用于使連接器具在鉆機上運動的設備和方法

專利名稱：用于使連接器具在鉆機上運動的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于使連接器具在鉆機上運動的設備和方法，所
述連接器具例如但不限于大鉗、旋轉器(spinner)或鐵鉆工。
背景技術：
在油井或氣井地層中鉆井孔時，鉆頭布置在鉆柱的端部并且被旋轉以鉆出井孔。鉆柱包括稱為鉆桿段的管柱。鉆桿段包括上端部和下端部。上端部設置有帶母螺紋的增大部分，通常稱為內螺紋端；下端部設置有豎立部和公接頭，通常稱為外螺紋端。鉆桿段連接成由兩段或三段構成的立根。這可使用設置在鉆機平臺的底板中的鼠洞在遠離井中心的位置實現。然后將立根從鼠洞運動到井中心并且連接至井中的鉆桿柱。
為了實現鉆桿之間的連接，無論鉆桿是鉆桿段、鉆桿立根或鉆桿柱的形式，都通過旋轉器或扭矩扳手這兩種工具進行連接。鉆桿段或立根的外螺紋端被下入保持在鼠洞或井中心中的鉆桿段或鉆桿柱的內螺紋端中。鉆桿段或立根在吊卡中被提升到鼠洞或井中心。鉆桿段或立根的外螺紋端被下入保持在鼠洞或井中心中的鉆桿的內螺紋端中。然后移走旋轉器，將扭矩扳手一直提供至鉆桿。使用固定大鉗以阻止保持在鼠洞或井中心中的鉆桿在加扭矩過程中運動，并且可在旋轉過程中使用固定大鉗。致動大鉗以使鉆桿段或立根旋轉，并且將連接件加至所需扭矩。然后從鉆桿移走扭矩扳手和固定大鉗。通常稱為鐵鉆工的設備將旋轉器與大鉗和固定大鉗結合在一起。
在某些接頭類型中，內螺紋端和豎立部"肩式連接"，以使得在為接頭加扭矩時，豎立部的面和內螺紋端的面接觸，并且使上部鉆桿相對于下部鉆桿轉動所需的扭矩發生急劇升高。該接頭類型在旋轉步驟
5之后通常需要轉動小于四十五度來進行加扭矩步驟。但是， 一些連接
件不具有肩部，并且具有連續螺紋，例如Hydrill楔形螺紋(HydrillWedge Thread)類型連接件。
在修理井的過程中，鉆桿柱以與鉆柱幾乎相同的方式下入井中。但是，柱有時指下井儀器串(tool string)而不是指鉆柱。
其他管用在油井或氣井的構建和維修中，比如套管。套管通常在井中心處以多個單段的形式旋入并且下入井中。然后，套管從井頂部懸掛下來并且可用水泥固定到位。通常稱為襯管的其他管被旋接在一起并且下入井中。襯管從套管段的底部懸掛下來并且可用水泥固定到位。
井下工具也可連接至下述部件中的任一種鉆柱；下井儀器串；套管；或襯管。這些井下工具可通過螺旋螺紋連接，并且因而需要旋轉和加扭矩。
用于旋轉和加扭矩的上述方法可應用于上述的具有螺旋螺紋連接的管中的任一種。
"鐵鉆工，，與扭矩扳手和旋轉扳手結合以在將管柱下入井中或從井中取出管柱時連接和分離管，例如鉆井部件(比如鉆桿)。在例如下述美國專利中顯示了現有技術的大鉗系統和鐵鉆工U.S. 4,023,449;4,348,920; 4,765,401; 6,318,214; 6,776,070; 7，249，639和7,313,986，通過引用將所有上述專利的全部內容并入本文。
各種現有技術的鐵鉆工具有一起安裝在托架上的旋轉扳手和扭矩扳手。為了形成或斷開兩個管之間的螺紋連接，例如鉆桿接頭，某些鐵鉆工具有帶兩種爪高度的扭矩扳手。扭矩扳手的上部爪用于夾持在上部管的一部分上，下部爪夾持在下部管的一部分上，例如鉆桿的上部和下部螺紋連接件。在夾持在連接好的管上之后，上部爪和下部爪相對于彼此旋轉，以斷開上部管和下部管之間的連接。安裝在扭矩扳手上方的托架上的旋轉扳手與上部管接合，并且旋轉上部管，直到上部管與下部管分離。
某些現有技術的鐵鉆工系統包括用于沿預定路徑在鉆臺表面上滾動的托架。在某些現有技術系統中，旋轉器和扭矩扳手安裝用于相對于托架向上和向下運動，以與管適當接合，并且用于在其中它們的軸線完全豎直延伸以與豎直井管接合的位置和其中旋轉器和扭矩扳手的軸線布置在相對于真正的豎直方向稍微傾斜的位置之間進行傾斜運動，從而在傾斜的鼠洞中接合管和對管進行相反動作。在某些現有技術系統中，旋轉器可相對于扭矩扳手豎直運動。
某些鐵鉆工安裝在可延伸且可縮回的支承結構上，用于相對于井筒中心來回運動，而不干涉或阻礙相對于所述井和旋轉或驅動設備進行的其他操作的性能。
美國專利7，249，639 (具有與本發明共同的共有人)公開了一種用于將鐵鉆工運動到位以允許在鉆柱中形成螺紋接頭或分離螺紋接頭的設備。所述設備還可用于使其他鉆機器具運動到井中心線或鼠洞的位置處。自平衡雙同步平行四邊形臂用于實現裝置的運動。液壓缸或氣動缸用于使臂延伸和縮回，而不用于支承工具。所述臂可將工具保持在任何位置中而無需缸的輔助。呈同步平行四邊形的連桿機構可通過齒輪、連桿、槽或滾柱來實現。在某些方面中，公開了一種用于使鉆井器具運動的設備，所述設備具有連接至鉆臺的柱體；連接至柱體的柱體引導裝置；在第一連接點處連接至柱體引導裝置的至少一個平行四邊形臂，所述至少一個平行四邊形臂包括受拉連桿、下支撐臂、上支撐臂、壓縮連桿、和載荷傳送接頭；在第二連接點處連接至平行四邊形臂的鉆井設備；和連接至柱體引導裝置的缸，用于沿柱體升高和/或降低柱體引導裝置。
美國專利7，313，986 (具有與本發明共同的共有人)公開了一種在托架上具有扭矩扳手和旋轉扳手的系統，所述托架可動地連接至柱體，用于相對于柱體上/下豎直運動，并且所述托架也可在鉆臺上水平平移，用于朝向或背離井中鉆柱的鉆桿運動。支撐臂可在一端部樞轉地連接至托架的底部，并且在其另一端部連接至支架。可選地，僅使用一個支撐臂或使用兩個平行臂。連接件可拆卸地安放在凹窩中以將所述系統安裝在鉆機上。在一個特定方面中，雙臂使旋轉器/扳手組合24"從柱體向外運動，這導致豎直地升高6.5"。所述扳手可通過使支撐臂運動而經由動力機構朝向或背離柱體14運動。旋轉扳手可在托架上朝向或背離扭矩扳手上下運動。控制臺通過有線或無線與系統部件通訊，
并且可遠距離設置。
發明人已經注意到所述用于使連接器具運動的設備所占據的鉆臺空間非常大。發明人已經注意到現有技術的設備需要軌道以使連接裝置在其上運動，這占據了寶貴的鉆臺空間。 一些現有技術設備使用延伸系統，但是仍需要軌道。

發明內容
根據本發明，提供了一種用于使連接器具在鉆機上運動的設備，所述設備包括桿和延伸設備，所述延伸設備包括座、至少第一連桿機構、第二連桿機構、第三連桿機構、用于支撐連接器具的支架和布置在所述座和所述第一連桿機構之間的動力驅動延伸設備，其中，在致動所述動力驅動延伸設備時，所述第一連桿機構、所述第二連桿機構和所述第三連桿機構延伸或縮回以使所述支架背離或朝向所述桿運動。可4吏用多于三個連桿才幾構，例如四個、五個或六個。
優選地，所述座能隨所述桿豎直運動，或者能在所述桿上豎直運動，所述設備還包括升高設備，用于隨所述桿或在所述桿上升高所述座。優選地，在所述第一、第二和第三連桿機構的運動過程中，所述連接設備的豎直高度變化不顯著。有利地，在所述連桿機構的運動過程中，鐵鉆工的豎直高度變化不大于正負2厘米(0.75英寸)。
有利地，所述升高設備和所述動力驅動延伸設備同時動作，因而提高了從一個位置到另 一個位置(例如從鼠洞到井中心)的運動速度。優選地，所述延伸設備能繞所述桿旋轉。有利地，所述連接器具為大鉗、旋轉器和鐵鉆工中的至少一種。
優選地，所述第一連桿機構具有能樞轉地連接至所述座的第一連桿機構第一端部、和第一連桿機構第二端部；所述第二連桿機構具有能樞轉地連接至所述第一連桿機構第二端部的第二連桿機構第一端部、和第二連桿機構第二端部；所述第三連桿機構具有能樞轉地連接 至所述第二連桿機構第二端部的第三連桿機構第一端部、和能樞轉地 連接至所述支架的第三連桿機構第二端部。
優選地，所述第一連桿機構包括第一臂和與所述第一臂間隔開的 第二臂，所述第一連桿機構的第一臂和第二臂連接至連接部件，以使 得所述第一臂、第二臂、連接部件和座形成平行四邊形。有利地，所 述第二連桿機構包括第 一臂和與所述第一臂間隔開的第二臂，所述第 二連桿機構的第一臂和第二臂連接至另 一連接部件，以使得所述第一 臂、第二臂、連接部件和另一連接部件形成平行四邊形。優選地，所 述第三連桿機構包括第 一臂和與所述第一臂間隔開的第二臂，所述第 三連桿機構的第一臂和第二臂連接至所述支架，以使得所述第一臂、 第二臂、支架和另一連接部件形成平行四邊形。
優選地，所述動力驅動延伸設備包括至少一個動力驅動活塞-缸設 備。優選地由液壓流體驅動，但是可包括儲壓器或所述流體可以是氣 體。有利地，所述設備包括兩個動力驅動活塞-缸。優選地，所述至少 一個動力驅動活塞-缸設備包括殼體、能在所述殼體內運動的內部浮動 活塞，延伸穿過所述內部浮動活塞并且能相對于內部浮動活塞運動的 活塞軸，所述活塞軸具有兩個端部， 一個端部連接至軸活塞，另一個 端部能運動以延伸，所述內部浮動活塞和所述軸活塞將所述殼體的內 部分成第一室、第二室和第三室，所述浮動活塞的位置確定所述活塞 軸的最大延伸范圍。優選地，所述內部浮動活塞可設置在預設的期望 位置，以使得當所述內部浮動活塞與所述軸活塞接觸，并且所述軸活 塞停止運動時，所述鐵鉆工處于預選位置處。
有利地，所述活塞軸包括內部通道，流體可從所述殼體外部流經 所述內部通道進入第二室。
優選地，所述設備還包括控制系統，所述控制系統包括閥設備， 用于按照選擇地操作以控制流體流動至所述第一、第二和第三室。所 述控制設備可包括平衡閥。
本發明還提供了一種鉆機，包括井架、平臺、頂部驅動裝置及井中心、連接器具和本發明的設備，所述連接器具能相對于用于所述頂 部驅動裝置支撐軌道的下端部定位，以使得所述延伸系統最上部分在 所述支撐軌道的下端部的下面并且與所述支撐軌道的下端部間隔開。 優選地，所述升高設備能將所述第 一連桿機構的最頂部升高到最高高 度，所述最高高度小于與所述延伸系統相鄰的頂部驅動裝置支撐軌道 的底端部的高度。
本發明還提供了一種用于使連接器具在鉆機上運動的方法，所述
方法包括以下步驟將所述連接器具連接至延伸設備，所述延伸設備 包括布置在桿上的座、至少第一連桿機構、第二連桿機構、第三連桿 機構、用于支撐連接器具的支架和布置在所述座和所述第一連桿機構 之間的動力驅動延伸設備，所述方法還包括以下步驟致動所述動力 驅動延伸設備，以使所述第一連桿機構、所述第二連桿機構和所述第 三連桿機構延伸或縮回，從而使所述連接器具背離或朝向所述桿運動。
優選地，所述方法還包括以下步驟同時升高所述座和使所述第 一、第二和第三連桿機構運動，由此升高所述連接器具并且使所述連 接器具背離所述桿運動。有利地，所述方法還包括以下步驟同時降 低所述座和使所述第一、第二和第三連桿機構運動，由此降低所述連 接器具并且使所述連接器具朝向所述桿運動。優選地，所述連接器具 在所述支架上運動到鉆機的井中心。
本發明在 一 些實施例中公開了 一種用于鐵鉆工的延伸系統，所述 鐵鉆工包括鐵鉆工支架和所述鐵鉆工支架上的扭矩扳手和旋轉扳手， 所述延伸系統具有桿；在所述桿上的支撐柱體；可動地連接至所述 支撐柱體并且可在其上上下運動的座；三個可樞轉地相互連接的平行 四邊形連桿機構結構；連接至所述支撐柱體并且用于相對于所述支撐 柱體升高和降低所述座的升高設備；連接至所述座和第一連桿機構結
構的動力驅動延伸設備；所述連桿機構可由所述動力延伸設備樞轉和 運動，以使所述鐵鉆工支架背離所述支撐柱體延伸和朝向所述支撐柱 體縮回所述鐵鉆工。在某些方面中，這種系統可同時升高且延伸所述 鐵鉆工或下降且縮回所述鐵鉆工。在某些方面中，本發明公開了一種用于使鐵鉆工在鉆機上運動的
方法，所述方法包括將所述鐵鉆工連接至根據本發明的延伸系統； 和利用所述延伸系統使所述鐵鉆工運動。
根據本發明，所述設備結合了沿基本上豎直桿的豎直運動、桿旋 轉的角運動和使用至少三組連桿機構使連接器具相對于桿水平布置的 水平運動。沿桿的豎直運動可利用可沿桿滑動的套管沿帶齒軌道在活 塞和缸上實現。
本發明還公開了一種用于使連接器具在鉆機上運動的設備，所述 設備包括桿；和可在基本上豎直的平面中、在所述桿上或隨所述桿運 動的座；延伸設備，所述延伸設備具有連接至所述座的近端部和連接 至用于支撐連接器具的支架的遠端部，所述延伸設備用于使所述連接 器具在基本上水平平面中運動。優選地，所述座可繞所述桿旋轉。


為了更好地理解本發明，現在參照附圖通過舉例的方式進行描述， 附圖中
圖1A是根據本發明的設備處于延伸位置的透視圖； 圖1B是圖1A所示設備處于縮回位置的側視圖； 圖1C是圖1A所示設備處于縮回位置的俯視圖； 圖1D是圖1A所示設備的側視圖； 圖1E是圖1D所示設備的主視圖； 圖1F是圖1D所示設備的俯視圖1G是圖1D所示設備的側視圖，其中未顯示控制面板；
圖1H是圖1G所示設備的俯視圖ll是圖1A所示設備處于升高位置的側視圖1J是圖ll所示設備的主視圖1K是圖ll所示設備的俯視圖1L是圖1A所示設備的透視圖，顯示了一些被隱藏的部件； 圖2是圖1A所示設備的一部分在使用中的俯視圖；圖3是圖1A所示設備的側視圖4A是圖1A所示設備處于縮回位置的俯視圖4B是圖1A所示設備在鉆臺上使用中的俯視圖，其中鉆桿處于
井中心，所述鉆桿在所述設備的一部分內并且由技工控制設備； 圖4C是圖4B所示設備處于部分延伸位置的俯視圖； 圖4D是圖4B所示設備的俯視圖，其中所述設備處于縮回位置并
且手動大鉗布置在鉆桿上；
圖5是用于根據本發明的設備中的控制回路和活塞/釭的示意性視
圖6是圖5所示控制回路的活塞/釭的透視圖； 圖7是圖6所示的活塞/釭的側剖視圖。
具體實施例方式
圖1A顯示了 一種根據本發明的設備10，所述設備在延伸設備100 的遠端部上具有鐵鉆工1。鐵鉆工1包括旋轉器12和可動地安裝在支 架18上的扳手16。旋轉器12可以是任何用于使管旋轉以便于連接或 分離螺紋管的適當旋轉器。扳手16可以是任何用于扭轉螺紋管之間的 連接以形成連接或用于斷開連接的適當扳手。在一個特定方面中，旋 轉器12與于2008年2月25日提交的美國申請，序列號No. 12/072,296 (具有與本發明共同的所有人，將其全部內容并入本文，用于所有目的) 一樣，并且扳手16是美國專利7,313,586 (具有與本發明共同的所有 人，并且將其全部內容并入本文，用于所有目的)中公開的扭矩扳手。 控制面板8控制旋轉器12、扳手16和設備100。
圖1A所示的延伸設備100具有三個可樞轉地相互連接的連桿機 構段IIO、 120、 130，設置用于使旋轉器12扳手16組合延伸和縮回。 連桿機構段130連接至支架18。
每一個連桿機構段具有可樞轉的上部部件和下部部件，其形成可 伸張/可縮回的平行四邊形結構。連桿機構110具有下臂113和上臂 114。下臂端部可樞轉地連接至座141，上臂端部可樞轉地連接至連接件160。連接件160包括間隔開的側板162、 164;連接部件165 (見 圖1L); 和橫向結構(cross structure) 166。臂113均具有可樞轉地 連接至連接部件165的端部。在運動過程中，臂113平行于臂114運動。
連桿機構120具有帶有下臂123的下部部件1201和帶有上臂124 的上部部件120u (見圖1A和1L )。下部部件1201和上部部件120u 的兩端部可樞轉地連接至連接件160，并且臂123、 124的兩個相對端 部均可樞轉地連接至連接件170。連桿機構126均具有可樞轉地連接 至上部部件120u的第一端部和可樞轉地連接至連接部件165的第二端 部。連桿機構128均具有可樞轉地連接至下臂123的第一端部和可樞 轉地連接至連桿機構130的上臂134的第二端部。
連桿機構130具有橫梁130a、下臂133和上臂134。上臂134和 下臂133的第一部分可樞轉地連接至連接件170。下臂133和上臂134 的第二端部可樞轉地連接至支架18。
連接件170具有側板172和橫向結構176。
座141具有滾軸144，其設置用于在柱體190的槽196中滾動。 柱體190可相對于桿B在支承件R上旋轉。裝置200 (示意性顯示) 升高和降低座141,并且因而升高和降低設備IOO。使用任何適當的已 知裝置200在本發明的范圍內，所述裝置200可位于柱體190內。在 某些方面中，裝置200釆用舉升缸設備，例如美國專利7，249，639中所 示的舉升缸設備，出于該目的，將所述美國專利的全部內容并入本文。
圖1B到1K示出了設備10的各種位置。座141和柱體190相對 于桿B旋轉。連桿才幾構110、 120、 130通過液壓缸i殳備150的延伸活 塞桿而運動，所述液壓缸設備150連接在支撐柱體190上的座141和 下臂113上的連接件之間。可選地，僅使用一個設備150。活塞151 可相對于缸152運動，以向上和向外運動從而使延伸設備100延伸， 并且向內和向下運動從而使延伸設備縮回。
圖1B和1C顯示了完全縮回且在柱體190上向下完全下降至鉆臺 RF的延伸設備。臂114與臂113平行；臂124與臂123平行；以及臂
13134與臂133平行。活塞151沒有從其各自的缸152延伸。
圖1D到1F顯示了通過將活塞151從它們各自的缸152延伸而完
全延伸的設備100。上臂保持與下臂平行，延伸設備100相對于鉆臺
RF保持在下降位置中。
圖1G和1H顯示了處于柱體190上完全升高位置中且完全水平縮
回的延伸設備IOO。上臂保持與下臂平行，并且活塞151保持縮回到
其缸152中。
圖II到1K顯示了完全延伸且完全升高的延伸設備100。在成對 的臂中，上臂與下臂平行，并且活塞151已經延伸以使設備延伸。
在圖1B到1F和1G到II中，若干個高度、長度和距離(用于本 發明的某些特定實施例)以英寸和厘米兩種測量單位來表示。例如， 圖1B中，在項"2647.531"上方的項"104.23"表示那一點所表示的高度 為104.23英寸和2647.53厘米。如圖II所示，高度H為118.82英寸 和3018.06厘米(其小于120英寸的高度，在一方面，所述高度為從 鉆臺RF到軌道M (部分顯示)的底端部E的距離)，所述軌道M是 鉆機中的軌道，頂部驅動裝置在其上上下運動。
圖3顯示了一種設備10，其中柱體190安裝在地面凹窩193中。 圖2顯示了地面凹窩193在鉆機結構RS上的位置。可選地，地面凹 窩根據需要設置(例如，參見地面凹窩193a)。鉆機設置在井中心WC 上方，并且鄰近鼠洞MH。
圖4A到4D示出了設備10的各種位置。在圖4A中，設備處于 延伸設備100完全下降并且完全縮回的待用位置中。如圖4B所示， 延伸設備100延伸以將具有旋轉器12和扳手16的設備1 (鐵鉆工1) 設置在井中心WC上方。
如圖4C所示，設備10在柱體190上旋轉以將旋轉器12和扳手 16設置在鼠洞MH上方。圖4D示出了"大鉗運動范圍(tong sweep)", 即鉆臺大鉗相對于設備100的間隙，并且顯示了延伸設備100可縮回 以脫離大鉗的路徑。
寸吏用任何適當的用于使連桿4幾構110、 130運動的已知動力缸i殳備在本發明的范圍內。可選地，如圖5到7所示的根據本發明的液壓缸 系統600可用于缸設備150。
系統600具有四個平衡閥601、 602、 603、 604和兩個控制閥611、 612。殼體605封裝內部浮動活塞606和活塞607，軸608與活塞607 連接并且從活塞607處伸出。軸608可在穿過浮動活塞606的孔609 內運動。活塞606和607將殼體分成三個室621、 622和623。處于壓 力下的液壓流體經由貫穿軸608的通道617流入和流出中間室，即室 622。平衡閥602和平衡閥604都可控制通道617中的流動，從而控制 室622中的流動和流體壓力。控制閥612通過控制平衡閥603、 604 來控制浮動活塞606。控制閥611控制活塞607的運動。平衡閥601 控制處于壓力下的液壓流體流入和流出室621。平衡閥603控制室623 的流動。
浮動活塞606的位置確定活塞607的運動范圍，并且因而確定軸 608的運動范圍。浮動活塞606任一側上的流體壓力確定浮動活塞606 的位置。依次地，通過控制浮動活塞606的位置并且由此通過控制活 塞607和軸608的可運動范圍來控制連桿機構110、 120、 130的運動。 通過控制系統的運動范圍，浮動活塞606可設置在預選位置處，以使 得當活塞607運動并且運動到其運動邊界時，鐵鉆工l運動到預選位 置并且停止在該預選位置處，例如(但是不限于)井中心。
在根據本發明的設備的某些實施例中，設置約3.6米(12英尺) 的作用范圍。在某些實施例中，旋轉器/扳手組合的豎直高度在設備延 伸和縮回時變化不顯著，例如在某些方面中僅為加或減2cm (0.75英 寸)或更少。對于圖1A所示的實施例，如果活塞/缸設備發生故障， 設備將不會突然延伸或縮回，并且設備將不會降落。
在一些方面中，在具有頂部驅動設備的鉆機中，頂部驅動裝置在 連接至鉆機結構的軌道上上下運動。這些軌道具有離鉆臺上方一定距 離的底端部(例如，在一個特定方面，在鉆臺上方120英寸)。對于類 似于具有延伸設備100的設備10的設備，在鉆機中向上伸出不遠于恰 好在這些軌道的底部下面是有利的。根據本發明處于完全升高位置中的一些實施例(例如，如圖1A中)在具有軌道的鉆機鉆臺上方小于 3m (120英寸)處，所述軌道底部在鉆臺上方3m (120英寸)處。
因此，本發明在一些實施例和一些方面，但不必是在所有實施例 中和所有方面提供了 一種用于鐵鉆工的延伸設備，所述鐵鉆工具有鐵 鉆工支架和在鐵鉆工支架上的扭矩扳手和旋轉扳手，所述延伸設備包 括桿；所述桿上的支撐柱體；可動地連接至所述支撐柱體并且可在 其上上下運動的座；第一連桿機構，具有可樞轉地連接至所述座的第 一連桿機構第一端部、和第一連桿機構第二端部；第二連桿機構，具 有可樞轉地連接至第 一連桿機構第二端部的第二連桿機構第 一端部、 和第二連桿機構第二端部；第三連桿機構，具有可樞轉地連接至第二 連桿機構第二端部的第三連桿機構第一端部、和可樞轉地連接至所述 鐵鉆工支架的第三連桿機構第二端部；升高設備，連接至所述支撐柱 體，用于相對于所述支撐柱體升高和降低所述座；動力驅動延伸設備， 連接至所述座和第一連桿機構；并且所述第一連桿機構、第二連桿機 構和第三連桿機構可由所述動力驅動延伸設備樞轉和運動，以使所述 鐵鉆工支架背離所述支撐柱體延伸，和使鐵鉆工朝向所述支撐柱體縮 回。這種設備可按照任意可能的組合方式具有下述特征中的一個或一 些每一個連桿機構是具有上部部件和下部部件的平行四邊形結構， 所述上部部件可平行于所述下部部件運動；在所述第一連桿機構和第 二連桿機構之間的第一連接件，所述第一連桿機構的上部部件和所述 第二連桿機構的上部部件在其頂部可樞轉地連接至所述第一連接件， 所述第一連桿機構的下部部件和所述第二連桿機構的下部部件在其底 部可樞轉地連接至所述第二連接件；在所述第二連桿機構和所述第三 連桿機構之間的第二連接件，所述第二連桿機構的上部部件和所述第 三連桿機構的上部部件在其頂部可樞轉地連接至所述第二連接件，并 且所述第二連桿機構的下部部件和所述第三連桿機構的下部部件在其 底部可樞轉地連接至所述第二連接件；其中，所述升高設備和動力驅 動延伸設備可同時動作；其中，所述支撐柱體可相對于所述桿旋轉； 其中，在所述連桿機構的運動過程中，所述鐵鉆工的豎直高度變化不
16顯著；其中，在所述連桿機構的運動過程中，所述鐵鉆工的豎直高度 變化不大于正負0.75英寸；其中，用于使所述鐵鉆工延伸的動力驅動 延伸設備是至少一個動力驅動活塞-缸設備；其中，用于使所述鐵鉆工 延伸的動力驅動延伸設備包括兩個間隔開的動力驅動活塞-缸設備；其 中，所述至少一個動力驅動活塞-缸設備包括殼體，可在所述殼體中運 動的內部浮動活塞；延伸穿過所述內部浮動活塞并且可相對于內部浮 動活塞運動的軸，所述軸具有兩個端部，和在軸一端部上的軸活塞， 所述軸活塞可在所述殼體中運動，并且所述軸具有內部通道，流體通 過所述內部通道可從所述殼體的外部流入中間室，所述內部浮動活塞 和所述軸活塞將所述殼體的內部分成三個室，包括第一端室，中間室， 和第二端室，所述軸連接至所述第一連桿機構，并且所述軸活塞和所 述軸可通過使流體運動到所述殼體中來定位，以使得所述軸在所述殼 體中的位置對應于所述第一連桿機構的位置和所述鐵鉆工的位置；其 中，所述控制系統控制所述軸活塞的位置；其中，所述內部浮動活塞 可設置在預定的期望位置，以使得當所述軸活塞接觸所述內部浮動活 塞并且所述軸活塞停止運動時，所述鐵鉆工處于預選位置；其中，所 述控制系統包括閥設備，所述閥設備可選擇操作以控制流體流動至所 述軸的內部通道、第一端室和第二端室；其中，所述鐵鉆工可相對于 用于鉆機上頂部驅動裝置的支撐軌道的下端部設置，以使得所述延伸 設備的最上部分在所述支撐軌道的下端部下方并且與所述支撐軌道的 下端部間隔開；和/或其中，所述升高設備可將所述第一連桿機構的最 頂部升高到最高高度，所述最高高度小于與所述延伸設備相鄰的頂部 驅動裝置支撐軌道的底端部的高度。
因此本發明在一些實施例和一些方面，但是不必是所有實施例和 所有方面，提供了一種用于鐵鉆工的延伸系統，所述鐵鉆工具有鐵鉆 工支架和在所述鐵鉆工支架上的扭矩扳手和旋轉扳手，所述延伸系統 包括桿；所述桿上的支撐柱體；可動地連接至所述支撐柱體并且可 在其上上下運動的座；第一連桿機構，具有可樞轉地連接至所述座的 第一連桿機構第一端部、和第一連桿機構第二端部；第二連桿機構，20088
具有可樞轉地連接至第一連桿機構第二端部的第二連桿機構第一端
部、和第二連桿機構第二端部；第三連桿機構，具有可樞轉地連接至 第二連桿機構第二端部的第三連桿機構第一端部、和可樞轉地連接至 所述鐵鉆工支架的第三連桿機構第二端部；升高設備，連接至所述支 撐柱體，用于相對于所述支撐柱體升高和降低所述座；動力驅動延伸 設備，連接至所述座和第一連桿機構；所述第一連桿機構、第二連桿 機構和第三連桿機構可由所述動力驅動延伸設備樞轉和運動，以使所 述鐵鉆工支架相對于所述支撐柱體運動；每一個連桿機構包括具有上 部部件和下部部件的平行四邊形結構；所述第一連桿機構和第二連桿 機構之間的第一連接件；所述第一連桿機構的上部部件和所述第二連 桿機構的上部部件在其頂部處可樞轉地連接至所述第一連接件；所述 第一連桿機構的下部部件和所述第二連桿機構的下部部件在其底部處 可樞轉地連接至第二連接件；在所述第二連桿機構和第三連桿機構之 間的第二連接件；所述第二連桿機構的上部部件和所述第三連桿機構 的上部部件在其頂部處可樞轉地連接至所述第二連接件；所述第二連 桿機構的下部部件和所述第三連桿機構的下部部件在其底部處可樞轉 地連接至所述第二連接件；其中，所述升高設備和動力驅動延伸設備 可同時動作；所述支撐柱體可相對于所述桿旋轉；其中，在所述連桿 機構的運動過程中，所述鐵鉆工的豎直高度變化不大于正負0.75英寸， 并且所述升高設備可將所述第一連桿機構的最頂部升高到最高高度， 所述最高高度小于與所述延伸系統相鄰的頂部驅動支撐軌道的底端部 的高度。
因此，本發明在一些實施例和一些方面，但不必是所有實施例和 所有方面提供了一種用于使鐵鉆工在鉆機上運動的方法，所述方法包 括將所述鐵鉆工連接至延伸系統，所述延伸系統是根據本發明的任 一種延伸系統；和通過所述延伸系統使所述鐵鉆工運動。這種方法可 按照任何可能的組合方式包括下述特征中的一個或一些同時升高所 述座并且延伸所述三個連桿機構，由此升高所述鐵鉆工并且使所述鐵 鉆工運動背離所述座；同時下降所述座并且縮回所述三個連桿機構，由此降低所述鐵鉆工并且使所述鐵鉆工朝向所述座運動；將所述第一 連桿機構的最頂部升高到最高高度，所述最高高度小于與所述延伸系 統相鄰的頂部驅動裝置支撐軌道的底端部的高度；和/或通過如本文公 開的任一種動力驅動活塞-缸設備使所述連桿機構延伸，所述動力驅動 活塞-缸設備包括但是不限于圖5到7所示的動力驅動活塞-缸設備。
權利要求
1.一種用于使連接器具在鉆機上運動的設備，所述設備包括桿(190)和延伸設備(100)，所述延伸設備包括座(141)、至少第一連桿機構(110)、第二連桿機構(120)、第三連桿機構(130)、用于支撐連接器具的支架(18)和布置在所述座(141)和所述第一連桿機構(110)之間的動力驅動延伸設備(150)，其中，在致動所述動力驅動延伸設備(150)時，所述第一連桿機構(110)、所述第二連桿機構(120)和所述第三連桿機構(130)延伸或縮回以使所述支架(18)背離或朝向所述桿(190)運動。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述座(141)能隨所述 桿(190)豎直運動或者能在所述桿(190)上豎直運動，所述設備還 包括升高設備(200)，用于隨所述桿(190)或在所述桿(190)上升 高所述座(141)。
3. 根據權利要求2所述的設備，其中，所述升高設備(200)和 所述動力驅動延伸設備(150)同時動作。
4. 根據權利要求1、 2或3所述的設備，其中，所述延伸設備(100 ) 能繞所述桿(l卯)旋轉。
5. 根據前述任一項權利要求所述的設備，其中，所述連接器具為 大鉗、旋轉器和鐵鉆工中的至少一種。
6. 根據前述任一項權利要求所述的設備，其中，所述第一連桿機 構(110)具有能樞轉地連接至所述座(141)的第一連桿機構第一端 部、和第一連桿機構第二端部；所述第二連桿機構(120)具有能樞轉 地連接至所述第一連桿機構第二端部的第二連桿機構第一端部、和第 二連桿機構第二端部；所述第三連桿機構(130)具有能樞轉地連接至 所述第二連桿機構第二端部的第三連桿機構第一端部、和能樞轉地連接至所述支架(18)的第三連桿機構第二端部。
7. 根據前述任一項權利要求所述的設備，其中，所述第一連桿機 構(110)包括第一臂(113)和與所述第一臂(113)間隔開的第二臂(114)，所述第一連桿機構(110)的第一臂(113)和第二臂(114) 連接至連接部件(160)，以使得所述第一臂(113)、第二臂(114)、 連接部件(160)和座(141)形成平行四邊形。
8. 根據權利要求7所述的設備，其中，所述第二連桿機構(120) 包括第一臂(123)和與所述第一臂(123)間隔開的第二臂(124)， 所述第二連桿機構(120)的第一臂(123)和第二臂(124)連接至另 一連接部件(170)，以使得所述第一臂(123)、第二臂(124)、連接 部件(160)和另一連接部件(170)形成平行四邊形。
9. 根據權利要求8所述的設備，其中，所述第三連桿機構(130) 包括第一臂(133)和與所述第一臂(133)間隔開的第二臂(134)， 所述第三連桿機構(130)的第一臂(133)和第二臂(134)連接至所 述支架(18)，以使得所述第一臂(133)、第二臂(134)、支架(18) 和另一連接部件(170)形成平行四邊形。
10. 根據前述任一項權利要求所述的設備，其中，所述動力驅動 延伸設備(150)包括至少一個動力驅動活塞-缸設備。
11. 根據權利要求IO所述的設備，其中，所述至少一個動力驅動 活塞-缸設備包括殼體(605)、能在所述殼體(605)內運動的內部浮 動活塞(606)、延伸穿過所述內部浮動活塞(606)并且能相對于內部 浮動活塞運動的活塞軸(608)，所述活塞軸(608)具有兩個端部，一 個端部連接至軸活塞(607)，另一個端部能運動以延伸，所述內部浮 動活塞(606 )和所述軸活塞(607 )將所述殼體的內部分成笫一室(621 )、 第二室(622)和第三室(623)，所述浮動活塞的位置確定所述活塞軸 (608)的最大延伸范圍。
12. 根據權利要求11所述的設備，其中，所述活塞軸(608)包 括內部通道(617)，流體能從所述殼體外部流經所述內部通道(617) 進入第二室(622)。
13. 根據權利要求11或12所述的設備，還包括控制系統，所述 控制系統包括閥設備，用于按照選擇操作以控制流體流動至所述第一 、 第二和第三室(621、 622、 623)。
14. 一種鉆機，包括井架、平臺、頂部驅動裝置及井中心、連接 器具(1)和根據前述任一項權利要求所述的設備，所述連接器具(1) 能相對于所述頂部驅動裝置的支撐軌道的下端部定位，以使得所述延 伸系統的最上部分在所述支撐軌道下端部的下面并且與所述支撐軌道 的下端部間隔開。
15. 根據權利要求14所述的鉆機，其中，所述升高設備(200) 能將所述第一連桿機構的最頂部升高到最高高度，所述最高高度小于 與所述延伸系統相鄰的頂部驅動裝置支撐軌道的底端部的高度。
16. —種用于使連接器具在鉆機上運動的方法，所述方法包括以 下步驟將所述連接器具連接至延伸設備(IOO)，所述延伸設備(100) 包括布置在桿(190)上的座(141)、至少第一連桿機構(110)、第二 連桿機構(120)、第三連桿機構(130)、用于支撐連接器具的支架(18) 和布置在所述座(141)和所述第一連桿才幾構(110)之間的動力驅動 延伸設備(150)，所述方法還包括以下步驟致動所述動力驅動延伸 設備(150)，以使所述第一連桿機構(110)、所述第二連桿機構(120) 和所述第三連桿機構(130)延伸或縮回，從而使所述連接器具背離或 朝向所述桿(190)運動。
17. 根據權利要求16所述的方法，還包括以下步驟同時升高所 述座和使所述第一、第二和第三連桿機構運動，由此升高所述連接器 具并且使所述連接器具背離所述桿運動。
18. 根據權利要求16所述的方法，還包括以下步驟同時降低所 述座和使所述第一、第二和第三連桿機構運動，由此降低所述連接器 具并且使所述連接器具朝向所述桿運動。
19. 根據權利要求16、 17或18所述的方法，其中，使所述連接 器具在所述支架上運動到鉆機的井中心。
全文摘要
一種用于使連接器具在鉆機上運動的設備和方法，該設備包括桿(190)和延伸設備(100)，該延伸設備包括座(141)、至少第一連桿機構(110)、第二連桿機構(120)、第三連桿機構(130)、用于支撐連接器具的支架(18)、和布置在座(141)和第一連桿機構(110)之間的動力驅動延伸設備(150)，其中，在致動動力驅動延伸設備(150)時，所述第一連桿機構10(110)、所述第二連桿機構(120)和所述第三連桿機構(130)延伸或縮回以使所述支架(18)背離或朝向所述桿(190)運動。
文檔編號E21B19/00GK101680279SQ200880009385
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月22日 優先權日2007年3月22日
發明者B·D·溫特 申請人:國民油井華高有限合伙公司