NO332965B1

NO332965B1 - Rudder coupling for well tools including two movable coupling elements

Info

Publication number: NO332965B1
Application number: NO20110382A
Authority: NO
Inventors: Gjerulf Ottersland
Original assignee: Aker Mh As
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-02-11
Also published as: NO20110382A1

Abstract

En anordning (110) for å bevirke relativ rotasjon mellom et første legeme (2) og et andre legeme (4) som er innrettet koaksialt med det første legemet, omfatter et første koplingselement (117) som er bevegbart mellom en tilkoplet stilling og en frikoplet stilling i forhold til det første legemet (2), og et andre koplingselement (118) om er bevegbart mellom en tilkoplet stilling og en frikoplet stilling i forhold til det andre legemet (4), samt midler for å bevirke at de første og andre koplingselementenes (117, 118) bevegelser mellom de tilkoplede og frikoplede stillingene foretas hovedsakelig langs de nevnte første og andre legemers (2, 4) lengdeakser.A device (110) for effecting relative rotation between a first body (2) and a second body (4) aligned coaxially with the first body comprises a first coupling element (117) movable between a coupled position and a disconnected one. position relative to the first body (2), and a second coupling member (118) about being movable between a coupled position and a disengaged position relative to the second body (4), as well as means for effecting the first and second coupling members (117, 118) movements between the coupled and uncoupled positions are made mainly along the longitudinal axes of said first and second bodies (2, 4).

Description

Oppfinnelsen vedrører boring i undergrunnen, enten på land eller til havs. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en anordning for å bevirke relativ rotasjon mellom to rotasjonslegemer, samt en fremgangsmåte for tilkopling og/eller fråkopling mellom en koplingsanordning og et element, som angitt i innledningen til de medfølgende selvstendige krav. The invention relates to drilling in the underground, either on land or at sea. More specifically, the invention relates to a device for causing relative rotation between two bodies of rotation, as well as a method for connecting and/or disconnecting between a connecting device and an element, as stated in the introduction to the accompanying independent claims.

Ved boreoperasjoner benyttes det iblant sirkulasjonsverktøy for å opprettholde sirkulasjon av boreslam ved innskjøting av et nytt borerør og tilkopling av dette til boremaskinen. Man vil unngå å måtte stoppe sirkulasjonen av boreslam, fordi dette kan føre til pluggdannelse og tilstopping av sirkulasjonssystemet. Det er derfor aktuelt å kople boremaskinen til (eller fra) borerøret enten inne i sirkulasjonsverktøyet (som står på boredekket) eller flere meter oppe i boretårnet. During drilling operations, circulation tools are sometimes used to maintain circulation of drilling mud when inserting a new drill pipe and connecting it to the drilling machine. You want to avoid having to stop the circulation of drilling mud, because this can lead to plug formation and clogging of the circulation system. It is therefore relevant to connect the drilling machine to (or from) the drill pipe either inside the circulation tool (which is on the drilling deck) or several meters up in the derrick.

Spesielt når tilkopling (eller fråkopling) mellom borerøret og bormaskinen skal utføres inne i dette sirkulasjonsverktøyet, kommer man ikke til med anordninger, tenger, etc, av kjent type. Det er derfor behov for en anordning som bl.a. tillater til-og fråkopling mellom en boremaskin og et borerør på steder som er vanskelig tilgjengelig for konvensjonelle verktøy. Especially when the connection (or disconnection) between the drill pipe and the drilling machine is to be carried out inside this circulation tool, devices, pliers, etc., of a known type cannot be used. There is therefore a need for a device which i.a. allows connection and disconnection between a drilling machine and a drill pipe in places that are difficult to reach for conventional tools.

Det er derfor frembrakt en anordning for å bevirke relativ rotasjon mellom et første legeme og et andre legeme som er innrettet koaksialt med det første legemet, innbefattende et første koplingselement som er bevegbart mellom en tilkoplet stilling og en frikoplet stilling i forhold til det første legemet, og et andre koplingselement om er bevegbart mellom en tilkoplet stilling og en frikoplet stilling i forhold til det andre legemet, der midler for å bevirke at de første og andre koplingselementenes bevegelser mellom de tilkoplede og frikoplede stillingene foretas hovedsakelig langs de nevnte første og andre legemers lengdeakser. A device is therefore provided for effecting relative rotation between a first body and a second body which is aligned coaxially with the first body, including a first coupling element which is movable between a connected position and a disengaged position relative to the first body, and a second coupling element is movable between a connected position and a disengaged position in relation to the second body, where means for causing the first and second coupling elements to move between the engaged and disengaged positions are carried out mainly along the longitudinal axes of said first and second bodies .

De nevnte midlene omfatter i en utførelsesform lineære aktuatorer og komplementære rygger og fordypninger på koplingselementene og på de første og andre legemene. The said means comprise in one embodiment linear actuators and complementary ridges and recesses on the coupling elements and on the first and second bodies.

Publikasjon US 5645131 A viser en anordning for å sette sammen et element til en streng av elementer som allerede er satt sammen. Publication US 5645131 A shows a device for assembling an element into a string of elements that have already been assembled.

I en utførelsesform omfatter anordningen ifølge oppfinnelsen et hus med et første dreieelement som ved hjelp av dreiemidler er dreibart i huset om de nevnte legemenes lengdeakse, og der huset videre omfatter et motholdselement festet til huset, og der videre et første koplingselement i huset er bevegbart langs nevnte lengdeakse mellom en tilkoplet stilling og en frikoplet stilling med det ene legemet, og der videre et andre koplingselement i huset er bevegbart langs nevnte lengdeakse mellom en tilkoplet stilling og en frikoplet stilling med det andre legemet, og der det første koplingselementet er tilknyttet motholdselementet og det andre koplingselementet er tilknyttet det første dreieelementet, hvorved de to legemene kan roteres i forhold til hverandre når de første og andre koplingselementene er tilkoplet sine respektive legemer og det første dreielementet dreies i huset. In one embodiment, the device according to the invention comprises a housing with a first turning element which, by means of turning means, is rotatable in the housing about the longitudinal axis of the aforementioned bodies, and where the housing further comprises a counter-holding element attached to the housing, and where further a first coupling element in the housing is movable along said longitudinal axis between a connected position and a disengaged position with one body, and where further a second coupling element in the housing is movable along said longitudinal axis between a connected position and a disengaged position with the other body, and where the first coupling element is connected to the counter-holding element and the second coupling element is connected to the first turning element, whereby the two bodies can be rotated in relation to each other when the first and second coupling elements are connected to their respective bodies and the first turning element is rotated in the housing.

Det er videre frembrakt en fremgangsmåte for tilkopling og/eller fråkopling mellom en koplingsanordning og et element,karakterisert vedat tilkoplingen og/eller fråkoplingen utføres ved hjelp av ett eller flere verktøy som tilkoples koplingsanordningen en avstand b fra den delen av koplingsanordningen som er koplet til eller skal koples til elementet. A method for connecting and/or disconnecting between a connecting device and an element has also been developed, characterized in that the connecting and/or disconnecting is carried out using one or more tools that are connected to the connecting device at a distance b from the part of the connecting device that is connected to or must be connected to the element.

Fortrinnsvis befinner tilkoplingsstedet på elementet seg inne i en kappestruktur og at verktøyene tilkoples koplingsanordningen utenfor kappestrukturen og opereres utenfor kappestrukturen. Preferably, the connection point on the element is located inside a casing structure and that the tools are connected to the connection device outside the casing structure and operated outside the casing structure.

Momentverktøyet ifølge oppfinnelsen kan raskt og enkelt installeres på en hvilken som helst boremaskin, uten strukturelle modifiseringer av boremaskinen. Ingen andre deler av boremaskinen enn hovedaks lingen belastes og det kan uten hjelp av andre innretninger kobles til og fra borestrengen inne i et annet legeme, så som en sirkulasjonssub eller lignende, og ved en vilkårlig høyde i boretårnet. The torque tool according to the invention can be quickly and easily installed on any drilling machine, without structural modifications of the drilling machine. No other parts of the drilling machine than the main shaft are loaded and it can be connected to and disconnected from the drill string inside another body, such as a circulation sub or similar, and at any height in the derrick without the help of other devices.

Disse og andre karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil bli belyst i den følgende beskrivelse av foretrukne ikke-begrensende utførelsesformer, med henvisning til de medfølgende tegningene der: Figur la er en splittegning av en koplingsanordning, og viser delene sett fra en side delvis i snitt; Figur lb viser anordningen i figur la i en sammensatt tilstand; Figur 2a er en forstørrelse av området merket A i figur la; Figur 2b er en forstørrelse av området merket B i figur lb; Figur 3a er en splittegning av en andre koplingsanordning ifølge oppfinnelsen, og viser delene sett fra en side delvis i snitt; Figur 3b viser anordningen i figur 3a i en sammensatt tilstand; Figur 4a er en forstørrelse av området merket A i figur 3b; Figur 4b er en forstørrelse av området merket B i figur 3a; Figur 4c er en forstørrelse av området merket C i figur 3a; Figur 4d er en forstørrelse av området merket D i figur 3b; Figur 4e er en forstørrelse av området merket E i figur 3b; Figur 5a er en sidetegning av et koplingsverktøy, og viser en utførelsesform av momentverktøyet ifølge oppfinnelsen montert på den andre koplingsanordningen; Figur 5b viser anordningene i figur 5a, rotert 90° om koplingsanordningens lengdeakse; Figur 6a viser momentverktøyet ifølge oppfinnelsen, sett fra en ende (f.eks. ovenfra); Figurene 6b - 6h viser en utførelsesform av ulike deler i momentverktøyet ifølge oppfinnelsen, der: • Figurene 6b og 6c viser en ytterring, sett henholdsvis fra siden og ovenfra; • Figurene 6d og 6e viser nedre dreiering, sett henholdsvis fra siden og ovenfra (figur 6e, delfigur i), og delfigurene ii og iii viser en dreiekile, sett henholdsvis fra siden og ovenfra; • Figur 6f viser en nedre koplingsring, sett ovenfra; • Figur 6g viser en øvre koplingsring, sett ovenfra; • Figur 6h viser en motholdsring, sett ovenfra; Figur 7a er snittegning av en utførelsesform av momentverktøyet ifølge oppfinnelsen, montert på en koplingsanordning (vist delvis i snitt, som i de øvrige figurene), og der momentverktøyets koplingsringer er frikoplet fra koplingsanordningen; og Figur 7b viser det samme arrangementet som figur 7a, men der momentverktøyets koplingsringer er i inngrep med koplingsanordningen. Figur la viser en koplingsanordning 3 som momentverktøyet kan anvendes på. I sin mest grunnleggende form omfatter koplingsanordningen et tilpasningsrør (heretter benevnt pup joint) 2 og en ytterhylse 4. These and other characteristic features of the invention will be elucidated in the following description of preferred non-limiting embodiments, with reference to the accompanying drawings in which: Figure la is a split drawing of a coupling device, and shows the parts seen from one side in partial section; Figure 1b shows the device in Figure 1a in an assembled state; Figure 2a is an enlargement of the area marked A in Figure 1a; Figure 2b is an enlargement of the area marked B in Figure 1b; Figure 3a is a split drawing of a second coupling device according to the invention, and shows the parts seen from one side, partially in section; Figure 3b shows the device in Figure 3a in a assembled state; Figure 4a is an enlargement of the area marked A in Figure 3b; Figure 4b is an enlargement of the area marked B in Figure 3a; Figure 4c is an enlargement of the area marked C in Figure 3a; Figure 4d is an enlargement of the area marked D in Figure 3b; Figure 4e is an enlargement of the area marked E in Figure 3b; Figure 5a is a side drawing of a coupling tool, and shows an embodiment of the torque tool according to the invention mounted on the second coupling device; Figure 5b shows the devices in Figure 5a, rotated 90° about the longitudinal axis of the coupling device; Figure 6a shows the torque tool according to the invention, seen from one end (e.g. from above); Figures 6b - 6h show an embodiment of various parts in the torque tool according to the invention, where: • Figures 6b and 6c show an outer ring, seen respectively from the side and from above; • Figures 6d and 6e show the lower pivot ring, seen respectively from the side and from above (figure 6e, partial figure i), and partial figures ii and iii show a turning wedge, respectively seen from the side and from above; • Figure 6f shows a lower coupling ring, seen from above; • Figure 6g shows an upper coupling ring, seen from above; • Figure 6h shows a retaining ring, seen from above; Figure 7a is a sectional drawing of an embodiment of the torque tool according to the invention, mounted on a coupling device (shown partly in section, as in the other figures), and where the coupling rings of the torque tool are disconnected from the coupling device; and Figure 7b shows the same arrangement as Figure 7a, but where the coupling rings of the torque tool are in engagement with the coupling device. Figure la shows a coupling device 3 on which the torque tool can be used. In its most basic form, the coupling device comprises an adaptation pipe (hereafter referred to as pup joint) 2 and an outer sleeve 4.

Pup jointen 2 omfatter et rørlegeme med en tilkoplingstapp 8 for tilkopling til et borerør 14, et inngrepsområde 16 for løfteklave (ikke vist i figurene la,b), samt et anleggsparti 5a. Pup jointen 2 er i den viste utførelsesformen festet til en boremaskin (ikke vist i figurene la,b) på en i og for seg kjent måte via en boremaskinaksel 1 la i en rørkoplingsboks 12. The pup joint 2 comprises a pipe body with a connection pin 8 for connection to a drill pipe 14, an engagement area 16 for a lifting claw (not shown in figures la,b), and a mounting part 5a. In the embodiment shown, the pup joint 2 is attached to a drilling machine (not shown in figures la,b) in a manner known per se via a drilling machine shaft 1 la in a pipe connection box 12.

Ytterhylsen 4 omfatter et rørlegeme med et øvre anleggsparti 5b, for anlegg mot pup jointens anleggsparti 5a, en nedre skulder 10 for anlegg mot borerøret, samt øvre og nedre o-ringspor 20 (kun sporene er vist). The outer sleeve 4 comprises a pipe body with an upper contact part 5b, for contact with the pup joint contact part 5a, a lower shoulder 10 for contact with the drill pipe, as well as upper and lower o-ring grooves 20 (only the grooves are shown).

Figur lb viser pup jointen 2 og ytterhylsen 4 montert sammen og der pup jointen 2 er montert til en boremaskinaksel lia. Ved anvendelse av koplingsanordningen kan en hydraulisk tang 18 (skjematisk angitt med en stiplet linje i figur lb) koples til slik at dreiemekanismen 18a er i inngrep med pup jointen 2 og motholdet 18b er på ytterhylsen 4.1 denne konfigurasjonen kan koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen koples til og fra borerøret når boremaskinen og tangen befinner seg en avstand fra borerøret. For eksempel kan koplingsanordningen koples til og fra borerøret flere titalls meter oppe i boretårnet. Koplingsanordningen kan også koples til borerøret Figure lb shows the pup joint 2 and the outer sleeve 4 mounted together and where the pup joint 2 is mounted to a drilling machine shaft lia. When using the coupling device, a hydraulic tongs 18 (schematically indicated by a dashed line in Figure 1b) can be connected so that the turning mechanism 18a is in engagement with the pup joint 2 and the stop 18b is on the outer sleeve 4.1 in this configuration, the coupling device according to the invention can be connected on and off the drill pipe reaches the drill and the tongs are at a distance from the drill pipe. For example, the coupling device can be connected to and from the drill pipe several tens of meters up the derrick. The coupling device can also be connected to the drill pipe

14 inne i et annet rør som kan befinne seg på boredekket, f.eks. et sirkulasjonsverktøy eller annen kappestruktur som omslutter øvre del av børerøret. En slik innretning er antydet med en stiplet linje med henvisningstallet 1 i figur lb. Man ser at det ikke er mulig å komme til med tangen nede i denne kappestrukturen 1. Figur la viser også anleggsområdene 5a,b, o-ringsporene 20 samt et rom 22 for en lagerhylse 23 (se figur lb) og en tilsvarende glatt overflate 24 på pup jointen. Figur 2a er en forstørrelse av de nedre partiene og viser at et parti av pup jointen er forsynt med gjenger 6a med en gjengeretning som er motsatt av boremaskinens rotasjon og følgelig gjengeretningen på koplingen mellom pup jointen og borerøret. Ettersom det er vanlig å benytte høyregjengede systemer, vil gjengene 6a her være venstregjenget. Gjengene 6a kan også omtales som "kontragjenger". Et parti på ytterhylsen 4 er utstyrt med tilsvarende venstregjenger (kontragjenger) 6b. Henvisningstallet 25 angir en glatt overflate på pup jointen. Figur 2b viser det samme området som figur 2a, men der ytterhylsen 4 er montert på pup jointen 2. Det vises bl.a. at kontragj engene 6a,6b er i samvirkende inngrep. Henvisningstallet 26 angir regulære (vanligvis høyrerettede) gjenger på pup jointen 2 og tilsvarende gjenger i borerøret 14. 14 inside another pipe which may be on the drilling deck, e.g. a circulation tool or other casing structure that encloses the upper part of the drill pipe. Such a device is indicated by a dashed line with the reference number 1 in Figure 1b. It can be seen that it is not possible to reach with the pliers down in this casing structure 1. Figure la also shows the installation areas 5a,b, the o-ring grooves 20 as well as a space 22 for a bearing sleeve 23 (see figure 1b) and a corresponding smooth surface 24 on the pup joint. Figure 2a is an enlargement of the lower parts and shows that a part of the pup joint is provided with threads 6a with a thread direction that is opposite to the rotation of the drilling machine and consequently the thread direction of the connection between the pup joint and the drill pipe. As it is common to use right-hand threaded systems, the threads 6a here will be left-handed. The gangs 6a can also be referred to as "counter gangs". A part of the outer sleeve 4 is equipped with a corresponding left-hand thread (counter-thread) 6b. The reference number 25 indicates a smooth surface on the pup joint. Figure 2b shows the same area as Figure 2a, but where the outer sleeve 4 is mounted on the pup joint 2. It shows, among other things, that the counter parts 6a, 6b are in cooperative engagement. The reference number 26 indicates regular (usually right-hand) threads on the pup joint 2 and corresponding threads in the drill pipe 14.

Når koplingsanordningen 3 skal koples til borerøret, starter boremaskinen en langsom rotasjon av anordningen, samtidig som den senkes ned til og inn i øvre del av borerøret 14 - som befinner seg nede i kappestrukturen 1 (se f.eks. figur lb) - der pup jointen skrus inn i borerøret på en i og for seg kjent måte inntil ytterhylsens 4 skulder 10 kommer i anlegg mot borerørets skulder. Deretter dreier boremaskinen koplingsanordningen 3 inntil det oppnås et på forhånd innstilt moment. Dette momentet er lavere enn det endelige momentet som forbindelsen skal ha, men sikrer at forbindelsen mellom pup joint og borerør er tett og f.eks. sirkulasjon av boreslam kan gå gjennom boremaskinene, pup jointen og videre ned i borerøret. Dernest aktiveres tangen 18, med tangens dreiemekanisme 18a og motholdsdel 18b som beskrevet over. Tangens dreiemekanisme aktiveres så og dreier pup jointen 2 som så roterer inne i ytterhylsen 4. Pup jointens rotasjon i ytterhylsen er moderat, anslagsvis 5° - 6°. Samtidig med at pup jointen 2 skrus ned mot borerøret, vil ytterhylsen 4, som holdes av motholdsdelen 18b, også skrus mot toppen av borerøret på grunn av venstregj engene (kontragj engene) 6a,6b. På denne måten oppnås det en rett forspenning i forbindelsen mellom borerøret 14 og koplingsanordningen 3. When the coupling device 3 is to be connected to the drill pipe, the drilling machine starts a slow rotation of the device, while at the same time it is lowered down to and into the upper part of the drill pipe 14 - which is located at the bottom of the casing structure 1 (see e.g. figure 1b) - where pup the joint is screwed into the drill pipe in a manner known per se until the shoulder 10 of the outer sleeve 4 comes into contact with the shoulder of the drill pipe. The drilling machine then turns the coupling device 3 until a pre-set torque is achieved. This torque is lower than the final torque that the connection must have, but ensures that the connection between pup joint and drill pipe is tight and e.g. circulation of drilling mud can go through the drilling machines, the pup joint and further down the drill pipe. Next, the pliers 18 are activated, with the pliers' turning mechanism 18a and counter-holding part 18b as described above. The turning mechanism of the pliers is then activated and turns the pup joint 2 which then rotates inside the outer sleeve 4. The rotation of the pup joint in the outer sleeve is moderate, approximately 5° - 6°. At the same time as the pup joint 2 is screwed down towards the drill pipe, the outer sleeve 4, which is held by the counter-holding part 18b, will also be screwed towards the top of the drill pipe due to the left-hand threads (counter-threads) 6a, 6b. In this way, a straight bias is achieved in the connection between the drill pipe 14 and the coupling device 3.

Når koplingsanordningen 3 skal koples fra borerøret 14, utføres operasjonen beskrevet i avsnittet over i omvendt rekkefølge. Tangens dreimekanisme dreier pup jointen 2 og ytterhylsen 4 i forhold til hverandre inntil forspenningen i forbindelsen mellom borerøret 14 og koplingsanordningen 3 er fjernet, før boremaskinen roterer gjengeforbindelsen 26 mellom borerør og pup joint slik at koplingsanordningen frikoples fra borerøret. Koplingsanordningen heises så opp fra kappen 1. When the coupling device 3 is to be disconnected from the drill pipe 14, the operation described in the section above is carried out in reverse order. The pliers' turning mechanism turns the pup joint 2 and the outer sleeve 4 in relation to each other until the bias in the connection between the drill pipe 14 and the coupling device 3 is removed, before the drilling machine rotates the threaded connection 26 between the drill pipe and the pup joint so that the coupling device is disconnected from the drill pipe. The coupling device is then lifted up from the casing 1.

Det vises så til figurene 3a, 3b, 4a - 4e. Moment/forspenning av koplingsanordningen 3 oppnås ved at ytterhylsen 4 dreies ved hjelp av momentverktøyet 110 som beskrevet under med henvisning til figurene 5a - 7b) i motsatt retning av pup joint 2. Henvisningstallet 18 angir området for tangens tilkopling til kopingsanordningen. I dette utførelseseksempelet er pup jointen 2 utstyrt med et splinekopling 137b og ytterhylsen 4 er utstyrt med en splinekopling 136b. Disse splinekoplingene er tilpasset for inngrep med tilsvarende splinekoplinger 136a, 137a på koplingsringer 117, 118 i momentverktøyet, som vil bli beskrevet under. Reference is then made to figures 3a, 3b, 4a - 4e. Torque/pretension of the coupling device 3 is achieved by turning the outer sleeve 4 using the torque tool 110 as described below with reference to figures 5a - 7b) in the opposite direction of the pup joint 2. The reference number 18 indicates the area for the connection of the pliers to the coupling device. In this design example, the pup joint 2 is equipped with a spline connection 137b and the outer sleeve 4 is equipped with a spline connection 136b. These spline couplings are adapted for engagement with corresponding spline couplings 136a, 137a on coupling rings 117, 118 in the torque tool, which will be described below.

Henvisningstallet 39 angir et inngrepsområde for et snubbeverktøy. Figur 3a viser The reference numeral 39 indicates an engagement area for a snipping tool. Figure 3a shows

også en tetningshylse 41 for montering i rørkoplingsboksen, og en lagerhylse 23 og en tilhørende splinekopling 30. Overføringen av dreiemoment fra momentverktøyet til pup joint og til ytterhylse skjer via splinekoplinger, som beskrevet over. En saver sub 36 er montert på nedre ende av pup jointen 2. Etter montering låses saver suben 36 til pup jointen 2 via en låsehylse 38. also a sealing sleeve 41 for mounting in the pipe connection box, and a bearing sleeve 23 and an associated spline coupling 30. The transfer of torque from the torque tool to the pup joint and to the outer sleeve takes place via spline couplings, as described above. A saver sub 36 is mounted on the lower end of the pup joint 2. After assembly, the saver sub 36 is locked to the pup joint 2 via a locking sleeve 38.

En trykkhylse 32 er vider koplet til ytterhylsen 4 og via en innvendig splinekopling A pressure sleeve 32 is further connected to the outer sleeve 4 and via an internal spline connection

30 til pup joint 2 slik at trykkhylsen roterer med pup jointen. 30 to pup joint 2 so that the pressure sleeve rotates with the pup joint.

Trykkhylsen, slitasjehylsene og saver suben kan i denne utførelsesformen raskt og enkelt byttes ut, mens de mer kritiske og kostbare komponentene som trykkhylsene (som er utstyrt med kontragj engene og øvre- og nedre trykktetninger) beskyttes og koplingsanordningen som sådan far en lengre levetid. In this embodiment, the pressure sleeve, wear sleeves and saver sub can be quickly and easily replaced, while the more critical and expensive components such as the pressure sleeves (which are equipped with the mating threads and upper and lower pressure seals) are protected and the coupling device as such has a longer service life.

Figurene 5a og 5b viser en boremaskin 11, av en i og for seg kjent type opphengt i en borerigg (ikke vist) og drevet på en i og for seg kjent måte. Til boremaskinen er det tilknyttet en løfteklave 112 av kjent type, via et par bøyler 114. Figur 5a viser videre en boremaskinaksel lia som strekker seg ned fra boremaskinen og er koplet til en koplingsanordning 3, som strekker seg ned i et verktøy 1 av i og for seg kjent type og som f.eks. kan omslutte en øvre del av et borerør (ikke vist i figur 5a). En tang 18 kan operere på koplingsanordningen som beskrevet over. Det er videre montert et momentverktøy 110 på koplingsanordningen 3, opphengt i pup jointen 2 via en opphengs struktur og lager 124. Figures 5a and 5b show a drilling machine 11, of a per se known type suspended in a drilling rig (not shown) and driven in a per se known manner. A lifting clamp 112 of a known type is connected to the drilling machine, via a pair of hoops 114. Figure 5a further shows a drilling machine shaft 1a which extends down from the drilling machine and is connected to a coupling device 3, which extends down into a tool 1 of i and known type and which e.g. can enclose an upper part of a drill pipe (not shown in Figure 5a). A pliers 18 can operate on the coupling device as described above. A torque tool 110 is also mounted on the coupling device 3, suspended in the pup joint 2 via a suspension structure and bearing 124.

Oppbygningen av momentverktøyet vil nå bli beskrevet med henvisning til figurene 6a-h og 7a. Den nevnte opphengs strukturen er festet til et topplokk 128 som igjen er festet til en ytterring 126 (se også figurene 6b,c). Innenfor ytterringen og med et mellomrom er det montert en nedre dreiering 125 (se også figurene 6d,e). The construction of the torque tool will now be described with reference to figures 6a-h and 7a. The aforementioned suspension structure is attached to a top cover 128 which is in turn attached to an outer ring 126 (see also Figures 6b,c). Within the outer ring and with a space, a lower pivot ring 125 is mounted (see also figures 6d,e).

En nedre koplingssylinder 120 er i sin ene ende festet til den nedre dreieringen 125 og ved et annet parti til en nedre koplingsring 118. En øvre koplingssylinder 119 er i sin ene ende festet til topplokket 128 og ved et annet parti til en øvre koplingsring 117. Som vist i figurene 7a,b, kan den øvre koplingsringen 117 og den nedre koplingsringen 118 beveges frem og tilbake (opp og ned), samtidig eller hver for seg, ved å kjøre henholdsvis den øvre koplingssylinderen 119 og den nedre koplingssylinderen 120 mellom tilbaketrukne til utstrakte stillinger. Figurene 7a,b viser at den øvre koplingssylinderen 119 er i den utstrakte stillingen og den nedre koplingssylinderen 120 er i den tilbaketrukne stillingen, og koplingsringene 117, 118 er i den ene (nedre) stillingen. Når koplingsringene 117, 118 er i den andre (øvre) stillingen, er koplingssylindrenes 119, 120 stillinger motsatte. A lower coupling cylinder 120 is attached at one end to the lower swivel ring 125 and at another part to a lower coupling ring 118. An upper coupling cylinder 119 is attached at one end to the cylinder head 128 and at another part to an upper coupling ring 117. As shown in Figures 7a,b, the upper coupling ring 117 and the lower coupling ring 118 can be moved back and forth (up and down), simultaneously or separately, by respectively driving the upper coupling cylinder 119 and the lower coupling cylinder 120 between retracted to extended positions. Figures 7a,b show that the upper coupling cylinder 119 is in the extended position and the lower coupling cylinder 120 is in the retracted position, and the coupling rings 117, 118 are in one (lower) position. When the coupling rings 117, 118 are in the second (upper) position, the positions of the coupling cylinders 119, 120 are opposite.

Den nedre dreieringen 125 er forsynt med skråstilt spor, også omtalt som et dreiespor 129, og et antall forhøyde partier eller rygger 131 som løper i dreieringens aksiale retning. En dreiekile 116 er anbrakt i hvert dreiespor (se figurene 7a,b, 6e (ii og iii)). Hver dreiekile er forbundet med en respektiv dreiesylinder 115, som kan bevege dreiekilen frem og tilbake (opp og ned) i det respektive dreiesporet. En bevegelse av dreiekilene 116 i dreiesporet vil derfor medføre en bevegelse av den nedre dreieringen 125, nærmere bestemt en rotasjonsbevegelse i et plan tilnærmet normalt på koplingsanordningens lengdeakse. Ryggene 131 på den nedre dreieringen griper inn i tilsvarende spor 132 i den nedre koplingsringen 118 (se figur 6f). The lower turning ring 125 is provided with an inclined groove, also referred to as a turning groove 129, and a number of elevated parts or ridges 131 which run in the axial direction of the turning ring. A turning wedge 116 is placed in each turning slot (see Figures 7a,b, 6e (ii and iii)). Each turning wedge is connected to a respective turning cylinder 115, which can move the turning wedge back and forth (up and down) in the respective turning track. A movement of the pivot wedges 116 in the pivot slot will therefore entail a movement of the lower pivot ring 125, more specifically a rotational movement in a plane approximately normal to the longitudinal axis of the coupling device. The ridges 131 on the lower turning ring engage in corresponding grooves 132 in the lower coupling ring 118 (see figure 6f).

En motholdsring 127 er fast festet til topplokket 128 og er forsynt med aksialt forløpende rygger 134 (se figur 6h) som griper inn i tilsvarende spor 133 i den øvre koplingsringen 117 (se figur 6g). A retaining ring 127 is firmly attached to the top cover 128 and is provided with axially extending ridges 134 (see figure 6h) which engage in corresponding grooves 133 in the upper coupling ring 117 (see figure 6g).

Den nedre koplingsringen 118 er videre forsynt med innoverrettede rygger og fordypninger 136a (se figur 6f), og den øvre koplingsringen 117 er forsynt med innoverrettede rygger og fordypninger 137a (se figur 6g). Videre er pup jointen 2 forsynt med utoverrettede rygger og fordypninger 137b og ytterhylsen 4 er forsynt med utoverrettede rygger og fordypninger 136b. The lower coupling ring 118 is further provided with inwardly directed ridges and depressions 136a (see figure 6f), and the upper coupling ring 117 is provided with inwardly directed ridges and depressions 137a (see figure 6g). Furthermore, the pup joint 2 is provided with outwardly directed ridges and depressions 137b and the outer sleeve 4 is provided with outwardly directed ridges and depressions 136b.

Når momentverktøyet ifølge oppfinnelsen skal benyttes for å kople til ("make") eller kople fra ("break") en rørforbindelse, for eksempel som omtalt i sammenheng med tilkoplingsverktøyet ifølge oppfinnelsen, settes dreiesylindrene 115 deretter, dvs. at dreiekilene beveges slik at nedre dreiering 125 er korrekt rotert i forhold til ytterringen 126. Deretter beveges øvre og nedre koplingssylinder 119, 120 for kople henholdsvis øvre og nedre koplingsringer 117, 118 til henholdsvis pup joint 2 og ytterhylse 4. Denne situasjonen er illustrert i figur 7b, der momentverktøyet ifølge oppfinnelsen er i inngrep med pup joint og ytterhylse og klar til å kople til eller fra rørforbindelsen. De øvre og nedre koplingsringenes 117, 118 ene (nedre) stilling kan altså omtales som en frikoplet stilling, mens den andre (øvre) stillingen kan omtales som en låst stilling. When the torque tool according to the invention is to be used to connect ("make") or disconnect ("break") a pipe connection, for example as discussed in connection with the connection tool according to the invention, the turning cylinders 115 are then set, i.e. the turning wedges are moved so that the lower swivel ring 125 is correctly rotated in relation to outer ring 126. Next, upper and lower coupling cylinders 119, 120 are moved to connect respectively upper and lower coupling rings 117, 118 to pup joint 2 and outer sleeve 4 respectively. This situation is illustrated in Figure 7b, where the torque tool according to the invention is engaged with the pup joint and outer sleeve and ready to connect or disconnect the pipe connection. One (lower) position of the upper and lower coupling rings 117, 118 can therefore be referred to as a disengaged position, while the other (upper) position can be referred to as a locked position.

Når øvre og nedre koplingsringer 117, 118 på denne måten er låst til henholdsvis pup joint 2 og ytterhylse 4, beveges dreiesylindrene 115 tilbake, slik at dreieringen roteres (på grunn av dreiesporets skråstilling, som beskrevet over), og pup jointen 2 roteres i forhold til ytterhylsen 4. Deretter beveges koplingsringene 117, 118 tilbake til den frikoplede (nedre) stillingen. Ettersom det ofte kreves en betydelig høyere kraft for å bryte rørforbindelsen enn for å kople den til, vil dreiesylindrene 115 kunne innstilles slik at det hydrauliske trykket utøves på stempelsiden når rørforbindelsen skal brytes. Stempelsidens areal er større enn stangsidens areal. Når rørforbindelsen skal koples til, kan det hydrauliske trykket utøves på stempelsiden i dreisylindrene. When upper and lower coupling rings 117, 118 are locked in this way to pup joint 2 and outer sleeve 4 respectively, the turning cylinders 115 are moved back, so that the turning ring is rotated (due to the inclined position of the turning track, as described above), and the pup joint 2 is rotated in relation to the outer sleeve 4. The coupling rings 117, 118 are then moved back to the disengaged (lower) position. As a significantly higher force is often required to break the pipe connection than to connect it, the rotary cylinders 115 can be set so that the hydraulic pressure is exerted on the piston side when the pipe connection is to be broken. The area of the piston side is greater than the area of the rod side. When the pipe connection is to be connected, the hydraulic pressure can be exerted on the piston side of the turning cylinders.

På grunn av utsparingen 138a i den nedre koplingsringen 118 og utsparingen 138b i den øvre koplingsringen 117, kan øvre og nedre koplingsringer dreies uhindret av koplingssylindrene 119, 120. Because of the recess 138a in the lower coupling ring 118 and the recess 138b in the upper coupling ring 117, the upper and lower coupling rings can be rotated unhindered by the coupling cylinders 119, 120.

Dreiesylindre og koplingssylindre kan være f.eks. være hydraulisk drevne (kilde ikke vist), eller andre kjente og fagmessige drivmidler og energikilder kan benyttes. Turning cylinders and coupling cylinders can be e.g. be hydraulically driven (source not shown), or other known and specialized propellants and energy sources can be used.

I en hensiktsmessig utførelsesform er dreiesporets helning i forhold til lengdeaksen (se a i figur 6e, ii) om lag ±15°, hvilket gir en tilsvarende maksimal rotasjon av dreieringen. In an appropriate embodiment, the inclination of the turning track in relation to the longitudinal axis (see a in figure 6e, ii) is about ±15°, which gives a corresponding maximum rotation of the turning ring.

Når momentverktøyet 110 skal benyttes for å kople koplingsanordningen 3 til borerøret 14, som kan befinne seg inne i kappestrukturen 1 (illustrert i figur 5a), starter boremaskinen 11 en langsom rotasjon av koplingsanordningen samtidig som den senkes ned til og inn i øvre del av børerøret 14 (ikke vist i figur 5a, se figur lb). Pup jointen skrus inn i borerøret på en i og for seg kjent måte inntil ytterhylsens 4 skulder 10 kommer i anlegg mot borerørets skulder. Deretter dreier boremaskinen II koplingsanordningen 3 inntil det oppnås et på forhånd innstilt moment. Dette momentet er lavere enn det endelige momentet som forbindelsen skal ha, men sikrer at forbindelsen mellom pup joint og borerør er tett og f.eks. sirkulasjon av boreslam kan gå gjennom boremaskinene, pup jointen og videre ned i borerøret. Dernest koples momentverktøyet 110 koplingsanordningen 3 ved at splinekoplingen 136a på den nedre koplingsringen 118 bringes i inngrep med splinekoplingen 136b på ytterhylsen 4 og ved at splinekoplingen 137a på den øvre koplingsringen 117 bringes i inngrep med splinekoplingen 137b på pup jointen 2 (se figurene 3b, 7a,b). Momentverkøyets 110 dreiemekanisme aktiveres så, som beskrevet over og dreier pup jointen 2 og ytterhylsen 4 i forhold til hverandre inntil den ønskede forspenningen i forbindelsen mellom borerøret 14 og koplingsanordningen 3 er oppnådd. When the torque tool 110 is to be used to connect the coupling device 3 to the drill pipe 14, which can be located inside the casing structure 1 (illustrated in figure 5a), the drilling machine 11 starts a slow rotation of the coupling device at the same time as it is lowered to and into the upper part of the drill pipe 14 (not shown in Figure 5a, see Figure 1b). The pup joint is screwed into the drill pipe in a manner known per se until the shoulder 10 of the outer sleeve 4 comes into contact with the shoulder of the drill pipe. The drilling machine II then turns the coupling device 3 until a pre-set torque is achieved. This torque is lower than the final torque that the connection must have, but ensures that the connection between pup joint and drill pipe is tight and e.g. circulation of drilling mud can go through the drilling machines, the pup joint and further down the drill pipe. Next, the torque tool 110 connects the coupling device 3 by bringing the spline coupling 136a on the lower coupling ring 118 into engagement with the spline coupling 136b on the outer sleeve 4 and by bringing the spline coupling 137a on the upper coupling ring 117 into engagement with the spline coupling 137b on the pup joint 2 (see figures 3b, 7a ,b). The turning mechanism of the torque tool 110 is then activated, as described above, and turns the pup joint 2 and the outer sleeve 4 in relation to each other until the desired bias in the connection between the drill pipe 14 and the coupling device 3 is achieved.

Når momentverktøyet 110 skal benyttes for å kople koplingsanordningen 3 fra borerøret 14, utføres operasjonen beskrevet i avsnittet over i omvendt rekkefølge. Momentverkøyets dreiemekanisme dreier pup jointen 2 og ytterhylsen 4 i forhold til hverandre inntil forspenningen i forbindelsen mellom borerøret 14 og koplingsanordningen 3 er fjernet, før boremaskinen roterer gjengeforbindelsen 26 mellom borerør og pup joint slik at koplingsanordningen frikoples fra borerøret. Koplingsanordningen heises så opp fra kappen 1. When the torque tool 110 is to be used to connect the coupling device 3 from the drill pipe 14, the operation described in the section above is carried out in reverse order. The torque tool's turning mechanism turns the pup joint 2 and the outer sleeve 4 in relation to each other until the bias in the connection between the drill pipe 14 and the coupling device 3 is removed, before the drilling machine rotates the threaded connection 26 between the drill pipe and the pup joint so that the coupling device is disconnected from the drill pipe. The coupling device is then lifted up from the casing 1.

Claims

1. Device (110) for effecting relative rotation between a first body (2) and a second body (4) which is aligned coaxially with the first body, including a first coupling element (117) which is movable between a connected position and a decoupled position in relation to the first body (2), and a second coupling element (118) which is movable between a connected position and a decoupled position in relation to the second body (4), characterized by linear actuators (119, 120) and complementary ridges and recesses (136a,b, 137a,b,) on the coupling elements and on the first and second bodies to cause the movements of the first and second coupling elements (117, 118) between the connected and disengaged positions to be made mainly along said first and the longitudinal axes of other bodies (2, 4).

2. Device according to claim 1, characterized by a housing (126, 128) with a first turning element (125) which, by means of turning means (115, 116, 129), is rotatable in the housing about the longitudinal axis of the aforementioned bodies, and where the housing further comprises a counter-holding element (127) attached to the housing, and where further a first coupling element (117) in the housing is movable along said longitudinal axis between a connected position and a disengaged position with the one body (2), and further where a second coupling element (118) in the housing is movable along said longitudinal axis between a connected position and a disengaged position with the second body (4), and where the first coupling element (117) is connected to the counter-holding element (127) and the second coupling element (118) is connected to the first turning element (125), whereby the two bodies (2 , 4) can be rotated relative to each other when the first and second coupling elements (117, 118) are connected to their respective bodies (2, 4) and the first pivot element (125) is rotated in the housing.

3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the first rotary body comprises a pipe, such as a pup joint or the like, and that the element (14) comprises a pipe, such as a drill pipe or the like.