EP2898176B1 - 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 Download PDF

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EP2898176B1
EP2898176B1 EP13766933.9A EP13766933A EP2898176B1 EP 2898176 B1 EP2898176 B1 EP 2898176B1 EP 13766933 A EP13766933 A EP 13766933A EP 2898176 B1 EP2898176 B1 EP 2898176B1
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EP
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clamping
drill
drill head
holding structure
housing
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Frank Jost
Christian Funke
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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 drill head intended for earth bores (deep bores) to a drill rod and a device for non-positive and / or form-fitting holding of a drill head intended for earth bores.
  • Drill heads are often referred to as drill bits.
  • drill heads are in particular roller bits, PDC bits and other bits of any geometry and design.
  • Deep boreholes particularly mean oil, natural gas or geothermal boreholes, but also other boreholes in which drill heads with a threaded piece are used, which can be screwed to another tubular element.
  • the tubular element screwed to the drill head is screwed, after screwing to the drill head, at its opposite end to a further, mostly structurally identical, tubular element.
  • This process is then repeated several times in order to form a long drill string consisting of a large number of tubular elements with a drill head at the lower end.
  • the elements described above as “tubular element” are hereinafter referred to as "elements of the drill string”. These elements do not necessarily have to be “pipes” in the classic sense. Instead of "tubes”, other elongate elements suitable for a drill string can also be used. These are essentially rotationally symmetrical bodies that can be connected to one another in the longitudinal direction. Frequently encountered pipe lengths are between 9 meters and 13.5 meters.
  • drill string The method which is carried out with a drill string described above is also referred to as the "rotary method".
  • a drill string is also referred to below as a “drill string”.
  • a known "Iron Roughneck” associated with the invention usually comprises a high-speed rotating device called a "spinner” (mostly designed as a friction gear), which usually engages in the lower area of the elements of the drill string and drives them quickly while hanging in a derrick, to carry out the first part of a screwing process.
  • spinner mostly designed as a friction gear
  • 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 clamping 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 process to connect the elements of the drill string that have already been screwed together with the aid of the "spinner” to tighten certain specified torque. With the "pliers" a special accuracy and thus a high security of the screw connections is achieved.
  • US 7,062,991 B1 refers in particular to the use of a plate called a "plate”, which is mounted in lateral guide rails of a clamping / screwing device and is used in conjunction with the crushing plates described above.
  • US 2002/0062717 A1 also refers to breaker plates, the breaker plates being provided with anti-rotation rods called “torque transfer arms" which, together with receiving openings formed in the clamping and screw device described in the document, can be used as torque supports for the breaker plates when they are inserted into one another.
  • the invention is based on the object of providing a method and a device for non-positive or positive holding of a drill head provided for earth drilling, which simplify the connection of a drill head to an element of a drill rod.
  • a holding structure in the context of the invention is understood to mean, in particular, a holding structure with opposing surfaces that are arranged or can be arranged parallel to one another for laterally sliding 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. Reference is made at this point to a polygonal design only as an example.
  • the gripping section preferably adjoins a projecting bearing section.
  • the use of a device according to the invention makes it possible to use clamping-screw devices known from the prior art, which have been used for several decades exclusively for screwing two elements of a drill rod, for screwing a drill head to an element of a drill rod. Further details relating to this are discussed below in connection with the subclaims and the description of the figures.
  • the use of a clamping screw device for connecting a drill head to an element of a drill pipe enables a faster, more precise and more cost-effective connection than the known connection of drill heads to elements of drill pipes by means of the "manual tongs" described at the beginning or other known aids.
  • the invention also complies with the "hands off” principle and reduces the risk of occupational accidents during a screwing process.
  • the housing has at least one external dimension which is greater than the largest external dimension of the drilling structure formed by the drill head to be connected.
  • the housing can be used as a Drill head be designed with its drilling structure protecting, bypassing housing. The drill head can then be preassembled together with the device according to the invention and stored and moved in it while hanging.
  • Process 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 engages in the lower area of the element to be connected, viewed in the longitudinal direction, but can also be moved in the longitudinal direction and attack other free locations of an element.
  • the "spinner” is an integral part of the device. However, a separate “spinner” can also be used.
  • the further rotation according to the aforementioned 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 around two very large pliers, with the help of which very large elements can be clamped and tightened with an adjustable torque.
  • a drill head is connected using a device according to the invention - described in simplified form - preferably initially by screwing using 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 one Torque.
  • the difference between the two torques is preferably chosen so that the clamping devices only have to be moved by less than 90 °, preferably less than 45 ° and particularly preferably less than 30 °, relative to one another. Since the first clamping device and the second clamping device are primarily used to apply a precise torque, the required angle to achieve the desired torque is preferably chosen as small as possible, e.g. so that it is between 1 ° and 10 ° or between 1 ° and 20 °.
  • the holding structure and the housing of a device according to the invention can be designed 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 designed as a separate, second sub-element. This results in particularly simple and intuitive handling of the device.
  • the geometry of the holding structure and the geometry of the housing are adapted to one another in such a way that the holding structure can be positioned in the housing in a rotationally fixed manner.
  • This is done in particular through a completely complementary design of the holding structure and housing or through the formation of a specific contour (e.g. the outer contour) on one of the elements and an at least partially complementary recess on the other element.
  • another anti-rotation device known from the prior art can be provided for the non-rotatable arrangement of the holding structure in the housing, e.g. a locking mechanism.
  • At least one securing element is arranged or can be arranged on the holding structure and / or on the housing in such a way that the drill head is positively fixed in the device after being pushed into the claw-shaped holding structure and closing of the securing element, the safety of the device can be further improved.
  • the connection between the holding structure and the drill head, once established, is effectively prevented from being inadvertently released, for example during transport or any other movement of the arrangement.
  • a person who grips the holding structure with the drill head inserted with or without the aid of a lifting device then moves it by turning or pivoting into a position in which the connection could inadvertently loosen.
  • the housing of a device according to the invention is preferably tubular, ie it has at least partial sections of a cylinder or cylinder jacket.
  • One advantage of such a design is the arbitrary relative arrangement of the housing with the aid of a clamping device. Furthermore, such devices can be manufactured relatively inexpensively from a tubular standard component.
  • 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 very well handled together with a drill head. Handling is discussed in more detail in the description of the figures.
  • the device in a further practical embodiment, it consists of at least two sub-elements that can be joined together to form a device with a circular outer contour.
  • Such sub-elements can, for example, have a semicircular basic shape. They are preferably easily releasably connectable to one another.
  • the connection of the sub-elements can take place, 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. So-called quick release clamps and hinge pin clamps are particularly suitable as clamps.
  • clamps Seeger rings, cable ties or straps
  • a circumferential recess and / or other elements for guiding or receiving the clamp, the Seeger ring, the cable tie and / or on the outside of the sub-elements of the tension band are provided.
  • FIGS Figures 1-3 show different views of a first embodiment of a device 10 according to the invention, which essentially consists of a U-shaped, claw-like holding structure 12 and a sleeve-like housing 14.
  • the claw-like holding structure 12 of the first embodiment consists of a square plate, which is also referred to below as the locking plate 16.
  • the housing 14 comprises a cylindrical section 18 and an adjoining, laterally projecting flange 20 on the lower side. On the upper side, the housing 14 has a square recess 22 which enables the locking plate 16 - as in FIGS Figures 2 and 3 shown - to use.
  • the locking plate 16 rests on a support surface 24 formed in the region of the recess 22 with a circular inner contour and an essentially square outer contour. Threaded holes 26 are formed in the corner areas of the support surface 24. As a result, the locking plate 16 can be screwed to the housing 14 with the aid of screws 30.
  • the locking plate 16 has through openings 28 in its corner regions, which are aligned with the threaded holes 26 in the housing 14 when the locking plate 16 is inserted into the recess 22 and rests on the support surface 24.
  • a securing element 32 for closing the opening 34 of the claw-like holding structure 12 is in the Figures 1-3
  • the illustrated first embodiment of the device 10 according to the invention is provided with a securing bolt 36 with a cylindrical shaft 38 and an elongated bolt 40.
  • a through opening 42 is also formed on the bolt 40.
  • the fuse element 32 is so designed so that the bolt 40 can be screwed to the locking plate 16 via a screw 30 when the bolt 40 is in a position closing the opening 34.
  • FIGS. 4 and 5 show by way of example, ie schematically and in a greatly simplified manner, a drill head 44 known from the prior art with a drilling structure 46 formed at its lower end, a gripping section 48 arranged above, a bearing section 50 arranged above the gripping section 48 and an adjoining bearing section 50 conical section 52 with an external thread, not shown.
  • the locking plate 16 should be individually adapted (eg thickness, width of the opening 34 etc.) for a specific drill bit (different manufacturers).
  • the bearing section 50 was not shown in order to make the gripping section 48 visible.
  • the gripping portion 48 has two opposing, parallel to each other arranged surfaces 54a, 54b, which allow the in the Figures 6 and 7 shown U-shaped support structure 12, which in the Figures 1-3
  • the holding structure 12 shown corresponds to being pushed onto the gripping section 48 of the drill head 44 from the side.
  • the holding structure 12 is shown in a simplified manner, ie in particular without a securing element.
  • the holding structure 12 is designed so that a as in Figure 4
  • the drill head 44 shown, pushed into the opening 34 of the holding structure 12, is restricted in its freedom of movement upward by the laterally protruding collar of the bearing section 50 and downward by the laterally protruding shoulder 56.
  • a loosening of the connection between the holding structure 12 by sliding out laterally 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 16, together with the drill head 44, is then inserted into the housing 14 from above in such a way that the locking plate 16 rests on the bearing surface 24 of the housing 14.
  • By pivoting the securing element 32 into the in Figure 2 The position shown and the screwing of the securing element 32 to the housing 14 is then ensured by means of a form fit that the drill head 44 can no longer be removed from the preassembled unit.
  • This preassembled unit of housing 14, claw-shaped holding structure 12 and drill head 44 is used in the following step, as shown in FIG Figure 8 shown, inserted into a clamp-screw device 60 known from the prior art.
  • the clamping and screwing 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 outer clamping jaws 66a, 66b or 68a, 68b and inner clamping jaws 70a, 70b or 72a, 72b which can be connected to these.
  • the dimensions of the inner clamping jaws 70a, 70b, 72a, 72b are matched to the objects to be clamped and are usually designed as replaceable 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.
  • clamping-screwing device 60 each with two clamping jaws 70a, 70b or 72a, 72b, clamping-screw devices with three or more clamping jaws can also be used.
  • FIG 9 shows how an element 58 of a drill string is inserted into the clamping screw device 60 from above.
  • the first clamping device 62 is closed and holds the housing 14 in the position shown.
  • the element 58 has on its underside a recess 74 with an internal thread, which is formed complementary to the conical section 52 of the drill head 44.
  • the element 58 is lowered in the direction of the arrow 76 until it can be screwed to the drill head 44 by turning.
  • element 58 is first gripped in the central area of a high-speed rotating device (also called “spinner”), not shown, and rotated until a first torque limit value is reached.
  • the high-speed rotating device is then opened.
  • the second clamping device 64 is closed and clamps the element 58 in the lower area.
  • the first clamping device 62 and the second clamping device 64 are now relatively moved in order to screw the element 58 to the drill head 44 with a predetermined torque.
  • the Figures 10 and 11 show a second embodiment of a device 10 according to the invention.
  • the housing 14 and the claw-like holding structure 12 are formed in one piece.
  • the device consists essentially of a cylindrical structure with an outer ring 78 open on one side and a bearing surface 24 enclosed by the outer ring 78.
  • the bearing surface 24 is essentially U-shaped Recess 22 into which a drill head (in Figure 10 not shown) can be pushed in as described above in connection with the first embodiment. After the drill head has been pushed into the recess 22 of the claw-like structure 12, a separate securing element 32 can be pushed in the direction of the arrow 80.
  • the securing element 32 consists of an element which the outer ring 78 and the bearing surface 24 - as in FIG Figure 10 Shown dashed - added to elements with a circular contour.
  • a support tongue 82 firmly connected to the securing element 32. This can, for example, via the circular openings 84 indicated by dashed lines, corresponding openings in the bearing surface 24 and bolts (or other connecting elements) not shown, be used to create a to establish a secure connection between the securing element 32 and the holding structure 12 or the housing 14 and thus to prevent a drill head inserted into the opening 30 of the claw-like holding structure 12 (in Fig. 10 not shown) is inadvertently released from the opening 34 of the device 10 according to the invention.
  • a ring closure takes place, which increases the overall stability of the in Figure 10 device 10 shown increased significantly for further use.
  • the Figures 12 and 13 each show a view from above 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 Figure 12 the first sub-element 86 and Figure 13 the second sub-element 88 shows.
  • the first sub-element 86 and the second sub-element 88 together form a housing 14 with their outer sides.
  • Each sub-element 86, 88 consists essentially of a semicircular segment 90a, 90b each with an opening 34a, 34b on the straight side and tongues 92a, 94a, 92b, 94b. Openings 96a, 98a, 96b, 98b are formed in the tongues 92a, 94a, 92b, 94b.
  • the sub-elements 86, 88 - as in FIG Figure 14 is recognizable - complementary, ie they complement each other by pushing the in the Figures 12 and 13 formed sub-elements 86, 88 to form a device 10 with a circular outer contour and a recess in the central area, which in its shape corresponds to the recess of the in Figure 10 shown device with inserted fuse element 32 corresponds.
  • the openings 96a, 96b and 94a, 94b are aligned with one another.
  • the sub-elements 86, 88 can then be connected to one another and released from one another again by simply inserting a slightly conically shaped bolt.
  • the sub-elements 86, 88 can also be designed in such a way that a bolt permanently connects the sub-elements 86, 88 to one another and the sub-elements are pivoted open around this bolt to enclose a gripping section 48 of a drill head 44.
  • the geometry in the area of the tongues 92a, 94a, 92b, 94b must be adapted accordingly, i.e. For example, radii must be provided so that the parts can be pivoted about the permanently inserted bolt.
  • connection of the sub-elements 86, 88 can also take place with the aid of other suitable elements, for example with the aid of screw bolts.
  • a clamping device can therefore also be provided on the inside of a device according to the invention.
  • Such a clamping device has the advantage that gripping sections of different dimensions can be accommodated with it.
  • the positive-locking embodiments described, on the other hand, have the advantage that they can be produced easily and inexpensively and meet high safety requirements.
  • the first and second embodiment of the device 10 according to the invention have opposing surfaces 100a, 100b arranged parallel to one another.
  • the third embodiment has two surfaces 100a, 100b which can be arranged parallel to one another and opposite one another.
  • the sub-elements 86, 88 must be connected to one another as described above.
  • the third embodiment with surfaces 100a, 100b that can be arranged parallel to one another has the advantage that it can be completely dismantled and therefore does not have to be pushed on laterally. This makes assembly more flexible.
  • this embodiment variably by providing further assembly options or by combining it with other, similarly designed elements such that the device can be used for drilling structures with gripping sections of different dimensions.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines für Erdbohrungen (Tiefbohrungen) vorgesehenen Bohrkopfes mit einem Bohrgestänge sowie eine Vorrichtung zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes. Bohrköpfe werden häufig auch als Bohrmeißel bezeichnet. Bohrköpfe im Sinne der Erfindung sind insbesondere Rollenmeißel, PDC-Meißel und sonstige Meißel beliebiger Geometrie und Gestaltung.
  • Mit Tiefbohrungen sind insbesondere Erdöl-, Erdgas- oder Geothermiebohrungen, aber auch sonstige Bohrungen gemeint, bei welchen Bohrköpfe mit einem Gewindestück zum Einsatz kommen, die mit einem anderen Rohrelement 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 13,5 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 10 2011 052 695 beschrieben.
  • 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 Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung (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 Bohrstrangs. 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 großer 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 "Meißel-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 2002/0062717 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 2002/0062717 A1 nimmt ebenfalls Bezug auf Brechplatten, wobei die Brechplatten mit als "torque transfer arms" bezeichneten Verdrehsicherungsstangen 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.
  • Auch aus US 4,974,686 A und US 2006/0054331 A1 sind Brechplatten bekannt, die hier als "basket" oder "bit breaker" bezeichnet werden.
  • 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:
    1. a) Positionieren eines mit dem Bohrkopf zu verbindenden Elements eines Bohrgestänges über dem Bohrkopf,
    2. 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 Elements des Bohrgestänges und/oder des Bohrkopfes eine Schraubverbindung zwischen dem zu verbindenden Element und dem Bohrkopf herstellbar ist,
    3. c) Drehen des zu verbindenden Elements und/oder des Bohrkopfes zum Herstellen der Schraubverbindung, wobei
    4. 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, wobei
    5. e) die Vorrichtung ein Gehäuse mit kreisförmiger Außenkontur umfasst, das drehfest mit einer Haltestruktur verbunden ist und das Gehäuse von einer ersten Klemmvorrichtung einer Klemm-Schraub-Vorrichtung gehalten wird,
    6. f) das mit dem Bohrkopf zu verbindende Element über eine zweite Klemmvorrichtung der genannten Klemm-Schraub-Vorrichtung gehalten wird, wobei die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung übereinander angeordnet sind und wobei die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung relativ zueinander so bewegbar sind, dass in den Klemmvorrichtungen gehaltene Elemente relativ zueinander verdreht werden können, und
    7. g) das zu verbindende Element des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung durch die 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 mit einer Bohrstruktur, welche folgende Elemente umfasst:
    1. a) eine klauenförmige Haltestruktur zum mindestens teilweisen Umgreifen eines oberhalb der Bohrstruktur ausgebildeten Greifabschnitts, wobei
    2. b) die Vorrichtung ein Gehäuse mit kreisförmiger Außenkontur zum klemmenden Halten mit einer Klemm-Schraub-Vorrichtung umfasst, das drehfest mit der Haltestruktur verbunden oder verbindbar ist und
    3. c) wobei die Vorrichtung aus mindestens zwei Teilelementen gebildet ist
    4. d) wobei die Klemm-Schraub-Vorrichtung eine erste Klemmvorrichtung und eine zweite Klemmvorrichtung aufweist und die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung übereinander angeordnet sind, und wobei die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung relativ zueinander so bewegbar sind, dass in den Klemmvorrichtungen gehaltene Elemente relativ zueinander verdreht werden können.
  • 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 Außenseite 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 Verschrauben 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 Außenmaß auf, das größer ist als das größte Außenmaß 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:
    1. a) Drehen des Elements des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines ersten Drehmomentgrenzwertes (niedrig),
    2. 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 Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung, insbesondere einem aus der Praxis bekannten "Spinner" eines "Iron Roughnecks", durchgeführt. Ein solcher "Spinner" greift üblicherweise im - 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 Roughnecks" handelt es sich bei der ersten Klemmvorrichtung und der zweiten Klemmvorrichtung im Sinne der Erfindung um zwei sehr große Zangen, mit deren Hilfe sehr große 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° bewegt 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 10° 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 Außenkontur) 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 zumindest Teilabschnitte eines Zylinders 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 zu einer Vorrichtung mit kreisförmiger Außenkontur 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 Außenseite 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 Schnittdarstellung gemäß den Pfeilen III-III 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 VII-VII in Figur 6,
    Fig. 8
    die in den Figuren 1-3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem vormontierten Bohrkopf in einer bekannten KlemmSchraub-Vorrichtung (Iron Roughneck),
    Fig. 9
    die in Figur 8 gezeigte Vorrichtung unmittelbar vor der Verbindung des Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges,
    Fig. 10
    eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
    Fig. 11
    die in Figur 10 dargestellte Vorrichtung in einer Ansicht von vorne,
    Fig. 12
    ein erstes Teilelement einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
    Fig. 13
    ein zweites Teilelement einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben und
    Fig. 14
    eine Schnittdarstellung gemäß der Linie S in den Figuren 12 und 13 durch die virtuell zusammengefügten Teilelemente in den Figuren 12 und 13.
  • Die Figuren 1-3 zeigen verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die im Wesentlichen aus einer u-förmig ausgebildeten, klauenartigen Haltestruktur 12 und einem hülsenartig ausgebildeten Gehäuse 14 besteht. Die klauenartige Haltestruktur 12 der ersten Ausführungsform besteht aus einer quadratischen Platte, die nachfolgend auch als Verriegelungsplatte 16 bezeichnet wird. Das Gehäuse 14 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 18 und einen sich an der unteren Seite anschließenden, seitlich auskragenden Flansch 20. Auf der Oberseite weist das Gehäuse 14 eine quadratische Ausnehmung 22 auf, welche es ermöglicht, die Verriegelungsplatte 16 - wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt - einzusetzen. Im eingesetzten Zustand liegt die Verriegelungsplatte 16 auf einer im Bereich der Ausnehmung 22 ausgebildeten Auflagerfläche 24 mit kreisförmiger Innenkontur und im Wesentlichen quadratischer Außenkontur auf. In den Eckbereichen der Auflagerfläche 24 sind Gewindelöcher 26 ausgebildet. Dadurch kann die Verriegelungsplatte 16 mit Hilfe von Schrauben 30 mit dem Gehäuse 14 verschraubt werden.
  • Die Verriegelungsplatte 16 weist in ihren Eckbereichen Durchgangsöffnungen 28 auf, die mit den Gewindelöchern 26 in dem Gehäuse 14 fluchten, wenn die Verriegelungsplatte 16 in die Ausnehmung 22 eingesetzt ist und auf der Auflagerfläche 24 aufliegt.
  • Als Sicherungselement 32 zum Verschließen der Öffnung 34 der klauenartigen Haltestruktur 12 ist in der in den Figuren 1-3 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 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 16 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 angeordneten Lagerabschnitt 50 und einem sich über dem Lagerabschnitt 50 anschließenden konischen Abschnitt 52 mit einem nicht dargestellten Außengewinde. Die Verriegelungsplatte 16 sollte bohrmeißelspezifisch (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 12, welche der in den Figuren 1-3 dargestellten Haltestruktur 12 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 12 vereinfacht, d.h. insbesondere ohne Sicherungselement, dargestellt. Die Haltestruktur 12 ist so gestaltet, dass ein wie in Figur 4 dargestellter, in die Öffnung 34 der Haltestruktur 12 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 12 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 10 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 10 vormontiert. Dazu wird die Verriegelungsplatte 16 - wie in Figur 4 dargestellt - von der Seite auf den Greifabschnitt aufgeschoben. Die Verriegelungsplatte 16 wird dann zusammen mit dem Bohrkopf 44 von oben so in das Gehäuse 14 eingesetzt, dass die Verriegelungsplatte 16 auf der Auflagerfläche 24 des Gehäuses 14 aufliegt. Durch Verschwenken des Sicherungselements 32 in die in Figur 2 gezeigte Position und Verschrauben des Sicherungselements 32 mit dem Gehäuse 14 wird anschließend mittels Formschluss sichergestellt, dass der Bohrkopf 44 sich nicht mehr aus der vormontierten Einheit entnehmen lässt. Diese vormontierte Einheit aus Gehäuse 14, klauenförmiger Haltestruktur 12 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 äußeren 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 Verschleißteile 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 Verschrauben 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 14 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 Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung (auch "Spinner" genannt) ergriffen und gedreht, bis ein erster Drehmomentgrenzwert erreicht ist. Die Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung 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. Im Folgenden wird auf zwei weitere Ausführungsformen Bezug genommen, die in den Figuren 10 bis 13 dargestellt sind. Für identische oder funktionsgleiche Elemente werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Die Figuren 10 und 11 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Bei dieser Vorrichtung sind das Gehäuse 14 und die klauenartige Haltestruktur 12 einstückig ausgebildet. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen Struktur mit einem einseitig offenen Außenring 78 und einer von dem Außenring 78 eingefassten Auflagerfläche 24. Die Auflagerfläche 24 weist eine im Wesentlichen u-förmige Ausnehmung 22 auf, in welche ein Bohrkopf (in Figur 10 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 12 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 Außenring 78 und die Auflagerfläche 24 - wie in Figur 10 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 12 bzw. dem Gehäuse 14 herzustellen und somit zu verhindern, dass ein in die Öffnung 30 der klauenartigen Haltestruktur 12 einsetzter Bohrkopf (in Fig. 10 nicht dargestellt) sich ungewollt aus der Öffnung 34 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 löst. Durch das Einsetzen des Sicherungselements 32 erfolgt ein Ringschluss, welcher die Gesamtstabilität der in Figur 10 gezeigten Vorrichtung 10 für die weitere Verwendung deutlich erhöht.
  • Die Figuren 12 und 13 zeigen jeweils eine Ansicht von oben einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. In der dritten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in ein erstes Teilelement 86 und ein zweites Teilelement 88 aufgeteilt, wobei Figur 12 das erste Teilelement 86 und Figur 13 das zweite Teilelement 88 zeigt. Bei dieser Ausführungsform bilden das erste Teilelement 86 und das zweite Teilelement 88 mit ihren Außenseiten zusammen ein Gehäuse 14. Die Innenseiten des ersten Teilelements 86 und des zweiten Teilelements 88 bilden zusammen eine zweiteilige klauenartige Haltestruktur 12, 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. Im Bereich der Zungen 92a, 94a, 92b, 94b sind die Teilelemente 86, 88 - wie in Figur 14 erkennbar ist - komplementär ausgebildet, d.h. sie ergänzen sich durch aufeinanderzuschieben der in den Figuren 12 und 13 ausgebildeten Teilelemente 86, 88 zu einer Vorrichtung 10 mit kreisförmiger Außenkontur und einer Ausnehmung im mittleren Bereich, die in ihrer Form der Ausnehmung der in Figur 10 dargestellten Vorrichtung mit eingesetztem Sicherungselement 32 entspricht. Im 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 definierter 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 10 bis 14 beschriebenen Ausführungsformen haben gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil, dass die Bohrstruktur größer sein kann, da sie nicht von dem Gehäuse umschlossen wird.
  • Die erste und zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 weisen parallel zueinander angeordnete, sich gegenüberliegende Flächen 100a, 100b auf. Die dritte Ausführungsform weist zwei Flächen 100a, 100b 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 100a, 100b 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.
    • Bezugszeichen liste
    • 10
    erfindungsgemäße Vorrichtung
    12
    klauenartige Haltestruktur
    14
    Gehäuse
    16
    Verriegelungsplatte
    18
    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
    äußere Klemmbacke (der ersten Klemmvorrichtung)
    68
    äußere 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

Claims (14)

  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) des 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, wobei
    d) der Bohrkopf (44) über einen oberhalb einer Bohrstruktur (46) angeordneten Greifabschnitt (48) vor dem Herstellen der Schraubverbindung mit einer Vorrichtung (10) zum Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44) formschlüssig verbunden wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    e) die Vorrichtung (10) ein Gehäuse (14) mit kreisförmiger Außenkontur umfasst, das drehfest mit einer Haltestruktur (12) verbunden ist und das Gehäuse (14) 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, wobei die erste Klemmvorrichtung (62) und die zweite Klemmvorrichtung (64) übereinander angeordnet sind und wobei die erste Klemmvorrichtung (62) und die zweite Klemmvorrichtung (64) relativ zueinander so bewegbar sind, dass in den Klemmvorrichtungen (62, 64) gehaltene Elemente relativ zueinander verdreht werden können, und
    g) das zu verbindende Element (58) des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung (10) 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 (10) in mindestens folgenden Teilabschnitten erfolgt:
    a) Drehen des Elements (58) des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung (10) mit einer ersten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines ersten Drehmomentgrenzwertes,
    b) Weiterdrehen des Elements (58) des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung (10) 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 Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung 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 ersten Klemmvorrichtung (62) und/oder der zweiten Klemmvorrichtung (64) erfolgt.
  5. Vorrichtung zum formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes (44) mit einer Bohrstruktur (46), mit
    a) einer klauenförmigen Haltestruktur (12) zum mindestens teilweisen Umgreifen eines oberhalb der Bohrstruktur (46) ausgebildeten Greifabschnitts (48)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    b) die Vorrichtung ein Gehäuse (14) mit kreisförmiger Außenkontur zum klemmenden Halten mit einer Klemm-Schraub-Vorrichtung (60) umfasst, das drehfest mit der Haltestruktur (12) verbunden oder verbindbar ist, und
    c) wobei die Vorrichtung (10) aus mindestens zwei Teilelementen gebildet ist,
    d) wobei die Klemm-Schraub-Vorrichtung (60) eine erste Klemmvorrichtung (62) und eine zweite Klemmvorrichtung (64) aufweist und die erste Klemmvorrichtung (62) und die zweite Klemmvorrichtung (64) übereinander angeordnet sind, wobei die erste Klemmvorrichtung (62) und die zweite Klemmvorrichtung (64) relativ zueinander so bewegbar sind, dass in den Klemmvorrichtungen (62, 64) gehaltene Elemente relativ zueinander verdreht werden können.
  6. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (12) Bestandteil eines ersten Teilelements ist und das Gehäuse (14) als separates, zweites Teilelement ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Haltestruktur (12) und die Geometrie des Gehäuses (14) so aneinander angepasst sind, dass die Haltestruktur (12) drehfest in dem Gehäuse (14) positionierbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Haltestruktur (12) und/oder an dem Gehäuse (14) mindestens ein Sicherungselement (32) derart angeordnet oder anordenbar ist, dass der Bohrkopf (44) nach Einschieben in die klauenförmige Haltestruktur (12) 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 (14) rohrförmig und/oder die Haltestruktur (12) u-förmig ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die klauenförmige Haltestruktur (12) zwei parallel zueinander angeordnete oder parallel zueinander anordenbare Flächen (100a, 100b) umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) und die klauenförmige Haltestruktur (12) durch die mindestens zwei Teilelemente (86, 88) gebildet sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11 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 (100a, 100b) ergibt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (86, 88) mittels Bolzen, mittels mindestens eines Spannbands und/oder mittels mindestens einer Schelle verbunden und/oder verbindbar sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (86, 88) zwei kreisringförmige Segmente sind, die zu einem vollständigen Kreisring verbindbar sind.
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