NO331430B1 - Toppdrevet rotasjonssystem for kopling av fôringsror - Google Patents

Abstract

Et dreiemomenthode (100) som skal gripe rørelementer, har et hus, gripemekanisme festet inne i huset (102) for selektivt å gripe et rørelement, hvilken gripemekanisme innbefatter i det minste en kjeve (141, 142, 143) som selektivt kan beveges mot og bort fra et parti av et rørelement (12) inne i huset, idet den i det minste ene kjeve har en derpå montert holdekileanordning for å gå i inngrep med partiet av rørelementet, hvilken holdekileanordning innbefatter bakkeanordning som er bevegelig montert på den i det minste ene kjeve, hvilken bakkeanordning er bevegelig med hensyn til den i det minste ene kjeve, slik at relativ bevegelse av røret med hensyn til dreiemomenthodet er mulig i den utstrekning bakkeanordningen er bevegelig.

Description

TOPPDREVET ROTASJONSSYSTEM FOR KOPLING AV FORINGSRØR

Den herværende oppfinnelse retter seg mot borehullsoperasjoner, toppdrevne rotasjonssystemer, toppdrevne 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 ro-ta sjon ssy stem. 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 elevators holdekiler og en foringsrørlengde eller streng bevirker at foringsrøret roterer koordinert i harmoni med elevatoren. Fig. 17 viser et toppdrevet rotasjonssystem iføl-ge kjent teknikk, hvor den samlede sammenstilling nedenfor et drivutstyr kan rotere og samlet blir kalt et "rørhåndterings-" eller "håndterings-"system. Disse rørhåndte-ringssystemer kan lages slik at de dreier samordnet med akselen ved at bøylene fes-tes stivt til akselen. I visse utførelser av et slikt system er rotasjonen, siden rørhånd-teringssystemet i det toppdrevne rotasjonssystem til enhver tid roterer sammen med verktøyet, begrenset til hastighetsgrensen ifølge spesifikasjonene for systemets tet-ninger og lagre, omtrent 6 omdreininger i minuttet 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 sammenskuring, slik som en tang, og som bare ville gjøre bruk av en rørhåndteringsinnretning for å rotere verktøyet etter sam-menskruing dersom det oppstår en situasjon med fastsittende rør. En annen ulempe med systemer slik som det som er vist i 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 for skjellige størrelses-/ tonnlasteområder 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.

US 4570706 beskriver en anordning for rørhåndtering for oljeboring omfattende en motor, et reduksjonsgir hvor motoren er opphengt i en krok og driver en roterbar hul aksel.Anordningen er også forsynt med gripekiler og borevæsketilførsel.

US 5297833 omhandler en gripekileanordning for borerør hvor gripekiler er anordnet i et hus som omkranser rørstrengen.

US 4836064 beskriver gripekiler for krafttenger hvor gripekilen støttes av et elastisk element.

Med mange kjente anordninger, apparater og systemer ifølge kjent teknikk for griping av f6ringsrør, f.eks. med kjever, innsatser eller bakker, blir foringsrøret skadet. Slik skade kan resultere i foringsrør som ikke kan brukes. Når det kreves førsteklas-ses 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 foringsrør, men ikke låser seg fast på foringsrøret.

Det er tilveiebrakt et apparat til rotering av et rørformet element omfattende:

en rigg konstruksjon som har et toppdrevet rotasjonssystem som er operativt koplet til riggkonstruksjonen, og et gripeelement som er operativt koplet til det toppdrevne rotasjonssystem, til griping og rotering av det rørformede element. Apparatet kjennetegnes ved en dreiemomentovervåkingsanordning til overvåking av et dreiemoment utviklet av det roterende rørformede element; og en styring til å motta kommunikasjon fra dreiemomentovervåkingsanordningen og styre det toppdrevne rotasjonssystems ytelse.

Det er videre tilveiebrakt en fremgangsmåte for å rotere et rørformet element, hvilken omfatter: å tilveiebringe en riggkonstruksjon som har et toppdrevet rotasjonssystem som er operativt koplet til riggkonstruksjonen; å tilveiebringe et gripeelement som er operativt koplet til det toppdrevne rotasjonssystem, til griping av det rørformede element; å gripe det rørformede element med gripeelementet; og å drive det toppdrevne rotasjonssystem for å rotere gripeelementet og derved rotere det rørformede element. Fremgangsmåten kjennetegnes ved overvåking av et dreiemoment utviklet som reaksjon på rotering av det rørformede element; kommunikasjon av det overvåkte dreiemoment til en styring; og drift av styringen for å styre en ytelse fra det toppdrevne rotasjonssystem.

I overensstemmelse med et første aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt et dreiemomenthode som skal gripe et rørelement, hvilket dreiemomenthode omfatter et hus og en gripemekanisme inne i huset, hvilken selektivt skal gripe et rørelement inne i huset.

I overensstemmelse med et andre aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt 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 en 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 inngrep med partiet av rørelementet, og holdekileanordningen innbefatter en bakkeanordning 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 tredje aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt 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, idet dreiemomenthodet er plassert nedenfor skruanordningen.

I overensstemmelse med et fjerde aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt 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 rørklave omfatter en komponent i et toppdrevet rotasjonssystem som beskrevet ovenfor, å løfte det første rørelement over det andre rørelement mens det andre rørele-ment 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 rørelement. Samme fremgangsmåte kan anvendes motsatt for fråkopling av rør.

I overensstemmelse med et femte aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en koplingsanordning for å kople en skruanordning til en gjenstand som skal roteres av denne, hvilken koplingsanordning omfatter et legeme som har en utsparing i den ene ende, en aksel, hvor i det minste en del av denne befinner seg inne i legemets utsparing, et kløtsjapparat i legemets utsparing, og en kløtsjaktiveringsanordning som skal aktivere kløtsjapparatet.

Ytterligere foretrukne trekk er fremsatt i de uselvstedige patentkrav.

I overensstemmelse med et sjette aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt et system for håndtering av borehullsrør, hvilket omfatter et toppdrevet rotasjonssystem, et dreiemomenthode som kan koples til det toppdrevne rotasjonssystem, og en koplingsanordning som kan koples mellom det toppdrevne rotasjonssystem og dreiemomenthodet, hvilken koplingsanordning omfatter en kløtsj-mekanisme.

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 er 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 med 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 perso-nell.

Ifølge visse aspekter blir selektivt styrte stempelsylinderanordninger brukt for å beve ge 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 konstruksjon i toppsammenstillingen i dreiemomenthodetrommelen hvori det inngår fjærskiver. Nar 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 skjærefri-gjøring av dreiemomenthodet fra en gjenstand, for eksempel 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.1er 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 sirkula-sjonsapparat 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 foringsrør.

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 rørhåndteringsinnretning 50 og et dreiemomenthode 100. Rørklaven 40 er opphengt via bøyler 42 fra øyne 22 i det toppdrevne rotasjonssystem 20. Momentnøkkelsam-menstillingen 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 rota sjonssystem 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 betjen bart 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, momentnøkkelsam-menstillingen, momentmellomstykket, rørklaven, bøylebevegelsesapparatet og rør-håndteringsinnretningen 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 en 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 forings-rørstreng (ikke vist) hvis øvre rørlengde er grepet av dreiemomenthodet 100 under nedsenking eller heving av strengen. Dette er fordelaktig da det i tilfelle foringsrøret skulle sette seg fast under kjøreoperasjoner, er ønskelig å kunne rotere forings-rørstrengen 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 sammen-skruing 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 verktøy-et 80 beveges videre nedover inne i lengden 12 og avtetter foringsrørets indre med et øvre pakningselement 83, gjennomføres sirkulasjon av borefluid gjennom dreiemo-

menthodet, 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 hylse-partier 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 fluidkraftsystemet 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 under-lagsskiver 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 montert ettergivende og bevegelig på topplaten 106 med hvilke som helst egnede festeanordninger (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 foringsrøret 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 skrå parti 167 som letter innføring av en topp av en foringsrørlengde i dreiemomenthodet 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. 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 viser en fluidstyringskrets 200 ifølge den herværende oppfinnelse for hver 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 lager-innsats 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 foringsrøret 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 foringsrørlengde 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 heist 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 forings-røret 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 foringsrøret 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, rørklaven 40 aktiveres for å gå i inngrep med foringsrøret, og holdekiler i rørklaven beveger seg nedover for å ga 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 rør-lengde i strengen.

Fig. 18 viser en kopling 300 for toppdrevet rotasjonssystem, hvilken har et 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 part i 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 friksjonsmateriale, f.eks., men ikke begrenset til typiske bremse- og kløtsj- foringsmaterialer. 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 en 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 heist 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 dreiemomentoverforingsanordninger; freseappa-rater og - systemer; boreapparater 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 under trykk (f.eks. fra et typisk riggsystem eller fra et rørkoplingsovervåkingssystem for rigg) for å deaktivere apparatet 300, f.eks. like før angivelse av at en rørlengde lander på en skulder. Alternativt, for å foreta de-aktivering, blir fjærinnretningen 333 utelatt og kanalen 340 plasseres slik at fluid til-føres oppå stemplet (med ett eller annet tetningselement ovenfor platene).

Koplingen for toppdrevet rotasjonssystem kan være nødvendig fordi toppdrevne rotasjonssystemer generelt er i stand til øve dreiemomenter som er betydelig høy-ere 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 forhånd-sinnstilles 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 (22)

1. Apparat til rotering av et rørformet element (12) omfattende: en rigg konstruksjon som har et toppdrevet rotasjonssystem (20) som er operativt koplet til riggkonstruksjonen, og et gripeelement (100) som er operativt koplet til det toppdrevne rotasjonssystem (20), til griping og rotering av det rørformede element (12),karakterisert veden dreiemomentovervåkingsanordning (60) til overvåking av et dreiemoment utviklet av det roterende rørformede element (12); og en styring (16) til å motta kommunikasjon fra dreiemomentovervåkingsanordningen (60) og styre det toppdrevne rotasjonssystems (20) ytelse.

2. Apparat som angitt i krav 1,karakterisert vedat det er tilpasset for å opprette en gjenget forbindelse mellom det rørformede element (12) og et andre gjenget rør og videre omfatter et andre gripeelement som skal holde tilbake det andre gjengede rør.

3. Apparat som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat det videre omfatter en rotasjonsmåleinnretning til måling av rotasjon av det rørformede element (12).

4. Apparat som angitt i krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat dreiemomentovervåkingsanordningen (60) omfatter et momentmellomstykke.

5. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat dreiemomentovervåkingsanordningen (60) er operativt plassert mellom det toppdrevne rotasjonssystem (20) og gripeelementet.

6. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat dreiemomentovervåkingsanordningen (60) videre omfatter et rørskjøttildragingsovervåkingssystem.

7. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre omfatter en gjengefremføringskompensator.

8. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det videre innbefatter et fluidpåfyllingssirkulasjonsverk-tøy (80).

9. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat gripeelementet (100) omfatter holdekiler (160).

10. Apparat som angitt i krav 9,karakterisert vedat gripeelementet (100) omfatter holdekiler (160) som ikke setter merker.

11. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det er tilpasset for tilskruing av strenger av rør.

12. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat dreiemomentovervåkingsanordningen (60) overvåker torsjons krefter mellom det rørformede element (12) og i det minste én annen gjenstand (223).

13. Apparat som angitt i hvilket som helst av kravene 2 til 12,karakterisert vedat dreiemomentovervåkingsanordningen (60) overvåker dreiemoment utviklet i den gjengede forbindelse etter som det rørforme-de element (12) roteres inn i gjengeinngrep med det andre gjengede rør (223).

14. Fremgangsmåte for å rotere et rørformet element (12), hvilken omfatter: å tilveiebringe en riggkonstruksjon som har et toppdrevet rotasjonssystem (20) som er operativt koplet til rigg konstruksjonen; å tilveiebringe et gripeelement (100) som er operativt koplet til det toppdrevne rotasjonssystem (20), til griping av det rørformede element 812); å gripe det rørformede element (12) med gripeelementet (100); og å drive det toppdrevne rotasjonssystem (20) for å rotere gripeelementet (100) og derved rotere det rørformede element /12),karakterisert vedovervåking av et dreiemoment utviklet som reaksjon på rotering av det rørformede element (12); kommunikasjon av det overvåkte dreiemoment til en styring; og drift av styringen for å styre en ytelse fra det toppdrevne rotasjonssystem (20).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14,karakterisert vedat den videre omfatter å måle et antall rotasjoner til det rørformede element (12).

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 14 eller 15,karakterisertved at ytelsen er dreiemoment.

17. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 14 til 16,karakterisert vedat gripeelementet (100) omfatter et radial- bevegelig gripeelement (141, 142, 143) som skal gå i inngrep med det rørfor-mede element (12).

18.Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 14 til 17,karakterisert vedat den videre omfatter å måle det rørforme-de elements (12) rotasjon.

19. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 14 til 18,karakterisert vedat den er tilpasset for opprettelse av en gjenget forbindelse mellom det rørformede element (12) og et andre gjenget rør (223) og videre omfatter: å rette første gjenger på det rørformede element (12) inn på linje med hensyn til andre gjenger på det andre gjengede rør (223), slik at ved drift av det toppdrevne rotasjonssystem (20) roteres gripeelementet (100) og det rørformede element (12), og de første og de andre gjenger derved bringes i inngrep med hverandre; og å overvåke et dreiemoment som utvikles ved de første og andre gjenger som går i gjensidig inngrep.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19,karakterisert vedat den videre omfatter å gripe det andre gjengede rør (223) med et andre gripeelement (222).

21. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 14 til 18,karakterisert vedat den er tilpasset for å rotere og senke ned en rørformet streng (223), hvor trinnene med griping og rotering av det rør-formede element (12) innbefatter griping og rotering av strengen, og fremgangsmåten videre omfatter å senke strengen ned i et borehull.

22.Fremgangsmåte som angitt i krav 21,karakterisert vedat den rørformede streng (223) innbefatter foringsrør.