具有無線遙測裝置的管道工具的制作方法

專利名稱：具有無線遙測裝置的管道工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及鉆井操作，更特別地涉及用于輔助管柱裝配的裝置，所述管柱例如為套管柱、鉆柱等；和/或涉及用于在鉆井操作期間測量 鉆井參數的裝置。現有技術油井鉆探包括裝配鉆柱和套管柱，每個鉆柱包括從石油鉆機向下 伸入孔中的多個細長、沉重的管段。管柱由多個螺紋接合在一起的管 段組成，其中最下面的管段(即，伸入孔中最遠處的管段)在其下端 安裝鉆頭。典型地，套管柱圍繞鉆柱布置以在鉆孔后給井孔加襯并確 保孔的完整性。套管柱同樣由多個管段組成，所述管段螺紋聯接在一 起并且形成有其尺寸接收鉆柱和/或其它管柱的內徑。將多個套管段聯接在一起以形成套管柱的傳統方式是涉及使用 "扶套管入扣的鉆工"和套管鉗的勞動密集型方法。手動控制扶套管 入扣的鉆工以將套管段插入已有套管柱的上端，并且套管鉗設計成能 接合和旋轉所述套管段以使其螺紋連接到套管柱上。盡管這種方法是 有效的，但是該方法由于步驟手動完成而變得繁重和相對低效。另外， 套管鉗要求套管工正確接合套管段并將該套管段聯接到套管柱上。因 此，這種方法是相對勞動密集的，從而成本昂貴。而且，使用套管鉗 需要安裝腳手架或其它類似結構，因此效率變低。因此，對于本領域普通技術人員來說顯而易見的是不斷需要在鉆 探系統中使用的裝置，所述系統利用已有的頂部驅動裝置有效地裝配 管柱，并且有效接合管段以確保將管段正確地聯接到管柱上。與油井鉆探相關的另 一個問題包括與在鉆井操作期間精確測量油 氣井系統中的鉆井參數相關的困難，所述參數例如為管柱重量、扭矩、振動、轉速、角位置、轉數、鉆進速度和內壓力。目前測量和觀察這 類鉆井參數的方法通常是間接的，這是指在便于到達的位置對它們進 行測量，而不必位于實際的管柱上。例如，管柱重量經常通過測量作用于提起或降下管柱的提升系統 的纜索上的拉力來間接測量。這種測量由于與纜索、滑輪和附接于纜 索上的測量裝置相關的摩擦力而不夠精確。管柱扭矩難以測量，這是因為通常難以測量旋轉或驅動管柱的扭 矩驅動系統的輸出扭矩。例如，典型地，管柱利用稱作回轉工作臺的 大機械傳動裝置旋轉或直接通過稱作頂部驅動裝置的大馬達進行旋 轉。這些驅動系統中每一個的輸出扭矩不能容易地測量，大多數通常 由使用頂部驅動裝置時流過驅動馬達的電流進行計算，或者在使用回 轉工作臺時通過測量驅動回轉工作臺的驅動鏈的張力得出。這兩種方 法都是非常不精確的并且易受可以導致讀數不一致的外部因素影響， 例如使用頂部驅動裝置時流過驅動馬達的雜散電流，或者使用回轉工 作臺時被測機械裝置的磨損。另一個難以測量的鉆井參數是振動。管柱振動對其部件，尤其是 位于管柱末端的鉆出井孔的鉆頭造成非常大的損壞。已經提出各種方法解決與在鉆井操作期間測量鉆井參數有關的上 述問題，包括在提升系統或頂部驅動系統的部件上安裝各種儀器用插 腳。已經嘗試了其它更為直接的方法，但只取得了有限的成功。例如， 人們在起重機的頂部上安裝用于測量起重機上的提升系統拉力的負載 傳感器。這些傳感器通常稱作頂滑輪重量傳感器。已經研制了用于直接測量管柱上的扭矩和振動的各種其它裝置。 例如，與回轉工作臺一起使用的這樣一種裝置包括附接到在回轉工作 臺頂部上且位于工作臺和方鉆桿補心(稱作凱氏方鉆桿補心)之間的 盤。然而，目前越來越多的油氣井鉆探系統使用頂部驅動鉆井系統以 代替回轉工作臺，因為這種方法不是人們所希望的并且可能被淘汰。其他人嘗試制造直接螺紋旋入管柱中的專用儀表用附件。這樣一 種裝置體積龐大，不能放入已有的頂部驅動系統中。這些裝置提供了在測量鉆井參數方面希望的精度，但是由于大小與形狀而犧牲了鉆井 設備。另外，這些裝置需要對頂部驅動系統進行重新設計來容納它們。 因此，需要一種在鉆井操作期間精確測量鉆井參數的設備和方法, 它們無需對附接的頂部驅動裝置進行改型。本發明解決了這些及其它 需要。

發明內容
在一個實施例中，本發明是一種用于在油氣井鉆井操作期間測量
管柱的希望鉆井參數的系統，其包括 一頂部驅動裝置； 一管道工具， 其可與管柱接合并聯接到頂部驅動裝置上以將平移力和旋轉力從頂部 驅動裝置傳遞給管柱；和一個或多個測量裝置，其安裝到管道工具上 以在油氣井鉆井操作期間測量管柱的希望的鉆井參數。
通過下面結合附圖進行的詳細描述，本發明的其它特征和優點將 變得顯而易見，其中，所逸附圖以舉例方式顯示了本發明的特征。


圖l是鉆機的立面側視圖，所述鉆機整合有根據本發明的一個示 例性實施例的管道工具；
圖2是以放大比例尺顯示的圖l所示管道工具的側視圖3是沿圖2所示直線3-3剖開的剖視圖4是沿圖2所示直線4-4剖開的剖視圖5A是沿圖2所示直線5-5剖開的剖視圖，顯示了處于脫離位 置的卡盤/吊卡；
圖5B是類似于圖5A的剖視圖，顯示了處于接合位置的卡盤/吊
卡；
圖6是包括在本發明的一個示例性實施例中的部件的框圖； 圖7是本發明的另一個示例性實施例的側視圖； 圖8是根據本發明的一個實施例的管道工具的剖視圖，其中示意 性地顯示了頂部驅動裝置；圖9是在圖8所示管道工具中使用的卡瓦缸的透視圖； 圖IO是根據本發明另一實施例的管道工具的部分剖開的側視圖； 圖11是根據本發明的又一實施例的管道工具的部分剖開的側視 圖；和
圖12是圖8中一部分的放大圖。
具體實施例方式
如圖1-12所示，本發明涉及在鉆探系統等中用于將管段螺紋連 接到管柱上的管道工具(在下文中使用時，術語"管段"應當理解為 套管段和/或鉆段，而術語"管柱"應當理解為套管柱和/或鉆柱)。
根據本發明的管道工具接合管段并進一步聯接到已有頂部驅動裝 置上，使得在管段和管柱之間的螺紋接合操作期間，頂部驅動裝置的 旋轉給所述管段施加扭矩。在一個實施例中，管道工具還用于在鉆井 操作期間將平移力和旋轉力從頂部驅動裝置傳遞給管柱。在這個實施 例中，所述管道工具包括用于在鉆井操作期間測量鉆井參數的測量裝 置。
在下面的詳細說明中，相同的參考標記用于在不同的附圖中表示 相同或相應的元件。現在參考圖1和2,顯示出描述了本發明的一個 示例性實施例的管道工具10,所述管道工具設計成在裝配例如鉆柱、 套管柱等的管柱過程中使用。例如圖2所示，管道工具10通常包括框 架組件12、旋轉軸14和管接合組件16，所述管接合組件聯接到旋轉 軸14上以與其一起旋轉。管接合組件16設計成選擇性地接合管段11 (例如圖1、 2和5A中所示)以充分避免管段11和管接合組件16之 間的相對旋轉。例如圖1所示，旋轉軸14設計成與已有頂部驅動裝置 24的頂部驅動裝置輸出軸28相聯，使得通常用于使鉆柱旋轉以鉆出 井孔的頂部驅動裝置24可用來將管段11裝配到管柱34上，如下面更 詳細描述的那樣。
如圖所示，例如，在圖1中，管道工具10可設計成在鉆井機18 中使用。授權給Boyadjieff的美國專利號4,765,401公開了這種鉆井機的適當實例，該文獻在此全文引入作為參考。如圖l所示，鉆井機18 包括框架20和一對導軌22，通常表示為24的頂部驅動裝置可以沿所 述軌道安放以便相對于鉆井機18豎向移動。頂部驅動裝置24優選地 為用于使鉆柱旋轉以鉆出井孔的傳統頂部驅動裝置，如授權給 Boyadjieff的美國專利號4，605，077中所述，該文獻在此引入作為參考。 如本領域中傳統的那樣，頂部驅動裝置24包括驅動馬達26和從所述 驅動馬達26向下伸出的頂部驅動裝置輸出軸28,其中可操作驅動馬 達26使驅動輸出軸28旋轉。鉆井機18界定了具有中心開口 32的鉆 臺30,諸如鉆柱和/或套管柱的管柱34通過所述中心開口向下伸入井 孔中。
鉆井機18還包括齊平安裝的卡盤36,該卡盤配置為在管柱從卡 盤36向下伸入井孔中時可松開地接合所述管柱34并支撐其重量。如 本領域中熟知的那樣，卡盤36包括通常界定了中心通道的圓柱形外 殼，管柱34可以穿過所述中心通道。卡盤36包括多個卡瓦，所述卡 瓦位于所述外殼內并在脫離和接合位置之間有選擇地移動，其中卡瓦 被徑向向內驅動到相應的接合位置以緊密接合管柱34 ，從而防止管柱 34相對于卡盤外殼的相對運動或旋轉。卡瓦優選地通過液壓或氣動系 統在脫離和接合位置之間驅動，但是也可以通過其它適當的裝置驅動。
主要參考圖2,管道工具10包括框架組件12，該框架組件包括一 對從連桿接頭42向下伸出的連桿40。連桿接頭42界定了中心開口 44, 頂部驅動裝置輸出軸28可以穿過所述中心開口。在中心開口 44的徑 向相對側上安裝到連接接頭42上的是分別向上延伸的管形構件46(圖 1),所述管形構件46隔開預定距離以允許頂部驅動裝置輸出軸28從 其間穿過。相應管形構件46的上端連接到旋轉頭48上，所述旋轉頭 連接到頂部驅動裝置24上以與其一起運動。旋轉頭48界定了可使頂 部驅動裝置輸出軸28穿過的中心開口 (未顯示)，并且還包括軸承(未 顯示)，所述軸承接合管形構件46的上端并允許管形構件46相對于旋 轉頭本體轉動，如下文更詳細描述的那樣。
頂部驅動裝置輸出軸28的下端終止于內花鍵聯軸器52中，所述內花鍵聯軸器52與管道工具10的旋轉軸14的上端(未顯示)相接合。 在一個實施例中，管道工具10的旋轉軸14的上端形成為與花鍵聯軸 器52互補以與其一起旋轉。因此，當頂部驅動裝置輸出軸28通過頂 部驅動裝置馬達26旋轉時，管道工具10的旋轉軸14也旋轉。應當理 解，可以使用任何適當的連接裝置來使頂部驅動裝置輸出軸28與管道 工具10的旋轉軸14牢固接合。
在一個示例性實施例沖，管道工具10的旋轉軸14連接到通常表 示為56的傳統的管子上卸裝置(pipe handler)上，所述管子上卸裝 置56可以由適當的扭矩扳手(未顯示)接合以使旋轉軸14旋轉，從 而擰上拆下需要極高扭矩的螺紋接頭，如本領域中熟知的那樣。
在一個實施例中，管道工具的旋轉軸14還形成有下部花鍵段58， 該下部花鍵段滑動接收在細長的花鍵襯套60中，所述花鍵襯套為管道 工具10的旋轉軸14的延伸部。旋轉軸14和襯套60為花鍵接合以提 供旋轉軸14相對于襯套60的豎向移動，如下文更詳細描述的那樣。 應當理解，花鍵連接裝置在管道工具10的旋轉軸14旋轉時使襯套60 轉動。
管道工具10還包括管接合組件16，該管接合組件在一個實施例 中包括扭矩傳遞套筒62 (例如圖2所示)，該扭矩傳遞套筒牢固連接 到襯套60的下端上以與其，起旋轉。扭矩傳遞套筒62通常為環形并 且包括一對位于套筒62的徑向相對側上的向上伸出的臂64。臂64形 成有相應的水平通道(未顯示)，相應的軸承(未顯示)安裝到所述水 平通道中以使位于其中的旋轉軸70樞轉，如下文更詳細描述的那樣。 扭矩傳遞套筒62的下端連接到形式為一對管形構件73的向下伸出的 扭矩框架72上，所述管形構件繼而聯接到與所述扭矩框架72 —起轉 動的卡盤/吊卡74上。顯而易見的是，扭矩框架72可以具有任何一種 結構，例如多個管形構件，實心本體或任何其它的適當結構。
卡盤/吊卡74優選地由液壓或氣動系統驅動，或者可選地由電力 驅動馬達或任何其它的適當動力系統驅動。如圖5A和5B所示，卡盤 /吊卡包括界定有中心通道76的外殼75，管段11可以穿過所述中心通道。卡盤/吊卡74還包括一對帶有可移動活塞桿78的液壓或氣壓缸77, 所述活塞桿通過適當的樞轉聯動裝置79連接到相應的卡瓦80上。聯 動裝置79樞轉連接到活塞桿78的頂端和卡瓦80的頂端。卡瓦80包 括大體平坦的前夾緊表面82和特定輪廓的后表面84，所述后表面設 計成所具有的輪廓使卡瓦80在相應的徑向向外布置的脫離位置和徑 向向內布置的接合位置之間移動。卡瓦80的后表面沿相應的向下和徑 向向內伸出的導向構件86移動，所述導向構件86具有互補輪廓并牢 固連接到卡盤本體上。導向構件86與缸77和聯動裝置79相配合以使 卡瓦80徑向向內地以凸輪方式運動，并迫使卡瓦80進入相應的接合 位置。因此，可以給缸77 (或其它致動裝置)提供動力以向下驅動活 塞桿78，從而導致相應的聯動裝置79被向下驅動并迫使卡瓦80向下 運動。導向構件86的表面為傾斜的以迫使卡瓦80在其被向下驅動以 夾住位于它們之間的管段ll時徑向向內運動，其中導向構件86使卡 瓦80與管段11保持緊密接合。
為了使管段ll與卡瓦80脫離，缸77反向操作以使活塞桿78被 向上驅動，所述活塞桿向上牽引聯動裝置79并^f吏相應卡瓦80縮回到 它們的脫離位置以松開管段11。導向構件86優選地形成有相應的凹 口 81,所述凹口接收卡瓦80的相應突出部分83以將卡瓦80鎖定在 脫離位置(圖5A)。 ；
卡盤/吊卡74進一步包括一對形成有面向下方的凹槽90的徑向對 置、向外突出的耳狀物88,所述凹槽90的大小制成接收位于相應連 桿40的底端處的相應形狀的圃柱形構件92,從而將連桿40的下端牢 固地連接到卡盤/吊卡74上。耳狀物88可以連接到接收于卡盤外殼75 外面的環形套筒93上。可選地，耳狀物可以與卡盤外殼整體地形成。
在一個示例性實施例中，管道工具10包括通常表示為94的載荷 補償器。在一個實施例中，載荷補償器94的形式為一對液壓的、雙桿 式缸96,所述釭均包括一對從該釭96選擇性地伸出或縮入其中的活 塞桿98。桿98的上端連接到補償器夾鉗100上，所述補償器夾鉗繼 而連接到管道工具10的旋轉軸14上，而桿98的下端向下伸出并連接到一對牢固安裝到襯套60上的耳狀物102上。可以驅動液壓缸96以 通過給缸96施加壓力而使襯套60相對于管道工具10的旋轉軸14向 上牽引，從而導致活塞桿98的上端縮入相應的缸體96中，其中襯套 60和旋轉軸14的下花鍵部58之間的花鍵連接允許襯套60相對于旋 轉軸14豎向移動。這樣，由卡盤/吊卡74夾持的管段11可以豎向抬 起以減少由管段11的螺紋施加給管柱34的螺紋的一部分或全部載荷， 如下文更詳細描述的那樣。
如圖2所示，桿98的下端至少部分地縮回，導致來自于管道工具 10的大部分載荷由頂部驅動裝置輸出軸28承受。另外，當預選最大 值以上的載荷施加給管段11時，缸96使載荷自動縮回以防止全部載 荷施加給管柱11的螺紋。
在一個實施例中，管道工具10更進一步地包括通常表示為104 的起重機構以將管段11向上提升到卡盤/吊卡74中。在圖2所示實施 例中，起重機構104偏軸設置并且包括一對由軸70攜帶的滑輪106， 所述軸70旋轉支承在形成于臂64中的相應通道內的軸承中。起重機 構104還包括通常表示為108的齒輪驅動裝置，所述齒輪驅動裝置可 以有選擇地由液壓馬達111或者是其它適當的驅動系統驅動以使軸70 和滑輪106旋轉。起重機構還可以包括制動器115以防止軸70及滑輪 106旋轉，并將它們及扭矩套(torque hub ) 116鎖定在適當的位置上。 因此， 一對鏈、纜索或其^適當的柔性裝置可以繞過相應的滑輪106， 延伸達到鏈井113的長度并與管段11接合。軸70隨后通過適當的驅 動系統進行旋轉以將管段11豎向提升并向上達到管段11的上端伸入 卡盤/吊卡74中的位置。
在一個實施例中，如圖1所示，管道工具IO進一步包括環形軸環 109，所述軸環接收于連桿40外面，使連桿40保持鎖定到卡盤/吊卡 74的耳狀物88上并且防止連桿40扭轉和/或旋轉。
在使用中，工作人員可以操作管道工具10直到工具10的上端與 頂部驅動裝置輸出軸28的下端對準。管道工具10隨后豎向提升直到 位于頂部驅動裝置輸出軸28的下端處的花鍵聯軸器52與管道工具10的旋轉軸14的上端接合，以及管道工具10的連桿40與卡盤/吊卡74 的耳狀物88接合。工作人員隨后可以拉動起重機構104的相應滑輪 106上的一對鏈或纜索，將鏈或纜索連接到管段ll上，使適當的驅動 系統與齒輪108接合，并且驅動所述驅動系統以使滑輪106旋轉，從 而使管段11向上提升直到管段11的上端延伸穿過卡盤/吊卡74的下 端。隨后驅動卡盤/吊卡74，其中液壓缸77和導向構件86相配合以迫 使相應的卡瓦80到達接合位置(圖5B)，從而正確地接合管段11。 卡瓦80優選地前進足夠的程度以防止管段11和卡盤/吊卡74之間的 相對旋轉，使得卡盤/吊卡74的旋轉轉化為管段11的相應旋轉，從而 允許管段11與管柱34螺紋接合。
頂部驅動裝置24隨后通過頂部起重機25相對于鉆井機框架20 下降以驅動管段ll的螺紋下端與管柱34的螺紋上端形成接觸(圖1)。 如圖l所示，如本領域的普通技術人員所知，管柱34通過用于將管柱 34固定在適當位置處的齊平安裝的卡盤36或任何其它適當結構牢固 保持在適當的位置上。當管段ll的螺紋與管柱34的螺紋正確配合時， 頂部驅動裝置馬達26被驅動以使頂部驅動裝置輸出軸28旋轉，所述 頂部驅動裝置輸出軸繼而使管道工具10的旋轉軸14和卡盤/吊卡74 旋轉。這繼而導致聯接的管段11旋轉以螺紋接合管柱34。
在一個實施例中，將管段ll有意下降直到管段ll的下端支撐在 管柱34的頂部上。隨后驅動載荷補償器94以通過襯套60和旋轉軸 14之間的花鍵連接使襯套60相對于管道工具10的旋轉軸14向上驅 動。襯套60的向上運動導致卡盤/吊卡74及聯接的管段ll上升，從 而減少管段11的螺紋施加到管柱34的螺紋上的載荷。這樣，螺紋上 的載荷可以通過驅動栽荷補償器94得到控制。
當管段11螺紋聯接到管柱34上時，頂部驅動裝置24豎向上升以 提升整個管柱34，從而導致齊平安裝的卡盤36與管柱34脫離。頂部 驅動裝置24隨后下降以使管柱34向下運動到井孔中直到頂部管段11 的上端接近鉆臺30，其中管柱11的全部載荷由連桿40承受，而扭矩 通過軸提供。隨后致動齊平安裝的卡盤36以接合管柱11并使其由此懸掛。卡盤/吊卡74隨后被反向控制以使卡瓦80縮回到相應的脫離位 置(圖5A )以松開管柱11。頂部驅動裝置24隨后上升以提升管道工 具10直到起始位置(例如圖1所示)，并且可以對其它管段11進行重 復的步驟。
參考圖6，顯示了包括在管道工具10的一個示例性實施例中的部 件的框圖。在這個實施例中，工具包括以這樣的方式安裝在管道工具 10上的傳統載荷傳感器110或其它適當的載荷測量裝置，使得它與管 道工具10的旋轉軸14關聯以確定施加到管段11的下端上的載荷。載 荷傳感器110為可操作的以產生代表被測載荷的信號，所述信號在一 個示例性實施例中傳送給處理器112。對處理器112進行編程以具有 預定載荷臨界值，并且將來自于載荷傳感器110的信號與預定載荷臨 界值進行比較。如果載荷:超過預定臨界值，處理器112激活載荷補償 器94以使管道工具10向上牽引選定距離，從而減少作用于管段11 的螺紋上的至少一部分載荷。當載荷等于或低于預定臨界值時，處理 器112控制頂部驅動裝置24以使管段11旋轉，從而使管段11螺紋接 合到管柱34上。當頂部驅動裝置24致動時，處理器112繼續監視來 自于載荷傳感器110的信號，從而確保管段11上的載荷不超過預定臨 界值。
可選地，管段ll上的載荷可以手動控制，其中載荷傳感器110通 過適當的儀表或其它顯示器表明管段ll上的載荷，從而使工人控制載 荷補償器94和頂部驅動裝置24。
參考圖7,顯示了本發明的管道工具200的另一個優選實施例。 管道工具包括與如上所迷的提升機構104大體上相同的提升機構202。 假定旋轉軸204的下媒i^接到傳統的泥漿填注裝置206上，如本領域 已知的那樣，該泥漿填注裝置用于在裝配過程中使例如套管段的管段 11灌注泥漿。在一個示例性實施例中，泥漿填注裝置是由Texas的 Davies - Lynch Inc.制造的裝置。
提升機構202支撐一對鏈208，所述鏈與位于管道工具200下端 的卡瓦式單根吊卡210相接合。如本領域中已知，單根吊卡為可操作的以可松開地接合管段11，其中提升機構202為可操作的以使單根吊 卡和管段11向上提升并進入卡盤/吊卡74。
工具200包括界定了圓柱形下端92的連桿40,所述下端接收在 形成于卡盤/吊卡74的徑向相對側上的通常J形切口 212中。
由上可知，顯而易見的是，管道工具10有效地使用已有頂部驅動 裝置24裝配例如套管柱或鉆柱的管柱11,并且不依賴于笨重的套管 鉗及其它傳統的裝置。管道工具10整合有卡盤/吊卡74，所述卡盤/ 吊卡不僅夾持管段11，而且使它們旋轉從而將管段11螺紋接合到已 有的管柱34上。因此，管道工具IO提供了一裝置，該裝置夾緊和擰 緊管段ll,并且還能夠在管柱降至井孔中時支撐管柱34的全部載荷。
圖8顯示了根據本發明的另一個實施例的管道工具IOB。在該實 施例中，管道工具10B的上端包括具有內螺紋120的頂部驅動裝置延 伸軸118，所述內螺紋與項部驅動裝置24的輸出軸28上的外螺紋122 螺紋接合。同樣，頂部驅動裝置24的輸出軸28的旋轉直接傳送給管 道工具10B的頂部驅動裝置延伸軸118。注意在另一個實施例中，頂 部驅動裝置延伸軸118可以具有外螺紋，并且頂部驅動裝置24的輸出 軸28可以具有內螺紋。
提升缸124附接到頂部驅動裝置延伸軸118的下端，所述提升缸 設置在提升缸外殼126內。提升缸外殼126繼而例如通過螺紋連接附 接到導向插頭本體128上。導向插頭本體128包括卡瓦錐形部分130， 所述卡瓦錐形部分130滑動接收多個卡瓦132，使得當導向插頭本體 128放置在管段11中時，卡瓦132可以沿卡瓦錐形部分130在與管段 11的內徑134相關的接合和脫離位置之間滑動。卡瓦132可以利用液 壓、氣動或電氣系統連同(,其它適當的裝置一起在接合和脫離位置之間 驅動。
在一個實施例中，頂部驅動裝置延伸軸118的下端具有允許延伸 軸118相對于內花鍵環136進行豎向移動、而不是旋轉運動的外花鍵， 頂部驅動裝置延伸軸118的花鍵下端接收在所述內花鍵環中。花鍵環 136進一步非旋轉地附接到提升缸外殼126上。同樣，頂部驅動裝置24的旋轉由頂部驅動裝置24的輸出軸28傳遞給頂部驅動裝置延伸軸 118，所述頂部驅動裝置延伸軸通過延伸軸118和花鍵環136的花鍵連 接將旋轉傳遞到花鍵環136。花鍵環136繼而將旋轉傳遞給提升缸外 殼126，所述提升缸外殼將旋轉傳遞給導向插頭本體128，使得當導向 插頭本體128的卡瓦132與管段11接合時，頂部驅動裝置24的旋轉 或扭矩傳遞給管段ll，從而允許管段ll與管柱34螺紋接合。
在一個實施例中，管道工具10B包括例如通過螺紋連接附接到導 向插頭本體128的上部上的卡瓦缸外殼138。卡瓦缸140設置在卡瓦 缸外殼138中。在一個實施例中，管道工具10B包括一個卡瓦缸140， 所述卡瓦缸連接到多個卡瓦132中的每一個上，使得卡瓦缸140的豎 向運動造成所述多個卡瓦132中的每一卡瓦132在與管段11相關的接 合和脫離位置之間移動。
卡瓦缸140的豎向移動可以通過使用位于卡瓦缸外殼138內部的 卡瓦缸140的壓縮空氣爲液壓流體作用完成。可選地，可以電子控制 卡瓦缸140的豎向移動。在一個實施例中，卡瓦缸140的下端連接到 多個卡瓦132上，使得卡瓦缸140的豎向移動造成所述多個卡瓦132 中的每一"^瓦132沿導向插頭本體128的卡瓦錐形部分130滑動。
如圖所示，導向插頭本體128的卡瓦錐形部分130的外表面為錐 形。例如，在該實施例中，卡瓦錐形部分130沿向下方向徑向向外成 錐形，并且所述多個卡瓦132中的每一>^"瓦132包括沿向下方向徑向 向外相應成錐形的內表面。在一個實施例中，卡瓦錐形部分130包括 由徑向向內臺階144隔開的第一錐形部分142和第二錐形部分146; 并且所述多個卡瓦132中的每一"^瓦132包括由徑向向內臺階150隔 開的第一錐形部分148和第二錐形部分152。卡瓦錐形部分130和卡 瓦132的向內臺階144和150分別允許所述多個卡瓦132中的每一-瓦132沿豎向方向具有合適的長度，并且不會在卡瓦錐形部分130的 最小部分處產生不希望的小橫截面積。卡瓦132的細長長度是人們所 希望的，因為這增大了卡瓦132的外表面和管段11的內徑之間的接觸 面積。在一個實施例中，當卡瓦缸140布置在向下驅動位置時，卡瓦132 沿導向插頭本體128的卡瓦錐形部分130滑下，并且徑向向外到達與 管段ll的內徑134接合的位置；并且，當卡瓦缸140布置在向上位置 時，卡瓦132沿導向插頭本體128的卡瓦錐形部分130向上滑動，并 且徑向向內到達與管段11的內徑134相脫離的位置。
在一個實施例中，每一卡瓦132包括大體平坦的前夾緊表面154， 所述前夾緊表面包括例如齒的夾緊裝置以接合管段ll的內徑134。在 一個實施例中，卡瓦缸140具有驅動卡瓦釭140達到向下驅動位置的 向下驅動力，其中作用力足以使來自于頂部驅動裝置24的扭矩通過卡 瓦132傳遞給管段11。
圖9顯示了與圖8所示管道工具10B —起使用的卡瓦缸140的一 個實施例。如圖所示，卡瓦缸140包括頭部156和軸158,其中，軸 158包括多個爪(feet) 160,所述爪中的每一個用于附接到位于多個 卡瓦132中一個相應卡瓦上的凹口 162中(同樣參見圖8)。縫164可 以在卡瓦缸140的多個爪160中的每一個之間延伸，從而給爪160增 大柔性以^使于爪160附接到相應的卡瓦132上。卡瓦缸140的頭部156 還可以包括用于接收例如O形圏的密封件的周向槽166,從而密封卡 瓦缸頭部156以上和以下的液壓流體或壓縮氣體。在各種實施例中， 所述多個卡瓦132可以包括三個、四個、六個或任何適當數量的卡瓦 132。
如圖8所示，管段檢測器168附接到卡瓦缸外殼138上。在一個 實施例中，當由管道檢測器168檢測的管段臨近管道檢測器168放置 時，管道檢測器168驅動卡瓦缸140到達向下驅動位置，使卡瓦132 移動成與管段11相接合，允許管段11通過頂部驅動裝置24進行移動 和/或旋轉。
還是如圖8所示，導向插頭本體128的下端包括對扣錐體170， 其沿向上方向徑向向外^錐形。這種錐形有利于導向插頭本體128插 入管段11中。用于接收膨脹型封隔器174的周向槽172臨近對扣錐體 170。在一個實施例中，對于封隔器174而言存在兩種操作選擇。例如，封隔器174可在管子/套管移動期間在放氣或充氣狀態下使用。當使套 管柱/管柱充滿泥漿流體/鉆井流體時，有利的是使封隔器174處于放 氣狀態以便使空氣從套管中排出。這稱作灌注模式。當泥漿需要在高 壓和高流動狀態下在整個套管柱中循環時，有利的是使封隔器174處 于充氣狀態以密封套管的內部容積。這稱作循環模式。
在一個實施例中，處于放氣狀態的膨脹型封隔器174的外徑大于 錐體170的最大橫截面積。這有助于將流向錐體170的任何鉆井流體 導向膨脹型封隔器174的下側，使得在循環模式期間，膨脹型封隔器 174的下側上的壓力導致封隔器174充氣并且形成封閉管段11內徑的 密封。這種密封防止鉆井流體接觸卡瓦132和/或導向插頭本體128的 卡瓦錐形部分130，從而可以減小管段ll的內徑134上的卡瓦132的 夾緊力。
在管道工具包括外部夾鉗(例如圖2所示)的實施例中，封隔器 可以布置在卡瓦上方。通過在設定卡瓦之前控制管子通過卡瓦上推到 什么程度，可以控制封隔器在卡瓦設定時是否插入套管(循環模式) 或仍然在套管上方(灌注模式)。為此，這種管道工具可以包括能夠檢 測兩個獨立管位置的管位置傳感器。
現在參見管道工具10B的上部，補償器外殼176附接到花鍵環136 的上部。彈簧組件177設置在補償器外殼176上方。載荷補償器178 布置在補償器外殼176內并且其上端通過連接器或"保持器"180附 接到頂部驅動裝置延伸軸118上。載荷補償器178可在補償器外殼176 內豎向移動。由于載荷補償器178以不可豎向移動的方式附接到頂部 驅動裝置延伸軸118上，并且延伸軸118通過花鍵連接連接到導向插 頭本體128上，當導向插頭本體128與管段11接合時，載荷補償器 178的豎向移動導致頂部驅動裝置延伸軸118和導向插頭本體128之 間的相對豎向移動，并因此導致頂部驅動裝置24和管段11之間的相 對豎向移動。
管段11和頂部驅動裝置24之間的相對豎向移動起到幾個作用。 例如，在一個實施例中，當管段ll螺紋接合到管柱34中時，管柱34通過齊平安裝的卡盤36的作用以不可豎向和旋轉運動的方式保持。因 此，當管段11螺紋接合到管柱34中時，管段ll向下移動。通過允許 頂部驅動裝置24和管段11之間的相對豎向移動，頂部驅動裝置24 在管段11和管柱34之間的螺紋接合操作期間無需豎向移動。同樣， 允許頂部驅動裝置24和管段11之間的相對豎向移動使管段11的螺紋 施加到管柱34的螺紋上的載荷得到控制或補償。
如卡瓦缸140 —樣，載荷補償器178的豎向移動可以通過使用載 荷補償器178的壓縮空氣亥液壓流體作用或者通過電子控制，連同其 它適當的裝置一起完成。在一個實施例中，載荷補償器178是空氣緩 沖式補償器。在這個實施例中，空氣通過軟管182充入補償器外殼176 中，并且以預定作用力向下作用在載荷補償器178上。這使管段11 向上移動預定距離并且以預定量減小了作用于管段11的螺紋上的載 荷，從而以預定量控制作用在管段ll的螺紋上的載荷。
可選地，載荷傳感器(未顯示)可用于測量管段11的螺紋上的載 荷。處理器(未顯示)可以具有預定臨界載荷并進行編程以驅動載荷 補償器178，從而在載荷傳感器檢測到超過處理器的預定臨界值的載 荷時減小作用于管段ll的螺紋上的載荷，與上文參照圖6所述的類似。
如圖8所示，提升缸外殼126包括載荷肩部184。因為提升缸124 設計成可與載荷補償器lb —起豎向移動，在管段11和管柱34之間 的螺紋接合操作期間，提升缸124設計成與載荷肩部184脫離，從而 允許載荷補償器178控制管段11的螺紋上的載荷，并且允許管段11 相對于頂部驅動裝置24運動。然而，當人們希望提升管段ll和/或管 柱34時，提升缸124通過頂部驅動裝置24豎向向上移動以與載荷肩 部184形成接觸。管道工具10B和由此保持的任何管的重量隨后通過 提升缸124和載荷肩部184之間的相互作用得到支撐。同樣，管道工 具10B能夠給管段11傳送扭矩和提升載荷。
如圖8所示，頂部驅動裝置延伸軸118包括通向提升缸124中的 鉆井流體閥188的鉆井流體通道186。延伸軸118中的鉆井流體通道 186和提升缸124中的鉆井流體閥188允許鉆井流體從內部流過花鍵環136和延伸軸118的花鍵部之間的花鍵連接，因此不與該花鍵連接 發生干涉或"干擾"。提升缸124還包括用于接收諸如0形圏的密封 件的周向槽192，從而提供防止鉆井流體向上流過此處的密封，從而 進一步保護花鍵連接。在提升缸124的鉆井流體閥188以下，鉆井流 體流過導向插頭本體128中的鉆井流體通道190，流過管段11和管柱 34的內徑并向下流入井孔。在一個實施例中，管段ll是直徑為至少 14英寸的套管段。
從圖8所示實例及與之相關的上述說明可以看出，在該實例中設 置主要載荷通道，其中，管道工具10B和任何管段ll和/或管柱34的 主要荷載得到支撐，即，由頂部驅動裝置24的輸出軸28上的螺紋122 直接吊裝。這允許管道工具10B成為更流線化和更緊湊的工具。
圖10顯示了管道工具IOC，其具有用于夾緊管段11C的外徑的 外夾緊式管接合組件16C和載荷補償器178C。圖10的外夾緊式管接 合組件16C包括與上文參照圖2-5B所示管接合組件16描述的大體 上相同的元件和功能，因此不再重復描述，但下文明確說明的除外。
圖10的實施例顯示了具有輸出軸122C的頂部驅動裝置24C,所 述輸出軸122C連接至管道工具10C上的頂部驅動裝置延伸軸118C。 頂部驅動裝置延伸軸118C的下端具有允許延伸軸118C相對于內花鍵 環136C進行豎向移動、而不是旋轉運動的外花鍵，頂部驅動裝置延 伸軸118C的花鍵下端接收在所述內花鍵環中。
載荷補償器178C通過保持器180C連接到頂部驅動裝置延伸軸 118C上。載荷補償器178設置在載荷補償器外殼176內并可相對于該 載荷補償器外殼豎向移動。載荷補償器外殼176連接至花鍵環136C， 所述花鍵環進一步連接至管接合組件16C的上部。彈簧組件177C設 置在載荷補償器外殼176C的上方。
由于載荷補償器178C以不可豎向移動的方式附接到頂部驅動裝 置延伸軸118C上，并且延伸軸118C通過花鍵連接(即，花鍵環136C ) 連接到管接合組件16C上，當管接合組件16C與管段11C接合時， 載荷補償器178C的豎向移動導致頂部驅動裝置延伸軸118C和管接合組件16C之間的相對豎向移動，并因此導致頂部驅動裝置24C和管段 11C之間的相對豎向移動。
載荷補償器178C的豎向移動可以通過使用載荷補償器178C的壓 縮空氣或液壓流體作用或者通過電子控制，連同其它適當的裝置一起 完成。在一個實施例中，載荷補償器178C是空氣緩沖式補償器。在 這個實施例中，空氣通過軟管充入補償器外殼176C中，并且以預定 作用力向下作用在載荷補償器178C上。這使管段11C向上移動預定 距離并且以預定量減小了作用于管段11C的螺紋上的載荷，從而以預 定量控制作用在管段11C的螺紋上的載荷。
可選地，載荷傳感器(未顯示)可用于測量管段11C的螺紋上的 載荷。處理器(未顯示)可以具有預定臨界載荷并進行編程以驅動載 荷補償器178C,從而在載荷傳感器檢測到超過處理器的預定臨界值的 載荷時減小作用于管段11C的螺紋上的載荷，與上文參照圖6所述的 類似。
根據本發明一個具體實施例的管道工具可以設置有提升機構202 和鏈208以移動單根吊卡210，所述單根吊卡布置在如上文參照圖7 所述的管道工具的下方。可選地， 一套鋼纜/鋼索可出于相同的目的附 接到管道工具的底部，例如圖10所示。
還是如圖10所示，管道工具10C包括框架組件12C，該框架組 件包括一對從連桿接頭42C向下伸出的連桿40C。連桿40C的下端通 過吊環71C連接并支撐。吊環71C滑動連接到扭矩框架72C上。從 圖10所示位置開始，吊環71C的頂面接觸扭矩框架72C上的外載荷 肩部。同樣，吊環71C起到與如上文參照圖8所述的提升缸192類似 的作用。當補償器178C設置在中間沖程位置，例如中沖程位置時， 吊環71C的頂面從圖10所示位置向下移動，與扭矩框架72C的外載 荷肩部脫離，從而允許補償器178C進行補償。
在一個實施例中，當整個管柱被提升時，補償器178C接觸到底 并且扭矩框架72C的外載荷肩部支撐在吊環71C的頂面上。在一個實 施例中，連桿接頭42C、連桿40C和吊環71C軸向固定到頂部驅動裝置24C的輸出軸122C上。同樣，當扭矩框架72C上的外載荷肩部支 撐在吊環71C上時，補償器178C不能軸向移動，同樣不能補償。因 此，在一個實施例中，在管段裝配到管柱上的期間，補償器178C使 扭矩框架72C和管道工具10C上的頂部驅動裝置延伸軸118C向上提 升，直到補償器178C處于中間位置，例如中沖程位置。在這一運動 期間，扭矩框架72C與吊環71C軸向脫離。盡管沒有顯示，但圖2-5B所示的管接合組件16可以以圖IO所示方式附接到其連桿40上。
圖11顯示了具有用于夾緊管段11D的外徑的外夾緊式管接合組 件16D的管道工具10D,但是，圖11所示管道工具不包括分別如圖2 和10所示實施例中顯示的連桿40和40C。作為替代，圖ll所示管道 工具10D包括如下所述的主要載荷通道，其中管道工具10D和任何管 段11D和/或管柱的主要載荷由頂部驅動裝置24D的輸出軸28D上的 螺紋支撐(即，由所述螺紋直接吊裝)。這允許管道工具10D成為更 流線化和更緊湊的工具。
圖11的外夾緊式管接合組件16D包括與上文參照圖2-5B所示 管接合組件16描述的大體上相同的元件和功能，因此不再重復描述， 但下文明確說明的除外。
圖11的實施例顯示了具有輸出軸122D的頂部驅動裝置24D，所 述輸出軸122D連接至管道工具IOD上的頂部驅動裝置延伸軸118D。 頂部驅動裝置延伸軸118D的下端具有允許延伸軸118D相對于內花鍵 環136D進行豎向移動、而不是旋轉運動的外花鍵，頂部驅動裝置延 伸軸118D的花鍵下端被接收在所述內花鍵環中。
載荷補償器178D通過保持器180D連接到頂部驅動裝置延伸軸 118D上。載荷補償器178D設置在負載補償器外殼176D內部并可相 對于所述外殼豎向移動，如上文參照圖8和IO所示載荷補償器描述的 那樣。載荷補償器外殼176D連接至花鍵環136D,所述花鍵環進一步 連接至提升缸外殼126D的上部。
提升缸124D附接到延伸軸118D的下端。當頂部驅動裝置24D 向上提升時，提升缸124D抵接提升缸外殼126D的肩部184D以承載管接合組件16D和由所述管接合組件16D夾持的任何管段11D和/或 管柱的重量。提升缸外殼126D的下端通過連接器199D連接到管接合 組件16D的上端。
灌注和循環工具201D (FAC工具201D)連接到提升缸124D的 下端，所述工具密封接合管段11D的內徑。FAC工具201D允許鉆井 流體流過延伸軸118D、提升缸124D和FAC工具201D中的內部通道， 并流入管段11D的內徑。
在一個實施例中，管道工具還用于在鉆井操作期間將平移力和旋 轉力從頂部驅動裝置傳遞給管柱。在鉆井操作期間，人們希望測量并 給鉆井操作者呈現作用于附接在管柱下端處的鉆頭上的作用力，施加 給鉆頭的扭矩和速度以及其它鉆井參數，例如鉆柱振動和/或內壓力。 鉆井操作者使用這些示辨以使鉆井操作最佳化。另外，例如用于使鉆 頭上的重量保持恒定的自動裝置的其它系統需要表示管柱扭矩、速度 和重量，以及鉆井流體壓力的信號。
如圖8顯示以及圖12中的放大顯示的那樣，在一個實施例中，管 道工具10B包括一個或多個用于在鉆井操作期間測量鉆井參數的測量 裝置121，所述參數例如為管柱重量、扭矩、振動、轉速、角位置、 轉數、鉆進速度和/或內壓力。將測量裝置121直接放置在管道工具10B 上提供了用于測量管柱34的希望鉆井參數的直接手段，這是因為管道 工具10B承受施加在管柱34及因此施加在鉆頭上的載荷。同樣，管 道工具IOB承受由頂部驅動裝置24施加在管柱34上的實際扭矩和平 移力，以及作用于管柱34中的實際張力，以及與管柱34相同的轉速、 角位置和轉數。
另外，管道工具10B承受施加到管柱34上的振動，由于鉆井流 體流過管道工具10B中的流體通道186、 190和管柱34的內徑，因此 管道工具10B具有與管柱34中相同的內壓力。因此，通過測量管道 工具10B的扭矩、重量、振動、轉速、角位置、轉數、鉆進速度和內 壓力，可以確定管柱34的扭矩、重量、振動、轉速、角位置、轉數、 鉆進速度和內壓力。因此，本發明的管道工具IOB允許在無需改進頂部驅動裝置24的情況下，直接精確測量管柱34的希望鉆井參數。
如圖12所示，在一個實施例中，管道工具10B的延伸軸118包 括一個或多個在鉆井操作期間測量鉆井參數的測量裝置121。在圖12 的實施例中，延伸軸118的上部包括凹口或周向槽123。如圖所示， 另一個或第二周向槽125設置在周向槽123內。 一個或多個在鉆井操 作期間測量管柱34的鉆井參數的測量裝置121 (示意性地表示)，以 及用于記錄鉆井參數并將信號傳送給鉆臺30的電子器件包127 (示意 性地表示)安裝在第二周向槽125內，使得鉆井操作者可以在鉆井操 作期間觀察鉆井參數。
測量裝置121可以包括一個或多個測量裝置或其任意組合，包括 但不限于接近開關、應變儀、陀螺儀、編碼器、加速度計、壓力傳感 器、轉速計和磁性拾取開關，上述測量裝置用于測量包括但不限于扭 矩、重量、振動、轉速、角位置、轉數、鉆進速度和內壓力的鉆井參 數。例如，應變儀可用于測量管柱34的重量和扭矩，加速度計可用于 測量管柱34的振動，壓力傳感器可用于測量管柱34的內壓力。
在一個實施例中，測量裝置121包括用于測量位于管道工具10B 的延伸軸118上的第二周向槽125的表面上的應力的應變儀，該應變 儀沿測量管道工具10B的延伸軸118上的扭轉應力或扭矩、以及軸向 應力或張力的方向安裝。這些應變儀被校準以測量管柱34上的實際扭 矩和張力。例如，在一個實施例中，測量裝置121包括安裝在第二周 向槽125的內表面上的應變儀，例如載荷傳感器。因為第二周向槽125 的內表面具有比管道工具10B的延伸軸118的外徑更小的直徑，第二 周向槽125的這一內表面上的應力得到放大，因此易于測量。另外， 第二周向槽125的角129可以成圓角，而不是直角，以便減少角129 處的局部應力。這還用于集中第二周向槽125的內表面上的應力，以 利于應力的檢測。
在一個實施例中，測量裝置121還包括應變儀，該應變儀被校準 以測量管道工具10B的振動，由此測量管柱34的振動。可選地，測 量裝置121可以包括加速度計，該加速度計被校準以測量管道工具10B的振動，由此測量管柱34的振動。
在另一個實施例中，測量裝置121還包括另一應變儀，該應變儀 ,皮校準以測量管道工具10B的內壓力，由此測量管柱34的內壓力。 可選地，測量裝置121可以包括壓力傳感器，該壓力傳感器被校準以 測量管道工具10B的內壓力，由此測量管柱34的內壓力。在另一種 這樣的情況下，測量裝置121包括例如壓力傳感器的裝置，其放置為 與管道工具10B的流體通道186和/或190流體連通。
在另一個實施例中，測量裝置121包括流速計，該流速計被校準 以測量管道工具10B的轉速，由此測量管柱34的轉速。可選地，測 量裝置121還可以包括加速度計，該加速度計被校準以測量管道工具 IOB的轉速，由此測量管柱34的轉速。
電子器件包127可以包括電子應變儀放大器、信號調節器和連接 到臨時電子線路天線131 (示意性地表示)上的無線信號發射器，所 述臨時電子線路天線位于管道工具10B的延伸軸118的外表面或外徑 上。電子器件包127記錄管柱34的被測鉆井參數，例如扭矩、重量、 速度、角位置、轉數、鉆進速度、振動和/或內壓力，并且將表示這些 參數的信號通過無線遙測裝置發送至位于鉆臺30上的接收器133 (在 圖8中示意性地表示)。接收器133繼而將信號傳送給可由鉆井操作者 觀察的儀器或電腦135 (在圖8中示意性的表示)，使得管柱34的鉆 井參數可以在鉆井操作期間進行觀察。在一個實施例中，接收器133 和電腦135形成管道工具控制系統的一部分。另外，或可選地，電子 器件包127可以通過無線遙測裝置進行通訊以在鉆井操作期間將數據 傳輸于管道工具10B和頂部驅動裝置24之間。
電子器件包127的能量可以任何一種方式獲得。例如，在一個實 施例中，電子器件包127包括可移動地布置在其內部的可更換電池。 在另一個實施例中，能量從位于管道工具IOB外面的固定功率天線向 位于管道工具10B上的接收天線傳送給電子器件包127。在另一實施 例中，能量通過標準集流環提供給電子器件包127。
如圖12所示，薄壁套筒137容納于管道工具10B的延伸軸118的第一周向槽123內以封閉安裝有測量裝置121和電子器件包127的 第一周向槽123。套筒137用于保護測量裝置121和電子器件包127 不受損壞并不暴露給外界環境和/或元件。在一個實施例中，套筒137 可螺紋連接到第一周向槽123的螺紋部分上。諸如O形環的密封元件 139也可以布置在第一周向槽123和位于該第一周向槽123以上或以 下位置處的套筒137之間5，從而進一步保護測量裝置121和電子器件 包127。
盡管測量裝置121和電子器件包127描述為安裝在管道工具10B 的延伸軸118上，但是在其它實施例中，測量裝置121和電子器件包 127可以在管道工具上的其它位置處。另外，盡管測量裝置121和電 子器件包127描述為安裝在內夾緊式管道工具上，如圖8所示，但是 在其它實施例中，測量裝置121和電子器件包127可以安裝在外夾緊 式管道工具上，如參照圖2、 10和11顯示和描述的任一實施例那樣。
盡管已經圖解說明和描述了本發明的幾種形式，但對本領域的普 通技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情況 下可以進行各種改型和改進。因此，本發明不限于此，而是受到所附 權利要求的限制。
權利要求
1.一種用于在油氣井鉆井操作期間測量管柱的希望鉆井參數的系統，包括頂部驅動裝置；管道工具，其可與管柱接合并聯接到頂部驅動裝置上以將平移力和旋轉力從頂部驅動裝置傳遞給管柱；和一個或多個測量裝置，其安裝到管道工具上以在油氣井鉆井操作期間測量管柱的希望的鉆井參數。
2. 如權利要求1所述的系統，還包括安裝到管道工具上的電子器 件包，其用于記錄管柱的希望的鉆井參數并且傳送信號以通過無線遙 測裝置與頂部驅動裝置通訊，從而在鉆井操作期間于管道工具和頂部 驅動裝置之間傳輸數據。
3. 如權利要求1所述的系統，還包括安裝到管道工具上的電子器 件包，其用于記錄管柱的希望的鉆井參數并且傳送信號以通過無線遙 測裝置與控制管道工具操作的系統進行通訊。
4. 如權利要求1所述的系統，其中，所述管道工具包括安裝有一 個或多個測量裝置的周向槽。
5. 如權利要求4所述的系統，還包括安裝到管道工具上的電子器 件包，其用于記錄管柱的希望的鉆井參數，并且其中，電子器件包安 裝在管道工具的周向槽中。
6. 如權利要求5所述的系統，還包括鄰近周向槽安裝的保護套以 保護安裝在其中的一個或多個測量裝置和電子器件包。
7. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量管柱重量的測量裝置。
8. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量施加到管柱上的扭矩的測量裝置。
9. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量管柱轉速的測量裝置。
10. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包括被校準以測量施加到管柱上的振動的測量裝置。
11. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量管柱內壓力的測量裝置。
12. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量管柱角位置的測量裝置。
13. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量管柱鉆進速度的測量裝置。
14. 如權利要求1所述的系統，其中，所述一個或多個測量裝置包 括被校準以測量管柱轉數的測量裝置。
全文摘要
本發明提供了一種用于在油氣井鉆井操作期間測量管柱的希望鉆井參數的系統，其包括一頂部驅動裝置；一管道工具，其可與管柱接合并聯接到頂部驅動裝置上以將平移力和旋轉力從頂部驅動裝置傳遞給管柱；和一個或多個測量裝置，其安裝到管道工具上以在油氣井鉆井操作期間測量管柱的希望的鉆井參數。
文檔編號E21B19/14GK101287887SQ200680029928
公開日2008年10月15日 申請日期2006年6月7日 優先權日2005年6月24日
發明者B·L·艾登, D·朱哈茨, D·梅森, G·L·范維徹姆, G·博亞杰夫, H·J·D·博特格, H·M·坎普霍斯特, H·范賴津根 申請人:瓦克I/P公司