NO330046B1 - Et apparat og en fremgangsmate for a lette sammenkoblingen av ror - Google Patents

Description

ET APPARAT OG EN FREMGANGSMÅTE FOR Å LETTE SAMMENKOBLINGEN AV RØR

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

Det er vanlig å bruke borerørtenger for å lette sammenkoplingen av seksjoner eller lengder av borerør med en rørstreng. Typisk henger rørstrengen i et brønnhull fra en såkalt "edderkopp" i et dekk på en olje- eller gassngg.

En borerørseksjon eller -lengde som skal koples sammen med rørstrengen, svinges mn fra et borerørstativ til brønnsenteret ovenfor rørstrengen. En rørhåndtenngsarm kan benyttes for å lede borerøret til en posisjon ovenfor rørstrengen. En mnstikksfø-nng kan deretter brukes for å rette mn 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 Ib.ft)

Borerørtangen brukes også for å kople fra borerør. Denne operasjon innebærer å bryte forbindelsen, hvilket krever et moment som typisk er større en tiltrekkingsmomentet, og som typisk kan være i størrelsesorden 110 000 Nm (80 000 Ib.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 er vanligvis beliggende 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 dreiemoment 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 rø-ret, 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.

Skademerkmg 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° dreining for å trekke til forbindelsen. Mange tildragmgstenger av eldre teknikk må på-føres 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 stasjo-nære passive kjever. De hydraulisk aktiverte kjever bringes i fullstendig inngrep med røret før rotasjonsbordet roteres, hvorved skademerkmg reduseres vesentlig. Det er tilveiebrakt en hydrauhkkrets på rotasjonsbordet for aktivering av kjevene. Et stempel brukes for å aktivere hydraulikksystemet ved gjentatte ganger å trykke ned et hydraulisk stempel i hydraulikkretsen. Denne operasjon tar tid. Dersom flere sekunder kan spares mn pr. sammenkopling, kan totalkostnaden for oppbyggingen 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 nedtrykkmg av stemplet for å bringe kjevene i fullstendig inngrep med røret i seg selv kan forårsake noe skademerkmg.

Fra publikasjonen US 4,811,635 er det kjent en rørtang som omfatter tre rørgnpekje-ver, hvor to av disse er passive mens den tredje er aktiv og drives av et fluiddrevet stempel.

Fra publikasjonen US 3,131,586 er det kjent et rørgnpeapparat som omfatter tre aktive rørgnperkjever. Hver av de tre kjevene drives av et hydraulisk stempel- og sylm-derarrangement.

Fra publikasjonen US 3,808,916 er det kjent et rørhåndtenngsapparat som omfatter aktive kjever som kan aktiveres med trykksatt fluid.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer et apparat som skal lette sammenkoplingen av rør, hvilket apparat omfatter et rotasjonsbord og et sett aktive kjever og at alle de nevnte kjever kan aktiveres med trykksatt fluid, hvor kjevene kan aktiveres med en innretning for å bidra til å sikre at nevnte kjever beveger seg samlet og at nevnte rotasjonsbord omfatter en åpen radialtforløpende passasje som skal gjøre det lettere for et rør å passere inn i nevnte rotasjonsbords senter.

Andre aspekter ved oppfinnelsen er fremsatt i patentkravene 2 til 11.

Det er også tilveiebrakt en fremgangsmåte som skal lette sammenkoplingen av rør, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnene aktivering av kjevene i et apparat i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse med trykksatt fluid, slik at kjevene går i inngrep med et rør ved en midtakse i apparatets rotasjonsbord, notering av nevnte rør til et forhåndsbestemt dreiemoment og frigjøring av nevnte kjever, fort-rinnsvis med nevnte trykksatte fluid.

For bedre forståelse av oppfinnelsen vil det nå som eksempel bli vist til de medfølgen-de tegninger, hvor: Fig. 1 er et plannss av et rotasjonsbord med en borerørtang 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 henvis-nmgstallet 1.

Rotasjonsbordet 1 omfatter et stivt hus 2 som er forsynt med en tannkrans 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 stempelsylmdrer 5, 6 og 7 er anordnet omkring rotasjonsbordet 1 med en innbyr-des avstand på 120°, og er rettet mot rotasjonsbordets 1 senter. Stempelsylindrene 5, 6 og 7 omfatter statiske stempler 8, 9 og 10 som hver er forsynt med et stempelhode 11, 12 og 13. Sylindrer 14, 15 og 16 er ghdbare langs nevnte stempelhoder 11, 12 og 13 mot og bort fra rotasjonsbordets 1 senter. Tetningsnnger 17, 18 og 19 er tilveiebrakt i stempelhodene 11, 12 og 13 mellom stempelhodene 11, 12 og 13 og sylindra-ne 14, 15 og 16.

Syhndrene 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 gnpeelementene 22 er plassert i motsvarende svalehalespor 27 i forlengelseselementet 25. I bruk er enten alle syhndrene 14, 15 og 16 forsynt med forlengelseselement 25 eller ingen av syhndrene 14, 15 og 16 er forsynt med forlengelseselement 25.

Hydraulikklednmger 28, 29 og 30 og hydraulikklednmger 31, 32 og 33 er anordnet i hvert stempel 8, 9 og 10 for tilførsel av hydrauhkkfluid foran og bak stempelhodene 11, 12 og 13.

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

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

Utløserbryterne 40 og 41 er anordnet på motsatte sider av rotasjonsbordet, slik at når frigjøring av gnpeelementene 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 statoren i borerørtangen (ikke vist) kunne vanskeliggjøre bruk av én av utløserbryterne.

Det vises nå til fig. 2, hvor det er vist en krets som er generelt angitt med henvis-ningstallet 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 tilført fra en kilde 101 via en slange 102, gjennom en ventil 103 og gjennom en slange 104 til koplingen 38. Kilden tilfører pneumatikkfluid ved omtrent 10 bar. En pneumatikklednmg 105 i huset 2 deler seg i to grenlednmger 106 og 107 som hen-holdsvis forsyner 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 pneumatikkfluid 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 mn akku mulatorbryteren 39. Med akkumulatorbryteren 39 inntrykt, er grenledningen 107 stengt. Pneumatikkfluid aktiverer den pneumatiske pumpe 108 som pumper hydraulikkfluid rundt i en avtettet krets 112.

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

Siden akkumulatorbryteren 39 er trykt inn, hindres hydraulikkfluid fra å bli pumpet gjennom ledningen 113 av ventilen 114 som er i lukket stilling.

Hydraulikkfluid hindres fra å bh pumpet gjennom en styrelednmg 124 av utløserventi-lene 40, 41 som er stengt, og av en tilbakeslagsventil 125. Hydraulikkfluid hindres også fra å bh pumpet gjennom styrelednmgen 126 av tilbakeslagsventilen 125.

Tilbakeslagsventilene 120 og 125 hindrer høytrykkshydrauhkkfluid fra å slippe ut fra akkumulatoren 121.

Styrelednmgen 126 fører fra en forside av tilbakeslagsventilen 125 til den bakre side av en fjærbelastet tilbakeslagsventil 127 parallellkoplet med en fjær 128 som forspen-ner den fjærbelastede tilbakeslagsventil 127 mot en 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 trykkavlastnmgsventil (ikke vist). Tilførselen av pneumatikkfluid stanses ved at ventilen 103 stenges. Akkumulatorbryteren 39 blir nå utløst.

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, mn 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 syhndrene 14, 15 og 16 med høy strømmngshastighet. Hydrauhkkfluidtrykk som virker mot den fjærbelastede tilbakeslagsventils 127 fjær 128, åpner den fjærbelaste de 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 mn i ledningen 113, gjennom ventilen 114, mn i ledningen 131, gjennom en tilbakeslagsventil 132 og mn i syhndrene 14, 15 og 16 via grenlednmger 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, mn i en ledning 140 og gjennom en ledning 143, mn i en ledning 144 via en strømmngsavleder 145, mn i en ledning 116 og mn 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 inngrepskraft 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 fluidforbmdelse mellom ledningene 143 og 144. Innretningen 139 omfatter tre rotorer 146, 147 og 148 som er anordnet på en felles 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 syhndrene 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 rotasjonen 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 styrelednmg 124, gjennom den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122 og gjennom utløserventilen 40 og/eller 41, mn 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 undertrykk strømmer også fra styrelednmgen 126, hvilket tillater trykksatt hydraulikkfluid å strømme fra forsiden av stempelhodene 11, 12 og 13 til belgen 109. Høytrykkshydrauhkkfluid forskyver strømningsavlederen 145, hvorved høytrykkshydraulikkfluid tillates å strømme inn i ledningen 143. Strømningen gjennom ledningen 143 roterer rotoren 147 som roterbart driver rotorene 146 og 148 via akse-len 149 og suger hydraulikkfluid ut av belgen 109, mn i syhndrene 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 fjær 151 til stengt stilling, men når trykket øker på den bakre side av stempelhodet 12, åpnes ventilen 150 og utjevner strømningshastigheten mellom dnv-rotoren 147 og de drevne rotorer 146 og 148.

Hydrauhkkfluidet foran stempelhodene 11, 12 og 13 presses ut gjennom grenled-ningene 133, 134 og 135, mn i ledningen 131a og passerer gjennom den fjærbelastede tilbakeslagsventil 128, inn i ledningen 117 og mn i belgen 109. Det hydraulikkfluid som er igjen på grunn av volumforskjellen i syhndrene 14, 15 og 16 når de er i inngrep og er trukket tilbake, lagres i belgen 109. Begrensere 152 og 153 hindrer plutse-lige endringer i trykk når utløserventilen 40, 41 trykkes inn og den fjærbelastede tilbakeslagsventil 122 åpnes.

Det er tilveiebrakt en sikkerhetsutløserventil 155, slik at dersom trykket i akkumulatoren 121 må avlastes, kan sikkerhetsventilen betjenes for å slippe ut hydrauhkkfluidet til atmosfæren eller mn i en sikkerhetsutløserakkumulator 156. Sikkerhetsutløserventi-len kan betjenes av en styring, eller den kan være en avtakbar hette i en blokk 200.

Ventilene 120, 122, 125, 127, 132, 145, 155 og de respektive ledninger og stynngs-lednmger er anordnet i én enkelt blokk 200. Blokken 200 kan være utformet av hvilket som helst egnet materiale slik som aluminium, alumimumlegering 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 yt-terligere akkumulator kunne tilveiebringes for å tilveiebringe en ladning for å bevege kjevene mn i inngrep med et rør. Dette har den fordel at pneumatikkfluidledmngen kan fjernes fra borerørtangen før borerørtangen beveges omkring røret, hvorved det spares mn avgjørende sekunder ved 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 (13)

1. Apparat som skal lette sammenkoplingen av rør, hvilket apparat omfatter et rotasjonsbord (1) og et sett aktive kjever (20, 21, 22), og at alle de nevnte kjever (20, 21, 22) kan aktiveres med trykksatt fluid,karakterisertved at kjevene (20, 21, 22) kan aktiveres med en innretning (139) for å bidra til å sikre at nevnte kjever (20, 21, 22) beveger seg samlet og at nevnte rotasjonsbord (1) omfatter en åpen radialtforløpende passasje (4) som skal gjøre det lettere for et rør å passere mn i nevnte rotasjonsbords (1) senter.

2. Apparat som angitt i krav 1,karakterisert vedat hver av de nevnte kjever (20, 21, 22) er montert på sylinderen i en respektiv stempelsy-linder (5, 6, 7).

3. Apparat som angitt i krav 2,karakterisert vedat sylindra-ne (14, 15, 16) i nevnte i det minste to stempelsylindrer (5, 6, 7) beveger seg mot nevnte rør for å gå i inngrep med dette.

4. Apparat som angitt i krav 3,karakterisert vedat hver av de nevnte sylindrer (14, 15, 16) omfatter en buet ende for i det vesentlige å til-passe seg nevnte rør.

5. Apparat som angitt i krav 1, 2, 3 eller 4,karakterisert vedat nevnte kjever (20, 21, 22) videre omfatter rørgnpende innsatser.

6. Apparat som angitt i krav 5,karakterisert vedat nevnte rørgnpende innsatser (20, 21, 22) er avvmklet til å være normale i forhold til nevnte rør.

7. Apparat som angitt i krav 5 eller 6,karakterisert vedat nevnte rørgnpende innsatser (20, 21, 22) er de som selges av søkerne under varemerket MICRO-GRIP.

8. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat nevnte anordning (139) omfatter en rotor (146, 147, 148) for hver av nevnte kjever (20, 21, 22) og en felles aksel (149) som nevnte rotorer er fiksert på.

9. Apparat som angitt i hvilket som helst av kravene 2 til 8,karakterisert vedat det videre omfatter forlengelseselementer (25) for å utvide rekkevidden for nevnte stempelsylindrer (5, 6, 7).

10. Apparat som angitt i hvilket som helst av kravene 2 til 9,karakterisert vedat det omfatter tre stempelsylindrer (5, 6, 7).

11. Apparat som angitt i hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat apparatet inngår i en krafttang.

12. Fremgangsmåte for å lette sammenkoplingen av rør,karakterisert vedat nevnte fremgangsmåte omfatter trinnene: - aktivering av et apparat som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 11, med trykkfluid, slik at kjevene går i inngrep med et rør ved en midtakse i rotasjonsbordet; - rotenng av nevnte rør til et forhåndsbestemt dreiemoment; og - frigjøring av nevnte kjever.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12,karakterisert vedat nevnte kjever frigjøres med nevnte trykkfluid.