NO327993B1 - Tangkonstruksjon - Google Patents

Description

Momenttang

Foreliggende oppfinnelse vedrører en tangkonstruksjon, spesielt konstruert for oppheving av tvangskrefter som måtte oppstå i tangkonstruksjonen under innspenning/løsgj øring av rørskjøter i en rørstreng, der tangkonstruksjonen er bygd opp som en enhet med en hovedramme som bærer en momenttang og motholdstang, hvor hovedrammen vanligvis er plassert på et boredekk om bord i en flytende farkost eller på en fast installasjon, og er bevegelig anordnet i føringsskinner på boredekket, og momenttangen er løst opphengt og "flytende" anordnet i tangkonstruksjonen, idet momenttangen derved har en begrenset bevegelsesfrihet i alle retninger i horisontalplanet og vertikalplanet, og innretninger til motvirkning av ytre rotasjon og oppheving av tvangskrefter omfattende minst et par med arbeidssylindere leddet innfestet i hver ende til momenttangen og hovedrammen respektivt, og arbeidssylinderne står i fluidkommunikasjon med hverandre via krysskoblede rørforbindelser.

Fra US 5,390,568 er det kjent en momenttang av den ovenfor nevnte type. Ytterligere eksempler på kjent teknikk er vist i EP 1 559 865 A2, US 2004/0195555 og WO 02/00395.

Grovt beskrevet består vanligvis en slik tangkonstruksjon av en motholdstang, en momenttang og vanligvis, om ikke strengt tatt nødvendig, en spinnertang. Samtlige

tenger er montert i en enhet som kan forflyttes langs et underlag så som et boredekk om bord i en rigg eller et borefartøy. Motholdstangen er plassert nederst i enheten, nærmest underlaget og er beregnet på å omslutte den øvre enden av en rørvare, så som et borerør eller foringsrør. Den øvre enden av rørvaren har normalt et innvendig gjengeparti og betegnes gjerne som hunndelen av en rørskjøt. Motholdstangen er i stand til å gripe om røret ved hjelp av gripebakker og fastholder røret mot rotasjon.

Momenttangen er plassert over motholdstangen. Momenttangen er også i stand til å gripe om et rør nær en rørskjøt, vanligvis den nedre enden av et rør som henger vertikalt ned. Den nedre enden av rørvaren har normalt et parti med utvendige gjenger og betegnes gjerne som hanndelen av en rørskjøt. Momenttangen griper røret med gripebakker og fastholder røret, samtidig som den er i stand til å foreta dreining av røret for innspenning av et forutbestemt moment, alternativt utbrekking av rørskjøten ved fraskruing.

Spinnertangen er igjen plassert over momenttangen og benyttes først og fremst til å foreta hurtiginnskruing av hanndelen inn i hunndelen. Spinnertangen har som regel tre ruller med friksjonsoverflater som settes i kontakt med rørvaren noe over rørskjøten og hanndelen. Når de utvendige gjenger på hanndelen har entret de innvendige gjenger i hunndelen settes røret i rotasjon med spinnertangen via rullene for hurtig innskruing av hanndelen i den av motholdstangen stasjonært holdte hunndelen. Når hanngjengepartiet er ferdig skrudd inn med spinnertangen, tar momenttangen over og tilspenner riktig forutbestemt moment i rørskjøten.

Bakgrunnen for den foreliggende oppfinnelse er behovet om å løse problemet omkring tvangskrefter som oppstår mellom en motholdstang og en momenttang under sammenskruing eller løsgjøring av rørskjøtene mellom borerør eller foringsrør. Slike tvangskrefter kan også oppstå mellom tenger og boredekk eller en føringsramme fiksert til et boredekk.

Årsaken til at slike tvangskrefter kan oppstå er skjevheter ved innretting av borerør, toleranser på rørvarer, bevegelse av rør grunnet strømningskrefter eller bevegelse av rigg-

Tvangskrefter vil i sin tur belaste tangkonstruksjonen samtidig som det vil påvirke momentmålingen og virke ødeleggende på gjengene til foringsrør/borerør. Det er i dag et betydelig svinn av foringsrør på borerigger grunnet ødelagte gjenger.

Frem til i dag har det vært vanlig å henge opp motholdstang og momenttang i kjettinger i en "løs" forbindelse, slik at det ikke kan oppstå tvangskrefter mellom de respektive tenger og/eller boredekk.

Den ovenfor beskrevne måte å løse problemet på fungerer i og for seg, men den gir en ugunstig stor konstruksjon for automatiserte momenttenger som forflyttes horisontalt på et skinnearrangement.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er på en enkel måte å la momenttangen kunne "flyte" fritt i planet i forhold til en føringsramme fiksert til boredekket og samtidig kunne ta opp moment på en presis og rask måte uten at tangen forflyttes grunnet momentlasten.

Det finnes i markedet i dag et utvalg tangkonstruksjoner som ikke løser problemene nevnt ovenfor på noen god måte. Den foreliggende tangkonstruksjon bygger på søkers egen tidligere løsning som er beskrevet i detalj i norsk patent NO 318187 (WO 2004/076805) og NO 319959 (WO 2004/076806) som herved inngår som referanse. Den detaljerte oppbygning av de respektive tenger i tangkonstruksjonen anses som kjent gjennom disse publikasjoner og vil ikke bli beskrevet i detalj her. Det skal forstås at den foreliggende oppfinnelse like fullt kan tilpasses og benyttes på andre tangkonstruksjoner enn de som er referert til i publikasjonene ovenfor.

Ytterligere eldre, kjent teknikk og problemene omkring tvangskrefter i momenttenger er belyst i US patent 4,972,741.1 dette henvises det igjen til en rekke eldre patentpublikasjoner som representerer teknikkens stand.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en tangkonstruksjon av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at hver arbeidssylinder omfatter et innvendig stempel med likt areal på begge sider og en gjennomgående stempelstang.

Det spesielle ved denne løsning går på hvordan arbeidssylindrene er oppbygd og hvordan de er krysskoplet. Stempelstangen må være gjennomgående i sylinderdelen og stempelarealet må hele tiden være likt på begge sider av stemplet for å oppnå tiltenkt funksjon, det vil si fullstendig oppheving av tvangskrefter.

Innretningene til motvirkning av ytre rotasjon kan videre omfatte en vogn, der vognen er vertikalt bevegbar langs hovedrammen. Arbeidssylinderne er i sin tur leddet innfestet i hver ende til momenttangen og vognen respektivt.

I den viste utførelse skjer momenttangens løse opphengning ved hjelp av et antall kjettinglenker som henger ned fra hovedrammen/vognen og tilveiebringer frihetsgrader i tangplanet.

Fortrinnsvis danner arbeidssylinderne et kraftpar under innspenning der arbeidssylinderne omfatter lastbolter som er i stand til å tilveiebringe et signal indikerende for påført moment med momenttangen.

I en foretrukket utførelse omfatter tangkonstruksjonen videre en spinnertang plassert over momenttangen.

I en ytterligere foretrukket tangkonstruksjon er spinnertangen montert på momenttangen og beveger seg med denne.

I en mer foretrukket tangkonstruksjon er spinnertangen montert på en hjelperamme som i sin tur er montert på momenttangen, og spinnertangen er i sin tur uavhengig justerbar i høyden i forhold til momenttangen.

I en hensiktsmessig utførelse kan tangkonstruksjonen omfatte en føringstrakt som er forflyttbar ut og inn av posisjon for føring av en rørende med en hanndel inn i en rørende med en hunndel.

Andre og ytterligere formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål, og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv en tangkonstruksjon i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et sideriss av tangkonstruksjonen ifølge figur 1, men med de respektive tenger i forskjellige elevasjoner,

Fig. 3 viser i perspektiv en hovedramme for tangkonstruksjonen ifølge figur 1,

Fig. 4 viser i perspektiv en vogn beregnet på å bære momenttangen i tangkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen,

Fig. 5 viser en skjematisk fremstilling av tangkonstruksjonen sett fra siden,

Fig. 6A viser skjematisk en arbeidssylinder med lastbolter, og

Fig. 6B viser skjematisk to krysskoblede arbeidssylindere.

Det vises først til figur 1 som viser den komplette tangkonstruksjon 10 skrått forfra og i perspektiv. Tangkonstruksjonen er en sammensatt enhet bestående av to eller flere tenger. Den viste utførelse består av en motholdstang 1, en momenttang 2, og en spinnertang 3. Spinnertangen 3 er ikke strengt tatt nødvendig, men er foretrukket for å øke hurtigheten på operasjonene som utføres. De respektive tenger er i sin tur montert til en hovedramme 4 som kan forflyttes langs et underlag så som et boredekk om bord i en rigg, et borefartøy eller på en fast installasjon. Hovedrammen har et antall hjulsett 5 som samvirker med skinner (ikke vist) som er fast montert til underlaget eller boredekket. På den måten kan hele tangkonstruksjonen 10 forflyttes langs skinnene inn mot et boresenter på boredekket for å foreta sammenkopling av rørseksjoner, alternativt foreta fraskruing og demontering. Når tangkonstruksjonen 10 har utført sin oppgave forflyttes den langs skinnene bort fra boresenter og blir parkert mens andre oppgaver utføres, så som brønnboring.

Den detaljerte oppbygning av de respektive tenger i tangkonstruksjonen 10 anses som kjent av fagmannen gjennom de ovenfor refererte publikasjoner og vil ikke bli beskrevet i detalj her. Kun en grov beskrivelse av de kjente komponenter vil bli gitt nedenfor.

Motholdstangen 1 er plassert nederst i tangkonstruksjonen 10, nærmest underlaget eller boredekket, og er beregnet på å omslutte den øvre enden av en rørvare (ikke vist), så som et borerør eller foringsrør. Den øvre enden av røret har som kjent et innvendig gjengeparti og betegnes som hunndelen i en rørskjøt. Motholdstangen 1 kan ved hjelp av hydraulisk/mekaniske innretninger gripe om røret via gripebakker og fastholder røret mot rotasjon. Motholdstangen 1 har ingen evne til å rotere røret.

Momenttangen 2 er plassert over motholdstangen 1 i tangkonstruksjonen 10. Momenttangen 2 er også i stand til å gripe om et rør nær en rørskjøt, det vil si den nedre enden av et rør som henger vertikalt ned fra en elevator eller et rørhåndteringsapparat. Den nedre enden av røret har et parti med utvendige gjenger og betegnes som hanndelen i en rørskjøt. Momenttangen 2 griper røret med gripebakker og fastholder røret, samtidig som den ved å aktivisere motorer kan foreta dreining av røret for innspenning av et forutbestemt moment, alternativt utbrekking av en rørskjøt ved demontering av en rørstreng som skrus fra hverandre.

Spinnertangen 3 er igjen plassert over momenttangen 2 i tangkonstruksjonen 10 og benyttes først og fremst til å foreta hurtiginnskruing av hanndelen inn i hunndelen. Spinnertangen 3 har som regel tre ruller med friksjonsoverflater som settes i kontakt med røret noe over rørskjøten og hanndelen. Når de utvendige gjenger på hanndelen har entret de innvendige gjenger i hunndelen settes røret i rotasjon med spinnertangen 3 via rullene for hurtig innskruing av hanndelen i den av motholdstangen 1 stasjonært holdte hunndelen. Når hanngjengepartiet er ferdig skrudd inn med spinnertangen 3, tar momenttangen 2 over og tilspenner riktig, forutbestemt moment i rørskjøten.

Det vises nå til figur 2 som tydeligere skiller de enkelte tenger i tangkonstruksjonen 10 fra hverandre, samt bidrar til å illustrere bevegelsesmuligheter for tengene. Som vist står spinnertangen 3 øverst og er i den viste utførelse montert til momenttangen 2 og følger dens bevegelser. I tillegg kan spinnertangen 3 kjøres individuelt og uavhengig av momenttangen 2 for å foreta høydejustering i forhold til momenttangen 2. Dette kan foregå på en hjelperamme 6 som er fast montert til momenttangen 2 og rager oppad fra denne. Spinnertangen 3 kan kjøres hovedsakelig vertikalt opp og ned langs hjelperammen 6 ved hjelp av arbeidssylindere, alternativt regulær motordrift, hydraulisk eller elektrisk.

Momenttangen 2 kan også kjøres vertikalt opp og ned. I den viste utførelse er momenttangen 2 opphengt i en "dolly" eller vogn 7. Vognens 7 bevegelse styres av hovedrammen 4 via føringer 4a langs hovedrammens 4 sider. Vognens 7 bevegelser opp og ned blir foretatt med et antall hydrauliske sylindere 8 som virker mellom hovedrammen 4 og vognen 7.

Nederst står som sagt motholdstangen 1 og har normalt en begrenset bevegelsesmulighet i høyden. Dette skjer ved hjelp av to hydraulikksylindere som er festet til motholdstangen 1 og hovedrammen 4 og sylinderne er i stand til å heve og senke motholdstangen 1 i forhold til hovedrammen 4.

Som det fremgår av figur 2 omfatter tangkonstruksjonen 10 en føringstrakt 9. Føringstrakten 9 er vist i en beredskapsstilling og kan felles ned i operativ stilling. Føringstrakten 9 har som oppgave å foreta føring av en rørende med en hanndel inn i en rørende med en hunndel når et nytt rør eller rørseksjon skal skrus sammen med rørstrengen. Figur 3 viser i nærmere detalj hovedrammen 4 slik den fremstår uten noen tenger påmontert. Figur 4 viser i nærmere detalj vognen 7 slik den fremstår uten momenttangen 2 opphengt i seg.

Det vises nå til figur 5 som er en noe mer skjematisk fremstilling av tangkonstruksjonen 10 der måten som momenttangen 2 er opphengt i vognen 7 er tydeligere vist. Det skal forstås at det er vognen 7 som blir ført langs hovedrammen 4. Momenttangen 2 er i sin tur løst opphengt i vognen 7 via et antall kjettinglenker 11. Dette bidrar til at momenttangen kan opptre "flytende" i tangplanet, dvs har en begrenset bevegelsesfrihet i alle retninger i planet. Denne flytende funksjon skal ta hånd om og søke å oppheve eller nøytralisere de innledningsvis nevnte tvangskrefter. Dette vil bli nærmere beskrevet nedenfor med henvisning til figur 6A og 6B.

I tillegg til å være opphengt i kjettinglenkene 11, står momenttangen 2 også i forbindelse med vognen 7 via to hydrauliske sylindere 12. En slik sylinder 12 er nærmere illustrert i figur 6A. De to hydrauliske sylindere 12 er anordnet i hovedsak horisontalt og står på hver sin side av senteraksen A til en rørstreng (ikke vist) som forløper ned gjennom tangkonstruksjonen 10. For å få til denne flytende funksjon må de to sylindere 12 ha de nødvendige frihetsgrader. Og nødvendige frihetsgrader for sylinderne 12 vil være svingbarhet i horisontalplanet og vertikalplanet samtidig som det finnes mulighet for aksial lengdendring av hver sylinder 12. Typisk mulig lengdeendring for denne type sylinder 12 vil være ±20mm, uten at dette skal anses som noen begrensning.

Figur 6A viser i nærmere detalj en arbeidssylinder 12 kombinert med et antall lastbolter 13. Hver sylinder 12 har et stempel 12a med likt areal på begge sider. Hvert stempel 12a er i sin tur festet til en gjennomgående stempelstang 12b. Hver sylinder 12 har en begrenset slaglengde og er fylt med en hydraulisk væske. Lastboltene 13 er montert på sylinderen 12 via to flenser 14,15 som danner del av en forlengelse av sylinderens 12 hus 12c. Lastboltene 13 står i forbindelse med strekklapper som er i stand til å registrere belastningen i en sylinder 12 som igjen er indikerende for påført moment med tangen.

Det skjematiske diagrammet i figur 6B illustrerer at arbeidssylinderne 12 er krysskoblet via rør 16, 17 som forbinder motsatte ender. Rørene 16, 17 sørger for kommunikasjon av hydraulisk væske mellom sylinderne 12. Når momenttangen 2 roterer og gjør opp moment er hydraulikksystemet aktivt, dvs opptrer som en lukket krets. Den hydrauliske væske formidler trykk/krefter mellom sylindrene 12 og utligner trykkforskjeller samtidig som den overfører trykk/krefter. Således opptas reaksjonskreftene som opptrer når momenttangen 2 gjør opp moment og dette kan i sin tur avleses. Det skal videre forstås at et er mulig å forlade begge kamre med et forladningstrykk for å gjøre den hydrauliske væsken mest mulig stiv. I tillegg er det montert en sikkerhetsventil for å hindre eventuelt overtrykk, for eksempel på grunn av raske temperaturendringer, overbelastning og liknende.

Det skal således forstås at sylindrene 12 vil låse seg når det blir påført moment med tangen, mens hvis sylinderne 12 blir påført like rettede krefter vil sylinderne 12 bli trykket sammen eller trukket ut til den like rettede kraften opphører. Dette gir det ønskede resultat at det ikke vil opptre noen tvangskrefter, dvs at eventuelle tvangskrefter blir opphevet eller nøytralisert.

Et eksempel på dette vil være en motholdstang som fastholder en hunndel av en rørskjøt og hunndelen har en akse som definerer rørsenter. Hvis en momenttang som fastholder en hanndel av rørskjøten, har sitt naturlige senter avvikende fra hunndelens senter før sammenskruing, vil det, når hann- og hunndelene sammenføyes mens momenttangen roteres, oppstå krefter mellom hann- og hunndelen. Hann- og hunndelen må ha samme senterakse for å kunne sammenføyes. Dersom momenttangen ikke kan flyte fritt, vil det oppstå likerettede krefter som vil prøve å dra de to senterakser sammen. Siden momenttangen roterer vil også disse likerettede kreftene rotere. Når de virker sideveis på sylinderne vil det medføre at momenttangen svinger ut til siden slik at senteraksene blir sammenfallende. Når avviket er i lengderetningen vil dette generere en trykkøkning i samme sylinderkammer for begge sylindere. Siden sylinderne er krysskoblet vil den hydrauliske væsken forflytte seg til motsatt kammer i motsatt sylinder, som ikke er trykksatt. Siden disse to sylindere er like vil sylinderen forflytte seg. Trykk generert av moment vil bestå av motsatt rettede krefter, hvilket medfører at trykket er likt for motsatte kamre, men disse er koblet sammen. Disse kamre er derfor i likevekt, og ingen bevegelse blir generert.

Claims (8)

1. Tangkonstruksjon (10), spesielt konstruert for oppheving av tvangskrefter som måtte oppstå i tangkonstruksjonen under innspenning/løsgj øring av rørskjøter i en rørstreng, der tangkonstruksjonen (10) er bygd opp som en enhet med en hovedramme (4) som bærer en momenttang (2) og motholdstang (1), hvor hovedrammen (4) vanligvis er plassert på et boredekk om bord i en flytende farkost eller på en fast installasjon og er bevegelig anordnet i føringsskinner på boredekket, og momenttangen (2) er løst opphengt og "flytende" anordnet i tangkonstruksjonen (10), idet momenttangen (2) derved har en begrenset bevegelsesfrihet i alle retninger i horisontalplanet og vertikalplanet, og innretninger til motvirkning av ytre rotasjon og oppheving av tvangskrefter omfattende minst et par med arbeidssylindere (12) leddet innfestet i hver ende til momenttangen (2) og hovedrammen (4) respektivt, og arbeidssylinderne (12) står i fluidkommunikasjon med hverandre via krysskoblede rørforbindelser, karakterisert ved at hver arbeidssylinder (12) omfatter et innvendig stempel (12a) med likt areal på begge sider og en gjennomgående stempelstang (12b).

2. Tangkonstruksjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at innretningene til motvirkning av ytre rotasjon videre omfatter en vogn (7), hvilken vogn (7) er vertikalt bevegbar langs hovedrammen (4) og at arbeidssylinderne (12) er leddet innfestet i hver ende til momenttangen (2) og vognen (7) respektivt.

3. Tangkonstruksjon som angitt i ett av kravene 1-2, karakterisert ved at momenttangens løse opphengning skjer ved hjelp av et antall kjettinglenker (11) som henger ned fra hovedrammen(4)/vognen (7) og tilveiebringer frihetsgrader i tangplanet.

4. Tangkonstruksjon som angitt i ett av kravene 1-3, karakterisert ved at arbeidssylinderne (12) danner et kraftpar under innspenning der arbeidssylinderne (12) omfatter lastbolter (13) som er i stand til å tilveiebringe et signal indikerende for påført moment med momenttangen (2).

5. Tangkonstruksjon som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at den videre omfatter en spinnertang (3) plassert over momenttangen (2).

6. Tangkonstruksjon som angitt i ett av kravene 1-5, karakterisert ved at spinnertangen (3) er montert på momenttangen (2) og beveger seg med denne.

7. Tangkonstruksjon som angitt i krav 6, karakterisert ved at spinnertangen (3) er montert på en hjelperamme (6) som i sin tur er montert på momenttangen (2), der spinnertangen (3) er justerbar i høyden i forhold til momenttangen (2).

8. Tangkonstruksjon som angitt i ett av kravene 1-7, karakterisert ved at den omfatter en føringstrakt (9) som er forflyttbar ut og inn av posisjon for føring av en rørende med en hanndel inn i en rørende med en hunndel.