NO20131395A1 - Løftearminnretning og fremgangsmåte for å løfte et rør. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en løftearminnretning for å løfte et rør, samt en fremgangsmåte for å operere den samme løftearminnretningen. Løftearminnretningen omfatter en gripehodearm med et gripehode festet til en første ende av gripehodearmen og en løftearm som har en første ende dreielig forbundet med gripehodearmen. Videre omfatter oppfinnelsen en løftesylinder som omfatter en stasjonær del og en bevegelig del. Løftearmens andre ende er dreielig forbundet med løftesylinderens stasjonære del og gripehodearmens andre ende er dreielig forbundet med løftesylinderens bevegelig del, eller vice versa.

Det er kjent å benytte ulike løftearminnretninger for å løfte et rør, og det er også kjent å benytte løftesylindre for å bevege løftearminnretningene.

Det er en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å få til en fleksibel løftearminnretning som både har en stor utstrekning og rekkevidde når den er i operativ tilstand, men som er relativt kompakt når den er i sammenslått tilstand. Det er videre en hensikt ved oppfinnelsen å få til en løftearminnretning som er stabil i hele sitt bevegelsesområde.

Oppfinnelsens hensikt oppnås ved en løftearminnretning slik den er angitt i de selvstendige patentkravene. Videre angir de uselvstendige patentkravene utførelser av oppfinnelsen.

Løftearminnretningen i følge oppfinnelsen har en løftesylinder der løftesylinderens stasjonære del omfatter en sylinder med et sylinderhulrom og løftesylinderens bevegelige del omfatter en stempelstang med et stempel som er anordnet i sylinderhulrommet. Stempelet deler sylinderens hulrom i et første og andre sylinderkammer. Et første stempelstangparti rager ut fra en første side av stempelet og et andre stempelstangparti rager ut fra en andre motstående side av stempelet slik at arbeidsarealet av stempelets første side er i det vesentligste like stort som arbeidsarealet av stempelets andre side.

I en utførelse av oppfinnelsen er løftesylinderen posisjonert vertikalt. Denne orienteringen av løftesylinderen bidrar til en kompakt utforming. Når løfetarminnretningen er montert til en vertikal søylestruktur (Vertical Pipe Racker, VPR), vil løftesylinderen monteres i en vertikal posisjon som er parallell med den vertikale søylestrukturens utstrekning i den vertikale retningen.

Løftearminnretningen har en geometri som er slik at utvekslingen mellom gripehodets bevegelser og løftesylinderens bevegelse vil endre seg. I en indre posisjon vil gripehode bevege seg 10 ganger raskere enn sylinderens bevegelse, mens i en ytre posisjon for eksempel når arminnretningen er nær utstrakt eller helt utstrakt, beveger gripehodet seg i halv hastighet i forhold til sylinderbevegelsen.

Løftearminnretningens utforming medfører på denne bakgrunn utfordringer når det gjelder stabilitet og forbruk av fluid inn og ut av løftesylinderen

Knekklengden på stempelstanga er dimensjonerende for løfesylinderen. Ved en gitt last får man da en gitt diameter på stempelstanga som igjen gir sylinderdiameteren. Ved å velge en vanlig hydraulisk sylinder med relativt stor forskjell på volumet på begge sider av sylinderstemplet, medfører dette at en tilsvarende stor forskjell i oljemengden må tilføres og tappes ut fra sylinderkamrene for å drive sylinderen. Den relativt store oljemengden som må tilføres sylinderen for å oppnå en viss minste hastighet på bevegelsen av stempelet bestemmer størrelse på rør, slanger og styreventiler. Det vil derfor ha en god effekt på systemet å redusere tilført oljemengde. Imidlertid er den viktigste effekten ved reduksjon av tilført oljemengde at gripehodearmens bevegelser gis en god kontroll.

Vekten av ventiler, rør og slanger bidrar til systemets totalvekt. Det vil derfor ha en stor betydning at vekten av disse komponentene kan utformes i mindre størrelser, hver for seg eller i kombinasjon med hverandre.

Det første og det andre stempelstangpartiet har lik størrelse, noe som medfører at arbeidsarealet og dermed løftearealet blir likt på begge sider av stempelet. Fluidmengden som må tilføres det ene sylinderkammeret og som strømmer ut av det andre sylinderkammeret når stempelet beveges, er redusert sammenliknet med den fluidmengden som må tilføres en sylinder der stempelareaelet er forskjellig på stemplets to sider. Ved at den tilførte oljemengden kan reduseres, oppnås det en bedre kontroll på løfteinnretningens bevegelse. I tillegg oppnås det en forenkling av løfteinnretningens sammensetning ved at det kan benyttes ventiler med samme ventilkarakteristikk i de to sylinderkamrene, når fluid som strømmer ut og inn av sylinderkamrene er lik.

Ved at stempelstangen er utformet slik at den har samme areal på begge sidene av stempelet, elimineres den relative forskjellen mellom volumene på hver side av stempelet. Dette har positive effekter på fluidforbruket som ved denne utformingen av stempelstangen kan reduseres vesentlig, og i visse tilfeller med mer enn 60%, sammenliknet med en stempelstangutforming der det er stor forskjell mellom størrelsen av arealet på hver side av stempelet. Denne reduksjonen av fluidforbruket har betydning for dimensjonering av de fluidførende ventilene og rørene som følgelig kan gis en mindre dimensjon. Rørene kan i enkelte tilfeller ha en lengde på opptil 100 meter og ved en reduksjon av rørenes diameter, vil diametereduksjonen ha en vektbesparende effekt.

Fra patentlitteraturen er det kjent ulike publikasjoner som viser systemer for å løfte rør der det benyttes en sylinder for å utføre løftebevegelsen. Det skal i denne

sammenhengen vises til følgende publikasjoner:

US 4765401 viser en sylinderkonstruksjon som inneholder et stempel med en gjennomgående stempelstang, der en vogn som bærer en momentnøkkel og en spinner er festet til stempelstangen. Bevegelse av stempelet i sylinderkonstruksjonen medfører horisontal forflytning av vognen.

US 4081084 viser et kransystem for å hente foringsrør som lagres under dekk. Det benyttes en vogn om beveges langs en skinne samt et kroksystem for forflytning av foringsrørene. Krokelementene beveger seg inn og ut av inngrep med foringsrørenes ender ved bruk av stempler som forflyttes i sylindre og slik forflytter vognene.

Det skal også vises til EP0243993 og US2871743 som viser rørklemmer, og til EPO199664 som viser en rørhåndteringsmaskin med vogner som forflyttes ved et stempels bevegelse i en sylinder.

Ingen av publikasjonene viser en løftearminnretning tilsvarende som oppfinnelsen, der det benyttes et stempel med en gjennomgående stempelstang anordnet i en sylinder for å bevege løftearminnretningen.

Det første og det andre stempelstangpartiet har en diameter som er i det vesentligste lik. Begge stempelstangparti ene strekker seg fra stempelet og ut gjennom hver sin sylinderåpning i sylinderen. Det første sylinderkammeret kan være utformet med en første fluidåpning og det andre sylinderkammeret kan være utformet med en andre fluidåpning. Når stempelet beveges i sylinderhulrommet tilføres og tappes like store mengder fluid gjennom første og andre fluidåpninger.

Oppfinnelsen inkluderer også en fremgangsmåte for å operere en løftearminnretning som omfatter at fluid tilføres et av sylinderkamrene og avtappes fra det andre sylinderkammeret for å forflytte stempelet og stempelstangen i sylinderens hulrom, og slik endre gipehodearmen stilling og dermed gripehodets stilling, i det fluidvolumet som tilføres og avtappes fra de to sylinderkamrene er i det vesentligste av samme størrelse.

I det etterfølgende skal et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen beskrives med henvising til figurene;

Figur 1 viser en løftearminnretning i en utstakt stilling.

Figur 2 viser løftearminnretningen i en midtstillingsposisjon.

Figur 3 viser løftearminnretningen i en sammenslått stilling.

Figur 4 viser et snittriss av en løftesylinder når løftearminnretningen er posisjonert i den utstrakte stillingen som vises på figur 1. Figur 5 viser et snittriss av løftesylinderen når løftearminnretningen er

imidtstillingsposisjonen som den som vises på figur 2.

Figur 6 viser et forstørret utsnitt av en del av løftesylinderen på figur 5.

Figur 7 viser et snittriss av en løftesylinder når løftearminnretningen er i den sammenslåtte stillingen som den som vises på figur 3.

Figur 8 viser et forstørret utsnitt av en del av løftesylinderen på figur 7.

På figur 1-3 vises en løftearminnretning 1 som benyttes for å løfte og forflytte rør mellom brønnsenteret og lagringsplassen i boretårnet. Løftearminnretningen 1 kan være en av i alt tre arminnretninger der løftearminnretningen 1 løfter, mens de to andre arminnretningene støtter øvre og nedre del av røret. Løftearminnretningens geometri er valgt for å ha størst mulig rekkevidde, samtidig som den skal være så kompakt som mulig i sammenslått tilstand. Den geometriske utformingen av løftearminnretningen 1 muliggjør plasseffektiv lagring av rørene. Fingerbordet kan strekkes nærmere løftearminnretningen 1 fordi den er kompakt i sammentrukket tilstand, samtidig som løftearminnretningen har lang rekkevidde i utstrakt stilling og dermed rekker frem til flere rør.

Løftearminnretningen 1 omfatter et gripehode 4 som benyttes når et rør skal løftes. Gripehodet 4 er dreibart koblet til en ende av en gripehodearm 28 som i den viste utførelsen omfatter to parallellarmer 29, 30. Den andre enden av gripehodearmen 28 er dreibart festet til en øvre styrevogn 50. En løftearm 46 er dreibart festet til en nedre styrevogn 51 ved sin ene ende og den andre enden av løftearmen 46 er dreibart festet til gripehodearmen 28. Den øvre styrevognen 50 kan forflyttes relativt den nedre styrevognen 51 ved operasjon av en løftesylinder 53, og ved denne forflytningen dreies gripehodearmen 28 og løftearmen 46 innover mot eller utover fra løftesylinderen 53. I utførelsen som vises på figur 1-3 er løfteinnretningen 1 festet til en vertikal søylestruktur 21. Den øvre styrevognen 50 kan da være glidbart festet til skinner 55 på den vertikale søyle strukturen 21 slik det vises på figur 1. Ved operasjon av løftesylinderen 53 som også er festet til den vertikale søylestrukturen beveges den øvre styrevognen 50 langs skinnene 55 når vognen forflyttes til en annen posisjon.

Løftesylinderen 53 omfatter en stempelstang 54 med et stempel 57 og en sylinder 56, slik dette vises på figurene 4-7. Stempelstangen 54 har en festeinnretning 70 for innfestning til den øvre styrevognen 50 og sylinderen 56 er festet til den nedre styrevognen 51 ved innfestningselement 71. Stempelstangen 54 er anordnet med stempelet 57 slik at stempelarealet på de to motstående sidene av stempelet 57 er i det vesentligste like store. Stempelet 57 deler sylinderens hulrom i et første sylinderkammer 58a og et andre sylinderkammer 59a. Stempelstangen 54 har et første stempelstangparti 54a som rager ut fra sylinderens ene endeåpning 56a og et andre stempelstangparti 54b som rager ut fra sylinderens 56 andre endeåpning 56b. På figurene 4-7 er det vist at det ene stempelstangpartiet 54a utgjøres av en første separat del og det andre stempelstangpartiet 54b utgjøres av en andre separat del. Den første separate delen av stempelstangen 54 er ført gjennom en åpning 57a i stempelet 57 og festet til den andre separate delen av stempelstangen 54 ved en skrueforbindelse 72.

Stempelstangen 54 og dens innfestning til stempelet 57 kan her utformes på ulike vis. Stempelstangen kan utformes i et stykke som er ført gjennom stempelet og festet til dette. Alternativt kan stempelstangen være delt i to deler som hver er festet til stempelet eller festet til hverandre på ulike vis.

Det sees av figurene 4-7 at diameteren av stempelstangen er valgt slik at sylinderstangen 54 fyller opp en vesentlig andel av sylinderkamre 58a og 58b på begge sider av stempelet 57. Diameteren til stempelet 57 og diameteren til stempelstangen 54 er i det vesentligste samsvarende. Ved denne utformingen av stempelet 57, stempelstangen 54 og sylinderen 56 oppnås det at det totale volumet av sylinderkamrene 58a, 58b får en nokså begrenset størrelse. I den viste utførelsen opptar stempelstangen 64% av volumet av sylinderkamrene. Med en stempelstang av denne størrelsen utgjør det gjenværende stempel areal et og dermed arbeidsarealet som oljen virker på 36% av sylinderkamrenes tverrsnittsareal.

Stempelet 57 og stempelstangen 54 forflyttes i sylinderens hulrom ved tilførsel av fluid til et av sylinderkamrene og uttapping av fluid fra det andre sylinderkammeret gjennom fluidåpninger 61a, 61b. I og med størrelsen på sylinderkamrene og stempelstangen 54, blir strømmen av fluid inn og ut til sylinderkamrene gjennom fluidåpningene 61a, 62b for å oppnå forflytning av stempelet 57 og stempelstangen 54 relativt begrenset.

På figur 1 er løftearminnretningen 1 vist i utstrakt stilling. Gripehodearmen 28 med gripehodet 4 er da ført til en stiling hvor den horisontale avstanden fra løftesylinderen 53 er maksimal. I denne stillingen er stempelstangen 54 vist i sin nedre posisjon i sylinderen 56, og den øvre styrevognen 50 er plassert i en nedre posisjon. Det ses på figur 4, at stempelet 57 da er ført til en første (nedre) endeposisjon i sylinderen 56, med en vesentlig andel av det første stempelstangpartiet 54a opptatt i sylinderens hulrom og en vesentlig andel av det andre stempelstangpartiet 54b ragende ut av sylinderen 56.

Fra endeposisjonen som vises på figur 4 forflyttes stempelet 57 og stempelstangen 54 i sylinderens hulrom mot den andre (øvre) endeposisjonen til stempelet 57. En stadig større andel av det andre stempelstangpartiet 54b vil ved denne stempelbevegelsen da opptas i sylinderens hulrom, mens en stadig større andel av det første stempelstangpartiet 54a vil føres ut fra sylinderens hulrom og rage ut fra sylinderen 56.

På figur 5 og 6 vises stempelet 57 og stempelstangen 54 i en posisjon som plasserer løftearminnretningen 1 i en midtstillingsposisjon som den som vises på figur 2, og på figur 7 og 8 vises stempelet 57 og stempelstangen 54 i en øvre ende posisjon som plasserer løftearminnretningen 1 i en sammenslått stilling slik den vises på figur 3.

Ved bevegelse av stempelet 57 og stempelstangen 54 fra endeposisjon som vises på figur 4 forflytter stempelstangen seg fra den nedre posisjonen som vises på figur 1 og i retning vertikalt oppover som illustrert ved pilen A slik det vises på figur 2 og 3, derved skyves den øvre styrevognen 50 også oppover. Når den øvre styrevognen 50 føres oppover, trekkes gripehodearmen 28 og løftearmen 46 inn mot løftesylinderen 53. Gripehodearmen 28 med gripehodet 4 føres da ved denne bevegelsen fra utstrakt stilling som vist på figur 1 via en midtre stilling som vises på figur 2 og til en nedfelt stilling som den som vises på figur 3.

Løftesylindrene 53 er plassert i en vertikal orientering for å muliggjøre en kompakt utførelse av oppfinnelsen. Løftearminnretningens 1 geometriske utforming medfører at utvekslingen mellom bevegelsen til gripehodet 4 som holder røret som skal løftes og stempelstangens 54 bevegelse i sylinderen 56 vil endre seg når løftearminnretningen 1 beveges fra nedfelt til utstragt stilling. I nedfelt stilling av løftearminnretningen 1 slik det vises på figur 3, beveger gripehodet 4 seg ti ganger raskere enn stempelstangens 54 bevegelse i sylinderen 56. I utstrakt stilling av løftearminnretningen 1 slik det vises på figur 1, beveger gripehodet 4 seg bare i halv hastighet i forhold til stempelstangens 54 bevegelse i sylinderen 56. Dette gir utfordringer med hensyn til stabilitet og flowforbruk. Med flowforbruk menes her volum av fluid som er nødvendig å tilføre (og å tappe ut) for å forflytte stempelstangen 54 i sylinderens hulrom 56.

Ved at løftesylinderen 53 er anordnet med en gjennomgående stempelstang har det vært mulig å redusere flowforbruket med mer enn 60%. Når løftearealet er det samme på begge sider av stempelet, slik tilfellet er med løftesylinderen i følge oppfinnelsen, blir fluidstrømmen ut og inn av sylinderkamrene 58a, 58b gjennom fluidåpningene 61a, 61b på hver side av stempelet 57 lik når stempelstangen 54 med stempelet 57 beveges i sylinderens hulrommet. Dette gir fordeler både ved at tilførselsrør og ventiler kan velges i en mindre dimensjon slik at totalvekten blir mindre. Ved at løfteinnretningen har likt løfteareal kan løfteinnretningen på en enkel måte opereres manuelt ved at sylinderkamrene kortsluttes.

Claims (6)

1. Løftearminnretning for å løfte et rør, omfattende en gripehodearm (28) med et gripehode (4) festet til en første ende av gripehodearmen (28), og en løftearm (46) som har en første ende dreielig forbundet med gripehodearmen (28) og en løftesylinder (53) som omfatter en stasjonær del og en bevegelig del, der løftearmens (46) andre ende er dreielig forbundet med løftesylinderens (53) stasjonære del og gripehodearmens (28) andre ende er dreielig forbundet med løftesylinderens (53) bevegelig del (eller vice versa) idet løftesylinderens stasjonære del omfatter en sylinder (56) med et sylinderhulrom med en første og andre sylinderåpning og løftesylinderens bevegelige del omfatter en stempelstang (54) med et stempel som er anordnet i sylinderhulrommet, der stempelet (57) deler sylinderens hulrom i et første og andre sylinderkammer (58a, 58b), karakterisert vedat et første stempelstangparti (54a) rager ut fra en første side av stempelet og et andre stempelstangparti (54b) rager ut fra en andre motstående side av stempelet og at arbeidsarealet av stempelets første side er i det vesentligste like stort som arbeidsarealet av stempelets andre side.

2. Løftearminnretning for å løfte et rør, i følge krav 1, karakterisert vedat løftesylinderen (53) har en vertikal orientering.

3. Løftearminnretning for å løfte et rør, i følge krav 1 eller krav 2,karakterisert vedat diameteren av det første stempelstangpartiet (54a) og diameteren av det andre stempelstangpartiet (54b) er i det vesentligste like store.

4. Løftearminnretning for å løfte et rør, i følge krav 1, karakterisert vedat det første stempelstangpartiet (54a) strekker seg fra stempelet (57) i det første sylinderkammeret (58a) og ut gjennom en første sylinderåpning (56a) i sylinderen (56) og det andre stempelstangpartiet (54b) strekker seg fra stempelet i det andre sylinderkammeret (58b) og ut gjennom en andre sylinderåpning (56a) i sylinderen (56).

5. Løftearminnretning for å løfte et rør, i følge et av de foregående kravenekarakterisert vedat det første sylinderkammeret (58a) er utformet med en første fluidåpning (61a) og det andre sylinderkammeret (58b) er utformet med en andre fluidåpning (61b), der like store mengder fluid tilføres og tappes gjennom første og andre fluidåpninger (61a, 62b) ved bevegelse av stempelet i sylinderhulrommet.

6. Fremgangsmåte for å operere en løftearminnretning (1) for å løfte et rør, der løftearminnretningen omfatter en gripehodearm (28) med et gripehode (4) festet til en første ende av gripehodearmen (28), og en løftearm (46) som har en første ende dreielig forbundet med gripehodearmen (28) og en løftesylinder (53) omfattende en stasjonær del og en bevegelig del, der løftearmens (46) andre ende er dreielig forbundet med løftesylinderens (53) stasjonære del og gripehodearmens (28) andre ende er dreielig forbundet med løftesylinderens (53) bevegelig del (eller vice versa) idet løftesylinderens stasjonære del omfatter en sylinder (56) med et sylinderhulrom med en første og andre sylinderåpning og løftesylinderens bevegelige del omfatter en stempelstang (54) med et stempel som er anordnet i sylinderhulrommet, der stempelet (57) deler sylinderens hulrom i et første og andre sylinderkammer (58a, 58b), karakterisert vedat fluid tilføres et av sylinderkamrene (58a, 58b) og avtappes fra det andre sylinderkammeret (58a,58b) for å forflytte stempelet (57) og stempelstangen (54) i sylinderens hulrom og slik endre gipehodearmen stilling og dermed gripehodets stilling, i det fluidvolumet som tilføres og avtappes fra de to sylinderkamrene er i det vesentligste av samme størrelse.