[发明专利]管状件操纵设备和方法

说明书

背景技术

地下井的钻探包括组装管柱，例如套管柱和钻柱，每一个管柱包括从钻机向下延伸到井眼中的多个沉重、细长管段。管柱由多个螺纹接合的管段构成。

传统上，工人使用劳动密集方法联接管段以形成管柱。这种方法包括使用工人，通常为“扶套管入扣的钻工(stabber)”和夹钳操作员。扶套管入扣的钻工以人工方式将管段的下端与现有管柱的上端对准，夹钳操作员采用夹钳以使管段旋转，将其螺纹连接到管柱。虽然这种方法是有效的，但是它是危险的、麻烦的和低效的。另外，夹钳要求多个工人正确接合管段并且将管段联接到管柱。因此，这种方法是劳动密集的并且因此昂贵的。而且，使用夹钳会要求使用危及到工人的脚手架或者其他类似的结构。

其他人已经提出了利用传统的顶部驱动器组件来组装管柱的运行工具。该运行工具包括操纵器，该操纵器接合管段并且将管段升起到动力辅助升降器中，动力辅助升降器依赖于施加的能量来保持管段。升降器联接到顶部驱动器，顶部驱动器使升降器旋转。因此，管段接触管柱，并且顶部驱动器使管段旋转并且将其与管柱螺纹接合。

虽然这种工具提供了优于被用于组装管柱的、更加传统的系统的益处，但是它还不利地存在缺点。一个这样的缺点在于，管段可能被升降器夹紧模损伤。另一个缺点在于，传统的操纵器臂不能在无工人参与的情况下，移除单个接头管状部件并且将它们在管台上放下。

已经提出了其他工具来克服这些缺点。然而，这种工具经常不能操纵尺寸非均匀的管状部件。当正被操纵的管状部件例如由于具有变化的壁厚或者不完美的圆柱度或者圆形度而尺寸并不是理想的时，工具充分接合管状部件的能力降低。

发明内容

本发明包括一种用于操纵管状部件的设备，所述设备包括：管状部件运行工具；管状部件升降器；多个第一致动器，每一个第一致动器在运行工具和升降器之间延伸；和多个第二致动器，每一个第二致动器在运行工具和第一致动器中的相应的一个之间延伸，其中第一致动器和第二致动器中的每一个能以液压方式操作，其中所述运行工具包括：带有狭槽的部件，所述带有狭槽的部件具有多个细长狭槽，每一个细长狭槽沿着一定方向延伸；凹进部件，所述凹进部件以可滑动方式联接到带有狭槽的部件，并具有多个凹进，每一个凹进沿着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动部件，每一个滚动部件被保持在多个凹进中的一个和多个细长狭槽中的一个之间。在优选实施例中，当位于所述多个凹进中的相应的一个的浅端中时，所述多个滚动部件中的每一个部分地延伸通过所述多个细长狭槽中的相邻一个，并且当位于所述多个凹进中的相应的一个的深端中时，所述多个滚动部件中的每一个缩进到带有狭槽的部件的外周内。

在一个实施例中，所述升降器包括：带有狭槽的升降器部件，所述带有狭槽的升降器部件具有多个细长狭槽，每一个细长狭槽沿着一定方向延伸；凹进升降器部件，所述凹进升降器部件以可滑动方式联接到带有狭槽的升降器部件，并具有多个凹进，每一个凹进沿着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动升降器部件，每一个滚动升降器部件被保持在所述多个凹进中的一个和所述多个细长狭槽中的一个之间，其中当位于所述多个凹进中的相应的一个的浅端中时，所述多个滚动升降器部件中的每一个部分地延伸通过所述多个细长狭槽中的相邻的一个，并且当位于所述多个凹进中的相应的一个的深端中时，所述多个滚动升降器部件中的每一个缩进到带有狭槽的升降器部件的外周内。在另一实施例中，所述运行工具被配置为以摩擦方式接合管状部件的外表面以足以向管状部件施加扭矩。在又一个实施例中，扭矩至少是大约6780N-m(牛顿-米)(5000ft-lbs(英尺-磅))，而在一个优选实施例中，扭矩至少是大约67800N-m(50000ft-lbs)。

在另一实施例中，每一个第一致动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转方式联接到运行工具的第一附接点，并且第一杆从第二端部延伸并以可旋转方式联接到升降器。在一个优选实施例中，每一个第二致动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转方式联接到运行工具的第二附接点，并且第二杆从第二缸的第二端部延伸并以可旋转方式联接到第一缸。在又一个实施例中，所述管状部件包括井眼套管部件、钻柱管路部件、管道部件和套环管路部件中的至少一个。