DE8312629U1

DE8312629U1 - Maschine zur Erzeugung eines Aufschraub- oder Abschraub-Drehmomentes

Info

Publication number: DE8312629U1
Application number: DE8312629U
Authority: DE
Original assignee: Brissonneau et Lotz Marine SA
Current assignee: Brissonneau et Lotz Marine SA
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1986-07-17
Also published as: FR2526081A1; DE3315567A1; NO831525L; JPS59488A; FR2526081B1; US4545269A

Description

PRINZ.-.BUNKE & PA-RJNER Patentanwälte '' '< ' !European* !Patent !Attorneys

München Stuttgart

BRISSONNEAU & LOTZ MARINE S.A.

Rue de la Metallurgie

Zone Industrielle 29. April 1983

44470 Carquefou /Frankreich

Unser Zeichen: B 1659

Maschine zur Erzeugung eines Aufschraub- oder Abschraub-

Drehmomentes

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Erzeugung eines hohen Aufschraub- oder Abschraub-Drehmomentes, insbesondere für Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse.

Eine solche Maschine ist insbesondere bereits in der FR-PS 2 301 683 beschrieben. Diese weist jedoch den Mangel auf, daß sie aufgrund ihrer Konstruktion für einen völlig automatischen Betrieb schlecht geeignet ist.

Der Vorgang des Abschraubens der Bohrstangen muß jedoch sehr oft hintereinander durchgeführt werden, wenn z.B. mehrere tausend Meter Bohrgestänge herausgehoben werden müssen, um den am Ende der Reihe von Bohrstangen angeordneten Bohrmeißel auszuwechseln, Messungen in dem

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Schacht vorzunehmen oder diesen auszukleiden. Anschließend sind ebenso viele Aufschraubvorgänge erforderlich, um alle Bohrstangen der Reihe wieder abzusenken. Es ist offensichtlich, daß eine Automatisierung

dieser Vorgänge sehr erstrebenswert, ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Automatisierung der oben beschriebenen Vorgänge.

Di& erfindungsgemäße Maschine zur Erzeugung eines Aufschraub- oder Abschraub-Drehmomentes, insbesondere für Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse, die jeweils an ihrem unteren Ende einen konischen Teil mit Außengewinde und an ihrem oberen Ende einen konischen

Teil mit entsprechendem Innengewinde aufweisen, umfaßt zwei Spannvorrichtungen, die übereinander angeordnet
sind und mit Spannbacken versehen sind, welche durch
Kraftquellen betätigt sind und das obere Ende der unteren Bohrstange bzw. das untere Ende der oberen Bohrstange erfassen, wobei eine der Spannvorrichtungen feststehend und mit einem Gerüst fest verbunden ausgebildet ist,
während die andere Spannvorrichtung um die Achse der
Bohrstangen drehbeweglich ist unter der Wirkung einer
Kraftquelle, die einerseits an der oberen Spannvor-

richtung und andererseits an der unteren Spannvorrichtung angreift. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt jede Spannbacke drei Elemente, die im wesentlichen an den Winkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, nämlich zwei jeweils an einem Ende eines

Schenkels der Spannvorrichtung und das dritte am Boden derselben.

Schließlich ist, wenn die Maschine kein Aufschrauboder Abschraub-Drehmoment erzeugt, ein Raum in der
Stärke einer der Spannvorrichtungen vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungs-

beispiels und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer vollständigen automatischen Maschine, die eine erfindungsgemäße

Maschine zur Erzeugung eines Aufschraub- oder Abschraub-Drehmoments enthält; und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer mit SpannjQ backen versehenen Spannvorrichtung.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen.

Die automatische Maschine weist mehrere kombiniert miteinander wirkende Bestandteile auf. Insbesondere umfaßt sie eine Vorrichtung, die das Blockieren der Bohrstange ermöglicht, welche am Drehtisch 2 aus dem Schacht herausragt. Ferner umfaßt sie eine Maschine 4 zum Erzeugen des Anfangs-Abschraub-Drehmomentes oder Aufschraub-Enddrehmomentes in bezug auf eine weitere Bohrstange 3, die in Fig. 1 abgebrochen und oberhalb der Stange gezeigt ist, die aus dem Bohrschacht heraussteht. Ferner umfaßt sie eine Maschine zum schnellen Auf- und Abschrauben, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, sowie eine Klemme 5 zum Ausrichten und Positionieren der Stangen und eine Vorrichtung zur Steuerung der gesamten Anordnung mittels einer Schalttafel 6. Die Maschine ist auf Schienen 7 fahrbar.

Wenn eine Reihe von Bohrstangen aus dem Schacht herausgehoben werden soll, so werden die Stangen voneinander gelöst und auf dem Gelände der Bohranlage gelagert. Zu diesem Zweck wird die Reihe von Bohrstangen so herausgehoben, daß die abzuschraubende Stange von den Elementen der oberen Spannbacke der Maschine erfaßt werden kann, um das Abschraub-Drehmoment auf sie auszuüben, während die untere Stange von den Elementen der unteren Spannbacke 8 dieser Maschine festgehalten wird.

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Es ist jedoch erforderlich, die untere Stange 1 so festzulegen, daß ein Herabfallen der gesamten Reiho von Bohrstangen in den Schacht verhindert wird, wenn die obere Stange abgeschraubt ist. Daher wird die Bohrstangenreihe zunächst höher angehoben, damit die Blockiervorrichtung die untere Stange 1 erfassen kann. Die Blockiervorrichtung ist aus einer Platte 10 gebildet, welche mit Armen 11 versehen ist, an denen jeweils ein Keil 12 über ein Gelenk 13 und einen Arbeitszylinder 14 angeschlossen ist und sich in senkrechter Richtung bewegen kann. Durch Beaufschlagung der Arbeitszylinder 14 wird eine Vorspannung der Keile 12 an der Bohrstange 1 vorgenommen, wobei gleichzeitig eine Selbstzentrierung der Keile gewährleistet ist. Dann wird die Platte 10 z.B. unter der Wirkung des Gewichtes der Bohrstangenreihe abgesenkt, und die Keile 12 dringen in die komplementär zu ihnen geformte Öffnung 15 ein, die zu diesem Zweck in dem Drehtisch 2 angebracht ist, wodurch die Keile 12 fest gegen das obere Ende der Bohrstange 1 angelegt werden, welches darüber hinaus einen größeren Außendurchmesser als der übrige Rohrkörper aufweist, um eine zusätzliche Sicherheit bei der Blockierung der Bohrstange 1 zu erreichen.

Wenn die Keile 12 in die Öffnung 15 eingedrungen sine und die Bohrstange 1 sicher blockiert ist, kann die Maschine 4 wirksam werden, um das Anfangsdrehmoment auf die obere Stange 3 auszuüben und sie um einen Winkel von etwa 30° in bezug auf die untere Bohrstange 1 zu verdrehen, wodurch mit dem Abschrauben begonnen wird.

Bekanntlich weist eine Bohrstange an ihrem unteren Ende einen kegelförmigen Teil mit Außengewinde und an ihrem oberen Ende einen entsprechenden Teil mit Innengewinde auf. Bei der beschriebenen Ausfuhrungsform besteht die Maschine aus zwei Spannvorrichtungen 16 und 17, die übereinander angeordnet und jeweils mit Spannbacken 8, 9 versehen sind, deren Elemente durch Kraftquellen bzw.

Arbeitszylinder betätigt werden, die in der Figur nicht dargestellt und im Inneren der Spannvorrichtungen angeordnet sind. Diese Spannbacken 8, 9 erfassen das obere Ende der unteren Stange 1 bzw. das untere Enae der oberen Stange 3.

Jede Spannbacke umfaßt drei Elemente, die im wesentlichen an den Winkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Zwei von ihnen sind jeweils am Ende jedes ,λ Schenkels der Spannvorrichtung angeordnet, während das dritte, welches am Boden der Spannvorrichtung angeordnet ist, die Zentrierung der Bohrstange gewährleistet und mit den beiden anderen Elementen zusammenwirkt, um das erforderliche Drehmoment aufzubringen.

Die untere Spannvorrichtung 16 ist feststehend und mit dem Gerüst 18 verbunden ausgebildet, während die obere Spannvorrichtung 17 um die Achse der Bohrstange 3 drehbeweglich ist, und zwar unter der Wirkung wenigstens eines Arbeitszylinders 19, der zum einen an die untere Spannvorrichtung 16 und zum anderen an die obere Spannvorrichtung 17 anschließt; bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei derartige Arbeitszylinder vorgesehen. Die beiden Spannvorrichtungen sind entlang der Bohrstangenachse translationsbeweglich, um eine korrekte Positionierung zu ermöglichen.

Im Betrieb erfassen die Spannbacken 8 und 9, nachdem die Keile 12 in der öffnung 15 richtig positioniert sind, zunächst die Bohrstangen in der zuvor angegebenen Weise. Dann verursacht der Arbeitszylinder 19 eine Relativdrehung um 30 zwischen den beiden Spannvorrichtungen 16 und 19. Die gesamte Anordnung kehrt dann in ihre Ruhestellung zurück, und zwar zunächst die Spannbacken 8 und 9 und anschließend der Arbeitszylinder 19, nachdem der Abschraubvorgang begonnen ist und das erforderliche Drehmoment aufgebracht wurde.

Es kann die Schnellabdrehvorrichtung wirksam werden. Diese Maschine ist hier nicht dargestellt, da sie dem Fachmann wohlbekannt ist.

Die Klemme 5 zum Positionieren der Bohrstangen übernimmt dann die abgeschraubte Bohrstange 3, um sie zu ihrem Lagerplatz zu führen, wobei das Gewicht der Stange in herkömmlicher Weise durch ein Kabel aufgenommen wird, das auf der Trommel einer nicht dargestellten Winde jQ aufgewickelt wird.

Dieses Kabel wird dann an der Bohrstange 1 befestigt, die weiterhin durch die Keile 12 eingespannt ist. Die Bohrstange 1 wird dann mit der Winde angehoben, um sie

I^ in die Stellung zu bringen, welche zuvor die Bohrstange 3 beim Beginn des Abschraubens eingenommen hatte, um einen neuen Abschraubvorgang zu beginnen. Beim Anheben der Bohrstange 1 kommen die Keile 12 aus der öffnung frei. Die Arbeitszylinder 14 nehmen wieder ihre Ruhestellung ein, wodurch die Keile von der Bohrstange 1 völlig befreit werden. Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Gegengewicht- und Federsystem, welches an sich bekannt ist, ist in den Stützen 20 angeordnet, welche die bewegliche Platte 10 tragen, so daß im Ruhezustand diese Platte sich in der angehobenen Stellung befindet und die gesamte Anordnung für den nächsten Arbeitsgang bereit ist. Es ist ersichlich, daß der Abschraubvorgang sehr leicht automatisiert werden kenn, wodurch Bohrpersonal in beträchtlichem Umfang eingespart werden kann und darüber hinaus keinen physischen Anstrengungen mehr unterworfen ist.

Dies gilt auch für den umgekehrten Vorgang des Aufschraubens. Die aufzuschraubende Bohrstange 3 wird über die Bohrstange 1 gebracht, die aus dem Drehtisch heraussteht, wobei diese Bohrstange 1 von dem Kabel getragen und der Klemme 5 positioniert wird, deren Spannbacken 21 von ausreichender Größe sind, um eine Aus-

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fluchtung der beiden Bohrstangen zu gewährleisten. Durch Betätigung der Winde wird dann das mit Außengewinde versehene Ende der oberen Bohrstange 3 in das mit Innengewinde versehene Ende der unteren Bohrstange 1 abgesenkt. 5

Dann wird die Schnellaufschraubmaschine betätigt, um das Festschraub'-Enddrehmoment auszuüben, wobei die Bedienungsperson durch einen Raum 22 in der Stärke der oberen Spannvorrichtung 17 der Maschine hindurch eine Sichtkontrolle durchführen kann. Am Ende dieses Arbeitsganges küjtsnt der Raum 22 dadurch zum Fortfall, daß nicht dargestellte Kraftquellen bzw. Arbeitszylinder in ihre Ruhestellung gelangen und auf Daumen 23 einwirken, um einen Teil der oberen Spannvorrichtung 17 während des Schnellaufsehraubens etwas anzuheben, damit die Bedienungsperson den Vorgang beobachten kann. Die Spannbacken 8 und 9 spannen dann das obere Ende der unteren Bohrstange 1 bzw. das untere Ende der oberen Bohrstange 3 über die ih ien zugeordneten Elemente ein.

Durch den Arbeitszylinder 19 wird dann eine letzte Drehbewegung auf die obere Stange 3 ausgeübt, so daß die Verschraubung durch das übertragene Drehmoment fest angezogen wird. Anschließend kehren die Arbeitszylinder nacheinander in ihre Ruhestellungen zurück, wobei der Zwischenraum 22 an der oberen Spannvorrichtung 12 wieder hergestellt ist.

Mittels des Kabels und der Winde wird dann die Bohr st an-^:: genreihe ausreichend angehoben, damit die Keile 12 aus der öffnung 15 im Drehtisch 2 frei kommen, wobei die Platte 10 automatisch ihre angehobene Stellung einnimmt, während die Arbeitszylinder 14 in Ruhestellung sind. Die Bedienungsperson senkt nun die zusammengesetzte Stangenreihe um eine solche Strecke ab, daß das obere Ende der Stange, wenn die Keile 12 für den folgenden Arbeitsgang in Stellung gebracht sind, sich nun über dem alten Platz der Bohrstange 1 befindet, nämlich ge-

genüber den Spannbacken 8 der unteren Spannvorrichtung

16. Der Arbeitsgang kann sich nun mit einer neuen oberen Stange wiederholen.

Um den Platz freizugeben, wenn keine Bohrstangen der Reihe zusammen- oder abgeschraubt werden sollen, ist die gesamte Maschine auf einem rechteckigen Wagen oder Schlitten 24 montiert, der an einer Seite offen ist und auf Schienen 7 fahrbar ist, die auf dem Boden der Bohr-

2Q anlage beiderseits des Drehtisches 2 angeordnet sind. Die Ständer 18, welche die Maschine zur Lieferung des Drehmoments und die Maschine zum schnellen Auf- und Abschrauben tragen, sind zweckmäßig um ein in dem Schlitten oder Wagen 24 vorgesehenes Gelenk um einige 5 Grade drehbar, um den Betrieb der Maschine zu ermöglichen, wenn die Achse des Schachtes und damit der Stangen nicht genau vertikal verläuft, sondern mit der Senkrechten einen verhältnismäßig kleinen Winkel von beispielsweise weniger als 5° bildet.

Schließlich ist die Maschine so ausgebildet, daß eine Seite offen ist, so daß sie in Stellung gebracht werden kann, ohne daß es notwendig wäre, diesen offenen Teil nach dem Instellutigbringen der Maschine zu schließen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun die Ausbildung der Spannvorrichtung 17 näher erläutert. Die Spannvorrichtung 17 ist in Draufsicht und mit geschlossener Spannbacke gezeigt, welche aus drei Elementen 91, 92, 93 besteht, die im wesentlichen an den Winkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Das Element 92 .ist vorzugsweise feststehend ausgebildet, während die Elemente 91 und 93 durch Arbeitszylinder bewegbar sind. Jeder Schenkel der Spannvorrichtung ist winkelförmig, so daß die Seitenwände der beweglichen Elemente 91 und 93 parallel zu den Schenkeln sind. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen den Wänden und d^n Schenkeln Führungselemente 171 zur Führung der Spannbackenelemente

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einzufügen und eine schlechte Zentrierung der Bohrstange zu vermeiden.

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1. Maschine zur Erzeugung eines Auf- oder Abschraub-Drehmomentes, insbesondere bei Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse, die jeweils an ihrem unteren Ende einen kegelförmigen Teil mit Außengewinde und an ihrem oberen Ende einen kegelförmigen entsprechenden Teil mit Innengewinde aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Spannvorrichtungen (16,17) aufweist, die übereinander angeordnet und mit Spannbacken (8,9) versehen sind, die durch Kraftquellen betätigt sind und von denen die eine das obere Ende der unteren Bohrstange (1) und die andere das untere Ende der oberen Bohrstange (3) einspannt, daß die eine Spannvorrichtung (16) feststehend und mit einem Gerüst (18) fest verbunden ist und die andere Spannvorrichtung (17) um die Achse der Bohrstangen drehbeweglich ist unter der Wirkung wenigstens einer Kraftquelle (19), die einerseits an der unteren Spannvorrichtung (16) und andererseits an der oberen Spannvorrichtung (17) angreift.

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2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannbacke (8,9) drei Elemente (91,92,93) umfaßt, die im wesentlichen an den Winkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, und daß zwei der Spannbackenelemente (91,93) jeweils an einem Ende eines Schenkels der Spannvorrichtung und das dritte Spannbackenelement (92) am Boden der Spannvorrichtung angeordnet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum (22) in der Stärke einer der Spannvorrichtungen (17) vorhanden ist, wenn die Maschine kein Aufschraub- oder Abschraub-Drehmoment ausübt.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schenkel der Spannvorrichtung

(17) im wesentlichen die Form eines Winkels aufweist und daß ein Führungselement (171) zwischen der Seitenwand der beweglichen Spannbackenelemente (91,93) und dem genannten Schenkel angeordnet ist.