專利名稱：管狀件操縱設(shè)備和方法
管狀件操縱設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
地下井的鉆探包括組裝管柱，例如套管柱和鉆柱，每一個管柱包括從鉆機(jī)向下延 伸到井眼中的多個沉重、細(xì)長管段。管柱由多個螺紋接合的管段構(gòu)成。傳統(tǒng)上，工人使用勞動密集方法聯(lián)接管段以形成管柱。這種方法包括使用工人，通 常為“扶套管入扣的鉆工(stabber) ”和夾鉗操作員。扶套管入扣的鉆工以人工方式將管段 的下端與現(xiàn)有管柱的上端對準(zhǔn)，夾鉗操作員采用夾鉗以使管段旋轉(zhuǎn)，將其螺紋連接到管柱。 雖然這種方法是有效的，但是它是危險的、麻煩的和低效的。另外，夾鉗要求多個工人正確 接合管段并且將管段聯(lián)接到管柱。因此，這種方法是勞動密集的并且因此昂貴的。而且，使 用夾鉗會要求使用危及到工人的腳手架或者其他類似的結(jié)構(gòu)。其他人已經(jīng)提出了利用傳統(tǒng)的頂部驅(qū)動器組件來組裝管柱的運行工具。該運行工 具包括操縱器，該操縱器接合管段并且將管段升起到動力輔助升降器中，動力輔助升降器 依賴于施加的能量來保持管段。升降器聯(lián)接到頂部驅(qū)動器，頂部驅(qū)動器使升降器旋轉(zhuǎn)。因 此，管段接觸管柱，并且頂部驅(qū)動器使管段旋轉(zhuǎn)并且將其與管柱螺紋接合。雖然這種工具提供了優(yōu)于被用于組裝管柱的、更加傳統(tǒng)的系統(tǒng)的益處，但是它還 不利地存在缺點。一個這樣的缺點在于，管段可能被升降器夾緊模損傷。另一個缺點在于， 傳統(tǒng)的操縱器臂不能在無工人參與的情況下，移除單個接頭管狀部件并且將它們在管臺上 放下。已經(jīng)提出了其他工具來克服這些缺點。然而，這種工具經(jīng)常不能操縱尺寸非均勻 的管狀部件。當(dāng)正被操縱的管狀部件例如由于具有變化的壁厚或者不完美的圓柱度或者圓 形度而尺寸并不是理想的時，工具充分接合管狀部件的能力降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于操縱管狀部件的設(shè)備，所述設(shè)備包括管狀部件運行工具； 管狀部件升降器；多個第一致動器，每一個第一致動器在運行工具和升降器之間延伸；和 多個第二致動器，每一個第二致動器在運行工具和第一致動器中的相應(yīng)的一個之間延伸， 其中第一致動器和第二致動器中的每一個能以液壓方式操作，其中所述運行工具包括帶 有狹槽的部件，所述帶有狹槽的部件具有多個細(xì)長狹槽，每一個細(xì)長狹槽沿著一定方向延 伸；凹進(jìn)部件，所述凹進(jìn)部件以可滑動方式聯(lián)接到帶有狹槽的部件，并具有多個凹進(jìn)，每一 個凹進(jìn)沿著從淺端到深端的方向成錐形；和多個滾動部件，每一個滾動部件被保持在多個 凹進(jìn)中的一個和多個細(xì)長狹槽中的一個之間。在優(yōu)選實施例中，當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的 相應(yīng)的一個的淺端中時，所述多個滾動部件中的每一個部分地延伸通過所述多個細(xì)長狹槽 中的相鄰一個，并且當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的相應(yīng)的一個的深端中時，所述多個滾動部件 中的每一個縮進(jìn)到帶有狹槽的部件的外周內(nèi)。在一個實施例中，所述升降器包括帶有狹槽的升降器部件，所述帶有狹槽的升降 器部件具有多個細(xì)長狹槽，每一個細(xì)長狹槽沿著一定方向延伸；凹進(jìn)升降器部件，所述凹進(jìn) 升降器部件以可滑動方式聯(lián)接到帶有狹槽的升降器部件，并具有多個凹進(jìn)，每一個凹進(jìn)沿著從淺端到深端的方向成錐形；和多個滾動升降器部件，每一個滾動升降器部件被保持在 所述多個凹進(jìn)中的一個和所述多個細(xì)長狹槽中的一個之間，其中當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的 相應(yīng)的一個的淺端中時，所述多個滾動升降器部件中的每一個部分地延伸通過所述多個細(xì) 長狹槽中的相鄰的一個，并且當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的相應(yīng)的一個的深端中時，所述多個 滾動升降器部件中的每一個縮進(jìn)到帶有狹槽的升降器部件的外周內(nèi)。在另一實施例中，所 述運行工具被配置為以摩擦方式接合管狀部件的外表面以足以向管狀部件施加扭矩。在又 一個實施例中，扭矩至少是大約6780N-m (牛頓-米)(5000ft-lbs (英尺-磅))，而在一個 優(yōu)選實施例中，扭矩至少是大約67800N-m(50000ft-lbs)。在另一實施例中，每一個第一致動器包括具有第一端部和第二端部的第一缸，其 中第一端部以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到運行工具的第一附接點，并且第一桿從第二端部延伸并以 可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到升降器。在一個優(yōu)選實施例中，每一個第二致動器包括具有第一端部和 第二端部的第二缸，其中第二缸的第一端部以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到運行工具的第二附接點， 并且第二桿從第二缸的第二端部延伸并以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到第一缸。在又一個實施例中， 所述管狀部件包括井眼套管部件、鉆柱管路部件、管道部件和套環(huán)管路部件中的至少一個。在進(jìn)一步的實施例中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括與運行工具、升降器以及第一致動器 和第二致動器通信的控制器。在一個優(yōu)選實施例中，所述控制器被配置為在升降器和管狀 部件的接合期間使升降器以及第一致動器和第二致動器的操作基本自動化。在另一優(yōu)選實 施例中，所述升降器被配置為接合管狀部件的軸向中間部分的外表面，并且在更加優(yōu)選的 實施例中，接合管狀部件的至少兩個不同的軸向中間部分。在又一個優(yōu)選實施例中，所述控 制器被配置為在運行工具和管狀部件的接合期間使運行工具、升降器以及第一致動器和第 二致動器的操作基本自動化。在另一實施例中，所述運行工具被配置為以摩擦方式接合管 狀部件，其中當(dāng)運行工具被與管狀部件接合時，運行工具的一個部分與管狀部件的端部形 成流體密封。本發(fā)明進(jìn)一步包括一種操縱管狀部件的方法，所述方法包括利用管狀部件升降 器接合管狀部件的軸向中間部分的外表面；操作在升降器和管狀部件運行工具之間延伸的 多個連桿，以由此將管狀部件的端部定位在運行工具內(nèi)；和，利用運行工具接合管狀部件的 另一部分的外表面，包括向在運行工具內(nèi)的管狀部件的端部施加軸向力。在一個實施例中，向管狀部件的端部施加軸向力包括致動液壓缸或者電致動器 以相對于夾持機(jī)構(gòu)的外罩移動夾持機(jī)構(gòu)的凹進(jìn)部件，由此使得夾持機(jī)構(gòu)的多個滾動部件每 一個均接合管狀部件。在另一實施例中，所述方法進(jìn)一步包括使管狀部件升降器從管狀部 件脫離；和使運行工具從管狀部件脫離。在一個優(yōu)選實施例中，使運行工具從管狀部件脫離 包括去除施加到在運行工具內(nèi)的管狀部件的端部的軸向力。在進(jìn)一步的實施例中，所述方 法進(jìn)一步包括在管狀部件被運行工具接合時，通過使運行工具旋轉(zhuǎn)而使管狀部件旋轉(zhuǎn)，包 括向管狀部件施加扭轉(zhuǎn)力，其中扭轉(zhuǎn)力不小于大約6780N-m(5000ft-lbS)。本發(fā)明還包括一種用于操縱管狀部件的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于接合管狀部件 的軸向中間部分的外表面的裝置；用于定位接合裝置以由此在運行工具內(nèi)定位被接合的管 狀部件的端部的裝置；和用于向在運行工具內(nèi)的管狀部件的端部施加軸向力以由此使管狀 部件的另一部分的外表面與運行工具接合的裝置，其中基于在這里描述的教導(dǎo)和示例性實 施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解用于接合的裝置、用于定位的裝置和用于施加的裝置。


當(dāng)與附圖一起閱讀時，根據(jù)以下詳細(xì)說明，本發(fā)明得到最好的理解。要強(qiáng)調(diào)的是， 根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，各種特征未按照比例繪制。事實上，為了討論清楚起見，各種特征 的尺寸可以被任意增加或者減少。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個方面的設(shè)備的至少一個部分的透視圖。圖IB-圖IG是圖IA所示設(shè)備在隨后的操作階段中的的透視圖。圖2是圖IA-圖IG所示設(shè)備的一個部分的截面視圖。圖3A-圖3D是圖IA-圖IG所示設(shè)備在一系列操作階段中的局部截面視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個方面的設(shè)備的示意圖。圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個方面的方法的至少一個部分的流程圖。圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個方面的方法的至少一個部分的流程圖。圖5C是根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個方面的方法的至少一個部分的流程圖。圖6是圖2所示設(shè)備的實施例的一個部分的分解透視圖。圖7A和7B是圖6所示設(shè)備的實施例的透視圖。
具體實施例方式應(yīng)該理解以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實施例或者示例以實現(xiàn)各種實施例的 不同特征。在下面描述了構(gòu)件和布置的具體示例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是示例而 非旨在限制。另外，本發(fā)明可以在各種示例中重復(fù)引用數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了 簡潔和清楚而非在本質(zhì)上規(guī)定所討論的各種實施例和/或配置之間的關(guān)系。而且，在隨后 的說明中，在第二特征上方或者在第二特征上形成第一特征可以包括直接接觸形成第一特 征和第二特征的實施例，并且還可以包括另外的特征可以形成于第一特征和第二特征之間 而使第一特征和第二特征可以不直接接觸的實施例。參考圖1，示出根據(jù)本發(fā)明一個或者多個方面的設(shè)備100的至少一個部分的透視 圖。設(shè)備100包括管狀部件運行工具110、管狀部件升降器120和連桿傾斜組件130。運行工具110被配置為接收并且至少暫時夾持、以摩擦方式接合或者以其他方式 保持管狀部件105。例如，運行工具110可以被配置為夾持或者以其他方式接合管狀部件 105的內(nèi)表面、管狀部件105的外表面或者管狀部件105的內(nèi)表面和外表面這兩者，或者其 一些部分。運行工具110以摩擦方式接合或者以其他方式保持管狀部件105的程度可以足 以支撐至少5噸的安全工作負(fù)載(SWL)。然而，用于運行工具110的其他SffL值也在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。運行工具110以摩擦方式接合或者以其他方式保持管狀部件105的程度還可以 足以將扭轉(zhuǎn)力賦予管狀部件105，例如可以從頂部驅(qū)動器或者鉆柱的其他構(gòu)件通過運行 工具110傳遞。在一個示例性實施例中，可以經(jīng)由運行工具110施加到管狀部件105的 扭矩可以是至少大約6780N-m(5000ft-lbs)，其可以足以“構(gòu)成”在管狀部件105和另一 管狀部件之間的連接?？梢员皇┘拥焦軤畈考?05的扭矩可以另外或者可選是至少大約 6780N-m (50000ft-lbs)，這可以足以“斷開”在管狀部件105和另一管狀部件之間的連接。 然而，其他扭矩值也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
管狀部件105可以是井眼套管部件、鉆柱管路部件、管道部件、套環(huán)管路部件和/ 或其他管狀元件。管狀部件105可以是單個管段，或者預(yù)組裝的雙重或者三重管段。在一個 示例性實施例中，管狀部件105可以是或者包括套環(huán)或者一體接頭或者螺紋管道的一個、 兩個或者三個管段，例如可以作為管路、套管或者鉆柱的一個部分利用。作為替代，管狀部 件105可以是或者包括管線的管段，例如可以在液體和/或流體材料的輸送中利用。作為 替代，管狀部件105可以是或者包括一個或者多個其他管狀結(jié)構(gòu)部件。管狀部件105可以 具有環(huán)狀截面，該截面具有基本筒形、矩形或者其他幾何形狀。在一個示例性實施例中，運行工具110的至少一個部分基本類似于在于2007 年1月4日提交的、名稱為“Tubular Handling Device"的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利 No. 7，445，050(申請?zhí)朜o. 11/410，733)和美國專利申請No. 11/619,946中描述的管狀部 件運行工具或者操縱設(shè)備，每一篇文獻(xiàn)均通過對其特意進(jìn)行引用而由此在這里以其整體并 入。例如，在以上并入的參考文獻(xiàn)中描述的設(shè)備的一個或者多個操作原理、構(gòu)件和/或其他 方面可以在本發(fā)明范圍內(nèi)的運行工具110的一個或者多個實施例內(nèi)得以實現(xiàn)。運行工具110被配置為由頂部驅(qū)動器或者鉆柱段或者構(gòu)件接合或者與其以其他 方式對接。例如，如在圖IA所示的示例性實施例中所概略表示的，運行工具110可以包括 對接裝置112，對接裝置112被配置為與套筒、外罩和/或頂部驅(qū)動器的其他構(gòu)件或者鉆柱 的構(gòu)件匹配、聯(lián)接或者以其他方式對接。在一個示例性實施例中，對接裝置112包括通常在 鉆探操作中采用的標(biāo)準(zhǔn)箱銷聯(lián)接器的一半。然而，其他對接裝置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。升降器120也被配置為接收并且至少暫時夾持、以摩擦方式接合或者以其他方式 保持管狀部件105。例如，升降器120可以被配置為夾持或者以其他方式接合管狀部件105 的內(nèi)表面、管狀部件105的外表面或者管狀部件105的內(nèi)表面和外表面，或者其部分。升降 器120以摩擦方式接合或者以其他方式保持管狀部件105的程度可以足以支撐至少5噸的 安全工作負(fù)載(SWL)。然而，用于升降器120的其他SffL值也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一個示例性實施例中，升降器120的至少一個部分基本類似于在共同轉(zhuǎn)讓的代 理人案號為No. 38496. 22的、于2007年4月25日提交的、名稱為“Tubular Running Tool” 的美國專利申請No. 11/410，733和/或代理人案號為No. 38496. 17的、于2007年1月4日 提交的、名稱為“Tubular Handling Device”的美國專利申請No. 11/619,946中描述的管 狀部件運行工具或者其他操縱設(shè)備，或者具有一個或者多個類似的方面或者操作原理。然 而，在本發(fā)明范圍內(nèi)的其他配置中，作為替代升降器120可以包括一系列的底托、墊片和/ 或被配置為圍繞管狀部件105的外表面沿著徑向壓縮并且由此保持管狀部件105的其他摩 擦部件。雖然運行工具110和升降器120這兩者均被配置為接合管狀部件105，但是通過工 具的徑向放大使得放大的管狀元件10 能夠不受阻礙地進(jìn)入工具110中，運行工具110被 配置為和/或能夠被控制為接合管狀部件105的端部部分105a，由此工具的夾持元件在減 小的部分105c中接合管道。然而，升降器120被配置為和/或能夠被控制為接合管狀部件 的軸向中間部分10恥。例如，運行工具110可以被配置為接合經(jīng)常由傳統(tǒng)的鉆探接頭展示 的徑向放大肩臺，而升降器120可以被配置為接合接頭的其余長度的較小直徑。連桿傾斜組件130包括托架140 ；兩個致動器150，每一個致動器150在運行工 具110和升降器120之間延伸；和兩個其他的致動器160，每一個其他的致動器160在托架140和致動器130中的相應(yīng)的一個之間延伸?？商娲姆桨改軌蛟跇休S150a的端部上包括 與線性致動器150相結(jié)合的旋轉(zhuǎn)致動器。例如通過包括結(jié)構(gòu)環(huán)或者鉤，每一個致動器150、 160的端部可以被配置為是能夠旋轉(zhuǎn)的，可以通過結(jié)構(gòu)環(huán)或者鉤緊固銷釘或者其他聯(lián)接裝 置。因此，致動器150的端部150a可以被以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到運行工具110或者聯(lián)接到運 行工具110的中間結(jié)構(gòu)，并且致動器150的相對端部150b可以被以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到升降 器120或者以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到被聯(lián)接到升降器120的中間結(jié)構(gòu)。類似地，致動器160的 端部160a可以被以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到托架140，并且致動器160的相對端部160b可以被 以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到致動器150或者被以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到被聯(lián)接到致動器150的中間結(jié) 構(gòu)。在圖IA所示的示例性實施例中，每一個致動器160的端部160b以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián) 接到相應(yīng)的托架155，相應(yīng)的托架155的位置在致動器150的端部150a、150b之間的中間位 置處相對于相應(yīng)的致動器150固定。每一個托架155可以具有U形輪廓，或者被配置為接 收并且以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接相應(yīng)的致動器160的端部160b。如在圖IA中所示，托架155可以 經(jīng)由一個或者多個螺栓156而被聯(lián)接到相應(yīng)的致動器150，但是還可以采用其他緊固裝置。致動器160的端點160a與致動器150的端點150a偏離，使得致動器160的延伸 和縮進(jìn)產(chǎn)生使致動器150相對于運行工具110旋轉(zhuǎn)的作用。例如，根據(jù)在圖IA中描繪的坐 標(biāo)系統(tǒng)，端點160a每一個沿著X和Z這兩個方向與相關(guān)聯(lián)的端點150a偏離。然而，在其他 實施例中，端點160a可以每一個僅僅沿著X和Z方向中的一個與相關(guān)聯(lián)的端點150a偏離， 而仍然被配置為使致動器150能夠相對于運行工具110旋轉(zhuǎn)(即，圍繞延伸通過兩個端點 150a且平行于圖IA所示坐標(biāo)系統(tǒng)的Y軸的軸線旋轉(zhuǎn))。致動器150和致動器160中的每一個可以是或者包括能夠以液壓方式、以電氣 方式、以機(jī)械方式、以氣動方式或者經(jīng)由其組合操作的線性致動缸。在圖IA所示的示例性 實施例中，每一個致動器150、160包括筒形外罩，單個筒形桿(例如活塞)從該筒形外罩延 伸。然而，在其他實施例中，一個或者多個致動器150、160可以包括多級致動器，所述多級 致動器包括可能以伸縮配置的多于一個外罩和/或缸，因此在其他可能的優(yōu)點中，能夠?qū)?現(xiàn)更大的行進(jìn)量和/或更加緊湊的方案。在所示出的實施例中，每一個致動器150包括聯(lián)接到運行工具110的缸，其中桿從 缸延伸并且以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到升降器120。另外，每一個致動器160包括聯(lián)接到運行工 具110的托架140的缸，其中桿從缸的相對端部延伸并且以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到相應(yīng)的托架 155。每一個托架155在桿從其延伸的缸的端部附近聯(lián)接到相應(yīng)的致動器150的缸。然而， 連桿傾斜組件130的其他配置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在圖IA中描繪的配置可以是準(zhǔn)備將管狀部件組裝到鉆柱中的初始或者中間階段 的配置。因此，致動器160可以已經(jīng)延伸以使致動器150遠(yuǎn)離鉆柱中心線旋轉(zhuǎn)，并且致動器 150可以已經(jīng)延伸以圍繞管狀部件105的軸向中間部分10 初始定位升降器120。在實踐 中，每一個管狀部件105可以具有限定軸向中間部分10 的升降器夾持限制器105c，在夾 持管狀部件105之前，升降器120應(yīng)該位于軸向中間部分10 內(nèi)。在一些實施例中，操作 升降器120以超過限制器105c(即，太靠近端部IOSa)地夾持管狀部件105，可能以機(jī)械方 式損壞管狀部件105，因此縮短其操作壽命。在示例性實施例中，限制器105c可以距管狀部 件105的端部10 大約0. 6m (二英尺)，或者可能為管狀部件105的總長度的大約5_10 %。然而，限制器105c的準(zhǔn)確定位可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)改變。例如，如隨后的圖中所示的并 且如下面所描述的，與夾持限制器105c分離管狀部件105的端部10 的距離可以大約等 于或者至少稍微大于管狀部件105將被插入運行工具110中的距離。致動器150、160可以被操作以圍繞管狀部件105的中間部分10 定位升降器 120，如在圖IA中所示。升降器120可以隨后被操作以夾持或者以其他方式接合管狀部件 105。然后，如在圖IB中所示，例如通過縮進(jìn)致動器160并且由此使得致動器150圍繞它們 的附接點150a，致動器160可以被操作以使升降器120和管狀部件105朝向鉆柱和/或運 行工具110的中心線旋轉(zhuǎn)樞轉(zhuǎn)。當(dāng)這個運動繼續(xù)時，管狀部件105的端部10 位于運行工 具110的底部開口中或者位于運行工具110的底部開口附近，如在圖IC中所示。在一個示 例性實施例中，這個動作繼續(xù)直至升降器120和管狀部件105基本與運行工具110同軸對 準(zhǔn)，如在圖ID中所示。在這個過程的隨后的步驟期間，致動器150可以被操作以將管狀部件105的端部 10 插入運行工具110中，如在圖1E、圖IF和圖IG中所示。例如，致動器150可以縮進(jìn)以 將管狀部件105的端部10 拉到運行工具110中。如在圖IG中所示，致動器150和致動 器160可以完全縮進(jìn)，使得管狀部件105的端部10 的相當(dāng)部分可以被插入運行工具110 中。運行工具110可以被配置為隨后接合管狀部件105，使得即使在升降器120隨后脫離管 狀部件105之后，管狀部件105也得以保持。一旦管狀部件105的端部10 被完全插入運行工具110中并且被運行工具110 接合，運行工具Iio的一個部分便可以與管狀部件105的端部10 形成流體密封。例如， 一個或者多個凸緣和/或在運行工具110內(nèi)側(cè)的其他密封構(gòu)件可以在管狀部件105的端部 105a中和/或圍繞管狀部件105的端部10 裝配以形成流體密封。這種密封構(gòu)件可以至 少部分地包括橡膠或者其他柔軟材料。密封構(gòu)件可以另外或者可替代地包括金屬或者其他 非柔軟材料。在示例性實施例中，密封構(gòu)件可以包括螺紋連接，例如傳統(tǒng)的箱銷連接?？梢圆捎迷趫DIA-圖IG中順序描繪的過程以從管道架、其他存儲結(jié)構(gòu)、操縱工具 和/或其他結(jié)構(gòu)移除鉆柱接頭或者其他管狀部件(例如，管狀部件105)，并且隨后將接頭安 設(shè)在鉆柱或者其他管狀部件柱中。然而，還可以顛倒在圖IA-圖IG中順序描繪的過程以從 鉆柱移除管狀部件，并且例如將已被移除的管狀部件向下置于管道架和/或其他結(jié)構(gòu)上。在這種過程期間，運行工具110可以被操作以將安設(shè)的管狀部件接合到鉆柱中或 者從鉆柱移除。參考圖2，示出根據(jù)本發(fā)明一個或者多個方面的運行工具110的示例性實施 例的至少一個部分的截面視圖。運行工具110包括凹進(jìn)部件210、帶有狹槽的或者在其他情 形帶有孔的部件220和多個滾動部件230。管狀部件105可能不是尺寸均勻的或者以其他方式理想的。即，管狀部件105可能 未呈現(xiàn)理想的圓度或者圓形度，使得在特定軸向位置處在管狀部件的外表面上的所有的點 可能未形成理想圓?？商娲鼗蛘吡硗獾兀軤畈考?05可能不呈現(xiàn)理想的圓柱度，使得外 表面的所有的點距運行工具110的縱向軸線202可能不是等距的，和/或管狀部件105可 能不呈現(xiàn)理想的同心度，使得外表面的所有截面元素的軸線可能不與縱向軸線202相同。凹進(jìn)部件210可以是或者包括具有在其中形成的多個凹進(jìn)214的、基本筒形或者 以其他方式成形的部件。通常是帶有狹槽的但是不限于這種配置的帶有孔的部件220，可以 是或者包括基本筒形或者以其他方式成形的環(huán)狀部件，所述環(huán)狀部件具有在其中形成的多個狹槽(或者以其他方式成形的孔)222。每一個狹槽222被配置為與凹進(jìn)部件210的凹進(jìn) 214中的一個配合以保持滾動部件230中的一個。而且，每一個凹進(jìn)214和狹槽222被配置 成使得當(dāng)滾動部件230進(jìn)一步遠(yuǎn)離凹進(jìn)214的最大深度21 移動時，滾動部件230進(jìn)一 步通過狹槽222并且超過帶有狹槽的部件220的周緣224凸出，并且當(dāng)滾動部件230朝向 凹進(jìn)214的最大深度21 移動時，滾動部件230還朝向在帶有狹槽的部件220的內(nèi)部周緣 224內(nèi)的縮進(jìn)位置移動。每一個狹槽222可以具有卵形或者在其他情形細(xì)長的輪廓，使得每一個狹槽222 的長度比寬度更大。狹槽222的長度沿著運行工具110的縱向軸線202的方向。每一個狹 槽222的壁可以沿著徑向向內(nèi)成錐形。每一個凹進(jìn)214可以具有至少大約等于或者稍微大于每一個滾動部件230的寬度 或者直徑的寬度(進(jìn)入圖2頁面中)。每一個凹進(jìn)214還可以具有大于狹槽222的最小長 度的長度。滾動部件230的寬度或者直徑至少大于狹槽222的內(nèi)部輪廓的寬度。因為每一個狹槽222沿著凹進(jìn)214成錐形的方向是細(xì)長的，所以每一個滾動部件 230可以基于管狀部件105的鄰近的尺寸特征而從帶有狹槽的部件220凸出獨立量。例如， 如果管狀部件105的外徑靠近管狀部件105的端部10 更小，則相對于最靠近管狀部件 105的中央部分的滾動部件230從帶有狹槽的部件220凸出的距離，最靠近管狀部件105的 端部10 定位的滾動部件230從帶有狹槽的部件220凸出更大的距離。每一個滾動部件230可以是或者包括基本球形部件，例如鋼球軸承。然而，其他材 料和形狀也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，每一個滾動部件230可以可替代地是被配置為沿著 由凹進(jìn)214限定的斜坡上下滾動的筒形或者錐形銷。參考圖3A，示出圖IA-圖IG所示設(shè)備100的局部截面視圖，包括圖2所示運行工 具Iio的實施例。在圖3A中，設(shè)備100被描繪成包括圖IA-圖IG的管狀部件運行工具110、 管狀部件升降器120和連桿傾斜組件130。圖3A進(jìn)一步示出圖2所示運行工具110的實施 例的凹進(jìn)部件210和滾動部件230。然而，圖3A所示設(shè)備100的實施例可以包括為了清楚 起見可能未被示出但是可以理解還存在的另外的構(gòu)件。而且，圖3A還示出運行工具110可以包括預(yù)加載機(jī)構(gòu)310。預(yù)加載機(jī)構(gòu)310被配 置為一旦管狀部件105被插入運行工具110中足夠的距離，便向管狀部件105的端部10 施加軸向力。例如，在所示的示例性實施例中，預(yù)加載機(jī)構(gòu)310包括管狀部件對接裝置315、 致動器320和運行工具對接裝置325。管狀部件接口 315可以是或者包括被配置為向管狀 部件105的端部10 傳遞由致動器320提供的軸向負(fù)載的板和/或其他結(jié)構(gòu)。致動器320 可以是或者包括能夠以液壓方式、以電氣方式、以機(jī)械方式、以氣動方式或者經(jīng)由其組合 而被操作的線性致動缸。運行工具對接裝置325可以是或者包括用于將致動器320聯(lián)接 到運行工具110的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的螺紋緊固器、銷釘和/或其他裝置。在圖3A中示出的配置中，管狀部件105已經(jīng)被升降器120接合，并且隨后在運行 工具110的下面以基本軸向?qū)?zhǔn)的方式定向。管狀部件105可以具有標(biāo)記105d，標(biāo)記105d 表示在端部10 和管狀部件105被升降器120接合的縱向位置之間需要的最小偏移。在實現(xiàn)圖3A中示出的軸向?qū)?zhǔn)之后，連桿傾斜組件130可以被致動以開始將管狀 部件105插入運行工具110中，如在圖:3B中所示。當(dāng)管狀部件105進(jìn)入運行工具110時， 滾動部件230在管狀部件105的外周上滑動和/或滾動，因此向管狀部件105施加非常小的、沿著徑向向內(nèi)的力。(作為替代，插入部件210可以縮進(jìn)至其不碰到管狀部件105的程 度)。這種情況繼續(xù)，直至管狀部件105的端部10 靠近或者鄰接預(yù)加載機(jī)構(gòu)310的管狀 部件對接裝置315。隨后，如在圖3C中所示，部件210沿著徑向向內(nèi)移動使得滾動部件230接觸管狀 部件105的表面，并且預(yù)加載機(jī)構(gòu)310的致動器320被致動以向管狀部件105的端部10 施加沿著軸向向下的力。這個向下的力使?jié)L動部件230與管狀部件105的外周主動接合。 相應(yīng)地，管狀部件105被運行工具110可靠接合，并且這個接合不僅通過管狀部件105的重 量而且還通過由預(yù)加載機(jī)構(gòu)310施加的軸向力引起。因此，如在圖3D中所示出的，運行工具110可以旋轉(zhuǎn)，這由此使管狀部件105旋 轉(zhuǎn)。即，除了運行工具110的其他構(gòu)件之外，被(例如，直接或者間接聯(lián)接到運行工具110的 頂部驅(qū)動器)施加到運行工具Iio的扭矩經(jīng)由滾動部件230傳遞到管狀部件。在這種旋轉(zhuǎn) 期間，升降器120可以從管狀部件105脫離，使得管狀部件105的全部重量被運行工具110 支撐(如果不包括還有被附接到管狀部件105的鉆柱的重量)。為了從運行工具110移除接合的管狀部件105，工具100和管狀部件105的組件從 地板滑套(floor slip) 102脫離，并且然后預(yù)加載機(jī)構(gòu)310的致動器320縮進(jìn)以從管狀部 件105的端部10 去除軸向力。運行工具的帶有狹槽的部件(在圖2中但未在圖3A-圖 3D中示出)還可以被聯(lián)接于此的一個或者多個致動器向上平移，使得滾動部件230可以變 得自由以脫離管狀部件105。工具100和管狀部件105的組件然后被降低到期望位置，地板 滑套102被接合，滾動元件230被脫離，并且插入部件210縮進(jìn)以允許工具100向上運動， 以使其擺脫放大元件10fe。參考圖4，示出示范本發(fā)明的一個或者多個方面的設(shè)備400的概略視圖。設(shè)備400 示范可以在其中實現(xiàn)圖IA-圖1G、圖2和圖3A-圖3D所示設(shè)備100和/或在本發(fā)明范圍內(nèi) 的其他設(shè)備的示例性環(huán)境。設(shè)備400是或者包括基于陸地的鉆機(jī)。然而，本發(fā)明的一個或者多個方面能夠被 應(yīng)用于或者容易地適合于任何類型的鉆機(jī)，其中例如自升式鉆機(jī)、半潛式鉆機(jī)、鉆探船、盤 管鉆機(jī)和套管鉆機(jī)。設(shè)備400包括在鉆臺410上方支撐起落機(jī)構(gòu)的支柱405。該起落機(jī)構(gòu)包括定滑輪 415和動滑輪420。定滑輪415聯(lián)接在支柱405頂部處或者支柱405頂部附近，并且動滑輪 420利用鉆線425從定滑輪415懸掛。鉆線425從起落機(jī)構(gòu)延伸到絞車430，絞車430被配 置為放出和卷繞鉆線425以引起動滑輪420相對于鉆臺410降低和升高。鉤子435附接到動滑輪420的底部。頂部驅(qū)動器440從鉤子435懸掛。從頂部驅(qū) 動器440延伸的套筒445附接到保護(hù)接頭450，保護(hù)接頭450附接到管狀提升器械452。其 中在本發(fā)明范圍內(nèi)，管狀提升器械452基本類似于圖IA-圖IG和圖3A-圖3D所示的設(shè)備 100。如上參考圖IA-圖IG和圖3A-圖3D所述，提升器械452可以直接聯(lián)接到頂部驅(qū)動器 440或者套筒445，從而可以省略保護(hù)接頭450。管狀提升器械452與在井眼460內(nèi)和/或在井眼460上方懸掛的鉆柱455接合。 其中鉆柱455可以包括鉆桿465的一個或者多個相互連接管段。一個或者多個泵480可以 通過可以連接到頂部驅(qū)動器440的軟管或者其他導(dǎo)管485將鉆削流體給付鉆柱455。設(shè)備400可以進(jìn)一步包括被配置為與絞車430、頂部驅(qū)動器440和/或泵480進(jìn)行有線或者無線傳輸通信的控制器490。通過設(shè)備400安設(shè)的各種傳感器也可以與控制器 490進(jìn)行有線或者無線通信。控制器490可以進(jìn)一步與圖IA-圖IG和圖3A-圖3D所示設(shè) 備100的運行工具110、升降器120、致動器150和致動器160通信。例如，控制器490可以 被配置為在升降器120和管狀部件105的接合期間使升降器120、致動器150和致動器160 的操作基本自動化?？刂破?90還可以被配置為在運行工具110和管狀部件105的接合期 間使運行工具110、升降器120、致動器150和致動器160的操作基本自動化。參考圖5A，示出根據(jù)本發(fā)明一個或者多個方面的方法500的至少一個部分的流程 圖。方法500可以基本類似于在圖IA-圖IG和圖3A-圖3D中描繪的操作方法，和/或可 以相對于在圖IA-圖IG和圖3A-圖3D中描繪的方法包括可替代的或者可選的步驟。圖4 所示系統(tǒng)400描繪了可以實現(xiàn)方法500的示例性環(huán)境。例如，方法500包括步驟505，在步驟505期間，使管狀部件運行工具(TMRT)相對 于鉆機(jī)降低，并且使連桿傾斜組件(LTA)遠(yuǎn)離其豎直位置旋轉(zhuǎn)。在隨后的步驟510中，可以 執(zhí)行TMRT和LTA的另外的定位以使LTA的升降器相對于管狀部件適當(dāng)定位，使得LTA升降 器能夠被操作以接合管狀部件。此后，在步驟515中，使TMRT升高并使LTA和管狀部件旋 轉(zhuǎn)進(jìn)入或者向與TMRT基本同軸的豎直位置旋轉(zhuǎn)。然后在步驟520期間，使TMRT降低以使管狀部件刺入柱樁(被地板滑套在井眼內(nèi) 懸掛并且在鉆臺上方延伸短的距離的現(xiàn)有管柱)或者以其他方式與柱樁對接。在隨后的步 驟525中，使TMRT進(jìn)一步降低，以使管狀部件的上端與在TMRT內(nèi)的夾持機(jī)構(gòu)接合。在可選 的步驟530期間，然后可以向管狀部件施加預(yù)負(fù)載和/或其他力，例如可以將夾持機(jī)構(gòu)設(shè)于 TMRT內(nèi)，并且由此使管狀部件與夾持機(jī)構(gòu)牢固接合。在步驟535期間，然后可以使TMRT旋 轉(zhuǎn)以構(gòu)成在管狀部件和柱樁之間的連接。方法500然后可以進(jìn)行到步驟M0，在步驟MO期間，使TMRT升高短的距離以釋放 地板滑套，然后使TMRT降低以作為新的柱樁定位管狀部件。在隨后的步驟M5中，可以使 TMRT的夾持機(jī)構(gòu)脫離以解耦管狀部件，可以使TMRT升高以準(zhǔn)備方法500的下一次重復(fù)。參考圖5B，示意出根據(jù)本發(fā)明一個或者多個方面的方法550的至少一個部分的流 程圖。方法550可以基本類似于在圖IA-圖1G、圖3A-圖3D和圖5A中描繪的操作方法， 和/或相對于在圖IA-圖1G、圖3A-圖3D和圖5A中描繪的方法可以包括可替代或者可選 的步驟。例如，方法550可以被執(zhí)行以將一個或者多個管狀部件(單個、兩個或者三個)添 加到在井眼內(nèi)懸掛的現(xiàn)有鉆柱。圖4所示的系統(tǒng)400描繪了可以實現(xiàn)方法550的示例性環(huán)境。方法550包括步驟552，在步驟552期間，使頂部驅(qū)動器(TD)降低，使傾斜連桿致 動器(TLA)延伸，使傾斜連桿負(fù)載致動器(TLLA)延伸，并使升降器打開?？梢曰就瑫r執(zhí) 行這些動作中的兩個或者更多個，或者作為替代，步驟552可以包括順序執(zhí)行這些動作，但 是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，步驟552的這些動作的具體順序或者次序可以改變。步驟552的動 作被配置為相對于被安設(shè)到鉆柱中的管狀部件定向升降器，使得升降器能夠隨后接合管狀 部件。TD可以是或者包括在鉆臺上方支撐的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，例如圖4所示的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器 440。TLA包括使TLLA和升降器傾斜以脫離與TD豎直對準(zhǔn)的一個或者多個構(gòu)件，例如圖 IA-圖IG所示致動器160。TLLA包括相對于TD調(diào)節(jié)升降器的豎直位置的一個或者多個構(gòu)件，例如圖IA-圖IG所示的致動器150。升降器可以是或者包括被配置為接合被組裝到鉆 柱中的管狀部件的抓持元件，例如圖IA-圖IG和圖3A-圖3D所示的管狀部件升降器120。如利用步驟552的行為所實現(xiàn)的，在通過TD、TLA和TLLA的操作而相對于新的管 狀部件定向升降器之后，執(zhí)行步驟陽4以關(guān)閉升降器或者以其他方式使新的管狀部件與升 降器接合。此后，執(zhí)行步驟556，在步驟556期間，使TD升高并使TLA縮進(jìn)?？梢曰就瑫r 或者以任何序列順序執(zhí)行使TD升高和使TLA縮進(jìn)的動作。使TD升高充分的量以使新的管 狀部件的下端高于從鉆臺凸出的鉆柱的柱樁定位，并且TLA的縮進(jìn)使得新的管狀部件在柱 樁和TD之間形成豎直對準(zhǔn)。在隨后的步驟558中，使運行工具致動器(RTA)縮進(jìn)。RTA可以是或者包括能夠以 液壓方式、以電氣方式、以機(jī)械方式、以氣動方式或者經(jīng)由其組合而被操作的線性致動缸。 RTA聯(lián)接到運行工具(RT)的一個部分使得當(dāng)使RTA延伸時，RT能夠夾持管狀部件，但是當(dāng) 使RTA縮進(jìn)時防止RT夾持管狀部件。然后在步驟560期間使TLLA縮進(jìn)，以使管狀部件的端部插入RT中。在隨后的步 驟562中，使RTA延伸，由此允許RT夾持管狀部件。方法550還包括步驟564，在步驟564 期間，使預(yù)加載致動器(PA)延伸以向管狀部件的端部施加軸向力，因此以強(qiáng)制方式引起管 狀部件被RT接合。PA包括被配置為向在RT內(nèi)的管狀部件的端部施加軸向力的一個或者多 個構(gòu)件，例如圖3A-圖3D所示致動器320和/或預(yù)加載機(jī)構(gòu)310。方法550還可以包括步驟566，在步驟566期間，可以打開升降器，使得管狀部件僅 僅通過與RT接合而被保持。然而，可以在方法550中的另一點處執(zhí)行，或者根本就不執(zhí)行 打開升降器的這個動作。在隨后的步驟568期間，使RT旋轉(zhuǎn)以在新的管狀部件和柱樁之間構(gòu)成連接。在本 示例中，這種旋轉(zhuǎn)通過由頂部驅(qū)動器提供的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動。然而，用于使RT旋轉(zhuǎn)的其他裝置 也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在通過執(zhí)行步驟568構(gòu)成連接之后，在步驟570期間釋放地板滑套。然后在步驟 571期間，首先使TD升高以使柱樁從地板滑套完全脫離，然后在步驟572期間使TD降低以 將新結(jié)合的管狀部件平移到井眼中使得僅僅新的管狀部件的端部部分從鉆臺凸出，形成新 的柱樁。在隨后的步驟574期間，然后使地板滑套復(fù)位以接合新的柱樁。此后，在步驟576期間使PA縮進(jìn)，在步驟578期間使RTA縮進(jìn)，使得新的管狀部件 (現(xiàn)在柱樁)僅僅被地板滑套而非RT或者升降器的任何部分接合。然后在隨后的步驟580 期間使TD自由升高。如在圖5B中示出，然后可以重復(fù)方法500以將另一管狀部件結(jié)合到 新的柱樁。參考圖5C，示出根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個方面的方法600的至少一個部分的流 程圖。方法600可以基本類似于在圖IA-圖1G、圖3A-圖3D和圖5A-圖5B中描繪的操作 方法的反向?qū)嵤├?，?或相對于在圖IA-圖1G、圖3A-圖3D和圖5A-圖5B中描繪的方法 可以包括可替代的或者可選的步驟。例如，可以執(zhí)行方法600從在井眼內(nèi)懸掛的現(xiàn)有鉆柱 移除一個或者多個管狀部件(單個、兩個或者三個)。圖4所示系統(tǒng)400描繪了可以實現(xiàn)方 法600的示例性環(huán)境。方法600包括步驟602，在步驟602期間，打開升降器，使TLA縮進(jìn)，使TLLA縮進(jìn)， 使PA縮進(jìn)，使RTA縮進(jìn)，并使TD升高。可以基本同時執(zhí)行這些動作中的兩個或者更多個，
13或者作為替代，步驟602可以包括順序執(zhí)行這些動作，但是步驟602的這些動作的具體順序 或者次序可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)改變。步驟602的動作被配置為相對于正被從鉆柱移除的 管狀部件的凸出端部(柱樁)定向升降器和RT，以使RT能夠隨后接合管狀部件。此后，在步驟604期間，使TD降低到柱樁上方，以將柱樁插入RT中。然后在步驟 606期間使RTA延伸，然后在步驟608期間使PA延伸。因此，柱樁被RT接合。然后在步驟 610期間釋放地板滑套，隨后在步驟612期間使TD升高，以使正被從鉆柱移除的管狀部件 的全部長度升高到鉆臺上方，并且鉆柱中的下一管狀部件的端部從井眼凸出。然后在步驟 614期間使地板滑套復(fù)位以接合下一管狀部件。在隨后的步驟616中，使RT旋轉(zhuǎn)以斷開在 正被移除的管狀部件和將形成新的柱樁的下一管狀之間的連接。在斷開連接之后，在步驟 618期間使TD升高，由此從新的柱樁提起管狀部件。此后，在步驟620期間，關(guān)閉升降器以接合仍然被RT接合的、已被移除的管狀部 件。然后在步驟622期間使PA縮進(jìn)，然后在步驟6M期間使TLLA縮進(jìn)，使得管狀部件能夠 變得從RT脫離，但它仍然被升降器接合。然后在步驟6 期間使TLLA延伸。因為管狀部件不再被RT接合，所以TLLA在步 驟6 期間的延伸將管狀部件從RT拉出。然而，步驟6 可以包括或者繼續(xù)進(jìn)行一個過程 以使得RT從管狀部件完全脫離，例如通過使TD降低以輕輕向下將已被移除的管狀部件置 于柱樁或者位于柱樁上的保護(hù)板上，在這之后，再一次使TD升高以使已被移除的管狀部件 豎直擺脫柱樁。此后，在步驟6 期間使TLA延伸，以使移除的管狀部件(當(dāng)前被升降器接合)傾 斜使其脫離與TD豎直對準(zhǔn)。然后在步驟630期間使TD降低。步驟擬8和/或630可以被 執(zhí)行以相對當(dāng)隨后打開升降器時管狀部件將被置放于此的管道架或者其他結(jié)構(gòu)或者機(jī)構(gòu) 定向已被移除的管狀部件。方法600可以進(jìn)一步包括另外的步驟，在該步驟期間，一旦管狀 部件被充分定向，便打開升降器?？商娲?，可以重復(fù)地執(zhí)行方法600以便在步驟602的二 次重復(fù)期間，當(dāng)打開升降器時，將已被移除的管狀部件置于管道架或者其他結(jié)構(gòu)或者機(jī)構(gòu) 上。如在圖5C中所示出的，可以重復(fù)方法600以從鉆柱移除另外的管狀部件。參考圖6，示出在這里由附圖標(biāo)記700表示的、圖IA-圖1G、圖2和圖3A-圖3D所 示的TMRT 110的夾持機(jī)構(gòu)的示例性實施例的至少一個部分的分解透視圖。夾持機(jī)構(gòu)700 的一個或者多個方面與圖IA-圖1G、圖2和圖3A-圖3D所示TMRT 110的夾持機(jī)構(gòu)的一個 或者多個相應(yīng)的方面基本類似或者相同。在一個示例性實施例中，圖6所示設(shè)備700與圖 IA-圖1G、圖2和/或圖3A-圖3D所示的TMRT 110的至少一個部分基本相同。設(shè)備700包括凹進(jìn)部件710 ；帶有孔的部件720，帶有孔的部件720的孔隙可以是 圓的或者細(xì)長的；和多個滾動部件730。凹進(jìn)部件710的一個或者多個方面與圖2所示凹 進(jìn)部件210的一個或者多個相應(yīng)的方面基本類似或者相同。帶有孔的部件720的一個或者 多個方面與圖2所示帶有狹槽的部件220的一個或者多個相應(yīng)的方面基本類似或者相同。 滾動部件730可以與圖2所示滾動部件230基本相同。然而，如在圖6中所示，凹進(jìn)部件710和帶有狹槽的部件720每一個相應(yīng)包括三個 離散的部分710a、720a。在該實施例中設(shè)備700還包括保持器740，保持器740也包括三個 離散的部分740a。其他在功能上等價的配置可以與部分740a和710c結(jié)合以形成一體部件。 每一個保持器部分740a可以包括凸緣745，凸緣745被配置為與保持器部分740a中的另一
14個的凸緣745聯(lián)接，以使保持器部分740a可以被組裝以形成被配置為保持凹進(jìn)部件710的 部分710a、帶有狹槽的部件720的部分720a和滾動部件730的碗型結(jié)構(gòu)(保持器740)。圖7A和7B是分別在接合和脫離位置中的圖6所示設(shè)備700的透視圖。在繼續(xù)參 考圖6時一起參考圖7A和7B，設(shè)備700可以包括豎直堆疊的多個管段700a。在圖7A和7B 所示的示例性實施例中，設(shè)備700包括四個豎直管段700a。然而，在其他實施例中，設(shè)備700 可以包括更多或更少的管段。由設(shè)備700施加到管狀部件的夾持力至少部分地與豎直管段 700a的數(shù)目成比例，從而增加豎直管段700a的數(shù)目增加了設(shè)備700的提升能力以及可以被 設(shè)備700施加到管狀部件的扭矩。豎直管段700a的每一個可以是基本類似的或者相同的， 但是頂部和底部管段700a可以具有用于與在頂部驅(qū)動器和套管柱之間的另外的設(shè)施聯(lián)接 的專門對接裝置。每一個保持器740的外部輪廓是成錐形的，使得每一個保持器740的下端與其上 端相比具有更小的直徑。設(shè)備700的每一個豎直管段700a還包括外罩750，外罩750具有 被配置為與保持器740的外部輪廓配合的內(nèi)部輪廓，以便當(dāng)保持器740朝向接合位置(圖 7A)(相對于外罩750)向下移動時，保持器740沿著徑向向內(nèi)壓縮，但當(dāng)保持器740朝向脫 離位置(圖7B)向上移動時保持器740沿著徑向向外膨脹。設(shè)備700的頂部管段700a可以包括對接裝置760，對接裝置760被配置為與一個 或者多個液壓缸和/或其他致動器(未示出)聯(lián)接。而且，每一個保持器740聯(lián)接到其上 下相鄰的保持器740。因此，由聯(lián)接到對接裝置760的一個或者多個致動器推動的豎直運動 引起所有的保持器740同時豎直運動。相應(yīng)地，由一個或者多個致動器驅(qū)動的保持器740 的向下運動引起滾動部件730接合管狀部件的外表面，而由一個或者多個致動器驅(qū)動的保 持器740的向上運動引起滾動部件730脫離管狀部件。由一個或者多個致動器施加以驅(qū)動 保持器740的向下運動以將滾動部件730與管狀部件接合的力，是以上關(guān)于圖5A所示方法 500的步驟530、圖5B所示步驟564和/或圖5C所示步驟608描述的預(yù)負(fù)載或者其他力的 一個示例。鑒于在圖IA-圖1G、圖2、圖3A-圖3D、圖4、圖5A-圖5C、圖6、圖7A和圖7B中描 繪的所有的以上的和示例性的實施例，應(yīng)該是顯而易見的是，本發(fā)明公開了一種用于操縱 管狀部件的設(shè)備，所述設(shè)備包括管狀部件運行工具；管狀部件升降器；多個第一致動器， 每一個第一致動器在運行工具和升降器之間延伸；和多個第二致動器，每一個第二致動器 在運行工具和第一致動器中的相應(yīng)的一個之間延伸，其中第一致動器和第二致動器中的每 一個能以液壓方式或電氣方式操作。所述運行工具包括帶有狹槽或帶有孔的部件，所述帶 有狹槽或帶有孔的部件具有多個可以是細(xì)長狹槽的孔，每一個孔沿著一定方向延伸；凹進(jìn) 部件，所述凹進(jìn)部件以可滑動方式聯(lián)接到帶有狹槽的部件，并具有多個凹進(jìn)，每一個凹進(jìn)沿 著從淺端到深端的方向成錐形；和多個滾動部件，每一個滾動部件被保持在多個凹進(jìn)中的 一個和多個孔中的一個之間。在優(yōu)選實施例中，當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的相應(yīng)的一個的淺 端中時，所述多個滾動部件中的每一個部分地延伸通過所述多個細(xì)長狹槽中的相鄰一個， 并且當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的相應(yīng)的一個的深端中時，所述多個滾動部件中的每一個縮進(jìn) 到帶有狹槽的部件的外周內(nèi)。所述升降器可以包括帶有狹槽的升降器部件，所述帶有狹槽的升降器部件具有 多個可以是細(xì)長狹槽的孔，每一個孔沿著一定方向延伸；凹進(jìn)升降器部件，所述凹進(jìn)升降器部件以可滑動方式聯(lián)接到帶有狹槽的升降器部件，并具有多個凹進(jìn)，每一個凹進(jìn)沿著從淺 端到深端的方向成錐形；和多個滾動升降器部件，每一個滾動升降器部件被保持在所述多 個凹進(jìn)中的一個和所述多個細(xì)長狹槽中的一個之間。當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的相應(yīng)的一個 的淺端中時，所述多個滾動升降器部件中的每一個部分地延伸通過所述多個細(xì)長狹槽中的 相鄰的一個，并且當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的相應(yīng)的一個的深端中時，所述多個滾動升降器 部件中的每一個縮進(jìn)到帶有狹槽的升降器部件的外周內(nèi)。所述運行工具可以被配置為以摩擦方式接合管狀部件的外表面以足以向管狀部 件施加扭矩。在一個示例性實施例中，扭矩至少是大約6780N-m(5000ft-lbs)，而在另一個 示例實施例中，扭矩至少是大約67800N-m(50000ft-lbs)。每一個第一致動器可以包括具有第一端部和第二端部的第一缸，其中第一端部被 以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到運行工具的第一附接點，并且其中第一桿從第二端部延伸并且被以可 旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到升降器。每一個第二致動器可以包括具有第一端部和第二端部的第二缸， 其中第二缸的第一端部被以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到運行工具的第二附接點，并且其中第二桿從 第二缸的第二端部延伸并且被以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到第一缸。所述管狀部件可以選自包括以下部件的組井眼套管部件；鉆柱管路部件；管道 部件；和套環(huán)管路部件。所述運行工具可以被配置為以摩擦方式接合管狀部件，其中當(dāng)運行 工具被與管狀部件接合時，運行工具的一個部分與管狀部件的端部形成流體密封。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括與運行工具、升降器以及第一致動器和第二致動器通信 的控制器。所述控制器可以被配置為在升降器和管狀部件的接合期間使升降器以及第一致 動器和第二致動器的操作基本自動化。因此除了其他可能的自動化方面以外，自動化可以 包括但是不限于旋轉(zhuǎn)計數(shù)、扭矩測量和施加以及設(shè)備的每單位時間旋轉(zhuǎn)數(shù)的控制。所述升 降器可以被配置為接合管狀部件的軸向中間部分的外表面。所述控制器可以被配置為在運 行工具和管狀部件的接合期間使運行工具、升降器以及第一致動器和第二致動器的操作基 本自動化。所述運行工具可以被配置為接合管狀部件的另一軸向中間部分的外表面。本發(fā)明還介紹了一種操縱管狀部件的方法，包括利用管狀部件升降器接合管狀 部件的軸向中間部分的外表面，和操作在升降器和管狀部件運行工具之間延伸的多個連桿 以由此將管狀部件的端部定位在運行工具內(nèi)。所述方法進(jìn)一步包括利用運行工具接合管 狀部件的另一部分的外表面，包括向在運行工具內(nèi)的管狀部件的端部施加軸向力。向管狀 部件的端部施加軸向力可以包括致動液壓缸或者其他液壓或者電器械以相對于夾持機(jī)構(gòu) 的外罩移動夾持機(jī)構(gòu)的凹進(jìn)部件，由此使得夾持機(jī)構(gòu)的多個滾動部件每一個均接合管狀部 件。所述方法可以進(jìn)一步包括使管狀部件升降器從管狀部件脫離；和使運行工具 從管狀部件脫離。使運行工具從管狀部件脫離可以包括去除施加到在運行工具內(nèi)的管 狀部件的端部的軸向力。所述方法可以進(jìn)一步包括在管狀部件被運行工具接合時，通過 使運行工具旋轉(zhuǎn)而使管狀部件旋轉(zhuǎn)，包括向管狀部件施加扭轉(zhuǎn)力，其中扭轉(zhuǎn)力不小于大約 6780N-m(5000ft-lbs)。本發(fā)明還提供一種用于操縱管狀部件的設(shè)備，包括用于接合管狀部件的軸向中 間部分的外表面的裝置；用于定位接合裝置以由此在運行工具內(nèi)定位被接合的管狀部件的 端部的裝置；和用于向在運行工具內(nèi)的管狀部件的端部施加軸向力以由此使管狀部件的另一部分的外表面與運行工具接合的裝置。在全部無任何或者僅有最小的管狀部件人工操縱的情況下在遠(yuǎn)離端部的位置處 (例如，在由夾持限制器限定的中間部分內(nèi))夾持管狀部件的能力、連同提升管狀部件而不 破壞管狀部件并且隨后將管狀部件插入操縱工具中的能力是在以前尚未實現(xiàn)的，并且滿足 工業(yè)中的長期以來的需要。本發(fā)明的一個或者多個方面可以促進(jìn)可以允許升降器夾持和提 升或者降低管狀部件而不破壞它的敏感外表面的夾持技術(shù)。例如可以由于減少了以前為了 操縱每一個管狀部件和構(gòu)成連接而需要的過程時間，本發(fā)明的一個或者多個方面還可以顯 著地改進(jìn)將每一個新的管狀部件添加到井眼鉆柱中占用的時間。然而，其他益處和優(yōu)點可 能也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。前面概述了幾個實施例的特征從而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明 的方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或者 修改其他過程和結(jié)構(gòu)以執(zhí)行在這里介紹的實施例的相同的意圖和/或?qū)崿F(xiàn)相同的優(yōu)點。本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)該認(rèn)識到這種等價構(gòu)造并不偏離本發(fā)明的精神和范圍，而是他們可 以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下在這里作出各種改變、替代和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于操縱管狀部件的設(shè)備，包括 管狀部件運行工具；管狀部件升降器；多個第一致動器，每一個第一致動器在所述運行工具和所述升降器之間延伸；和 多個第二致動器，每一個第二致動器在所述運行工具和所述第一致動器中的對應(yīng)的一 個第一致動器之間延伸，其中所述第一致動器和第二致動器中的每一個致動器能以液壓方 式操作；其中所述運行工具包括帶有狹槽的部件，所述帶有狹槽的部件具有多個細(xì)長狹槽，每一個細(xì)長狹槽沿著一方 向延伸；凹進(jìn)部件，所述凹進(jìn)部件以可滑動方式聯(lián)接到所述帶有狹槽的部件，并且具有多個凹 進(jìn)，每一個凹進(jìn)沿著從淺端到深端的方向成錐形；和多個滾動部件，每一個滾動部件被保持在所述多個凹進(jìn)中的一個凹進(jìn)和所述多個細(xì)長 狹槽中的一個細(xì)長狹槽之間；其中當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的對應(yīng)的一個凹進(jìn)的淺端中時，所述多個滾動部件中的每 一個滾動部件部分地延伸通過所述多個細(xì)長狹槽中的相鄰一個細(xì)長狹槽；并且其中當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的對應(yīng)的一個凹進(jìn)的深端中時，所述多個滾動部件中的每 一個滾動部件縮進(jìn)到所述帶有狹槽的部件的外周內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述升降器包括帶有狹槽的升降器部件，所述帶有狹槽的升降器部件具有多個細(xì)長狹槽，每一個細(xì)長 狹槽沿著一方向延伸；凹進(jìn)升降器部件，所述凹進(jìn)升降器部件以可滑動方式聯(lián)接到所述帶有狹槽的升降器部 件，并且具有多個凹進(jìn)，每一個凹進(jìn)沿著從淺端到深端的方向成錐形；和多個滾動升降器部件，每一個滾動升降器部件被保持在所述多個凹進(jìn)中的一個凹進(jìn)和 所述多個細(xì)長狹槽中的一個細(xì)長狹槽之間；其中當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的對應(yīng)的一個凹進(jìn)的淺端中時，所述多個滾動升降器部件 中的每一個滾動升降器部件部分地延伸通過所述多個細(xì)長狹槽中的相鄰的一個細(xì)長狹槽; 并且當(dāng)位于所述多個凹進(jìn)中的對應(yīng)的一個凹進(jìn)的深端中時，所述多個滾動升降器部件中的 每一個滾動升降器部件縮進(jìn)到所述帶有狹槽的升降器部件的外周內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中每一個第一致動器包括具有第一端部和第二 端部的第一缸，其中所述第一端部以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到所述運行工具的第一附接點，并且 第一桿從所述第二端部延伸并且以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到所述升降器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中每一個第二致動器包括具有第一端部和第二端部 的第二缸，其中所述第二缸的第一端部以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到所述運行工具的第二附接點， 并且第二桿從所述第二缸的第二端部延伸并且以可旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接到所述第一缸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的設(shè)備，其中所述管狀部件包括井眼套管部件、 鉆柱管路部件、管道部件和套環(huán)管路部件中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述運行工具、所述升降器以及所述第一致動器和第二致動器通信的控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述控制器被配置為在所述升降器和所述管狀部 件接合期間使所述升降器以及所述第一致動器和第二致動器的操作基本自動化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的設(shè)備，其中所述升降器被配置為接合所述管狀 部件的軸向中間部分的外表面；或者所述運行工具被配置為以摩擦方式接合所述管狀部件 的外表面以足以向所述管狀部件施加扭矩，其中當(dāng)所述運行工具與所述管狀部件接合時， 所述運行工具的一部分與所述管狀部件的端部形成流體密封；或者這兩種情況均成立。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中所述控制器被配置為在所述運行工具和所述 管狀部件接合期間使所述運行工具、所述升降器以及所述第一致動器和第二致動器的操作 基本自動化。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述運行工具被配置為接合所述管狀部件的另 一軸向中間部分的外表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述扭矩至少是大約6780N-m(5000ft-lbs)。
12.—種操縱管狀部件的方法，所述方法包括利用管狀部件升降器接合所述管狀部件的軸向中間部分的外表面；操作在所述升降器和管狀部件運行工具之間延伸的多個連桿，以由此將所述管狀部件 的端部定位在所述運行工具內(nèi)；和利用所述運行工具接合所述管狀部件的另一部分的外表面，其包括向在所述運行工具 內(nèi)的所述管狀部件的端部施加軸向力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中向所述管狀部件的端部施加軸向力包括致動 液壓缸或者電致動器以相對于夾持機(jī)構(gòu)的外罩移動所述夾持機(jī)構(gòu)的凹進(jìn)部件，由此使得所 述夾持機(jī)構(gòu)的多個滾動部件每一個均接合所述管狀部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該方法進(jìn)一步包括使所述管狀部件升降器從所述管狀部件脫離；和使所述運行工具從所述管狀部件脫離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中使所述運行工具從所述管狀部件脫離包括去 除施加到在所述運行工具內(nèi)的所述管狀部件的端部的軸向力。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在所述管狀部件被所述運行工具接合 的同時通過使所述運行工具旋轉(zhuǎn)而使所述管狀部件旋轉(zhuǎn)，其包括向所述管狀部件施加扭轉(zhuǎn) 力，其中所述扭轉(zhuǎn)力不小于大約6780N-m(5000ft-lbs)。
全文摘要
一種管狀部件操縱設(shè)備(100)，包括管狀部件運行工具(110)；升降器(120)；第一致動器(150)，每一個第一致動器在運行工具和升降器之間延伸；和第二致動器(160)，每一個第二致動器在運行工具和相應(yīng)的第一致動器(150)之間延伸。所述運行工具包括帶有狹槽的部件，所述帶有狹槽的部件具有多個細(xì)長狹槽；凹進(jìn)部件(210)，凹進(jìn)部件(210)以可滑動方式聯(lián)接到帶有狹槽的部件(220)，并且具有多個凹進(jìn)，和多個滾動部件(230)，每一個滾動部件被保持在凹進(jìn)中的一個和狹槽中的一個之間。每一個滾動部件(230)當(dāng)位于相應(yīng)的凹進(jìn)的淺端中時部分地延伸通過相鄰狹槽并且當(dāng)位于相應(yīng)的凹進(jìn)的深端中時縮進(jìn)到帶有狹槽的部件的外周(105)內(nèi)。
文檔編號E21B19/07GK102076927SQ200980124187
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者克雷格·文姆斯, 布賴恩·埃利斯 申請人:坎里格鉆探技術(shù)有限公司