NO339602B1 - Toppdrevet rotasjonssystem for kopling av fôringsrør - Google Patents

Description

TOPPDREVET ROTASJONSSYSTEM FOR KOPLING AV FORINGSRØR

Den herværende oppfinnelse retter seg mot borehullsoperasjoner, toppdrevne rotasjon ssy ste me r, doppdrevne foringsrørsystemer og operasjoner, dreiemomenthoder, toppdrevne rotasjonssystemer med dreiemomenthoder og fremgangsmåter som gjør bruk av disse.

Kjent teknikk beskriver mange systemer og fremgangsmåter for kjøring av foringsrør. Kjent teknikk beskriver også en rekke systemer som benytter et toppdrevet rotasjonssystem for å kjøre foringsrør. Visse toppdrevne rotasjonssystemer ifølge kjent teknikk innbefatter påsetting av en elevator (spider) (f.eks. men ikke begrenset til, en fluktende montert elevator) som er opphengt i bøylene nedenunder det toppdrevne rotasjonssystem. Bøylene blir deretter festet stivt til en aksel i det toppdrevne rotasjonssystem for derved å påvirke den fluktende montert elevator til å rotere i harmoni med hvilken som helst rotering av akselen. Inngrep mellom den fluktende monterte eleva-tors holdekiler og en foringsrørlengde eller streng bevirker at foringsrøret roterer ko-ordinert i harmoni med elevatoren. Fig. 17 viser et toppdrevet rotasjonssystem ifølge kjent teknikk, hvor den samlede sammenstilling nedenfor et drivutstyr kan rotere og samlet blir kalt et "rørhåndterings-" eller "håndterings-"system. Disse rørhåndterings-systemer kan lages slik at de dreier samordnet med akselen ved at bøylene festes stivt til akselen. I visse utførelser av et slikt system er rotasjonen, siden rørhåndte-ringssystemet i det toppdrevne rotasjonssystem til enhver tid roterer sammen med verktøyet, begrenset til hastighetsgrensen ifølge spesifikasjonene for systemets tet-ninger og lagre, omtrent 6 rpm i noen tilfeller. Dette kan forlenge foringsjobben med flere timer. Det er derfor behov for et system som kan rotere betydelig hurtigere under innspinningsfasen i en sammenskruing, slik som en tang, og som bare ville gjøre bruk av en rørhåndteringsinnretning for å rotere verktøyet etter sammenskruing der-som det oppstår en situasjon med fastsittende rør. En annen ulempe med systemer slik som det som er vist på fig. 17, er at når dreiemomenthodet gjøres til den primære heiseinnretning, økes anordningens kostnad, og dette gjør det i mange tilfeller også nødvendig å fremstille eller eie dreiemomenthodesammenstillinger i forskjellige stør- reises-/ tonnlastområder for å dekke både forskjellige størrelsesområder og, innenfor størrelsesområder, ulike tonnlaster. Det er derfor behov for et system som tillater en rigg å benytte heiseutstyr den allerede har, for primærheising og et system med et dreiemomenthode som er lettere, dvs. en mindre kostbar anordning som lar seg bruke universelt innenfor et størrelsesområde uansett tonnlastkrav.

Med mange kjente anordninger, apparater og systemer ifølge kjent teknikk for griping av foringsrør, f.eks. med kjever, innsatser eller bakker, blir foringsrøret skadet. Slik skade kan resultere i foringsrør som ikke kan brukes. Når det kreves førsteklasses rør, blir slik skade meget dyr.

Det er derfor behov for et rasjonelt og effektivt system og en fremgangsmåte for kjø-ring av foringsrør (tilskruing og fraskruing av forbindelser) med et toppdrevet rotasjonssystem, hvilke sørger for kontinuerlig fluidsirkulasjon under kjøreoperasjoner. Det er også ønskelig rasjonelt og effektivt å rotere foringsrør og påføre nedadrettet kraft på en foringsrørstreng mens strengen installeres i et borehull. Det er videre ønskelig å redusere skader på foringsrør, og det er behov for et apparat som griper fo-ringsrør, men ikke låser seg fast på foringsrøret.

Patentdokument US 5297833 viser et apparat for å gripe, støtte og rotere et brønnrør. Apparatet anvender et todelt gripeelement som omfatter en nedre gripedel formet for å kobles til en skråstilt skulder for å gi støtte til røret, og en øvre gripedel formet for å kobles til en skjøt for rotasjon.

Patentdokument US 4494424 viser en rørtang for å koble sammen eller koble fra bo-rerør eller foringsrør. Rørtangen drives av et kjede og omfatter et hovedgir med et åpent senter for røret. Patentdokument US 3635105 viser en krafttang for å koble sammen eller koble fra borerør eller foringsrør. Krafttangens hode omgir brønnrøret og omfatter en ytre drivring og en indre ring relativt roterbar i forhold til den ytre ringen. Den indre ringen omfatter gripeelementer som kobles til røret og sentrerer røret.

I overensstemmelse med et første aspekt ved den herværende oppfinnelse er det til-veiebrakt et dreiemomenthode som skal gripe rørelementer, hvilket dreiemomenthode omfatter et hus og en gripemekanisme som er festet inne i huset for selektivt å gripe et rørelement, hvilken gripemekanisme innbefatter i det minste én kjeve som selektivt kan beveges mot og bort fra et parti av et rørelement inne i huset, hvor den i det minste ene kjeve har derpå montert holdekileanordning som skal gå i inn grep med partiet av rørelementet, og holdekileanordningen innbefatter bakkeanord ning som er bevegelig montert på den i det minste ene kjeve, og bakkeanordningen er bevegelig med hensyn til den i det minste ene kjeve, slik at rørets relative bevegelse med hensyn til dreiemomenthodet er mulig i den utstrekning bakkeanordningen er bevegelig.

I overensstemmelse med et andre aspekt ved den herværende oppfinnelse er det til-veiebrakt et toppdrevet rotasjonssystem som omfatter et toppdrevet rotasjonssystem, bøyler som er forbundet med og strekker seg nedenunder det toppdrevne rotasjonssystem, rørklaveanordning forbundet med en nedre ende av bøylene, skruanordning som er forbundet med det toppdrevne rotasjonssystem og plassert nedenfor dette, og et dreiemomenthode som beskrevet ovenfor, forbundet med det toppdrevne rotasjonssystem for selektivt å bli rotert av og sammen med dette. Dreiemoment-hodet er plassert nedenfor skruanordningen.

I overensstemmelse med et tredje aspekt ved den herværende oppfinnelse er det til-veiebrakt en fremgangsmåte for å forbinde et første rørelement med et andre rørele-ment, hvilken fremgangsmåte omfatter å bringe det første rørelement i inngrep med en første rørklave som er festet til og nedenfor en andre rørklave, idet den andre rør-klave omfatter en komponent i et toppdrevet rotasjonssystem som beskrevet ovenfor, å løfte det første rørelement over det andre rørelement mens det andre rørelement holdes på plass av en elevator (spider), å senke det toppdrevne rotasjonssystem, slik at en øvre ende av det første rørelement føres inn i dreiemomenthodet, og å gripe nevnte øvre ende med dreiemomenthodet, å senke det først rørelement med det toppdrevne rotasjonssystem, slik at en nedre gjenget ende av rørelementet føres inn i en øvre gjenget ende av det andre rørelement, og å rotere det første rørelement med det toppdrevne rotasjonssystem for å gjengekople det første rørelement til det andre

I overensstemmelse med et fjerde aspekt ved den herværende oppfinnelse er det til-veiebrakt et system for håndtering av borehullsrør, hvilket omfatter et toppdrevet rotasjonssystem, et dreiemomenthode som beskrevet ovenfor, og som kan koples til det toppdrevne rotasjonssystem, og en koplingsanordning som kan koples mellom det toppdrevne rotasjonssystem og dreiemomenthodet, hvilken koplingsanordning omfatter en kløtsjmekanisme.

Ytterligere foretrukne trekk er fremsatt i de uselvstendige patentkrav.

Foretrukne utførelser av den herværende oppfinnelse tilveiebringer et system med et toppdrevet rotasjonssystem og dettes tilhørende apparat samt et dreiemomenthode som er koplet til og nedenfor det toppdrevne rotasjonssystem på en rigg for selektivt å gripe foringsrør. Den herværende oppfinnelse beskriver i visse utførelser et dreiemomenthode som er anvendelig i slike systemer og fremgangsmåter, hvilket dreiemomenthode har kjever med gripeelementer, innbefattet, men ikke begrenset til, holdekiler, bakker og innsatser; og ifølge ett spesielt aspekt holdekiler med bevegelige bakker eller innsatser som har noen grad av aksial frihet med hensyn til kjevene, slik at ifølge ett aspekt, når holdekilene først går i inngrep med utsiden av en foringsrør-seksjon, beveger bakkene eller innsatsene seg snarere aksialt enn radialt med hensyn til foringsrøret, dvs. innledningsvis biter de seg ikke inn, eller de biter seg bare mini-malt inn, i foringsrøret. Deretter, når foringsrøret beveges av det toppdrevne rotasjonssystem, tillater holdekilene begrenset vertikal bevegelse både oppover og nedover. Dette tillater holdekilene, bakkene eller innsatsene å bevege seg oppover i forhold til holdekilene når de går i inngrep med foringsrøret, og å bevege seg nedover i forhold til holdekilene når de frigjøres fra foringsrøret.

I visse utførelser er det montert et fluidsirkuleringsverktøy eller apparat i et dreiemomenthode. En del av dette verktøy føres inn i toppen av en foringsrørlengde når lengden heises og klargjøres for å koples sammen med en foringsrørstreng. Med egnede tettende pakninger fylles lengden med sirkulasjonsfluid og blir deretter ført i stilling ovenfor foringsrørstrengen. Når sammenkoplingen tar til, blir sirkulasjonsfluid sirkulert gjennom lengden og inn i foringsrørstrengen.

I visse spesielle utførelser av den herværende oppfinnelse, blir relativ aksial bevegelse av dreiemomenthodet med hensyn til en foringsrørlengde grepet av holdekilene også muliggjort ved at det tilveiebringes en festeplatesammenstilling som innbefatter bolter som holder denne sammen, og fjærer som tillater noe, kontrollert aksial bevegelse av dreiemomenthodet. Med holdekilene i inngrep med foringsrøret blir en dreiemoment-hodetrommel festet stivt i forhold til foringsrøret, og hvis foringsrøret er koplet sammen med strengen, eller gripes ved elevatoren (spider), bevirker nedadrettet kraft på dreiemomenthodesammenstillingen at fjærene som er plassert i topplaten, trykkes sammen og gir rom for begrenset aksial bevegelse i forhold til foringsrøret og rørkla-ven, forutsatt at rørklavens holdekiler er i inngrep på foringsrøret. Et slikt dreiemomenthode kan brukes sammen med de tidligere nevnte bevegelige bakker osv. (hvilke går i inngrep med foringsrøret når de beveges aksialt nedover i forhold til dreiemomenthodets innvendige diameter), hvilke bringes ut av inngrep med aksial bevegelse oppover i forhold til en indre diameter i dreiemomenthodet. I det tilfelle at dreiemomenthodesammenstillingen utsettes for en farlig aksial belastning av en forhåndsbestemt størrelse (f.eks., men ikke begrenset til, omtrent 100 tonn eller mer) svikter boltene før det blir gjort vesentlig skade på dreiemomenthodet. Når boltene svikter, skilles topplatesammenstillingen fra dreiemomenthodetrommelen, mens holdekilene i dreiemomenthodet blir værende i inngrep på foringsrøret, hvilket bevirker at trommelen og holdekilemekanismen innenfor trommelen forblir fast festet til foringsrøret og hindrer dette fra å falle fritt ned på riggdekket. Dette reduserer også muligheten for at gjenstander faller ned (f.eks. dreiemomenthodet) og skader personell.

Ifølge visse aspekter blir selektivt styrte stempelsylinderanordninger brukt for å bevege holdekilene inn i og ut av inngrep med en foringsrørlengde. I visse utførelser har stempelsylindersammenstillingene interne strømningsreguleringsventiler og akkumula-torer, slik at når holdekilene er brakt i inngrep med foringsrøret, blir hydraulisk trykk opprettholdt i sylindrene, og holdekilene blir værende i inngrep med foringsrøret.

Fremgangsmåter ifølge den herværende oppfinnelse med systemer ifølge den herværende oppfinnelse er mer automatiserte enn tidligere systemer fordi i ulike systemer ifølge kjent teknikk kan dreiemomenthodet låse seg til foringsrøret når holdekilene i en rørklave (eller annen opphengnings-/fastspenningsanordning) bringes i inngrep med foringsrøret etter at dreiemomenthodets holdekiler er blitt brakt i inngrep. Denne tilstand er et resultat av aktiveringen av hydrauliske sylindrer og deretter at det ikke er mulig å tilveiebringe tilstrekkelig kraft til å frigjøre holdekilene og overvinne den mekaniske kraftforsterkning skapt gjennom holdekilesammenstillingers kilevirkning, uten noen relativ vertikal bevegelse av foringsrøret. Med rørklavens holdekiler satt hindres denne relative vertikale bevegelse av foringsrøret. Det samme forhold gjør seg gjeldende for rørklavens holdekiler i forskjellige systemer ifølge kjent teknikk, slik at dreiemomenthodet og rørklaven låses fast på foringsrøret. Det blir tatt i bruk forskjellige fremgangsmåter for å hindre eller forebygge fastlåsing av dreiemomenthodet på foringsrøret. Ifølge ett aspekt er bakkene i stand til noe vertikal bevegelse i forhold til holdekilene. Ifølge et annet aspekt ved dreiemomenthodetrommelen tillates noe begrenset vertikal bevegelse i forhold til foringsrøret på grunn av den todelte konstruk-sjon i toppsammenstillingen i dreiemomenthodetrommelen hvori det inngår fjærskiver. Når behovet for å bruke en krafttang for å trekke til en foringsrørstreng elimineres, slik som med systemer ifølge den herværende oppfinnelse, elimineres også behovet for mannskap til å kjøre tangen.

I det minste visse foretrukne utførelser av den herværende oppfinnelse tilveiebringer systemer og fremgangsmåter for kjøring av foringsrør med et toppdrevet rotasjonssystem som gir automatiserte operasjoner; slike systemer og fremgangsmåter som sørger for kontinuerlig fluidsirkulasjon under operasjoner; slike systemer og fremgangsmåter som reduserer eller eliminerer skade på foringsrør ved bruk av gripere med bevegelige bakker eller innsatser (som setter eller ikke setter merker); som hindrer en skruanordning fra å bli låst på foringsrøret, og/eller som reduserer eller eliminerer aksial belastning på en skruanordning og/eller ved å legge til rette for skjæ ref ri - gjøring av dreiemomenthodet fra en gjenstand, f.eks. et dertil koplet toppdrevet rotasjonssystem.

Det vil nå, bare som eksempel, bli beskrevet noen foretrukne utførelser av oppfinnel-sen, idet det henvises til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et perspektivisk oppriss av et system ifølge den herværende oppfinnelse; Fig. 2 er et perspektivisk oppriss av en del av et dreiemomenthode ifølge den herværende oppfinnelse; Fig. 3 er et eksplodert oppriss av dreiemomenthodet på fig. 2; Fig. 4 er et planriss av deler av dreiemomenthodet på fig. 2, sett ovenfra; Fig. 5 er et sideriss i tverrsnitt av en del av dreiemomenthodet på fig. 2; Fig. 6 er et forstørret oppriss av en stempelsylinderanordning i dreiemomenthodet på fig. 2; Fig. 7 er et perspektivisk oppriss av dreiemomenthodet på fig. 2 med et sirkulasjons-apparat i dette; Fig. 8, 9 og 10 er sideriss i tverrsnitt og viser virkemåten til en holdekile ifølge den herværende oppfinnelse. Fig. 8A er et tverrsnittsoppriss av en del av fig. 8; Fig. 11 er et skjematisk oppriss av en hydraulikkrets som er effektiv sammen med et dreiemomenthode og system ifølge den herværende oppfinnelse; Fig. 12-16 er sideriss av trinn i en fremgangsmåte som benytter et system ifølge den herværende oppfinnelse;

Fig. 17 er et sideriss av et toppdrevet rotasjonssystem ifølge kjent teknikk; og

Fig. 18 er et sideriss i tverrsnitt av en kopling i et toppdrevet rotasjonssystem for fo-ringsrør.

Det vises nå til fig. 1 hvor et system 10 ifølge den herværende oppfinnelse innbefatter et toppdrevet rotasjonssystem 20, en momentnøkkelsammenstilling 30 som brukes som hjelpeanordning, en rørklave 40 (som også kan være hvilken som helst egnet opphengbar anordning eller innretning for selektiv fastspenning), en rørhåndterings-innretning 50 og et dreiemomenthode 100. Rørklaven 40 er opphengt via bøyler 42 fra øyne 22 i det toppdrevne rotasjonssystem 20. Momentnøkkelsammenstillingen 30 er opphengt via en støtte 32 fra det toppdrevne rotasjonssystem 20.

Et momentmellomstykke 60 forbinder en spindel 24 (også kalt en "aksel") i det toppdrevne rotasjonssystem 20 og toppen av en foringsrørlengde 12 som strekker seg inn i dreiemomenthodet 100. Rotasjon av spindelen 24 via det toppdrevne rotasjonssystem 20 roterer momentmellomstykket 60 og foringsrørlengden 12. Et øvre parti av foringsrøret 12 (eller av en foringsrørkopling hvis slik brukes) strekker seg inn i dreiemomenthodet 100.

Et selektivt betjenbart bøylebevegelsesapparat 70 (også kalt en "rørhåndteringsinn-retning") beveger bøylene 42 og rørklaven 40 etter ønske. Det toppdrevne rotasjonssystem 20 er bevegelig montert på en del 14 av en rigg (ikke vist). Det toppdrevne rotasjonssystem, det toppdrevne rotasjonssystems styringer, momentnøkkelsammen-stillingen, momentmellomstykket, rørklaven, bøylebevegelsesapparatet og rørhåndte-ringsinnretningen kan være hvilke som helst egnede kjente apparater som har vært benyttet, blir benyttet og/eller er kommersielt tilgjengelige.

Dreiemomenthodet er fortrinnsvis plassert ovenfor rørklaven, og dreiemomenthodet er koplet til det toppdrevne rotasjonssystems spindel. I én spesiell utførelse rager spindelen eller "akselen" nedover og omtrent 143 mm (5,625 tommer) inn i en øvre trommel i dreiemomenthodet.

Ved å styre og selektivt rotere spindelen 24 med det toppdrevne rotasjonssystem 20, styres løfting, senking og skruing av foringsrøret via styringer 16 (vist skjematisk) i det toppdrevne rotasjonssystem 20. Momentmellomstykket 60 er forbundet med og kommuniserer med styringene 16, og det overvåker dreiemoment påført foringsrøret, f.eks. under en sammenskruingsoperasjon.

Med spindelen eller akselen 24 grepet av hjelpesammenstillingen 30, roterer bøylene 42, rørklaven 40 og dreiemomenthodet 100 sammen og roterer derved en foringsrørs-treng (ikke vist) hvis øvre rørlengde er grepet av dreiemomenthodet 100 under nedsenking eller heving av strengen. Dette er fordelaktig da det i tilfelle foringsrøret skul-le sette seg fast under kjøreoperasjoner, er ønskelig å kunne rotere foringsrørstrengen mens den føres ned.

Som vist på fig. 7, har et kommersielt tilgjengelig påfyllingssirkulasjonsverktøy 80 (f.eks., men ikke begrenset til, et Auto-Seal-Circulation-verktøy fra LaFleur Petroleum Services) inne i dreiemomenthodet 100 en ende 81 som blir ført inn i foringsrørleng-den 12 når lengden 12 blir heist opp av riggens heisespill og klargjort for sammenskruing med en foringsrørstreng som strekker seg fra riggen og ned i et borehull i jorden. Et nedre pakningselement 82 i verktøyet 80 avtetter det innvendige rom i lengden 12, slik at lengden kan fylles med sirkulasjonsfluid eller slam. Ved at verkt-øyet 80 beveges videre nedover inne i lengden 12 og avtetter foringsrørets indre med et øvre pakningselement 83, gjennomføres sirkulasjon av borefluid gjennom dreiemomenthodet, gjennom foringsrøret og til foringsrørstrengen.

Som vist på fig. 2-7, har dreiemomenthodet 100 et ytre hus eller trommel 102 med øvre utsparinger 104 som motsvarer utspring 108 i en topplate 106. Bolter 109 bolter topplaten 106 til huset 102. En nivellerstang 110 med tre underelementer 111, 112, 113 som er boltet sammen med bolter 114, er festet via gjenger til stempelsylinderanordninger beskrevet nedenfor via pinner eller bolter, og stempelsylinderanordningene er forbundet med huset 102 beskrevet nedenfor (via festeklamre). Nedre hylsepar-tier 121, 122, 123 festet med bolter 115 til en ring 116 holdes fra hverandre av tre kjeveføringer 131, 132, 133 som er festet til ringen 116 (fig. 2) med bolter 117. Kjever 141, 142, 143 har hver et øvre element 144 plassert mellom ører 119 på stangen 110, hvert med en aksel 145 som beveger seg i en motsvarende spalte 118 i nivellerstangen 110 når de heves og senkes av stempler 154 i stempelsylinderanordninger 151, 152, 153. De nedre ender av stemplene 154 er gjenget for å forbindes med en del av stangen 110. Holdekiler 160 er festet til kjevene. Styringene 16 og fluidkraft-systemet knyttet til disse eller hvilket som helst typisk fluidkraftsystem for rigg kan brukes for selektivt å aktivere og deaktivere stempelsylinderanordningene.

Skjermer 107 er boltet med bolter 105 til huset 102. Hver stempelsylinderanordning 151, 152, 153 har strømningsledninger 155, 156 som står i fluidforbindelse med den for selektivt å tilføre kraftfluid til stempelsylinderanordningen. Hver stempelsylinderanordning 151-153 er med en pinne 157 forbundet med huset 102, f.eks. via klamre.

Den hule øvre trommel 127 med en flens 128 er boltet til topplaten 106 med bolter 129. Den øvre trommel 127 kan valgfritt være montert på huset 102 som vist på fig. 4 og 5 med bolter 129 som strekker seg gjennom flensen 128 med egnede underlags-skiver eller fjærer 136, f.eks., men ikke begrenset til, tallerkenfjærer, rundt hver bolt. Hver bolt 109 strekker seg ned og inn i en nedre flens 125 på den øvre trommel 127. Det er selvsagt innenfor denne oppfinnelses ramme at den øvre trommel 127 er mon tert ettergivende og bevegelig på topplaten 106 med hvilke som helst egnede festean-ordninger (skruer, bolter, nagler eller pinner) og å bruke hvilken som helst egnet fjær, fjærer eller fjærinnretning(er) mellom den øvre trommel 127 og platen 106 for å tilveiebringe en ønsket grad av aksial bevegelse mellom disse to elementer. Dette tillater i sin tur kontrollert, relativ, aksial bevegelse av dreiemomenthodet i forhold til fo-ringsrøret på grunn av bevegelsen av bakkene med hensyn til holdekilene 160. Noen av tallerkenfjærene 136 befinner seg i utsparinger 137 i platen 106.

Som vist på fig. 3, har de nedre hylser hver et skråparti 166 som letter innføring av en topp av en foringsrørlengde i dreiemomenthodet 100. Hver kjeveføring har også et skråparti 167 som letter innføring av en topp av en foringsrørlengde i dreiemoment-hodet 100. Hver nedre hylse 121-123 er plassert bak ett av øreparene 119 på nivellerstangen 110 og tjener som støtte eller stopper for hver kjeve. Kamstøtere 119b er festet til holdekilene og montert i skråstilte spalter 119a på nivellerstangen 110 i øre-ne 119 på nivellerstangen 110. Dette legger til rette for fri bevegelse av holdekilene på skrå i forhold til hylsene.

Ledninger 155, 156 står i fluidforbindelse med et system (ikke vist) for selektivt å til-føre fluid under trykk, f.eks. et typisk fluidtrykksystem for rigg. Ledningene forbinder de hydrauliske aktiveringssylindrer med en hydraulisk rotasjonssvivelkopling 206 (se fig. 11) som tillater hydraulikkfluid å bli fordelt til sylindrene når disse roterer sammen med det toppdrevne rotasjonssystems spindel eller aksel. Rotasjonssvivelkoplingen 206 tillater sylindrene å rotere uten å vri hydraulikkledningene. Sylindrene styres av en fjernt plassert velgerventil (element 222, fig. 11). Fig. 11 viseren fluidstyringskrets 200 ifølge den herværende oppfinnelse for hvert stempelsylinderanordning 151-153. Et par styretrykkbetjente tilbakeslagsventiler 218, 220 avføler et styretrykk via ledninger 215 og 216. Hvis trykket underskrider en forhåndsbestemt verdi, stenger ventilene ledningene 155, 156 og holder derved hydrau-likkfluidet under trykk i disse og hindrer stemplene 154 fra å bevege seg. Kjevene 141-143 holdes således i inngrep mot et foringsrør med et parti i dreiemomenthodet 100. En akkumulator 204 holder fluid under trykk for å sørge for etterfyllingshydrau-likkfluid og opprettholde trykket på sylindrene (f.eks. hvis fluid går tapt på grunn av lekkasje ved tetningsskade). Strømning til og fra rotasjonsenheten ved denne svivel-kopling 206, ventil 202, akkumulator 204 og stempelsylinderanordningene 151-153 styres av en typisk flerposisjonsventil (f.eks., men ikke begrenset til, en treposisjons toveisventil med åpent senter) og styringsapparat 210 som kan aktiveres manuelt eller automatisk. Fig. 8-10 illustrerer bevegelse av holdekilene 160 med hensyn til kjevene 141-143 (og således den mulige relative bevegelse av et rør, slik som foringsrør, i forhold til dreiemomenthodet). Disse holdekilers 160 kontrollerte bevegelse tillater kontrollert aksial bevegelse mellom kjevene og det foringsrør som er grepet av disse. Holdekilene bringes i inngrep og frigjøres ved hjelp av de hydrauliske aktiveringssylindrer. Det kan imidlertid forekomme noe relativ vertikal bevegelse av bakkene med hensyn til holdekilene når det toppdrevne rotasjonssystem beveges vertikalt, men denne begrenses av stoppere 166 i toppen og i bunnen av sporene i holdekilene. Et element eller lagerinnsats 167 laget av materiale med lav friksjonskoeffisient (f.eks., men ikke begrenset til, termoplastisk materiale eller karbonfiberarmert resinsammensetningsmateriale) blir valgfritt satt inn mellom den indre kjeveflate og den ytre holdekile- eller bakke-overflate. Ifølge ett spesielt aspekt er disse innsatser omtrent 3,2 mm tykke (1/8 tomme). Hver holdekile 160 kan bevege seg i et spor 165 i kjevene. Uttakbare bolter eller skruer 166 hindrer holdekilene 160 fra å slippe ut av sporene 165. Som vist på fig. 8, befinner holdekilen 160 seg nær, men enda ikke i inngrep med, en utvendig flate av foringsrøret 12. Holdekilen 160 befinner seg i bunnen av sitt spor 165. Som vist på fig. 9, har holdekilen 160 opprettet innledende kontakt mellom holdekilen 160 og foringsrøret 12 (kjeven 141 har beveget seg nedover og radialt innover). Holdekilen 160 befinner seg fremdeles ved bunnen av sporet 165, og elementet 167 sørger for en forspenning, slik at holdekilen 160 forblir fiksert på plass i forhold til foringsrø-ret 12 og kjeven 141, og kjeven 141 fortsetter å bevege seg nedover. I visse foretrukne utførelser sikrer tennene på bakken at friksjonskreftene mellom bakken og fo-ringsrøret blir betydelig høyere enn friksjonskraften mellom bakken og holdekilen (på grunn av materialet med lavere friksjonskoeffisient), slik at bakken forspennes til å bevege seg oppover i forhold til holdekilen og ikke foringsrøret når holdekilen er i inngrep, og er forspent til å bevege seg nedover i forhold til holdekilen når holdekilen beveges oppover eller trekkes tilbake.

Som vist på fig. 10, har kjeven 141 og holdekilen 160 gått i inngrep med foringsrøret 12, kjeven 141 har beveget seg videre nedover, og holdekilen 160 har beveget seg til toppen av sporet 165. En slik stilling for 14, holdekilen 160 og kjeven 141 (og en lig-nende stilling for de andre holdekiler og kjever) forhindrer låsing eller gjør det mulig å komme ut av denne.

Fig. 12-16 viser trinn i en fremgangsmåte ifølge den herværende oppfinnelse som bruker et system ifølge den herværende oppfinnelse som beskrevet i dette skrift, f.eks., men ikke begrenset til, et system som vist på fig. 1-11. Det skal forstås at på disse figurer er det toppdrevne rotasjonssystem montert på en typisk rigg eller boretårn (ikke vist).

Som vist på fig. 12, er en rørklave 220 for enkeltrørlengde blitt festet rundt en fo-ringsrørlengde 12 som skal føyes til i en foringsrørstreng 223 som strekker seg ned i et borehull W i jorden. En elevator 222 (f.eks., men ikke begrenset til en fluktende montert elevator) er i inngrep med og holder en øvre del av en øvre foringsrørlengde i strengen 223. Det er innenfor rammen av denne oppfinnelse å ta i bruk hvilken som helst elevator og en rørklave for enkeltrørlengde. (I stedet for elevatoren 222 kan hvilket som helst kjent fastspennings- eller gripeapparat eller anordning brukes i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse.) Valgfritt kan også en rørleng-dekompensator 224 brukes og plasseres etter ønske, f.eks., men ikke begrenset til, mellom dreiemomenthodet og det toppdrevne rotasjonssystem. En rørhåndteringsinn-retning 50 er blitt senket ned.

Som vist på fig. 13, er det toppdrevne rotasjonssystem 20 blitt hevet av heisespillet D (vist skjematisk) i et boretårn på en rigg (ikke vist), og den nedre ende av foringsrøret 12 er blitt anbrakt ovenfor strengen 223. På fig. 14 er dreiemomenthodet 100 senket ned (ved nedsenking av det toppdrevne rotasjonssystem 20 med heisespillet D) ved at det toppdrevne rotasjonssystem 20 er senket ned, slik at rørklaven 40 omslutter fo-ringsrøret 12, og kjevene i dreiemomenthodet omslutter et øvre parti av foringsrøret 12. Rørhåndteringsinnretningen 50 er blitt hevet til å gå i inngrep med foringsrøret 12 nedenfor rørklaven 220 for å lette korrekt plassering av foringsrøret 12 med hensyn til toppen av strengen 223.

Som vist på fig. 15, har kjevene i dreiemomenthodet 100 gått i inngrep med forings-røret 12 for å rotere dette, og rørhåndteringsinnretningen 50 er blitt trukket tilbake og senket ned og ut av veien. Det toppdrevne rotasjonssystem 20 har begynt sakte å rotere dreiemomenthodet 100 og således foringsrøret 12 for å finne gjengene i den

øvre rørlengde i strengen 223, og deretter, idet rotasjonshastigheten økes, å trekke til den nye forbindelse. Deretter (se fig. 16) frigjøres dreiemomenthodets kjever, rørkla-ven 40 aktiveres for å gå i inngrep med foringsrøret, og holdekiler i rørklaven beveger seg nedover for å gå i inngrep med foringsrøret; elevatoren 222 frigjøres, og det toppdrevne rotasjonssystem 20 senkes med heisespillet D for å senke hele strengen 223. Deretter settes elevatoren 222 på igjen for å stå i inngrep med foringsrøret 12, og prosedyren påbegynt på fig. 12 gjentas for å føye til enda en rørlengde i strengen.

Fig. 18 viseren kopling 300 for toppdrevet rotasjonssystem, hvilken håret legeme 302 som huser et kløtsjapparat 310. Legemet 302 har en nedre gjenget ende 304. En inngående aksel 312 har en nedre ende 314 med lagerutsparinger 316 for lagre 318 mens et parti av disse også huses i utsparinger 317 i legemet 302.

Kløtsjapparatet 310 har en flerhet av kløtsjplater 311 som er plassert med innbyrdes avstand og er forbundet med huset 302 (f.eks. med en splineforbindelse) og en flerhet av kløtsjplater 313 plassert med innbyrdes avstand og forbundet med den inngående aksel 312. I visse tilfeller er det ene eller andre sett kløtsjplater dekket med frik-sjonsmateriale, f.eks., men ikke begrenset til typiske bremse- og kløtsjforingsmateria-ler. Et stempel 315 med kant-O-ringstetninger 323, 325 er plassert tettende ovenfor den øverste kløtsjplate 315 i det innvendige rom avgrenset av en ytre flate av akselen 312 og en indre flate av legemet 302. En fjærinnretning 333 tvinger stemplet 315 nedover, hvorved det aktiverer kløtsjen. En låsering 335 med et parti i en utsparing 337 i legemet 302 holder fjærinnretningen 333 på plass. I ett tilfelle er innretningen 333 én eller flere tallerkenfjærer. Fig. 18 viser skjematisk en kopling 320 forbundet med eller utformet i ett med akselen 312 samt et toppdrevet rotasjonssystem 330 som er frigjørbart forbundet med koplingen 320. Koplingen 300 legger til rette for selektiv rotering av en nedenfor denne tilkoplet gjenstand ved selektiv aktivering av kløtsjapparatet, og kan brukes f.eks. med hvilket som helst toppdrevet rotasjonssystem for tilskruing av foringsrør, innbefattet dem ifølge den herværende oppfinnelse. En kopling 300 kan brukes for selektivt å øke, redusere eller stanse overføringen av dreiemoment fra det toppdrevne rotasjonssystem til dreiemomenthodet og/eller andre anordninger drevet av toppdrevet rotasjonssystem, f.eks., men ikke begrenset til, rørformede dreiemomentoverføringsanordninger; freseapparater og -systemer; bore-apparater og -systemer; og/eller utvendige eller innvendige gripeanordninger for rør. En kopling 300 kan brukes med en kraftsvivel. Via en kanal 340 blir det selektivt tilført fluid undertrykk (f.eks. fra et typisk riggsystem eller fra et rørkoplingsovervåkings-system for rigg) for å deaktivere apparatet 300, f.eks. like før angivelse av at en rør-lengde lander på en skulder. Alternativt, for å foreta deaktivering, blir fjærinnretningen 333 utelatt og kanalen 340 plasseres slik at fluid tilføres oppå stemplet (med ett eller annet tetningselement ovenfor platene).

Koplingen for toppdrevet rotasjonssystem kan være nødvendig fordi toppdrevne rotasjonssystemer generelt er i stand til å øve dreiemomenter som er betydelig høyere enn dreiemomentet for tiltrekking av foringsrørgjenger. De har også en ganske høy rotasjonshastighetskapasitet. Det er derfor tenkelig at en operatør som bruker et toppdrevet rotasjonssystem for å trekke til foringsrørgjenger, utilsiktet ville kunne trekke til forbindelsen for mye. Kløtsjmekanismen i koplingen kan forhåndsinnstilles til å slure ved et gitt dreiemoment og derved hindre en utilsiktet for hard tilskruing.

En fagmann vil forstå at avvik fra utførelsene beskrevet ovenfor fremdeles kan falle innenfor patentkravenes ramme.

Claims (35)

1. Dreiemomenthode (100) til griping av rørformede elementer (12), hvor dreiemomenthodet omfatter: et hus (102); og en gripemekanisme som er fastgjort inne i huset for selektivt å gripe et rørformet element, hvilken gripemekanisme innbefatter i det minste én kjeve (141, 142, 143) som selektivt kan beveges mot og bort fra et parti av et rørformet element inne i huset, og hvor den i det minste ene kjeve har derpå montert en holdekileanordning (160) som skal gå i inngrep med partiet av det rørformede element, hvilken holdekileanordning innbefatter bakkeanordning som er bevegelig montert på den i det minste ene kjeve,karakterisert vedat bakkeanordningen er aksialt bevegelig med hensyn til den i det minste ene kjeve etter at bakkeanordningen har gått i kontakt med det rørformede element, slik at relativ bevegelse av rø-ret med hensyn til dreiemomenthodet er mulig i den utstrekning bakkeanordningen er bevegelig.

2. Dreiemomenthode som angitt i krav 1,karakterisert vedat bakkeanordningen kan beveges oppover når partiet av røret (12) er grepet, og nedover når rørets parti er frigjort.

3. Dreiemomenthode som angitt i krav 1 eller 2,karakterisertved at det videre omfatter en lagerinnsats (167) som er plassert mellom bakkeanordningen og den i det minste ene kjeve (141, 142, 143) for å mulig-gjøre bevegelse av bakkeanordningen med hensyn til den i det minste ene kjeve.

4. Dreiemomenthode som angitt i krav 3karakterisert vedat lagerinnsatsen (167) er laget av termoplastisk materiale eller karbonfiberarmert resinsammensetning.

5. Dreiemomenthode som angitt i krav 1, 2, 3 eller 4,karakterisert vedat bakkeanordningen er plassert i en utsparing i den i det minste ene kjeve (141, 142, 143), og et stopperelement (166) er festet til den i det minste ene kjeve idet et parti av dette rager inn i utsparingen i den i det minste ene kjeve for å begrense bakkeanordningens bevegelse, og for å hindre at bakkeanordningen slipper ut av utsparingen.

6. Dreiemomenthode som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre omfatter en stempelsylinderanordning (151, 152, 153) som er koplet mellom den i det minste ene kjeve (141, 142, 143) og et hus (102) for selektivt å bevege den i det minste ene kjeve inn i og ut av inngrep med partiet av det rørformede element (12).

7. Dreiemomenthode som angitt i krav 6,karakterisert vedat det videre omfatter føringsanordning (131, 132, 133) forbundet med den i det minste ene kjeve (141, 142, 143) for å lede bevegelse av den i det minste ene kjeve.

8. Dreiemomenthode som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat den i det minste ene kjeve er en flerhet av kjever (141, 142, 143) plassert med innbyrdes avstand.

9. Dreiemomenthode som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre omfatter en frigjørbar forbindelsesanordning for frigjørbart å forbinde dreiemomenthodet med en annen gjenstand.

10. Dreiemomenthode som angitt i krav 9,karakterisert vedden frigjørbare forbindelsesanordning innbefatter en topplate (106) som er montert på en topp av huset (102), og en øvre trommel (127) montert på topplaten med skjærbolter (129) som kan skjæres som reaksjon på en forhåndsbestemt belastning, for selektivt å skille den øvre trommel fra topplaten.

11. Dreiemomenthode som angitt i krav 10,karakterisert vedat det videre omfatter en fjærinnretning (136) mellom den øvre trommel (127) og topplaten (106), hvilket legger til rette for begrenset aksial bevegelse av den øvre trommel med hensyn til topplaten.

12. Dreiemomenthode som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre omfatter fluidsirkuleringsappa-rat (80) for selektivt å tilføre fluid kontinuerlig til et rørformet element (12) grepet av dreiemomenthodet (100).

13. Dreiemomenthode som angitt i krav 12,karakterisert vedat det rørformede element (12) er forbundet med en rørstreng (223) som strekker seg nedover fra dreiemomenthodet (100), og hvor fluidsirkuleringsap-paratet (80) sirkulerer fluid til rørstrengen mens dreiemomenthodet er i virk-somhet.

14. Dreiemomenthode som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre omfatter i det minste ett nedre element (121, 122, 123) som erfastgjort i bunnen av huset (102) med et skråparti (166) som skal lette innføring av et rørformet element (12) i huset.

15. Dreiemomenthode som angitt i krav 14,karakterisert vedat det i det minste ene nedre element er en flerhet av nedre elementer (121, 122, 123) plassert med innbyrdes avstand.

16. Dreiemomenthode som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre omfatter et toppdrevet rotasjonssystem (20) som er frigjørbart fastgjort til og ovenfor dreiemomenthodet (100).

17. Toppdrevet rotasjonssystem (10),karakterisert vedat det omfatter: et toppdrevet rotasjonssystem (20); bøyler (42) som er forbundet med og strekker seg nedenunder det toppdrevne rotasjonssystem; rørkla-veanordning (40) som er forbundet med en nedre ende av bøylene; og et dreiemomenthode (100) som angitt i hvilket som helst foregående krav, koplet til det toppdrevne rotasjonssystem for selektivt å bli rotert av og sammen med dette.

18. Toppdrevet rotasjonssystem som angitt i krav 17,karakterisert vedat det videre omfatteren skruanordning (30) som er forbundet med det toppdrevne rotasjonssystem (20) mens dreiemomenthodet (100) er plassert nedenfor skruanordningen.

19. Toppdrevet rotasjonssystem ifølge krav 17 eller 18,karakterisert vedat det innbefatter rørhåndteringsinnretning (50) plassert nedenunder rørklaveanordningen (40).

20. Toppdrevet rotasjonssystem ifølge krav 17, 18 eller 19,karakterisert vedat det innbefatter en rørlengdekompensator mellom dreiemomenthodet (100) og det toppdrevne rotasjonssystem (20).

21. System (10) for håndtering av brønnhullsrør,karakterisertved at systemet omfatter: et toppdrevet rotasjonssystem (20); et dreiemomenthode (100) som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 16, og som kan koples til det toppdrevne rotasjonssystem; og en koplingsanordning (300) som kan koples mellom det toppdrevne rotasjonssystem og dreiemomenthodet, hvilken koplingsanordning omfatter en kløtsjmekanisme (310).

22. System som angitt i krav 21,karakterisert vedat kløt-sjmekanismen (310) er en dreiemomentbegrensende mekanisme.

23. System som angitt i krav 21 eller 22,karakterisert vedat kløtsjmekanismen (310) er innrettet til å slure ved et forhåndsbestemt dreiemoment.

24. System som angitt i krav 21, 22 eller 23,karakterisertved at det videre omfatter en rørlengdekompensator mellom det toppdrevne rotasjonssystem (20) og dreiemomenthodet (100).

25. System som angitt i hvilket som helst av kravene 21 til 24,karakterisert vedat koplingsanordningen (300) omfatter: et legeme (302) som har en utsparing i den ene ende; en aksel (312), hvor i det minste en del av akselen befinner seg inne i legemets utsparing; et kløtsjapparat (310) i legemets utsparing; og en kløtsjaktiveringsanordning (315, 333) som skal aktivere kløtsjapparatet (310).

26. System som angitt i krav 25,karakterisert vedat det videre omfatter en kløtsjdeaktiveringsanordning (340) som skal deaktivere kløtsjapparatet (310).

27. System som angitt i krav 25 eller 26,karakterisert vedat kløtsjapparatet (310) omfatter en flerhet av akselkløtsjplater (313) som er plassert med innbyrdes avstand og er forbundet med akselen (312) og rager ut fra denne og inn i legemets (302) utsparing; og en flerhet av legemekløtsjpla-ter (311) plassert med innbyrdes avstand, idet de er forbundet med og rager innover i legemets (302) utsparing, hvor flerheten av de i innbyrdes avstand plasserte akselkløtsjplater er innskutt i flerheten av de i innbyrdes avstand plasserte legemekløtsjplater.

28. System (10) for håndtering av brønnhullsrør,karakterisertved at systemet omfatter: et toppdrevet rotasjonssystem (20); et dreiemomenthode (100) som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 16, og som kan koples til det toppdrevne rotasjonssystem; og en rørlengdekompensator.

29. System som angitt i krav 28,karakterisert vedat rør-lengdekompensatoren er plassert mellom det toppdrevne rotasjonssystem (20) og dreiemomenthodet (100).

30. Fremgangsmåte for å forbinde et første rørformet element (12) med et andre rørformet element (223),karakterisert vedat frem-gangsmåten omfatter: å gripe det første rørformede element (12) med en førs-te rørklave (220) som er festet til og nedenfor en andre rørklave (40), hvilken andre rørklave omfatter rørklaveanordningen i et toppdrevet rotasjonssystem (10) som angitt i hvilket som helst av kravene 17 til 29; å løfte det første rør-formede element over det andre rørformede element mens det andre rørfor-mede element holdes på plass av en rørelevator (222); å senke det toppdrevne rotasjonssystem slik at en øvre ende av det første rørformede element føres inn i dreiemomenthodet (100), og gripe nevnte øvre ende med dreiemoment-hodet; med det toppdrevne rotasjonssystem (20) å senke det første rørforme-de element slik at en nedre gjenget ende av dette går i inngrep med en øvre gjenget ende av det andre rørformede element; og å rotere det første rørfor-mede element med det toppdrevne rotasjonssystem for å gjengeforbinde det første rørformede element med det andre rørformede element.

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 30,karakterisert vedat den videre omfatter å gjøre det mulig å posisjonere det første rørformede element (12) med rørhåndteringsinnretning (50) som selektivt går i inngrep med det første rørformede element.

32. Fremgangsmåte som angitt i krav 30 eller 31,karakterisertved at det toppdrevne rotasjonssystem (20) er bevegelig montert i en rigg, og at rørelevatoren (222) er en fluktende montert rørelevator på et rigg-dekk.

33. Fremgangsmåte som angitt i krav 30, 31 eller 32,karakterisert vedat det andre rørformede element er et øvre rør i en rørs-treng (223) som strekker seg ned i jorden.

34. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 30 til 33,karakterisert vedat de rørformede elementer (12, 223) er fo-ringsrør.

35. Fremgangsmåte for fråkopling av et første rørformet element (12) fra et andre rørformet element (223),karakterisert vedat frem- gangsmåten omfatter: å gripe en øvre ende av det første rørformede element med et dreiemomenthode (100) i et toppdrevet rotasjonssystem (10) som an gitt i krav 17 til 29, og rotere det første rør med det toppdrevne rotasjonssystem for å kople det første rør fra det andre rør.