[发明专利]用于使连接器具在钻机上运动的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使连接器具在钻机上运动的设备和方法，所 述连接器具例如但不限于大钳、旋转器(spinner)或铁钻工。

背景技术

在油井或气井地层中钻井孔时，钻头布置在钻柱的端部并且被旋 转以钻出井孔。钻柱包括称为钻杆段的管柱。钻杆段包括上端部和下 端部。上端部设置有带母螺纹的增大部分，通常称为内螺纹端；下端 部设置有竖立部和公接头，通常称为外螺纹端。钻杆段连接成由两段 或三段构成的立根。这可使用设置在钻机平台的底板中的鼠洞在远离 井中心的位置实现。然后将立根从鼠洞运动到井中心并且连接至井中 的钻杆柱。

为了实现钻杆之间的连接，无论钻杆是钻杆段、钻杆立根或钻杆 柱的形式，都通过旋转器或扭矩扳手这两种工具进行连接。钻杆段或 立根的外螺纹端被下入保持在鼠洞或井中心中的钻杆段或钻杆柱的内 螺纹端中。钻杆段或立根在吊卡中被提升到鼠洞或井中心。钻杆段或 立根的外螺纹端被下入保持在鼠洞或井中心中的钻杆的内螺纹端中。 然后移走旋转器，将扭矩扳手一直提供至钻杆。使用固定大钳以阻止 保持在鼠洞或井中心中的钻杆在加扭矩过程中运动，并且可在旋转过 程中使用固定大钳。致动大钳以使钻杆段或立根旋转，并且将连接件 加至所需扭矩。然后从钻杆移走扭矩扳手和固定大钳。通常称为铁钻 工的设备将旋转器与大钳和固定大钳结合在一起。

在某些接头类型中，内螺纹端和竖立部“肩式连接”，以使得在为 接头加扭矩时，竖立部的面和内螺纹端的面接触，并且使上部钻杆相 对于下部钻杆转动所需的扭矩发生急剧升高。该接头类型在旋转步骤 之后通常需要转动小于四十五度来进行加扭矩步骤。但是，一些连接 件不具有肩部，并且具有连续螺纹，例如Hydrill楔形螺纹(Hydrill  Wedge Thread)类型连接件。

在修理井的过程中，钻杆柱以与钻柱几乎相同的方式下入井中。 但是，柱有时指下井仪器串(tool string)而不是指钻柱。

其他管用在油井或气井的构建和维修中，比如套管。套管通常在 井中心处以多个单段的形式旋入并且下入井中。然后，套管从井顶部 悬挂下来并且可用水泥固定到位。通常称为衬管的其他管被旋接在一 起并且下入井中。衬管从套管段的底部悬挂下来并且可用水泥固定到 位。

井下工具也可连接至下述部件中的任一种：钻柱；下井仪器串； 套管；或衬管。这些井下工具可通过螺旋螺纹连接，并且因而需要旋 转和加扭矩。

用于旋转和加扭矩的上述方法可应用于上述的具有螺旋螺纹连接 的管中的任一种。

“铁钻工”与扭矩扳手和旋转扳手结合以在将管柱下入井中或从井 中取出管柱时连接和分离管，例如钻井部件(比如钻杆)。在例如下述 美国专利中显示了现有技术的大钳系统和铁钻工：U.S.4,023,449； 4,348,920；4,765,401；6,318,214；6,776,070；7,249,639和7,313,986， 通过引用将所有上述专利的全部内容并入本文。

各种现有技术的铁钻工具有一起安装在托架上的旋转扳手和扭矩 扳手。为了形成或断开两个管之间的螺纹连接，例如钻杆接头，某些 铁钻工具有带两种爪高度的扭矩扳手。扭矩扳手的上部爪用于夹持在 上部管的一部分上，下部爪夹持在下部管的一部分上，例如钻杆的上 部和下部螺纹连接件。在夹持在连接好的管上之后，上部爪和下部爪 相对于彼此旋转，以断开上部管和下部管之间的连接。安装在扭矩扳 手上方的托架上的旋转扳手与上部管接合，并且旋转上部管，直到上 部管与下部管分离。

某些现有技术的铁钻工系统包括用于沿预定路径在钻台表面上滚 动的托架。在某些现有技术系统中，旋转器和扭矩扳手安装用于相对 于托架向上和向下运动，以与管适当接合，并且用于在其中它们的轴 线完全竖直延伸以与竖直井管接合的位置和其中旋转器和扭矩扳手的 轴线布置在相对于真正的竖直方向稍微倾斜的位置之间进行倾斜运 动，从而在倾斜的鼠洞中接合管和对管进行相反动作。在某些现有技 术系统中，旋转器可相对于扭矩扳手竖直运动。

某些铁钻工安装在可延伸且可缩回的支承结构上，用于相对于井 筒中心来回运动，而不干涉或阻碍相对于所述井和旋转或驱动设备进 行的其他操作的性能。