[發明專利]為夾持工具提供改進操作范圍的夾具擴展聯動裝置及用法

有效

• 申請號: 200980127132.8
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN102089492A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: M·斯萊克
• 申請（專利權）人: 諾埃提克技術公司
• 主分類號: E21B19/06
• 分類號: E21B19/06;E21B19/16
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明有意涉及管件或管柱(tubular?strings)必須利用工具進行夾持、操作和提升的應用，工具被連接至驅動頭(drive?head)或反力架(reaction?frame)，以能夠將軸向和扭轉載荷傳遞至被夾持的管段或傳遞來自被夾持的管段的軸向和扭轉載荷。在地鉆孔、井建設以及用鉆探機和修井鉆機進行井維修的領域中，本發明涉及卡瓦(slips)，并且更特別地涉及使用頂部驅動裝置(top?drives)的鉆機上的卡瓦，本發明應用于管狀運行工具，管狀運行工具被連接到頂部驅動裝置上用于夾持正在被裝配到井眼內的、正在井眼內使用的或正在從井眼中拆除的管柱近端段。這種管狀運行工具支持對包括如下的這些操作所必需或有益的各種功能：快速接合和釋放、提升、推進、旋轉以及加壓的流體流進和流出管柱。本發明提供用于延長或改進這種管狀運行工具的夾持范圍的聯動裝置(linkage)。

背景技術

直到最近，動力鉗(power?tongs)都是用于協同鉆探機提升系統敷設套管柱或管柱進或出石油井的常設方法。此動力鉗方法允許由具有配合的螺紋端部的管段或接頭組成的這種管柱通過將配合的螺紋端部螺栓連接到一起(組裝)而進行相對高效地裝配，在連續的管段被添加到正在安裝到井眼內或者相反地正在被拆下或拆除(拆卸)的管柱上時，在這些連續的管段之間形成螺紋連接。但是，此動力鉗方法不能同時支持其他有益的功能，例如在管段被添加到管柱上或從管柱上拆除之后并且管柱正在井眼內降低或升高的時候進行旋轉、推進或流體填充。典型地用鉗子敷設管件還需要在相對較高危險的位置，例如鉆臺上或更有甚者在鉆臺上方、在所謂的“對扣臺”，上進行人員配置。

裝備有頂部驅動裝置的鉆探機的出現實現了一種敷設管件特別是套管件的新方法，其中，頂部驅動裝置被裝備有所謂的“頂部驅動管狀運行工具”用以夾持并且可能地在鄰近管段和頂部驅動鉆軸之間密封。(應理解，此處術語頂部驅動鉆軸通常是指包括可以連接于其上的這種驅動管柱部件、有效地用作鉆軸延伸部的遠端)因此已經開發了大致實現“頂部驅動裝置套管敷設”目的的各種裝置。利用這些裝置與頂部驅動裝置相結合允許提升、旋轉、推進套管柱以及在敷設的同時用鉆探流體填充套管柱，因此消除了與動力鉗有關的限制。同時，與頂部驅動裝置的固有優勢相結合的夾持機構的自動化操作減小了用動力鉗進行敷設的過程所需要的人員介入的水平，并因此提高了安全性。

另外，為了使用頂部驅動管狀運行工具操作和敷設套管，當鄰近的或活動的管段被添加至以其它方式裝配的管柱上或從其上面拆除時，管柱的重力必須從頂部驅動裝置傳遞至支撐裝置。典型地，通過“環形楔夾具”軸向載荷致動的夾持裝置提供了此功能，該裝置利用被置于空心“卡瓦座”內的“卡瓦“或爪，套管被敷設穿過該空心“卡瓦座”，其中，卡瓦座具有沿著向下的方向直徑減小的截頭圓錐形孔，并且被支撐在鉆臺內或鉆臺上。然后，在管柱近端的管段與卡瓦座的截頭圓錐形內表面之間用作環形楔的卡瓦牽引地夾持管，但當管柱重力傳遞至夾具上時在卡瓦座的內表面上向下并徑向向內滑動或移動。因而，卡瓦和管體之間的徑向力是軸向載荷自激勵(self-activated)或“自供能的(self-energized)”，也就是，考慮到牽引能力這一因變量和管柱重力這一自變量，存在正向的反饋回路，其中，管柱重力自變量被主動反饋以控制徑向夾持力，徑向夾持力單調地起作用，進而控制對滑動的牽引能力或抵抗力這一因變量。類似地，施加到活動管段上的組裝和拆卸扭矩也必須反作用至被裝配的管柱近端外面。典型地通過鉗子提供了此功能，鉗子具有接合鄰近管段的夾具和通過鏈接件例如鏈條或線纜連接至鉆探機結構上的臂，以防止旋轉并因此反作用沒有被卡瓦座內的卡瓦以其它方式反作用的扭矩。同樣，這種鉗子的夾持力典型地通過來自所施加的扭矩載荷的正向反饋自激勵或“自供能”。