EP2898176A2 - Verfahren zum verbinden eines bohrkopfes mit einem bohrgestänge sowie vorrichtung zum halten eines bohrkopfes - Google Patents

Verfahren zum verbinden eines bohrkopfes mit einem bohrgestänge sowie vorrichtung zum halten eines bohrkopfes

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EP2898176A2
EP2898176A2 EP13766933.9A EP13766933A EP2898176A2 EP 2898176 A2 EP2898176 A2 EP 2898176A2 EP 13766933 A EP13766933 A EP 13766933A EP 2898176 A2 EP2898176 A2 EP 2898176A2
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EP
European Patent Office
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drill
drill head
clamping
elements
housing
Prior art date
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EP13766933.9A
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EP2898176B1 (de
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Frank Jost
Christian Funke
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Individual
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Publication of EP2898176B1 publication Critical patent/EP2898176B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/18—Connecting or disconnecting drill bit and drilling pipe
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting a boring head provided for boreholes (deep boreholes) with a drill pipe, and a device for holding a force-fit and / or positive-locking borehole provided for boreholes.
  • Drilling heads are often referred to as Bohrmei. Drilling heads in the sense of the invention are, in particular, roller bits, PDC bits and other elements of any geometry and design.
  • Deep wells are in particular oil, natural gas or geothermal boreholes, but also other boreholes, in which boring heads with one threaded part are used, which can be screwed to another pipe element.
  • the screwed to the drill pipe element is screwed after being screwed to the drill head at its opposite end with another, usually identical pipe element.
  • This process is then repeated several times to form a long drill string with a drill head at the lower end consisting of a multiplicity of tubular elements.
  • the elements described above as “pipe elements” are hereinafter referred to as "elements of the drill string”. These elements do not necessarily have to be tubes in the classical sense. Instead of "tubes” other elongated elements can be used, which are suitable for a drill string.
  • connection of the elements of the drill string together has been carried out for many years in so-called derricks with the aid of clamping screw devices.
  • clamping screw devices in particular the devices are known, which are referred to in the jargon as “Iron Roughneck” or as “Hydraulic Roughneck”.
  • a well-known "Iron Roughneck” associated with the invention typically includes a high-speed rotating device (usually designed as a friction gear) which typically engages the lower portion of the drillstring elements and these, hanging in a derrick, rapidly drives to perform a first part of a screwing operation.
  • this "iron roughneck” comprises a first clamping device for clamping a first end of an element of a drill string and a second clamping device for clampingly holding a second end of an element of a drill string.
  • the first clamping device and the second clamping device which are also referred to as “pliers” are rotatably or pivotably mounted and are used in particular for the second part of a screwing to the already screwed together using the "Spinner" elements of the drill string with a to apply certain specified torque. With the "pliers” therefore a special accuracy and thus high security of the fittings is achieved.
  • US 2002/006271 7 A1 likewise makes reference to crushing plates, the crushing plates being provided with anti-rotation bars designated as "torque transfer arms" which, together with receiving openings formed on the clamping screwing device described in the document, act as a moment support for the crushing plates are usable, if they are driven into each other.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for frictional or positive holding a provided for boreholes drill head available, which simplify the connection of a drill head with an element of a drill string.
  • a method according to the invention for producing a screw connection between a boring head provided for boreholes and a drill string comprises the following method steps: a) positioning an element of a drill string to be connected to the boring head above the boring head, b) controlled movement of the element to be connected in the direction of the boring head in associated thread in a position in which by turning the drill string and / or the drill head, a screw connection between the element to be connected and the drill head can be produced, c) rotating the element to be connected and / or the drill head for producing the screw, wherein d) the drill head is positively connected via a above a drilling structure arranged gripping portion prior to making the screw with a device for holding a drill hole provided for Erdbohrungen, e) the device of a first clamping device of a car f) the element to be connected to the drill head is held by a second clamping device of said clamping screw device; and g) the element to be connected of
  • the invention also relates to a device for the positive retention of a drill hole provided for boreholes, comprising the following elements: a) a claw-shaped support structure for at least partially encompassing a gripping section formed above a drill head and b) a housing with a circular or polygonal Au textur for clamping holding a clamping screw device which is rotatably connected to the support structure or connectable.
  • a holding structure is understood to mean, in particular, a holding structure with oppositely disposed or mutually parallel surfaces for laterally pushing onto the gripping section.
  • the holding structure can also have a different shape if this is suitable for holding the drill head by gripping the holding structure from the outside. For example only, reference is made to a polygonal training at this point.
  • the gripping section preferably adjoins a projecting bearing section.
  • the use of a device in accordance with the invention makes it possible to use clamp-screw devices known from the prior art, which have been used exclusively for the screwing of two elements of a drill pipe for several decades, for screwing a drill head to an element of a drill pipe , For further, related details will be discussed below in connection with the subclaims and the description of the figures.
  • the use of a clamp-screw device for the connection of a drill head with an element of a drill string allows a faster, more accurate and cheaper connection than the known connection of drill heads with elements of drill pipes by means of the "manual tongs" described above or others known aids.
  • the housing has at least one outer dimension, which is greater than the largest size of the drilling structure formed by the drill head to be connected.
  • the housing may be configured as a peripheral housing protecting the drill bit with its drilling structure. The drill head can then be preassembled together with the device according to the invention and stored in this hanging and moved.
  • the relative movement between the element to be connected of the drill pipe and the device takes place in at least the following subsections: a) turning the element of the drill pipe relative to the device at a first speed until reaching a first
  • Torque limit (low) further rotation of the element of the drill string relative to the device at a second speed until a second torque limit is reached.
  • method step a) is preferably carried out with the aid of a high-speed rotating device, in particular a "spinner” of an "Iron Roughneck” known from practice.
  • a spinner usually attacks in the - viewed in the longitudinal direction - lower portion of the element to be connected, but can also be moved in the longitudinal direction and attack at other free points of an element.
  • the "Spinner” is an integral part of the Contraption. However, it can also be a separate “spinner” are used.
  • the further rotation according to the abovementioned method step b) is carried out at a second speed with the aid of the first clamping device and / or the second clamping device.
  • the first clamping device and the second clamping device in the sense of the invention are two very large pliers, by means of which very large elements can be clamped and tightened with an adjustable torque.
  • the joining of a drill head is carried out using a device according to the invention - described in simplified terms - preferably first by screwing with the aid of a "spinner" with a first, low torque and then screwing using the described first clamping device and the second clamping device with a precisely adjustable second, higher torque.
  • the difference between the two torques is preferably chosen so that the clamping devices have to be each other only by less than 90 °, preferably less than 45 ° and more preferably less than 30 °. Since the first clamping device and the second clamping device mainly serve to apply a precise torque, the required angle to achieve the desired torque is preferably chosen as small as possible, for. B. so that it is between 1 ° and 1 0 ° or between 1 ° and 20 °.
  • the holding structure and the housing of a device according to the invention may be formed in one piece. In this case, the device is easy to manufacture and robust.
  • the holding structure is part of a first sub-element and the housing is formed as a separate, second sub-element.
  • the geometry of the support structure and the geometry of the housing are adapted to each other so that the support structure is rotationally fixed positionable in the housing.
  • This is done in particular by a completely complementary design of holding structure and housing or by forming a specific contour (eg, the outer contour) on one of the elements and an at least partially complementary recess on the other element.
  • another, known from the prior art against rotation for the rotationally fixed arrangement of the support structure may be provided in the housing, for. B. a locking mechanism.
  • At least one securing element is arranged or can be arranged on the holding structure and / or on the housing such that the drill head is positively fixed in the device after insertion into the claw-shaped holding structure and closing of the securing element, the safety of the device can be further improved.
  • it is effectively prevented that the connection once made between the support structure and the drill head, for example during transport or any other movement of the arrangement, is inadvertently released.
  • a person who engages with or without the aid of a lifting device, the holding structure with inserted drill head this then moves by turning or pivoting in a position in which the compound could accidentally come off.
  • the housing of a device according to the invention is preferably tubular, that is, it has at least portions of a cylinder ders or cylinder jacket.
  • the holding structure of a device according to the invention is preferably U-shaped. This geometric design can not only be produced inexpensively, but also work very well together with a drill head. The handling is discussed in more detail in the description of the figures.
  • this consists of at least two sub-elements, which can be preferably combined to form a device with a circular or polygonal Au .
  • Such sub-elements may for example have a semicircular basic shape. They are preferably easily detachable connected to each other.
  • the connection of the sub-elements can be done for example by means of bolts, by means of at least one tension band, at least one Seeger ring, at least one cable tie and / or by means of at least one clamp.
  • clamps are particularly suitable so-called quick release clamps and hinge pin clamps.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention in an exploded view
  • 2 shows the device according to the invention shown in FIG. 1 in a view from above
  • FIG. 3 shows the device shown in FIGS. 1 and 2 in a sectional view according to the arrows I, I, I, I in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a drill head known from the prior art with a pushed, claw-shaped holding structure in a side view
  • Fig. 5 shows the drill head shown in Figure 4 without the support structure in a
  • FIG. 7 shows the holding structure shown in Figure 6 in a sectional view taken along the arrows Vl l-Vl l in Figure 6,
  • FIGS. 1 to 3 shows the device according to the invention shown in FIGS. 1 to 3 with a preassembled drill head in a known clamping device
  • FIG. 9 shows the device shown in FIG. 8 immediately before the connection of the drill head with an element of a drill pipe
  • FIG. 1 2 shows a first subelement of a third embodiment of a device according to the invention in a view from above
  • FIG. 1 3 a second sub-element of a third embodiment of a device according to the invention in a view from above and
  • Fig. 1 4 is a sectional view taken along the line S in Figures 1 2 and
  • Figures 1-3 show various views of a first embodiment of a device 10 according to the invention, which consists essentially of a U-shaped, claw-like support structure 1 2 and a sleeve-like housing 1 4.
  • the claw-like support structure 1 2 of the first embodiment consists of a square plate, which is also referred to below as the locking plate 1 6.
  • the housing 1 4 comprises a cylindrical portion 1 8 and a subsequent to the lower side, laterally projecting flange 20. On the upper side, the housing 1 4 has a square recess 22, which allows the locking plate 1 6 - as in the Figures 2 and 3 shown - use.
  • the locking plate 1 6 In the inserted state, the locking plate 1 6 is on a formed in the region of the recess 22 bearing surface 24 with a circular inner contour and substantially square Au OHkontur on. In the corner regions of the support surface 24 threaded holes 26 are formed. This allows the locking plate 1 6 by means of screws 30 are screwed to the housing 1 4.
  • the locking plate 1 6 has in its corner areas through openings 28 which are aligned with the threaded holes 26 in the housing 1 4, when the locking plate 1 6 is inserted into the recess 22 and rests on the support surface 24.
  • a locking bolt 36 is provided with a cylindrical shaft 38 and an elongated latch 40 in the illustrated in Figures 1 -3 first embodiment of the inventive device 1 0.
  • On the latch 40 is further a passage opening 42nd educated.
  • the securing element 32 is designed so that the bolt 40 can be screwed by a screw 30 with the locking plate 1 6 when the latch 40 is in a position closing the opening 34.
  • FIGS. 4 and 5 show by way of example, d. H. schematically and greatly simplifying, known from the prior art drill head 44 with a trained at the lower end of the drilling structure 46, an overlying gripping portion 48, a arranged above the gripping portion 48 bearing portion 50 and a subsequent to the bearing portion 50 conical section 52 with an external thread, not shown.
  • the locking plate 16 should be individually adapted to the specific drilling (different manufacturers) (eg thickness, width of the opening 34, etc.).
  • the bearing portion 50 has not been shown to make the gripping portion 48 visible.
  • the gripping portion 48 has two opposing, mutually parallel surfaces 54a, 54b, which allow the U-shaped support structure shown in Figures 6 and 7 1 2, which in the figures 1 -3 illustrated holding structure 1 2 corresponds to postpone from the side on the gripping portion 48 of the drill head 44.
  • the support structure 1 2 is simplified, i. in particular without securing element, shown.
  • the holding structure 1 2 is designed so that a as shown in Figure 4, inserted into the opening 34 of the support structure 1 2 drill head 44 limited in its freedom of movement up through the laterally outstanding collar of the bearing portion 50 and down through the laterally projecting shoulder 56 is. A release of the connection between the support structure 1 2 by sliding sideways through the opening 34 is prevented by closing the securing element 32.
  • the drill head 44 is preassembled together with the device 10 according to the invention.
  • the locking plate 1 6 - as shown in Figure 4 - pushed from the side of the gripping portion.
  • the locking plate 1 6 is then inserted together with the drill head 44 from above into the housing 1 4, that the locking plate 1 6 rests on the support surface 24 of the housing 1 4.
  • This preassembled unit of housing 1 4, claw-shaped support structure 1 2 and drill head 44 is used in the following step, as shown in Figure 8, in a known from the prior art clamp-screw device 60.
  • the clamping screw device 60 comprises a first clamping device 62 and a second clamping device 64, which are arranged one above the other.
  • Each of the clamping devices 62, 64 consists of two externa ßeren jaws 66a, 66b and 68a, 68b and with these connectable designed inner jaws 70a, 70b and 72a, 72b.
  • the inner jaws 70a, 70b, 72a, 72b are matched in their dimensions to the items to be clamped and usually designed as interchangeable wear parts with a high coefficient of friction.
  • the first clamping device 62 and the second clamping device 64 can be moved relative to one another such that elements held in the clamping devices 62, 64 are rotated relative to one another. This can also be done with a predetermined torque.
  • FIG. 9 shows how a member 58 of a drill string is inserted from above into the clamp screw device 60.
  • the first clamping device 62 is closed and holds the housing 1 4 in the position shown.
  • the element 58 has on its underside a recess 74 with an internal thread which is complementary to the conical portion 52 of the drill head 44 is formed.
  • the element 58 is lowered in the direction of the arrow 76 until it can be screwed by turning the drill head 44.
  • element 58 is first gripped and rotated in the central region of a high-speed rotating device (also called “spinner”), not shown, until a first torque limit value has been reached.
  • the high-speed rotating device is then opened.
  • the second clamping device 64 is closed and clamps the element 58 in the lower region.
  • the first clamp 62 and the second clamp 64 are now relatively moved to screw the element 58 to the drill bit 44 at a predetermined torque.
  • FIGS. 10 and 11 show a second embodiment of a device 10 according to the invention.
  • the housing 1 4 and the claw-like holding structure 1 2 are integrally formed.
  • the device essentially consists of a cylindrical structure with an outer ring 78 open on one side and a bearing surface 24 bordered by the outer ring 78.
  • the bearing surface 24 has a substantially U-shaped recess 22 into which a drill head (in FIG 1 0 not shown) as insertable, as has been described above in connection with the first embodiment. After inserting the Drill head into the recess 22 of the claw-like structure 1 2, a separate fuse element 32 can be pushed in the direction of the arrow 80.
  • the securing element 32 consists of an element that the Au OWring 78 and the support surface 24 - as shown in Figure 1 0 shown - added to elements with a circular contour.
  • a support tongue 82 fixedly connected to the securing element 32. This can be used, for example via the circular openings 84 indicated by dashed lines, corresponding openings in the support surface 24 and bolts (or other connecting elements), not shown secure connection between fuse element 32 and the support structure 1 2 or the housing 1 4 and thus to prevent that inserted into the opening 30 of the claw-like support structure 1 2 drill head (not shown in Fig. 1 0) unintentionally from the opening 34th the device 1 0 according to the invention triggers.
  • FIGS. 1 2 and 1 3 each show a top view of a third embodiment of a device 10 according to the invention.
  • the device 10 according to the invention is divided into a first sub-element 86 and a second sub-element 88, wherein FIG Sub-element 86 and Figure 1 3, the second sub-element 88 shows.
  • the first sub-element 86 and the second sub-element 88 together with their Au durban a housing 14.
  • Each partial element 86, 88 essentially consists of a semicircular segment 90a, 90b, each having an opening 34a, 34b on the straight side and tongues 92a, 94a, 92b, 94b. In the tongues 92a, 94a, 92b, 94b, openings 96a, 98a, 96b, 98b are formed.
  • the partial elements 86, 88 -as shown in FIG. 14 - are complementary-that is, they complement each other by sliding the partial elements 86, 88 formed in FIGS to a device 10 having a circular outer contour and a recess in the middle region, which corresponds in shape to the recess of the device shown in FIG. 10 with inserted securing element 32.
  • the openings 96a, 96b or 94a, 94b are aligned with one another.
  • the sub-elements 86, 88 can then be connected to each other by simply inserting a slightly conically shaped bolt and released from each other again.
  • the sub-elements 86, 88 can also be designed so that a bolt, the parts elements 86, 88 permanently interconnected and the sub-elements are pivoted to surround a gripping portion 48 of a drill bit 44 to this bolt.
  • the geometry in the region of the tongues 92a, 94a, 92b, 94b must be adjusted accordingly, i. H.
  • radii must be provided so that the parts are pivotable about the permanently inserted pin.
  • connection of the sub-elements 86, 88 can also be done with the help of other suitable elements, for. B. by means of bolts.
  • FIGS. 10 to 14 have the advantage over the first embodiment that the drilling structure can be larger, since it is not enclosed by the housing.
  • the first and second embodiments of the device 10 according to the invention have mutually parallel, opposing surfaces 1 00a, 1 00b.
  • the third embodiment has two surfaces 1 00a, 1 00b, which are parallel to each other and can be arranged opposite.
  • the sub-elements 86, 88 must be connected to each other as described above.
  • the third embodiment with mutually parallel surfaces 1 00a, 1 00b has the advantage that it is completely removable and therefore does not have to be pushed laterally. The assembly is thus more flexible. It is also possible to make this embodiment so variable by providing further mounting options or the combination with other similar shaped elements, that the device for drilling structures with gripping portions of different dimensions can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines für Erdbohrungen (Tiefbohrungen) vorgesehenen Bohrkopfes (44) mit einem Element (58) eines Bohrgestänges sowie eine Vorrichtung (10) zum formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (10) zum formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44) zur Verfügung zu stellen, welche die Verbindung eines Bohrkopfes (44) mit einem Element (58) eines Bohrgestänges vereinfachen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10) zum formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44), umfasst folgende Elemente: a) eine klauenförmige Haltestruktur (12) zum mindestens teilweise Umgreifen eines oberhalb eines Bohrkopfes (44) ausgebildeten Greifabschnitts (48) sowie b) ein Gehäuse (14) mit kreisförmiger oder polygonförmiger Außenkontur zum klemmenden Halten mit einer Klemm-Schraubvorrichtung, das drehfest mit der Haltestruktur (12) verbunden oder verbindbar ist.

Description

Verfahren zum Verbinden eines Bohrkopfes mit einem Bohrgestänge sowie Vorrichtung zum Halten eines Bohrkopfes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines für Erdbohrungen (Tiefbohrungen) vorgesehenen Bohrkopfes mit einem Bohrgestänge sowie eine Vorrichtung zu m kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes. Bohrköpfe werden häufig auch als Bohrmei ßel bezeichnet. Bohrköpfe im Sinne der Erfindung sind insbesondere Rollenmei ßel, PDC-Mei ßel und sonstige Mei ßel beliebi- ger Geometrie und Gestaltung.
Mit Tiefbohrungen sind insbesondere Erdöl-, Erdgas- oder Geothermieboh- rungen, aber auch sonstige Bohrungen gemeint, bei welchen Bohrköpfe mit einem Gewindestück zum Einsatz kommen, die mit einem anderen Rohr- element verschraubbar sind. In den meisten Fällen wird das mit dem Bohrkopf verschraubte Rohrelement nach Verschraubung mit dem Bohrkopf an seinem gegenüberliegenden Ende mit einem weiteren, meist baugleichen Rohrelement verschraubt. Dieser Vorgang wird dann mehrfach wiederholt, um einen, aus einer Vielzahl von Rohrelementen bestehenden, langen Bohrstrang mit Bohrkopf am unteren Ende zu bilden. Die vorstehend als "Rohrelement" beschriebenen Elemente werden nachfolgenden als "Elemente des Bohrstrangs" bezeichnet. Es muss sich bei diesen Elementen nicht zwangsläufig um "Rohre" im klassischen Sinne handeln. Statt "Rohren" können auch andere langgestreckte Elemente verwendet werden, die sich für einen Bohrstrang eignen. Dies sind im Wesentlichen in Längsrichtung miteinander verbindbare, rotationssymmetrische Körper. Häufig anzutreffende Rohrlängen liegen zwischen 9 Metern und 1 3,5 Metern. Das Verfahren, welches mit einem vorstehend beschrieben Bohrstrang durchgeführt wird, wird auch als " Rotary-Verfahren" bezeichnet. Ein Bohrstrang wird nachfolgend auch als "Bohrgestänge" bezeichnet. Einige konstruktive Details zu beschriebenen (Rohr-)Elementen des Bohrstrangs sowie zur Montage und Demontage dieser Elemente des Bohrstrangs miteinander sind in der Patentanmeldung DE 1 0 201 1 052 695 beschrieben. Auf die Inhalte dieser Patentanmeldung wird hiermit Bezug genommen. Sie sind Bestandteil dieser Offenbarung.
Die Verbindung der Elemente des Bohrstrangs miteinander wird seit vielen Jahren in sogenannten Bohrtürmen mit Hilfe von Klemm-Schraub- Vorrichtungen durchgeführt. Mit Klemm-Schraub-Vorrichtungen sind insbesondere die Vorrichtungen bekannt, welche in der Fachsprache als "Iron Roughneck" bzw. als "Hydraulic Roughneck" bezeichnet werden. Ein mit der Erfindung im Zusammenhang stehender, bekannter "Iron Roughneck" umfasst üblicherweise eine als "Spinner" bezeichnete Hochgeschwindig- keitsdrehvorrichtung (meist als Reibradgetriebe ausgebildet), die üblicherweise im unteren Bereich der Elemente des Bohrstrangs angreift und diese, in einem Bohrturm hängend, schnell antreibt, um einen ersten Teil eines Schraubvorgangs durchzuführen. Ferner umfasst dieser "Iron Roughneck" eine erste Klemmvorrichtung zum klemmenden Halten eines ersten Endes eines Elements eines Bohrstrangs sowie eine zweite Klemmvorrichtung zum klemmenden Halten eines zweiten Endes eines Elements eines Bohr- Strangs. Die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung, welche auch als "Zangen" bezeichnet werden, sind drehbar bzw. verschwenkbar gelagert und werden insbesondere für den zweiten Teil eines Verschraubvorgangs eingesetzt, um die bereits mit Hilfe des "Spinners" miteinander verschraubten Elemente des Bohrstrangs mit einem bestimmten, vorgegebenen Drehmoment anzuziehen. Mit den "Zangen" wird daher eine besondere Genauigkeit und somit eine hohe Sicherheit der Verschraubungen erreicht. Die Verschraubung des Bohrkopfes mit dem untersten Element eines Bohrstrangs erfolgt bislang überwiegend mit Hilfe sehr gro ßer Zangen, die üblicherweise als "manual tongs" bezeichnet und entweder mit Muskelkraft oder mit Hilfe hydraulischer oder ggf. elektrischer Antriebe bedient werden. Ergänzend zu den "manual tongs" kommen auch sogenannte "Mei ßel- Brechplatten" zum Einsatz. Nachteilig an den bislang zum Einsatz kommenden Verfahren zum Verbinden eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrstrangs ist, dass diese sehr personal- und zeitintensiv sind. Weitere Einzelheiten zu den aus dem Stand der Technik bekannten Klemm- Schraub-Vorrichtungen sind aus US 7,062,991 B1 und aus US 2002/006271 7 A1 bekannt.
US 7,062,991 B1 nimmt insbesondere Bezug auf die Verwendung einer als „plate" bezeichneten Platte, die in seitlichen Führungsschienen einer Klemm-Schraub-Vorrichtung gelagert ist und in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Brechplatten zum Einsatz kommt.
US 2002/006271 7 A1 nimmt ebenfalls Bezug auf Brechplatten, wobei die Brechplatten mit als „torque transfer arms" bezeichneten Verdrehsiche- rungsstangen versehen sind, die zusammen mit an der in dem Dokument beschriebenen Klemm-Schraub-Vorrichtung ausgebildeten Aufnahmeöffnungen als Momentenstütze für die Brechplatten verwendbar sind, wenn diese ineinandergefahren sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum kraftschlüssigen oder formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes zur Verfügung zu stellen, welche die Verbindung eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges vereinfachen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 5. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen einem für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopf und einem Bohrgestänge umfasst folgende Verfahrensschritte: a) Positionieren eines mit dem Bohrkopf zu verbindenden Elements eines Bohrgestänges über dem Bohrkopf, b) kontrolliertes Bewegen des zu verbindenden Elements in Richtung eines mit dem Bohrkopf in Verbindung stehenden Gewindes in eine Position, in der durch Drehen des Bohrgestänges und/oder des Bohrkopfes eine Schraubverbindung zwischen dem zu verbindenden Element und dem Bohrkopf herstellbar ist, c) Drehen des zu verbindenden Elements und/oder des Bohrkopfes zum Herstellen der Schraubverbindung, wobei d) der Bohrkopf über einen oberhalb einer Bohrstruktur angeordneten Greifabschnitt vor dem Herstellen der Schraubverbindung mit einer Vorrichtung zum Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes formschlüssig verbunden wird, e) die Vorrichtung von einer ersten Klemmvorrichtung einer automatischen Klemm-Schraub-Vorrichtung gehalten wird, f) das mit dem Bohrkopf zu verbindende Element über eine zweite Klemmvorrichtung der genannten Klemm-Schraub-Vorrichtung gehalten wird und g) das zu verbindende Element des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung durch die automatische Klemm-Schraub-Vorrichtung so bewegt wird, dass die für die gewünschte Schraubverbindung erforderliche relative Drehbewegung zwischen dem Bohrkopf und dem Element des Bohrgestänges von der Klemm-Schraubverbindung durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes, welche folgende Elemente umfasst: a) eine klauenförmige Haltestruktur zum mindestens teilweisen Umgreifen eines oberhalb eines Bohrkopfes ausgebildeten Greifabschnitts sowie b) ein Gehäuse mit kreisförmiger oder polygonförmiger Au ßenkontur zum klemmenden Halten mit einer Klemm-Schraubvorrichtung, das drehfest mit der Haltestruktur verbunden oder verbindbar ist.
Unter einer Haltestruktur im Sinne der Erfindung wird insbesondere eine Haltestruktur mit sich gegenüberliegenden, parallel zueinander angeordneten oder anordenbaren Flächen zum seitlichen Aufschieben auf den Greifabschnitt verstanden. Alternativ kann die Haltestruktur aber auch eine andere Form aufweisen, wenn diese dazu geeignet ist, den Bohrkopf durch Greifen der Haltestruktur von der Au ßenseite zu halten. Nur beispielhaft wird an dieser Stelle auf eine polygonartige Ausbildung verwiesen.
Der Greifabschnitt schließt sich vorzugsweise an einen auskragenden Lagerabschnitt an. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht es, aus dem Stand der Technik bekannte Klemm-Schraub- Vorrichtungen, die seit mehreren Jahrzehnten ausschließlich für das Ver- schrauben von zwei Elementen eines Bohrgestänges eingesetzt wurden, für die Verschraubung eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges zu verwenden. Auf weitere, diesbezügliche Details wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung eingegangen. Die Verwendung einer Klemm-Schraub-Vorrichtung für die Verbindung eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges ermöglicht eine schnellere, exaktere und kostengünstigere Verbindung als die bekannte Verbindung von Bohrköpfen mit Elementen von Bohrgestängen mittels der eingangs beschriebenen "manual tongs" bzw. anderen bekannten Hilfsmitteln. Die Erfindung kommt ferner dem Grundsatz "Hands off" nach und reduziert die Gefahr von Arbeitsunfällen während eines Verschraubvorgangs. In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Gehäuse mindestens ein Au ßenmaß auf, das grö ßer ist als das grö ßte Au ßenmaß der dem zu verbindenden Bohrkopf ausgebildeten Bohrstruktur. In dieser Ausführungsform kann das Gehäuse als ein den Bohrkopf mit dessen Bohrstruktur schützendes, umgehendes Gehäuse ausgestaltet sein. Der Bohrkopf kann dann zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vormontiert und in diesem hängend gelagert und bewegt werden.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Relativbewegung zwischen dem zu verbindenden Element des Bohrgestänges und der Vorrichtung in mindestens folgenden Teilabschnitten : a) Drehen des Elements des Bohrgestänges relativ zu der Vorrich- tung mit einer ersten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines ersten
Drehmomentgrenzwertes (niedrig), b) Weiterdrehen des Elements des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines zweiten Drehmomentgrenzwertes.
Dabei wird der Verfahrensschritt a) vorzugsweise mit Hilfe einer Hoch- geschwindkeitsdrehvorrichtung, insbesondere einem aus der Praxis bekannten "Spinner" eines "Iron Roughnecks", durchgeführt. Ein solcher "Spinner" greift üblicherweise i m - in Längsrichtung betrachtet - unteren Bereich des zu verbindenden Elements an, kann jedoch auch in Längsrichtung verfahren werden und an anderen freien Stellen eines Elements angreifen. Bei den meisten "Iron Roughnecks" ist der "Spinner" ein integraler Bestandteil der Vorrichtung. Es kann jedoch auch ein separater "Spinner" zum Einsatz kommen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform wird das Weiterdrehen gemäß dem vorstehend genannten Verfahrensschritt b) mit einer zweiten Geschwindigkeit mit Hilfe der ersten Klemmvorrichtung und/oder der zweiten Klemmvorrichtung durchgeführt. In Bezug auf bekannte "Iron Rough- necks" handelt es sich bei der ersten Klemmvorrichtung und der zweiten Klemmvorrichtung im Sinne der Erfindung um zwei sehr gro ße Zangen, mit deren Hilfe sehr gro ße Elemente festgeklemmt und mit einem einstellbaren Drehmoment festgezogen werden können.
Das Verbinden eines Bohrkopfes erfolgt unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung - vereinfacht beschrieben - vorzugsweise zunächst durch Verschrauben mit Hilfe eines "Spinners" mit einem ersten, niedrigen Drehmoment und anschließendes Verschrauben mit Hilfe der beschriebenen ersten Klemmvorrichtung und der zweiten Klemmvorrichtung mit einem präzise einstellbaren zweiten, höheren Drehmoment. Die Differenz der beiden Drehmomente wird vorzugsweise so gewählt, dass die Klemmvorrichtungen zueinander nur um weniger als 90 ° , bevorzugt weniger als 45 ° und besonders bevorzugt weniger als 30 ° bewigt werden müssen. Da die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung vor allem dem Aufbringen eines präzisen Drehmoments dienen, wird der erforderliche Winkel zum Erreichen des gewünschten Drehmoments vorzugsweise möglichst klein gewählt, z. B. so, dass er zwischen 1 ° und 1 0 ° bzw. zwischen 1 ° und 20 ° liegt.
Die Haltestruktur und das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Vorrichtung einfach herstellbar und robust.
Gemäß einer anderen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Haltestruktur Bestandteil eines ersten Teilelements und das Gehäuse als separates, zweites Teilelement ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache und intuitive Handhabung der Vorrichtung.
Auf Einzelheiten hinsichtlich der Handhabung von einteilig und mehrteilig ausgebildeten Vorrichtungen wird in der Figurenbeschreibung noch näher Bezug genommen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Geometrie der Haltestruktur und die Geometrie des Gehäuses so aneinander angepasst, dass die Haltestruktur drehfest in dem Gehäuse positionierbar ist. Dies erfolgt insbesondere durch eine vollständig komplementäre Ausbildung von Haltestruktur und Gehäuse oder durch Ausbildung einer bestimmten Kontur (z. B. der Au ßenkontur) an einem der Elemente und einer zumindest teilweise komplementären Ausnehmung an dem anderen Element. Ferner kann eine sonstige, aus dem Stand der Technik bekannte Verdrehsicherung zur drehfesten Anordnung der Haltestruktur in dem Gehäuse vorgesehen sein, z. B. ein Verriegelungsmechanismus. Wenn an der Haltestruktur und/oder an dem Gehäuse mindestens ein Sicherungselement derart angeordnet oder anordenbar ist, dass der Bohrkopf nach Einschieben in die klauenförmige Haltestruktur und Schließen des Sicherungselements formschlüssig in der Vorrichtung fixiert ist, kann die Sicherheit der Vorrichtung weiter verbessert werden. In diesem Fall wird nämlich wirksam verhindert, dass die einmal hergestellte Verbindung zwischen Haltestruktur und Bohrkopf, beispielsweise während des Transports oder einem sonstigen Bewegen der Anordnung, versehentlich gelöst wird. Insbesondere wird verhindert, dass ein Mensch , der mit oder ohne Zuhilfenahme einer Hebeeinrichtung, die Haltestruktur mit eingesetztem Bohrkopf greift, diese anschließend durch Drehen oder Schwenken in eine Lage bewegt, in welche sich die Verbindung versehentlich lösen könnte.
Das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet, d. h. es weist zu mindest Teilabschnitte eines Zylin- ders oder Zylindermantels auf. Ein Vorteil einer solchen Gestaltung ist die beliebige relative Anordnung des Gehäuses mit Hilfe einer Klemmvorrichtung. Ferner sind derartige Vorrichtungen aus einem rohrförmigen Standard-Bauelement relativ kostengünstig herstellbar.
Die Haltestruktur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise u- förmig ausgebildet. Diese geometrische Gestaltung lässt sich nicht nur kostengünstig herstellen, sondern zusammen mit einem Bohrkopf auch sehr gut handhaben. Auf die Handhabung wird in der Figurenbeschreibung noch näher eingegangen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht diese aus mindestens zwei Teilelementen, die sich vorzugsweise zu einer Vorrichtung mit kreisförmiger oder polygonförmiger Au ßenkontur zusammenfügen lassen. Solche Teilelemente können beispielsweise eine halbkreisförmige Grundform aufweisen. Sie sind vorzugsweise einfach lösbar miteinander verbindbar. Die Verbindung der Teilelemente kann beispielsweise mittels Bolzen, mittels mindestens eines Spannbands, mindestens eines Seeger-Rings, mindestens eines Kabelbinders und/oder mittels mindestens einer Schelle erfolgen. Als Schellen besonders geeignet sind sogenannte Schnellverschluss-Schellen sowie Gelenkbolzen- Schellen. Wenn Schellen, Seeger-Ringe, Kabelbinder oder Spannbänder verwendet werden, ist es ferner vorteilhaft, wenn an der Au ßenseite der Teilelemente eine umlaufende Vertiefung und/oder sonstige Elemente zur Führung bzw. Aufnahme der Schelle, des Seeger-Rings, des Kabelbinders und/oder des Spannbands vorgesehen sind.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben : Es zeigen :
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung, Fig. 2 die in Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
Fig. 3 die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung in einer Schnitt- darstellung gemäß den Pfeilen I I I-I I I in Figur 2,
Fig. 4 einen aus dem Stand der Technik bekannten Bohrkopf mit einer aufgeschobenen, klauenförmigen Haltestruktur in einer Seitenansicht,
Fig. 5 den in Figur 4 gezeigten Bohrkopf ohne die Haltestruktur in einer
Ansicht von oben,
Fig. 6 die klauenförmige Haltestruktur in einer Ansicht von oben,
Fig. 7 die in Figur 6 gezeigte Haltestruktur in einer Schnittdarstellung gemäß den Pfeilen Vl l-Vl l in Figur 6,
Fig. 8 die in den Figuren 1 -3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem vormontierten Bohrkopf in einer bekannten Klemm-
Schraub-Vorrichtung (Iron Roughneck),
Fig. 9 die in Figur 8 gezeigte Vorrichtung unmittelbar vor der Verbindung des Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges,
Fig. 1 0 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
Fig. 1 1 die in Figur 1 0 dargestellte Vorrichtung in einer Ansicht von vorne,
Fig. 1 2 ein erstes Teilelement einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben, Fig. 1 3 ein zweites Teilelement einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben und
Fig. 1 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie S in den Figuren 1 2 und
1 3 durch die virtuell zusammengefügten Teilelemente in den Figuren 1 2 und 1 3.
Die Figuren 1 -3 zeigen verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0, die im Wesentlichen aus einer u-förmig ausgebildeten, klauenartigen Haltestruktur 1 2 und einem hülsenartig ausgebildeten Gehäuse 1 4 besteht. Die klauenartige Haltestruktur 1 2 der ersten Ausführungsform besteht aus einer quadratischen Platte, die nachfolgend auch als Verriegelungsplatte 1 6 bezeichnet wird. Das Gehäuse 1 4 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 1 8 und einen sich an der unteren Seite anschließenden, seitlich auskragenden Flansch 20. Auf der Oberseite weist das Gehäuse 1 4 eine quadratische Ausnehmung 22 auf, welche es ermöglicht, die Verriegelungsplatte 1 6 - wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt - einzusetzen. I m eingesetzten Zustand liegt die Verriegelungsplatte 1 6 auf einer im Bereich der Ausnehmung 22 ausgebildeten Auflagerfläche 24 mit kreisförmiger Innenkontur und im Wesentlichen quadratischer Au ßenkontur auf. In den Eckbereichen der Auflagerfläche 24 sind Gewindelöcher 26 ausgebildet. Dadurch kann die Verriegelungsplatte 1 6 mit Hilfe von Schrauben 30 mit dem Gehäuse 1 4 verschraubt werden. Die Verriegelungsplatte 1 6 weist in ihren Eckbereichen Durchgangsöffnungen 28 auf, die mit den Gewindelöchern 26 in dem Gehäuse 1 4 fluchten, wenn die Verriegelungsplatte 1 6 in die Ausnehmung 22 eingesetzt ist und auf der Auflagerfläche 24 aufliegt. Als Sicherungselement 32 zum Verschließen der Öffnung 34 der klauenartigen Haltestruktur 1 2 ist in der in den Figuren 1 -3 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0 ein Sicherungsriegel 36 mit einem zylindrischen Schaft 38 und einem langgestreckten Riegel 40 vorgesehen. An dem Riegel 40 ist ferner eine Durchgangsöffnung 42 ausgebildet. Wie in Figur 2 gezeigt, ist das Sicherungselement 32 so gestaltet, dass der Riegel 40 über eine Schraube 30 mit der Verriegelungsplatte 1 6 verschraubt werden kann, wenn der Riegel 40 sich in einer die Öffnung 34 verschließenden Position befindet.
Die Figuren 4 und 5 zeigen beispielartig, d. h. schematisch und stark vereinfachend, einen aus dem Stand der Technik bekannten Bohrkopf 44 mit einer an dessen unteren Ende ausgebildeten Bohrstruktur 46, einem darüber angeordneten Greifabschnitt 48, einem über dem Greifabschnitt 48 ange- ordneten Lagerabschnitt 50 und einem sich über dem Lagerabschnitt 50 anschließenden konischen Abschnitt 52 mit einem nicht dargestellten Au ßengewinde. Die Verriegelungsplatte 1 6 sollte bohrmei ßelspezifisch (verschiedene Hersteller) individuell angepasst werden (z. B. Dicke, Breite der Öffnung 34 etc.).
In Figur 5 wurde der Lagerabschnitt 50 nicht dargestellt, um den Greifabschnitt 48 sichtbar zu machen. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, weist der Greifabschnitt 48 zwei sich gegenüberliegende, parallel zueinander angeordnete Flächen 54a, 54b auf, die es ermöglichen, die in den Figuren 6 und 7 dargestellte u-förmige Haltestruktur 1 2, welche der in den Figuren 1 -3 dargestellten Haltestruktur 1 2 entspricht, von der Seite auf den Greifabschnitt 48 des Bohrkopfes 44 aufzuschieben. In den Figuren 6 und 7 sowie in Figur 4 ist die Haltestruktur 1 2 vereinfacht, d.h. insbesondere ohne Sicherungselement, dargestellt. Die Haltestruktur 1 2 ist so gestaltet, dass ein wie in Figur 4 dargestellter, in die Öffnung 34 der Haltestruktur 1 2 eingeschobener Bohrkopf 44 in seiner Bewegungsfreiheit nach oben durch den seitlich hervorragenden Kragen des Lagerabschnitts 50 und nach unten durch den seitlich hervorragenden Absatz 56 beschränkt ist. Ein Lösen der Verbindung zwischen Haltestruktur 1 2 durch seitliches Herausgleiten durch die Öffnung 34 wird durch Schließen des Sicherungselements 32 verhindert.
Anhand der Figuren 8 und 9 wird im Folgenden beschrieben, wie die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0 eingesetzt werden kann, um eine Schraubverbindung zwischen einem Bohrkopf 44 und einem Element 58 eines Bohrgestänges mit Hilfe einer bekannten Klemm-Schraub- Vorrichtung 60 herzustellen.
Zunächst wird der Bohrkopf 44 zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0 vormontiert. Dazu wird die Verriegelungsplatte 1 6 - wie in Figur 4 dargestellt - von der Seite auf den Greifabschnitt aufgeschoben. Die Verriegelungsplatte 1 6 wird dann zusammen mit dem Bohrkopf 44 von oben so in das Gehäuse 1 4 eingesetzt, dass die Verriegelungsplatte 1 6 auf der Auflagerfläche 24 des Gehäuses 1 4 aufliegt. Durch Verschwenken des Sicherungselements 32 in die in Figur 2 gezeigte Position und Verschrau- ben des Sicherungselements 32 mit dem Gehäuse 1 4 wird anschließend mittels Formschluss sichergestellt, dass der Bohrkopf 44 sich nicht mehr aus der vormontierten Einheit entnehmen lässt. Diese vormontierte Einheit aus Gehäuse 1 4, klauenförmiger Haltestruktur 1 2 und Bohrkopf 44 wird im folgenden Schritt, wie in Figur 8 gezeigt, in eine aus dem Stand der Technik bekannte Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 eingesetzt.
Die Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 umfasst eine erste Klemmvorrichtung 62 und eine zweite Klemmvorrichtung 64, die übereinander angeordnet sind. Jede der Klemmvorrichtungen 62, 64 besteht aus jeweils zwei äu ßeren Klemmbacken 66a, 66b bzw. 68a, 68b und mit diesen verbindbar gestalteten inneren Klemmbacken 70a, 70b bzw. 72a, 72b. Die inneren Klemmbacken 70a, 70b, 72a, 72b sind in ihren Maßen auf die einzuklemmenden Gegenstände abgestimmt und üblicherweise als auswechselbare Ver- schlei ßteile mit hohem Reibwert ausgebildet. Die erste Klemmvorrichtung 62 und die zweite Klemmvorrichtung 64 können relativ zueinander so bewegt werden, dass in den Klemmvorrichtungen 62, 64 gehaltene Elemente relativ zueinander verdreht werden. Dies kann auch mit einem vorgegebenen Drehmoment erfolgen. Diese Eigenschaft kann insofern zum Ver- schrauben zweier Elemente mit einem gewünschten Drehmoment eingesetzt werden. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass anstelle der dargestellten Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 mit jeweils zwei Klemmbacken 70a, 70b bzw. 72a, 72b auch Klemm-Schraub-Vorrichtungen mit drei oder mehr Klemmbacken verwendet werden können. In Figur 9 ist dargestellt, wie ein Element 58 eines Bohrgestänges von oben in die Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 eingeführt wird. Die erste Klemmvorrichtung 62 ist geschlossen und hält das Gehäuse 1 4 in der gezeigten Position fest. Das Element 58 weist an seiner Unterseite eine Ausnehmung 74 mit einem Innengewinde auf, die komplementär zu dem konischen Abschnitt 52 des Bohrkopfes 44 ausgebildet ist. Das Element 58 wird in Richtung des Pfeiles 76 so weit abgesenkt, bis es durch Drehen mit dem Bohrkopf 44 verschraubt werden kann. Dazu wird das Element 58 zunächst im mittleren Bereich einer nicht dargestellten Hochgeschwindigkeitsdrehvor- richtung (auch "Spinner" genannt) ergriffen und gedreht, bis ein erster Drehmomentgrenzwert erreicht ist. Die Hochgeschwindigkeitsdrehvorrich- tung wird im Anschluss daran geöffnet. Nun wird die zweite Klemmvorrichtung 64 geschlossen und klemmt das Element 58 im unteren Bereich fest. Die erste Klemmvorrichtung 62 und die zweite Klemmvorrichtung 64 werden nun relativ bewegt, um das Element 58 mit einem vorgegebenen Drehmoment mit dem Bohrkopf 44 zu verschrauben.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann in analoger Art und Weise auch mit anderen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen durchgeführt werden. I m Folgenden wird auf zwei weitere Ausführungsformen Bezug genommen, die in den Figuren 1 0 bis 1 3 dargestellt sind. Für identische oder funktionsgleiche Elemente werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Figuren 1 0 und 1 1 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0. Bei dieser Vorrichtung sind das Gehäuse 1 4 und die klauenartige Haltestruktur 1 2 einstückig ausgebildet. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen Struktur mit einem einseitig offenen Au ßenring 78 und einer von dem Au ßenring 78 eingefass- ten Auflagerfläche 24. Die Auflagerfläche 24 weist eine im Wesentlichen u- förmige Ausnehmung 22 auf, in welche ein Bohrkopf (in Figur 1 0 nicht dargestellt) so einschiebbar ist, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Nach dem Einschieben des Bohrkopfes in die Ausnehmung 22 der klauenartigen Struktur 1 2 kann ein separates Sicherungselement 32 in Richtung des Pfeils 80 aufgeschoben werden. In der gezeigten Ausführungsform besteht das Sicherungselement 32 aus einem Element, das den Au ßenring 78 und die Auflagerfläche 24 - wie in Figur 1 0 gestichelt dargestellt - zu Elementen mit kreisförmiger Kontur ergänzt. Auf der Oberseite des Sicherungselements 32 befindet sich eine fest mit dem Sicherungselement 32 verbundene Auflagerzunge 82. Diese kann, beispielsweise über die gestrichelt angedeuteten kreisförmigen Öffnungen 84, korrespondierende Öffnungen in der Auflagerfläche 24 und nicht dargestellte Bolzen (oder sonstige Verbindungselemente) dazu genutzt werden, eine sichere Verbindung zwischen Sicherungselement 32 und der Haltestruktur 1 2 bzw. dem Gehäuse 1 4 herzustellen und somit zu verhindern, dass ein in die Öffnung 30 der klauenartigen Haltestruktur 1 2 einsetzter Bohrkopf (in Fig. 1 0 nicht dargestellt) sich ungewollt aus der Öffnung 34 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0 löst. Durch das Einsetzen des Sicherungselements 32 erfolgt ein Ringschluss, welcher die Gesamtstabilität der in Figur 1 0 gezeigten Vorrichtung 1 0 für die weitere Verwendung deutlich erhöht. Die Figuren 1 2 und 1 3 zeigen jeweils eine Ansicht von oben einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0. In der dritten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 0 in ein erstes Teilelement 86 und ein zweites Teilelement 88 aufgeteilt, wobei Figur 1 2 das erste Teilelement 86 und Figur 1 3 das zweite Teilelement 88 zeigt. Bei dieser Ausführungsform bilden das erste Teilelement 86 und das zweite Teilelement 88 mit ihren Au ßenseiten zusammen ein Gehäuse 14. Die Innenseiten des ersten Teilelements 86 und des zweiten Teilelements 88 bilden zusammen eine zweiteilige klauenartige Haltestruktur 1 2, mittels welcher aus dem Stand der Technik bekannte Bohrstrukturen 46 an deren Greifabschnitt 48 - wie insbesondere in Verbindung mit den Figuren 4-5 am Beispiel der ersten anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben - gehalten werden können. Jedes Teilelement 86, 88 besteht im Wesentlichen aus einem halbkreisförmigen Segment 90a, 90b mit jeweils einer Öffnung 34a, 34b auf der geraden Seite und Zungen 92a, 94a, 92b, 94b. In den Zungen 92a, 94a, 92b, 94b sind Öffnungen 96a, 98a, 96b, 98b ausgebildet. I m Bereich der Zungen 92a, 94a, 92b, 94b sind die Teilelemente 86, 88 - wie in Figur 1 4 erkennbar ist - komplementär ausgebildet, d. h. sie ergänzen sich durch aufeinanderzuschieben der in den Figuren 1 2 und 1 3 ausgebildeten Teilelemente 86, 88 zu einer Vorrichtung 1 0 mit kreisförmiger Au ßenkontur und einer Ausnehmung im mittleren Bereich, die in ihrer Form der Ausnehmung der in Figur 1 0 dargestellten Vorrichtung mit eingesetztem Sicherungselement 32 entspricht. I m zusammengesetzten Zustand der Teilelemente 86, 88 fluchten die Öffnungen 96a, 96b bzw. 94a, 94b miteinander. Die Teilelemente 86, 88 können dann durch einfaches Einführen eines leicht konisch geformten Bolzens miteinander verbunden und wieder voneinander gelöst werden.
Die Teilelemente 86, 88 können auch so gestaltet werden, dass ein Bolzen die Teileelemente 86, 88 permanent miteinander verbindet und die Teilelemente zum Umschließen eines Greifabschnitts 48 eines Bohrkopfes 44 um diesen Bolzen aufgeschwenkt werden. In diesem Fall muss die Geometrie im Bereich der Zungen 92a, 94a, 92b, 94b entsprechend angepasst werden, d. h. es müssen beispielsweise Radien vorgesehen werden, damit die Teile um den permanent eingeschobenen Bolzen verschwenkbar sind.
Anstelle der auf die Geometrie eines Greifabschnitts eines bekannten Bohrkopftyps angepassten Ausnehmung in den beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen können auch andere Geometrien ausgebildet werden, die dazu geeignet sind, den aufzunehmenden Bohrkopf zum Verbinden mit einem Element eines Bohrgestänges zu halten.
Die Verbindung der Teilelemente 86, 88 kann auch mit Hilfe anderer geeigneter Elemente erfolgen, z. B. mit Hilfe von Schraubbolzen.
Auch wenn in den Figuren nur formschlüssige Verbindungen gezeigt sind, wird an dieser Stelle noch einmal betont, dass auch kraftschlüssige Verbindungen zwischen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Bohrkopf vom Schutzumfang abgedeckt sind. Anstelle einer Öffnung mit definier- ter Breite (mit oder ohne zusätzliches Sicherungselement) kann daher auch eine Klemmvorrichtung auf der Innenseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein. Eine solche Klemmvorrichtung hat den Vorteil, dass mit ihr Greifabschnitte verschiedener Maße aufgenommen werden können. Die beschriebenen, formschlüssigen Ausführungsformen haben hingegen den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig herstellbar sind und hohen Sicherheitsanforderungen gerecht werden.
Die in den Figuren 1 0 bis 1 4 beschriebenen Ausführungsformen haben gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil, dass die Bohrstruktur grö ßer sein kann, da sie nicht von dem Gehäuse umschlossen wird.
Die erste und zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 0 weisen parallel zueinander angeordnete, sich gegenüberliegende Flächen 1 00a, 1 00b auf. Die dritte Ausführungsform weist zwei Flächen 1 00a, 1 00b auf, die parallel zueinander und gegenüberliegend anordenbar sind. Dazu müssen die Teilelemente 86, 88 wie vorstehend beschrieben miteinander verbunden werden. Die dritte Ausführungsform mit parallel zueinander anordenbaren Flächen 1 00a, 1 00b hat den Vorteil, dass diese vollständig demontierbar ist und somit nicht seitlich aufgeschoben werden muss. Die Montage ist damit flexibler. Auch besteht die Möglichkeit, diese Ausführungsform durch das Vorsehen weiterer Montagemöglichkeiten oder die Kombination mit anderen, ähnlich gestalteten Elementen, derart variabel zu gestalten, dass die Vorrichtung für Bohrstrukturen mit Greifabschnitten verschiedener Maße verwendbar ist.
Alle in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist auch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. Diesbezüglich wird insbesondere darauf verwiesen, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung statt aus- wie in der Figurenbeschreibung beschrieben - zwei Teilelementen aus drei, vier, fünf oder mehr Teilelementen zusammengesetzt sein kann.
Bezugszeichenliste
1 0 erfindungsgemäße Vorrichtung
1 2 klauenartige Haltestruktur
1 4 Gehäuse
1 6 Verriegelungsplatte
1 8 zylindrischer Abschnitt
20 Flansch
22 Ausnehmung
24 Auflagerfläche
26 Gewindeloch
28 Durchgangsöffnung
30 Schraube
32 Sicherungselement
34 Öffnung
36 Sicherungsriegel
38 zylindrischer Schaft
40 Riegel
42 Durchgangsöffnung
44 Bohrkopf
46 Bohrstruktur
48 Greifabschnitt
50 Lagerabschnitt
52 konischer Abschnitt
54a, 54b Fläche (des Greifabschnitts)
56 Absatz
58 Element eines Bohrgestänges
60 Klemm-Schraub-Vorrichtung
62 erste Klemmvorrichtung
64 zweite Klemmvorrichtung
66 äu ßere Klemmbacke (der ersten Klemmvorrichtung)
68 äu ßere Klemmbacke (der zweiten Klemmvorrichtung)
70 innere Klemmbacke (der ersten Klemmvorrichtung)
72 innere Klemmbacke (der zweiten Klemmvorrichtung) 74 Ausnehmung
76 Pfeil
78 Außenring
80 Pfeil
82 Auflagerzunge
84 Öffnung
86 erstes Teilelement
88 zweites Teilelement
90a, 90b Ringbogen
92 Zange
94 Öffnung
96 Öffnung
98 Öffnung
100a, 100b Flächen
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Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen einem für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopf (44) und einem Element (58) eines Bohrgestänges, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Positionieren eines mit dem Bohrkopf (44) zu verbindenden Elements (58) eines Bohrgestänges über dem Bohrkopf (44), b) Kontrolliertes Bewegen des zu verbindenden Elements (58) in Richtung eines mit dem Bohrkopf (44) in Verbindung stehenden Gewindes in eine Position, in der durch Drehen des Elements (58) Bohrgestänges und/oder des Bohrkopfes (44) eine Schraubverbindung zwischen dem zu verbindenden Element (58) und dem Bohrkopf (44) herstellbar ist, c) Drehen des zu verbindenden Elements (58) und/oder des Bohrkopfes (44) zum Herstellen der Schraubverbindung dadurch gekennzeichnet, dass d) der Bohrkopf (44) über einen oberhalb einer Bohrstruktur (46) angeordneten Greifabschnitt (48) vor dem Herstellen der Schraubverbindung mit einer Vorrichtung (1 0) zum Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44) formschlüssig verbunden wird, e) die Vorrichtung (1 0) von einer ersten Klemmvorrichtung (62) einer Klemm-Schraub-Vorrichtung (60) gehalten wird, f) das mit dem Bohrkopf zu verbindende Element (58) über eine zweite Klemmvorrichtung (64) der genannten Klemm-Schraub-Vorrichtung (60) gehalten wird und g) das zu verbindende Element (58) des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung (1 0) durch die Klemm-Schraub-Vorrichtung (60) so bewegt wird, dass die für die gewünschte Schraubverbindung erforderliche relative Drehbewegung zwischen dem Bohrkopf (44) und dem Element (58) des Bohrgestänges von der Klemm-Schraub-Vorrichtung (60) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen dem zu verbindenden Element (58) des Bohrgestänges und der Vorrichtung (1 0) in mindestens folgenden Teilabschnitten erfolgt: a) Drehen des Elements (58) des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung (1 0) mit einer ersten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines ersten Drehmomentgrenzwertes, b) Weiterdrehen des Elements (58) des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung (1 0) mit einer zweiten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines zweiten Drehmomentgrenzwertes.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen mit der ersten Geschwindigkeit mit Hilfe einer Hoch- geschwindkeitsdrehvorrichtung erfolgt, die im mittleren Bereich des zu verbindenden Elements (58) angreift.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Weiterdrehen mit einer zweiten Geschwindigkeit mit Hilfe der ers- ten Klemmvorrichtung (62) und/oder der zweiten Klemmvorrichtung
(64) erfolgt.
5. Vorrichtung zum formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44), gekennzeichnet durch folgende Ele- mente: a) eine klauenförmige Haltestruktur (1 2) zum mindestens teilweisen Umgreifen eines oberhalb eines Bohrkopfes (44) ausgebildeten Greifabschnitts (48) sowie b) ein Gehäuse (1 4) mit kreisförmiger oder polygonförmiger Au- ßenkontur zum klemmenden Halten mit einer Klemm-
Schraubvorrichtung, das drehfest mit der Haltestruktur (1 2) verbunden oder verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Haltestruktur (1 2) Bestandteil eines ersten Teilelements ist und das Gehäuse (1 4) als separates, zweites Teilelement ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Geometrie der Haltestruktur (1 2) und die Geometrie des Gehäuses (1 4) so aneinander angepasst sind, dass die Haltestruktur (1 2) drehfest in dem Gehäuse (1 4) positionierbar ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Haltestruktur (1 2) und/oder an dem Gehäuse (1 4) mindestens ein Sicherungselement (32) derart angeordnet oder anordenbar ist, dass der Bohrkopf (44) nach Einschieben in die klauenförmige Haltestruktur (1 2) und Schließen des Sicherungselements (32) formschlüssig in der Vorrichtung fixiert ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 4) rohrförmig und/oder die Haltestruktur (1 2) u-förmig ausgebildet ist.
1 0. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus mindestens zwei Teilelementen (86, 88) besteht.
1 1 . Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die klauenförmige Haltestruktur (1 2) zwei parallel zueinander angeordnete oder parallel zueinander anor- denbare Flächen (1 00a, 1 00b) umfasst.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 4) und die klauenförmige Haltestruktur (1 2) durch mindestens zwei Teilelemente (86, 88) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (86, 88) so miteinander verbunden und/oder verbindbar sind, dass sich innerhalb der Teilelemente (86, 88) eine Struktur zum vollständigen Umgreifen mit zwei parallel zueinander angeordneten Flächen (1 00a, 1 00b) ergibt.
Vorrichtung nach einem der mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (86, 88) mittels Bolzen, mittels mindestens eines Spannbands und/oder mittels mindestens einer Schelle verbunden und/oder verbindbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (86, 88) zwei kreisringförmige Segmente sind, die zu einem vollständigen Kreisring verbindbar sind.
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