DE3315568A1 - Verfahren und vorrichtung zum blockieren und freigeben einer bohrstange mit im wesentlichen senkrechter achse - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum blockieren und freigeben einer bohrstange mit im wesentlichen senkrechter achseInfo
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Description
München Λ Stuttgart
BRISSONNEAÜ & LOTZ MARINE S.A.
29. April 1983 Rue de la Metallurgie
Zone Industrielle
Zone Industrielle
44470 Carquefou /Frankreich
Unser Zeichen: B 1658
Verfahren und Vorrichtung zum Blockieren und Freigeben einer Bohrstange mit im wesentlichen senkrechter Achse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blockieren und zum Freigeben einer Reihe von
Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse/ derart, daß eine Bohrstange am oberen Ende der aus dem Drehtisch
des Bohrschachtes herausstehenden Bohrstange aufgeschraubt oder abgeschraubt werden kann.
Bekannte Mechanismen weisen Keile auf, deren äußere Form der eines Kegelstumpfteils entspricht, der in eine öffnung
von komplementärer Gestalt eindringen kann, die zu diesem Zweck in dem Drehtisch angeordnet ist und durch
welche hindurch sich die Bohrstangenreihe erstreckt, während die Keile auf ihrer Innenseite die Form eines
Zylinderteils aufweisen, der komplementär zur Außengestalt der Bohrstange ist. Z.B. beschreiben die FR-PSen
2 301 683 und 2 417 003 derartige Mechanismen, von denen
HD/bl
der erstere jedoch schlecht automatisierbar ist, während der zweitgenannte überhaupt nicht automatisiert werden
kann.
Der Arbeitsgang des Blockierens und der Freigabe der Bohrstangen muß jedoch sehr oft hintereinander wiederholt
werden, wenn z.B. mehrere tausend Meter Bohrstangen hochgezogen werden müssen, um den Bohrmeißel am Ende der
Reihe auszuwechseln, Messungen im Bohrschacht vorzunehmen
oder diesen auszukleiden; anschließend sind ebenso viele Arbeitsgänge erforderlich, um alle Bohrstangen
der Stangenreihe wieder in den Schacht abzusenken.
Es ist offensichtlich, daß eine Automatisierung dieser
^5 Arbeitsgänge erstrebenswert ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum automatisierten Blockieren "
und Freigeben von Bohrstangen.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht zunächst darin,
daß eine Vorverspannung der Keile an der aus dem Drehtisch herausragenden Bohrstange vorgenommen wird, wobei
die Keile jeweils an einem Arm befestigt sind, der mit einer senkrecht translationsbewegbaren Platte über
wenigstens ein Gelenk und einen Arbeitszylinder verbunden ist, welcher sich auf dem Arm abstützt und den Keil,
dessen Stellung er steuert, gegen die Bohrstange so anlegt, daß deren Selbstzentrierung gewährleistet ist,
daß anschließend die Platte abgesenkt wird, so daß die Keile fest gegen die Bohrstange verspannt werden, indem
sie in die Öffnung komplementärer Form eingeschoben werden, um auf diese Weise die Blockierung der Bohrstange
zu gewährleisten; anschließend wird eine weitere Bohrstange am oberen Ende der so blockierten Stange auf-
oder abgeschraubt, und schließlich wird die Platte wieder angehoben, wobei die Arbeitszylinder gelöst werden,
nachdem die Bohrstange befestigt wurde, damit sie nicht
3 3 Ί 5 5 ο ο
in den Schacht hinabfällt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Keile vorgesehen, und in der Platte ist ein Durchgang vorhanden,
um das Instellungbringen der vorrichtung an der Bohrstangenreihe zu ermöglichen. Bei der bevorzugten
Ausführungsform ist ferner die Ruhestellung der Platte die angehobene Stellung, wobei eine elastische Einrichtung
beim Absenken der Platte gespannt wird, derart, daß deren automatisches Wiederanheben und die Freigabe
der Keile am Ende jedes Arbeitsganges gewährleistet sind.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Aüsführungsbeispielen
und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer vollständigen automatischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen
Blockier- und Freigabevorrichtung; und
Fig. 2 bis 4 schematische Ansichten von Einzelheiten der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
Die in Fig. 1 dargestellte Maschine enthält mehrere Teile, die in Kombination miteinander arbeiten.
Insbesondere umfaßt die Maschine eine Vorrichtung, welehe
die Blockierung der Bohrstange 1 gewährleistet, die aus dem Bohrschacht am Drehtisch 2 herausragt. Ferner
umfaßt sie eine Maschine 4, die das Anfangsdrehmoment beim Abschrauben oder Enddrehmoment beim Festschrauben
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an einer weiteren Bohrstange 3 erzeugt, die in Fig. 1 am oberen Ende der herausragenden Bohrstange abgebrochen
dargestellt ist. Sie umfaßt ferner eine Maschine zum schnellen Aufschrauben oder Abschrauben, die in der
g Zeichnung nicht dargestellt ist, eine Klemme 5 zum
Positionieren der Bohrstangen und schließlich eine Steuervorrichtung zum Steuern der gesamten Maschine in
Form einer Schalttafel 6. Die Maschine ist auf Schienen 7 verfahrbar.
Im allgemeinen werden die Bohrstangen, wenn eine Reihe
derselben aus dem Schacht herausgehoben wird, voneinander getrennt und auf dem Gelände der Bohranlage abgelegt.
Zu diesem Zweck wird die Stangenreihe so weit an-■j^g
gehoben, daß die abzuschraubende Bohrstange von den oberen Spannbacken der das Drehmoment erzeugenden Vorrichtung
erfaßt werden kann und die untere Stange durch die Spannbacken 8 der unteren Spannvorrichtung erfaßt
werden kann.
Da es aber erforderlich ist, die untere Bohrstange 1 so festzustellen, daß ein Herunterfallen der ganzen
verbleibenden Stangenreihe in den Schacht vermieden wird, wenn die obere Stange abgeschraubt wird, wird
2g die Stangenreihe zunächst höher angehoben, um der Spannvorrichtung
die Möglichkeit zu geben, die untere Bohrstange 1 zu erfassen. Diese Spannvorrichtung besteht
aus einer Platte 10 mit Armen 11, an denen jeweils unter Zwischenschaltung eines Gelenks 13 und einer Kraft-
QQ quelle bzw. eines Arbeitszylinders 14, ein Keil 12 angeschlossen
ist. Die Platte 10 ist mit den Keilen 12 in senkrechter Richtung verschiebbar. Bei Betätigung
der Kraftquelle 14 wird eine Vorverspannung der Keile an der Bohrstange 1 bewirkt, wobei eine Selbstzentrierung
der Keile erfolgt. Anschließend wird die Platte 10 z.B. unter der Wirkung der Schwerkraft und des Gewichtes der
Bohrstangenreihe abgesenkt; dabei dringen die Keile in die Öffnung 15 komplementärer Form ein, die zu diesem
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Zweck in dem Drehtisch 2 angebracht ist, wodurch die Keile 12 an der Bohrstange 1 fest verspannt werden,
deren oberes Ende darüberhinaus einen größeren Außendurchmesser als der restliche Stangenkörper hat, um so
für das Festklemmen der Stange 1 zusätzliche Sicherheit zu gewährleisten.
Wenn sich die Keile 12 in der öffnung 15 befinden und
die Bohrstange 1 blockiert ist, kann die Maschine 4 in Tätigkeit gesetzt werden, um das Anfangsdrehmoment auf
die obere Bohrstange 3 auszuüben und diese um einen Winkel von etwa 30 in bezug auf die untere Bohrstange
zu verdrehen und den Abschraubvorgang zu beginnen.
Bekanntlich ist eine Bohrstange an ihrem unteren Ende mit einem kegeligen Teil mit Außengewinde und an ihrem
oberen Ende mit einem entsprechenden kegeligen Teil mit Innengewinde versehen. Bei der beschriebenen Ausführungs
form weist die Maschine zwei Spannvorrichtungen 16, 17 auf, von denen die eine über der anderen angeordnet ist.
Beide Spannvorrichtungen sind mit einer Spannbacke 8, 9 versehen, deren Spannbackenelemente durch in der Zeichnung
nicht dargestellte Arbeitszylinder betätigbar sind und die im Inneren der Spannvorrichtungen angeordnet
sind. Diese Spannvorrichtungen 8 und 9 erfassen jeweils das obere Ende der unteren Bohrstange 1 bzw. das untere
Ende der oberen Bohrstange 3. Jede Spannbacke umfaßt drei Spannbackenelemente, die im wesentlichen an den
Winkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.
Zwei dieser Spannbackenelemente sind jeweils an einem Ende eines Schenkels der Spannvorrichtung angeordnet,
während das dritte Element am Scheitel oder Boden der Spannvorrichtung angeordnet ist und die Zentrierung der
Bohrstange gewährleistet und mit den beiden anderen Elementen zusammenwirkt, um das erforderliche Drehmoment
zu übertragen.
Die untere Spannvorrichtung 16 ist feststehend und mit
dem Gerüst 18 fest verbunden ausgebildet, während die obere Spannvorrichtung 17 drehbeweglich um die Achse
der Bohrstange 3 ist, und zwar unter der Wirkung wenigstens eines Arbeitszylinders 19, der einerseits an der
unteren Spannvorrichtung 16 und andererseits an der oberen Spannvorrichtung 17 angreift. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform sind zwei derartige Arbeitszylinder vorgesehen. Die beiden Spannvorrichtungen sind in der
Achse der Bohrstangen translationsverschiebbar, so daß ,Q eine korrekte Positionierung ermöglicht wird.
Wenn im Betrieb die Keile 12 richtig in der Öffnung positioniert sind, erfassen die Spannbacken 8 und 9 zunächst
die Bohrstangen in der zuvor angegebenen Weise.
, c- Anschließend verursacht der Arbeitszylinder 19 eine
Relativdrehung zwischen den beiden Spannvorrichtungen und 17 um etwa 30 * Die gesamte Anordnung kehrt dann in
die Ruhestellung zurück, und zwar zunächst die Spannbacken 8 und 9 und anschließend der Arbeitszylinder 19,
2Q nachdem der Vorgang des Abschraubens begonnen und das
erforderliche Drehmoment ausgeübt wurde. Anschließend kann die Maschine für die Schnellabschraubung ihre Arbeit
beginnen. Diese Maschine ist nicht dargestellt, da es sich um eine herkömmlicne Maschine handelt. Die
Klemme 5 zur Positionierung der Bohrstangen übernimmt dann die abgeschraubte Bohrstange 3, damit diese zu
ihrem Lagerplatz geführt werden kann. Dabei wird das Stangengewicht in herkömmlicher Weise von einem Kabel
aufgenommen, das auf die Trommel einer nicht dargestell-
QQ ten Winde aufgewickelt wird.
Das Kabel wird daraufhin an der Bohrstange 1 angebracht, die noch durch die Keile 12 eingespannt ist. Durch Betätigung
der Winde wird dann die Bohrstange 1 angehoben, gg bis sie in die Stellung gelangt, die zu Beginn des beschriebenen
Arbeitsganges die Stange 3 eingenommen hatte. Der Arbeitsgang kann nun wiederholt werden. Beim Anheben
der Bohrstange 1 verlassen die Keile 12 die Öffnung
15. Die Arbeitszylinder 14 nehmen wieder ihre Ruhestellung ein, wodurch die Keile vollständig von der
Bohrstange 1 freikommen. Ein Gegengewicht- und Federsystem, das in der Zeichnung nicht dargestellt und an
sich bekannt ist, ist in den Ständern 20 untergebracht, welche die bewegliche Platte 10 tragen. Dieses System
bewirkt, daß die Platte sich in ihrer oberen Lage in Ruhestellung befindet und daß die Maschine für den
nächsten Arbeitsgang bereit ist. Es ist also ersichtlich, 2Q daß das Abschrauben auf sehr einfache Weise automatisiert
werden kann, so daß die Möglichkeit besteht, beträchtliche Einsparungen an Bedienungspersonal zu erzielen,
wobei das Personal keinen physischen Beanspruchungen mehr ausgesetzt wird.
Gleiches gilt für den umgekehrten Vorgang des Aufschraubens. Die aufzuschraubende Bohrstange 3 wird mittels
des sie tragenden Kabels und der stellunggebenden Klemme 5, deren Spannbacken 21 eine geeignete Form haben, welehe
äas Ausfluchten der beiden Bohrstangen sichert, über die aus dem Drehtisch 2 herausragende Bohrstange 1
befördert. Durch Betätigung der Winde wird das ein Außengewinde tragende Ende der oberen Bohrstange 3 in den
das Innengewinde tragenden Teil der unteren Bohrstange 1
2g eingeführt.
Die das Schnellaufschrauben bewirkende Maschine arbeitet dann unter der visuellen Kontrolle der Bedienungsperson,
welche durch einen Zwischenraum 22 in der Stärke der oberen Spannvorrichtung 17 der Maschine möglich ist, die
das endgültige Aufschraubdrehmoment liefert. Am Ende dieses Arbeitsganges kommt der Zwischenraum 22 dadurch
zum Fortfall, daß nicht dargestellte Kraftquellen bzw. Arbeitszylinder in ihre Ruhestellung gelangen. Diese
Arbeitszylinder wirken auf Daumen 23 ein, um einen Teil der oberen Spannvorrichtung 17 während der Schnellauf
schraubung anzuheben, damit die Bedienungsperson den Vorgang beobachten kann. Die Spannbacke 8 erfaßt dann
das obere Ende der unteren Bohrstange 1 und die Spannbacke 9 das untere Ende der oberen Bohrstange 3. Durch Betätigung
des Arbeitszylinders 19 wird der oberen Bohrstange 3 eine letzte Drehbewegung erteilt, durch die
diese sehr fest aufgeschraubt wird.
Anschließend nehmen nacheinander die Arbeitszylinder ihre Ruhestellung ein, wobei der Zwischenraum 22 in der
oberen Spannvorrichtung 17 wieder hergestellt wird.
,λ Mittels des Kabels und der Winde wird die Stangenreihe
dann so weit angehoben, daß die Keile 12 aus der öffnung 15 in dem Drehtisch 2 heraustreten können. Die Platte 10
gelangt automatisch in ihre obere Stellung zurück, wie zuvor bereits erwähnt wurde. Dabei sind auch die Ar-
2g beitszylinder 16 in Ruhestellung.
Die Bedienungsperson senkt dann die zusammengebaute Stangenreihe so weit ab, daß das obere Ende der Bohrstange
3, wenn die Keile 12 erneut für den nächsten Ar-
2Q beitsgang in Stellung gebracht sind, sich an der Stelle
befindet, an welcher sich zuvor die Bohrstange 1 befand, also gegenüber den Spannbacken 8 der unteren Spannvorrichtung
16. Der Arbeitsgang kann dann mit einer neuen oberen Bohrstange wiederholt werden. Um den Platz freizugeben,
wenn keine Bohrstangen der Stangenreihe zusammen- oder auseinandergeschraubt werden sollen, ist
die gesamte Maschine auf einem rechteckigen Wagen oder Schlitten 24 montiert, der auf Schienen 7 verfahrbar
ist, die auf dem Boden der Bohranlage beiderseits des
QQ Drehtischs 2 angeordnet sind. Die Ständer 18, welche die
Maschine zur Erzeugung des Drehmoments und die Maschine zum schnellen Auf- und Abschrauben tragen, sind zweckmäßig
um ein in dem Schlitten oder Wagen 24 vorgesehenes Gelenk um einige Grade drehbar, um den Betrieb der Ma-
gg schine zu ermöglichen, wenn die Achse des Schachtes und
folglich der Bohrstangen nicht genau senkrecht verläuft, sondern mit der Senkrechten einen verhältnismäßig kleinen
Winkel von beispielsweise unter 5 einschließt.
/Al
Die Maschine ist derart ausgebildet, daß sie eine offene Seite aufweist, damit die Maschine in Stellung gebracht
werden kann, ohne daß es notwendig wäre, diesen offenen Teil nach dem Instellungbringen der Maschine zu ver-
schließen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 wird nun die Vorrichtung zum Blockieren der unteren Bohrstange im einzelnen
beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt die Platte 10 mit ihren Armen 11, von denen bei der gezeigten Ausführungsform
drei vorhanden sind und an deren Enden jeweils ein Keil 12 über wenigstens ein Gelenk 13 und
einen Arbeitszylinder 14 angeschlossen ist.
einen Arbeitszylinder 14 angeschlossen ist.
In Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Endes eines Armes 11 und der Einrichtungen zur Befestigung des Keils 12
dargestellt. Der Arbeitszylinder 14 ist einerseits an
dem Arm 11 und andererseits an dem Keil 12 über ein Gelenk 141 bzw. 142 festgelegt.
dargestellt. Der Arbeitszylinder 14 ist einerseits an
dem Arm 11 und andererseits an dem Keil 12 über ein Gelenk 141 bzw. 142 festgelegt.
Das Gelenk 13 ist bei der gezeigten Ausfuhrungsform ein
Doppelgelenk, das gebildet ist aus einer Strebe 131,
welche an ihrem einen Ende an dem Keil 12 und an ihrem anderen Ende an dem Arm 11 über ein Gelenk 132 bzw. 133 festgelegt ist.
welche an ihrem einen Ende an dem Keil 12 und an ihrem anderen Ende an dem Arm 11 über ein Gelenk 132 bzw. 133 festgelegt ist.
Wenn der Arbeitszylinder 14 beaufschlagt wird, wird der Keil 12 gegen die Bohrstange 1 angelegt und selbsttätig
an dieser zentriert.
Die Gelenke 133 und 141 sind an einem Klotz 121 festgelegt, der seinerseits an dem Keil 12 beispielsweise
über einen Zapfen befestigt ist, damit ein Lösen der
Keile möglich ist, während die untere Bohrstange blok-
über einen Zapfen befestigt ist, damit ein Lösen der
Keile möglich ist, während die untere Bohrstange blok-
kiert ist, so daß gegebenenfalls den Stangen, die sich
in dem Bohrschacht befinden, während des Absenkens oder Anhebens der Stangen eine Drehbewegung erteilt werden
kann.
in dem Bohrschacht befinden, während des Absenkens oder Anhebens der Stangen eine Drehbewegung erteilt werden
kann.
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Fig. 3 zeigt in Draufsicht einen Keil, an dem die Gelenke 133 und 141 deutlicher dargestellt sind.
Fig. 4 zeigt schematisch in Draufsicht die Platte mit ihrer Öffnung, die das Instellungbringen der Vorrichtung
über dem Drehtisch 2 ermöglicht, wobei die Keile 12 gegen die Bohrstange 1, welche im Schnitt ge
zeigt ist, angelegt dargestellt sind.
Claims (6)
1. Verfahren zum Blockieren und Freigeben einer Reihe von
Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse, zum Festschrauben oder Abschrauben einer Bohrstange am oberen
Ende der aus dem Drehtisch (2) eines BohrSchachtes herausstehenden Bohrstange unter Verwendung von Keilen
(12), die auf ihrer Außenseite die Form eines Kegelstumpfteils
aufweisen, der in eine Öffnung (15) komplementärer Gestalt eindringen kann, welche zu diesem Zweck
in dem Drehtisch (2) angeordnet ist und durch die hindurch sich die Bohrstangenreihe erstreckt, während die
Innenseite der Keile die Gestalt eines Zylinderteils aufweist, der komplementär zur Zylinderform einer Bohrstange
ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Vorverspannung der Keile (12) an der Bohrstange (1) vorgenommen
wird, wobei die Keile jeweils an einem Arm (11) festgelegt
sind, der an eine vertikal translationsbewegbare Platte (10) über wenigstens ein Gelenk (13) und eine Kraftquelle
(14) anschließt, die sich auf dem Arm (11)' abstützt, um den Keil (12), dessen Stellung sie steuert, gegen die
HD/bl
Bohrstange (1) so anzulegen, daß eine selbsttätige Zentrierung des Keils (12) bewirkt wird, daß anschließend
die Platte (10) so abgesenkt wird, daß die Keile (12) an der Bohrstange (1) fest verspannt werden, indem die
" p- Keile (12)· in die öffnung (15) komplementärer Form eindringen,
und daß anschließend die weitere Bohrstange (3) "am oberen Ende der blockierten Bohrstange (1) aufgeschraubt
oder abgeschraubt wird und schließlich die Platte (10) wieder angehoben wird und die Kraftquellen
(H) gelöst werden, während die Bohrstange (1) festgehalten
wird.
2. Vorrichtung zum Blockieren und Freigeben einer Reihe von
Bohrstangen mit im wesentlichen senkrechter Achse, zum Ig Auf- oder Abschrauben einer Bohrstange am oberen Ende
der aus dem Drehtisch (2) eines BohrSchachtes herausragenden
Bohrstange, mit Keilen (12), die auf ihrer Außenseite die Form eines Kegelstumpfteiles aufweisen, der
•;;) . '.in eine öffnung (15) komplementärer Form eindringen
-,Q kann, welche zu diesem Zweck in dem Drehtisch (2) angev
ordnet ist und durch die hindurch sich die Reihe von Bohrstangen erstreckt, und auf ihrer Innenseite die
Form eines Zylinderteils aufweisen, die komplementär ■ . ir 'Gestalt einer Bohrstange ist, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Keil (12) an einem Arm (11) festgelegt ist, der an einer senkrecht translationsbewegba- en Platte (10)
über wenigstens ein Gelenk (13) und eine Kraftquelle (14) angeschlossen ist, die sich auf dem Arm (11) abstützt,
um den Keil (12), dessen Stellung er steuert, gegen die Bohrstange (1) anzulegen und eine selbsttätige Zentrierung
des Keils (12) zu bewirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (12) an einem Arm (11) über eine Strebe (13)
und Gelenke (132, 133) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (10) von Stützen (20) getragen ist,
die ein Gegengewicht- und Feder-System aufweisen, und
daß die Ruhestellung der Platte (10) ihre angehobene Stellung ist, bei welcher die Keile (12) aus der öffnung
(15) komplementärer Form herausbewegt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (12) und die Arme (11)
jeweils dreifach vorgesehen sind.
_
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kraftquelle (14) und die Strebe (13) sich auf dem Keil (12) über einen Klotz (121) abstützen,
der von dem Keil (12) lösbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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|---|---|
| DE3315568A1 true DE3315568A1 (de) | 1983-11-03 |
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ID=9273602
Family Applications (2)
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| DE8312630U Expired DE8312630U1 (de) | 1982-04-30 | 1983-04-29 | Vorrichtung zum Blockieren und Freigeben einer Bohrstange mit im wesentlichen senkrechter Achse |
| DE19833315568 Withdrawn DE3315568A1 (de) | 1982-04-30 | 1983-04-29 | Verfahren und vorrichtung zum blockieren und freigeben einer bohrstange mit im wesentlichen senkrechter achse |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8312630U Expired DE8312630U1 (de) | 1982-04-30 | 1983-04-29 | Vorrichtung zum Blockieren und Freigeben einer Bohrstange mit im wesentlichen senkrechter Achse |
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