DEVICE FOR PULLING A DRILL PIPE STRING FROM A BORE HOLE AND FOR LOOSENING PIPE JOINTS

Abstract: 1. Apparatus for the pulling of bore hole tubes (5, 6) from a bore hole and the release of the screw coupling (breaking) by means of a fluid-operated working piston/cylinder unit (cylinder), characterised by a pulling cylinder (1) operating, together with the breaking device, in the axial direction of the bore hole tubes (5, 6), supported, at its ends, on the one hand on a base plate (11) and on the other hand on a breaking device (17), gripping jaw units (18, 19) arranged axially one after another, rotatable radially in opposite senses and comprising two gripping cylinders (34, 35) by means of which the bore hole tubes (5, 6) are gripped, and a release cylinder operable in the peripheral direction in relation to the bore hole tubes (5, 6) and supported on each of the gripping jaw units.

Description: Vorrichtung zum Ziehen von Bohrrohren aus einem Bohrgrund und Lösen der Verschraubung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Bohrrohren aus einem Bohrgrund und Lösen der Verschraubung (Brechen) mittels fluidisch betriebener Arbeitskolben/Zylinder-Einheiten (Zylinder). Die verschiedensten Geräte für Crundbau und Bohrtechnik, wie hydraulische Bohrmaschinen zum Durchführen von Anker-, Injektions- und Gefrierbohrungen sind bekannt. Sie bestehen aus einer auf einem fahrbaren Gerüst mittels eines Vorschubmotors auf- und niederbewegbaren druckmittelbetriebenen Bohrmaschine mit wahlweise oder gemeinsam auf einem Bohrstrang einwirkendem Schlagmotor und reversiblem Drehmotor. Der Bohrstrang kann dabei aus einem inneren Strang von miteinander durch Muffen zu verbindenden Bohrstangen und einem zweiten Strang von miteinander durch Muffen zu verbindenden äusseren Gestängerohren gebildet sein. Anstelle einer Muffenverbindung für die einzelnen Rohrstücke können auch Einschraubnippel vorgesehen sein, die insgesamt aus einer Vielzahl einzelner Bohrrohre einen Bohrstrang bilden. In Abhängigkeit von beispielsweise einer Ankerlänge oder einer Sprenglochtiefe wird mit solchen Bohrsträngen die Bohrung auf die vorbestimmte Tiefe, beispielsweise bis zu 50 m abgebohrt und sodann die Bohrmaschine von dem Bohrstrang getrennt. Das letzte Rohrstück ragt aus dem Erdreich oder dergleichen heraus. Es werden dann der Anker gesetzt oder Injektionen durchgeführt oder Sprengkapseln, je nach Zweck der Bohrung, eingeführt und wird der Bohrstrang mittels eines hydraulischen Ziehgerätes schrittweise gezogen. Beim Ziehvorgang muss immer dann, wenn eine Rohrverbindung freigegogen wird, diese Rohrverbindung gelöst werden, was ca. alle 2 m bisher durch einen hydraulischen Rohrlöser gemäss der deutschen Offenlegungsschrift 29 48 221 vorgenommen wurde. Dieser Rohrlöser bestand aus zwei im Abstand voneinander auf einem, auf die zu lösenden Rohrstücke aufschiebbaren Halter mit entgegengesetzter Wirkrichtung angeordneten Zangen, deren Zangenbacken hydraulisch unter Erzeugung eines die Verbindung lösenden, einander gegenläufigen Drehmomentes betätigbar war. Darüber hinaus wurden zum Ziehen der Bohrrohre noch eine Grundplatte, ein Ziehzylinder und eine Ziehkatze benötigt. Alle diese Geräte wurden einzeln und unabhängig voneinander montiert und betätigt, so dass der Ziehund Brechvorgang einen erheblichen Zeitaufwand erforderte und nur durch Fachpersonal ausgeführt werden konnte. Ausserdem bestand stets die Gefahr des Verklemmens der einzelnen Teile aufgrund der Labilität der Gesamtvorrichtung. Davon ausgehend liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine einfache Lösevorrichtung für Rohrverbindungen mit einer Ziehvorrichtung zu kombinieren. Eine derartige Vorrichtung soll unabhängig von der Richtung der Bohrung und der angebohrten Fläche arbeiten. Als technische L ö s u n g wird dafür ein, an einer Grundplatte einerseits und einer Brechvorrichtung andererseits mit seinen Stirnenden abgestützter, in axialer Richtung zu den Bohrrohren wirkender Ziehzylinder und eine Brechvorrichtung, bestehend aus zwei die Bohrrohre radial mittels Klemmzylindern festklemmenden, axial hintereinander angeordneten, radial gegeneinander verdrehbaren Klemmbackeneinheiten und ein an je einer Klemmbackeneinheit abgestützter, in Umfangsrichtung zu den Bohrrohren wirkender Lösezylinder vorgeschlagen. Die Erfindung beruht also auf dem Grundgedanken, den Ziehzylinder zwischen einer an der angebohrten Fläche abgestützten Grundplatte und einer Klemmbackeneinheit arbeiten zu lassen, die ihrerseits aus zwei axial beabstandeten Klemmbackeneinheiten besteht, die gegeneinander zum Lösen der Rohrverbindung durch eine weitere, in Umfangsrichtung zu den Bohrrohren wirkende Arbeitskolben/Zylinder-Einheit verdrehbar sind. Durch die Erfindung wird nicht nur eine unverlierbare Einheit der zum Ziehen von Bohrrohren und Lösen ihrer Verschraubung erforderlichen Grundelemente geschaffen, sondern auch das Ziehen und Lösen so weit vereinfacht, dass es durch Hilfspersonal ausgeführt werden kann. Darüber hinaus stellt die erfindungsgemässe Kombination eine erhebliche Vereinfachung der technischen Ausrüstung zum Ziehen und Lösen von Bohrrohren dar und gestattet auch ein schnelles Auswechseln etwa defekter Teilaggregate. Wenn die Grundplatte erfindungsgemäss um eine quer zu den Bohrrohren verlaufenden Achse schwenkbar an den Ziehzylinder angelenkt ist, kann sie sich unmittelbar auf jeder beliebigen Grundfläche dem Bohrwinkel anpassen und gewährleistet so den bestmöglichen Kraftschluss beim Ziehen der Bohrrohre. Sofern es möglich ist, die erfindungsgemässe Zieh- und Brechvorrichtung über das freie Ende der Bohrrohre zu schieben, empfiehlt sich die Verwendung einer Hohlkolbenzylindereinheit zum zentralen Aufnehmen des Bohrrohres als Ziehzylinder, weil dadurch jegliches Verkanten des Bohrrohres beim Ziehen vermieden wird. Hierbei gestatten auswechselbare Innenfutter zwischen der Axialbohrung der Kolbenstange und dem Bohrrohr ein verbessertes Ausrichten der Zugrichtung auf die Bohrrichtung. Die Klemmbackeneinheiten können dadurch weitgehend vereinfacht werden, dass sie jeweils eine mit ihr starr verbundene und eine gegenüberliegende, in Richtung der Kolbenstange des Klemmzylinders verschiebbare Klemmbacke aufweisen. Dabei stützt sich der Klemmzylinder unmittelbar an der starren Klemmbacke und die Kolbenstange des Klemmzylinders in radialer Richtung mittels der verschiebbaren Klemmbacke an dem Bohrrohr ab. Bei derartigen Klemmbackeneinheiten können beide Klemmbacken auf einfache Weise ausgewechselt oder radial in bezug auf das Bohrrohr derart verstellt werden, dass sie sich an den aktuellen Bohrrohrdurchmesser anpassen. Beide erforderlichen Klemmbackeneinheiten sind grundsätzlich gegeneinander austauschbar und in kurzem axialen Abstand voneinander durch eine Drehflanschverbindung radial verdrehbar zusammengehalten. Wenn der Lösezylinder mit seinen Stirnenden, d.h. einerseits mit dem freien Zylinderende und andererseits mit dem Kolbenstangenende, an den von den Bohrrohren fortweisenden Enden der Klemmzyltnder schwenkbar gelagert sind, wird ein Lösen der Verschraubung mit vergleichsweise geringen Kräften möglich. Der Winkel, um den die beiden Klemmbackeneinheiten zum Lösen der Verschraubung gegeneinander verdreht werden, kann durch den Kolbenstangenweg des Lösezylinders eingestellt werden, er beträgt in der Regel etwa 250. Mit der erfindungsgemässen Zieh- und Brechvorrichtung kann sowohl ein Rechts- als auch ein Linksgewinde gelöst werden. Zum Umbau von Links- auf Rechtsgewinde bzw. umgekehrt wird lediglich der Lösezylinder an einem seiner Stirnenden von der dortigen Klemmbackeneinheit gelöst und um etwa 2700 verschwenkt und in dieser Position wieder mit der zuvor gelösten Klemmbackeneinheit verbunden; letztere wird hierzu im entgegengesetzten Drehsinn wie der Lösezylinder gegenüber der anderen Klemmbackeneinheit verdreht. Eine hydraulische Folgeschaltung zum zyklischen Betätigen mindestens eines Klemmzylinders und des Ziehzylinders im Wechsel miteinander gestattet es, das Bohrrohr auto matisch bis zur nächsten Rohrverschraubung aus dem Bochloch zu ziehen. Hierzu klemmt zumindest eine der beiden Klem,uackeneinheiten zunächst als Bohrrohr fest, sodann fährt der Ziehzylinder, ausgehend von seiner ganz eingefahrenen Position, in seine ganz ausgefahrene Position und zieht dabei das Bohrrohr aus dem Bohrgrund. Danach öffnet (öffnen) sich der (die) Klemmzylinder und gibt (geben) das Bohrrohr frei, so dass der Ziehzylinder in seine Ausgangsstellung zurückkehren und der gesamte Vorgang sich wiederholen kann. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäss ausgebildeten Zieh- und Brechvorrichtung dargestellt worden ist. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 Eine Zieh- und Brechvorrichtung in Seitenan sicht, z. T. geschnitten; Fig. 2 dieselbe Vorrichtung in einer weiteren um 900 gedrehten Seitenansicht sowie Fig. 3 dieselbe Vorrichtung in Aufsicht z. T. im Schnitt entlang der Linie I - 1 in Fig. 1 Ein Ziehzylinder 1 ist bevorzugt in nicht näher dargestellter Weise drucmittel-, insbesondere hydraulisch, beaufschlagbar und besteht aus einem Hydraulikzylinder 2 sowie einer hohlen Kolbenstange 3 mit einem stirnseitig daran festgeschraubten Flansch 4. Ein Bohrrohr 5, 6 kann in axialer Richtung frei durch den gesamten Ziehzylinder 1 geschoben werden und tritt bei dem Flansch 4 in den Ziehzylinder 1 ein und am gegenüberliegenden Ende wieder aus. Dort sind zwei Augen 7 mit der Stirnseite 8 des Hydraulikzylinders 2 verschraubt, so dass sich die gemeinsame Achse 9 der beiden Augen 7 rechtwinklig zur und in derselben Ebene wie die Achse 10 der Bohrrohre 5, 6 erstreckt. Eine Grundplatte 11 zum Abstützen der Zieh- und Brechvorrichtung an der angebohrten Fläche 12 ist quer zur Richtung der Achse 10 mittels Augen 13, 14 und Bolzen 15 an die Augen 7 schwenkbar angelenkt und weist eine Bohrung 16 zum freien Durchschieben des Bohrrohres 5, 6 auf. Sie ist so gross, dass das Bohrrohr 5, 6 auch bei stärkerem Verschwenken der Grundplatte 11 um die Bolzen 15 unbehindert bleibt. Der Flansch 4 ist Bestandteil der unteren von zwei eine Brechvorrichtung 17 bildenden Klemmbackeneinheiten 18, 19. Eine Klemmbackeneinheit 18, 19 besteht aus zwei beabstandeten, durchbohrten Grundplatten 4, 20; 21, 22, durch die das Bohrrohr 5, 6 hindurchgeschoben wird. Zwischen den Grundplatten 4, 20 und 21, 22 wird jeweils eine Klemmbacke 23, 24 fest und eine gegenüberliegende Klemmbacke 25, 26 verschiebbar gehalten. Die Klemmbacken 23, 24 können durch zwei Bolzen 27 bzw. 28 lösbar gehalten und mittels eines Griffs 29 zum Aus wechseln angefasst werden. Die verschiebbaren Klemmbacken 25, 26 werden mittels Schraubbolzen 30, 31 in einer umlaufenden Nut von den Kolbenstangen 32, 33 von hydraulischen Klemmzylindern 34, 35 gehalten. Diese Klemmzylinder wirken in Richtung der Achse 10 der Bohrrohre 5, 6 und bilden gleichzeitig eine seitliche Verbindung der Grundplatten 21, 22 bzw. 4, 20, die an den übrigen Seiten im wesentlichen durch verschweisste Stege oder Bleche miteinander verbunden sind. Die Bolzen 27, 28 bzw. 30 und 31 gestatten ein schnelles Auswechseln der Klemmbacken 23, 24 bzw. 25, 26 entsprechend dem jeweiligen Rohrdurchmesser. Längs- und/oder Querriffelungen erhöhen die Griffigkeit der Backenflächen 36, 37 bzw. 38, 39. In der Fig. 1 sind die beiden Klemmbackeneinheiten 18, 19 so dargestellt, dass die Kolbenstangen 32, 33 keinen Winkel miteinander bilden, was sie aber in der Gebrauchsposition - wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich - tun. In Fig. 1 ist lediglich erkennbar, dass an dem von den Bohrrohren fortweisenden Ende des Klemmzylinders 35 das Auge 40 am Stirnende 41 eines hydraulischen Lösezylinders 42 schwenkbar befestigt ist. In Fig. 2 sind der Lösezylinder 42 und die obere Klemmbackeneinheit 19 perspektivisch dargestellt, so dass die versetzte Anordnung der beiden Klemmbackeneinheiten 18, 19 auch in Seitenansicht erkennbar ist. Der von den beiden Klemmbackeneinheiten 18, 19 minimal und maximal gebildete Winkel hängt von der Grundlänge und dem Schubweg des Lösezylinders 42 ab. Dieser ist an seinem Stirnende 43 in gleicher Weise, aber von der entgegengesetzten Seite her, an dem von den Bohrrohren 5, 6 fortweisenden Ende des Klemmzylinders 34 schwenkbar befestigt. Zwischen den Grundplatten 4, 20 bzw. 22, 23 sich erstrekkende Stege 44 verbinden die Grundplatten und führen die Klemmbacken 25, 26. Ausserdem können Rohrteilstücke 45 zwischen den Grundplatten einen weiteren Halt bieten. Im Bereich der Rohrschraubungen können dort vorgesehene Nippel, Muffen, oder die Rohrenden mit Verzahnungsflächen 46 versehen sein, die den Backenflächen 36, 37 bzw. 38, 39 entsprechen. Die Bohrung 16 der Grundplatte 11 kann - wie aus Fig. 3 ersichtlich - auch als breiter Schlitz 47 von einer Grundplattenkante her ausgeführt sein. Bei einer praktischen Ausführungsform für Bohrrohre eines Durchmessers zwischen 70 und 140 mm empfiehlt sich eine Druckkraft des Ziehzylinders von 80 kN, eine Klemmkraft der Klemmzylinder von etwa 60 kN und eine Verdrehkraft des Lösezylinders von etwa 10 kN. Der Arbeitsdruck des gesamten Hydrauliksystems beträgt dann bevorzugt 320 bar und der Verdrehwinkel zum Lösen etwa 250. Die hierfür erforderliche Pumpenleistung für das Hydrauliksystem beträgt 80 1/min bei 3000 Umdrehun gen/min. Das gesamte System wird von einer Folgeschaltung für den Ziehvorgang und einer Einzelbetätigung für den Lösevorgang in in der Zeichnung nicht dargestellter Weise gesteuert. Der Hub des als Hohlkolben oder als zwei parallel neben dem Bohrrohr betätigter Normalkolbenzylinder als Ziehzylinder beträgt bei einem etwa 1 m langen Ziehzylinder etwa 25 cm. Mit den Klemmbackeneinheiten 18, 19 verbundene Drehflansche 48, 49 gestatten das gegenseitige Verdrehen der Klemmbackeneinheiten mittels des Lösezylinders 42. Es versteht sich, dass beim Rohrziehen grundsätzlich beide Klemmbackeneinheiten betätigt werden können, bevorzugt wird aber nur die untere Klemmbackeneinheit 18 betätigt, die hierzu besonders grossflächige Backenflächen 36, 37 aufweist, die ausreichen, auch an einer glatten Rohraussenfläche genügend Halt zu bieten. Demgegenüber können die Klemmbacken 38, 39 der Klemmbackeneinheit 19 kleiner sein, da diese in der Regel nur in Verbindung mit Verzahnungsflächen 46 einer Rohrmuffe oder eines Rohrnippels benutzt wird, wobei die Klemmbackeneinheit 18 das in der Zeichnung nicht erkennbare Ende des Bohrrohres 5 und die Klemmbackeneinheit 19 das gegenüberliegende Ende des Bohrrohres 6 zum Lösen der Schraubverbindung festklemmt. B e z u g z e i c h e n l i s t e 1 Ziehzylinder 2 Hydraulikzylinder 3 Kolbenstange 4 Flansch (Grundplatte) 5 Bohrung 6 bohrung 7 Augen 8 Stirnseite 9 Achse 10 Achse 11 Grundplatte 12 -läche 13 Augen 14 Augen 15 Bolzen 16 Bohrung 17 Brechvorrichtung 18 Klemmbackeneinheit 19 Klemnbackeneinheit 20 Grundplatte 21 Grundplatte 22 Grundolatte 23 Klemmbacke 24 Klemmbacke 25 Klemmbacke 26 Klemmbacke 27 Bolzen 28 Bolzen 29 Griff 30 Schraubbolzen 31 Schraubbolzen 32 Kolbenstange 33 Kolbenstange 34 Klemmzylinder 35 Klemmzylinder 36 Backenflache 37 Backenfläche 38 Backenfläche 39 Backenfläche 40 Auge 41 Stirnende 42 Lösezylinder 43 Stirnende 44 Stege 45 Rohrteilstücke 46 Verzahnungsflächen 47 Schlitz 48 Drehflansch 49 Drehflansch

Claims: Ansprüche 1. Vorrichtung zum Ziehen von Bohrrohren (5, 6) aus einem Bohrgrund und Lösen der Verschraubung (Brechen) mittels fluidisch betriebener Arbeitskolben/Zylinder-Einheiten (Zylinder), gekennzeichnet durch einen, an einer Grundplatte (11) einerseits und einer Brechvorrichtung (17) andererseits mit seinen Stirn enden abgestützten, in axialer Richtung zu den Bohrrohren (5, 6) wirkenden Ziehzylinder (1) sowie die Brechvor richtung, bestehend aus zwei die Bohrrohre (5, 6) radial mittels Klemmzylindern (34, 35) festklemmenden, axial hintereinander angeordneten, radial gegeneinander ver drehbaren Klemmbackeneinheiten (18, 19) und einem an je einer Klemmbackeneinheit (18, 19) abgestützten, in Um fangsrichtung zu den Bohrrohren (5, 6) wirkenden Löse zylinder (42). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (11) um eine quer zu den Bohrrohren (5, 6) verlaufende Achse (9) schwenkbar an den Ziehzy linder (1) angelenkt ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Hohlkolbenzylindereinheit zum zentralen Aufnehmen des Bohrrohres (5, 6) als Ziehzylinder (1). 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klemmbacken einheit (18, 19) eine mit ihr starr verbundene und eine gegenüberliegende, in Richtung der Kolbenstange (32, 33) des Klemmzylinders (34, 35) verschiebbare Klemmbacke (23, 24 bzw. 25, 26) aufweist. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösezylinder (42) mit seinen Stirnenden (41, 43) an den von den Bohrrohren (5, 6) fortweisenden Enden der Klemmzylin- der (34, 35) schenkbar gelagert ist. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine hydraulische Folge schaltung zum zyklischen Betätigen mindestens eines Klemmzylinders (35, 34) und des Ziehzylinders fl; i Wechsel miteinander.

Inventors: HUTTE, KLAUS, Hütte, Klaus
Applicants: HUTTE & CO. BOHRTECHNIK GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1984
Main classification: E21B19
IPC codes: E21B19, B25B21