NO20180056A1

NO20180056A1 - Pipe string drive unit

Info

Publication number: NO20180056A1
Application number: NO20180056A
Authority: NO
Inventors: Odd B Skjaerseth; Bjørn Eilertsen
Original assignee: West Drilling Products As
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-07-15
Also published as: NO344505B1

Description

DRIVENHET FOR RØRSTRENG DRIVE UNIT FOR PIPE STRING

Oppfinnelsen vedrører en toppdrevet boremaskin som omfatter et primærstyresystem, et primærdrivverk, en drivaksel forsynt med et gjennomgående senterløp innrettet til å kunne romme et parti av en rørstreng, er dreibart opplagret i ei boremaskinramme og er roterbar ved hjelp av primærdrivverket, samt et sekundærdrivverk. The invention relates to a top-driven drilling machine which comprises a primary control system, a primary drive mechanism, a drive shaft provided with a continuous center bore designed to be able to accommodate a part of a pipe string, is rotatably stored in a drilling machine frame and is rotatable with the help of the primary drive mechanism, as well as a secondary drive mechanism.

Ved etablering av borehull i undergrunnen, for eksempel ved lete- eller produksjonsboring for utvinning av hydrokarboner, benyttes det i stor grad såkalte toppdrevne boremaskiner, dvs. boremaskiner som henger i et tårn over et boredekk og med sin nedoverragende drivaksel koples til et øvre endeparti av en rørstreng for å rotere rørstrengen. Særlig ved demontering, dvs. oppbrekking, av rørstrengen, er det som regel nødvendig å benytte krafttang og motholdstang anordnet under den toppdrevne boremaskinen, typisk anordnet ved boredekket, fordi en ved reversering av den toppdrevne boremaskinen ikke har kontroll over om det er en gjengeforbindelse mellom en rørseksjon som skal fjernes fra rørstrengen som brekkes opp, eller om det er gjengeforbindelsen mellom rørstrengen og den toppdrevne boremaskinen som skrues opp. Selv om en toppdrevet boremaskin kan tilveiebringe tilstrekkelig stort dreiemoment til både å skru sammen en rørskjøt og å brekke den opp, vil det likevel måtte benyttes en egen krafttang til å foreta en kontrollert oppbrekking av rørskjøten. When establishing boreholes in the underground, for example during exploration or production drilling for the extraction of hydrocarbons, so-called top-driven drilling machines are used to a large extent, i.e. drilling machines that hang in a tower above a drilling deck and with their downward-projecting drive shaft are connected to an upper end part of a pipe string to rotate the pipe string. Especially when dismantling, i.e. breaking up, the pipe string, it is usually necessary to use power pliers and a counter-holding rod arranged below the top-driven drilling machine, typically arranged at the drill deck, because when reversing the top-driven drilling machine, one has no control over whether there is a threaded connection between a pipe section to be removed from the pipe string being broken up, or whether it is the threaded connection between the pipe string and the top-drive drilling machine that is being unscrewed. Even if a top-driven drilling machine can provide a sufficiently large torque to both screw together a pipe joint and to break it open, a separate power pliers will still have to be used to carry out a controlled breaking of the pipe joint.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or to reduce at least one of the disadvantages of known technology, or at least to provide a useful alternative to known technology.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene. The purpose is achieved by the features indicated in the description below and in the subsequent patent claims.

Oppfinnelsen tilveiebringer en toppdrevet boremaskin forsynt med en hul drivaksel opplagret i ei boremaskinramme. Et gjennomgående senterløp i drivakselen kan romme et parti av en rørseksjon som skal sammenføyes med en rørstreng ved sammenskruing av en rørskjøt, eller et øvre parti av rørstrengen som skal brekkes opp ved at en spesifikk rørskjøt skal skrues opp. For å holde rørseksjonen eller rørstrengen i et fast grep under sammenskruing eller oppbrekking, er drivakselen forsynt med ei tang som roterer sammen med drivakselen. Tanga omfatter et sett aksielt forskyvbare klembakker som typisk er tilkoplet én eller flere hydrauliske eller elektriske aktuatorer som er innrettet til å forskyve klembakkene mellom en tilbaketrukket, inaktiv stilling og en innskjøvet, aktiv stilling i anlegg mot rørseksjonen eller rørstrengens periferi. The invention provides a top-drive drilling machine provided with a hollow drive shaft supported in a drilling machine frame. A continuous center bore in the drive shaft can accommodate a part of a pipe section to be joined with a pipe string by screwing together a pipe joint, or an upper part of the pipe string to be broken up by a specific pipe joint being screwed up. To keep the pipe section or pipe string in a firm grip during screwing together or breaking open, the drive shaft is equipped with a pincer that rotates together with the drive shaft. Tanga comprises a set of axially displaceable clamping jaws which are typically connected to one or more hydraulic or electric actuators which are arranged to move the clamping jaws between a retracted, inactive position and a retracted, active position in contact with the pipe section or the periphery of the pipe string.

P28219NO00 beskrivelse og krav, PRIODOK P28219NO00 description and requirements, PRIODOK

Boremaskinen kan også være forsynt med et kilebelte anordnet under drivakselen, innrettet til å henge av rørstrengen i boremaskinen i visse operasjoner under sammenskruing eller oppbrekking av rørstrengen, idet kilebeltet er utformet til å kunne ligge støttende an mot underkant av et utvidet rørskjøtparti i et øvre endeparti av en rørseksjon. The drilling machine can also be provided with a V-belt arranged under the drive shaft, arranged to hang off the pipe string in the drilling machine in certain operations during screwing together or breaking up the pipe string, the V-belt being designed to be able to lie supportingly against the lower edge of an extended pipe joint part in an upper end part of a pipe section.

I tillegg til et i og for seg kjent primærdrivverk for en toppdrevet boremaskin, typisk i form av én eller flere første, reverserbare motorer som tilveiebringer rotasjon av drivakselen, er boremaskinen på i og for seg kjent vis tilknyttet systemer for vertikal forskyvning av boremaskinen i et boretårn. In addition to a per se known primary drive mechanism for a top driven drilling machine, typically in the form of one or more first, reversible motors which provide rotation of the drive shaft, the drilling machine is in a per se known manner associated with systems for vertical displacement of the drilling machine in a derrick.

Boremaskinen omfatter et sekundærdrivverk for betjening av tangas og det valgfrie kilebeltets holdefunksjoner samt generering av elektrisk energi for betjening av ventiler etc. I en foretrukket utførelse er sekundærdrivverket tildannet med et hydraulikkanlegg samt et elektrisk anlegg anordnet på et fundament som er fastgjort til drivakselen og roterer med drivakselen. Ei eller flere hydrauliske pumper som inngår i hydraulikkanlegget, og én eller flere elektriske generatorer som inngår i et elektrisk anlegg, står via respektive pumpedrivaksler og generatordrivaksler i inngrep med et tannhjul som er dreibart opplagret på drivakselen og er tilknyttet en andre, reverserbar motor som er fastgjort i boremaskinramma og er innrettet til å kunne tilveiebringe en rotasjon av tannhjulet uavhengig av drivakselens og drivenhetens rotasjon. Ved en hastighetsforskjell mellom drivenheten og tannhjulet vil det genereres en rotasjon av pumpedrivakslene og generatordrivakslene slik at pumpene leverer trykkfluid til hydrauliske aktuatorer i kilebeltet og tanga, og generatorene produserer elektrisk strøm til betjening av hydraulikkventiler etc. samt strøm til andre styre- og kommunikasjonssystemer og eventuelt til lading av akkumulatorer. Det vil dermed kunne leveres trykkfluid og elektrisk strøm både når drivakselen roterer, uavhengig av hvilken rotasjonsretning drivakselen har, og når den står stille. The drilling machine comprises a secondary drive for operating the tangas and the optional V-belt's holding functions as well as generating electrical energy for operating valves etc. In a preferred embodiment, the secondary drive is formed with a hydraulic system and an electrical system arranged on a foundation which is attached to the drive shaft and rotates with the drive shaft. One or more hydraulic pumps that are part of the hydraulic system, and one or more electric generators that are part of an electrical system, via respective pump drive shafts and generator drive shafts engage with a gear that is rotatably supported on the drive shaft and is connected to a second, reversible motor which is fixed in the drilling machine frame and is arranged to be able to provide a rotation of the gear independent of the rotation of the drive shaft and the drive unit. In the event of a speed difference between the drive unit and the gear wheel, a rotation of the pump drive shafts and the generator drive shafts will be generated so that the pumps supply pressure fluid to hydraulic actuators in the V-belt and tanga, and the generators produce electrical power for operating hydraulic valves etc. as well as power for other control and communication systems and possibly for charging accumulators. It will thus be possible to deliver pressurized fluid and electric current both when the drive shaft rotates, regardless of the direction of rotation of the drive shaft, and when it is stationary.

Hydraulikkanlegget omfatter et trykkfluidreservoar. Trykkfluidreservoar er i en foretrukket utførelse anordnet under fundamentet og roterer sammen med drivakselen. I en alternativ utførelse er trykkfluidreservoaret anordnet stasjonært i tilknytning til boremaskinramma. The hydraulic system includes a pressurized fluid reservoir. In a preferred embodiment, the pressure fluid reservoir is arranged under the foundation and rotates together with the drive shaft. In an alternative embodiment, the pressure fluid reservoir is arranged stationary in connection with the drilling machine frame.

Et midtre parti av drivakselen er fortrinnsvis forsynt med trykkfluidledninger anordnet som aksielle utsparinger i drivakselveggen. Dette er særlig fordelaktig der hvor trykkfluidledningene passerer opplagringer for drivakselen i boremaskinramma og opplagringer for tannhjulet på drivakselen, typisk for trykkfluidkommunikasjon mellom drivenheten og kilebeltet. Tilsvarende kan drivakselen være forsynt med aksielle utsparinger for elektriske ledninger, signalledninger, etc. Dersom trykkfluidreservoaret er anordnet stasjonært i tilknytning til boremaskinramma, er trykkfluidreservoaret forbundet med hydraulikkanlegget på drivakselen via trykkfluidledninger i form av ytterligere aksielle utsparinger i drivakselveggen samt én eller flere svivler eller tilsvarende i overgangen mellom den roterbare drivakselen og det stasjonære trykkfluidreservoaret. A central part of the drive shaft is preferably provided with pressurized fluid lines arranged as axial recesses in the drive shaft wall. This is particularly advantageous where the pressure fluid lines pass bearings for the drive shaft in the drilling machine frame and bearings for the gear wheel on the drive shaft, typically for pressure fluid communication between the drive unit and the V-belt. Similarly, the drive shaft can be provided with axial recesses for electrical lines, signal lines, etc. If the pressure fluid reservoir is arranged stationary in connection with the drilling machine frame, the pressure fluid reservoir is connected to the hydraulic system on the drive shaft via pressure fluid lines in the form of further axial recesses in the drive shaft wall as well as one or more swivels or equivalent in the transition between the rotatable drive shaft and the stationary pressure fluid reservoir.

Hydraulikkanlegget kan være forsynt med minst ei matepumpe som forsyner ei eller flere høytrykkspumper med fluid fra trykkfluidreservoaret. Særlig ved den alternative, stasjonære utførelsen av trykkfluidreservoaret er det gunstig om det anvendes ei eller flere lavtrykks matepumper anord- The hydraulic system can be provided with at least one feed pump that supplies one or more high-pressure pumps with fluid from the pressure fluid reservoir. Especially with the alternative, stationary version of the pressure fluid reservoir, it is advantageous if one or more low-pressure feed pumps are used

net ved eller i trykkfluidreservoaret for å unngå bruk av høytrykkssvivler i overgangen til drivakselen. net at or in the pressure fluid reservoir to avoid the use of high-pressure swivels in the transition to the drive shaft.

Kilebeltet og tanga kan være tilkoplet hver sin høytrykkspumpe for å unngå at betjeningen av kilebeltets aktuator(er) påvirker funksjonen til tangas aktuator(er). The V-belt and the thong can each be connected to a high-pressure pump to avoid that the operation of the V-belt's actuator(s) affects the function of the thong's actuator(s).

Sekundærdrivverket omfatter fortrinnsvis et styresystem tilknyttet det hydrauliske anlegget og innrettet til trådløs kommunikasjon i det minste med et primærstyresystem for boremaskinen. Styresystemet forsynes med elektrisk energi fra det elektriske anlegget i sekundærdrivverket. The secondary drive preferably comprises a control system connected to the hydraulic system and arranged for wireless communication with at least a primary control system for the drilling machine. The control system is supplied with electrical energy from the electrical system in the secondary drive.

Tanga er fortrinnsvis forsynt med en sjokkabsorberer som ved sjokkbelastning tillater tanga å dreies en sektor i forhold til drivakselen. I en foretrukket utførelse er sjokkabsorbereren tildannet som en kurveformet hydraulisk sylinder tilknyttet det hydrauliske anlegget via en sikkerhetsventil. The thong is preferably provided with a shock absorber which, under shock load, allows the thong to be rotated a sector in relation to the drive shaft. In a preferred embodiment, the shock absorber is formed as a curved hydraulic cylinder connected to the hydraulic system via a safety valve.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen. The invention is defined by the independent patent claim. The independent claims define advantageous embodiments of the invention.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en toppdrevet boremaskin som omfatter et primærstyresystem; et primærdrivverk; en drivaksel forsynt med et gjennomgående senterløp innrettet til å kunne romme et parti av en rørstreng, er dreibart opplagret i ei boremaskinramme og er roterbar ved hjelp av primærdrivverket; og et sekundærdrivverk; kjennetegnet ved at sekundærdrivverket omfatter et fundament som er dreiestivt fastgjort på drivakselen, et tannhjul som er dreibart opplagret på drivakselen, i det minste ett av et hydraulikkanlegg som omfatter minst ei hydraulikkpumpe som er fastgjort på fundamentet og er i inngrep med tannhjulet, og et elektrisk anlegg som omfatter minst én elektrisk generator som er fastgjort på fundamentet og er i inngrep med tannhjulet, og tannhjulet er i inngrep med en motor som er fastgjort i boremaskinramma; og ei tang som er innrettet til å kunne holde en seksjon av rørstrengen i et fast grep, er fastgjort i fundamentet, omkranser senterløpet og er forsynt med én eller flere aktuatorer som er tilknyttet hydraulikkanlegget eller det elektriske anlegget. The invention relates more specifically to a top-drive drilling machine comprising a primary control system; a prime mover; a drive shaft provided with a through center bore adapted to accommodate a portion of a pipe string, is rotatably supported in a drilling machine frame and is rotatable by means of the primary drive; and a secondary drive; characterized in that the secondary drive comprises a foundation which is rotatably attached to the drive shaft, a gear wheel which is rotatably supported on the drive shaft, at least one of a hydraulic system comprising at least one hydraulic pump which is attached to the foundation and is in engagement with the gear wheel, and an electric plant comprising at least one electric generator fixed to the foundation and meshing with the gear, and the gear meshing with a motor fixed in the drill frame; and a tong that is designed to be able to hold a section of the pipe string in a firm grip, is fixed in the foundation, surrounds the center barrel and is provided with one or more actuators that are connected to the hydraulic system or the electrical system.

Hydraulikkanlegget kan omfatte et trykkfluidreservoar som er fastgjort på drivakselen. Fordelen med det er at forsyningen av hydraulikkfluid kan skje gjennom permanente forbindelser uten svivelforbindelser og lignende. Trykkfluidledninger kan dermed være anordnet i eller som aksiale utsparinger i et midtre parti av drivakselen. The hydraulic system may comprise a pressurized fluid reservoir which is attached to the drive shaft. The advantage of this is that the supply of hydraulic fluid can take place through permanent connections without swivel connections and the like. Pressure fluid lines can thus be arranged in or as axial recesses in a central part of the drive shaft.

Hydraulikkanlegget kan være forsynt med minst to seriekoplede hydraulikkpumper, idet ei første hydraulikkpumpe er ei sugepumpe anordnet oppstrøms ei andre hydraulikkpumpe. En fordel med dette er at hydraulikkanlegget tilveiebringer en sikrere tilførsel av trykkfluid til forbrukerne tilknyttet drivakselen. The hydraulic system can be equipped with at least two series-connected hydraulic pumps, with a first hydraulic pump being a suction pump arranged upstream of a second hydraulic pump. An advantage of this is that the hydraulic system provides a more secure supply of pressurized fluid to the consumers connected to the drive shaft.

Sekundærdrivverket kan omfatte et sekundærstyresystem innrettet til trådløs kommunikasjon med primærstyresystemet. The secondary drive may comprise a secondary control system designed for wireless communication with the primary control system.

Det elektriske anlegget kan omfatte minst én akkumulator. Dette sikrer strømtilførsel i det minste til sekundærstyresystemet ved svikt i den elektriske generatorens funksjon. The electrical system may comprise at least one accumulator. This ensures power supply at least to the secondary control system in the event of a failure in the function of the electric generator.

Tanga kan være forbundet med fundamentet dreibar om drivakselen i en sektor som er begrenset av en sjokkabsorberer som er anordnet mellom tanga og fundamentet. En fordel med dette er at rørstrengens gjengepartier og boremaskinen ikke påføres sjokkbelastninger ved brå endringer i hastighetsforholdet mellom rørstrengen og en rørseksjon når for eksempel en gjengeforbindelse bunner under sammenføyning av rørstrengen og en ny rørseksjon. Tanga can be connected to the foundation rotatably about the drive shaft in a sector limited by a shock absorber arranged between the tanga and the foundation. An advantage of this is that the threaded parts of the pipe string and the drilling machine are not subjected to shock loads in the event of sudden changes in the speed ratio between the pipe string and a pipe section when, for example, a threaded connection bottoms out during the joining of the pipe string and a new pipe section.

Sjokkabsorbereren kan være tildannet som en hydraulisk sylinder som er tilknyttet hydraulikkanlegget via en regulerbar sikkerhetsventil. Den hydrauliske sylinderen kan være en enkeltvirkende, bueformet hydrauliske sylinder. Dette er plassparende og gir lett justering av sjokkabsorbererens utløsingsnivå The shock absorber can be designed as a hydraulic cylinder which is connected to the hydraulic system via an adjustable safety valve. The hydraulic cylinder can be a single-acting, arc-shaped hydraulic cylinder. This saves space and provides easy adjustment of the shock absorber's release level

Tanga kan være aksielt forskyvbar i forhold til fundamentet. Dermed kan tanga følge en rørseksjons aksielle forskyvning under sammenføyning eller adskillelse av en gjengeforbindelse i rørstrengen uten at boremaskinens posisjon må justeres. Tanga can be axially displaceable in relation to the foundation. Thus, the tong can follow the axial displacement of a pipe section during the joining or separation of a threaded connection in the pipe string without the drilling machine's position having to be adjusted.

Et kilebelte kan være dreiestivt fastgjort i et endeparti av drivakselen og være forsynt med én eller flere kilebelteaktuatorer som er tilknyttet sekundærdrivverkets hydraulikkanlegg eller elektriske anlegg. Boremaskinen kan dermed holde rørstrengen eller en rørseksjon uavhengig av tilknyttet hjelpeverktøys funksjon og status. A V-belt can be rotatably fixed in an end part of the drive shaft and be provided with one or more V-belt actuators which are connected to the secondary drive's hydraulic system or electrical system. The drilling machine can thus hold the pipe string or a pipe section regardless of the function and status of associated auxiliary tools.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: In what follows, an example of a preferred embodiment is described which is illustrated in the accompanying drawings, where:

Fig.1 viser et skjematisk sideriss av en toppdrevet boremaskin ifølge oppfinnelsen, hvor en rørstreng er vist med stiplet strek i en sammenskruingsfase; Fig.1 shows a schematic side view of a top-driven drilling machine according to the invention, where a pipe string is shown with a dashed line in a screwing-up phase;

Fig.2 viser i mindre målestokk et skjematisk sideriss tilsvarende figur 1, men hvor ei tang er vist i en øvre posisjon i en innledende fase av sammenskruingen av rørseksjonen og rørstrengen; Fig. 2 shows, on a smaller scale, a schematic side view corresponding to Fig. 1, but where a pair of pliers is shown in an upper position in an initial phase of the screwing together of the pipe section and the pipe string;

Fig.3 viser et skjematisk sideriss tilsvarende figur 2, men hvor et trykkfluidreservoar er stasjonært anordnet på ei boremaskinramme; Fig. 3 shows a schematic side view corresponding to Fig. 2, but where a pressure fluid reservoir is stationary arranged on a drilling machine frame;

Fig.4 viser et frontriss av boremaskinen; Fig.4 shows a front view of the drilling machine;

Fig.5 viser et sideriss av boremaskinen; Fig.5 shows a side view of the drilling machine;

Fig.6 viser boremaskinen sett ovenfra; og Fig.6 shows the drilling machine seen from above; and

Fig.7 viser i utsnitt og i større målestokk et snitt VII-VII angitt i figur 5. Fig.7 shows in section and on a larger scale a section VII-VII indicated in figure 5.

Det henvises først særlig til figur 1, hvor henvisningstallet 1 angir en toppdrevet boremaskin forsynt med ei boremaskinramme 2 og et primærdrivverk 3 for drift av en drivaksel 32. To første motorer 31 er fastgjort i boremaskinramma 2 og står via drivakseldrev 34 i inngrep med drivakselen 32 for å kunne påføre drivakselen 32 et dreiemoment. Drivakselen 32 er forsynt med drivakselopplagringer Reference is first made in particular to figure 1, where the reference numeral 1 indicates a top-driven drilling machine provided with a drilling machine frame 2 and a primary drive 3 for operating a drive shaft 32. Two first motors 31 are fixed in the drilling machine frame 2 and are engaged via drive shaft drive 34 with the drive shaft 32 in order to apply a torque to the drive shaft 32. The drive shaft 32 is provided with drive shaft bearings

33 av i og for seg kjent art for overføring av radielle og aksielle belastninger mellom boremaskinramma 2 og drivakselen 32. Drivakselen 32 er forsynt med et gjennomgående senterløp 35 som kan romme et parti av en rørstreng 8, typisk en borestreng, på figur 1 indikert med stiplet strek for oversiktens skyld. Et første, øvre drivakselendeparti 321 er forsynt med ei tang 5 innrettet til å holde en rørseksjon 81 eller rørstrengen 8 i et fast grep ved hjelp av flere klembakker 51 som er radielt forskyvbare inn i drivakselens 32 senterløp ved hjelp av aktuatorer 52. Et andre, nedre drivakselendeparti 322 er forsynt med et kilebelte 6 som er innrettet til på i og for seg kjent vis å kunne holde rørstrengen 8 i det minste ved kilers 61 anlegg mot et brystningsparti 822 på ei gjengemuffe 821 i et endeparti av en rørseksjon eller rør 81. Kiler 61 er på i og for seg kjent vis forskyvbare ved hjelp av en kilebelteaktuator 62. 33 of a kind known in and of itself for the transmission of radial and axial loads between the drilling machine frame 2 and the drive shaft 32. The drive shaft 32 is provided with a continuous center race 35 which can accommodate a part of a pipe string 8, typically a drill string, in Figure 1 indicated by dashed line for clarity. A first, upper drive shaft end part 321 is provided with a tongs 5 designed to hold a pipe section 81 or the pipe string 8 in a firm grip by means of several clamping jaws 51 which are radially displaceable into the center race of the drive shaft 32 by means of actuators 52. A second, lower drive shaft end part 322 is provided with a V-belt 6 which is arranged in a known manner to be able to hold the pipe string 8 at least when the wedges 61 contact a parapet part 822 on a threaded sleeve 821 in an end part of a pipe section or pipe 81. Wedges 61 are, in and of themselves, displaceable by means of a V-belt actuator 62.

Et sekundærdrivverk 4 er tilknyttet drivakselen 32. Sekundærdrivverket 4 er i det vesentlige anordnet på et fundament 41 som er dreiestivt fastgjort til og omkranser et midtre drivakselparti 323. Et tannhjul 44 er ved hjelp av en tannhjulsopplagring 443 dreibart opplagret på det midtre drivakselpartiet 323 i umiddelbar nærhet av fundamentet 41. En første fortanning 441 står via tannhjulsdrev 444 i inngrep med drivakselen på en andre motor 45 som er fastgjort i boremaskinramma 2. A secondary drive mechanism 4 is connected to the drive shaft 32. The secondary drive mechanism 4 is essentially arranged on a foundation 41 which is rotatably attached to and encircles a central drive shaft section 323. A gear wheel 44 is, by means of a gear bearing 443, rotatably supported on the central drive shaft section 323 in immediate proximity of the foundation 41. A first toothing 441 engages via gear drive 444 with the drive shaft of a second motor 45 which is fixed in the drilling machine frame 2.

Et hydraulikkanlegg 42 er anordnet på fundamentet 41 eller i tilknytning til dette. Hydraulikkanlegget 42 omfatter minst ei hydraulikkpumpe 421, typisk minst ei matepumpe og minst ei høytrykkspumpe, på figur 1 bare vist som ei pumpe. Hydraulikkpumpa 421 står i rotasjonsmessig inngrep med en andre fortanning 442 på tannhjulet 44. Et trykkfluidreservoar 422 er fastgjort på drivakselen 32 under fundamentet 41. A hydraulic system 42 is arranged on the foundation 41 or adjacent to it. The hydraulic system 42 comprises at least one hydraulic pump 421, typically at least one feed pump and at least one high-pressure pump, in Figure 1 only shown as a pump. The hydraulic pump 421 is in rotational engagement with a second toothing 442 on the gear wheel 44. A pressurized fluid reservoir 422 is attached to the drive shaft 32 below the foundation 41.

Et sett av retningsventiler 423 er tilkoplet tangas 5 aktuatorer 52 og kilebelteaktuatoren 61 via trykkfluidledninger 424 som delvis strekker seg gjennom aksielle utsparinger i det midtre drivakselpartiets 323 rørvegg. Alternativt (ikke vist) kan den ene eller begge av tangas 5 og kilebeltets 6 aktuatorer 52, 61 være elektrisk betjente med energiforsyning fra det elektriske anlegget 43. I begge tilfeller styres aktuatorenes 52, 61 bevegelse via sekundærstyresystemet 432. A set of directional valves 423 is connected to the tangas 5 actuators 52 and the V-belt actuator 61 via pressure fluid lines 424 which partly extend through axial recesses in the central drive shaft section 323 tube wall. Alternatively (not shown), one or both of the tangas 5 and the V-belt 6 actuators 52, 61 can be electrically operated with energy supply from the electrical system 43. In both cases, the movement of the actuators 52, 61 is controlled via the secondary control system 432.

I en alternativ utførelsesform ifølge figur 3 er trykkfluidreservoaret anordnet stasjonært og i tilknytning til boremaskinramma 2 og er angitt med henvisningstallet 21. Via én eller flere svivler 22 og trykkfluidledninger 424 som delvis strekker seg gjennom aksielle utsparinger i det midtre drivakselpartiets 323 rørvegg, er trykkfluidreservoaret 21 tilknyttet hydraulikkanleggets 42 øvrige elementer. In an alternative embodiment according to Figure 3, the pressure fluid reservoir is arranged stationary and adjacent to the drilling machine frame 2 and is indicated by the reference number 21. Via one or more swivels 22 and pressure fluid lines 424 which partly extend through axial recesses in the pipe wall of the central drive shaft section 323, the pressure fluid reservoir 21 associated with the hydraulic system's 42 other elements.

Tanga 5 er forbundet med fundamentet 41 via en sjokkabsorberer 53 som trer i funksjon når det under sammenskruing eller oppbrekking av nevnte rørstreng 8 oppstår brå dreiemomentstigninger for eksempel på grunn av at rørstrengskjøtenes gjengepartier 82 bunner. Ved at tanga 5 er dreibar i forhold til fundamentet 41, vil slik dreiemomentstigning føre til at sjokkabsorbereren 53 gir etter og reduserer sjokkbelastningen på boremaskinen 1 og rørstrengen 8. I en utførelse (se figur 7) er sjokkabsorbereren 53 tildannet som en kurveformet, enkeltvirkende hydraulisk sylinder 531 som er tilknyttet hydraulikkanlegget 42 via en sikkerhetsventil 532. Sikkerhetsventilens 532 utløsingstrykk kan reguleres for å tilpasse sjokkabsorbererens 53 «hardhet», dvs. dreiemomentgrenseverdien for når sjokkabsorbereren 53 løser ut. Tanga 5 kan være forsynt med to motsatt virkende sjokkabsor- Tanga 5 is connected to the foundation 41 via a shock absorber 53 which comes into operation when, during screwing together or breaking said pipe string 8, sudden torque increases occur, for example because the threaded parts of the pipe string joints 82 bottom. As the rope 5 is rotatable in relation to the foundation 41, such an increase in torque will cause the shock absorber 53 to yield and reduce the shock load on the drilling machine 1 and the pipe string 8. In one embodiment (see figure 7), the shock absorber 53 is formed as a curved, single-acting hydraulic cylinder 531 which is connected to the hydraulic system 42 via a safety valve 532. The release pressure of the safety valve 532 can be regulated to adapt the "hardness" of the shock absorber 53, i.e. the torque limit value for when the shock absorber 53 releases. Tanga 5 can be equipped with two oppositely acting shock absorbers

berere 53 for å kunne absorbere sjokkbelastninger både ved normal rotasjonsretning og ved reversering av drivakselen for f.eks. oppbrekking av en rørskjøt. Sjokkabsorbereren 53 har typisk en arbeidssektor på ca.180°. bers 53 to be able to absorb shock loads both in the normal direction of rotation and when reversing the drive shaft for e.g. breaking up a pipe joint. The shock absorber 53 typically has a working sector of approximately 180°.

For å tillate tanga 5 å forskyves vertikalt sammen med den rørseksjonen 81 som skal sammenføyes med eller adskilles fra rørstrengen 8, er tanga 5 forbundet med fundamentet 41 via en aksialglideforbindelse 54. Figur 2 viser tanga forskjøvet til en øvre posisjon i en innledende fase av sammenkoplingen av en rørseksjon 81 og rørstrengen 8. In order to allow the stringer 5 to be vertically displaced together with the pipe section 81 to be joined to or separated from the pipe string 8, the stringer 5 is connected to the foundation 41 via an axial sliding connection 54. Figure 2 shows the stringer displaced to an upper position in an initial phase of the connection of a pipe section 81 and the pipe string 8.

Ved rotasjon av drivakselen 32 mens tannhjulet 44 står stille eller roterer med et turtall som avviker fra drivakselens 32 turtall, vil hydraulikkpumpa 421 og den elektriske generatoren 431 settes i rotasjon slik at hydraulikkanlegget 42 kan levere trykkfluid til aktuatorene 52, 61 og det elektriske anlegget 43 kan forsyne forbrukere, for eksempel retningsventilsettets 423 elektromagneter og sekundærstyresystemet 432, med elektrisk energi, eventuelt lade akkumulatoren 434. When the drive shaft 32 rotates while the gear wheel 44 is stationary or rotates at a speed that deviates from the speed of the drive shaft 32, the hydraulic pump 421 and the electric generator 431 will be set in rotation so that the hydraulic system 42 can supply pressurized fluid to the actuators 52, 61 and the electrical system 43 can supply consumers, for example the electromagnets of the directional valve set 423 and the secondary control system 432, with electrical energy, possibly charging the accumulator 434.

Ved at boremaskinen 1 kan forskyves til en hvilken som helst posisjon langs det partiet av rørstrengen som rager opp over for eksempel et boredekk (ikke vist) eller oppgjennom drivakselen på en tilsvarende, andre boremaskin anordnet under boremaskinen1, kan tanga 5 gripe tak i ønsket posisjon på rørstrengen 8 eller rørseksjonen 81 og dermed påføre dreiemoment til et spesifikt gjengeparti ved sammenskruing eller oppbrekking av rørstrengen 8. Dette utvider anvendelsen av toppdrevne boremaskiner i forhold til dagens teknikk, hvor reversering av boremaskinen gir en ukontrollert oppbrekking av rørskjøtene, ja, til og med oppbrekking av forbindelsen mellom boremaskinens drivaksel og rørstrengen, idet dreiemomentet fra toppdrevne boremaskiner ifølge kjent teknikk overføres gjennom flere gjengepartier helt fra boremaskinens tilkopling til rørstrengen og til rørskjøten over ei separat motholdstang som hindrer rørstrengen i å rotere. By the fact that the drilling machine 1 can be moved to any position along the part of the pipe string that protrudes above, for example, a drilling deck (not shown) or up through the drive shaft of a corresponding, second drilling machine arranged below the drilling machine 1, the tong 5 can take hold in the desired position on the pipe string 8 or the pipe section 81 and thus apply torque to a specific threaded section when screwing together or breaking the pipe string 8. This expands the application of top-driven drilling machines compared to the current technique, where reversing the drilling machine results in an uncontrolled breaking open of the pipe joints, yes, even severing the connection between the drilling machine's drive shaft and the pipe string, as the torque from top-driven drilling machines according to known technology is transmitted through several threaded parts all the way from the drilling machine's connection to the pipe string and to the pipe joint via a separate counter-holding rod that prevents the pipe string from rotating.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformene illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende. It should be noted that all of the above embodiments illustrate the invention, but do not limit it, and those skilled in the art will be able to devise many alternative embodiments without departing from the scope of the appended claims. In the requirements, reference numbers in parentheses should not be seen as limiting.

Bruken av verbet «å omfatte» og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene «en», «ei» eller «et» foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer. The use of the verb "to comprise" and its various forms does not exclude the presence of elements or steps not mentioned in the claims. The indefinite articles "en", "ei" or "et" before an element do not exclude the presence of several such elements.

Det faktumet at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekkene ikke med fordel kan brukes. The fact that certain features are listed in different mutually dependent claims does not indicate that a combination of these features cannot be advantageously used.

Claims

Patent claims

1. Top-drive drilling machine (1) comprising

a primary control system (7);

a primary drive (3);

a drive shaft (32) provided with a through center bore (33) arranged to be able to accommodate a part of a pipe string (8), is rotatably supported in a drilling machine frame (2) and is rotatable by means of the primary drive (3); and

a secondary drive (4);

c a r a c t e r i s e r t w e d that

the secondary drive (4) comprises

a foundation (41) which is rotatably fixed on the drive shaft (32), a gear (44) which is rotatably supported on the drive shaft (32), in it at least one of a hydraulic system (42) which comprises at least one hydraulic pump (421) which is fixed on the foundation (41) and in engagement with the gear wheel (44), and an electrical plant (43) comprising at least one electric generator (431) which is fixed on the foundation (41) and in engagement with the gear wheel (44), and

the gear (44) is engaged with a motor (45) which is fixed in the drill frame (2); and

a tong (5) which is designed to be able to hold a section (81) of the pipe string (8) in a firm grip, is fixed in the foundation (41), surrounds the center barrel (33) and is provided with one or more actuators (52) ) which is connected to the hydraulic system (42) or the electrical system (43).

2. The drilling machine (1) according to claim 1, where the hydraulic system (42) comprises a pressure fluid reservoir (422) which is attached to the drive shaft (32).

3. The drilling machine (1) according to claim 1, where the hydraulic system (42) comprises a pressure fluid reservoir (21) which is fixed in the drilling machine frame (2).

4. The drilling machine (1) according to claim 1, where the hydraulic system (42) comprises a pressure fluid reservoir (422) which is attached to the drive shaft (32), and several pressure fluid lines (424) arranged in or as axial recesses in a middle part (323 ) of the drive shaft (32).

5. The drilling machine (1) according to claim 1, where the hydraulic system (42) is provided with at least two series-connected hydraulic pumps (421, 421a), a first hydraulic pump (421a) being a suction pump arranged upstream of a second hydraulic pump (421).

6. The drilling machine (1) according to claim 1, where the secondary drive (4) comprises a secondary control system (432) arranged for wireless communication with the primary control system (7).

P28219NO00 description and requirements, PRIODOK

7. The drilling machine (1) according to claim 1, where the electrical system (43) comprises at least one accumulator (434).

8. The drilling machine (1) according to claim 1, where the string (5) is connected to the foundation (41) rotatable about the drive shaft (32) in a sector which is limited by a shock absorber (53) which

5 is arranged between the tanga (5) and the foundation (41).

9. The drilling machine (1) according to claim 8, where the shock absorber (53) is formed as a hydraulic cylinder (531) which is connected to the hydraulic system (42) via an adjustable safety valve (532).

10. The drilling machine (1) according to claim 98, where the hydraulic cylinder (531) is a

10 celt-acting, arc-shaped hydraulic cylinders.

11. The drilling machine (1) according to claim 1, where the tanga (5) is axially displaceable in relation to the foundation (41).

12. The drilling machine (1) according to claim 1, where a V-belt (6) is rotatably fixed in an end part (322) of the drive shaft (32) and is provided with one or more V-belt actuators (62)

15 which is connected to the secondary drive unit's (4) hydraulic system (42) or electrical system (43).

P28219NO00 description and requirements, PRIODOK