[發(fā)明專利]一種便于連接和斷開部件的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680049007.6
• 申請日: 2006-11-24
• 公開（公告）號: CN101346529A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尼爾·E·韋斯特;普雷斯頓·R·福克斯
• 申請（專利權(quán)）人: 國民油井華高有限合伙公司
• 主分類號: E21B19/16
• 分類號: E21B19/16;E21B19/18
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 劉志強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種便于連接和斷開部件的裝置和方法，所述部件例如為但不限于螺紋部件，如套管、油管、管件或鉆桿。連接和斷開管形件的一種特殊類型的裝置通常指的是鐵鉆工(iron?roughneck)。

在油氣井地層鉆井的過程中，鉆頭被安裝在鉆柱端部并旋轉(zhuǎn)鉆出井眼。所述鉆柱包括一串稱作鉆桿節(jié)的管形件。鉆桿節(jié)包括上端和下端。上端設(shè)置有具有母螺紋的擴(kuò)大段，稱作陰螺紋端(box?end)；下端設(shè)置有豎柱(upstand)和公螺紋，成為陽螺紋端。將多節(jié)鉆桿連接成兩節(jié)或三節(jié)的立根(stand)。利用鉆機(jī)平臺(tái)的鉆臺(tái)上的小鼠洞在遠(yuǎn)離井中中心的地方完成上述連接工作。然后將所述立根從小鼠洞中移到井中心并在井內(nèi)連接到鉆桿柱上。

為了完成兩根鉆桿之間的連接，無論鉆桿節(jié)、立根或鉆柱的形式都需要利用兩種工具來完成：旋轉(zhuǎn)器；扭力扳手。鉆桿節(jié)或鉆桿立根的陽螺紋端被下入到保持在小鼠洞或井中心中的鉆桿節(jié)或鉆柱的陰螺紋端中。所述鉆桿節(jié)或鉆桿立根被吊卡提升到小鼠洞或井中心中。鉆桿節(jié)或鉆桿立根的陽螺紋端被下入到保持在鼠洞或井中心中的鉆桿陰螺紋端。然后將旋轉(zhuǎn)器移走并將扭力扳手提供給鉆桿。背鉗用于阻止保持在小鼠洞或井中心內(nèi)的鉆桿在施加扭矩期間移動(dòng)，并可在旋擰期間使用。所述背鉗被致動(dòng)以用于使鉆桿節(jié)或鉆桿立根旋轉(zhuǎn)，并扭轉(zhuǎn)所述連接所需的扭矩。然后將扭力扳手和背鉗從鉆桿上移走。稱作鐵鉆工的裝置使旋轉(zhuǎn)器與大鉗和背鉗結(jié)合在一起。

在特定類型的接頭中，如陰螺紋端和豎柱“臺(tái)肩”，在給接頭加扭矩時(shí)，豎柱表面和陰螺紋端表面接合，并且使上部鉆桿相對于下部鉆桿旋轉(zhuǎn)所需的扭矩快速增加。在旋轉(zhuǎn)步驟之后，這種類型的接頭通常?需要少于45度的旋轉(zhuǎn)以便進(jìn)行加扭矩步驟。然而，一些連接不具有臺(tái)肩，并具有連續(xù)的螺紋，如Hydril?Wedge?Thread類型的連接。

修井期間，以與鉆柱相同的方式將管柱下入到井中。然而，所述管柱有時(shí)被稱作工具管柱，而不是稱作鉆柱。

其它管形件用在油氣井的建造和維護(hù)中，如套管。套管通常旋緊在井中心內(nèi)的一節(jié)上并被下入到井中。之后將所述套管從井頂部懸掛并可用水泥膠結(jié)在合適的位置。稱作尾管的其它管形件旋緊在一起并被下入到所述井中。所述尾管從一節(jié)套管的底部懸掛并可用水泥膠結(jié)在合適的位置。

井下工具還可被連接成下述任一種：鉆柱、工具管柱、套管或尾管。這些井下工具可利用螺紋連接，因此需要旋擰和加扭矩。

用于旋擰和加扭矩的上述方法可應(yīng)用到具有上述螺紋連接的任意管形件上。

現(xiàn)有技術(shù)包括各種鐵鉆工，例如參見美國專利US4,023,449、US4,348,920、US4,765,401、US6,776,070；這里引用所有這些專利文獻(xiàn)作為參考。

各種現(xiàn)有技術(shù)的鐵鉆工具有一同安裝在托架上的氣動(dòng)扳手和扭力扳手。例如，為了在兩個(gè)管形件(如鉆桿接頭)之間形成或斷開的螺紋連接，特定的鐵鉆工具有扭力扳手，該扭力扳手具有兩個(gè)顎平面。扭力扳手的上顎用于夾緊到部分上部管形件上；而下顎夾緊到下部管形件上，例如鉆桿的上、下螺紋連接的部件。在夾緊到所連接的管形件上之后，上顎和下顎被相對旋轉(zhuǎn)，以斷開上部管形件和下部管形件之間的連接。安裝在托架上位于扭力扳手上方的旋轉(zhuǎn)扳手(spinningwrench)接合上部管形件并使其旋轉(zhuǎn)，直至與下部管形件斷開為止。

特定的現(xiàn)有鐵鉆工系統(tǒng)包括托架，該托架用于沿著預(yù)定的軌道在鉆臺(tái)表面上滾動(dòng)。在特定的現(xiàn)有系統(tǒng)中，安裝旋轉(zhuǎn)器和扭力扳手，它們適于相對于托架上下移動(dòng)，適于與管形件正確接合，適于在兩個(gè)位置之間傾斜移動(dòng)，所述兩個(gè)位置分別為：旋轉(zhuǎn)器和扭力扳手的軸線直接垂直延伸以與直井管接合的位置，以及旋轉(zhuǎn)器和扭力扳手的軸線相對于真垂線以小角度設(shè)置以便與傾斜的小鼠洞內(nèi)的管接合和作用的位置。在特定的現(xiàn)有系統(tǒng)中，氣動(dòng)扳手可相對于扭力扳手豎直移動(dòng)。

各種無臺(tái)肩連接包括但不局限于楔形螺紋連接，各種現(xiàn)有的鐵鉆工可通過范圍在約28度到約30度之間的圓弧來旋轉(zhuǎn)管形件。然而，兩個(gè)無臺(tái)肩連接之間的精確完全接合常常需要一個(gè)管形件旋轉(zhuǎn)多于30度，從而形成良好的連接。為了提供另外的旋轉(zhuǎn)，這些現(xiàn)有的系統(tǒng)必須要松開、復(fù)位顎、再夾緊和再次旋轉(zhuǎn)(并且可能的話，進(jìn)行多次上述步驟)。

多個(gè)現(xiàn)有的鐵鉆工和大鉗可扭曲或損壞薄壁管形件，這是由于它們使用了兩個(gè)相對的顎來夾緊管形件。對于其它的現(xiàn)有系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)器可將管形件的陽螺紋端旋入陰螺紋端內(nèi)，但是，由于需要較長的錐形陽螺紋端，因而不能獲得所述連接的臺(tái)肩，需要利用扭力扳手重新夾緊所述管形件并再次旋轉(zhuǎn)一個(gè)管形件。