Iron Rafunekku

【発明の詳細な説明】 【０００１】（技術分野） 一連のドリルパイプまたは他の管を井戸に出し入れする際に、ドリルパイプおよびドリルカラー等の種々の掘削部品を連結および分離するのに、組合せトルクレンチ／
スピニングレンチが使用されており、このような組合せトルクレンチ／スピニングレンチは、しばしば、「アイアン・ラフネック（iron roughneck）」と呼ばれている。 これらの装置はトルクレンチとスピニングレンチとを組合せたものであり、米国特許第4,023,449号、第4,3
48,920号および第4,765,401号に開示されている。 尚、
これらの米国特許は全てBoyadjieffが所有するものであり、これらの全ての開示を本願に援用する。 【０００２】（背景技術） 従来技術のアイアン・ラフネックでは、スピニングレンチおよびトルクレンチが単一のキャリジに一体に取り付けられているが、それでもこれらは別々の機械である。
ドリルパイプの２つの継手（ジョイント）間の連結を「解除」または弛緩するとき、トルクレンチの上側ジョーは管の上側継手の端部上にクランプするのに使用され、トルクレンチの下側ジョーは管の下側継手の端部上にクランプする。 ドリルパイプ製造業者は、ドリルパイプの継手の各端部に、「ツールジョイント」と呼ばれるねじ付部品を付加している。 ドリルパイプの金属壁はねじを切るには厚さが不充分であるため、ドリルパイプ製造業者はねじ付ツールジョイントを付加するのである。
ツールジョイントはドリルパイプの端部上に溶接されかつ管の各端部に特徴的な膨出部を付与する。 雌ねじすなわち内ねじを備えた一方のツールジョイントは、「ボックス」と呼ばれる。 他端のツールジョイントは雄ねじすなわち外ねじを有し、「ピン」と呼ばれる。 【０００３】ツールジョイント上へのクランプの後、上下のジョーは相対回転されて、上下のツールジョイント間の連結が解除される。 次に、上側ジョーが緩められるのに対し、下側ジョーは下側ツールジョイント上にクランプされた状態を維持する。 トルクレンチから分離されかつキャリジ上で高い位置に取り付けられたスピニングレンチは、ドリルパイプの上側継手のステムと係合しかつドリルパイプの上側継手が下側継手から分離されるまで上側継手をスピンする。 スピニングレンチおよびトルクレンチは別体の機構であるので、スピニングレンチはトルクレンチに充分に近付いてツールジョイントと係合することができず、従って、スピニングレンチは、係合するとしても、そのステムに沿って管と係合しなければならない。 【０００４】スピニングレンチはトルクレンチに充分に近付くことができないため、従来技術のアイアン・ラフネックは、幾つかの形式のドリルステム部品の連結および分離に使用することはできない。 例えば、スパイラルカラーは、スピニングレンチのローラにより損傷を受ける虞れのあるステムに沿う外部スタビライザを有している。 他の部品は、表面および形状に他の変更がなされており、このため、部品のステムに沿ってスピニングローラと接触させるのに不適当なものとなっている。 【０００５】（発明の開示） 本発明のアイアン・ラフネックは、広範囲の種類のドリルステム部品に損傷を与えることなく、これらの部品の自動化された連結および分離を行うことができる。 スピニングレンチはトルクレンチと一体化されて単一装置として構成されており、このため、スピニングローラはトルクレンチのジョーと同じレベルで部品と係合する。 これにより、スピニングローラは、ドリルステムと係合するのではなくツールジョイントと係合でき、従って、従来のアイアン・ラフネックのスピニングレンチの使用を妨げる例えばスタビライザブレードおよび他の特徴を回避できる。 スピニングレンチとトルクレンチとのこの一体化により、トルクレンチおよびスピニングレンチの位置変更を行うことなく、１対の管継手のスピニングおよびトルキングを行うことも可能になる。 このため、よりコンパクトな設計が可能になりかつより大きなトルク／
駆動動力比が得られる。 【０００６】（発明を実施するための最良の形態） 本発明の他の特徴および長所は、添付図面を参照して述べる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。 本願明細書の一部を構成する添付図面には、本発明の種々の特徴が具現されている。 本願は詳細な例示実施形態を開示するが、当業者には、本発明を実施する他の適当な構造および機械を使用できることは明白であろう。 従って、本願に開示する特定構造および機能的細部は単なる例示であって、本発明の好ましい実施形態を説明するものである。 【０００７】図１および図２は、本発明の１つの特定実施形態に従って構成されたアイアン・ラフネック１０を示すものである。 アイアン・ラフネック１０の上右側ジョー１２、上左側ジョー１４、下右側ジョー１６および下左側ジョー１８の各々が、連結または分離すべき２つのドリルパイプセクションのツールジョイントをグリップするための１つの管グリップダイ要素すなわち「トングダイ」（図８）を有している。 本発明は、主として、
ドリルパイプのツールジョイントの連結および分離に使用されるものとして説明するが、本発明は、防噴装置、
ドリルカラー、螺旋溝を備えたドリルカラー、スタビライザ、ドリルビット、およびドリルビットを備えた底孔組立体を含む他の多くの掘削部品（但しこれらに限定されない）の連結および分離にも使用できる。 【０００８】図５および図８に示すように、上右側ジョー１２には、前方凹部２２および後方凹部２４が機械加工すなわち形成されている。 同様に、上左側ジョー１４
は、前方凹部２６および後方凹部２８を有している。 図６には左側スピナ組立体３０が示されており、該組立体３０は、左前方スピニングローラ３４および左後方スピニングローラ３６を有している。 右側スピニング組立体３２は左側スピニング組立体３０に対して鏡像関係をなして配置されておりかつ右前方スピニングローラ３８および右後方スピニングローラ４０を有している（図２および図８）。 図２および図８に示すように、左側スピナ組立体３０は上左側ジョー１４の上方に取り付けられており、かつ右側スピナ組立体３２は上右側ジョー１２の上方に取り付けられていて、スピニングローラ３４、３
６、３８、４０が、それぞれ、凹部２６、２８、２２、
２４内に配置されている。 一方の管グリップダイ２０がスピニングローラ３４と３６との間に配置され、他方の管グリップダイ２０がスピニングローラ３８と４０との間に配置されている。 上側ジョー１２、１４のスピニングローラ３４、３６、３８、４０を管グリップダイ２０
と同じレベルに位置決めすることにより、スピニングローラ３４、３６、３８、４０は、下側ジョー１６、１８
に近接してスピンでき、従って、管ステムではなくツールジョイントと係合できる。 【０００９】図１には、連結または分離すべき掘削部品に対して位置決めするための支持体４２上に取り付けられたアイアン・ラフネック１０が示されている。 支持体４２は、トラック４４上を走行して水平移動できる。 アイアン・ラフネック１０はまた、支持体４２に沿って垂直移動させるキャリジ４６にも取り付けられている。 キャリジ４６の垂直移動は、リフトシリンダおよび２本のチェーンにより行われる。 チェーンには、管の連結または分離時に相対移動する管ねじにより引き起こされる垂直移動を補償するばねが取り付けられている。 【００１０】ジョー１２、１４、１６、１８は、慣用トルクレンチのジョーと同様な態様で作動する。 図８に示すように、上側ジョー１２、１４は垂直ヒンジピン４８
により一体に枢着されており、上側ジョー１２、１４が互いに近付く方向および離れる方向に移動して、掘削部品をグリップまたは解放することができる。 図４は上側ジョー１２、１４が相対的閉位置にあるところを示し、
一方、図８は上側ジョー１２、１４が相対的開位置にあって、これらの間にドリルパイプ６０の継手がグリップされているところを示す。 下側ジョー１６、１８は上記上側ジョー１２，１４と本質的に同じであり、かつ上側ジョー１２、１４と同じヒンジピン４８により相互連結されていて、グリップ状態と解放状態との間で枢動できる。 図２および図３には、上側ジョー１２、１４をこれらのグリップ状態と解放状態との間で作動させるための、上側ジョーの内端部５４間に受け入れられた上側ジョーグリップピストン／シリンダ機構５０が示されている。 これらの図面にはまた、上側ジョー１６、１８をこれらのグリップ状態と解放状態との間で作動させるための、上側ジョーの内端部５６間に受け入れられた下側ジョーグリップピストン／シリンダ機構５２が示されている。 これらの開状態において、ジョーは充分に開かれ、
管の回りの位置とここから横方向にオフセットした位置との間でトルクレンチが移動できるようにする。 上側ジョーグリップピストン／シリンダ機構５０および下側ジョーグリップピストン／シリンダ機構５２は互いに独立して作動し、上側ジョーおよび下側ジョーの開閉を行う。 【００１１】ジョーが管の２つのセクション間の連結部に配置された後、下側ジョー１６、１８が下方管セクションの上方ツールジョイントをグリップし、かつ上側ジョー１２、１４が上方管セクションの下方ツールジョイントをグリップする。 継手に、上側ジョー１２、１４および下側ジョー１６、１８が、図８に示す管６０の垂直軸線５８の回りで互いに回転され、管間のねじ連結部を弛緩または緊締する。 この相対回転を達成するため、図４および図８に示すように、左側トルキングピストン／
シリンダ機構６２は、そのシリンダが上左側ジョー１４
に連結されかつそのピストンが下左側ジョー１８に連結されている。 また図４および図８に示されているように、右側トルキングピストン／シリンダ機構６４は、そのシリンダが下右側ジョー１６に連結されかつそのピストンが上右側ジョー１２に連結されている。 かくして、
トルキングピストン／シリンダ機構６２、６４は、上下のジョーを相対的に両方向にかつグリップされた管６０
の軸線５８の回りに回転させることができる。 【００１２】図８に示すように、各上側ジョー１２、１
４は単一の管グリップダイ２０を有している。 本発明のアイアン・ラフネック１０では、スピニングローラ３
４、３６、３８、４０は、各グリップダイ２０が１対のスピニングローラ間に配置されるようにして、グリップダイと一緒に上側ジョーに配置されている。 この構造により、管グリップダイ２０を取り付けるスペースは極く僅かで済む。 このように、管グリップダイ２０を支持するのに幾つかの特別な特徴が使用される。 【００１３】管グリップダイ２０は扇形すなわちアリ形（dovetail-shaped）（図９Ａ）をなしており、凹部２
２、２４、２６、２８間で上側ジョーに形成された対応するアリ形ほぞ孔すなわちスロット６６内に嵌合される。 各ほぞ孔６６は、それぞれの上側ジョーの本体内に向かうに従って拡がっている。 各アリ形グリップダイ２
０は、その対応ほぞ孔６６内に挿入され、アリ形連結を形成している。 アリ形管グリップダイの幅狭側端部は、
ツールジョイント内に食い込みかつグリップするように、上側ジョーの本体から離れる方向を向いている。 一実施形態では、ダイはほぞ孔６６から取り外すことができ、このためほぞ孔６６が摩耗したときにこれを交換することができる。 【００１４】図９Ｂに示すように、例示の実施形態のトルクグリップダイ２０はローレットが付された背面を有している。 これは、対応するほぞ孔６６の背面に対してグリップダイ２０を良好に固定し、ほぞ孔６６の側面からのトルク荷重をほぞ孔の背面に伝達できるようにするためである。 ローレットが付された表面は、複数の尖ったピラミッド状突出部を形成する一連のＶ形溝で形成できる。 これにより、凹部２２、２４、２６、２８の近接により比較的薄い部片であり従って高荷重を受けてはならないほぞ孔６６の側面を保護する。 下側ジョー１６、
１８も上記ダイ構造を使用するか、他の構造を使用できる。 【００１５】図６には、前方スピニングローラ３４および後方スピニングローラ３６を備えた左側スピナ組立体３０が示されている。 右側スピナ組立体３２は左側スピナ組立体３０と鏡像関係をなしており、従ってこれを別途詳細に示すことはしない。 以下の説明は、右側スピナ組立体３２にも適用されるものである。 スピナ組立体３
０は、スピニングローラ３４、３６が凹部２６、２８内に入るようにして、上側ジョー１２の上方に取り付けられている。 ハウジング６８の側面には油圧スピニングモータ７４が取り付けられている。 図７に示すように、スピナ組立体のハウジング６８内には、モータ７４からスピニングローラ３４、３６へと動力を伝達するためのギヤ列７２が配置されている。 ローラ３４、３６を回転できかつ充分にコンパクトである限り、この目的のために他のモータおよびスピナ組立体を使用することもできる。 【００１６】アイアン・ラフネック１０の上方に位置する構造を障害物のないものとするため、モータ７４は、
スピナ組立体ハウジング６８の上方ではなく、図２に示すようにスピナ組立体ハウジング６８の側面に配置するのが好ましい。 ギヤ列のべべルギヤは、モータ７４の水平軸線７６からの回転運動をローラ３４、３６の垂直軸線７８、８０に伝達することを可能にする。 またギヤ列７２は、単一モータ７４からの動力を２つのローラ３
４、３６に等しく分配する機能を有している。 【００１７】伝統的に、スピニングローラは管ステムの円滑面上で回転するため、円滑面を有している。 しかしながら、本発明では、スピニングローラ３４、３６は、
ツールジョイントの粗面上で回転するのに有効である。
ツールジョイントの表面は、管を正確に保持すべく食い込む管グリップダイ２０により粗面化できる。 円滑面をもつスピニングローラはツールジョイント上の窪みおよび突出部により損傷を受けかつ継手表面から離れる方向に押されるため、スピニングレンチの機構に応力を付与する。 図６に示すように、ローラ３４、３６の表面には、ツールジョイント上の凹凸に良く一致するように、
ローレットが付された山歯クロスハッチパターンが設けられている。 山歯パターンは、ばりその他の傷を受け入れることができる充分な開空間をローラ表面に付与し、
パターンの隆起部は、あらゆるばりに食い込むように力を充分に集中させる。 ローラ表面上には、ローラがツールジョイント表面上の凹凸に一致できるようにする他のパターンを設けることもできる。 【００１８】アイアン・ラフネック１０を用いて上方のドリルパイプセクションのピンツールジョイントと下方の管セクションのボックスツールジョイントとの間のねじ連結部を分離させるとき、下方の管セクションが最初にスリップ内に設置される。 次にジョーグリップピストン／シリンダ機構５０、５２を付勢して、ジョー１２、
１４、１６、１８を開く。 次に、ボックスツールジョイントが下側ジョー１６と１８との間に位置しかつピンツールジョイントが上方のジョー１２と１４との間に位置するように、アイアン・ラフネック１０および支持体４
２を移動させる。 次に、ジョーグリップピストン／シリンダ機構５０、５２を再び付勢して、下側ジョー１６、
１８をボックスツールジョイント上にグリップしかつ上側ジョー１２，１４をピンツールジョイント上にグリップする。 ジョーグリップピストン／シリンダ機構５０、
５２により付与される力によって、管グリップダイ２０
がツールジョイントに対して係合され、より良いグリップが得られる。 次に、トルキングシリンダ機構６２、６
４が付勢され、上側ジョーを静止下側ジョー（下側ジョーはスリップ内に設置されたドリルパイプの下方の継手上側にグリップされている）に対して反時計回り方向に回転させ、ピンツールジョイントとボックスツールジョイントとの間の連結部を弛緩する。 次にジョーグリップピストン／シリンダ機構５０を付勢して上側ジョー１
２、１４を解放し、スピニングローラ３４、３６、３
８、４０をピンボックスツールジョイントと接触させる。 次に、左側油圧スピニングモータ７４および右側油圧スピニングモータ８２を付勢して、ドリルパイプの上方の継手が下方の継手から分離されるまで、ピンツールジョイントをボックスツールジョイントに対して反時計回り方向にスピンさせる。 【００１９】アイアン・ラフネック１０を使用してドリルパイプの上方の継手のピンツールジョイントとドリルパイプの下方の継手のボックスツールジョイントとの間のねじ連結部を連結するには、上記手順を逆に行えばよい。 【００２０】上記特定の油圧モータ以外に、他の任意のパワフルなモータを使用できる。 また、スピナ組立体３
０、３２は、ジョーの上方、内方、側方または下方の他の位置に配置することもできる。 ローラは、上側ジョーおよび下側ジョーの両方に配置して他のオプション作動を行うこともできる。 本発明には、より多くのダイまたはローラを使用することもできる。 【００２１】上記説明は本発明の多くの特別な特徴を含んでいるが、これらの特徴は本発明の範囲を制限するものと解釈すべきではなく、本発明の一例示実施形態と解釈すべきである。 従って、本発明の範囲は例示の実施形態により定められるものではなく、特許請求の範囲の記載およびこれらの均等物により定められるべきである。 ［図面の簡単な説明］ 【図１】本発明の一実施形態に従って構成されたアイアン・ラフネックがキャリジに取り付けられた状態を示す斜視図である。 【図２】図１のアイアン・ラフネックを後方から見た斜視図である。 【図３】図１のアイアン・ラフネックの右側側面図である。 【図４】図１のアイアン・ラフネックの平面図である。 【図５】図１のアイアン・ラフネックの右側ジョーの平面図であり、２つのスピニングローラを挿入する凹部を示すものである。 【図６】図１のアイアン・ラフネックの左側ローラ駆動組立体の斜視図である。 【図７】右側ローラ駆動組立体の平面図であり、ギヤ列を示すため頂カバーを取り外した状態を示すものである。 【図８】図３の８−８線に沿うアイアン・ラフネックの断面図であり、上側ジョーのスピニングローラおよび管グリップダイを示すものである。 【図９Ａ】管グリップダイを前方から見た斜視図である。 【図９Ｂ】図９Ａと同じ管グリップダイの後面図であり、ローレットが付された背面を示すものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボヤッドジェフ ジョージ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92861 ベル パーク コラニー サー クル 18772 (72)発明者 キャンプ ヨハネス ヘンリカス アン トニウス マリー オランダ エヌエル−4876 ヴェーデー エッテン レール スクサルメイ 43 (72)発明者 ロリング ロナルダス リチャーダス マリア オランダ エヌエル−5341 イックスハ ー ロスマレン ガウデンレハンストラ ート 13 (56)参考文献 特開 昭51−106601（ＪＰ，Ａ) 特表 昭57−501070（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁷ ，ＤＢ名) E21B 19/16