DE69608439T2

DE69608439T2 - Mechanisch-hydraulische, in zwei richtungen wirkende, schlagschere

Info

Publication number: DE69608439T2
Application number: DE69608439T
Authority: DE
Inventors: W. Evans
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: EP0830493B1; AU5977396A; WO1996041064A1; NO975515L; US5624001A; DE69608439D1; AU700379B2; EP0830493A1; JPH11506811A; AR002417A1; NO975515D0; NO317283B1; ATE193092T1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Rutschscheren und im besonderen eine doppeltwirkende mechanisch-hydraulische Rutschschere.
Auf dem Gebiet von Bohrausrüstungen sind Rutschscheren seit langem bekannt. Eine Rutschschere ist ein Werkzeug, das dann eingesetzt wird, wenn Bohr- oder Förderausrüstungen in einem solchen Maße steckengeblieben sind, daß sie nicht ohne weiteres aus dem Bohrloch herausgeholt werden können. Die Rutschschere wird normalerweise in das Bohrgestänge im Bereich des steckengebliebenen Gegenstandes eingebracht und erlaubt es einer Bedienungskraft an der Erdoberfläche, über eine Manipulation des Bohrgestänges eine Reihe von Schlagstößen auf das Bohrgestänge auszuführen. Diese Schlagstöße auf das Bohrgestänge sollen dazu dienen, den steckengebliebenen Gegenstand zu entfernen und den weiteren Betrieb zu ermöglichen.
Rutschscheren haben ein Führungsgelenk, das eine relative Axialbewegung zwischen einem inneren Dorn und einem Außengehäuse ermöglicht, ohne eine relative Drehbewegung zwischen diesen zuzulassen. Auf dem Dorn wird im typischen Fall ein Hammer gebildet, während das Gehäuse einen Amboß einschließt, der angrenzend an den Dornhammer angeordnet ist. Wenn folglich der Hammer und der Amboß mit hoher Geschwindigkeit gegeneinander gleiten, kann eine beachtliche Rüttelkraft auf das steckengebliebene Bohrgestänge ausgeübt werden, die oft ausreicht, um das Bohrgestänge freizurütteln. Bei den meisten dieser Anwendungen ist es wünschenswert, mit der Rutschschere sowohl eine nach oben als auch eine nach unten gerichtete Rüttelkraft auszuüben zu können.
Es gibt vier Grundformen von Rutschscheren: rein hydraulische Scheren, rein mechanische Scheren, Schlagscheren und mechanisch-hydraulische Scheren. Die Schlagschere wird hauptsächlich dafür eingesetzt, eine nach unten gerichtete Rüttelkraft auszuüben. Die Schlagschere hat in der Regel ein Keilwellengelenk mit einer ausreichenden Axialbewegung, um das Anheben und Fallenlassen des Rohres zu ermöglichen, was dazu führt, daß die Schlagflächen innerhalb der Schlagschere zusammenkommen, um eine nach unten gerichteten Rüttelkraft auf das Gestänge auszuüben.
Mechanische, hydraulische und mechanisch-hydraulische Scheren unterscheiden sich dahingehend von der Schlagschere, daß sie eine Art von Auslösemechanismus beinhalten, der die Bewegung der Schlagflächen im Verhältnis zueinander verzögert, bis eine Axialbeanspruchung, entweder eine Zug- oder eine Druckbeanspruchung, auf den Bohrgestängezug ausgeübt worden ist. Um eine nach oben gerichtete Kraft bereitzustellen, wird das Gestängerohr durch eine Axialzugbelastung gestreckt, die an der Erdoberfläche ausgeübt wird. Dieser Zugkraft setzt der Auslösemechanismus der Schere ausreichend lange Widerstand entgegen, damit sich das Rohr strecken und potentielle Energie speichern kann. Wenn die Schere ausgelöst wird, wird diese gespeicherte Energie in kinetische Energie umgewandelt, was dazu führt, daß sich die Schlagflächen der Schere mit hoher Geschwindigkeit gegeneinander bewegen. Um eine nach unten gerichtete Kraft bereitzustellen, wird das Gewicht des Rohres an der Oberfläche nachgelassen und werden bei Bedarf zusätzliche Druckkräfte ausgeübt, um das Rohr unter Druck zu bringen. Dieser Druckkraft wirkt der Auslösemechanismus der Schere entgegen, damit das Rohr zusammengedrückt und potentielle Energie gespeichert werden kann. Wenn die Schere ausgelöst wird, wird die potentielle Energie der Rohrkompression und des Rohrgewichts in kinetische Energie umgewandelt, was dazu führt, daß sich die Schlagflächen der Schere mit hoher Geschwindigkeit gegeneinander bewegen.
Der Auslösemechanismus besteht bei den meisten mechanischen Scheren aus einer Art Reibungshülse, die mit dem Dom verbunden ist und der Bewegung des Dorns entgegenwirkt, bis die auf den Dorn wirkende Last einen vorher festgelegten Betrag (d. h., die Auslöselast) übersteigt, wie das aus der PCT- Anmeldung WO 94/09247 hervorgeht. Der Auslösemechanismus bei den meisten hydraulischen Scheren besteht aus einem oder mehreren Kolben, die in Reaktion auf die Bewegung durch den Dorn ein Fluid in einer Kammer unter Druck setzen. Das komprimierte Fluid setzt der Bewegung des Dorns Widerstand entgegen. Normalerweise läßt man das Druckfluid mit einer vorher gewählten Rate ausströmen. Während das Fluid ausströmt, verschiebt sich der Kolben, bis er schließlich einen Punkt in der Schere erreicht, an dem die Kammerdichtung geöffnet wird und das komprimierte Fluid stoßartig austreten kann, wodurch der Dorn zur schnellen Bewegung freigegeben wird.
Mechanische Scheren und hydraulische Scheren haben im Vergleich zueinander jeweils bestimmte Vorteile. Mechanische Rutschscheren sind im allgemeinen weniger vielseitig und zuverlässig als hydraulische Rutschscheren. Bei vielen mechanischen Rutschscheren muß die Auslöselast an der Erdoberfläche gewählt und vorher eingestellt werden, um bei einer bestimmten Last auszulösen, nachdem die Rutschschere in das Bohrloch eingeführt worden ist. Wenn die Auslöselast neu eingestellt werden muß, muß die Rutschschere aus dem Bohrloch herausgezogen werden. Bei anderen mechanischen Scheren muß von der Erdoberfläche aus ein Drehmoment auf das Bohrgestänge ausgeübt werden, um die Schere auszulösen. Das auf das Bohrgestänge ausgeübte Drehmoment stellt nicht nur eine Gefahr für das Personal an der Bohrausrüstung dar, bei gewundenen Bohrgestängen kann das Drehmoment überhaupt nicht ausgeübt werden. Ein weiterer signifikanter Nachteil von mechanischen Scheren wird unter solchen Umständen offensichtlich, unter denen die Schere in eine schräggestellte Position gebracht werden muß, bevor sie in das Bohrloch eingeführt wird. Folglich ist der Auslösemechanismus unter diesen Umständen während des normalen Bohrvorgangs Spannungen ausgesetzt, wenn die Schere als Teil der Grundbohrungsausrüstung abgesenkt wird. Schließlich haben viele mechanische Scheren zahlreiche Oberflächen, die dem Verschleiß ausgesetzt sind.
Hydraulische Rutschscheren weisen gegenüber rein mechanischen Rutschscheren verschiedene Vorteile auf. Hydraulische Rutschscheren haben den signifikanten Vorteil, eine breite Vielfalt von möglichen Auslöselasten zu bieten. Bei der typischen doppeltwirkenden hydraulischen Rutschschere, wie sie beispielsweise aus US-PS 5318139 bekannt ist, ist der Bereich der möglichen Auslöselasten eine Funktion des Umfangs der Axialbeanspruchung, die durch Strecken oder Zusammendrücken des Gestängerohres ausgeübt wird, und diese wird nur durch die strukturellen Grenzen der Schere und der darin befindlichen Dichtungen begrenzt. Außerdem sind hydraulische Rutschscheren in der Regel weniger verschleißanfällig und arbeiten daher in der Regel länger als eine mechanische Schere unter denselben Betriebsbedingungen. Hydraulische Rutschscheren haben aber auch bestimmte Nachteile. Beispielsweise sind die meisten rein hydraulischen doppeltwirkenden Rutschscheren verhältnismäßig lang, in einigen Fällen übersteigt ihre Länge 25 Fuß. Die Länge einer bestimmten Schere ist normalerweise keine signifikante Frage in Bohrsituationen, in den ein normales Gewindegestängerohr eingesetzt wird. Bei der Anwendung von gewundenen Gestängerohren dagegen ist es wünschenswert, daß die Länge aller Werkzeuge in einem bestimmten Bohrgestänge nicht größer als die Länge der Schmiereinrichtung des besonderen gewundenen Rohrstranginjektors ist. Folglich ist es wünschenswert, daß die Rutschschere so kurz wie möglich ist, um die Bedienungskraft in die Lage zu versetzen, möglichst viele verschiedene Typen von Werkzeugen im Bohrgestänge anzuordnen und gleichzeitig die Gesamtlänge des Bohrgestänges kürzer als die Länge der Schmiereinrichtung zu halten. Eine herkömmliche hydraulische Rutschschere kann die Hälfte oder mehr der Gesamtlänge einer gegebenen Schmiereinrichtung einnehmen, so daß vielleicht nur weniger als die halbe Länge der Schmiereinrichtung für die Aufnahme anderer Werkzeuge, wie eines Spülschlamm-Motors, eines Orientierungsgerätes oder eines Werkzeugs zur Bohrlochmessung, bleibt.
Viele Konstruktionen von hydraulischen Rutschscheren haben außerdem einen ungünstig langen Steuerungstakt. Der Steuerungstakt ist der Umfang der relativen Bewegung zwischen dem Dorn und dem Gehäuse, der auftreten muß, damit die Schere ausgelöst wird, nachdem sie durch die Anwendung einer Axiallast schräggestellt worden ist. Wenn eine herkömmliche hydraulische Rutschschere durch Anwendung einer Axiallast schräggestellt wird, wird in einer Kammer ein Fluid unter Druck gesetzt, um der relativen Bewegung des Dorns und des Gehäuses entgegenzuwirken. Eine oder mehrere Steuerungsöffnungen in der Schere erlauben das Ausströmen des komprimierten Fluids mit einer verhältnismäßig langsamen Rate. Wenn das Fluid ausströmt, tritt eine gewisse relative Axialbewegung zwischen dem Dorn und dem Gehäuse auf. Der Umfang der relativen Axialbewegung zwischen dem Dorn und dem Gehäuse, der nach dem Schrägstellen der Schere, aber vor dem Auslösen der Schere auftritt, ist als Ausströmen bekannt. Das Ausströmen stellt verlorene, potentielle Energie dar, die normalerweise in zusätzliche Rüttelkraft umgewandelt werden würde. Viele der gegenwärtigen Konstruktionen von hydraulischen Rutschscheren haben einen verhältnismäßig langen Steuerungstakt von 12 Zoll oder mehr, und daher tritt ein signifikantes Maß an Ausströmen auf. Außerdem führt ein langer Steuerungstakt zu Wärmeentwicklung in der Hydraulikflüssigkeit, was kostspielige Unterbrechungen zwischen den Auslösungen erforderlich machen und zu einem Abbau des Fluids fuhren kann.
Mechanisch-hydraulische Rutschscheren verbinden normalerweise einige Merkmale der rein mechanischen und der rein hydraulischen Rutschscheren miteinander. So arbeitet beispielsweise eine Konstruktion sowohl mit einem langsam dosiert abgegebenen Fluid als auch mit einem mechanischen Federelement, um der relativen Axialbewegung von Dorn und Gehäuse entgegenzuwirken. Diese Konstruktion hat dieselben Nachteile, wie sie herkömmliche hydraulische Rutschscheren aufweisen, d. h., sie ist lang, hat einen langen Steuerungstakt und fuhrt zur Fluiderwärmung. Eine andere Konstruktion wendet eine Kombination aus einem langsam dosiert abgegebenen Fluid und einer mechanischen Bremse an, um die relative Bewegung zwischen dem Dorn und dem Gehäuse zu verzögern. Bei dieser Konstruktion wird Bohrschlamm als hydraulisches Medium eingesetzt. Folglich muß das Gestänge unter Druck gesetzt werden, bevor die Rutschschere arbeitet. Dieser Schritt der Unterdrucksetzung verlangt normalerweise eine Unterbrechung der Arbeit und die Einführung einer Kugel in das Arbeitsgestänge, um als Dichtungselement zu wirken. Nachdem die Rutschschere ausgelöst worden ist, muß die Kugel wieder gefangen werden, bevor die normale Arbeit fortgesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung will einen oder mehrere der oben genannten Nachteile überwinden oder auf ein Minimum reduzieren.
Das wird nach der Erfindung durch eine mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, erreicht. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schere werden in den Ansprüchen 2 bis 6 definiert.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere bereitgestellt. Die Schere schließt einen Dorn, ein Gehäuse, das ausziehbar um den Dom angeordnet ist, und erste und zweite Kolben ein, die zwischen dem Dorn und dem Gehäuse und in Längsrichtung mit Zwischenraum zueinander angeordnet sind. Die Kolben verschließen jeweils erste und zweite, im wesentlichen dichte Kammern in dem Gehäuse. In jedem der ersten und zweiten Kolben werden erste und zweite Durchflußkanäle gebildet, die durch diese hindurchführen. Zwischen dem Dom und dem Gehäuse und zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben ist eine Klemmhülse angeordnet.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere bereitgestellt. Die Schere schließt einen Dorn, ein Gehäuse, das ausziehbar um den Dorn angeordnet ist, und erste und zweite Kolben ein, die zwischen dem Dorn und dem Gehäuse und in Längsrichtung mit Zwischenraum zueinander angeordnet sind. Die Kolben verschließen jeweils erste und zweite, im wesentlichen dichte Kammern in dem Gehäuse. In jedem der ersten und zweiten Kolben werden erste und zweite Durchflußkanäle gebildet, die durch diese hindurchführen. Zwischen dem Dom und dem Gehäuse sind erste und zweite Vorspannelemente angeordnet. Das erste Vorspannelement ist dahingehend wirksam, der Längsbewegung des ersten Kolbens in einer ersten Richtung entgegenzuwirken, und das zweite Vorspannelement ist dahingehend wirksam, der Längsbewegung des zweiten Kolbens in einer zweiten Richtung entgegenzuwirken. Die zweite Richtung ist der ersten Richtung entgegengesetzt. Zwischen dem Dorn und dem Gehäuse und zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben ist außerdem eine rohrfömige Klemmhülse angeordnet.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere bereitgestellt. Die Schere schließt einen Dorn ein, der eine erste Außenfläche und eine Rille hat, die über den Umfang laufend in der ersten Außenfläche angeordnet ist. Um den Dom ist ausziehbar ein Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse hat eine Innenfläche, die einen in Radialrichtung nach innen vorstehenden dritten Flansch hat. Der dritte Flansch hat ein erstes Ende, das einen ersten Absatz bildet, und ein zweites Ende, das einen zweiten Absatz bildet. Erste und zweite Kolben sind zwischen dem Dom und dem Gehäuse und in Längsrichtung mit Zwischenraum zueinander angeordnet. Die Kolben verschließen jeweils erste und zweite, im wesentlichen dichte Kammern in dem Gehäuse. In jedem der ersten und zweiten Kolben werden erste und zweite Durchflußkanäle gebildet, die durch diese hindurchführen. Zwischen dem Dom und dem Gehäuse sind erste und zweite Vorspannelemente angeordnet. Das erste Vorspannelement ist dahingehend wirksam, der Längsbewegung des ersten Kolbens in einer ersten Richtung entgegenzuwirken, und das zweite Vorspannelement ist dahingehend wirksam, der Längsbewegung des zweiten Kolbens in einer zweiten Richtung entgegenzuwirken. Die zweite Richtung ist der ersten Richtung entgegengesetzt. Zwischen dem Dorn und dem Gehäuse und zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben ist eine rohrförmige Klemmhülse angeordnet. Die Klemmhülse hat eine Innenfläche, die wenigstens einen Umfangsflansch hat, der in Radialrichtung von dieser nach außen vorsteht. Außerdem hat die Klemmhülse eine zweite, eine Außenfläche, die wenigstens einen Umfangsflansch hat, der von dieser nach innen vorsteht. Die Klemmhülse ist derartig aufgebaut, daß der wenigstens eine nach innen vorstehende Flansch in der über den Umfang verlaufenden Rille angeordnet ist, wenn sich der wenigstens eine nach außen vorstehende Flansch mit dem dritten Flansch in Kontakt befindet, und derartig, daß sich die Klemmhülse in Radialrichtung ausdehnt, wenn der wenigstens eine nach außen vorstehende Flansch an dem ersten oder zweiten Absatz vorbei bewegt wird.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1A bis 1E im kombinierten Viertelschnitt und partiellen Schnitt dargestellte, aufeinanderfolgende Abschnitte einer mechanisch-hydraulischen doppeltwirkenden Rutschschere in der neutralen Betriebsposition zeigen,
Fig. 2 eine bildliche Explosionsdarstellung der Klemmhülse, der oberen und unteren ringförmigen Druckkolben und der Vorspannelemente der mechanisch-hydraulischen doppeltwirkenden Rutschschere von Fig. 1A bis 1E veranschaulicht,
Fig. 3A bis 3C im Viertelschnitt gezeigte, aufeinanderfolgende Abschnitte der mechanischhydraulischen doppeltwirkenden Rutschschere von Fig. 1A bis 1 E in der nach oben wirkenden Rüttelposition nach der Auslösung veranschaulichen, und
Fig. 4A bis 4C im Viertelschnitt gezeigte, aufeinanderfolgende Abschnitte der mechanischhydraulischen doppeltwirkenden Rutschschere von Fig. 1A bis 1E in der nach unten wirkenden Rüttelposition nach der Auslösung veranschaulichen.
Fig. 5 eine partielle Schnittperspektive einer alternativen Struktur der Klemmhülse von Fig. 2 veranschaulicht.
Fig. 6 eine bildliche Ansicht einer anderen alternativen Struktur der Klemmhülse von Fig. 2 veranschaulicht.
Es wird nun auf die Zeichnungen und speziell auf Fig. 1A bis einschließlich 1E Bezug genommen, gezeigt wird eine mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere 10, die eine beachtliche Länge aufweist, weshalb sie in fünf in Längsrichtung unterbrochenen, partiellen Schnittansichten, d. h., Fig. 1A, 1B, 1C, 1D und 1E, gezeigt werden muß. Jede dieser Ansichten stellt die rechte Hälfte der Rutschschere 10 in einem Viertelschnitt und die linke Hälfte der Rutschschere 10 in einer Schnittperspektive dar. Die Rutschschere 10 weist im allgemeinen einen rohrförmigen, inneren Dorn 12 auf, der ausziehbar innerhalb eines äußeren, rohrförmigen Gehäuse 14 getragen wird. Der Dom 12 und das Gehäuse 14 bestehen jeweils aus einer Vielzahl von rohrförmigen Segmenten, die miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch innere Gewindeverbindungen.
Der Dorn 12 besteht aus einem oberen rohrförmigen Abschnitt 16, durch den sich ein innerer Längsdurchgang 18 erstreckt. Das obere Ende des rohrförmigen Abschnitts 16 ist erweitert, wie das unter 20 gezeigt wird, um einen im wesentlichen flachen Absatz oder eine nach unten zeigende Hammerfläche 21 zu bilden, und es ist für die Verbindung mit einem herkömmlichen Bohrgestänge oder dergleichen (nicht gezeigt) bei 22 mit einem Innengewinde versehen. Das untere Ende des oberen rohrförmigen Abschnitts 16 ist mit einer zylindrischen Senkbohrung versehen, die in einem inneren Absatz 24 endet und mit Innengewinde, wie das unter 26 gezeigt wird, und mit Außengewinde, wie das unter 28 gezeigt wird, versehen ist. Um den oberen rohrförmigen Abschnitt 16 ist ein Ringhammer 29 angeordnet, der für den Eingriff mit dem oberen rohrförmigen Abschnitt 16 bei 28 mit Innengewinde, wie das unter 30 gezeigt wird, versehen ist. Außerdem sichern zwei oder mehrere über dem Umfang mit Zwischenraum angeordnete Sicherungsschrauben 31 den Ringhammer 29 an dem oberen rohrförmigen Abschnitt 16, um eine relative Drehbewegung zwischen diesen zu verhindern. Die Sicherungsschrauben 31 sind versenkt, um mit der Außenseite des Ringhammers 29 eine bündige Oberfläche herzustellen. Der Ringhammer 29 hat an seinem oberen Ende eine im wesentlichen flache obere Hammerfläche 32.
Ein Zwischenabschnitt des Dorns 12 besteht aus einem rohrförmigen Abschnitt 33, dessen oberes Ende mit Gewinde versehen ist, wie das unter 34 gezeigt wird, um innerhalb des Gewindeabschnitts 26 des oberen rohrförmigen Abschnitts 16 mit dem oberen Endabschnitt, der an den Absatz 24 anstößt, verbunden zu werden.
Das untere Ende 35 des rohrförmigen Abschnitts 16 endet in einer zylindrischen Kammer 36 im Gehäuse 14 und ist mit einer Innenbohrung oder einem Durchgang 37 versehen, der eine Weiterführung des Durchgangs 18 im oberen rohrförmigen Abschnitt 16 ist. Ein Runddichtring 38, der in einer ringförmigen Aussparung 39 im unteren Ende des oberen rohrförmigen Abschnitts 16 angeordnet ist, stellt eine Dichtung zwischen dem oberen rohrförmigen Abschnitt 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 33 her.
Für Montagezwecke wird das rohrförmige Gehäuse 14 in mehreren Sektionen hergestellt, etwa wie der Dorn 12. Das obere Ende des rohrförmigen Gehäuses 14 besteht aus einem oberen rohrförmigen Abschnitt 40. Das obere Ende des oberen rohrförmigen Abschnitts 40 hat eine im wesentlichen flache, nach unten zeigende Amboßfläche 41 für das Zusammenwirken mit der nach unten zeigenden Hammerfläche 21, wie das unten ausführlicher behandelt wird. Der untere Abschnitt des oberen rohrtörmigen Abschnitts 40 ist mit einer äußeren zylindrischen Senkbohrung 42 versehen, die einen Absatz 43 hat. Das untere Ende der äußeren zylindrischen Senkbohrung 42 endet in einer nach oben zeigenden Amboßfläche 44 für das Zusammenwirken mit der nach oben zeigenden Hammerfläche 32, wie das unten ausführlicher behandelt wird. Die zylindrische Senkbohrung 42 ist bei 46 mit einem Außengewinde versehen. Die Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts 40 hat eine Vielzahl von nach innen zeigenden, über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten Keilwellennuten 48. Die Keilwellennuten 48 sind so konfiguriert, daß sie mit einem abgestimmten Satz von nach außen vorstehenden, über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten Keilwellennuten 50 auf der Außenfläche des oberen rohrtörmigen Abschnitts 16 des Dorns 12 ineinandergreifen. Die gleitende Wechselwirkung zwischen den Keilwellennuten 48 und den Keilwellennuten 50 ergibt die relative Gleitbewegung des Doms 12 und des Gehäuses 14, ohne eine relative Drehbewegung zwischen diesen.
Das rohrförmige Gehäuse. 14 ist mit einem rohrförmigen Zwischenelement 52 versehen, das an seinem oberen Ende zur Verbindung mit dem Gewindeabschnitt des rohrförmigen Elements 40 mit einem Innengewinde versehen ist, wie das unter 54 gezeigt wird. Das obere Ende des rohrförmigen Zwischenabschnitts 52 stößt an den Absatz 43 an, wenn die Gewindeverbindung bei 46 und 54 fest angezogen ist. Das untere Ende des Zwischenabschnitts 52 ist mit einem Innengewinde versehen, wie das unter 56 gezeigt wird.
Das rohrförmige Gehäuse 14 ist mit einem rohrförmigen Zwischenelement 58 versehen, das an seinem oberen Ende zur Verbindung mit dem Gewindeabschnitt 56 des rohrförmigen Zwischenelements 52 mit einem Außengewinde, wie das unter 62 gezeigt wird, und das an seinem unteren Ende zur Verbindung mit einem anderen rohrförmigen Abschnitt des rohrförmigen Gehäuses, wie das unten behandelt wird, mit einem Außengewinde versehen ist. Der obere Endabschnitt des rohrförrmigen Zwischenelements 58 hat einen Abschnitt mit vermindertem Durchmesser, der einen Absatz 64 bildet, der an das untere Ende des rohrförmigen Zwischenabschnitts 52 anstößt, wenn die Gewindeverbindung bei 56 und 60 fest angezogen ist. Der untere Endabschnitt des rohrförmigen Zwischenelements 58 hat ebenfalls einen Abschnitt mit vermindertem Durchmesser, der einen Absatz 65 bildet, der an ein anderes rohrförmiges Zwischenelement anstößt, wie das unten ausgeführt wird.
Innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 52 wird zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Zwischenabschnitts 58 und den unteren Enden des Ringhammers 29 und des unteren Abschnitts des oberen rohrförmigen Abschnitts 16 des Dorns 12 eine Ringkammer 66 gebildet. Die Ringkammer 66 wird zum Ringraum der Bohrung (nicht gezeigt) hin durch eine Öffnung 68 im rohrförmigen Zwischenabschnitt 52 entlüftet.
Der rohrförmige Zwischenabschnitt 58 ist mit einer Einfüllöffnung 70 versehen, um die Einführung eines geeigneten Arbeitsmediums, z. B. einer Hydraulikflüssigkeit, in die Rutschschere 10 zu ermöglichen. Die Einfüllöffnung 70 ist versenkt mit einer Einfüllpassage 72, die in die Rutschschere 10 führt, und hat eine mit Gewinde versehene Öffnung, die mit einem Einfüllstopfen 74 abgedeckt ist, der durch ein Gewinde mit dem rohrförmigen Zwischenelement 58 verbunden ist. Der Stopfen 74 hat einen Runddichtring 76, um als Dichtung zu wirken.
Es ist wünschenswert, sowohl die Verschmutzung des Arbeitsmediums der Rutschschere durch Schlamm oder anderes Material aus dem Ringraum der Bohrung zu verhindern, als auch den Verlust von Arbeitsmedium aus der Rutschschere in den Ringraum der Bohrung zu verhindern. Dementsprechend schließt das obere Ende des rohrförmigen Zwischenabschnitts 58 eine Dichtungsanordnung ein, die aus einem Runddichtring 78 und einem unmittelbar über dem Runddichtring 78 angeordneten Abstreifer 80 besteht, die jeweils in ringförmigen Aussparungen 81 und 82 im rohrförmigen Zwischenabschnitt 58 angeordnet sind und die beide mit dem rohrförmigen Zwischenelement 33 in Kontakt sind. Ebenso ist zur Verhinderung des Flusses von Arbeitsmedium der Rutschschere vorbei am Gewindeabschnitt 62 ein Runddichtring 83 am unteren Ende des rohrförmigen Zwischenabschnitts 58 angeordnet.
Das rohrförmige Gehäuse 14 ist mit einem rohrförmigen Zwischenelement 84 versehen, das an seinem oberen Ende für eine Gewindeverbindung mit dem Gewindeabschnitt 62 des rohrförmigen Zwischenelements 58 mit einem Innengewinde versehen ist, wie das unter 86 gezeigt wird. Das rohrförmige Zwischenelement 84 ist, wie das unter 88 gezeigt wird, an seinem unteren Ende mit einem Innengewinde versehen, um durch ein Gewinde mit einem anderen rohrförmigen Element verbunden zu werden, wie das unten ausführlicher behandelt wird. Das obere Ende des rohrförmigen Zwischenelements 84 stößt an den Absatz 65 auf dem rohrförmigen Zwischenelement 58 an, wenn die Gewindeverbindung bei 62 und 86 fest angezogen ist.
Das rohrförmige Gehäuse 14 ist mit einem rohrförmigen Zwischenelement 90 versehen, das an seinem oberen Ende für eine Verbindung mit dem Gewindeabschnitt 88 des rohrförmigen Zwischenelements 84 mit einem Außengewinde versehen ist, wie das unter 92 gezeigt wird. Das obere Ende des rohrförmigen Zwischenelements 90 hat einem Abschnitt mit vermindertem Durchmesser, der einen Absatz 94 bildet, der an das untere Ende des rohrförmigen Zwischenelements 84 anstößt, wenn die Gewindeverbindung bei 88 und 92 fest angezogen ist. In einer Aussparung 97 im oberen Ende des rohrförmigen Zwischenelements 90 ist ein Runddichtring 96 angeordnet, um ein Lecken von Hydraulikflüssigkeit vorbei an der Gewindeverbindung bei 88 und 92 zu verhindern. Das untere Ende des rohrförmigen Zwischenelements 90 hat einen Abschnitt mit vermindertem Durchmesser, der, wie das unter 98 gezeigt wird, mit einem Außengewinde versehen ist und einen Absatz 100 bildet. Das rohrförmige Zwischenelement 90 hat eine Einfüllöffnung 102, um eine Bedienungskraft in die Lage zu versetzen, die Ruschschere 10 mit Hydraulikflüssigkeit zu füllen. Die Einfüllöffnung 102 ist versenkt, um einen Durchflußkanal 104, der in das Innere der Ruschschere 10 führt, und eine Öffnung mit größerem Durchmesser bereitzustellen, die durch einen mit einem Gewinde verbundenen Stopfen 106 abgedeckt wird. Der Stopfen 106 hat eine Runddichtring-Dichtung, die in der Nähe der Einfüllkanals 104 mit dem rohrförmigen Zwischenelement 90 ineinandergreift.
Es ist wünschenswert, sowohl die Verschmutzung des Arbeitsmediums in der Rutschschere 10 durch Material, beispielsweise Bohrschlamm, das aus der Bohrung 36 austritt, zu verhindern, als auch den Verlust von Arbeitsmedium aus der Rutschschere 10 an der Grenzfläche zwischen dem rohrförmigen Zwischenelement 90 und dem unteren Ende des Dorns 12 zu verhindern. Dementsprechend schließt das rohrförmige Zwischenelement 90 an seinem unteren Ende eine Dichtungsanordnung ein, die im wesentlichen der Dichtungsanordnung für das rohrförmige Zwischenelement 58 ähnlich ist und die aus einem Runddichtring 110 und einem Abstreifer 112 besteht, die in ringförmigen Aussparungen 114 und 116 im rohrförmigen Zwischenelement 90 angeordnet sind. Der Abstreifer 112 ist unmittelbar unter dem Runddichtring 110 angeordnet.
Das untere Ende des rohrförmigen Gehäuses 14 besteht aus einem unteren rohrförmigen Element 118, das an seinem oberen Ende, wie das unter 120 gezeigt wird, zur Verbindung mit dem Gewindeabschnitt 98 des rohrförmigen Zwischenelements 90 mit einem Innengewinde versehen ist. Das obere Ende des unteren rohrförmigen Elements 118 stößt an den Absatz 100 des rohrförmigen Zwischenelements 90 an, wenn die Gewindeverbindung bei 98 und 120 fest angezogen ist. Um den Austritt von Schlamm oder anderem Material, das aus der Bohrung 36 austritt, zu verhindern, ist ein Runddichtring 122 in einer ringförmigen Aussparung 123 im unteren Ende des rohrförmigen Zwischenelements 90 in der Nähe des oberen Endes des unteren rohrförmigen Elements 118 angeordnet. Der Spielraum zwischen dem oberen Ende des unteren rohrförmigen Elements 118 und dem unteren Ende 35 des Dorns 12 ist derartig, daß die zylindrische Kammer 36 ausreichend groß ist, um darin die Bewegung des unteren Endes 35 des Doms 12 aufzunehmen, während sie gleichzeitig eine gewisse Menge an Druckfluid, beispielsweise Bohrschlamm, aufnimmt. Das untere Ende der Ringkammer 36 setzt sich in einem Durchflußkanal 126 mit vermindertem Durchmesser fort, der sich zum Boden der Rutschschere (nicht gezeigt) erstreckt und zu diesem öffnet. Der Boden (nicht gezeigt) der Rutschschere 10 kann, ganz nach Bedarf, ein Innen- oder ein Außengewinde für die Verbindung mit einem anderen Abschnitt des Bohrgestänges (nicht gezeigt) haben.
Eine Innenfläche 128 des rohrförmigen Zwischenelements 84 und eine Außenfläche 130 des rohrförmigen Abschnitts 33 des Dorns 12 sind mit Zwischenraum zueinander angeordnet, um eine obere Hydraulikkammer 132 zu definieren. Im allgemeinen wirkt die obere Hydraulikkammer 132 der Aufwärtsbewegung des Dorns 12 im Verhältnis zum Gehäuse 14 entgegen. Das heißt, die relative Aufwärtsbewegung des Dorns 12 im Verhältnis zum Gehäuse 14 verringert das Volumen der oberen Hydraulikkammer 132, was zu einem signifikanten Anstieg des Innendrucks in der oberen Hydraulikkammer 132 führt, wodurch eine Kraft erzeugt wird, um dieser relativen Bewegung entgegenzuwirken. Dieser Widerstand gegen die relative Bewegung erlaubt einen starken Aufbau an potentieller Energie.
Folglich wird ein Mechanismus bereitgestellt, um die obere Hydraulikkammer 132 im wesentlichen abzudichten, damit sich in dieser Druck aufbauen kann. Die Oberflächen 128 und 130 der oberen Hydraulikkammer 132 sind glatte, zylindrische Oberflächen, welche die freie Bewegung eines oberen ringförmigen Druckkolbens 134 erlauben. Der obere ringförmige Druckkolben 134 hat eine glatte, zylindrische Bohrung 136, durch die der Dorn 12 gleitfähig geführt wird. Der obere ringförmige Kolben 134 ist gegenüber einem Lecken vorbei an der Bohrung 136 durch einen Runddichtring 138, der in einer ringförmigen Aussparung 139 im unteren Ende des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 angeordnet ist, und gegenüber einem Lecken zwischen der Außenfläche 140 des oberen ringförmigen Kolbens 134 und der Innenfläche 128 durch einen Runddichtring 142 abgedichtet, der in einer ringförmigen Aussparung 143 im oberen ringförmigen Druckkolben 134 angeordnet ist.
Die Innenfläche 128 des rohrförmigen Zwischenelements 84 hat einen Teilabschnitt mit vermindertem Durchmesser, der an seinem oberen Ende einen nach oben zeigenden, ringförmigen Absatz 144 und an seinem unteren Ende einen nach unten zeigenden, ringförmigen Absatz 145 hat. Der nach oben zeigende, ringförmige Absatz 144 kann mit dem unteren Ende des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 ineinandergreifen, um die Grenze der Abwärtsbewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 zu definieren. Gleichermaßen kann der nach unten zeigende Absatz 145 mit einem anderen ringförmigen Druckkolben ineinandergreifen, um die Grenze von dessen Aufwärtsbewegung zu definieren, wie das unten behandelt wird.
Es wird nun auch auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine bildliche Explosionsansicht ist, die den oberen und den unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166 und andere, unten zu beschreibende Komponenten zeigt, wobei durch den oberen ringförmigen Druckkolben 134 zwei im wesentlichen parallele Durchflußkanäle 146 und 148 führen. Der erste Durchflußkanal 146 ist an seinem oberen Ende mit der oberen Hydraulikkammer 132 in Fluidverbindung, und an seinem unteren Ende ist er mit einem Schlitz 149 in Fluidverbindung, der in der Außenseite des unteren Endes des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 gebildet wird. Der erste Durchflußkanal 146 ist so konstruiert, daß er den begrenzten Fluß des Fluids aus der oberen Hydraulikkammer 132 zuläßt, um einen Druckaufbau in der oberen Hydraulikkammer 132 zu ermöglichen, während er die translatorische Bewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 nach oben zuläßt, bis die Schere 10 ausgelöst wird, wie das unten ausführlicher beschrieben wird. Zu diesem Zweck schließt der obere Abschnitt des ersten Durchflußkanals 146 eine herkömmliche Drosseldüse 150 ein, um den Fluidfluß aus der oberen Hydraulikkammer 132 einzuschränken. Die Drosseldüse 150 ist vorzugsweise eine LEE JEVA-Düse, die von der Lee Company, Westbrook, Connecticut, hergestellt wird, oder eine andere geeignete Düse. LEE JEVA ist ein eingetragenes Warenzeichen.
Wie der erste Durchflußkanal 146 ist auch der zweite Durchflußkanal 148 an seinem oberen Ende mit der oberen Hydraulikkammer 132 in Fluidverbindung, und an seinem unteren Ende ist er mit einem Schlitz 152 in Fluidverbindung, der in der Außenseite des unteren Endes des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 gebildet Wird. Der zweite Durchflußkanal 148 ist dafür konstruiert, während der Aufwärtsbewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 den Fluidfluß aus der oberen Hydraulikkammer 132 durch den oberen ringförmigen Druckkolben 134 zu verhindern und gleichzeitig während der Abwärtsbewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 den freien Fluidfluß in der umgekehrten Richtung zuzulassen. Zu diesem Zweck schließt der Durchflußkanal 148 ein herkömmliches Einweg-Durchflußventil 154 ein, das schematisch als Kugelventil gezeigt wird, um den Fluidfluß in der durch den Pfeil 156 angegebenen Richtung zu erlauben. Bei dem Einweg-Durchflußventil 154 handelt es sich vorzugsweise um ein LEE CHEK-Ventil, Modell 187, das von der Lee Company, Westbrook, Connecticut, hergestellt wird, oder ein anderes geeignetes Einweg-Durchflußventil. LEE CHEK ist ein Warenzeichen.
Es ist zu beachten, daß beide Durchflußkanäle 146 und 148 an ihren unteren Enden in einem 90º- Kniestück enden. Diese Konfiguration ist nur zur Vermeidung des Runddichtrings 142 notwendig. Es versteht sich von selbst, daß die Durchflußkanäle 146 und 148 alternativ dazu durch die gesamte Länge des Kolbens 134 führen können, wodurch die Notwendigkeit für das 90º-Kniestück und die Schlitze 147 und 152 entfällt.
In der oberen Hydraulikkammer 132 ist ein Vorspannelement 162 angeordnet, durch das der Dorn 12 geführt wird. Das obere Ende des Vorspannelements 162 liegt am unteren Ende des rohrförmigen Zwischenelements 58 an, und das untere Ende des Vorspannelements 162 liegt am oberen Ende des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 an. Wie unten ausführlicher behandelt wird, wirkt das Vorspannelement 162 dahingehend, der Aufwärtsbewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 entgegenzuwirken und den oberen ringförmigen Druckkolben 134 nach einer aufwärts wirkenden Rüttelbewegung der Rutschschere 10 in die in Fig. 1C gezeigte Position zurückzuführen. Das Vorspannelement 162 besteht vorzugsweise aus einem Stapel von Tellerfedern, obwohl auch andere Typen von Federanordnungen, beispielsweise eine oder mehrere Schraubenfedern, möglich sind. Ungeachtet der gewählten speziellen Konstruktion, ist es bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wünschenswert, daß das Vorspannelement 162 ein Minimum von etwa 250 Pound-Force bereitstellt, wenn es vollständig zusammengedrückt ist.
Die Innenfläche 128 des rohrförmigen Zwischenelements 84 und die Außenfläche des Dorns 12 sind mit Zwischenraum zueinander angeordnet, um eine untere Hydraulikkammer 164 zu definieren, die im wesentlichen gleich der oberen Hydraulikkammer 132 ist. Wie die obere Hydraulikkammer 132 wirkt die untere Hydraulikkammer 164 der Längsbewegung des Dorns 12 entgegen. In diesem Fall aber wirkt die untere Hydraulikkammer 164 der nach unten gerichteten Längsbewegung des Dorns 12 entgegen. Innerhalb des Gehäuses 14 ist ein unterer ringförmiger Druckkolben 166 angeordnet, um die untere Hydraulikkammer 164 im wesentlichen abzudichten, um einen Druckaufbau in dieser zu ermöglichen.
Der Aufbau des unteren ringförmigen Druckkolbens 166 ist im wesentlichen gleich dem des oberen ringförmigen Druckkolbens 134. Allerdings ist der untere ringförmige Druckkolben 166 im Vergleich zum oberen ringförmigen Druckkolben 134 umgekehrt. Der untere ringförmige Druckkolben 166 schließt zwei Durchflußkanäle 168 und 169 ein, die durch diesen hindurchführen. Der erste Durchflußkanal 168 ist sowohl mit der unteren Hydraulikkammer 164 als auch mit einem Schlitz 170 im Kolben 166 in Fluidverbindung und enthält eine herkömmliche Drosseldüse 172. Der zweite Durchflußkanal 169 ist sowohl mit der unteren Hydraulikkammer 164 als auch mit einem Schlitz 174 im Kolben 166 in Fluidverbindung und enthält ein herkömmliches Einweg-Durchflußventil 175, das den Fluß in der durch den Pfeil 176 angegebenen Richtung zuläßt. Der untere ringförmige Druckkolben 166 hat Runddichtringe 177 und 178, die in Aufbau und Wirkungsweise mit den Runddichtringen 142 und 138 identisch sind. Wie oben festgestellt worden ist, kann das obere Ende des unteren ringförmigen Druckkolbens 166 mit dem nach unten zeigenden Absatz 145 ineinandergreifen, wodurch die Grenze von dessen Aufwärtsbewegung definiert wird.
Die Abwärtsbewegung des unteren ringförmigen Druckkolbens 166 wird nicht nur durch den Druck der Hydraulikflüssigkeit, die innerhalb der unteren Hydraulikkammer 164 zusammengedrückt wird, sondern auch durch ein Vorspannelement 180 verzögert, das in der unteren Hydraulikkammer 164 angeordnet ist und durch das der Dorn 12 geführt wird. Das obere Ende des Vorspannelements 164 stößt an das untere Ende des unteren ringförmigen Druckkolbens 166 an. Das untere Ende des Vorspannelements 180 stößt an das obere Ende des rohrförmigen Zwischenelements 90 an. Das Vorspannelement 180 ist in Aufbau und Wirkungsweise im wesentlichen identisch mit dem Vorspannelement 162.
Es dürfte verstanden werden, daß der obere ringförmige Druckkolben 134 in Verbindung mit dem Fluiddruck in der oberen Hydraulikkammer 132 und dem Vorspannelement 162 dahingehend wirksam ist, die Aufwärtsbewegung des Dorns 12 zu verzögern, um einen Aufbau von potentieller Energie im Bohrgestänge zu ermöglichen, wenn eine Zuglast von der Erdoberfläche aus auf den Dorn 12 ausgeübt wird. Ebenso dürfte es verstanden werden, daß die Abwärtsbewegung des Dorns 12 eingeschränkt wird durch den unteren ringförmigen Druckkollben 166, der im Zusammenwirken mit dem Fluiddruck innerhalb der unteren Hydraulikkammer 164 und dem Vorspannelement 180 dahingehend wirkt, einen Aufbau von potentieller Energie im Bohrgestänge zu ermöglichen, wenn eine Drucklast von der Erdoberfläche aus auf den Dorn 12 ausgeübt wird. Die Übertragung einer aufwärts wirkenden Kraft vom Dorn 12 auf den oberen ringförmigen Druckkolben 134 und die Übertragung einer abwärts wirkenden Kraft vom Dorn 12 auf den unteren ringförmigen Druckkolben 166 machen eine mechanische Verbindung zwischen dem Dorn 12 und dem oberen und dem unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166 erforderlich. Die mechanische Verbindung wird durch eine allgemein rohrförmige Klemmhülse 184 hergestellt, die im rohrförmigen Zwischenabschnitt 84 zwischen dem oberen ringförmigen Druckkolben 134 und dem unteren ringförmigen Druckkolben 166 angeordnet ist. Der Dorn 12 wird drehbar durch die Klemmhülse 184 geführt.
Die Klemmhülse 184 hat eine Vielzahl von längs verlaufenden und über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten Schlitzen 186, die den Mittelabschnitt der Klemmhülse 184 in eine Vielzahl von längs verlaufenden und über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten Segmenten 188 unterteilen. Während der Arbeit der Rutschschere 10 sind die Segmente 188 Biegespannungen ausgesetzt. Daher ist es wünschenswert, die Enden 190 der Schlitze 186 abzurunden, um die Bildung von Spannungsrisern zu vermeiden. Jedes Längssegment 188 hat einen nach außen vorstehenden Flansch 192, der auf dessen Außenfläche 194 gebildet wird, und einen nach innen vorstehenden Flansch 196, der auf dessen Innenfläche 198 und in der Nähe des nach außen vorstehenden Flanschs 192 gebildet wird. Es versteht sich von selbst, daß die Klemmhülse 184 keinen vollständig ringförmigen horizontalen Querschnitt haben muß, wie das in Fig. 1C und 1D und Fig. 2 gezeigt wird. Die Klemmhülse braucht nicht vollständig ringförmig zu sein, sie kann z. B. in einem halbkreisförmigen horizontalen Querschnitt ausgeführt sein. Dementsprechend können Anzahl und Zwischenraum der Segmente 188 variiert werden.
In einem Abschnitt des Dorns 12, der durch die Klemmhülse 184 geführt wird, wird eine ringförmige Aussparung 200 gebildet, die um deren Umfang verläuft. Die ringförmige Aussparung 200 hat einen oberen kegelförmigen Absatz 202 und einen unteren kegelförmigen Absatz 204. Jeder der nach innen vorstehenden Flansche 196 hat eine obere abgeschrägte Oberfläche 206 und eine untere abgeschrägte Oberfläche 208. Eine nach oben auf den Dorn 12 wirkende Kraft wird durch die Wechselwirkung zwischen dem Absatz 204 und den unteren abgeschrägten Oberflächen 208 auf die Klemmhülse 184 und damit wiederum auf den oberen ringförmigen Druckkolben 134 übertragen. Umgekehrt wird eine nach unten auf den Dorn 12 wirkende Kraft durch die Wechselwirkung zwischen dem Absatz 202 und den oberen abgeschrägten Oberflächen 206 auf die Klemmhülse 184 und damit wiederum auf den unteren ringförmigen Druckkolben 166 übertragen.
Die nach außen vorstehenden Flansche 192, die eine obere abgeschrägte Oberfläche 210 und eine untere abgeschrägte Oberfläche 212 haben, greifen mit einer relativ glatten Innenfläche 214 eines nach innen vorstehenden Ringflanschs 216 ineinander, der von der Innenfläche 128 des rohrförmigen Zwischenelements 84 nach innen vorsteht. Der nach innen vorstehende Flansch 216 hat an seinem oberen Ende einen abgeschrägten Absatz 218 und an seinem unteren Ende einen abgeschrägten Absatz 220.
Im unbelasteten oder neutralen Zustand, der in Fig. 1A bis einschließlich 1E dargestellt wird, ist die Klemmhülse 184 so angeordnet, daß sich die nach außen vorstehenden Flansche 192 etwa am Mittelpunkt des nach innen vorstehenden Ringflanschs 216 befinden. Die Klemmhülse 184 wird durch die Vorspannwirkung der Vorspannelemente 162 und 180, die ihre jeweiligen Druckkräfte über den oberen und unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166 auf die Klemmhülse 184 übertragen, gezwungen, in dieser Mittelposition zu bleiben.
Die Klemmhülse 184 wirkt nicht nur als Verbindung für die Übertragung von nach oben und unten gerichteten Kräften vom Dorn 12 auf den oberen und unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166, sondern dient auch als Auslösemechanismus zur Freigabe des Doms 12, damit sich dieser im Verhältnis zum Gehäuse 14 schnell bewegen kann.
Wie unten ausführlicher behandelt wird, wird die Rutschschere 10 in einem nach oben wirkenden Rüttelmodus ausgelöst, wenn die untere abgeschrägte Oberfläche 212 an dem abgeschrägten Absatz 218 vorbei bewegt wird. Umgekehrt wird die Rutschschere 10 in einem nach unten wirkenden Rüttelmodus ausgelöst, wenn die obere abgeschrägte Oberfläche 210 an dem abgeschrägten Absatz 220 vorbei bewegt wird.

NACH OBEN WIRKENDE RÜTTELBEWEGUNG

Die Fähigkeit der Rutschschere 10 zur nach oben wirkenden Rüttelbewegung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1A bis einschließlich 1E und Fig. 3A bis einschließlich 3C deutlich gemacht. Fig. 3A bis einschließlich 3C zeigen die Rutschschere 10 unmittelbar nach der Auslösung in einer nach oben wirkenden Rüttelbewegung. Jede der Fig. 3A bis 3C wird im Viertellängsschnitt gezeigt, der von einer Mittellinie 222 der Ruschschere 10 bis zu deren Außenumfang reicht. Im unbelasteten Zustand befindet sich die Ruschschere 10 in einer neutralen Position, die in Fig. 1A bis einschließlich 1E gezeigt wird. Um eine nach oben wirkende Rüttelbewegung der Rutschschere 10 einzuleiten, wird auf den Dom 12 eine nach oben gerichtete Zuglast ausgeübt. Der Bereich der zulässigen Größenordnungen der Zuglasten und damit der mitgeteilten, nach oben wirkenden Rüttelkraft wird nur durch die strukturellen Grenzen der Rutschschere 10 und der darin befindlichen Dichtungen begrenzt. Wenn auf den Dorn 12 eine Kraft ausgeübt wird, greift der untere Absatz 204 der Aussparung 200 mit den unteren abgeschrägten Oberflächen 208 der nach innen vorstehenden Flansche 196 der Klemmhülse 184 ineinander. Die nach oben wirkende Kraft vom Dorn 12 wird auf die Klemmhülse 184 und damit wiederum auf den oberen ringförmigen Druckkolben 134 übertragen, wodurch sowohl die Klemmhülse 184 als auch der obere ringförmige Druckkolben 134 nach oben gedrückt werden. Wenn der obere ringförmige Druckkolben 134 nach oben translatiert wird, wird das Fluid innerhalb der oberen Hydraulikkammer 132 zusammengedrückt. Die Aufwärtsbewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 und damit wiederum der Klemmhülse 184 und des Dorns 12 wird durch den Druck des Fluids, das innerhalb der oberen Hydraulikkammer 132 zusammengedrückt wird, und durch die nach unten wirkende Kraft des Vorspannelements 162, das auf das obere Ende des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 wirkt, verzögert, wodurch sich im Bohrgestänge potentielle Energie aufbauen kann. Wie oben festgestellt worden ist, wird die Aufwärtsbewegung des oberen ringförmigen Druckkolbens 134 durch einen eingeschränkten Fluß von Hydraulikflüssigkeit aus der oberen Hydraulikkammer 132 durch den ersten Durchflußkanal 146 aufgenommen. Der obere ringförmige Druckkolben 134, die Klemmhülse 184 und der Dorn 12 setzen das stetige, aber langsame Kriechen nach oben fort, während das Fluid weiter aus der oberen Hydraulikkammer 132 durch den oberen ringförmigen Druckkolben 134 und in den Raum zwischen dem oberen und unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166 fließt. Wenn die untere abgeschrägte Oberfläche 212 auf den nach außen vorstehenden Flanschen 192 den oberen Absatz 218 auf dem nach innen vorstehenden Ringflansch 216 erreichen, tritt zwischen dem unteren Absatz 204 der ringförmigen Aussparung 200 und der unteren abgeschrägten Oberfläche 208 des nach innen vorstehenden Flanschs 196 eine verkeilende Wirkung auf, die bewirkt, daß die Segmente 188 in Radialrichtung nach außen gebogen werden. Die Innenfläche 128 des rohrförmigen Zwischenelements 84 und die Außenseite des Zwischenabschnitts 33 des Dorns 12 haben einen solchen Abstand, daß sich die Segmente 188 in Radialrichtung genügend nach außen ausdehnen können, um die nach innen vorstehenden Flansche 196 aus der ringförmigen Aussparung 200 lösen zu können, wodurch sich der Dorn 12 im Verhältnis zum Gehäuse 14 frei und schnell nach oben translatieren kann. Ohne die Einengungen durch die Klemmhülse 184 und den oberen ringförmigen Druckkolben 134 wird der Dorn 12 schnell nach oben beschleunigt, wodurch die Hammerfläche 32 des oberen Hammers 29 schnell mit der Amboßfläche 44 des oberen Ambosses 40 in Kontakt gebracht wird. Es ist zu beachten, daß der untere ringförmige Druckkolben 166 während der nach oben gerichteten Rüttelbewegung durch den Absatz 145 im wesentlichen in seiner neutralen Position gehalten wird.
Die Klemmhülse 184 ermöglicht einen verhältnismäßig kurzen Auslöse- oder Steuerungstakt. Für eine nach oben gerichtete Rüttelbewegung wird der Steuerungstakt annähernd durch den Abstand zwischen den unteren abgeschrägten Oberflächen 212 auf den nach außen vorstehenden Flanschen 192 und dem oberen Absatz 218 auf dem nach innen vorstehenden Ringflansch 216 definiert. Gleichermaßen wird der Steuerungstakt für eine nach unten gerichtete Rüttelbewegung annähernd durch den Abstand zwischen der oberen abgeschrägten Oberfläche 210 auf den nach außen vorstehenden Flanschen 192 und dem unteren Absatz 220 auf dem nach innen vorstehenden Ringflansch 216 definiert. Dieser relativ kurze Steuerungstakt erfüllt zwei nützliche Funktionen. Erstens verringert der kurze Steuerungstakt den Umfang des Ausströmens oder der verlorenen potentiellen Energie, die bei langen Steuerungstakten auftreten, auf ein Minimum. Zweitens verringert der kurze Steuerungstakt die Menge der Hydraulikflüssigkeit, die schnell durch die Durchflußkanäle geführt werden muß, auf ein Minimum, wodurch die Wärmeentwicklung im Fluid verringert wird.
Um die Rutschschere 10 wieder in die neutrale Position zurückzubringen, wird der Dorn 12 im Verhältnis zum Gehäuse 14 nach unten bewegt. Wenn der Dorn 12 nach unten bewegt wird, greift der obere Absatz 202 der ringförmigen Aussparung 200 mit der oberen abgeschrägten Oberfläche 206 der nach innen vorstehenden Flansche 196 ineinander. Über eine verkeilende Wechselwirkung zwischen der unteren abgeschrägten Oberfläche 212 und dem oberen Absatz 218 ziehen sich die Segmente 188 in Radialrichtung nach innen zusammen, bis die nach außen vorstehenden Flansche 192 gleitend in die Innenfläche 214 des nach innen vorstehenden Ringflanschs 216 eingreifen. Wenn der Dom 12 nach unten translatiert wird, wird der obere ringförmige Druckkolben 134 durch das Vorspannelement 162 verhältnismäßig leicht nach unten gedrückt. Diese Bewegungsfreiheit wird durch das Einweg-Durchflußventil 154 im oberen ringförmigen Druckkolben 134 ermöglicht, das einen relativ freien Fluidstrom aus dem Raum zwischen dem oberen und dem unteren Druckkolben 134 und 166 durch den oberen ringförmigen Druckkolben 134 und in die obere Hydraulikkammer 132 erlaubt.

NACH UNTEN WIRKENDE RÜTTELBEWEGUNG

Die Fähigkeit der Rutschschere 10 zur nach unten wirkenden Rüttelbewegung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1A bis einschließlich 1E und Fig. 4A bis einschließlich 4C deutlich gemacht. Fig. 4A bis einschließlich 4C zeigen die Rutschschere 10 unmittelbar nach der Auslösung in einer nach unten wirkenden Rüttelbewegung. Jede der Fig. 4A bis 4C wird im Viertellängsschnitt gezeigt, der von der Mittellinie 222 der Ruschschere 10 bis zu deren Außenumfang reicht. Im unbelasteten Zustand befindet sich die Ruschschere 10 in einer neutralen Position, die in Fig. 1A bis einschließlich 1E gezeigt wird. Um eine nach unten wirkende Rüttelbewegung der Rutschschere 10 einzuleiten, wird auf den Dom 12 eine Drucklast ausgeübt. Der Bereich der zulässigen Größenordnungen der Drucklasten und damit der nach unten wirkenden Rüttelkraft wird nur durch die strukturellen Grenzen der Rutschschere 10 und der darin befindlichen Dichtungen begrenzt. Wenn der Dorn 12 nach unten gedrückt wird, greift der obere Absatz 202 in der ringförmigen Aussparung 200 mit den oberen abgeschrägten Oberflächen 206 auf den nach innen vorstehenden Flanschen 196 ineinander, wodurch die Klemmhülse 184 und damit der untere ringförmige Druckkolben 166 nach unten gedrückt werden. Wenn der untere ringförmige Druckkolben 166 nach unten bewegt wird, wird das Fluid innerhalb der unteren Hydraulikkammer 164 zusammengedrückt. Die Kombination aus der Kompression des Fluids in der unteren Hydraulikkammer 164 und der entgegengesetzten Kraft vom zusammengedrückten Vorspannelement 180 wirkt zusammen, um die Bewegung des unteren ringförmigen Druckkolbens 166 und damit der Klemmhülse 184 und des Dorns 12 zu verzögern, was den Aufbau von potentieller Energie im Bohrgestänge ermöglicht. Wenn die oberen abgeschrägten Oberflächen 210 der nach außen vorstehenden Flansche 192 den unteren Absatz 220 des nach innen vorstehenden Ringflanschs 216 freigeben, werden durch eine verkeilende Wechselwirkung zwischen dem oberen Absatz 202 und den oberen abgeschrägten Oberflächen 206 der nach innen vorstehenden Flansche 196 die Segmente 188 veranlaßt, sich in Radialrichtung nach außen zu biegen. Wie bei der nach oben wirkenden Rüttelbewegung haben die Innenfläche 128 und die Außenseite des Zwischenabschnitts 33 des Dorns 12 einen solchen Abstand, daß sich die Segmente 188 im ausreichenden Maße in Radialrichtung nach außen ausdehnen können, um die nach innen vorstehenden Flansche 196 aus der ringförmigen Aussparung 200 lösen zu können, wodurch der Dorn 12 in die Lage versetzt wird, sich schnell und frei nach unten zu beschleunigen. Die schnelle und freie Abwärtsbeschleunigung des Doms 12 bringt die nach unten zeigende Hammerfläche 21 des Dorns 12 schnell mit der nach unten zeigenden Amboßfläche 41 in Kontakt, wodurch der Rutschschere 10 ein nach unten gerichteter Rüttelschlag mitgeteilt wird.
Um die Rutschschere aus der Abwärtsarbeitsposition zurück in eine neutrale Position zu bringen, wird der Dorn 12 nach oben bewegt, bis die nach innen vorstehenden Flansche 196 zurück in die Position innerhalb der ringförmigen Aussparung 200 springen. Der Dorn 12 wird nach oben bewegt, bis die Klemmhülse 184 die neutrale Position einnimmt. Wenn der Dom 12 nach oben bewegt wird, wird der untere ringförmige Druckkolben 166 durch das Vorspannelement 180 nach oben gedruckt. Ein relativ freier Fluß des Fluids aus dem Raum zwischen dem oberen und dem unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166 durch das Einweg-Durchflußventil 175 ermöglicht es dem unteren ringförmigen Druckkolben 166, sich mit relativer Freiheit nach oben in die ursprüngliche, neutrale Position zu translatieren. Die Vorteile im Zusammenhang mit einem kurzen Steuerungstakt, die oben in Bezug auf die nach oben gerichtete Rüttelbewegung behandelt worden sind, sind beim nach unten gerichteten Rüttelbewegungsmodus die gleichen.
Als Alternative können die Klemmhülsenmittel die Form eines kreisförmigen Halteringes 224 annehmen, der über den Umfang in der ringförmigen Aussparung 200 im Dorn angeordnet ist, wie das in Fig. 5 gezeigt wird. Der kreisförmige Ring 224 ist gespalten, wie das unter 226 gezeigt wird, damit sich der Ring 224 in Radialrichtung nach außen ausdehnen kann, wie das bei den Segmenten 188 beim oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die Aufwärts- oder Abwärtskraft vom Dorn 12 wird von dem kreisförmigen Ring 224 auf den oberen und den unteren ringförmigen Druckkolben 134 und 166 durch einen oberen und einen unteren Einlegering 228 und 230 übertragen, die jeweils zwischen dem kreisförmigen Ring 224 und dem oberen ringförmigen Druckkolben 134 und zwischen dem kreisförmigen Ring 224 und dem unteren ringförmigen Druckkolben 166 angeordnet sind. Die Einlegeringe 228 und 230 werden teilweise im Perspektivschnitt gezeigt, um das Detail des kreisförmigen Rings 224 zu veranschaulichen.
Ebenso können die Klemmhülsenmittel 184, wie das in Fig. 6 gezeigt wird, die Form einer Vielzahl von über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten, aber getrennten, ringförmigen Segmenten 232 annehmen, die um den Dorn 12 angeordnet sind, der in Strichlinien gezeigt wird. Die ringförmigen Segmente 232 haben jeweils nach innen und außen vorstehende Flansche 234 und nach innen vorstehende Flansche 236, die in Aufbau und Wirkungsweise im wesentlichen gleich den Flanschen 192 und 196 sind. Die ringförmigen Segmente 232 können sich in Radialrichtung frei nach innen und außen bewegen, wie das bei den Segmenten 188 der Fall ist, aber ohne sich zu biegen.

Claims

1. Mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere (10), die folgende Komponenten aufweist:

einen Dorn (12),

ein Gehäuse (14), das ausziehbar um den Dorn (12) angeordnet ist,

erste und zweite Kalben (134, 166), die zwischen dem Dorn und dem Gehäuse (14) und in Längsrichtung mit Zwischenraum zueinander angeordnet sind, wobei die Kolben (134, 166) jeweils erste und zweite im wesentlichen dichte Kammern (132, 164) in dem Gehäuse (14) verschließen, wobei in jedem der ersten und zweiten Kolben (134, 166) erste und zweite Durchflußkanäle (148, 169) gebildet werden und sich durch diese erstrecken, und

Klemmhülsenmittel (184; 224, 228, 230; 232); die zwischen dem Dorn (12) und dem Gehäuse (14) und zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben (134, 166) angeordnet sind, wobei die Klemmhülsenmittel (184; 224, 228, 230; 232) lösbar mit dem Dorn (12) verbunden sind, um Kräfte zwischen dem Dorn (12) und dem ersten und zweiten Kolben (134, 166) zu übertragen, und um die Schere (10) selektiv zur Freigabe des Dorns (12) auszulösen, um diesen im Verhältnis zum Gehäuse (14) schnell zu bewegen.

2. Mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere (10) nach Anspruch 1, worin zwischen dem Dorn (12) und dem Gehäuse (14) erste und zweite Vorspannmittel (162, 180) angeordnet sind, wobei das erste Vorspannmittel (162) dahingehend wirksam ist, der Längsbewegung des ersten Kolbens (134) in einer ersten Richtung entgegenzuwirken, wobei das zweite Vorspannmittel (180) dahingehend wirksam ist, der Längsbewegung des zweiten Kolbens (166) in einer zweiten Richtung entgegenzuwirken, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist.

3. Mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere (10) nach Anspruch 1 oder 2, worin der Dorn (12) eine erste Außenfläche und eine Rille (200) hat, die über den Umfang laufend in der ersten Außenfläche angeordnet ist, die Klemmhülsenmittel (184) rohrförmig sind und eine Innenfläche (198) haben, die wenigstens einen von dieser nach innen vorstehenden Umfangsflansch (198) hat, wobei die Klemmhülsenmittel (184) eine zweite Außenfläche (194) haben, die wenigstens einen nach außen vorstehenden Umfangsflansch (192) hat, wobei die Klemmhülsenmittel (184) derartig aufgebaut sind, daß der wenigstens eine nach innen vorstehende Flansch (196) in der über den Umfang verlaufenden Rille (200) angeordnet ist, wenn sich der wenigstens eine nach außen vorstehende Flansch (192) mit einem dritten Flansch (216) in Kontakt befindet, wobei der dritte Flansch (216) in Radialrichtung nach innen von einer Innenfläche (128) des Gehäuses (14) vorsteht und ein erstes Ende, das einen ersten Absatz (218) bildet, und ein zweites Ende hat, das einen zweiten Absatz (220) bildet, und derartig, daß sich die Klemmhülsenmittel (184) in Radialrichtung ausdehnen, wenn der wenigstens eine nach außen vorstehende Flansch (192) an dem ersten oder zweiten Absatz (218, 220) vorbei bewegt wird.

4. Mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Klemmhülsenmittel (184) folgendes aufweisen:

einen hohlen, rohrförmigen Körper mit einer Vielzahl von längs verlaufenden und über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten Schlitzen (186), wobei die Schlitze (186) den Körper in eine Vielzahl von längs verlaufenden und über dem Umfang mit Zwischenraum angeordneten Segmenten (188) unterteilen, die einen ersten, in Radialrichtung nach innen vorstehenden Flansch (192) und einen zweiten, in Radialrichtung nach außen vorstehenden Flansch (196) haben.

5. Mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, worin die Vorspannelemente (162, 180) Tellerfedern umfassen.

6. Mechanisch-hydraulische doppeltwirkende Rutschschere (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Dorn (12) und das Gehäuse (14) einen ersten Hammer (21) und einen ersten Amboß (41), die ineinander eingreifen können, um eine Rüttelkraft in einer ersten Richtung bereitzustellen, und einen zweiten Hammer (32) und einen zweiten Amboß (44) einschließen, die ineinander eingreifen können, um eine Rüttelkraft in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, bereitzustellen.