DE60219033T2

DE60219033T2 - Spülrohranordnung

Info

Publication number: DE60219033T2
Application number: DE60219033T
Authority: DE
Inventors: Padmasiri Daya Fullerton SENEVIRATNE
Original assignee: Varco International Inc; Varco IP Inc
Current assignee: Varco International Inc; Varco IP Inc
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: CN100343474C; WO2003018951A2; US20030051883A1; CN1561427A; US6725949B2; US20040177971A1; DE60227724D1; EP1752607A3; EP1752607A2; WO2003018951A3; EP1421252B1; WO2003018951A8; US6994174B2; EP1421252A4; AU2002331756A1; EP1752607B1; DE60219033D1; EP1421252A2

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. §119(e) der vorläufigen US-Anmeldung, 60/315.072, eingereicht am 27. August 2001.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Ausrüstung, die bei Erdbohroperationen, die durch ein Rotary-Bohrsystem ausgeführt werden, nützlich ist und insbesondere auf einen verbesserten Abschnitt eines Rotary-Bohrsystems, der die sichere und zweckmäßige Wartung der dynamischen Spülrohrdichtungen zulässt, die während Bohroperationen starkem Verschleiß unterliegen. Genauer betrachtet die vorliegende Erfindung eine verbesserte Spülrohr-Baueinheitsvorrichtung und ein Verfahren für den Einbau und die Entnahme derselben.
Hintergrund der Erfindung
Eine Bohrvorrichtung mit oberem Antrieb enthält üblicherweise ein oberes Antriebssystem (TDS), das mit dem oberen Ende eines Bohrstrangs verbunden werden kann, um den Bohrstrang drehend anzutreiben, und das sich während der Bohroperation mit dem Strang nach oben und unten bewegt. Das TDS enthält eine rohrförmige Hauptantriebswelle, deren unteres Ende mittels Gewinde mit dem oberen Ende des Bohrstrangs verbunden werden kann, und durch die von einer Schwanenhals- und Spülkopfbaueinheit am oberen Ende der Einheit Bohrschlamm zu dem Strang und zu der Bohrkrone nach unten geliefert wird. Ferner enthält die Einheit einen Motor, um die Hauptantriebswelle drehend anzutreiben, während die Bohrung gebohrt wird. Zwischen dem oberen Ende der Hauptantriebswelle und dem unteren Ende der Schwanenhals/Spülkopf-Baueinheit ist mittels Gewinde eine Spülrohr-Baueinheit verbunden, die wenigstens eine dynamische Dichtung und ein rohrförmiges Element umfasst.
Die Spülrohr-Baueinheit befindet, sich über der rotierenden TDS-Hauptantriebswelle und unter dem feststehenden Schwanenhals. Der Bohrschlamm wird bei hohem Druck durch die Schwanenhals- und Spülrohr-Baueinheit und in die Hauptantriebswelle gepumpt. Die dynamischen Dichtungen der Spülrohr-Baueinheit wirken als die Hauptdichtungselemente zwischen der Verbindung der Spülrohr-Baueinheit sowohl mit der TDS-Hauptantriebswelle als auch mit dem Schwanenhals. Während Bohroperationen erfahren diese dynamischen Dichtungen drastischen Verschleiß und erfordern häufigen Wechsel.
Der Wechsel der dynamischen Dichtungen erfordert, dass ein Betreiber die Verbindung der Spülrohr-Baueinheit sowohl mit der Hauptantriebswelle als auch mit dem Spülkopf/Schwanenhals löst, um die Spülrohr-Baueinheit zu entnehmen und eine Wechsel-Spülrohr-Baueinheit einzubauen. Der Einbau und die Entnahme der Spülrohr-Baueinheit werden jeweils auf ähnliche Weise ausgeführt. In herkömmlichen Systemen umfassen beide Operationen üblicherweise das manuelle Schlagen auf eine Mutter, die die Spülrohr-Baueinheit mittels Gewinde mit der Hauptantriebswelle verbindet, und das manuelle Schlagen auf eine Mutter, die die Spülrohr-Baueinheit mittels Gewinde mit der Spülkopf/Schwanenhals-Baueinheit verbindet. Das manuelle Schlagen wird üblicherweise mit einem Vorschlaghammer ausgeführt, wodurch ein Auftreffdrehmoment erteilt wird, um die Muttern entweder in Eingriff zu bringen oder zu lösen. Insbesondere dann, wenn die Verbindung gelöst werden muss, nachdem sie längere Zeit drastischen Drücken und Umgebungsbedingungen der Bohrumgebung ausgesetzt war, kann die wiederholte Anwendung eines solchen Auftreffdrehmoments notwendig sein. Unter den besten Umständen ist diese Operation unsicher und zeitaufwändig. Da das ausgeübte Drehmoment ungesteuert ist, d. h. nicht gemessen wird, ist eine Bestimmung, ob die Muttern der Spülrohr-Baueinheit vollständig in Eingriff oder gelöst sind, darüber hinaus der Beurteilung des Betreibers überlassen, der die Spülrohr-Baueinheit einbaut oder entnimmt. Somit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit eines Betreiberfehlers und einer nachfolgenden Beschädigung an der Bohrausrüstung.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer neuen Vorrichtung und an einem neuen Verfahren für den Einbau einer Spülrohr-Baueinheit auf sichere und gesteuerte Weise.
Bohrsysteme mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind aus US-A-2608385 und aus GB-A-694230 bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Bohrvorrichtung, die dafür vorgesehen ist, die gesteuerte, d. h. gemessene, Ausübung eines Drehmoments auf eine Spülrohr-Baueinheit während des Einbaus der Spülrohr-Baueinheit sowohl an einer Hauptantriebswelle als auch an einem Schwanenhals zu ermöglichen. In einer Ausführungsform umfasst die Spülrohr-Baueinheit allgemein eine Spülrohr-Fluidröhre, wenigstens eine dynamische Dichtung, einen Schwanenhals-Zahnradmutter-Gegenverbinder für die Gewindeverbindung der Spülrohr-Baueinheit mit einem feststehenden Schwanenhalsverbinder und einen Stopfbuchsen-Zahnradmutter-Gegenverbinder für die Gewindeverbindung der Spülrohr-Baueinheit mit einem drehbaren Hauptantriebswellen-Verbinder. Außerdem ist eine Drehmomentantriebseinrichtung vorgesehen, um auf jeden der Gegenverbinder der Spülrohr-Baueinheit ein geeignetes Drehmoment auszuüben, um die Spülrohr-Baueinheit dichtend mit dem feststehenden Schwanenhalsverbinder und mit dem drehbaren Hauptantriebswellen-Verbinder zu verbinden. Es ist festgestellt worden, dass diese Kombination ermöglicht, während Bohroperationen Bohrschlamm durch den feststehenden Schwanenhals, die Spülrohr-Baueinheit, die rotierende Hauptantriebswelle, das Bohrgestänge, den Bohrstrang und die Bohrkrone zu pumpen.
Obgleich in der vorliegenden Erfindung irgendeine geeignete dynamische Dichtung genutzt werden kann, ist die dynamische Dichtung in einer Ausführungsform so vorgesehen, dass sie eine Fluid-dichtung zwischen der Spülrohr-Baueinheit und jeder der Gewindeverbindungen des Schwanenhalses und der Hauptantriebswelle schafft. Die dynamischen Dichtungen können z. B. eine Elastomer-O-Ring-Dichtung umfassen.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Drehmomentantriebseinrichtung ein Antriebswellengehäuse, das an einer Seite einer Spülrohrhaube angebracht ist und in einer Weise ausgerichtet ist, die annähernd parallel zu einer Längsachse der Hauptantriebswelle ist. In einer solchen Ausführungsform umschließt das Antriebswellengehäuse teilweise eine Antriebswelle, die sowohl entlang ihrer eigenen Achse gleitfähig als auch um sie drehbar ist. An einem Abschnitt der Antriebswelle, der innerhalb der Spülrohrhaube liegt, ist gleitfähig ein Drehmomentübertragungsmechanismus wie etwa ein Ritzelzahnrad befestigt. Das Ritzelzahnrad ist an einer zweckmäßigen vertikalen Stelle entlang der Antriebswelle angeordnet und durch ein Befestigungselement wie etwa z. B. eine Flügelschraube daran befestigt. Die Antriebswelle kann unter anderen Querschnitten irgendeinen zweckmäßigen Querschnitt wie etwa quadratisch, rechteckig, dreieckig oder fünfeckig haben. Gleichfalls kann irgendein Drehmomentübertragungsmechanismus wie etwa eine Antriebsstange oder eine Getriebekette genutzt werden, der für die Übertragung eines von außen ausgeübten Drehmoments auf die Spülrohr-Baueinheit geeignet ist.
In einer abermals weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die Drehmomentantriebseinrichtung einen optionalen Drehmomentverstärker und einen daran befestigten manuellen Drehmomentschlüssel. In einer solchen Ausführungsform wird das Drehmoment manuell über den Drehmomentschlüssel ausgeübt. Obgleich oben ein manuelles Antriebssystem beschrieben worden ist, kann irgendein Antriebssystem genutzt werden, das auf die Gegenverbindungen der Spülrohr-Baueinheit steuerbar und reproduzierbar ein spezifiziertes Drehmoment ausüben kann. Eine beispielhafte alternative Ausführungsform enthält eine Antriebswelle mit einem Drehmomentantriebsmotor mit einer Kupplung. Der Drehmomentantriebsmotor kann z. B. ein Druckluftmotor, ein Hydraulikmotor oder ein Elektromotor sein. Eine weitere beispielhafte alternative Ausführungsform enthält einen Hydraulikzylinder mit einem Verbindungsmittel.
In einer nochmals weiteren beispielhaften Ausführungsform ermöglicht ein optionaler Träger, der an die Spülrohrhaube angrenzt, dass ein Spülrohr-Positioniermechanismus drehbar mit der Spülrohrhaube verbunden wird, um die Spülrohr-Baueinheit in eine und aus einer Öffnung in der Spülrohrhaube zu bewegen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren für den Einbau und die Entnahme einer Spülrohr-Baueinheit in eine und aus einer Bohrausrüstung gerichtet. In einer solchen Ausführungsform umfasst das Verfahren das In-Eingriff-Bringen und das Lösen der Gewindeverbindungen zwischen der Spülrohr-Baueinheit und sowohl dem Schwanenhals als auch der Hauptantriebswelle unter Nutzung der oben beschriebenen Spülrohr-Baueinheit.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und für weitere Einzelheiten und Vorteile davon wird jetzt auf die folgende ausführliche Beschreibung Bezug genommen, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung zu nehmen ist, in der:
1 eine schematische Darstellung einer Bohrvorrichtung mit oberem Antrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Spülrohr-Haubenkonfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, an der eine Schwanenhalsbaueinheit befestigt ist.
3 eine Vorderansicht der Spülrohrhaube und der Schwanenhalsbaueinheit aus 2 ist, bei der in die Spülrohrhaube eine Spülrohr-Baueinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
4 eine vergrößerte Vorderansicht der Einzelheit A aus 3 ist, die eine Drehmomentantriebseinrichtung und einen Drehmomentübertragungsmechanismus für den Einbau der Spülrohr-Baueinheit aus 3 zeigt.
5 eine perspektivische Ansicht der Spülrohr-Baueinheit aus 3 in einer nicht eingebauten Stellung ist.
6 eine perspektivische Ansicht der Spülrohr-Baueinheit aus 3 in einer eingebauten Stellung ist.
7a eine Vorderansicht eines optionalen Drehmomentverstärkers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
7b eine Seitenansicht des optionalen Drehmomentverstärkers aus 7a ist.
7c eine Draufsicht eines optionalen Steckschlüsseleinsatzadapters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
7d eine Seitenansicht des optionalen Steckschlüsseleinsatzadapters aus 7c ist.
7e eine Draufsicht eines optionalen Drehmomentschlüssels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
7f eine Seitenansicht einer Baueinheit ist, die den optionalen Drehmomentschlüssel aus 7e, den optionalen Drehmomentverstärker aus 7a und den Steckschlüsseleinsatzadapter aus 7c umfasst.
8 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Spülrohr-Baueinheit und Spülrohrhaube mit einer Schwanenhalsbaueinheit zusammen mit einem optionalen Motorantriebsmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
9a eine vordere Schnittansicht einer Spülrohrhaube mit optionalem eingebautem Hydraulikantriebsmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
9b eine seitliche Schnittansicht der Spülrohrhaube des optionalen Hydraulikantriebsmechanismus aus 9a ist.
9c eine obere Schnittansicht der Spülrohrhaube mit optionalem Hydraulikantriebsmechanismus aus 9b ist.
10a eine seitliche Schnittansicht einer Spülrohrhauben- und Schwanenhalsbaueinheit, angepasst zur Verwendung mit einer Anziehhülse, nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, ist.
10b eine Seitenansicht der Spülrohrhaube und der Schwanenhalsbaueinheit mit der optionalen Anziehhülse aus 10a ist.
10c eine Draufsicht der Spülrohrhaube und der Schwanenhalsbaueinheit mit der optionalen Anziehhülse aus 10a ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Bohrvorrichtung, die dafür vorgesehen ist, ein gesteuertes Ausüben eines Drehmoments auf eine Spülrohr-Baueinheit zu ermöglichen. Außerdem ist die Erfindung auf ein Verfahren der Nutzung der Bohrvorrichtung der vorliegenden Erfindung zum steuerbaren In-Eingriff-Bringen und Lösen der Gewindeverbindungen zwischen der Spülrohr-Baueinheit und sowohl der Spülkopf/Schwanenhals-Baueinheit als auch der Hauptantriebswelle der Bohrvorrichtung gerichtet.
1 veranschaulicht eine übliche Bohrvorrichtung 10 mit oberem Antrieb. Die Bohrvorrichtung 10 ist strukturell durch einen Bohrturm 11 unterstützt. Die Bohrvorrichtung 10 umfasst mehrere mechanische Komponenten, einschließlich: einem Spülkopf 13, einer Spülrohrhaube 14, einem Schwanenhals 15, der von der Spülrohrhaube 14 ausgeht, einer Hauptantriebswelle 16, einem Motorgehäuse 17, einem Bohrgestänge 18/Bohrstrang 19 und einer Bohrkrone 20. Die mechanischen Komponenten sind gemeinsam von einem Flaschenzugblock 12 aufgehängt, der ermöglicht, dass sich die mechanischen Komponenten an Schienen 22, die mit dem Bohrturm 11 verbunden sind, um die vertikale Bewegung der mechanischen Komponenten zu führen, nach oben und unten bewegen. Der Spülkopf 13 ist drehbar an der Spülrohrhaube 14 befestigt. Die Spülrohrhaube 14 ist über eine Spülrohrhauben-Baueinheit (nicht gezeigt), die eine dynamische Dichtung (nicht gezeigt) enthält, drehbar an der Hauptantriebswelle 16 befestigt. Die Hauptantriebswelle 16 verläuft durch das Motorgehäuse 17 und ist mit dem Bohrgestänge 18 verbunden. Das Bohrgestänge 18 ist üblicherweise mittels Gewinde mit einem Ende einer Reihe rohrförmiger Elemente verbunden, die gemeinsam als der Bohrstrang 19 bezeichnet werden. Ein entgegengesetztes Ende des Bohrstrangs 19 ist mittels Gewinde mit einer Bohrkrone 20 verbunden.
Während des Betriebs dreht ein TDS-Motor, der von dem Motorgehäuse 17 umgeben ist, die Hauptantriebswelle 16, die wiederum das Bohrgestänge 18/den Bohrstrang 19 und die Bohrkrone 20 dreht. Die Drehung der Bohrkrone 20 erzeugt eine Erdbohrung 21. Fluid, das in den Schwanenhals 15 gepumpt wird, geht durch die Hauptantriebswelle 16, durch das Bohrgestänge 18/den Bohrstrang 19, durch die Bohrkrone 20 und tritt in die Bohrlochsohle der Erdbohrung 21 ein. Während das in den Schwanenhals 15 gepumpte Fluid durch einen Ringraum, der durch die Außenoberfläche der Bohrkrone 20 und durch die Wände der Bohrung 21 gebildet wird, aus der Erdbohrung 21 austritt, wird Bohrklein, das durch die Bohrkrone 20 entfernt wird, von der Bohrlochsohle der Erdbohrung 21 ausgeräumt.
Obgleich eine Spülrohr-Baueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durchgängig in Bezug auf ihre Verwendung und ihren Betrieb in einer Bohrausrüstungsumgebung mit oberem Antrieb beschrieben wird, kann ein ähnlicher Mechanismus selbstverständlich leicht zur Verwendung in irgendeiner Umgebung angepasst werden, die die Ausübung eines gesteuerten Drehmoments auf eine dynamisch dichtende Fluidröhre erfordert.
2 zeigt eine ausführliche schematische Darstellung der Spülrohrhaube 14 mit dem daran befestigten Schwanenhals 15. Die Spülrohrhaube 14 umfasst einen Körper, der allgemein zylindrisch oder glockenförmig ist und der an seinem vertikalen Abschnitt mit einer Haubenöffnung 26 gebildet ist, die groß genug ist, um eine darin eingeführte Spülrohr-Baueinheit (nicht gezeigt) zuzulassen. Das obere und das untere Ende der Spülrohrhaube 14 sind allgemein planar mit Öffnungen, die ermöglichen, dass Bohrschlamm von dem Schwanenhals 15 durch die Haubenöffnung 26 zu der Hauptantriebswelle 16 nach unten strömt. Der Schwanenhals 15 kann einteilig mit der Haube 14 sein oder abnehmbar an dem oberen planaren Abschnitt der Haube 14 angebracht sein. Ähnlich kann die Hauptantriebswelle 16 einteilig mit der Haube 14 sein oder abnehmbar an dem unteren planaren Abschnitt der Haube 14 angebracht sein. Innerhalb der Haubenöffnung 26 sind zwei rohrförmige Fluidverbindungen vorgesehen: eine Schwanenhals-Gewindeverbindung 25, die einteilig mit dem Schwanenhals 15 oder mit der Spülrohrhaube 14 sein kann oder ein getrenntes Teil sein kann, das abnehmbar mit dem Schwanenhals 15 oder mit der Spülrohrhaube 14 verbunden ist; und eine Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29, die üblicherweise ein einteiliger Abschnitt der Hauptantriebswelle ist, der an ein Ende der Hauptantriebswelle 16, das dem Schwanenhals 15 am nächsten ist, geschraubt ist, aber ebenfalls ein getrenntes Teil sein kann, das abnehmbar mit der Hauptantriebswelle 16 verbunden ist.
Außerdem kann die Spülrohrhaube 14 eine planare Montageplatte 27 umfassen, die ein integraler Bestandteil der Spülrohrhaube 14 oder ein daran fest befestigtes getrenntes Teil sein kann. Die planare Montageplatte 27 ist mit Montagelöchern 27a versehen, die ermöglichen, dass die Spülrohrhaube 14 unter Verwendung eines oder mehrerer Befestigungselemente (wie in den 2 und 3 gezeigt) fest mit dem Motorgehäuse 17 verbunden wird. Ferner kann die Spülrohrhaube 14 einen optionalen Montageträger 28 umfassen, der ermöglicht, dass ein Mechanismus zur Unterstützung bei der Einführung und Entnahme der Spülrohr-Baueinheit (nicht gezeigt) drehbar daran befestigt wird.
Obgleich die Spülrohrhaube 14 oben als mit einer Glockenform beschrieben worden ist, kann selbstverständlich irgendeine Konfiguration der Spülrohrhaube 14 verwendet werden, die ermöglicht, dass eine Spülrohr-Baueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen zwei Fluidverbinder wie etwa den Schwanenhals 15 und die Hauptantriebswelle 16 eingefügt wird, um eine dynamisch dichtende Fluidröhre dazwischen zu schaffen.
Die 3 bis 6 zeigen eine Vielzahl von Ansichten einer Spülrohr-Baueinheit 34 gemäß der vorliegenden Erfindung und der an einer Bohrausrüstung montierten Spülrohrhaube 14. Zum Beispiel zeigt die Einzelheit A aus 3 die Verbindung der Spülrohr-Baueinheit 34 gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb der Spülrohrhaube 14 einer Bohrausrüstung.
Die 5 und 6 zeigen vergrößerte Ansichten der Einzelheit A, wobei eine Ausführungsform der Spülrohr-Baueinheit 34 in der eingebauten bzw. in der nicht eingebauten Konfiguration gezeigt ist. Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Spülrohr-Baueinheit 34 eine Fluidröhre 23, die zwischen dem Schwanenhals 15 und der Hauptantriebswelle 16 eine Fluidverbindung bildet, wenn die Spülrohr-Baueinheit 34 sowohl mit dem Schwanenhals 15 als auch mit der Hauptantriebswelle 16 verbunden ist.
Bezug nehmend auf irgendeine der 3 bis 6 umfasst die Spülrohr-Baueinheit 34 allgemein die Spülrohr-Fluidröhre 23, wenigstens eine dynamische Dichtung 49, einen Schwanenhals-Zahnradmutter-Gegenverbinder 41 für die Gewindeverbindung der Spülrohr-Baueinheit 34 mit der Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des feststehenden Schwanenhalses 15 und einen Stopfbuchsen-Zahnradmutter-Gegenverbinder 42 für die Gewindeverbindung der Spülrohr-Baueinheit 34 mit der Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29 der drehbaren Hauptantriebswelle 16. Wenn die Spülrohr-Baueinheit 34 wie in 6 gezeigt eingebaut worden ist, ist die Stopfbuchsenmutter 42 mittels Gewinde mit der Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29 der Hauptantriebswelle 16 verbunden und ist die Schwanenhalsmutter 41 mittels Gewinde mit der Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des Schwanenhalses 15 verbunden, so dass zwischen der Spülrohr-Baueinheit 34 und sowohl dem Schwanenhals 15 als auch der Hauptantriebswelle 16 über die dynamischen Dichtungen 49 zwischen der Spülrohr-Baueinheit 34 und sowohl der drehbaren Hauptantriebswelle 16 als auch dem feststehenden, d. h. nicht drehbaren, Schwanenhals 15 eine Fluidverbindung gebildet ist. Diese Kombination ermöglicht, dass während Bohroperationen Bohrschlamm durch den feststehenden Schwanenhals 15, durch die Spülrohr-Baueinheit 34, durch die rotierende Hauptantriebswelle 16, durch das Bohrgestänge 18/durch den Bohrstrang 19 (1) und durch die Bohrkrone 20 (1) gepumpt wird.
Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist die dynamische Dichtung 49 so vorgesehen, dass sie eine Fluiddichtung zwischen der Spülrohr-Baueinheit 34 und den Gewindeverbindungen der Spülrohr-Baueinheit 34 sowohl mit dem Schwanenhals 15 als auch mit der Hauptantriebswelle 16 schafft. Im Stand der Technik sind eine Anzahl von Typen dynamischer Dichtungen 49 bekannt, die für die Fluidverbindung eines drehbaren rohrförmigen Elements mit einem nicht drehbaren rohrförmigen Element geeignet sind. Die dynamischen Dichtungen 49 können z. B. Elastomer-O-Ring-Dichtungen sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dichtung, die die Spülrohr-Baueinheit 34 mit dem Schwanenhals 15 verbindet, ein typischer O-Ring sein und braucht keine dynamische Dichtung zu sein.
In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform steht ein einteiliges zylindrisches Antriebswellengehäuse 31, z. B. zwischen der Haubenöffnung 26 und der Montageplatte 27, von einer Seite der Spülrohrhaube 14 teilweise hervor, wobei es in einer Weise ausgerichtet ist, dass es allgemein parallel zu der Längsachse der Hauptantriebswelle 16 ist. In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform umgibt das Antriebswellengehäuse 31 teilweise eine Antriebswelle 30, die sowohl entlang ihrer eigenen Achse gleitfähig als auch um sie drehbar ist. Die Antriebswelle 30 verläuft über das Antriebswellengehäuse 31 in die Außenumgebung und unter dem Antriebswellengehäuse 31 ins Innere der Spülrohrhaube 14. An dem Abschnitt der Antriebswelle 30, der ins Innere der Spülrohrhaube 14 verläuft, ist gleitfähig ein Drehmomentübertragungsmechanismus wie etwa ein Ritzelzahnrad 32 befestigt. Das Ritzelzahnrad 32 ist an einer zweckmäßigen vertikalen Stelle entlang der Antriebswelle 31 angeordnet und durch ein Befestigungselement wie etwa z. B. durch eine Flügelschraube 33 daran befestigt. In einer solchen Ausführungsform kann das Ritzelzahnrad 32 einen Kranz mit einer Öffnung zur Aufnahme der Flügelschraube 33 umfassen, so dass die Flügelschraube 33 die Stellung des Ritzelzahnrads 32 relativ zu der Antriebswelle 30 festsetzt.
Obgleich die Antriebswelle 30 in den 5 und 6 in der Weise gezeigt ist, dass sie einen quadratischen Querschnitt aufweist, erkennt der Fachmann auf diesem Gebiet sofort, dass die Antriebswelle 30 irgendeinen zweckmäßigen Querschnitt aufweisen kann. Zum Beispiel kann die Antriebswelle 30 einen Querschnitt haben, der unter anderen Konfigurationen rechteckig, dreieckig oder fünfeckig ist. Obgleich die in den 5 und 6 gezeigte Ausführungsform den Drehmomentübertragungsmechanismus 32 in der Weise zeigt, dass er das Ritzelzahnrad 32 umfasst, kann gleichfalls irgendein Mechanismus wie etwa eine Antriebsstange oder eine Getriebekette verwendet werden, der zur Übertragung eines von außen ausgeübten Drehmoments auf die Muttern 41 und 42 der Spülrohr-Baueinheit 34 geeignet ist.
Zum Ausüben eines Drehmoments auf die Antriebswelle 30 werden mehrere Mittel betrachtet. Zum Beispiel veranschaulichen die 5 und 6 die Antriebswelle 30 mit einem optionalen Drehmomentverstärker 44 und mit einem daran befestigten manuellen Drehmomentschlüssel 45. In dieser Ausführungsform kann das Drehmoment manuell über den Drehmomentschlüssel 45, über den optionalen Drehmomentverstärker 44 und auf die Antriebswelle 30 und ihr befestigtes Ritzelzahnrad 32 ausgeübt werden. In einer solchen Ausführungsform kann das Drehmoment, das auf die Antriebswelle 30 ausgeübt wird, durch die Drehmomenteinstellungen an dem Drehmomentschlüssel 45/Drehmomentverstärker 44 auf herkömmliche Weise gesteuert, d. h. gemessen werden. Die 7a bis 7f zeigen schematische Darstellungen einer Ausführungsform eines geeigneten Drehmomentschlüssels 45, Drehmomentverstärkers 44 und Steckschlüsseleinsatzadapters 43, die in einem solchen Antriebssystem genutzt werden.
Obgleich oben ein manuelles Antriebssystem beschrieben worden ist, kann irgendein Antriebssystem genutzt werden, das über das Ritzelzahnrad 32 steuerbar und reproduzierbar ein spezifiziertes und reproduzierbares Drehmoment auf die Muttern 41 und 42 der Spülrohr-Baueinheit 34 ausüben kann. Einige beispielhafte alternative Ausführungsformen sind in den 8 bis 10 dargestellt. Zum Beispiel veranschaulicht 8 die Antriebswelle 30 mit einem optionalen Drehmomentantriebsmotor 50 und mit einer Kupplung 51. In einer solchen Ausführungsform kann der Motor 50 irgendein Motor wie etwa ein Druckluftmotor, ein Hydraulikmotor oder ein Elektromotor sein, der über das Ritzelzahnrad 32 ein geeignetes Drehmoment an die Muttern 41 und 42 der Spülrohr-Baueinheit 34 liefern kann. Die 9A bis 9C zeigen eine weitere Ausführungsform, die einen Hydraulikzylinder 60 und ein Verbindungsmittel 61 zum Ausüben eines Drehmoments auf die Antriebswelle 30 nutzt. Die 10A bis 10C veranschaulichen ein System, das eine Anziehhülse 70 und den TDS-Hauptmotor zum Ausüben eines Drehmoments auf die Antriebswelle 30 nutzt, um die Gewindeverbindungen zwischen der Spülrohr-Baueinheit 34 und der Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des Schwanenhalses 15 und der Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29 der Hauptantriebswelle 16 in Eingriff zu bringen und zu lösen.
Obgleich die Spülrohr-Baueinheit 34 von Hand in die Haubenöffnung 26 eingeführt werden kann, kann, wie in den 5 und 6 gezeigt ist, der optionale Träger 28 genutzt werden, der an die Haubenöffnung 26 in der Spülrohrhaube 14 angrenzt, um zu ermöglichen, dass ein Spülrohrpositioniermechanismus 35 drehbar mit der Haube 14 verbunden wird. In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform umfasst der Spülrohr-Positioniermechanismus 35 ein Schwenkglied 39, das an einem Ende drehbar mit dem Träger 28 verbunden ist und an dem entgegengesetzten Ende drehbar mit einem Positionierjoch 36 verbunden ist. Das Schwenkglied 39 und das Positionierjoch 36 drehen sich jeweils in Ebenen, die annähernd senkrecht zur Achse der Hauptantriebswelle 16 sind. Die drehbare Verbindung zwischen dem Positionierjoch 36 und dem Schwenkglied 39 enthält eine Hebemutter 37 und eine Hebeschraube 38, die zusammenwirken, um zu ermöglichen, dass sich das Positionierloch 36 vertikal entlang eines durch die Länge der Hebeschraube 38 definierten und zu der Ebene, in der sich das Positionierloch 36 frei drehen kann, allgemein senkrechten definierten Wegs bewegt.
In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist das Positionierjoch 36 ein dünner und allgemein U-förmiger Mechanismus mit einer halbkreisförmigen Öffnung, die daran angepasst ist, dass sie um einen Abschnitt der Spülrohr-Baueinheit 34 direkt unter dem Zahnradabschnitt der Stopfbuchsen-Zahnradmutter 42 passt. Von der Ebene, die die obere Oberfläche des Positionierjochs 36 definiert, verlaufen zwei kleine Passstifte 53 nach oben. Die Passstifte 53 befinden sich an Stellen, die ermöglichen, dass die Passstifte 53b zwischen den Zähnen der Stopfbuchsen-Zahnradmutter 42 angeordnet werden, um die Spülrohr-Baueinheit 34 zu stabilisieren, während sie durch die Drehbewegung sowohl des Schwenkglieds 39 als auch des Positionierjochs 36 in die Haubenöffnung 26 geschwenkt wird, so dass die Spülrohr-Baueinheit 34 in einer Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung ist (5), und aus der Haubenöffnung 26 geschwenkt wird, so dass die Spülrohr-Baueinheit 34 in einer gelösten oder Spülrohr-Baueinheit-Wechselstellung (6) ist. Ausrichtbohrungen 48a und 48b, die vertikal durch den Träger 28 bzw. durch das Schwenkglied 39 gebohrt sind, richten (wie in 6 gezeigt ist) auf die Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung aus. Das Schwenkglied 39 kann unter Nutzung eines Ablagestifts 40 oder mit einem anderen Mittel, das durch die Ausrichtbohrungen 48a und 48b geleitet wird, um das Schwenkglied 39 gegen Drehung zu verriegeln, in der Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung befestigt werden. Ähnlich sind vertikal durch das entgegengesetzte Ende des Schwenkglieds 39 bzw. des Positionierjochs 36 Ausrichtbohrungen 47a und 47b gebohrt, die auf die Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung ausrichten und die ermöglichen, dass der Ablagestift 40 oder ein anderes Mittel durch die Ausrichtbohrungen 47a und 47b geleitet wird, um das Positionierjoch 36 dadurch in der Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung zu befestigen.
Obgleich oben ein Spülrohr-Positioniermechanismus 35 beschrieben worden ist, kann mit der vorliegenden Erfindung selbstverständlich irgendein Mechanismus verwendet werden, der die Spülrohr-Baueinheit 34 entweder mit oder ohne Befestigung an dem Spülrohrhauben-Montageträger 28 sicher in die und aus der Haubenöffnung 26 in der Spülrohrhaube 14 bewegen kann.
Obgleich die obige Beschreibung der Spülrohr-Baueinheit 34 und des Drehmomentantriebsmechanismus allgemein eine Baueinheit beschreiben, die ein Paar Zahnräder in Eingriff umfasst, können selbstverständlich gemäß der vorliegenden Erfindung irgendeine Spülrohr-Baueinheit 34 und irgendein Drehmomentantriebsmechanismus verwendet werden, die in der Weise in Wechselwirkung treten können, dass ein spezifizierter Drehmomentbetrag für den Eingriff oder für das Lösen der Verbindungen zwischen der Spülrohr-Baueinheit 34 und sowohl dem Schwanenhals 15 als auch der Hauptantriebswelle 16 ausgeübt werden kann.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren für den Einbau und für die Entnahme der Spülrohr-Baueinheit 34 gerichtet. Genauer umfasst das Verfahren das In-Eingriff-Bringen und Lösen der Gewindeverbindungen zwischen der Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des Schwanenhalses 15 und der Schwanenhalsmutter 41 der Spülrohr-Baueinheit 34 und der Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29 der Hauptantriebswelle 16 und der Stopfbuchsenmutter 42 der Spülrohr-Baueinheit 34.
Ein typischer Einbau der Spülrohr-Baueinheit 34, wie in den 5 und 6 gezeigt ist, beginnt mit dem Anhalten der Drehung der Hauptantriebswelle 16 wie etwa durch eine Motorbremse, die an den TDS-Motor angelegt wird, um eine Drehung der Hauptantriebswelle 16 zu verhindern. Nachdem die Drehung der Hauptantriebswelle 16 angehalten worden ist, werden die Ablagestifte 40 entfernt, die das Schwenkglied 39 und das Positionierjoch 36 in der Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung befestigen, wodurch beide Mechanismen für die Drehung freigegeben werden. Die Spülrohr-Baueinheit 34 wird in der Weise an dem Positionierjoch 36 platziert, dass jeder der Passstifte 35 zwischen den Zähnen der Stopfbuchsen-Zahnradmutter 42 angeordnet wird, um die Spülrohr-Baueinheit 34 während des Einbauprozesses an dem Positionierjoch 36 zu befestigen. Daraufhin wird die Spülrohr-Baueinheit 34 durch Drehen des Positionierjochs 36 und des Schwenkglieds 39 in die Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung an eine Stelle innerhalb der Spülrohrhaube 14 direkt über dem oberen Ende der Hauptantriebswelle 16 bewegt. Daraufhin wird die Spülrohr-Baueinheit 34 durch Absenken des Positionierjochs 36 über eine Manipulation der Hebemutter 37 auf die Hauptantriebswelle 16 abgesenkt. Daraufhin wird das Positionierjoch 36 aus dem Innern der Spülrohrhaube 14 herausgedreht.
Wenn die Spülrohr-Baueinheit 34 innerhalb der Haube 14 positioniert worden ist, veranlasst die Drehung der Muttern 41 und 42 den Eingriff der Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des Schwanenhalses 15 und der Schwanenhalsmutter 41 der Spülrohr-Baueinheit 34 und der Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29 der Hauptantriebswelle 16 und der Stopfbuchsenmutter 42 der Spülrohr-Baueinheit 34. Vor dem Anziehen der Gewindeverbindungen durch Ausüben eines Drehmoments von dem Drehmomentantriebsmechanismus über die Antriebswelle 30 und das Ritzelzahnrad 32 auf die Spülrohr-Baueinheit 34 können die Schwanenhalsmutter 41 und die Stopfbuchsenmutter 42 optional manuell mit den Gewindeverbindungen 25 und 29 des Schwanenhalses 15 bzw. der Hauptantriebswelle 16 in Eingriff gebracht werden. Der manuelle Eingriff einer der Muttern 41 oder 42 bedingt eine Drehen der Muttern 41 oder 42 von Hand, um sie mit ihrer beabsichtigten Zielverbindung in Gewindeeingriff zu bringen.
Nachdem die Muttern 41 und 42 mit den Verbindungen 25 bzw. 29 in Eingriff gebracht worden sind, können die Muttern 41 und 42 auf ein Betriebsdrehmoment angezogen werden, um die dynamischen Dichtungen 49 der Spülrohr-Baueinheit 34 richtig in Eingriff zu bringen. Die Nutzung des Drehmomentantriebsmechanismus über die Antriebswelle 30 und das Ritzelzahnrad 32 zum Anziehen der Zahnradmuttern 41 und 32 auf das gewünschte Arbeitsdrehmoment erfordert, dass die Zähne des Ritzelzahnrads 32 mit den Zähnen einer der Gewindemuttern 41 oder 42 in Eingriff gebracht werden. In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform wird das Ritzelzahnrad 32 dadurch mit der Zahnradmutter 41 oder 42 in Eingriff gebracht, dass die Antriebswelle 30 entlang ihrer Achse nach oben geschoben wird, wodurch das Ritzelzahnrad 32 in eine richtige Höhe für die Ausrichtung auf die Zahnradmutter 41 oder 42 angehoben oder abgesenkt wird. In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist die optionale Flügelschraube 33 vorgesehen, um das Ritzelzahnrad 32 in der gewünschten Ebene an der richtigen Stelle in Eingriff zu bringen, so dass das Ritzelzahnrad 32 sicher mit der Zahnradmutter 41 oder 42 in Eingriff ist. Außerdem kann die Antriebswelle 30 der vorliegenden Erfindung einen visuellen Indikator umfassen, der so angeordnet ist, dass für den Betreiber ein visuales Signal geliefert wird, wenn das Ritzelzahnrad 32 richtig positioniert ist, um die Zahnradmuttern 41 oder 42 in Eingriff zu bringen.
Während das Ritzelzahnrad 32 in der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch manuelle Kraft, die durch einen Betreiber ausgeübt wird, in einer vertikalen Richtung bewegt wird, kann irgendein Verfahren zum Bewegen des Ritzelzahnrads 32 genutzt werden, um das Ritzelzahnrad 32 in Eingriff mit den Zahnradmutter 41 oder 42 anzuheben oder abzusenken. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Hydraulikzylinder genutzt, um das Ritzelzahnrad 32 an der Antriebswelle 30 automatisch anzuheben und abzusenken. In einer abermals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Ritzelzahnrad 32 durch ein Pneumatikmittel angehoben und abgesenkt. Wenn das Anheben und Absenken des Ritzelzahnrads 32 durch einen Automatikmechanismus ausgeführt wird, können die Steuerung der Höhe des Ritzelzahnrads 32 und die Angabe der Stellung des Ritzelzahnrads 32 durch Steuerungen und Indikatoranzeigen ausgeführt werden, die an irgendeinem zweckmäßigen Ort einschließlich an Abschnitten der Bohrvorrichtung, die sich fern von der Spülrohrhaube 14 befinden, platziert sind.
Wenn das Ritzelzahnrad 32 mit einer der Getriebemuttern 41 oder 42 in Eingriff gebracht worden ist, wird die Antriebswelle 30 gedreht, was wiederum das Ritzelzahnrad 32 dreht und wiederum die Zahnradmutter 41 oder 42 in Eingriff mit ihrem entsprechenden Verbinder 25 bzw. 29 dreht. Auf diese Weise verbindet die Zahnradmutter 41 oder 42 die Spülrohr-Baueinheit 34 mittels Gewindeverbindung mit ihrem entsprechenden Verbinder 25 bzw. 29 entweder an dem Schwanenhals 15 oder an der Hauptantriebswelle 16 und zieht die Mutter 41 oder 42 in der Weise auf ihr Betriebsdrehmoment an, dass die innerhalb der Spülrohr-Baueinheit 34 angeordnete dynamische Dichtung 49 in Eingriff gebracht wird, um zwischen der Hauptantriebswelle 16 und dem Schwanenhals 15 die abgedichtete Fluidröhre 23 zu erzeugen.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann die Antriebswelle 30 durch irgendeines einer Anzahl im Stand der Technik bekannter Mittel gedreht werden. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der am oberen Ende der Antriebswelle 30 über einen Steckschlüsseleinsatzadapter 43 ein Drehmomentverstärker 44 befestigt ist und über dem Drehmomentverstärker 44 der manuelle Drehmomentschlüssel 45 befestigt ist. In dieser Ausführungsform wird der Drehmomentschlüssel 45 verwendet, um die Antriebswelle 30 zu drehen. In Ausführungsformen, die den manuellen Drehmomentschlüssel 45 und den Drehmomentverstärker 44 umfassen, werden die Gewindeverbindungen zwischen den Zahnradmuttern 41 und 42 und ihren entsprechenden Verbindern 25 bzw. 29 durch einen Betreiber in Eingriff gebracht, der eine Kraft auf den manuellen Drehmomentschlüssel 45 ausübt und dadurch ein Eingangsdrehmoment erzeugt. Das Eingangsdrehmoment wird durch den Drehmomentverstärker 44 verstärkt und daraufhin über die Antriebswelle 30 und das Ritzelzahnrad 32 als ein größeres Ausgangsdrehmoment auf die Zahnradmutter 41 oder 42 (die zuvor wie oben beschrieben in Eingriff gebracht worden ist) an der Spülrohr-Baueinheit 34 ausgeübt. Das Ritzelzahnrad 32 übt das Ausgangsdrehmoment auf die Zahnradmutter 41 oder 42 aus, die in Eingriff ist, was veranlasst, dass sich die Zahnradmutter 41 oder 42 gegen ihren entsprechenden Verbinder 25 bzw. 29 dreht. Während die Zahnradmutter 41 oder 42 gegen ihren entsprechenden Verbinder 25 bzw. 29 angezogen wird, übt der Betreiber eine zunehmende Kraft aus, bis der manuelle Drehmomentschlüssel 45 angibt, dass das gewünschte Betriebsdrehmoment für die Zahnradmutter 41 oder 42 erreicht worden ist. Üblicherweise gibt der (in den 7E und 7F gezeigte) Drehmomentschlüssel 45 an, dass das gewünschte Drehmoment erreicht worden ist, indem er einen hörbaren Klick-Klang erzeugt oder eine Anzeige liefert, die das momentan ausgeübte Drehmoment angibt. Obgleich irgendein für die spezifische Verbindung geeignetes Drehmoment ausgeübt werden kann, kann der Betreiber in einer beispielhaften Ausführungsform auf den manuellen Drehmomentschlüssel 45 eine Kraft ausüben, die ein Eingangsdrehmoment von bis zu etwa 125 Fuß x Pfund erzeugt. Der Drehmomentverstärker 44 setzt dann diesen Pegel des Eingangsdrehmoments in ein Ausgangsdrehmoment von etwa 7500 Fuß x Pfund um. Offensichtlich sind die oben erwähnten Drehmomente nur beispielhaft, wobei von der vorliegenden Erfindung ein weiter Bereich von Eingangs- und Ausgangsdrehmomenten betrachtet wird, wobei der geeignete Drehmomentpegel vom Typ der Verbindung abhängt, die hergestellt wird.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform, wie sie in 8 gesehen ist, ist die Antriebswelle 30 mit einer Kappe mit einer Motorkupplung 51 und mit einem Motor 50 versehen. Der Motor 50 ist in der Weise an der Spülrohrhaube 14 oder an dem TDS-Motorgehäuse 17 befestigt, dass ermöglicht wird, dass der Motor 50 der Antriebswelle 30 eine Drehkraft erteilt, ohne selbst eine Drehung zu erfahren. Der Motor 50 kann ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder ein Druckluftmotor sein. Das durch den Motor ausgeübte Drehmoment kann über herkömmliche Mechanismen, die sich lokal oder fern befinden, steuerbar sein. Der Motor 50 ermöglicht, dass die Verbindungen zwischen den Zahnradmuttern 41 und 42 und ihren entsprechenden Verbindern 25 bzw. 29 mittels Drehkräften, die der Antriebswelle 30 durch den Motor 50 erteilt werden, in Eingriff gebracht und gelöst werden. Der Motor 50 kann abnehmbar oder dauerhaft an irgendeinem zweckmäßigen Montagepunkt befestigt sein, so dass sich der Körper des Motors 50 nicht frei drehen kann, während die Welle des Motors der Antriebswelle 30 Drehkräfte erteilt. Der Motor 50 kann durch einen Steuermechanismus wie etwa z. B. einen Umschalter, der sich in der Nähe oder an einem zweckmäßigen fernen Ort befindet, manuell betätigt werden.
Die in den 9A bis 9C gezeigte Ausführungsform nutzt den Hydraulikzylinder 60, der mit dem Verbindungsmittel 61 wie etwa einem Arm verbunden ist. Der Hydraulikzylinder 60 wird durch eine Handpumpe oder eine motorbetriebene Hydraulikpumpe betätigt und übt auf das Verbindungsmittel 61 eine Kraft aus, das der Antriebswelle 30 wiederum eine Drehkraft erteilt. In der in den 9A bis 9C gezeigten Ausführungsform ist ein Ende des Hydraulikzylinders 60 abnehmbar an einem Verankerungspunkt wie etwa z. B. an der Außenoberfläche der Spülrohrhaube 14 befestigt, während das entgegengesetzte Ende des Hydraulikzylinders 60 drehbar an einem Ende eines Arms 61 befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende des Arms 61 ist in der Weise am oberen Ende der Antriebswelle 30 befestigt, dass eine auf das erste Ende des Verbindungsmittels 61 ausgeübte Linearkraft von dem Hydraulikzylinder 60 in der Antriebswelle 30 eine Drehkraft erzeugt. Die Drehkraft wird daraufhin von der Antriebswelle 30 auf das Ritzelzahnrad 32 und wiederum auf die Zahnradmutter 41 oder 42, die in Eingriff ist, übertragen, wodurch ermöglicht wird, dass die Gewindeverbindung zwischen der Zahnradmutter 41 oder 42 und ihrem entsprechenden Verbinder 25 bzw. 29 in Eingriff gebracht oder gelöst wird.
Obgleich die obigen Ausführungsformen alle eine Spülrohr-Baueinheit 34 beschreiben, in der auf die Verbindungen über ein getrenntes Ritzelzahnrad 32 und eine Antriebswelle 30 ein gesteuertes Drehmoment ausgeübt wird, könnte in der vorliegenden Erfindung selbstverständlich irgendein Mechanismus genutzt werden, der mit der Spülrohr-Baueinheit 34 eine steuerbare Einrichtung zum Ausüben eines Drehmoments koppeln kann, um die Verbindungen zwischen den Spülrohr-Baueinheitsmuttern 41 und 42 und dem Schwanenhals 15 und der Hauptantriebswelle 16 in Eingriff zu bringen oder zu lösen.
Zum Beispiel zeigen die 10A bis 10C eine weitere mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Erfindung erfordert nicht die Antriebswelle 30, das Ritzelzahnrad 32 oder einen getrennten Antriebsmechanismus, wie es in jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Fall war. In dieser Ausführungsform ist eine Anziehhülse 70, die eine Hülse aus Metall umfasst, vorgesehen, um die Muttern 41 und 42 in Eingriff zu bringen, wobei sie gleitfähig um das Äußere der Spülrohr-Baueinheit 34 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die gesamte Spülrohr-Baueinheit 34 mit der daran angeordneten Anziehhülse 70 in der Haubenöffnung 26 der Spülrohrhaube 14 platziert. Die Platzierung der Spülrohr-Baueinheit 34 in der Spülrohrhaube 14 kann wie oben beschrieben unter Verwendung des optionalen Schwenkglieds 39 und Positionierjochs 36 ausgeführt werden oder die Spülrohr-Baueinheit 34 kann manuell in die Haube 14 eingeführt werden.
Wenn die Anziehhülse 70 an der richtigen Stelle ist, wird um die Anziehhülse 70 lösbar ein Kreuzschlüssel 71 befestigt, so dass der verlängerte Abschnitt des Schlüssels 71 entlang der Haubengusskante zwischen einem Make-up-Scherbolzen 72a und einem Break-out-Scherbolzen 72b verläuft. In dieser Ausführungsform beginnt der Eingriff der Stopfbuchsenmutter 42 und der Hauptantriebswelle 16 dadurch, dass die Stopfbuchsenmutter 42 manuell gedreht wird, bis ihr Gewinde mit dem Gewinde der Hauptantriebswellen-Gewindeverbindung 29 der Hauptantriebswelle 16 in Eingriff gelangt und die Verbindung gut eingepasst ist. Daraufhin wird die Anziehhülse 70 mit der Stopfbuchse 42 in der Weise in Eingriff gebracht, dass verhindert wird, dass sich die Stopfbuchsenmutter 42 dreht. Wenn die Anziehhülse 70 und der Kreuzschlüssel 71 wie oben beschrieben befestigt sind, wird das TDS-Motordrehmoment auf etwa 10.000 Fuß x Pfund eingestellt und dazu verwendet, die Hauptantriebswelle 16 relativ zu der Spülrohr-Baueinheit 34 zu drehen, so dass die Gewindeverbindung zwischen der Stopfbuchsenmutter 42 und der Hauptantriebswelle 16 angezogen wird. Abgesehen davon, dass die Anziehhülse 70 gegen Schwerkraft befestigt werden muss, wird für den Eingriff der Verbindung zwischen der Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des Schwanenhalses 15 und der Schwanenhalsmutter 41 eine ähnliche Prozedur verwendet. Dies kann unter Verwendung irgendeines zweckmäßigen Befestigungsmittels, z. B. eines Paars Feststellschrauben (nicht gezeigt), ausgeführt werden. Wenn die Anziehhülse 70 an der richtigen Stelle befestigt ist, wird das TDS-Motordrehmoment auf etwa 7000 Fuß x Pfund eingestellt und die Hauptantriebswelle langsam gedreht, um die Schwanenhals-Gewindeverbindung 25 des Schwanenhalses 15 und die Schwanenhalsmutter 41 in Eingriff zu bringen.
Obgleich sich die Diskussion eines Verfahrens der Nutzung der Spülrohr-Baueinheit 34 der vorliegenden Erfindung auf den Eingriff der Spülrohr-Baueinheit 34 und der Hauptantriebswelle 16 und/oder des Schwanenhalses 15 konzentriert hat, kann selbstverständlich ein Verfahren, das bis auf die Richtung des auf die Spülrohr-Baueinheitsmuttern 41 und 42 ausgeübten Drehmoments in jeder Hinsicht gleich ist, genutzt werden, um die Verbindungen zu lösen. Es wird angemerkt, dass die Schwanenhalsverbindung in der oben beschriebenen Ausführungsform, in der der TDS-Motor zum Ausüben des Drehmoments auf die Spülrohr-Baueinheitsmuttern 41 und 42 genutzt wird, zuerst gelöst werden muss, da darauf während der Eingriffsprozedur weniger Drehmoment ausgeübt wird. Das darauf ausgeübte Drehmoment wird gegenüber dem der Mutter 42, die mit etwa 10.000 Fuß/Pfund in Eingriff ist, zurückgesetzt.
Obgleich hier mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist für den Fachmann auf diesem Gebiet sichtbar, dass dies nur wenige der möglichen Verwirklichungen der vorliegenden Erfindung sind.

Claims

Bohrsystem, umfassend: einen ersten, drehbaren rohrförmigen Verbinder (29); einen zweiten, nicht drehbaren rohrförmigen Verbinder (25); eine Spülrohr-Baueinheit (34), die wenigstens eine dynamische Dichtung (49) umfasst und eine Fluidröhre (23) definiert, die an einem Ende einen ersten Gegenverbinder (42) und an einem anderen Ende einen zweiten Gegenverbinder (41) aufweist, die dafür ausgelegt sind, mit dem ersten und mit dem zweiten rohrförmigen Verbinder (29, 25) zu verbinden; und eine Drehmomentantriebseinrichtung, die dafür ausgelegt ist, mit der Spülrohr-Baueinheit (34) in der Weise mechanisch in Eingriff zu gelangen, dass zwischen dem ersten Gegenverbinder (42) und dem ersten rohrförmigen Verbinder (29) sowie zwischen dem zweiten Gegenverbinder (41) und dem zweiten rohrförmigen Verbinder (25) Fluidverbindungen hergestellt werden; gekennzeichnet durch eine drehbare Antriebswelle (30) mit einem daran befestigten Ritzelzahnrad (32), wobei das Ritzelzahnrad entlang der Welle (30) in der Weise beweglich ist, dass es sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gegenverbinder (42, 41) bewegen und sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Gegenverbinder (42, 41) in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann.
Bohrsystem nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Gegenverbinder (42, 41) eine erste bzw. eine zweite Zahnradmutter umfassen.
Bohrsystem nach Anspruch 2, bei dem die Drehmomentantriebseinrichtung reproduzierbar ist und in der Weise an der Antriebswelle (30) befestigt ist, dass durch Manipulation der Antriebswelle (30) zwischen der ersten Zahnradmutter und dem ersten rohrförmigen Verbinder (29) sowie zwischen der zweiten Zahnradmutter und dem zweiten rohrförmigen Verbinder (25) Fluidverbindungen hergestellt werden.
Bohrsystem nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die Drehmomentantriebseinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Drehmomentschlüssel (45), aus einem Drehmomentantriebsmotor (50) und aus einem Hydraulikzylinder (60) besteht.
Bohrsystem nach Anspruch 4, bei dem der Drehmomentantriebsmotor (50) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Druckluftmotor, aus einem Hydraulikmotor und aus einem Elektromotor besteht.
Bohrsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner einen Positioniermechanismus (35) umfasst, um die Spülrohr-Baueinheit (34) zwischen einer Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung und einer Spülrohr-Baueinheit-Wechselstellung zu bewegen.
Bohrsystem nach Anspruch 6, bei dem der Positioniermechanismus ein Positionierjoch (36) und ein Schwenkglied (39) umfasst.
Bohrsystem nach Anspruch 7, bei dem das Schwenkglied (39) eine Hebemutter (37) und eine Hebeschraube (38) umfasst, die zusammenwirken, um zu ermöglichen, dass sich das Positionierjoch (36) vertikal entlang eines durch die Länge der Hebeschraube (38) definierten Wegs bewegt.
Bohrsystem nach Anspruch 2, bei dem ein Hydraulikzylinder (60) das Antriebswellen-Ritzelzahnrad (32) in der Weise entlang der Antriebswelle bewegt, dass das Ritzel sowohl mit der ersten Zahnradmutter als auch mit der zweiten Zahnradmutter in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann.
Bohrsystem nach Anspruch 2, bei dem ein Pneumatikmittel das Antriebswellen-Ritzelzahnrad (32) in der Weise entlang der Antriebswelle (30) bewegt, dass das Ritzel sowohl mit der ersten Zahnradmutter als auch mit der zweiten Zahnradmutter in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann.
Bohrsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste, drehbare rohrförmige Verbinder eine Hauptantriebswelle (16) ist, die mit einem Bohrstrang verbunden ist, und bei dem der zweite, nicht drehbare rohrförmige Verbinder eine Schwanenhals-(15)-Baueinheit ist, die mit einem Bohrschlammanschluss verbunden ist.
Verfahren zum Verbinden einer Spülrohr-Baueinheit in einem Bohrsystem, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ersten, drehbaren rohrförmigen Verbinders (29); Bereitstellen eines zweiten, nicht drehbaren rohrförmigen Verbinders (25); Bereitstellen einer Spülrohr-Baueinheit (34), die wenigstens eine dynamische Dichtung (49) umfasst und eine Fluidröhre (23) definiert, die an einem Ende einen ersten Gegenverbinder (42) und an einem anderen Ende einen zweiten Gegenverbinder (41) aufweist, die dafür ausgelegt sind, mit dem ersten und mit dem zweiten rohrförmigen Verbinder (29, 25) zu verbinden; und Ausüben eines Drehmoments auf den ersten und auf den zweiten Gegenverbinder (42, 41) in der Weise, dass zwischen dem ersten Gegenverbinder (42) und dem ersten rohrförmigen Verbinder (29) sowie zwischen dem zweiten Gegenverbinder (41) und dem zweiten rohrförmigen Verbinder (25) Fluidverbindungen hergestellt werden; gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Bereitstellen einer drehbaren Antriebswelle (30) mit einem daran befestigten Ritzelzahnrad (32), wobei das Ritzelzahnrad entlang der Welle (30) in der Weise beweglich ist, dass es sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gegenverbinder (42, 41) bewegen und sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Gegenverbinder (42, 41) in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der erste und der zweite Gegenverbinder (42, 41) eine erste bzw. eine zweite Zahnradmutter umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, das Folgendes umfasst: Ausüben eines reproduzierbaren Drehmoments auf die Antriebswelle (30) in der Weise, dass durch Manipulation der Antriebswelle (30) zwischen der ersten Zahnradmutter und dem ersten rohrförmigen Verbinder (29) sowie zwischen der zweiten Zahnradmutter und dem zweiten rohrförmigen Verbinder (25) Fluidverbindungen hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das ferner das Bereitstellen einer Drehmomentantriebseinrichtung zum Ausüben des Drehmoments auf den ersten und auf den zweiten Verbinder (29, 25) umfasst, wobei die Drehmomentantriebseinrichtung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Drehmomentschlüssel (45), aus einem Drehmomentantriebsmotor (50) und aus einem Hydraulikzylinder (60) besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Drehmomentantriebsmotor (50) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Druckluft-Drehmomentantriebsmotor, aus einem Hydraulik-Drehmomentantriebsmotor und aus einem Elektro-Drehmomentantriebsmotor besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Übertragen eines Drehmoments von dem ersten, drehbaren rohrförmigen Verbinder (29) auf die Spülrohr-Baueinheit (34) Folgendes umfasst: Übertragen eines Drehmoments von dem ersten, drehbaren rohrförmigen Verbinder (29) auf die erste Zahnradmutter in der Weise, dass zwischen der ersten Zahnradmutter und dem ersten rohrförmigen Verbinder (29) eine Fluidverbindung hergestellt wird; und Übertragen eines Drehmoments von dem ersten, drehbaren rohrförmigen Verbinder (29) auf die zweite Zahnradmutter in der Weise, dass zwischen der zweiten Zahnradmutter und dem zweiten rohrförmigen Verbinder (25) eine Fluidverbindung hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, das ferner das Bereitstellen eines Positioniermechanismus (35) umfasst, um die Spülrohr-Baueinheit (34) zwischen einer Spülrohr-Baueinheit-Verbindungsstellung und einer Spülrohr-Baueinheit-Wechselstellung zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Positioniermechanismus (35) ein Positionierjoch (36) und ein Schwenkglied (39) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Schwenkglied (39) eine Hebemutter (37) und eine Hebeschraube (38) umfasst, die zusammenwirken, um zu ermöglichen, dass sich das Positionierjoch (36) vertikal entlang eines durch die Länge der Hebeschraube (38) definierten Wegs bewegt.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bereitstellen eines Hydraulikzylinders umfasst, um das Antriebswellen-Ritzelzahnrad (32) in der Weise entlang der Antriebswelle (30) zu bewegen, dass das Ritzel sowohl mit der ersten Zahnradmutter als auch mit der zweiten Zahnradmutter in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Bereitstellen eines Pneumatikmittels umfasst, um das Antriebswellen-Ritzelzahnrad (32) in der Weise entlang der Antriebswelle (30) zu bewegen, dass das Ritzel sowohl mit der ersten Zahnradmutter als auch mit der zweiten Zahnradmutter in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei dem der erste, drehbare rohrförmige Verbinder eine Hauptantriebswelle (16) ist, die mit einem Bohrstrang verbunden ist, und bei dem der zweite, nicht drehbare rohrförmige Verbinder eine Schwanenhals-(15)-Baueinheit ist, die mit einem Bohrschlammanschluss verbunden ist.