NO310527B1 - Kombinert krafttang med integrert slamavsug og gjengedopingsapparat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en krafttang omfattende en delbar spinne- og momenttang for innskruing og tilspenning av rørskjøter, og en nedenfor beliggende delbar motholdstang for fastholdelse av røret, hvilke tenger er aksielt bevegelige mot og fra hverandre.

En spinne- og momenttang av denne type er kjent fra NO 163 973, med samme oppfinner som den foreliggende oppfinnelse.

Under boring av brønner for olje og gass, det være seg på land eller til havs, brukes borerør i lengder av ca 9.5 eller 14 meter og diameter 90-170 mm. Brønnene blir under boringen sikret med foringsrør i lengder på ca 12 meter og diameter 178-510 mm. Alle disse rørlengder har gjengeskjøter som må skrues sammen med relativt stort moment for å sikre tetning og at rørskjøtene ikke løsner under rotasjon. Dette betyr at en av hovedaktivitetene under brønnboring er relatert til sammen- og fraskruing av rør. Det kan totalt dreie seg om 2-4000 slike skjøteoperasjoner per brønn. Det har de siste 25 år eksistert mekanisert verktøy for disse operasjonene.

Det eksisterende mekaniserte utstyret for skjøting av rør under boreoperasjoner inndeles i to kategorier; krafttang for borerør og krafttang for foringsrør. Disse er to forskjellige verktøy hvorav krafttangen for borerør er permanent installert på boredekket og foringsrørtangen monteres hver gang en streng av foringsrør skal settes i brønnen. Med eksisterende teknologi må disse utstyr være forskjellig bygget; foringsrør har tynnveggede skjøter mens borerør har tykkveggede skjøter. Det er betraktelig manuelt arbeid involvert for opp- og nedrigging av utstyret for foringsrøroperasjoner.

Under uttrekking av borestrengen forekommer det i en del tilfeller at denne er full av boreslam. Strengen blir fraskrudd i lengder på ca 3 Om, og ved fraskruing av en slik lengde renner hele dennes slamvolum ut på boredekket. Dette dreier seg om volum på 125-500 liter. Det statiske trykket av slammet på boredekksnivå er på grunn av slamsøylens høyde og slammets høye egenvekt, enkelte ganger oppe i ca 5 bar. Dette kan på grunn av arbeidsmiljøet og andre praktiske årsaker ikke slippes fritt på boredekket og derfor blir en slamkåpe som omslutter rørskjøten satt på (se fig.l). Dette er en både arbeidskrevende og tidkrevende operasjon som også i en del tilfeller er forbundet med store arbeidsmiljømessige konsekvenser. De siste årene har det på norsk sektor blitt installert mekaniske opererte slamkåper.

Under senking av borestrengen i brønnen må rørskjøtene rengjøres og smøres før

sammenskruing. Dette er tradisjonelt en manuell operasjon med kost. De siste årene har det imidlertid blitt utviklet forskjellige maskiner for dette formålet, men fordi disse står separat fra krafttangen og veldig utsatt til for skader, har de ikke vært særlig vellykkede. De har også forsinket operasjonen. Det er et sterkt behov i industrien for pålitelig utstyr for denne operasjonen da det er ansett som arbeidsmiljømessig uakseptabelt med manuelt arbeid midt i en automatisert og mekanisert sekvens.

Den tradisjonelle krafttangen for borerør er todelt; en øvre del med drivruller for sammenskruing av gjengene så lenge disse går lett (spinner), og en nedre del som gjør opp skjøten med moment. Dette betyr at en komplett arbeidssyklus består av mange operasjoner som styres i sekvens. Tidligere ble alle disse funksjonene manuelt kontrollert, men de senere årene er de nesten utelukkende PLS-styrte. Den mekaniske konstruksjonen er i utgangspunktet ikke egnet for automatisk sekvensstyring, hvilket har medført at arbeidssyklusen med automatiserte maskiner i mange tilfeller går mer langsomt enn manuelt opererte maskiner.

Den nye krafttangen introduserer et helt nytt tangkonsept som kombinerer spinnertang og momenttang i ett, integrerer et utstyr som oppfanger og suger bort boreslam, samt integrerer et utstyr for rengjøring og smøring av gjengene. Tangelementene er dessuten lett utskiftbare slik at foringsrør også kjøres med den samme maskinen.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en krafttang av den innledningsvis nevnte art, som kjennetegnes ved at det er anordnet en væskesluse mellom spinne- og momenttangen og motholdstangen, og et avsug for evakuering fra væskeslusen av væske som renner ut fra røret under en frakoplingsoperasjon mellom rørskjøtene.

I en utførelse er væskeslusen avgrenset av et fra spinne- og momenttangen nedad rettet skjørt som avgrenser omkretsmessig væskeslusen og tetter mot motholdstangen.

Med fordel kan skjørtet være av et fleksibelt materiale som avbøyer innad under aksiell bevegelse mot hverandre av momenttangen og motholdstangen.

I en andre utførelse kan væskeslusen være avgrenset omkretsmessig av en sammentrykkbar muffe eller belg.

Med fordel kan det integreres et automatisk betjent gjengedopingsapparat som blir anordnet mellom spinne- og momenttangen og motholdstangen, hvilket gjengedopingsapparat er betjenbart før en sammenføringsoperasjon mellom rørskjøter.

Hensiktsmessig kan spinne- og momenttangen, motholdstangen, væskeslusen og gjengedopingsapparatet være integrert og anordnet i en vognramme som er forflyttbar på underlaget, hvilken vognramme har en vertikal søyle for føring av spinne- og momenttangen og motholdstangen vertikalt mot og fra hverandre.

Tengene kan innbefatte en låsemekanisme som holder det stasjonære hus sammen når tengene er i drift. Ved innspenning av momentet i rørskjøtene, kan det bli benyttet en arbeidssylinder og pal som foretar inngrep med drivringen.

Andre og ytterligere formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av for tiden foretrukne utførelser av oppfinnelsen som er gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor:

Fig.l viser skjematisk en situasjon under fråkopling av borerør,

Fig.2 viser skjematisk en komplett krafttang i følge oppfinnelsen, sett fra siden,

Fig.3 viser skjematisk krafttangen i følge fig.2 sett ovenfra,

Fig.4 viser skjematisk krafttangen i følge fig.2 sett rett forfra,

Fig.5A og 5B viser skjematisk en spinne- og momenttang sett i lengdesnitt og ovenfra respektivt, og i en inaktivert tilstand,

Fig.6A og 6B viser skjematisk tangen i følge fig.5A og 5B i en aktivert tilstand,

Fig.7 viser skjematisk et lengdesnitt gjennom spinne- og momenttangen, og en nedenunder beliggende motholdstang, i posisjon for sammenskruing av rørskjøter, Fig.8 viser skjematisk et lengdesnitt gjennom tengene i følge fig.7, i posisjon etter sammenskruing av rørskjøtene,

Fig.9 viser skjematisk tengene i følge fig.5-8 benyttet på et 500 mm foringsrør,

Fig. 10 viser skjematisk tengene i følge fig.5-8 benyttet på et 300 mm foringsrør,

Fig.l 1 viser skjematisk et lengdesnitt gjennom en andre utførelse av væskeslusen mellom spinne- og momenttangen og den nedenunder beliggende motholdstang, samt spyle- og gjengedopingsapparat, Fig. 12 viser den andre utførelse i følge fig.l 1 når spinne- og motholdstangen og motholdstangen er ført mot hverandre, og Fig. 13 skjematisk motholdstangen sett ovenfra med plassering av et spyleorgan og et gjengedopingsorgan respektivt. Fig.l viser en situasjon under boring av brønner for olje og gass, på land eller til havs. Det blir ofte brukt borerør i lengder av ca. 9.5 eller 14 meter og diameter 90 - 170mm. Disse blir igjen satt sammen i rørseksjoner 26 bestående av tre enkeltrør av nevnte lengde. Rørseksjonene blir avhengt i en klave 27 som henger ned fra en kronblokk i toppen av et boretårn (ikke vist). Rørseksjonene blir koplet til borestrengen ved hjelp av en krafttang 25 som kan forflyttes på boredekket mot og fra boresenter. Motsatt, under nedmontering av borestrengen, frakoples rørseksjoner bestående av tre enkeltrør fra borestrengen. Også her blir krafttangen 25 benyttet til å skru rørskjøtene fra hverandre.

Den komplette, integrerte krafttangen 25 er vist i helhet i fig.2. Den består av tre hoveddeler; vogn og ramme 24 som har drift og muligheter for høydejusteringer, spinne- og momenttang 1 og motholdstang 10. Vognen 24 har hjulsett som løper på skinner som er utlagt på boredekket eller underlaget. Vognen 24 kan forflyttes på skinnene mot og bort fra boresenteret som er definert av lengdeaksen gjennom rørseksjonen 26 i fig.l.

Spinne- og momenttangen 1 er hev- og senkbar langs den vertikale ramme på vognen 24. Likeledes er motholdstangen 10 hev- og senkbar langs den samme vertikale ramme. Mellom spinne- og momenttangen 1 og motholdstangen 10 er det anordnet et skjørt 19 som avgrenser en væskesluse 35 som er beregnet på å fange opp rester av boreslam som står igjen i en rørseksjon 26 når den blir koplet fra og løftet ut av borestrengen. Dette er vist i nærmere detalj i fig.7 og 8. Fig.3 viser krafttangen 25 sett rett ovenfra. Spinne- og momenttangen 1 og motholdstangen 10 kan åpnes etter delingslinjen D for å kunne gå inn og omslutte et rør. Helt i forkant er det vist en låsemekanisme 37 med slå og lukkelås. Låsen har en innebygget aktuator. Låseaktuatoren har en kam som går i mekanisk inngrep med drivringen når denne er i posisjon for åpning av tangen 1. Dette sikrer at tangen 1 ikke åpner med mindre de roterende delene er overens med åpningene, dvs. delingslinjen D. I bakkant av tanghuset er det anordnet en hydraulisk sylinder for åpning og lukking av tangen. En tilsvarende låsemekanisme 38 er også til stede på motholdstangen 10. Fig.4 viser krafttangen 25 sett rett forfra. Et par hydrauliske sylindere 28 er festet i sine øvre ender til vognrammen 24 og i sine nedre ender til motholdstangen 10. Motholdstangen 10 har flere hjulpar 34 som går i vertikale føringer eller skinner på vognrammen 24. Ved aktivering av de hydrauliske sylindere 28 kan motholdstangen 10 bli hevet eller senket etter behov. Tilsvarende har spinne- og momenttangen 1 flere hjulpar 36 som går i vertikale føringer eller skinner på vognrammen 24. Et andre par hydrauliske sylindere 29 er i sine nedre ender festet til vognrammen 24 og i sine øvre ender festet til spinne- og momenttangen 1. De hydrauliske sylindere 29 kan likeledes heve eller senke spinne- og momenttangen 1 etter behov. Ved sammenskruing av rørskjøter nærmer spinne- og momenttangen 1 seg motholdstangen 10 i takt med gjengenes økende inngrep med hverandre. Og motsatt, ved fraskruing av rørskjøter beveger spinne- og momenttangen 1 seg bort fra motholdstangen 10 i overensstemmelse med gjengenes avtagende inngrep med hverandre.

Med henvisning til fig. 5A og fig.5B, er en spinne- og momenttang 1 vist i nærmere detalj. Tangen 1 har et ytre, stasjonært hus 5 og et indre roterbart hus 2. Et drev 9 er opplagret i det ytre hus 5 og drevet 9 er i inngrep med tenner på en drivring 3 som står i forbindelse med og er opplagret i det roterbare hus 2. Det ytre, stasjonære hus 5, det indre roterbare hus 2 og drivringen 3 er delbare, det vil si at de kan åpnes for å gå inn mot et rør i åpen tilstand og deretter lukkes for å omslutte røret. Begge husene 5,2 og drivringen 3 har en delingslinje som de kan åpnes etter. Før åpning av husene 5,2 og drivringen 3, må delingslinjene sammenfalle. Dette innebærer at det indre, roterbare hus 2 og drivringen 3 må bli rotert i forhold til det ytre hus 5 slik at deres delingslinje D sammenfaller med delingslinjen til det ytre hus 5.

Det indre, roterbare hus 2 opptar og holder ett eller flere gripeelementer 4. Gripeelementene 4 er i form av legemer som er både elastiske og inkompresible. Det vil si at de ikke kan endre volum, bare form. Det roterbare hus 2 omfatter også en klemdel 6 som er forbundet med et hydraulisk system som kan aktivisere hydrauliske klemsylindere 7 som virker direkte på klemdelen 6. Gripeelementene 4 er avgrenset aksielt og radialt utad av selve huset 2 og klemdelen 6 slik at formendring kun kan skje i en retning radialt innad. Ved aktivisering av det hydrauliske system blir klemsylinderene 7 pådratt trykk som presser klemdelen 6 aksielt mot gripeelementene 4 med husdelen 2 som mothold. Dermed har de inkompresible legemer kun en vei å gå, nemlig radialt innad mot røret. Denne innad rettede flate har en friksjonsflate 4F. Også den utad rettede flate kan ha spesielt tildannet friksjonsflate, eventuelt knaster eller tenner som foretar inngrep med motsvarende knaster eller tenner i husdelen 2.

Gripeelementene 4 er nærmere beskrevet i samtidig inngitt norsk patentsøknad nr. 19996016 med tittel: "Anordning for friksjonsinngrep mot rørvarer".

Fig.6A og 6B viser spinne- og momenttangen 1 i en tenkt aktivert tilstand (uten røret) og anskueliggjør formendringen som skjer i gripeelementene 4. Mellom drivringen 3 og det roterbare hus 2 er det anordnet to sylindere, pumpesylindere 8, arrangert diametralt motsatt av hverandre. Pumpesylinderene 8 er i den ene enden lagret i drivringen 3 og i motsatt ende lagret i det roterbare huset 2. Pumpesylinderene 8 utgjør forbindelsen mellom drivringen 3 og det roterbare hus 2. Imidlertid er det en bevegelsesfrihet i rotasjon mellom drivringen 3 og det roterbare hus 2. Denne bevegelsesfrihet er begrenset av slaglengden til pumpesylinderene 8. Drivringen 3 blir rotert ved hjelp av drevet 9 som blir drevet av en hydraulisk motor (ikke vist).

I det roterbare huset 2 er det anordnet fire sylindere 7, kalt klemsylindere, som er i stand til å presse ned klemdelen 6 som igjen øver press mot gripeelementene 4. De fire klemsylinderene 7 står i hydraulisk forbindelse med pumpesylinderene 8 i et lukket hydraulisk system.

Ved rotasjon av drevet 9 og følgelig drivringen 3, presses pumpesylinderene 8 sammen. Friksjonen mellom klemdelen 6 og huset 2 er større enn mellom drivringen 3 og huset 2 slik at pumpesylinderene 8 presses helt sammen før klemdelen 6 blir dratt med i rotasjonen. Dette medfører at klemsylinderene 7 blir pådratt trykk i overensstemmelse med pumpesylinderenes 8 sammentrykning. Dette fremgår av fig. 6A og 6B. Bevegelsen i klemsylinderene 7 fører igjen til at gripeelementene 4 blir trykket sammen og får en mindre innvendig diameter som resulterer i en klemkraft mot røret. Fig.7 viser en spinne- og momenttang 1 som holder et borerør 20 som er klart for spinning inn i en muffe-ende av et andre borerør 21. Det andre borerør 21 blir fastholdt av en anordning for å gripe og fastholde et rør, heretter kalt en motholdstang 10. Den viste motholdstang 10 utgjør den enkleste konstruksjon som tar i bruk oppfinnelsen. Motholdstangen 10 omfatter et stasjonært, delt hus 15 med en hoveddel 12 og en klemdel 16 som er i forhold til røret 21 aksielt bevegelige mot hverandre. I den viste utførelse er det klemdelen 16 som kan forflyttes ved hjelp av en hydraulisk sylinder 17 og hoveddelen 12 virker som mothold. Gripeelementene 14 blir, ved aktivisering av klemdelen 16, presset sammen og skviset radialt innad mot borerøret 21. Gripeelementenes friksjonsflate 14F foretar det direkte inngrep mot borerøret 21. Motholdstangen 10 med alle komponenter kan åpnes etter en delingslinje, for å gå inn mot et rør og deretter bli lukket for omslutning av borerøret 21. Fig.8 viser en situasjon der spinne- og momenttangen 1 har skrudd tapp-enden av borerøret 20 inn i muffe-enden av borerøret 21. Under en slik innskruingsoperasjon beveger tengene 1,10 seg aksielt mot hverandre; vanligvis spinne- og momenttangen 1 mot motholdstangen 10. KlemsyUndrene 17 blir aktivisert av et ordinært hydraulisk system som leverer trykk til stempelet i klemsylindrene 17.

Etter at gjengeskjøten er skrudd sammen, blir en sylinder for tiltrekning av innspenningsmomentet i rørskjøtene aktivert. Det nedre rør 21 blir fortsatt holdt fast av motholdstangen 10. Sylinderen skyver en flertannet pal i inngrep med tennene på drivringen 3 og dreier denne, huset 2, klemdelen 6 og det fastholdte rør 20 til det forutbestemte innspenningsmoment i rørskjøten er oppnådd.

En tilsvarende sylinder og pal er anordnet på motsatt side av tanghuset 2 for løsgjøring av momentinnspente rørskjøter. Det nedre rør 21 blir fastholdt av motholdstangen 10. Hele kleminnretningene kan reverseres ved å stille om ventiler mellom pumpesylinderene 8 og klemsylinderene 7. Fig.7 og 8 viser også slamskjørtet 19 i nærmere detalj. Slamskjørtet 19 tetter mellom de to tengene 1,10.1 og med at denne tangkonstruksjonen omslutter rørskjøten fullstendig, kan det oppnås et tett kammer, eller sluse 35, mellom de to tengene 1,10 ved hjelp av skjørtet 19. Dette kammeret settes under undertrykk (vakuum) slik at boreslammet blir sugd effektivt bort i de tilfellene dette er påkrevet. Et apparat 11 for høytrykksspyling og smøring av gjengepartiene er også montert i denne væskeslusen 35. Det vises til fig. 11 -13 for en nærmere omtale av dette apparatet 11. Fig.8 viser en situasjon der tengene 1,10 er ført helt sammen og slamskjørtet 19 avbøyer innad. Alternativer til skjørtet 19 er muffe eller belg som kan utføre samme funksjon. Det vesentlige er at det kan dannes et tett avlukke i form av en væskesluse 35 som holder på slammet til det er blitt evakuert. Fig.9 viser en annen situasjon der en variant av spinne- og momenttangen 1' blir brukt på et 20" foringsrør 30 som har en gjenget tapp-ende 32 som skal skrus inn i en gjenget muffe-ende 33 i et motsvarende foringsrør 31. Foringsrøret 31 blir fastholdt av en variant av motholdstangen 10'. Spinne- og momenttangen 1' har en utforming og et kraftmoment som er spesielt tilpasset de tilspenningsmomenter som gjelder for foringsrør. Fig. 10 viser nok en situasjon der en variant av spinne- og momenttangen 1" blir brukt på et 13 3/8" foringsrør 40 som har en gjenget tapp-ende 42 som skal skrus inn i en gjenget muffe-ende 43 i et motsvarende foringsrør 41. Foringsrøret 41 blir fastholdt av nok en variant av motholdstangen 10". Spinne- og momenttangen 1" har en utforming og et kraftmoment som er spesielt tilpasset de tilspenningsmomenter som gjelder for dette mindre foringsrør 40. Fig.l 1 viser en andre utførelse av væskeslusen 35' og slamskjørtet 19' montert mellom spinne- og momenttangen 1 og motholdstangen 10. Spyle- og gjengedopingsapparatet 11 er også vist slik det kan plasseres på motholdstangen 10. Som vist er slamskjørtet 19' nå festet til det ytre, stasjonære spinne- og momenttanghus 5 og til det ytre hus 15 på motholdstangen 10. For evakuering av væsken som blir holdt i slusen 35', er et utløp 13

og en renne 18 anordnet i huset 15. Rennen 18 leder væsken mot utløpet 13. En vakuumslange kan monteres til utløpet 13 for lukket evakuering av væsken.

Fig. 12 viser hvordan slamskjørtet 19' blir trykt sammen og folder seg på samme måte som en muffe eller belg.

Spyle- og gjengedopingsapparatets 11 plassering er vist i fig. 13. Nærmere bestemt er det vist et spyleorgan 1 IA i form av en dyse for vasking av gjengene på en rørende. Denne operasjon skjer mens væskeslusen er intakt og spylevæsken kan evakueres som beskrevet ovenfor. Det er også vist et gjengedopingsorgan 1 IB i form av en smøredyse for påføring av nytt smøremiddel på gjengene i rørendene før rørene blir skrudd sammen. Spyle- og gjengedopingsapparatet 11 står i forbindelse med innretninger for å skape spyletrykk via slanger og rør. Spyle- og gjengedopingsapparatet er tilrettelagt for både manuell og automatisk betjening av spyleorganet 1 IA og smøredysen 1 IB og kan opereres uavhengig av hverandre. Om nødvendig, kan flere spyleorganer 1 IA og smøredyser 1 IB plasseres på hensiktsmessige steder på motholdstangen 10, eventuelt på spinne- og momenttangen 1.

Claims (8)

1. Krafttang (25) omfattende en delbar spinne- og momenttang (1) for innskruing og tilspenning av et første rør (20) i et andre rør (21), og en nedenfor beliggende delbar motholdstang (10) for fastholdelse av det andre røret (21), hvilke tenger (1,10) er aksielt bevegelige mot og fra hverandre, karakterisert ved at det er anordnet en væskesluse (35) mellom spinne- og momenttangen (1) og motholdstangen (10), og et avsug for evakuering fra væskeslusen (35) av væske som renner ut fra røret (20) under en frakoplingsoperasjon mellom rørenes (20,21) skjøter.

2. Krafttang som angitt i krav 1, karakterisert ved at væskeslusen (35) er avgrenset av et fra spinne- og momenttangen (1) nedad rettet skjørt (19) som avgrenser omkretsmessig væskeslusen (35) og tetter mot motholdstangen (10).

3. Krafttang som angitt i krav 2, karakterisert ved at skjørtet (19) er av et fleksibelt materiale som avbøyer innad under aksiell bevegelse mot hverandre av spinne- og momenttangen (1) og motholdstangen (10).

4. Krafttang som angitt i krav 1, karakterisert ved at væskeslusen (35) er avgrenset omkretsmessig av en sammentrykkbar muffe eller belg.

5. Krafttang som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at et spyle- og gjengedopingsapparat (11) er anordnet mellom spinne- og momenttangen (1) og motholdstangen (10), hvilket spyle- og gjengedopingsapparat (11) er betjenbart før en sammenføringsoperasjon mellom rørskjøter.

6. Krafttang som angitt i ett av kravene 1-5, karakterisert ved at spinne-og momenttangen (1), motholdstangen (10), væskeslusen (35) og spyle- og gjengedopingsapparatet (11) er integrert og anordnet i en vognramme (24) som er forflyttbar på underlaget, hvilken vognramme (24) har en vertikal søyle for føring av spinne- og momenttangen (1) og motholdstangen (10) vertikalt mot og fra hverandre.

7. Krafttang som angitt i ett av kravene 1-6, karakterisert ved at spinne-og momenttangen (1) og motholdstangen (10) innbefatter en låsemekanisme som holder det stasjonære hus (2) sammen når tangen (1,10) er i drift.

8. Krafttang som angitt i ett av kravene 1-7, karakterisert v e d at innspenningsmomentet blir satt av en arbeidssylinder og pal som foretar inngrep med drivringen (3).