DE3315568A1

DE3315568A1 - Verfahren und vorrichtung zum blockieren und freigeben einer bohrstange mit im wesentlichen senkrechter achse

Info

Publication number: DE3315568A1
Application number: DE19833315568
Authority: DE
Inventors: Roland 44230 Saint-Sebastien sur Loire Le Roc'h; Marc 44470 Caquefou Lemaire
Original assignee: Brissonneau et Lotz Marine SA
Current assignee: Brissonneau et Lotz Marine SA
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1983-11-03
Also published as: NO831524L; FR2526080A1; FR2526080B1; US4567952A; DE8312630U1; JPS5952089A

Description

Patentanwälte. VJ Έύτίφ'θίίή Väienr.fntorneys 3315568

München Λ Stuttgart

BRISSONNEAÜ & LOTZ MARINE S.A.

29. April 1983 Rue de la Metallurgie
Zone Industrielle

44470 Carquefou /Frankreich

Unser Zeichen: B 1658

Verfahren und Vorrichtung zum Blockieren und Freigeben einer Bohrstange mit im wesentlichen senkrechter Achse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blockieren und zum Freigeben einer Reihe von Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse/ derart, daß eine Bohrstange am oberen Ende der aus dem Drehtisch des Bohrschachtes herausstehenden Bohrstange aufgeschraubt oder abgeschraubt werden kann.

Bekannte Mechanismen weisen Keile auf, deren äußere Form der eines Kegelstumpfteils entspricht, der in eine öffnung von komplementärer Gestalt eindringen kann, die zu diesem Zweck in dem Drehtisch angeordnet ist und durch welche hindurch sich die Bohrstangenreihe erstreckt, während die Keile auf ihrer Innenseite die Form eines Zylinderteils aufweisen, der komplementär zur Außengestalt der Bohrstange ist. Z.B. beschreiben die FR-PSen 2 301 683 und 2 417 003 derartige Mechanismen, von denen

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der erstere jedoch schlecht automatisierbar ist, während der zweitgenannte überhaupt nicht automatisiert werden kann.

Der Arbeitsgang des Blockierens und der Freigabe der Bohrstangen muß jedoch sehr oft hintereinander wiederholt werden, wenn z.B. mehrere tausend Meter Bohrstangen hochgezogen werden müssen, um den Bohrmeißel am Ende der Reihe auszuwechseln, Messungen im Bohrschacht vorzunehmen oder diesen auszukleiden; anschließend sind ebenso viele Arbeitsgänge erforderlich, um alle Bohrstangen der Stangenreihe wieder in den Schacht abzusenken.

Es ist offensichtlich, daß eine Automatisierung dieser ^5 Arbeitsgänge erstrebenswert ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum automatisierten Blockieren " und Freigeben von Bohrstangen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht zunächst darin, daß eine Vorverspannung der Keile an der aus dem Drehtisch herausragenden Bohrstange vorgenommen wird, wobei die Keile jeweils an einem Arm befestigt sind, der mit einer senkrecht translationsbewegbaren Platte über wenigstens ein Gelenk und einen Arbeitszylinder verbunden ist, welcher sich auf dem Arm abstützt und den Keil, dessen Stellung er steuert, gegen die Bohrstange so anlegt, daß deren Selbstzentrierung gewährleistet ist, daß anschließend die Platte abgesenkt wird, so daß die Keile fest gegen die Bohrstange verspannt werden, indem sie in die Öffnung komplementärer Form eingeschoben werden, um auf diese Weise die Blockierung der Bohrstange zu gewährleisten; anschließend wird eine weitere Bohrstange am oberen Ende der so blockierten Stange auf- oder abgeschraubt, und schließlich wird die Platte wieder angehoben, wobei die Arbeitszylinder gelöst werden, nachdem die Bohrstange befestigt wurde, damit sie nicht

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in den Schacht hinabfällt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Keile vorgesehen, und in der Platte ist ein Durchgang vorhanden, um das Instellungbringen der vorrichtung an der Bohrstangenreihe zu ermöglichen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ferner die Ruhestellung der Platte die angehobene Stellung, wobei eine elastische Einrichtung beim Absenken der Platte gespannt wird, derart, daß deren automatisches Wiederanheben und die Freigabe der Keile am Ende jedes Arbeitsganges gewährleistet sind.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Aüsführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer vollständigen automatischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen

Blockier- und Freigabevorrichtung; und

Fig. 2 bis 4 schematische Ansichten von Einzelheiten der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine enthält mehrere Teile, die in Kombination miteinander arbeiten.

Insbesondere umfaßt die Maschine eine Vorrichtung, welehe die Blockierung der Bohrstange 1 gewährleistet, die aus dem Bohrschacht am Drehtisch 2 herausragt. Ferner umfaßt sie eine Maschine 4, die das Anfangsdrehmoment beim Abschrauben oder Enddrehmoment beim Festschrauben

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an einer weiteren Bohrstange 3 erzeugt, die in Fig. 1 am oberen Ende der herausragenden Bohrstange abgebrochen dargestellt ist. Sie umfaßt ferner eine Maschine zum schnellen Aufschrauben oder Abschrauben, die in der

g Zeichnung nicht dargestellt ist, eine Klemme 5 zum Positionieren der Bohrstangen und schließlich eine Steuervorrichtung zum Steuern der gesamten Maschine in Form einer Schalttafel 6. Die Maschine ist auf Schienen 7 verfahrbar.

Im allgemeinen werden die Bohrstangen, wenn eine Reihe

derselben aus dem Schacht herausgehoben wird, voneinander getrennt und auf dem Gelände der Bohranlage abgelegt. Zu diesem Zweck wird die Stangenreihe so weit an-■j^g gehoben, daß die abzuschraubende Bohrstange von den oberen Spannbacken der das Drehmoment erzeugenden Vorrichtung erfaßt werden kann und die untere Stange durch die Spannbacken 8 der unteren Spannvorrichtung erfaßt werden kann.

Da es aber erforderlich ist, die untere Bohrstange 1 so festzustellen, daß ein Herunterfallen der ganzen verbleibenden Stangenreihe in den Schacht vermieden wird, wenn die obere Stange abgeschraubt wird, wird

2g die Stangenreihe zunächst höher angehoben, um der Spannvorrichtung die Möglichkeit zu geben, die untere Bohrstange 1 zu erfassen. Diese Spannvorrichtung besteht aus einer Platte 10 mit Armen 11, an denen jeweils unter Zwischenschaltung eines Gelenks 13 und einer Kraft-

QQ quelle bzw. eines Arbeitszylinders 14, ein Keil 12 angeschlossen ist. Die Platte 10 ist mit den Keilen 12 in senkrechter Richtung verschiebbar. Bei Betätigung der Kraftquelle 14 wird eine Vorverspannung der Keile an der Bohrstange 1 bewirkt, wobei eine Selbstzentrierung der Keile erfolgt. Anschließend wird die Platte 10 z.B. unter der Wirkung der Schwerkraft und des Gewichtes der Bohrstangenreihe abgesenkt; dabei dringen die Keile in die Öffnung 15 komplementärer Form ein, die zu diesem

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Zweck in dem Drehtisch 2 angebracht ist, wodurch die Keile 12 an der Bohrstange 1 fest verspannt werden, deren oberes Ende darüberhinaus einen größeren Außendurchmesser als der restliche Stangenkörper hat, um so für das Festklemmen der Stange 1 zusätzliche Sicherheit zu gewährleisten.

Wenn sich die Keile 12 in der öffnung 15 befinden und die Bohrstange 1 blockiert ist, kann die Maschine 4 in Tätigkeit gesetzt werden, um das Anfangsdrehmoment auf die obere Bohrstange 3 auszuüben und diese um einen Winkel von etwa 30 in bezug auf die untere Bohrstange zu verdrehen und den Abschraubvorgang zu beginnen.

Bekanntlich ist eine Bohrstange an ihrem unteren Ende mit einem kegeligen Teil mit Außengewinde und an ihrem oberen Ende mit einem entsprechenden kegeligen Teil mit Innengewinde versehen. Bei der beschriebenen Ausführungs form weist die Maschine zwei Spannvorrichtungen 16, 17 auf, von denen die eine über der anderen angeordnet ist. Beide Spannvorrichtungen sind mit einer Spannbacke 8, 9 versehen, deren Spannbackenelemente durch in der Zeichnung nicht dargestellte Arbeitszylinder betätigbar sind und die im Inneren der Spannvorrichtungen angeordnet sind. Diese Spannvorrichtungen 8 und 9 erfassen jeweils das obere Ende der unteren Bohrstange 1 bzw. das untere Ende der oberen Bohrstange 3. Jede Spannbacke umfaßt drei Spannbackenelemente, die im wesentlichen an den Winkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.

Zwei dieser Spannbackenelemente sind jeweils an einem Ende eines Schenkels der Spannvorrichtung angeordnet, während das dritte Element am Scheitel oder Boden der Spannvorrichtung angeordnet ist und die Zentrierung der Bohrstange gewährleistet und mit den beiden anderen Elementen zusammenwirkt, um das erforderliche Drehmoment zu übertragen.

Die untere Spannvorrichtung 16 ist feststehend und mit

dem Gerüst 18 fest verbunden ausgebildet, während die obere Spannvorrichtung 17 drehbeweglich um die Achse der Bohrstange 3 ist, und zwar unter der Wirkung wenigstens eines Arbeitszylinders 19, der einerseits an der unteren Spannvorrichtung 16 und andererseits an der oberen Spannvorrichtung 17 angreift. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei derartige Arbeitszylinder vorgesehen. Die beiden Spannvorrichtungen sind in der Achse der Bohrstangen translationsverschiebbar, so daß ,Q eine korrekte Positionierung ermöglicht wird.

Wenn im Betrieb die Keile 12 richtig in der Öffnung positioniert sind, erfassen die Spannbacken 8 und 9 zunächst die Bohrstangen in der zuvor angegebenen Weise.

, c- Anschließend verursacht der Arbeitszylinder 19 eine Relativdrehung zwischen den beiden Spannvorrichtungen und 17 um etwa 30 * Die gesamte Anordnung kehrt dann in die Ruhestellung zurück, und zwar zunächst die Spannbacken 8 und 9 und anschließend der Arbeitszylinder 19,

2Q nachdem der Vorgang des Abschraubens begonnen und das erforderliche Drehmoment ausgeübt wurde. Anschließend kann die Maschine für die Schnellabschraubung ihre Arbeit beginnen. Diese Maschine ist nicht dargestellt, da es sich um eine herkömmlicne Maschine handelt. Die Klemme 5 zur Positionierung der Bohrstangen übernimmt dann die abgeschraubte Bohrstange 3, damit diese zu ihrem Lagerplatz geführt werden kann. Dabei wird das Stangengewicht in herkömmlicher Weise von einem Kabel aufgenommen, das auf die Trommel einer nicht dargestell-

QQ ten Winde aufgewickelt wird.

Das Kabel wird daraufhin an der Bohrstange 1 angebracht, die noch durch die Keile 12 eingespannt ist. Durch Betätigung der Winde wird dann die Bohrstange 1 angehoben, gg bis sie in die Stellung gelangt, die zu Beginn des beschriebenen Arbeitsganges die Stange 3 eingenommen hatte. Der Arbeitsgang kann nun wiederholt werden. Beim Anheben der Bohrstange 1 verlassen die Keile 12 die Öffnung

15. Die Arbeitszylinder 14 nehmen wieder ihre Ruhestellung ein, wodurch die Keile vollständig von der Bohrstange 1 freikommen. Ein Gegengewicht- und Federsystem, das in der Zeichnung nicht dargestellt und an sich bekannt ist, ist in den Ständern 20 untergebracht, welche die bewegliche Platte 10 tragen. Dieses System bewirkt, daß die Platte sich in ihrer oberen Lage in Ruhestellung befindet und daß die Maschine für den nächsten Arbeitsgang bereit ist. Es ist also ersichtlich, 2Q daß das Abschrauben auf sehr einfache Weise automatisiert werden kann, so daß die Möglichkeit besteht, beträchtliche Einsparungen an Bedienungspersonal zu erzielen, wobei das Personal keinen physischen Beanspruchungen mehr ausgesetzt wird.

Gleiches gilt für den umgekehrten Vorgang des Aufschraubens. Die aufzuschraubende Bohrstange 3 wird mittels des sie tragenden Kabels und der stellunggebenden Klemme 5, deren Spannbacken 21 eine geeignete Form haben, welehe äas Ausfluchten der beiden Bohrstangen sichert, über die aus dem Drehtisch 2 herausragende Bohrstange 1 befördert. Durch Betätigung der Winde wird das ein Außengewinde tragende Ende der oberen Bohrstange 3 in den das Innengewinde tragenden Teil der unteren Bohrstange 1

2g eingeführt.

Die das Schnellaufschrauben bewirkende Maschine arbeitet dann unter der visuellen Kontrolle der Bedienungsperson, welche durch einen Zwischenraum 22 in der Stärke der oberen Spannvorrichtung 17 der Maschine möglich ist, die das endgültige Aufschraubdrehmoment liefert. Am Ende dieses Arbeitsganges kommt der Zwischenraum 22 dadurch zum Fortfall, daß nicht dargestellte Kraftquellen bzw. Arbeitszylinder in ihre Ruhestellung gelangen. Diese Arbeitszylinder wirken auf Daumen 23 ein, um einen Teil der oberen Spannvorrichtung 17 während der Schnellauf schraubung anzuheben, damit die Bedienungsperson den Vorgang beobachten kann. Die Spannbacke 8 erfaßt dann

das obere Ende der unteren Bohrstange 1 und die Spannbacke 9 das untere Ende der oberen Bohrstange 3. Durch Betätigung des Arbeitszylinders 19 wird der oberen Bohrstange 3 eine letzte Drehbewegung erteilt, durch die diese sehr fest aufgeschraubt wird.

Anschließend nehmen nacheinander die Arbeitszylinder ihre Ruhestellung ein, wobei der Zwischenraum 22 in der oberen Spannvorrichtung 17 wieder hergestellt wird.

,λ Mittels des Kabels und der Winde wird die Stangenreihe dann so weit angehoben, daß die Keile 12 aus der öffnung 15 in dem Drehtisch 2 heraustreten können. Die Platte 10 gelangt automatisch in ihre obere Stellung zurück, wie zuvor bereits erwähnt wurde. Dabei sind auch die Ar-

2g beitszylinder 16 in Ruhestellung.

Die Bedienungsperson senkt dann die zusammengebaute Stangenreihe so weit ab, daß das obere Ende der Bohrstange 3, wenn die Keile 12 erneut für den nächsten Ar-

2Q beitsgang in Stellung gebracht sind, sich an der Stelle befindet, an welcher sich zuvor die Bohrstange 1 befand, also gegenüber den Spannbacken 8 der unteren Spannvorrichtung 16. Der Arbeitsgang kann dann mit einer neuen oberen Bohrstange wiederholt werden. Um den Platz freizugeben, wenn keine Bohrstangen der Stangenreihe zusammen- oder auseinandergeschraubt werden sollen, ist die gesamte Maschine auf einem rechteckigen Wagen oder Schlitten 24 montiert, der auf Schienen 7 verfahrbar ist, die auf dem Boden der Bohranlage beiderseits des

QQ Drehtischs 2 angeordnet sind. Die Ständer 18, welche die Maschine zur Erzeugung des Drehmoments und die Maschine zum schnellen Auf- und Abschrauben tragen, sind zweckmäßig um ein in dem Schlitten oder Wagen 24 vorgesehenes Gelenk um einige Grade drehbar, um den Betrieb der Ma-

gg schine zu ermöglichen, wenn die Achse des Schachtes und folglich der Bohrstangen nicht genau senkrecht verläuft, sondern mit der Senkrechten einen verhältnismäßig kleinen Winkel von beispielsweise unter 5 einschließt.

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Die Maschine ist derart ausgebildet, daß sie eine offene Seite aufweist, damit die Maschine in Stellung gebracht werden kann, ohne daß es notwendig wäre, diesen offenen Teil nach dem Instellungbringen der Maschine zu ver-

schließen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 wird nun die Vorrichtung zum Blockieren der unteren Bohrstange im einzelnen beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt die Platte 10 mit ihren Armen 11, von denen bei der gezeigten Ausführungsform drei vorhanden sind und an deren Enden jeweils ein Keil 12 über wenigstens ein Gelenk 13 und
einen Arbeitszylinder 14 angeschlossen ist.

In Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Endes eines Armes 11 und der Einrichtungen zur Befestigung des Keils 12
dargestellt. Der Arbeitszylinder 14 ist einerseits an
dem Arm 11 und andererseits an dem Keil 12 über ein Gelenk 141 bzw. 142 festgelegt.

Das Gelenk 13 ist bei der gezeigten Ausfuhrungsform ein Doppelgelenk, das gebildet ist aus einer Strebe 131,
welche an ihrem einen Ende an dem Keil 12 und an ihrem anderen Ende an dem Arm 11 über ein Gelenk 132 bzw. 133 festgelegt ist.

Wenn der Arbeitszylinder 14 beaufschlagt wird, wird der Keil 12 gegen die Bohrstange 1 angelegt und selbsttätig an dieser zentriert.

Die Gelenke 133 und 141 sind an einem Klotz 121 festgelegt, der seinerseits an dem Keil 12 beispielsweise
über einen Zapfen befestigt ist, damit ein Lösen der
Keile möglich ist, während die untere Bohrstange blok-

kiert ist, so daß gegebenenfalls den Stangen, die sich
in dem Bohrschacht befinden, während des Absenkens oder Anhebens der Stangen eine Drehbewegung erteilt werden
kann.

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Fig. 3 zeigt in Draufsicht einen Keil, an dem die Gelenke 133 und 141 deutlicher dargestellt sind.

Fig. 4 zeigt schematisch in Draufsicht die Platte mit ihrer Öffnung, die das Instellungbringen der Vorrichtung über dem Drehtisch 2 ermöglicht, wobei die Keile 12 gegen die Bohrstange 1, welche im Schnitt ge zeigt ist, angelegt dargestellt sind.

Claims

& PARTNER Patentanwälte. . ;' £wsöpe&n Patent. Attorneys 3315568 München Stuttgart BRISSONNEAU & LOTZ MARINE S.A. 29. April 1983 Rue de la Metallurgie Zone Industrielle 44470 Carquefou /Frankreich Unser Zeichen: B 1658 Patentansprüche

1. Verfahren zum Blockieren und Freigeben einer Reihe von Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse, zum Festschrauben oder Abschrauben einer Bohrstange am oberen Ende der aus dem Drehtisch (2) eines BohrSchachtes herausstehenden Bohrstange unter Verwendung von Keilen (12), die auf ihrer Außenseite die Form eines Kegelstumpfteils aufweisen, der in eine Öffnung (15) komplementärer Gestalt eindringen kann, welche zu diesem Zweck in dem Drehtisch (2) angeordnet ist und durch die hindurch sich die Bohrstangenreihe erstreckt, während die Innenseite der Keile die Gestalt eines Zylinderteils aufweist, der komplementär zur Zylinderform einer Bohrstange ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Vorverspannung der Keile (12) an der Bohrstange (1) vorgenommen wird, wobei die Keile jeweils an einem Arm (11) festgelegt sind, der an eine vertikal translationsbewegbare Platte (10) über wenigstens ein Gelenk (13) und eine Kraftquelle (14) anschließt, die sich auf dem Arm (11)' abstützt, um den Keil (12), dessen Stellung sie steuert, gegen die

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Bohrstange (1) so anzulegen, daß eine selbsttätige Zentrierung des Keils (12) bewirkt wird, daß anschließend die Platte (10) so abgesenkt wird, daß die Keile (12) an der Bohrstange (1) fest verspannt werden, indem die " p- Keile (12)· in die öffnung (15) komplementärer Form eindringen, und daß anschließend die weitere Bohrstange (3) "am oberen Ende der blockierten Bohrstange (1) aufgeschraubt oder abgeschraubt wird und schließlich die Platte (10) wieder angehoben wird und die Kraftquellen (H) gelöst werden, während die Bohrstange (1) festgehalten wird.

2. Vorrichtung zum Blockieren und Freigeben einer Reihe von

Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse, zum Ig Auf- oder Abschrauben einer Bohrstange am oberen Ende

der aus dem Drehtisch (2) eines BohrSchachtes herausragenden Bohrstange, mit Keilen (12), die auf ihrer Außenseite die Form eines Kegelstumpfteiles aufweisen, der •;^;) . '.in eine öffnung (15) komplementärer Form eindringen -,Q kann, welche zu diesem Zweck in dem Drehtisch (2) ange_v ordnet ist und durch die hindurch sich die Reihe von Bohrstangen erstreckt, und auf ihrer Innenseite die Form eines Zylinderteils aufweisen, die komplementär ■ . ir 'Gestalt einer Bohrstange ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Keil (12) an einem Arm (11) festgelegt ist, der an einer senkrecht translationsbewegba- en Platte (10) über wenigstens ein Gelenk (13) und eine Kraftquelle (14) angeschlossen ist, die sich auf dem Arm (11) abstützt, um den Keil (12), dessen Stellung er steuert, gegen die Bohrstange (1) anzulegen und eine selbsttätige Zentrierung des Keils (12) zu bewirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (12) an einem Arm (11) über eine Strebe (13) und Gelenke (132, 133) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (10) von Stützen (20) getragen ist,

die ein Gegengewicht- und Feder-System aufweisen, und daß die Ruhestellung der Platte (10) ihre angehobene Stellung ist, bei welcher die Keile (12) aus der öffnung (15) komplementärer Form herausbewegt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (12) und die Arme (11) jeweils dreifach vorgesehen sind.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftquelle (14) und die Strebe (13) sich auf dem Keil (12) über einen Klotz (121) abstützen, der von dem Keil (12) lösbar ist.