bohrgestänges abgesenkt und überträgt auf das Element bezüglich der Drehrichtung ein positives oder negatives Moment.
Die Reibkupplungen unterliegen gewissen Beschränkungen, wobei die Klemmmomente begrenzte Anwendungswerte besitzen, die nur teilweise bekannt sind; außerdem halten die Reibvorrichtungen dieses Typs das Bohrgestänge oder das Rohr in der Drehvorrichtung nicht sicher fest.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sachgerecht die Gewindeelemente des Bohrgestänges verbindet, gefahrlos ein definiertes und angemessenes Klemmmoment auf den Gewinden aufbringt und die oben genannten Nachteile überwindet.
Für diese und für weitere Aufgaben und Vorteile, die im Folgenden besser verständlich werden, weist die Erfindung den Umfang auf, eine Klemmvorrichtung zu realisieren, um Elemente ein- und auszuschrauben, die Gewindemuffen aufweisen und die zu einem Bohrgestänge oder Rohren für die inneren Auskleidung eines Bohrloches gehören, wobei die Vorrichtung für die Verwendung in einem Bohrgestell mit einem Drehkopf geeignet ist, der seinerseits geeignet ist, das Bohrgestänge um eine im Wesentlichen vertikale Achse zu drehen, und der entlang dieser Achse verschiebbar ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein unteres hohles Gehäuse aufweist, das geeignet ist, das obere Ende eines Elementes aufzunehmen und zu halten, das in das Bohrgestänge in dem Bohrloch hinein- oder herausgedreht werden soll. Das hohle Gehäuse bildet eine Hülle aus Oberflächen, die nach unten und außen hin auseinandergehen, um es mehreren Blöcken zu ermöglichen entlang der Hülle aus Oberflächen zu gleiten, wobei jeder der Blöcke eine Gleitaußenfläche, die parallel zu der Hülle aus Oberflächen verläuft und mit diesen Zusammenwirkt und eine Innenfläche aufweist, die geeignet ist, mit den zu haltenden Elementen in Anlage zu gelangen. Die Blöcke sind angeordnet, um entlang der Hülle aus Oberflächen zu gleiten und die Blöcke können zwei alternative Stellungen haben: eine erste freie Stellung, in der die Klemmvorrichtung in ihrer angehobenen Position ist, wobei die Blöcke von elastischen Mitteln in Richtung des unteren äußeren Hüllenabschnittes aus Oberflächen gedrückt werden, und eine zweite klemmende Stellung, in der die Klemmvorrichtung auf dem zu haltenden Element angeordnet ist, wobei die Blöcke radial gegen das obere Ende des Elementes (12) geklemmt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die strukturellen und funktionellen Merkmale einer bevorzugten, jedoch nicht einschränkenden Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Bohrgestells mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, während der Aufnahme- und Drehphase der Bohrgestänge oder der Rohre für die innere Auskleidung des Bohrloches;
Fig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise aufgebrochene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 und 4 sind zwei axiale Schnittansichten gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen; und
Fig. 5 ist eine vergrößerte, axiale Teilschnittansicht der Vorrichtung der Fig. 2 und
Fig. 5 ist eine vergrößerte, axiale Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird mit der Bezugsziffer 10 die Klemmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Die Klemmvorrichtung 10 ist in einer sich nicht drehenden Art und Weise mit dem Drehkopf 11 eines Bohrgestells herkömmlicher Art verbunden, wobei der Kopf das Bohrgestänge oder das Auskleidungsrohr 12 um eine im Wesentlichen vertikale Achse (die Bohrachse) dreht und sich entlang dieser Achse bewegt.
Die Klemmvorrichtung 10 hat den Zweck, ein Element 12 mit Gewindekupplung, das je nach dem laufenden Arbeitsschritt eingeschraubt oder von dem zurückbleibenden Abschnitt des Bohrgestänges ausgeschraubt werden soll (Bohrgestänge oder Auskleidungsrohr), in lösbarer Weise festzuklemmen.
Die Klemmvorrichtung 10 veranlasst das Element 12 sich in den Abschnitt des Bohrgestänges, der sich bereits in dem Bohrgestellt befindet, entsprechend der Drehrichtung, die es vom Drehkopf 11 erfährt, ein- oder auszudrehen, indem sie das obere Element 12 blockiert und indem sie sich zusammen mit dem Drehkopf 11 dreht. Wie in der Fig. 5 gezeigt wird, weist die Drehvorrichtung 10 eine Hülse 13 auf, die von dem Drehkopf 11 mit Hilfe einer weiteren Hülse 14, mit der sie drehfest verbunden ist, angetrieben wird. Die Hülse 13 ist ihrerseits drehfest mit einem Körper 9 verbunden. Wie in den Fig. 3 bis 5 und teilweise in der Fig. 6 gezeigt wird, bildet der Körper 9 eine konische innere Oberfläche 16, die nach unten hin auseinander geht. Entlang der konischen Oberfläche 16 und innerhalb dieser Oberfläche sind mehrere keilförmige Blöcke angeordnet, die geeignet sind, entlang dieser Oberfläche zu gleiten, wobei die Blöcke in Umfangsrichtung nebeneinander liegen und die Blöcke haben äußere seitliche Oberflächen 18 mit konischer Form, die mit der konischen Oberfläche 16 übereinstimmen, und eine inneren zylindrische Oberfläche 19, die mit der seitlichen zylindrischen Oberfläche des Kopfes 12a des Elementes 12 des Bohrgestänges übereinstimmen. Weiterhin bilden die keilförmigen Blöcke 17 eine radiale Nut 20, die in dem Flansch 30 einer weiteren Hülse 31 in dem Körper 9 gleitet; der Flansch 20 ist mit einer stirnseitigen Dichtung 32 ausgestattet, die geeignet ist, auf die obere Kante 12b des Gestänges oder der Röhre 12 einzuwirken, wie es im Folgenden besser gezeigt wird.
In dem unteren Abschnitt der äußeren konischen Oberfläche 18 jedes keilförmigen Blocks ist eine Führung oder eine Nut enthalten, wobei die Führung parallel zu den konischen Oberflächen 16 und 18 ist, die ineinander eingreifen. Jede Führung 21 gleitet entlang einer zugehörigen Raste oder Anschlag 22, der integral mit dem unteren Abschnitt des Körpers 9 ausgebildet ist. Die Anschläge 22 sind lösbar an dem Eingangsabschnitt der konischen Oberfläche 16 angeordnet, um radial in die Öffnung hineinzuragen, die durch die Oberfläche definiert wird. Jeder Anschlag 22 besitzt eine innere seitliche Oberfläche 23, die geneigt und parallel zu den Führungen oder Nuten 21 der Blöcke 17 ist.
Jeder keilförmige Block 17 ist mit einem elastischen Element gekoppelt, das mit der Bezugsziffer 24 bezeichnet ist, die den keilförmigen Block nach unten und außen entlang der konischen Oberfläche 16 des unteren Körpers 9 drückt. Die elastischen Elemente 24 umfassen einen Kolben 25, der gleitend in einer zugehörigen Öffnung 26 in dem unteren Körper 9 angeordnet ist, und werden von einer Feder 27 nach unten gedrückt, die gegen den Körper 9 gespannt ist. Der untere Abschnitt 28 des Kolbens 25 ist in einem Gehäuse 29 des zugehörigen keilförmigen Blocks 17, vorzugsweise mit Hilfe einer Gewindemuffe, angebracht.
Die Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Wie in der Fig. 3 gezeigt wird, also in der freien oder angehobenen Stellung, d. h. vor dem Anordnen des Drehkopfes auf dem Element 12, das ein- oder ausgeschraubt werden soll, drücken die Kolben der elastischen Elemente 24, die durch die Federn 27 gespannt sind, die keilförmigen Blöcke 17 nach unten und außen entlang der konischen Oberfläche 16 des unteren Körpers 9. Die Blöcke 22 sind neben der Führung für die Blöcke auch die Klemmelemente, die die untere Begrenzung für die Blöcke bilden. In der angehobenen Stellung sind die Blöcke entlang dem Umfang der konischen Oberfläche 23 gleichmäßig mit regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet.
Bei Bedarf das obere Element 12 des Bohrgestänges ein- oder auszuschrauben, wird die Klemmvorrichtung 10 vertikal auf das obere Ende 12a des Elementes abgesenkt und in den Hohlraum 15 zwischen den Blöcken 17 eingepasst. Während seiner Abwärtsbewegung bringt der Körper 9 zuerst den Flansch 30 der Hülse 31 in Kontakt mit der oberen Kante 12b des Gestänges oder der Röhre 12; beim weiteren Absenken drückt die konische Kupplung, die durch die zusammenwirkenden Oberflächen 18 und 16 definiert wird, schrittweise die Blöcke 17 radial in Richtung der Mittelachse, indem sie veranlasst werden, auf der oberen Kante 12b des Gestänges oder der Röhre 12 zu gleiten. Während dieser Bewegung gleitet die Nut 20 der Blöcke 17 entlang dem Flansch 30 der Hülse 31, der hierbei als Führung für die gegenseitige Annäherung der Blöcke 17 agiert. Die Blöcke nahem sich dem Mittelpunkt auf dem oberen Abschnitt 12a des Elementes 12, bis sie daran anliegen. Sobald diese Anlagestellung erreicht ist (Fig. 4 und 5), klemmt ein weiterer von der Vorrichtung 10 nach unten ausgeübter Stoß das Element 12 mittels den Blöcken 17 durch eine radiale zusammenpressende Kraft fest, die in Richtung des Mittelpunktes gerichtet ist und im Wesentlichen proportional zu dem Stoß ist. Sobald der radiale Druck erreicht ist, der zum Einschrauben oder zum Ausschrauben benötigt wird, wird der Drehkopf gedreht, um auf das Gestänge oder die Röhre das erforderliche Einschraub- oder Ausschraubmoment zu übertragen.
Es sollte die Tatsache erkannt werden, dass der aufgebrachte Klemmdruck exakt durch das Anpassen der Stoßkraft oder der Abwärtsbewegung des drehenden Drehkopfes bestimmt wird. Es ist möglich, höhere Klemmmomente als in der Vergangenheit zu übertragen, indem das Gestänge in der Drehvorrichtung sicher eingeklemmt wird. Das Klemmmoment, das durch den Drehkopf übertragen wird, wird dafür exakt eingestellt.
Die Dichtung 32 des Flansches 30, die auf die obere Kante 12b des Gestänges 12 einwirkt, ermöglicht es, die Störung durch Zirkulation von Dreck während des Aufnehmens der Gestänge auf ein Minimum zu reduzieren, indem sie die erforderliche frontale Abdichtung auf dem Gestänge während der Drehung erzeugt.
Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung durch die hierin beschriebene und dargestellte Ausführungsform nicht begrenzt wird, die als Beispiel für die Realisation der Vorrichtung verstanden werden soll, andererseits kann die Erfindung Änderungen bezüglich der Form und der Anordnung der Teile, struktureller und Funktions-Details, unterworfen werden. Beispielsweise könnte die konische Oberfläche 16 durch mehrere benachbarte flache Oberflächen ersetzt werden, die eine Hülle aus Oberflächen wie bei einem Pyramidenstumpf, entsprechend der konischen Oberfläche der Fig. 3 bis 5, bilden, wobei solch eine Anordnung entsprechende Ergebnisse, wie zuvor beschrieben, liefern wird.

Claims

1. Klemmvorrichtung (10) zum Ein- und Ausschrauben von Elementen, die Gewindemuffen aufweisen und die zu einem Bohrgestänge oder Rohren für die innere Auskleidung eines Bohrloches gehören, wobei die Vorrichtung für die Verwendung in einem Bohrgestell mit einem Drehkopf (11) geeignet ist, der seinerseits geeignet ist, das Bohrgestänge um eine im Wesentlichen vertikale Achse zu drehen, und der entlang dieser Achse verschiebbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein unteres hohles Gehäuse (15) aufweist, das geeignet ist, das obere Ende (12a) eines Elementes (12) aufzunehmen und zu halten, das in das Bohrgestänge in dem Bohrloch hinein- oder herausgeschraubt werden soll, wobei das hohle Gehäuse (15) eine Hülle aus Oberflächen (16) bildet, die nach unten und außen hin auseinandergehen, um es mehreren Blöcken (17) zu ermöglichen, entlang der Hülle aus Oberflächen zu gleiten, wobei jeder der Blöcke eine Gleitaußenfläche (18), die parallel zu der Hülle aus Oberflächen (16) verläuft und mit diesen zusammenwirkt, und eine Innenfläche (19) aufweist, die geeignet ist, mit dem zu haltenden Element (12) in Anlage zu gelangen;

wobei die Blöcke (17) zum Gleiten entlang der Hülle aus Oberflächen (16) angeordnet sind, und die Blöcke zwei alternative Stellungen haben können: eine erste freie Stellung, in der die Klemmvorrichtung (10) in ihrer angehobenen Position ist, wobei die Blöcke von elastischen Mitteln (24) in Richtung des unteren äußeren Hüllenabschnitts aus Oberflächen (16) gedrückt werden, und einer zweiten klemmenden Stellung, in der die Klemmvorrichtung (10) auf dem zu haltenden Element (12) angeordnet ist, wobei die Blöcke (17) radial gegen das obere Ende (12a) des Elementes (12) geklemmt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle aus Oberflächen eine konische Fläche (16) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (18), auf der die Blöcke (17) gleiten, die selbe Form hat wie die konische Fläche (16).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (19) mit zylindrischer Form, die mit der seitlichen zylindrischen Oberfläche des Kopfes (12a) des Elementes (12) des Bohrgestänges übereinstimmt, mit der horizontalen Oberfläche des Flansches (30) zusammenwirkt, der geeignet ist, gegen die obere Kante (12b) des Kopfes (12a) zu drücken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer sich nicht drehenden Art und Weise an dem Drehkopf (11) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke (17) mit einer radialen Nut (20) ausgestattet sind, die über den Flansch (30) gleitet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch mit einer stirnseitigen Dichtung (32) ausgestattet ist, die auf den Kopf (12) einwirkt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Blöcke (17) mit einem zugehörigen elastischen Mittel (24) gekoppelt ist, das einen Kolben (25) aufweist, der gleitendend in einer zugehörigen Öffnung (26) angeordnet ist, die in dem Körper der Vorrichtung (10) enthalten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Abschnitt jedes Kolbens (25) über eine Gewindemuffe an dem zugehörigen Block (17) befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Außenflächen (18) der Blöcke (17) eine Führung (21) bildet, die parallel zu der Hülle aus Oberflächen (16) ist, wobei ein zugehöriger Anschlag (22), der einstückig mit dem Körper (10) der Vorrichtung ausgebildet ist, entlang der Führung gleitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (22) die Fußanschlagelemente der gleitenden Blöcke (17) sind.