NO329165B1 - Krafttang - Google Patents

Description

KRAFTTANG

Denne oppfinnelse vedrører et rotasjonsbord og en fremgangsmåte for å lette sammenkoplingen av rør, og nærmere bestemt, men ikke utelukkende, et rotasjonsbord for en kraftdrevet borerørtang som skal lette sammenkoplingen av seksjoner eller lengder av borerør med en streng av borerør.

Det er vanlig å bruke borerørtenger for å lette sammenkoplingen av seksjoner eller lengder av borerør med en rør-streng. Typisk henger rørstrengen i et brønnhull fra en ed-derkopp i et dekk på en olje- eller gassrigg.

En borerørseksjon eller -lengde som skal koples sammen med rørstrengen, svinges inn fra et borerørstativ til brønnens senter ovenfor rørstrengen. En rørhåndteringsarm kan benyttes for å lede borerøret til en posisjon ovenfor rørstrengen. En innstikksføring kan deretter brukes for å rette inn et gjenget hannparti på borerøret på linje med et gjenget hunnparti på rørstrengen. Deretter brukes en borerørtang for å trekke til forbindelsen til et moment på typisk 68 000 Nm (50 000 lb.ft)

Borerørtangen brukes også for å kople fra borerør. Denne operasjon innebærer å bryte forbindelsen, hvilket krever et moment som typisk er større enn tiltrekkingsmomentet, og som typisk kan være i størrelsesorden 110 000 Nm (80 000 lb.ft). En borerørtang omfatter generelt kjever som er montert i et rotasjonsbord som er roterbart anordnet i et hus. Kjevene er bevegelige i forhold til rotasjonsboret i en generelt radial retning mot og bort fra en fortykket del av det rør som skal gripes. De fortykkede deler av røret befinner seg generelt ovenfor rørets hannparti og nedenfor rørets hunnparti og har en forstørret ytre diameter og/eller en redusert indre diameter.

I bruk roteres rotasjonsboret, idet kjevene tvinges langs kamflater mot den fortykkede del av rørseksjonen. Så snart kjevene er i fullstendig inngrep med den fortykkede del, fortsetter rotasjonsbordet å rotere, idet det påfører dreie-moment på gjengene og videre trekker til forbindelsen mellom rørseksjonen og rørstrengen.

Det er registrert flere problemer med slike borerørtenger av eldre teknikk.

Særlig kan slike borerørtenger lage kraftige skademerker i den fortykkede del av røret, særlig dersom kjevene begynner å rotere i forhold til borerøret.

Når røret først er skademerket, blir det deretter ført ned i brønnhullet. Friksjon mellom brønnhullet (eller foringsrør som forer brønnhullet) og den skademerkede fortykning, sliper fortykningen, hvorved diameteren reduseres.

Skademerking av fortykningen kan også forårsakes ved at kjevene må påføres på ny. Dette er særlig vanlig ved tilkopling av rør med "kilegjenger" som krever omtrent 80° omdreining for å trekke til forbindelsen. Mange tildragingstenger av eldre teknikk må påføres på ny for hver 25°.

En reduksjon i fortykningens diameter krever bruk av en ny borerørtang eller at den gamle borerørtang må modifiseres, deretter.

Et forsøk på å løse dette problem beskrives i PCT-publikasjon nr. WO 92/18744, som beskriver et rotasjonsbord som omfatter hydraulisk betjente, aktive kjever og stasjonære, passive kjever. De hydraulisk aktiverte kjever bringes i fullstendig inngrep med røret før rotasjonsbordet roteres, hvorved skade-merkingen reduseres vesentlig. Det er tilveiebrakt en hydraulikkrets på rotasjonsbordet for aktivering av kjevene. Et stempel brukes for å aktivere hydraulikksystemet ved gjen-tatte ganger å trykke ned et hydraulisk stempel i hydraulikk-kretsen. Denne operasjon tar tid. Dersom flere sekunder kan spares inn pr. sammenkopling, kan totalkostnaden for oppbyg-gingen av en olje- eller gassbrønn reduseres drastisk, så lenge påliteligheten ikke ofres.

Et annet problem knyttet til rotasjonsbordet beskrevet i PCT-publikasjon nr. WO 92/18744 er at gjentatt nedtrykking av stemplet for å bringe kjevene i fullstendig inngrep med røret, i seg selv kan forårsake noe skademerking.

PCT-publikasjon nr. WO 95/20471 kan bli ansett å beskrive et rotasjonsbord som omfatter i det minste én kjeve og middel for å forskyve nevnte minste ene kjeve, hvor nevnte middel kan aktiveres av eller tilkoplet en pneumatikkfluid.

Amerikansk publikasjon US 3,302,496 viser en mekanisk drevet tang som har to partier som virker sammen for innbyrdes bevegelse om en akse, hvor aktiveringsfluid tilføres fra det fas-te parti og til det roterbare parti.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et rotasjonsbord som omfatter i det minste én kjeve og middel for å forskyve nevnte i det minste ene kjeve, hvor nevnte middel kan aktiveres av eller tilkoples pneumatikkfluid, dg hvor det omfatter en sideåpning for å ta imot et borerør som skal roteres, og ved at nevnte pneumatikkfluid leveres fra en forsyning utenfor nevnte rotasjonsbord.

Nevnte forsyning kan fordelaktig forbindes med nevnte rotor via en kopling.

Nevnte i det minste ene kjeve kan fortrinnsvis forskyves på et stempel.

Nevnte middel for forskyving av nevnte i det minste ene kjeve omfatter fordelaktig en hydraulikkrets.

Nevnte hydraulikkrets omfatter fortrinnsvis en hydraulikkpumpe drevet av nevnte pneumatikkfluid.

Nevnte hydraulikkrets omfatter fordelaktig en belg som i bruk kan benyttes for å trykksette nevnte hydraulikkrets.

Nevnte hydraulikkrets omfatter fortrinnsvis en akkumulator som i bruk benyttes til å forskyve nevnte i det minste ene kj eve.

Nevnte rotasjonsbord omfatter fordelaktig tre kjever som alle kan forskyves via nevnte middel.

Det er også tilveiebrakt en fremgangsmåte som skal lette sammenkoplingen av rør ved bruk av rotasjonsbordet ifølge det første aspekt ved oppfinnelsen, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnet tilføring av pneumatikkfluid til nevnte middel for å forskyve nevnte i det minste ene kjeve.

For bedre forståelse av oppfinnelsen vil det nå som eksempel bli vist til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et planriss av et rotasjonsbord med en borerør-tang i overensstemmelse med oppfinnelsen, sett ovenfra, med deler vist i tverrsnitt; og Fig. 2 er en skjematisk fremstilling av en delvis hydraulisk, delvis pneumatisk krets benyttet i rotasjonsbordet på fig. 1.

Det vises til fig. 1 hvor det er vist et rotasjonsbord som er angitt generelt med henvisningstallet 1.

Rotasjonsbordet 1 omfatter et stivt hus 2 som er forsynt med en fortannet omkrets 3 som skal gå i inngrep med fortannede drivhjul i en stator i borerørtangen (ikke vist). Huset 2 er også forsynt med en åpning 4 som skal ta imot et borerør.

Tre stempelsylindrer 5, 6 og 7 er anordnet omkring rotasjonsbordet 1 med en innbyrdes avstand på 120°, og er rettet mot rotasjonsbordets 1 senter. Stempelsylindrene 5, 6 og 7 omfatter stempler 8, 9 og 10 som hver er forsynt med et stempel-hode 11, 12 og 13. Sylindrer 14, 15 og 16 er glidbare langs nevnte stempelhoder 11, 12 og 13 mot og bort fra rotasjonsbordets 1 senter. Tetningsringer 17, 18 og 19 er tilveiebrakt i stempelhodene 11, 12 og 13 mellom stempelhodene 11, 12 og 13 og sylindrene 14, 15 og 16.

Sylindrene 14, 15 og 16 er forsynt med kjever 20, 21 og 22 som skal gå i inngrep med fortykningen på et borerør. Kjevene 20 og 21 er plassert i motsvarende svalehalespor 23 og 24. Sylinderen 16 er vist forsynt med et forlengelseselement 25 mellom sylinderen 16 og kjevene 22. Forlengelseselementet 25 er plassert i svalehalespor 26, og gripeelementene 22 er plassert i motsvarende svalehalespor 27 i forlengelseselementet 25. I bruk er enten alle sylindrene 14, 15 og 16 forsynt med forlengelseselement 25 eller ingen av sylindrene 14, 15 r^ rt 1 £s av* f rivcatmf- mar) -Fav! anrral oasa! <=*tv»£*t-»■!- OC Hydraulikkledninger 28, 29 og 30 og hydraulikkledninger 31, 32 og 33 er anordnet i hvert stempel 8, 9 og 10 for tilførsel av hydraulikkfluid foran og bak stempelhodene 11, 12 og 13.

En hurtigkopling 38 for tilførsel av pneumatikkfluid, en ak-kumulatorbryter 39 og to utløserbrytere 40 og 41 er anordnet på huset 2. i

Hurtigkoplingen 38 for tilførsel av pneumatikkfluid er anordnet glidbart i en spalte 42 i huset 2. Spalten 42 er fasong-formet til å være konsentrisk med rotasjonsbordets 1 omkrets. Dette tillater rotasjonsbordet 1 å rotere noen få grader med en tilførselsledning for pneumatikkfluid tilkoplet.

Utløserbryterne 40 og 41 er anordnet på motsatte sider av ro-tas jonsbordet , slik at når frigjøring av gripeelementene 20, 21 og 22 fra borerøret er nødvendig, vil i det minste én lett kunne nås av en operatør. I bruk vil særlig en del av stato-ren i borerørtangen (ikke vist) kunne vanskeliggjøre bruk av den ene av utløserbryterne.

Det vises nå til fig. 2, hvor det er vist en krets som er generelt angitt med henvisningstallet 100, og som er anordnet i og på huset 2 i rotasjonsbordet 1.

Kretsen 100 er forsynt med en hurtigkopling 38 for tilførsel av pneumatikkfluid, hvilken er anordnet glidbart i en spalte 42 i huset 2 i rotasjonsbordet 1. Pneumatikkfluidet blir til-ført fra en kilde 101 via en slange 102, gjennom en ventil 103 og gjennom en slange 104 til koplingen 38. Kilden tilfø-rer pneumatikkfluid ved omtrent 10 bar. En pneumatikkledning 105 i huset 2 deler seg i to grenledninger 106 og 107 som forsyner henholdsvis en pneumatisk pumpe 108 og en belg 109. Pneumatikkledningen 107 omfatter en ventil 110 som er forspent av en fjær 111 mot en åpen stilling for å tillate pneu-matikkf luid å strømme til belgen 109.

Kretsen 100 blir ladet mens borerørtangen befinner seg borte fra borerøret. Dette trinn utføres ved å bevege ventilen 103 til åpen stilling for å tillate pneumatikkfluid å strømme fra kilden 101 gjennom pneumatikkledningen 105 og ved å trykke inn akkumulatorbryteren 39. Med akkumulatorbryteren 39 inn-trykt, er grenledningen 107 stengt. Pneumatikkfluid aktiverer den pneumatiske pumpe 108 som pumper hydraulikkfluid rundt i en avtettet krets 112.

Hydraulikkfluid som trekkes gjennom ledning 116 og 117 fra belgen 109, blir pumpet gjennom en ledning 118, gjennom en tilbakeslagsventil 120 og inn i en akkumulator 121. En ledning 119 fører fra baksiden av tilbakeslagsventilen 120 til en bakre side av en f jaerbelastet tilbakeslagsventil 122. Den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122 er forspent mot lukket stilling av en fjær 123. En styreledning 124 fører fra en bakre side av den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122, parallellkoplet med fjæren 123.

Siden akkumulatorbryteren 39 er trykt inn, hindres hydrau-likkf luid .f ra å bli pumpet gjennom ledningen 113 av ventilen 114 som er i lukket stilling.

Hydraulikkfluid hindres fra å bli pumpet gjennom styreledningen 124 av utløserventiler 40, 41 som er stengt, og av en tilbakeslagsventil 125. Hydraulikkfluid hindres også fra å bli pumpet gjennom en styreledning 126 av tilbakeslagsventilen 125.

Tilbakeslagsventilene 120 og 125 hindrer hydraulikkfluid under høyt trykk fra å slippe ut fra akkumulatoren 121.

Styreledningen 126 fører fra en forside av tilbakeslagsventilen 125 til den bakre side av en f jaerbelastet tilbakeslagsventil 127 parallellkoplet med en fjær 128 som forspenner den fjærbelastede tilbakeslagsventil 127 mot stengt stilling. Pneumatikkfluid 129 i akkumulatoren 121 komprimeres av den pneumatiske pumpe 108 til omtrent 280 bar. Pumpen 108 hindres fra å overbelaste akkumulatoren ved at den er utformet til å stanse ved 280 bar, eller ved bruk av en trykkavlastningsven-til (ikke vist). Tilførselen av pneumatikkfluid stanses ved at ventilen 103 stenges. Akkumulatorbryteren 39 blir nå ut-løst .

Borerørtangen kan nå føres frem til borerøret (ikke vist). Borerøret er plassert mellom kjevene 20, 21 og 22 i rotasjonsbordet 1 via åpningen 4.

Kjevene 20, 21 og 22 aktiveres for å gå i inngrep med fortykningen på borerøret ved at ventilen 103 åpnes. Pneumatikkfluid strømmer gjennom ventilen 103, gjennom ledningen 105, inn i ledningen 106 og driver pumpen 108, og også gjennom ledningen 107 til den ene side av en membran 130 i belgen 109, hvorved hydraulikkfluid presses til sylindrene 14, 15 og 16 med høy strømningshastighet. Hydraulikkfluidtrykk som virker mot den fjærbelastede tilbakeslagsventils 127 fjær 128, åpner den fjærbelastede tilbakeslagsventil 127. En liten mengde hydraulikkfluid får sive fra ledningen 126 forbi kulen i den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122 idet denne åpner.

Pumpen 108 pumper hydraulikkfluid inn i ledningen 113 gjennom ventilen 114, inn i ledningen 131, gjennom en tilbakeslagsventil 132 og inn i sylindrene 14, 15 og 16 via grenledninger 133, 134 og 135. Pumpen 108 trekker hydraulikkfluid fra belgen 109 og fra baksiden av stempelhodene 11, 12 og 13 gjennom ledninger 136, 137 og 138, gjennom en innretning 139, gjennom ledninger 141, 142, inn i en ledning 140 og gjennom en ledning 143, inn i en ledning 144 via en strømningsavleder 145, inn i ledningen 116 og inn i pumpen 108. Kjevene 20, 21 og 22 går i inngrep med røret. Pumpen 108 vil stanse eller stoppes ved at pneumatikkfluidet fjernes så snart den ønskede inn-grepskraft er nådd. Dette er typisk når trykket i kretsen 100 har bygd seg opp til 280 bar.

Det skal bemerkes at under denne prosedyre blir akkumulatoren 121 samtidig brakt opp til samme trykk som inngrepstrykket dersom den ikke allerede holder et trykk som er likt eller høyere enn inngrepstrykket.

Strømningsavlederen 145 er forspent til å tillate fluidfor-bindelse mellom ledningene 143 og 144. Innretningen 139 omfatter tre rotorer 146, 147 og 148 som er anordnet på en fel-les aksel 149. Når hydraulikkfluid strømmer gjennom rotorene 146, 147 og 148, lar rotorene like fluidvolumer passere og sikrer derved jevn bevegelse av kjevene 20, 21 og 22 anordnet på sylindrene 14, 15 og 16.

Slangen 104 kan nå koples fra koplingen 38.

Rotasjonsbordet 1 kan nå roteres for å rotere borerøret for tilkopling av borerøret.(

Så snart roteringen har opphørt, frigjøres kjevene 20, 21 og 22 og trekkes tilbake fra borerøret. Dette utføres ved å trykke på den ene eller begge utløserventilene 40, 41. Dette ' tillater hydraulikkfluid å strømme fra akkumulatoren 121 gjennom styreledning 124, gjennom den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122 og gjennom utløserventilen 40 og/eller 41, inn i ledningen 115, ledningen 116 og ledningen 117 til belgen 109. En liten mengde hydraulikkfluid får sive forbi kulen i den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122. Hydraulikkfluid under trykk strømmer også fra styreledningen 126, hvilket tillater trykksatt hydraulikkfluid å strømme fra forsiden av stempelhodene 11, 12 og 13 og til belgen 109. Høytrykkshyd-raulikkfluid forskyver strømningsavlederen 145, hvorved høy-trykkshydraulikkfluid tillates å strømme inn i ledningen 143. Strømningen gjennom ledningen 143 roterer rotoren 147 som roterbart driver rotorene 146 og 148 via akselen 149 og suger hydraulikkfluid ut av belgen 109, inn i sylindrene bak stempelhodene 11, 12 og 13 og trekker kjevene 20, 21 og 22 samlet tilbake. En ventil 150 er parallellkoplet med ledningen 143 og leder utenom innretningen 139. Ventilen 150 er forspent av en f jaer 151 til stengt stilling, men når trykket øker på den bakre side av stempelhodet 12, åpnes ventilen 150 og utjevner strømningshastigheten mellom drivrotoren 147 og de drevne rotorer 146 og 148.

Hydraulikkfluidet foran stempelhodene 11, 12 og 13 presses ut gjennom greniedningene 133, 134 og 135, inn i ledningen 131a og passerer gjennom den fjærbelastede tilbakeslagsventil 128, inn i ledningen 117 og inn i belgen 109. Det hydraulikkfluid som er igjen på grunn av volumforskjellen i sylindrene 14, 15 og 16 når de er i inngrep og er trukket tilbake, lagres i belgen 109.

Begrensere 152 og 153 hindrer plutselige endringer i trykk når utløserventilen 40, 41 trykkes inn og den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122 åpnes. Det er tilveiebrakt en sikker-hetsutløserventil 155, slik at dersom trykket i akkumulatoren 121 må avlastes, kan sikkerhetsventilen betjenes for å slippe ut hydraulikkfluidet til atmosfæren eller inn i en sikker-hetsutløserakkumulator 156. Sikkerhetsutløserventilen 155 kan betjenes av en styring, eller den kan være en avtakbar hette 157 i en blokk 200.

Ventilene 120, 122, 125, 127, 132, 145, 155 og de respektive ledninger og styringsledninger er anordnet i én enkelt blokk 200. Blokken 200 kan være av hvilket som helst egnet materia-le slik som aluminium, aluminiumlegeringer eller stål. Det skal bemerkes at hele kretsen 100 er anordnet i eller/og på rotasjonsbordet 1. Pneumatikkfluidkilden 101 er av den type som er tilveiebrakt på de fleste borerigger, og befinner seg typisk ved et trykk på 10 bar.

Ulike modifiseringer på apparatet ovenfor kan tenkes. Særlig er det tenkelig at en ytterligere akkumulator kunne tilveie-bringes for å tilveiebringe en ladning for å bevege kjevene inn i inngrep med et rør. Dette har den fordel at pneumatikk-fluidledningen kan fjernes fra borerørtangen før borerørtang-en beveges omkring røret, hvorved det spares inn avgjørende sekunder for fråkopling av slangen fra rotasjonsbordet.

Det kan også tenkes at apparatet kunne brukes med tynnvegget rør, da det er relativt enkelt å endre den kraft som påføres røret av kjevene.

Det er også tenkelig at akkumulatoren kunne ha form av en fjær eller et batteri.

Claims (9)

1. Rotasjonsbord som omfatter i det minste én kjeve (20, 21, 22) og middel (100) for å forskyve nevnte i det minste ene kjeve (20, 21, 22), hvor nevnte middel (100) kan aktiveres med eller er tilkoplet et pneumatikkfluid, og karakterisert ved at det omfatter en sideåpning (4) for å ta imot et borerør som skal roteres, og ved at nevnte pneumatikkfluid leveres fra en forsyning utenfor nevnte rotasjonsbord.

2. Rotasjonsbord som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte forsyning kan forbindes med nevnte rotasjonsbord via en kopling.

3. Rotasjonsbord som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte i det minste ene kjeve (20, 21, 22) kan forskyves på et stempel (11, 12, 13).

4. Rotasjonsbord som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte middel (100) for forskyving av nevnte i det minste ene kjeve (20, 21, 22) omfatter en hydraulikkrets.

5. Rotasjonsbord som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte hydraulikkrets (100) omfatter . en hydraulikkpumpe (108) drevet av nevnte pneumatikkfluid.

6. Rotasjonsbord.som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at nevnte hydraulikkrets omfatter en belg (109) som i bruk opprettholder trykk i nevnte hydraulikkrets (100).

7. Rotasjonsbord som angitt i krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at nevnte hydraulikkrets (100) omfatter en akkumulator (121) som i bruk benyttes til å forskyve nevnte i det minste ene kjeve (20, 21, 22) .

8. Rotasjonsbord som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte rotasjonsbord omfatter tre kjever (20, 21, 22) som alle kan forskyves av nevnte middel (100).

9. Fremgangsmåte for å lette sammenkoplingen av rør ved bruk av rotasjonsbordet som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnet påføring av pneumatikkfluid på nevnte middel (100) fra nevnte forsyning utenfor nevnte rotasjonsbord for å forskyve nevnte i det minste ene kjeve (20, 21, 22).