NO333115B1

NO333115B1 - Device for activating clamping trays in a continuous rotary torque plunger for use in tightening and opening threaded connections

Info

Publication number: NO333115B1
Application number: NO20111144A
Authority: NO
Inventors: Per Olav Haughom
Original assignee: Robotic Drilling Systems As
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-03-04
Also published as: EP2744969A1; WO2013022352A8; WO2013022352A1; EP2744969B1; US20140305265A1; EP2744969A4; NO20111144A1

Abstract

Kontinuerlig roterende momenttang for anvendelse ved sammenføyning av rørforbindelser (2) med gjenger, fortrinnsvis benyttet ved boring etter olje og gass i petroleumsindustrien. Momenttangen omfatter radielt forskyvbare klembakker (22) forbundet med en drivring (12), hvor det er anordnet hydraulikkpumper (16,17) med kraftoverførsel gjennom et endeløst kjede (15) tilordnet tannhjul (35) og (27, 28) forbundet med motorer (18,19).Continuous rotating torque pliers for use in joining pipe connections (2) with threads, preferably used in drilling for oil and gas in the petroleum industry. The torque tongs comprise radially displaceable clamping jaws (22) connected to a drive ring (12), where hydraulic pumps (16, 17) are provided with power transmission through an endless chain (15) associated with gears (35) and (27, 28) connected to motors ( 18,19).

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en momenttang. Nærmere bestemt dreier det seg om en momenttang med kontinuerlig rotasjon og en radiell åpning for å sette inn og ta ut gjengeforbindelser som skal skrues til eller åpnes. This invention relates to a torque wrench. More precisely, it is a torque wrench with continuous rotation and a radial opening for inserting and removing threaded connections to be screwed on or opened.

Momenttangen er særlig velegnet til anvendelse for rørmontering under boring, slik det er kjent for eksempel fra petroleumsutvinning. The torque wrench is particularly suitable for use in pipe assembly during drilling, as is known for example from petroleum extraction.

Momenttangen er forsynt med en om tangen omkransende mekanisk hydraulisk kjedeanordning som overfører og tilveiebringer hydraulisk trykkfluid til tangens klembakker under tangens rotasjon om rørets lengdeakse. The torque pliers are equipped with a mechanical hydraulic chain device encircling the pliers which transfers and supplies hydraulic pressure fluid to the pliers' clamping jaws during the pliers' rotation about the longitudinal axis of the pipe.

Fra blant annet petroleumsutvinning er det kjent at det anvendes momenttenger for å montere og demontere rørlengder til boreoperasjoner. From, among other things, petroleum extraction, it is known that torque wrenches are used to assemble and disassemble lengths of pipe for drilling operations.

Det er vanlig å benytte mekaniserte rørtenger, på fagspråket kalt Iron Rough-necks. It is common to use mechanized pipe pliers, known in the technical language as Iron Rough-necks.

Det finnes flere utførelser for momenttenger, den vanligste er forsynt med en fast radiell åpning for radiellforskyvning i horisontalplanet når den settes inn eller fjernes fra rørstrengen. Momenttengene er normalt utført med en spinnerenhet som etter at rørskjøtene er sentrert i forhold til hverandre foretar hurtigrotasjon av rør-forbindelsen til et begrenset tiltrekningsmoment. Deretter overtar en hydraulisk jekkeanordning som i flere sekvenser trekker gjengeforbindelsen til ønsket moment. There are several designs for torque wrenches, the most common being provided with a fixed radial opening for radial displacement in the horizontal plane when it is inserted or removed from the pipe string. The torque wrenches are normally made with a spinner unit which, after the pipe joints are centered in relation to each other, rapidly rotates the pipe connection to a limited tightening torque. A hydraulic jack device then takes over, which in several sequences pulls the threaded connection to the desired torque.

Det finnes også momenttenger uten en radiell åpning, uten spinner og med kontinuerlig rotasjon til ønsket tiltrekkingsmoment. There are also torque pliers without a radial opening, without a spinner and with continuous rotation to the desired tightening torque.

Momenttenger der den radielle åpningen kan åpnes og lukkes er også til-gjengelig, men den mekaniske utførelsen blir svært komplisert og denne utførelsen har derfor ikke fått stor anvendelse. Torque pliers where the radial opening can be opened and closed are also available, but the mechanical design becomes very complicated and this design has therefore not been widely used.

Det er innlysende at en variabel radiell åpning av denne art i en momenttang som må kunne rotere kontinuerlig om rørets lengdeakse, er kompliserende for momenttangens konstruksjon. It is obvious that a variable radial opening of this kind in a torque wrench, which must be able to rotate continuously about the tube's longitudinal axis, complicates the construction of the torque wrench.

CA 2 621 570 Al og US 2010/0199812 Al beskriver hver en krafttang som kontinuerlig roterer rør for å opprette eller bryte gjenge- eller rørforbindelser. CA 2 621 570 A1 and US 2010/0199812 A1 each describe power pliers that continuously rotate pipe to make or break threaded or pipe connections.

WO 2004/076805 Al vedrører en rotasjonsenhet for en momenttang som er egnet til å opprette og/eller bryte gjengeforbindelser ved sammenskruing og/eller avskruing av rør. WO 2004/076805 Al relates to a rotation unit for a torque wrench which is suitable for creating and/or breaking threaded connections when screwing together and/or unscrewing pipes.

I de fleste boreoperasjoner er det ønskelig å kunne trekke momenttangen radielt tilbake for å gi plass til spesielle operasjoner, eller å fjerne tangen hvis den havarerer, slik at alternative skruverktøy kan anvendes. I mange operasjoner, spesielt på flytende boreplattformer, er det av sikkerhetshensyn nødvendig med momenttenger med radiell forskyvning. Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe, eller i det minste å redusere én eller flere av ulempene ved den kjente teknikk. In most drilling operations, it is desirable to be able to pull the torque pliers radially back to make room for special operations, or to remove the pliers if it breaks down, so that alternative screw tools can be used. In many operations, especially on floating drilling platforms, radial displacement torque wrenches are required for safety reasons. The purpose of the invention is to remedy, or at least to reduce, one or more of the disadvantages of the known technique.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i etter-følgende beskrivelse og patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the following description and patent claims.

Hovedtrekkene ved oppfinnelsen er angitt i det selvstendige krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav. The main features of the invention are stated in the independent claim 1. Further features of the invention appear in the non-independent patent claims.

Ifølge oppfinnelsen er momenttangen forsynt med en drivring med fortanning som omkranser rørets vertikalakse. Drivringen har en fast fri radiell åpning ut fra rotasjonssenteret. Drivringen er dreibart opplagret i momenttangens hus, og drives på kjent måte ved hjelp av hydrauliske eller elektriske motorer. According to the invention, the torque wrench is provided with a drive ring with serrations that encircles the vertical axis of the pipe. The drive ring has a fixed free radial opening from the center of rotation. The drive ring is rotatably stored in the torque wrench's housing, and is operated in a known manner using hydraulic or electric motors.

I drivringen er det anordnet minst 3 stykker fluidoperert radielt forskyvbare klemanordninger (klembakker). Klembakkene er forsynt med utskiftbare gripere for å oppnå god friksjon mellom rørveggen og klembakkene. At least 3 pieces of fluid-operated radially displaceable clamping devices (clamping jaws) are arranged in the drive ring. The clamping jaws are equipped with replaceable grippers to achieve good friction between the pipe wall and the clamping jaws.

Trykkfluid til operasjon av klembakkene genereres lokalt på drivringen hvor det er anordnet nødvendige hydrauliske komponenter med pumper, ventiler, rør-føringer og oljetank for fluid. Pressurized fluid for operation of the clamping jaws is generated locally on the drive ring where the necessary hydraulic components are arranged with pumps, valves, piping and oil tank for fluid.

Effekttilførsel til hydraulikkanlegget på den roterende drivringen skjer gjennom et endeløst roterbart kjede som er opplagret på drivringer med vendehjul på begge sider av den radielle åpningen og sirkulært om rotasjonssenteret. To motorer på den ikke-roterende delen av momenttangen kan sette kjedet i rotasjon som mottas av to pumper på den roterende drivringen. Motorene er montert med avstand større enn den radielle åpningen og med eget synkroniseringskjede, slik at inngrepet ikke blir forstyrret når den radielle åpningen roterer forbi. Motorene er videre forsynt med koblinger, slik at inngrepet mot kjedet bare aktiveres når det skal overføres effekt til drivringen. Power is supplied to the hydraulic system on the rotating drive ring through an endless rotatable chain which is supported on drive rings with turning wheels on both sides of the radial opening and circularly around the center of rotation. Two motors on the non-rotating part of the torque wrench can set the chain in rotation which is received by two pumps on the rotating drive ring. The motors are mounted with a distance greater than the radial opening and with their own synchronization chain, so that the engagement is not disturbed when the radial opening rotates past. The motors are also equipped with couplings, so that the engagement against the chain is only activated when power is to be transferred to the drive ring.

På drivringen er pumpene forsynt med hver sin tilbakeløpssperre, slik at rotasjon av kjedet i en retning aktiverer en pumpe og gir åpning av klembakkene mens rotasjon av kjedet i motsatt retning aktiverer den andre pumpen og lukker klembakkene. On the drive ring, the pumps are each equipped with a backstop, so that rotation of the chain in one direction activates one pump and opens the clamping jaws, while rotation of the chain in the opposite direction activates the other pump and closes the clamping jaws.

Rotasjonsmotorene for drivringen er forsynt med synkroniseringshjul, slik at inngrepet mot fortanning opprettholdes når hjulene passerer den radielle åpningen. The rotary motors for the drive ring are provided with synchronizing wheels, so that the engagement against toothing is maintained when the wheels pass the radial opening.

I en foretrukket utførelse består momenttangen av en øvre momenttang med roterende drivring i sammontasje med en underliggende fast motholdstang. Sam-montasjen er, ved hjelp av en vertikal struktur, koplet til forskyvbart fundament for horisontal forskyvning av momenttangen. Momenttangen og motholdstangen er normalt innbyrdes forskyvbare for å kunne kompensere for forskyvning under til-trekking av gjengeforbindelsen og for vedlikeholdsadkomst. In a preferred embodiment, the torque wrench consists of an upper torque wrench with a rotating drive ring in assembly with an underlying fixed counter-holding rod. The assembly is, by means of a vertical structure, connected to a displaceable foundation for horizontal displacement of the torque wrench. The torque wrench and the counter-holding rod are normally mutually displaceable in order to compensate for displacement during tightening of the threaded connection and for maintenance access.

I forhold til den kjente teknikk kan tiden som medgår til sammenskruing og demontering av rørskjøter reduseres vesentlig i det at momenttangen utfører både spinnerfunksjon og momenttiltrekking i en kontinuerlig operasjon. Ved å unngå en variabel åpning og lukking av radiell åpning får momenttangen en enkel og robust konstruksjon med forbedret driftssikkerhet og vedlikehold. In relation to the known technique, the time involved in screwing together and dismantling pipe joints can be significantly reduced in that the torque wrench performs both spinner function and torque tightening in a continuous operation. By avoiding a variable opening and closing of the radial opening, the torque wrench has a simple and robust construction with improved reliability and maintenance.

I etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelse som er beskrevet og vist på etterfølgende beskrivelse og tegninger, hvor: Fig 1 viser perspektivisk montasje av en momenttang med motholdstang og fundament; Fig 2 viser en momenttang med roterende drivring og tilhørende drivmotorer og pumper og motorer for effektove rf øring til den roterende drivring; Fig 3 viser et snitt gjennom momenttangen; Fig 4 viser i detalj roterende klembakker; Fig 5 viser et arrangement for effektoverføring mellom en fastdel og en roterende drivring med klembakker; Fig 6 viser et prinsipp for synkronisering og tilkopling av motorer med endeløst kjedeoverføring; In what follows, an example of a preferred embodiment is described and shown in the subsequent description and drawings, where: Fig 1 shows perspective assembly of a torque wrench with counter-holding rod and foundation; Fig 2 shows a torque wrench with rotating drive ring and associated drive motors and pumps and motors for power transmission to the rotating drive ring; Fig 3 shows a section through the torque wrench; Fig 4 shows in detail rotating clamping jaws; Fig 5 shows an arrangement for power transmission between a fixed part and a rotating drive ring with clamping jaws; Fig 6 shows a principle for synchronizing and connecting motors with endless chain transmission;

Fig 7 viser et prinsipp av hydraulisk anlegg på en roterende drivring. Fig 7 shows a principle of a hydraulic system on a rotating drive ring.

På tegningene betegner henvisningstall 1 et borerør med gjenget rørkobling 2 for sammenføyning av to borerør. Momenttangen med omliggende stålstrukturer 7 og 11, samt drivmotorer 6, er forbundet med en struktur 4 forskyvbart langs en vertikal bjelke 10. Motholdstangen med omliggende stålstruktur 8 er forbundet med en struktur 5 som også er vertikalt forskyvbar langs bjelken 10. Bjelken 10 er for bundet med et fundament 3 som kan forskyves radielt i forhold til røret 1 sin vertikalakse, slik at hele tangkonstruksjonen kan trekkes bort fra rørsenteret. In the drawings, reference number 1 denotes a drill pipe with threaded pipe coupling 2 for joining two drill pipes. The torque clamp with surrounding steel structures 7 and 11, as well as drive motors 6, is connected to a structure 4 displaceable along a vertical beam 10. The counter-holding rod with surrounding steel structure 8 is connected to a structure 5 which is also vertically displaceable along the beam 10. The beam 10 is too tied with a foundation 3 which can be displaced radially in relation to the pipe 1's vertical axis, so that the entire pincer structure can be pulled away from the pipe centre.

Selve momenttangen er bygget opp omkring et ytre hus bestående av et ytterhus av platekonstruksjoner 9 og 11. Drivring 12 er rotasjonsfritt opplagret i huset 11 og forsynt med en fortanning som går i inngrep med fire stykker motorer 6 gjennom tannhjul 46. Motorene 6 er rotasjonsstivt synkronisert med tannhjul 14, slik at når rotasjonen passerer åpning 45 beholdes riktig inngrep mot fortanningen på drivringen 12. The torque wrench itself is built around an outer housing consisting of an outer housing of plate constructions 9 and 11. Drive ring 12 is stored non-rotationally in the housing 11 and provided with a toothing that engages with four pieces of motors 6 through gears 46. The motors 6 are rotationally rigidly synchronized with gear wheel 14, so that when the rotation passes through opening 45, the correct engagement with the toothing on the drive ring 12 is maintained.

På drivringen 12 er det anordnet et endeløst kjede 15 som løper over enderuller 20 på hver side av den radielle åpning 45. På drivringen 12 er det også anordnet føringer 45 som holder kjedet 15 i riktig posisjon i forhold til rotasjonssenteret. An endless chain 15 is arranged on the drive ring 12 and runs over end rollers 20 on each side of the radial opening 45. Guides 45 are also arranged on the drive ring 12 which keep the chain 15 in the correct position in relation to the center of rotation.

Kjedet 15 kan settes i rotasjon ved hjelp av motorene 18 og 19 som er forbundet med kjedet 15 gjennom tannhjul 27, 28. Motorene 18 og 19 kan rotasjonsstivt synkroniseres ved hjelp av et endeløst kjede 29 og tannhjul 43 koblet til utgående motoraksel 41. Med koblingen 30 kan motorene kobles til og fra tannhjulet 27, 28, slik at drivringen 12 kan rotere uten påvirkning fra motorene 18 og 19. Motorene kobles bare inn når drivringen står stille og klembakker skal aktiveres. The chain 15 can be set in rotation by means of the motors 18 and 19 which are connected to the chain 15 through gears 27, 28. The motors 18 and 19 can be rotationally rigidly synchronized by means of an endless chain 29 and gear 43 connected to the output motor shaft 41. With the coupling 30, the motors can be connected to and from the gear wheel 27, 28, so that the drive ring 12 can rotate without influence from the motors 18 and 19. The motors are only connected when the drive ring is stationary and the clamping jaws are to be activated.

Koblingen 30 består av inngående og utgående splineaksler 41 og 42 koblet sammen med en forskyvbar hylse 40 som betjenes av hydrauliske eller elektriske signaler 31. The coupling 30 consists of input and output spline shafts 41 and 42 connected together with a displaceable sleeve 40 which is operated by hydraulic or electrical signals 31.

Når klembakkene 22, 24 skal aktiveres, står drivringen 12 stille. Motorene 18 og 19 kobles til tannhjulene 27, 28 ved aktivering av koblingen 30. When the clamping jaws 22, 24 are to be activated, the drive ring 12 is stationary. The motors 18 and 19 are connected to the gears 27, 28 when the coupling 30 is activated.

Tannhjulene 27, 28 går i inngrep med kjedet 15 som settes i rotasjon og driver tannhjul 35. Tannhjulene 35 er forbundet med hver sin hydraulisk pumpe 16 og 17 gjennom en tilbakeløpssperre 33 med fjær 34. Avhengig av hvilken retning 37, 38 (vist på fig. 7) som kjedet 12 (dvs. kjedet 15 på drivringen 12) roterer, vil en av pumpene 16 eller 17 bli aktivert og gi fluid med trykk. The gears 27, 28 engage with the chain 15 which is set in rotation and drives gear 35. The gears 35 are connected to each of the hydraulic pumps 16 and 17 through a non-return valve 33 with spring 34. Depending on which direction 37, 38 (shown in fig .7) as the chain 12 (ie the chain 15 on the drive ring 12) rotates, one of the pumps 16 or 17 will be activated and provide pressurized fluid.

Pumpen 16 er en variabel hydraulikkpumpe som regulerer ned volumet når trykket øker. Denne pumpen blir gjennom automatisk aktivering av ventilen 36 koblet til den siden av klembakkene 22 som yter klemkraft mot rørveggen. Pumpen 17 er en fast volumpumpe som aktiveres og gir trykk når klembakkene skal trekkes bort fra rørveggen. The pump 16 is a variable hydraulic pump that regulates the volume down when the pressure increases. Through automatic activation of the valve 36, this pump is connected to the side of the clamping jaws 22 which provides clamping force against the pipe wall. The pump 17 is a fixed volume pump which is activated and provides pressure when the clamping jaws are to be pulled away from the pipe wall.

Klembakkene 22 har et indre stempel 23 som er forbundet mot ytre stålstruktur 21 gjennom adapter 26. The clamping jaws 22 have an inner piston 23 which is connected to the outer steel structure 21 through an adapter 26.

En hydraulikkenhet, montert på den roterende drivring 12, er forsynt med egen hydraulikktank 32 og rørføringer 39. A hydraulic unit, mounted on the rotating drive ring 12, is provided with its own hydraulic tank 32 and piping 39.

Claims

1. Torque wrench for assembling pipes (1) with screw connections (2) for use when drilling in the ground, as is known from the petroleum industry, where the torque wrench comprises a radial opening (45) for inserting and/or removing pipe or threaded connections and a drive ring (12) which is rotatably stored in surrounding structures (7, 11, 9, 8), where the drive ring (12) is connected to a structure (21) assigned to radially displaceable (44) clamping jaws (22, 24) ), and where power transmission for operating pumps (16, 17) which is mounted on the rotating drive ring (12) with the radial opening (45), takes place via an endless chain (15) driven by motors (18, 19), characterized in that the motors (18, 19) are rotationally rigidly synchronized by means of a synchronization chain (29) via gears (43, 27, 28), and that the chain (15) drives gears (35) which are connected to the hydraulic pumps (16, 17 ), as a coupling with a non-return valve (33) is arranged between the pumps (16, 17) and the gears (35).

2. Torque clamp according to claim 1, characterized in that a coupling (30) between the motors (18, 19) is arranged for connecting and disconnecting rotation.

3. Torque wrench according to claim 2, characterized in that the motors (18, 19) are connected to and from the gears (27, 28) by means of the coupling (30), so that the drive ring (12) can rotate without influence from the motors (18, 19) .

4. Torque wrench according to claim 2 or 3, characterized in that the coupling (30) comprises input and output spline shafts (41, 42) connected together with a displaceable sleeve (40) which is operated by hydraulic or electrical signals.

5. Torque wrench according to one of claims 1-4, characterized in that a sequence valve (36) is arranged between the pumps (16, 17) which controls the oil flow depending on the direction of rotation of the pumps.

6. Torque wrench according to one of claims 1-5, characterized in that the backflow preventer (33) further comprises a spring (34).

7. A torque wrench according to one of claims 1-6, characterized in that the drive ring (12) is provided with a toothing which engages with motors (6) through gears (46).

8. Torque wrench according to claim 7, characterized in that the motors (6) are rotationally rigidly synchronized with the gear wheel (14), so that, when the rotation passes the radial opening (45), the correct engagement against the toothing on the drive ring (12) is maintained.

9. Torque pliers according to one of claims 1-8, characterized in that the endless chain (15) runs over end rollers (20) on each side of the radial opening (45).

10. A torque wrench according to one of claims 1-9, characterized in that guides (45) are further arranged on the drive ring (12) which hold the chain (15) in the correct position in relation to the center of rotation.

11. Torque wrench according to one of claims 1-10, characterized in that the pump (16) is a variable hydraulic pump which regulates the volume down when the pressure increases.

12. Torque wrench according to one of claims 1-11, characterized in that the pump (17) is a fixed volume pump which is activated and provides pressure when the clamping jaws are to be pulled away from the pipe wall.

13. Torque pliers according to one of claims 1-12, characterized in that the clamping jaws comprise an inner piston (23) which is connected to the outer steel structure (21) through an adapter (26).

14. A torque wrench according to one of claims 1-13, characterized in that a hydraulic unit is mounted on the rotating drive ring (12) and is provided with its own hydraulic tank (32) and pipe guides (39).