[发明专利]油田管式扭矩扳手

说明书

技术领域

本发明总体涉及油田管式扭矩扳手，油田管式扭矩扳手有时称为 动力夹钳或铁钻工。这些装置用于处理井筒管，诸如钻管、扶正器和 钻头的组装或分开。

背景技术

在油田钻探和管运行操作中当组装或分开钻管接头、钻铤、套管 等时，已采用各种类型的扭矩扳手。通常，有时称为动力夹钳或铁钻 工的扭矩扳手包括上夹钳和下夹钳，在上夹钳和下夹钳以旋转或剪切 方式移动的情况下，所述上夹钳和下夹钳依序夹紧和释放上钻管和下 钻管，从而拧上或松脱钻管接头之间的螺纹连接。为此已提供了动力 操作的夹钳。

在一些扭矩扳手中，上夹钳和下夹钳通过扭转气缸而彼此相对旋 转，该扭转气缸能伸出或缩回以可根据需要地分开或组装钻管。每个 夹钳上的管咬入或夹紧系统使用包括管夹紧板牙的可移动板牙头。板 牙头可通过各种装置移动，所述装置例如包括伸出以移动板牙头与管 形成夹紧或咬入接合的液压油缸。

发明内容

根据本发明的广义方面，提供一种油田管式扭矩扳手，该扭矩扳 手包括：下夹钳，其包括凹口，用于接收沿穿过该凹口的轴线定位的 油田管；上夹钳，其包括凹口，该上夹钳安装在下夹钳上方，上夹钳 的凹口定位在下夹钳的凹口上方，从而该轴线穿过上夹钳的凹口；管 夹紧板牙，其位于上夹钳和下夹钳的凹口中，所述管夹紧板牙可在伸 出位置与缩回位置之间驱动；旋转轴承，其位于上夹钳与下夹钳之间， 允许上夹钳和下夹钳彼此相对旋转，同时凹口利用穿过该凹口的轴线 保持定位；驱动系统，其连接在上夹钳与下夹钳之间，该驱动系统可 操作成产生力向量以驱动上夹钳和下夹钳在旋转轴承上旋转；以及(i) 用于测量垂直于力向量并在力向量与轴线之间测量的实际半径的系 统，和(ii)用于测量由该驱动系统产生的实际力向量的系统中的至少一 个。

根据本发明的另一广义方面，提供一种用于测量油田管式扭矩扳 手的所施加扭矩的方法，该油田扭矩扳手可操作成绕旋转轴线扭转管， 并且该油田扭矩扳手包括：下夹钳，其包括凹口，在操作期间该旋转 轴线穿过该凹口；上夹钳，其包括凹口，该上夹钳安装在下夹钳上方， 上夹钳的凹口定位在下夹钳的凹口上方，从而该旋转轴线穿过上夹钳 的凹口；管夹紧板牙，其位于上夹钳和下夹钳的凹口中；旋转轴承， 其位于上夹钳与下夹钳之间，允许上夹钳和下夹钳彼此相对旋转，同 时凹口利用穿过该凹口的旋转轴线保持定位；驱动系统，其连接在上 夹钳与下夹钳之间，该驱动系统可操作成产生力向量以驱动上夹钳和 下夹钳在旋转轴承上旋转，该方法包括：确定(i)垂直于力向量并在力 向量与管的旋转轴线之间测量的实际半径测量值，和(ii)被施加以扭转 连接的此力的实际力测量值中的至少一个；以及基于所述至少一个测 量值来计算扭矩。

将要理解的是根据下面的详细描述，本发明的其它方面对于本领 域中的技术人员将是显而易见的，其中本发明的各种实施例作为示例 显示和描述。如将认识到的，在不偏离本发明的精神和范围的情况下， 本发明能用于其它和不同的实施例，并且本发明的若干细节能在各其 它方面进行修改。因此，附图和详细描述在本质上应被认为是示例性 的而不是限定性的。

附图说明

参照附图，其中在所有这些视图中，相同的附图标记指示相似的 部件，在附图中对本发明的几个方面作为示例而不是作为限制进行了 详细地图示，其中：

图1A和图1B分别是安装在安装结构上的扭矩扳手的透视图和顶 视图。

图2A和图2B是根据本发明的一个实施例的扭矩扳手的透视图， 其中图2A显示了处于中性位置中的扭矩扳手夹钳，而图2B显示了处 于连接拧上(组装)开始位置中的扭矩扳手夹钳。

图3A和图3B是可在本发明中使用的线性驱动系统的示意图，其 中图3A显示了处于中性位置中的扭矩扳手夹钳，而图3B显示了处于 拧上(torque up)开始位置中的扭矩扳手夹钳。

具体实施方式

下文结合附图阐述的详细描述意欲作为本发明的各种实施例的描 述，而不意欲仅表示由发明人所预期的实施例。为了提供对本发明的 全面理解，该详细描述包括具体细节。然而，对于本领域中的技术人 员将明显的是本发明可在没有这些具体细节的情况下实施。

本发明总体涉及在组装或分开油田管中使用的钻管扭矩扳手夹钳 并且包括用于夹紧待处理管的板牙。