专利名称：处理管子的方法及所用的升降器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于提升管子的升降器和用于处理管子的方法。特别但不排他地，该升降器用于提升单个钻杆或钻杆组以方便构建井孔。此外，该升降器还特别但不排他地用于处理管子以方便将管子连接到井筒中的管柱，其中组装或拆卸过程在连续循环系统或连续循环同步钻探系统中得到执行。
背景技术：
在建造油井或气井的过程中，钻凿出井孔。钻头布置在钻柱的端部并发生旋转以钻出井孔。通常称之为“钻探泥浆”的钻井液通过钻柱泵送至钻头以便对钻头进行润滑。钻探泥浆还用于将钻头所产生的钻屑和其他固体通过环形通道输送到地面，该环形通道形成在钻柱与井孔和/或衬套井孔的套管之间。
在应用钻机钻凿井孔的一种现有技术方法中，使用了与钻柱的顶部接头相连、具有方形或其他多侧面剖面的方钻杆来旋转钻柱。处于钻台处的转盘旋转方钻杆，与此同时方钻杆能够纵向移动通过钻台处的转盘内部的传动衬套。按照另外一种现有技术方法，顶部驱动钻探单元悬挂在井架夹具中并旋转钻柱，此时未使用方钻杆。
重要的是，能够相应于地层中的压力来控制井孔中的压力。在某些情况下，钻探人员可能认为欠平衡钻井(under-balanced drilling)是必需的，此时对曝露于井筒的地层所施加的压力要低于该地层的内部流体压力。由此，如果存在足够的孔隙率和渗透性，则地层流体进入到井筒中。随着欠平衡状态的趋近，钻探速度通常会提高。然而，钻探人员可能认为超平衡钻井(over-balanced drilling)是必需的，此时井筒中的压力值超出地层中的流体压力。该过高压力对于防止储层流体(油、气或水)进入到井筒中尤其是必需的。但是，由于有效加固了井筒附近的岩石并限制了钻头下的钻屑的清除，过度的超平衡会显著放慢钻探过程。此外，与低劣钻探泥浆性能相伴随的高的超平衡压力会导致差压卡钻的问题。由于储层压力在不同地层之间变化，而钻探泥浆的密度相对一致，所以超平衡也在不同区域之间发生改变。通过使用增重剂来增加或减小钻探泥浆的密度由此改变钻探泥浆的密度，钻探人员能够将钻井条件从欠平衡改变成超平衡。
如果钻井中的压力并未得到适当控制，钻探速度不会达到最大化。在最坏的情况下，钻井可能由于井孔中缺乏压力而坍陷。这在钻凿经过特殊类型的地层时更有可能发生。
过去，钻井液的循环在单节钻杆或钻杆组的组装或拆卸期间被停止。注入阀或泥浆护罩阀得到使用，以便在组装或拆卸过程期间维持钻柱中的压力。然而，必须每次进行阀的连接和断开。因此循环是不连续的，尽管压力得以充分维持在钻井中，压力改变的脉冲是显著的。
通常优选将钻屑以悬浮形式保持在钻井液中，以帮助将它们从钻头清除，并防止它们重新落回到井筒中。停止钻探泥浆的循环会导致钻屑下沉。为了克服该问题，在许多现有技术系统中尝试使用额外的流体充填，其通常增加流体的粘度。这样的结果是，在地面需要更大的泵送功率来移动更稠的流体；但这种泵送力的增加会导致井下的超平衡，由此导致地层损坏或井下流体的流失。
已经发展出一种连续循环系统并公开在PCT申请WO98/16716中，该循环系统允许钻探泥浆的循环在管子相对于管柱的整个组装及拆卸期间得到执行。WO98/16716尤其披露了使用一组上部封井器(pipe ram)来施加和密封待连接至管柱的管子或管组，使用一组下部封井器来施加和密封钻井中处于管柱顶部的管子以在其之间产生腔室，以及使用全封闭式封井器(blind ram)来密封待连接管子的尾销与位于管柱顶部的管子的管套之间的腔室，从而形成上部和下部腔室。在位于全封闭式封井器组与下部封井器组之间的下部腔室中，布置有钻探泥浆入口。钻探泥浆供应器也与待连接管子的顶端相连由此形成连接，下部封井器获得启动并密封井筒中管柱的顶端，而全封闭式封井器获得启动以在钻柱顶部周围形成下部腔室。钻探泥浆被允许流入到下部腔室中并循环进入钻柱的顶部。钻探泥浆从钻柱流到钻头，然后返回经过由钻柱和井孔所形成的环形通道。钻探泥浆由泥浆振动筛、离心机等进行处理以清除掉切屑，如果需要添加附加剂，然后钻探泥浆循环到下部腔室中。与此同时，管子或管组被降低到连续循环系统的顶部。上部封井器获得启动以对管子进行密封。管子或管组的上端与钻探泥浆的供应器相连，而钻探泥浆由于阀的作用流入到上部腔室中。此时上部和下部腔室中钻探泥浆的压力基本相等。全封闭式封井器被打开，管子或管组的阳螺纹端插入到管柱顶端的管套中并发生旋转和扭转由此形成连接。可以对腔室中的钻探泥浆进行排放并将上部和下部封井器打开，由此允许具有附加管子或管组的管柱降低到钻井中。这样，在形成和断开连接的同时，循环得以连续通过管柱和环形通道。
已经对上述连续循环系统作出各种改进，包括在钻探的同时执行连续循环。因此允许在将管子或管组与管柱相连或从其拆卸的同时管柱继续旋转以继续进行钻探。这对使用钻杆或套管进行钻探的情况是有益的。
升降器在这些操作中用于选择性地支撑管子并帮助将管子和管组任何可连接到管柱的工具围绕钻机从一个位置移动到另外一个位置。
2003年12月4日公布的美国已公开专利申请No.2003-0221519(USSN 382080，提交日2003年3月5日)披露了一种装置，该装置允许管状元件的部分在钻探操作期间与管柱相连或从其断开。该装置还允许钻杆的部分在连接或断开过程期间发生旋转及轴向移动。该装置进一步允许流体在组装或拆卸过程期间连续循环至管柱并经过管柱。上述装置描述了一种包括顶部驱动机构、旋转驱动机构和流体循环装置的钻机组件。管柱的旋转及轴向移动由顶部驱动装置和旋转驱动装置交替地提供。此外，一旦在与顶部驱动机构相连的上部管子与管柱之间形成连接，流入管柱的连续流体被提供经过循环装置，然后交替经过管状元件的部分。该申请还披露了一种在连续钻探的同时将上部管状元件连接至管柱的顶部管状元件的方法，该方法包括下列步骤操作旋转驱动装置以提供井筒中管柱的旋转及轴向移动；将上部管状元件定位在管柱的顶部管状元件上方，该上部管状元件被构造为具有底部螺纹端与顶部管状元件的顶部螺纹端相连；改变上部管状元件与顶部管状元件之间的相对速度以将上部管状元件的底部螺纹端与顶部管状元件的顶部螺纹端螺纹相配合，这样上部管状元件成为管柱的一部分；释放管柱与旋转装置的接合；以及操作顶部驱动装置，由此提供井筒中管柱的旋转及轴向移动。
在使用顶部驱动装置进行钻探的一些现有技术系统中，钻杆组(譬如，包括三个互连钻杆段、90英尺的组)与保护接头螺纹相连并处于接头之下。保护接头与顶部驱动钻探单元的一部分相连，一旦钻探向下进行到管组长度的程度，保护接头进入到连续流体循环系统的腔室并定位于其中。为了通过这种现有技术系统来增加新的管组，连接在流体循环系统内部被断开，顶部驱动钻探单元获得提升，与此同时保护接头被提升并从连续循环系统的顶部退出。然后，为了连接新的钻杆组，顶部驱动钻探单元的一部分(譬如，升降器)按照某种现有技术方式从井筒移走。升降器通常与顶部驱动钻探单元相关联，但这种升降器往往不能用于接纳和支撑新的管组，原因是保护接头干扰了此操作。
在许多情况下，随着顶部驱动钻探单元的提升，期望倒扩孔(backream)来循环流体，并将管柱随着顶部驱动钻探单元的提升而转出井孔，由此譬如使得井孔变光滑并防止形成键槽。
上述钻探系统的另外一个问题在于，期望将各个新的钻杆组向下钻得尽可能地深；但悬挂在顶部驱动钻探单元下面的零件和装置(譬如，升降器)防止了顶部驱动钻探单元的进一步向下行进，除非它们移动偏离于井筒的中心线，以致在顶部驱动钻探单元的保护接头进入连续循环系统(并且顶部驱动接近于连续循环系统)时顶部驱动钻探单元能够继续旋转钻柱。通常，升降器沿着一个方向移动远离井筒的中心线(现有技术中使用了仅仅开口于一侧的升降器)。
现有技术公开了广泛多种井筒操作中所用的升降器，包括但不局限于美国专利6,626,238、6,073,699、5,848,647、5,755,289、4,834,441、4,354,706、4,126,348、3,403,791、3,330,354、3,287,776、3,193,116、3,140,523、1,844,379、1,842,638、1,448,100、1,371,835、1,113,659和1,021,984中所披露的类型。
发明内容
按照本发明，提供了一种井筒操作中所用的升降器，该升降器包括具有前端和后端的第一主体元件和具有前端和后端的第二主体元件，这两个元件共同形成用于接纳管子的喉部；用于将前端可释放地连接在一起的的前部释放装置；以及用于将后端可释放地连接在一起的后部释放装置；其特征在于，该升降器还包括致动装置，用于对前部释放装置或后部释放装置中的所选之一选择性地进行操作。
管子在此用来特别包括单个钻杆、钻杆组、套管、衬套、优质管状元件，用于插入井筒的工具。
所述前部释放装置优选包括第一锁合装置，其用于将第一前端和第二前端选择性地锁合在一起。有利的是，锁合装置还提供有销，主体元件可以环绕于该销枢轴转动从而打开喉部以插入管子。优选地，所述后部释放装置包括第二锁合装置，其用于将第一后端和第二后端选择性地锁合在一起。
有利的是，所述致动装置包括手柄装置，该手柄装置与主体元件中的至少一个相连并可进行操作以触发前部和后部释放装置中的至少一个。所述致动装置优选包括第一手柄和第二手柄，该第一手柄可相对于第一主体元件移动从而对前部释放装置选择性地进行操作，该第二手柄可相对于第一主体元件移动从而对后部释放装置选择性地进行操作。有利的是，第一手柄和第二手柄中的至少一个可环绕于销而移动，从而对其相对应的前部和后部释放装置进行操作。上述升降器优选进一步包括延伸经过第一主体元件的杆，该杆在升降器前部与第二手柄的一端相连，并在升降器后部与后部释放装置相连。
有利的是，上述升降器进一步包括锁定装置，其用于选择性地锁定闭合的升降器，并防止致动装置进行操作。优选地，该锁定装置包括活动销以便选择性地允许所述手柄的移动。
上述升降器优选进一步包括第一启动装置，且有利地处于第二主体元件内。该第一启动装置优选在一端相对于第二主体元件固定，而另外一端可相对于第二主体元件移动且固定于前部释放装置以便在由所述第一致动装置致动时移动锁合装置。优选地，该第一启动装置在一端相对于第二主体元件而固定，而另外一端可相对于第二主体元件移动且固定于前部释放装置以便在由所述第二致动装置致动时将主体元件移动分开。前部释放装置中的锁合装置并未得到触发，由此第一启动装置的缩回将导致升降器打开其保持闭合的、关于前部释放装置而枢轴转动的后部。
有利的是，上述升降器进一步包括第二启动装置，其在一端相对于第二主体元件固定，而另外一端可相对于第二主体元件移动且固定于后部释放装置以便在由所述第二致动装置致动时移动锁合装置。上述升降器优选进一步包括第二启动装置，其在一端相对于第二主体元件固定，而另外一端可相对于第二主体元件移动且固定于后部释放装置以便在由第一致动装置致动时将主体元件移动分开。后部释放装置中的锁合装置并未得到触发，由此第二启动装置的缩回将导致升降器打开其保持闭合的、关于后部释放装置而枢轴转动的前部。
优选地，上述启动装置包括活塞和汽缸。该活塞和汽缸优选通过液压或气动流体进行启动，并优选是在活塞前后都具有流体入口以便利用正压力来触发活塞杆的延伸和缩回的双动式活塞和汽缸。优选地，所述至少一个活塞和汽缸具有完全的冲程长度，并具有保持装置用于选择性地限制活塞和汽缸以防止活塞和汽缸延伸到它们的完全冲程长度，这样释放装置得以设置为将主体元件的端部适当连接在一起。
有利的是，上述升降器进一步包括处于第一和第二主体元件内侧的至少一个嵌件。该嵌件优选包括低摩擦材料以便允许管子主体滑过升降器的喉部，这样管子主体尺寸较大的上节或管套能够与升降器的顶部相衔接。作为选择，该嵌件也可以包括高摩擦材料，以便完全抓住管子并禁止管子滑过升降器的喉部。
优选地，上述升降器进一步包括第一主销和第二主销，所述第一主销延伸经过第一主体元件的第一前端、第二主体元件的第二前端和前部释放装置，且第一主体元件和第二主体元件可关于该第一主销枢轴转动，所述第二主销延伸经过第一主体元件的第一后端、第二主体元件的第二后端和后部释放装置，且第一主体元件和第二主体元件可关于该第二主销枢轴转动。
本发明还提供了一种包括本发明使用了活塞和汽缸的升降器、用于升降管子的装置，该装置进一步包括与流体通道网络相连通的压力下流体源，以及用于将压力下流体从流体源连续地供应给活塞和汽缸装置以便在升降器开启状态下对活塞和汽缸装置连续偏压的流动控制装置。
本发明还提供了一种在井筒操作中利用如前面任何一项权利要求的升降器处理管子的方法，该方法包括下列步骤触发致动装置以便对第一释放装置或第二释放装置中所选之一选择性进行操作，从而形成打开的喉部；将管状元件的一部分放入到升降器中；以及闭合升降器由此通过升降器来支承管状元件。
本发明还提供了一种用于处理管子的方法，该方法包括下列步骤开启升降器的前部；围绕管子关闭升降器；将管子提升到钻井中心上方；将管子连接至井筒中的管柱；开启升降器的后部；以及将升降器摆动离开钻井中心。优选地，在钻井中心设置有连续循环装置，管子提升在该连续循环装置上并插入其内。有利的是，管子通过管子引导装置而导向进入到连续循环装置中，该管子引导装置在延伸臂上与连续循环装置相连。
上述钻探系统的另外一个问题在于，期望将各个新的钻杆组向下钻得尽可能地深；但悬挂在顶部驱动钻探单元下面的零件和装置(譬如，升降器)防止了顶部驱动钻探单元的进一步向下行进，除非它们移动偏离于井筒的中心线，以致当顶部驱动钻探单元的保护接头进入连续循环系统(并且顶部驱动接近于连续循环系统)时顶部驱动钻探单元能够继续旋转钻柱。通常，升降器等沿着一个方向移动远离井筒的中心线(现有技术中使用了仅仅开口于一侧的升降器)。
本发明在至少一些实施例中，教导了一种新的顶部驱动钻探系统，该系统具有顶部驱动单元、接头分离系统和悬挂于其下的升降器。
在某些例子中，上述升降器具有两个对置的元件，这两个元件具有相互作用的两个连接装置以便升降器的任何一侧都可以打开。由此，该升降器能够在一侧打开以允许升降器单元移动远离井筒的中心线，这样顶部驱动钻探单元在增加新的钻杆或钻杆组之前能够将钻柱向下钻得尽可能地深；然后升降器的另外一侧可以打开以便接纳新的钻杆或钻杆组(在按照本发明的倒扩孔操作中，其逆向过程也是如此)。
在某些例子下，这类升降器具有两个对置的、可选择性进行释放的锁合机构以及两个对置的处理凸出物。
上述装置和方法具有升降器悬挂在顶部驱动钻探单元之下，该升降器具有两个对置的结构以便它的任何一侧都可以打开，其一侧打开允许移动远离井筒中心以便钻柱的进一步下钻，而另外一侧可以打开以便接纳新的待增加到钻柱的钻杆组(或是在后扩孔操作中执行相反过程)。
为了更好地理解本发明，现在参看作为示例的附图，其中图1A是现有技术的钻机的一部分的正视图，其结合有井筒中心之上的顶部驱动装置；图1B是沿着图1A中线1B-1B所得的侧视图，并显示了顶部驱动装置摆向小鼠洞上方的位置以便拾取钻杆组；图1C显示了图1A中所示钻机的一部分的断续正视图，并显示了顶部驱动装置摆向其缩回位置，由此允许提升和降低顶部驱动装置以便将钻杆组下入到钻井中或是将管柱拉出钻井；图2是钻机的一部分的透视图，该钻机包括顶部驱动装置和连续循环装置；图3是按照本发明的升降器的透视图；
图4是结合有连接工具的顶部驱动装置的透视图；图5A、5B、5C和图6是管子连接装置的透视图；图6A是从顶部驱动装置的连接件下垂的管子连接装置的顶视图，该管子连接装置和钻杆组远离于钻井中心，该管子连接装置包括有按照本发明、由臂打开和进行支承的升降器，所述升降器处于与顶部驱动装置的转子不成一条直线的位置；图6B是图6A中所示管子连接装置和钻杆组顶部的侧视图；图6C是图6A中所示管子连接装置的顶视图，其中升降器围绕钻杆组的顶部关闭；图6D是图6A中所示管子连接装置的侧视图，其中升降器围绕钻杆组的顶部关闭；图6E是图6A中所示管子连接装置的侧视图，其中升降器围绕钻杆组的顶部关闭并处于与顶部驱动装置的转子成一条直线的位置；图7A、7B和7C显示了处于钻井中心上方的连续循环装置、和用于将钻杆组下端引导进入连续循环装置的管子引导装置的侧视图，并显示了将如图6D所示保持在管子连接装置中的钻杆组移向且对准于连续循环装置和钻井中心的步骤；图8和图9显示了图6D中所示、从顶部驱动装置的连接件下垂的管子连接装置的侧视图，其中保护接头从顶部驱动装置的转子下垂而钻杆组的顶部与钻柱相连，并显示了利用该管子连接装置将钻杆组连接到顶部驱动装置的保护接头的方法步骤；图10A、11A、12A和13A显示了图6A中所示管子连接装置和钻杆组的顶视图，并显示了将钻杆组连接到钻柱的方法步骤；图10B、11B、12B和13B是图6A中所示管子连接装置、连接件、顶部驱动装置的下部和钻杆组的侧视图，并显示了图10A、11A、12A和13A中所示的步骤；图14显示了钻机的一部分的侧视图，该钻机包括可滑动地安装在井架上的顶部驱动装置、从顶部驱动装置的连接件下垂的管子连接装置、以及布置在钻井中心上方的连续循环装置，并显示了将连接后的钻杆组降低到钻井中的管柱上的方法步骤，其中管子连接装置关于连续循环装置摆向一侧；图15A显示了图6A中所示管子连接装置和钻杆组的顶视图，并显示了将钻杆组与钻柱断开的方法步骤；图15B是图6A中所示管子连接装置、连接件、顶部驱动装置的下部和钻杆组的侧视图，并显示了图15A中所示的步骤；图16显示了图6A中所示的管子连接装置、连接件、顶部驱动装置的下部和钻杆组，并显示了将钻杆组与钻柱断开的方法步骤；图17和图18显示了图6D中所示、从顶部驱动装置的连接件下垂的管子连接装置的侧视图，其中保护接头从顶部驱动装置的转子下垂而钻杆组的顶部与钻柱相连，并显示了利用该管子连接装置将钻杆组与顶部驱动装置的保护接头断开的方法步骤；图19显示了处于钻井中心上方的连续循环装置、和用于将钻杆组下端引导远离连续循环装置的管子引导装置的侧视图，并显示了将如图6D所示保持在管子连接装置中的钻杆组移动远离连续循环装置和钻井中心的方法步骤；图20A、21A和22A显示了图6A中所示管子连接装置和钻杆组的顶视图，并显示了将钻杆组移动远离钻柱的方法步骤；图20B、21B和22B是图6A中所示管子连接装置、连接件、顶部驱动装置的下部和钻杆组的侧视图，并显示了图10A、11A、12A和13A中所示的步骤；图23A是用于按照本发明的方法中的、按照本发明的升降器的顶视图；图23B是图23A中所示升降器的透视图；图23C是图23A中所示升降器的一部分的剖视图；图23D是图23A中所示升降器处于第一开启位置时的顶视图；图23E是图23A中所示升降器处于第二开启位置时的顶视图；图23F是图23A中所示升降器的侧视图；图23G是沿着图23F中的线图23G-23G所得的、图23A中所示升降器的剖视图；图23H是沿着图23F中的线图23H-23H所得的、图23A中所示升降器的顶部剖视图；图23I是沿着图23A中所示升降器的第三层次所得的顶部剖视图；图23J是图23A中所示升降器的侧面剖视图；图23K是图23A中所示升降器的分解透视图，并显示了升降器的顶部；图23L是图23A中所示升降器的分解透视图，并显示了升降器的底部；图24和24A是图23A中所示升降器的一部分的透视图；图24B是图24A中所示部分的分解图；图24C是图24A中所示部分的另外一个形式的透视图；图24D是图24C中所示部分的分解图；图24E是图24D中所示部分的一段的透视图；图25、25A、26、26A、26B、27、27A、28、29、29A、30、30A、31、32和33是图23A中所示升降器的透视图，并显示了按照本发明的方法步骤；图34A是按照本发明的升降器的顶视图；以及图34B是图34A中的升降器的侧视图。
具体实施例方式
图1A至1C显示了US4,458,768(其在此结合以便参考)所公开的现有技术钻井设备和顶部驱动系统10。
图1A至1C中所示的现有技术钻井设备10包括布置在井筒12之上的井架11，井筒12由布置在钻柱13末端的钻头(未显示)钻出，钻柱13通过常规手段形成为以端对端方式通过螺纹连接件14互连在一起的一系列事先预备的钻杆组。钻柱13通过与其上端相连的顶部驱动钻探电机16关于它的纵轴线15旋转。钻柱和顶部驱动钻探电机16由升降装置17所支撑并适于上下发生移动，所述升降装置17包括定滑轮18、动滑轮19、从定滑轮18支承动滑轮19的缆绳20，以及用于卷进或卷出缆绳20以便提升或降低动滑轮19的动力传动绞车。吊钩21从动滑轮19下垂，吊钩21的下面悬挂有顶部驱动钻探电机16，并具有适于打开以便连接和断开顶部驱动钻探电机16的闸门121。顶部驱动钻探电机16和挂钩21在其上下移动期间被两个平行的细长导轨22和23所引导，这些导轨对滑架24和滑架25进行接合和引导，滑架24上布置有顶部驱动钻探电机16而滑架25上布置有动滑轮。
两个导轨22和23优选是从各个导轨的上末端延续到其下末端的H型部件。导轨22和23具有上部区域，该上部区域从井架11的上端延伸到中间井架位置，并与井架11刚性相连以便保持为纵向笔直延伸和彼此平行且平行于钻井轴线15的状态。在中间井架位置之下，两个导轨22和23具有彼此平行延伸的第二部分或区域，其持续向下到达位置27，并由两个枢轴连接件所固定以便相对于上部区域且关于水平轴线发生摆动。可以使用倾斜的小鼠洞30(图1B)。单个的钻杆部分可以在该小鼠洞中组装成具有三个部分的钻杆组。
导轨22和23具有最下面的第三区域，该第三区域由第二区域所携带以便在竖直位置与倾斜位置之间随其摆动，同时被连接件31和32所固定以便关于两个轴线33和34发生水平摆动，轴线33和34彼此平行且平行于第二区域的纵轴线。
两个枢轴连接件31和32包括与第二区域刚性相连的两个平行固定管子或管路37和38。导轨的两个第二区域适于通过活塞和汽缸机构45在竖直位置与倾斜位置之间得以动力驱动，该活塞和汽缸机构的汽缸与井架的水平延伸固定部分相连，而它的活塞杆反作用于枢轴连接件31的管状元件37。
与动滑轮19相连的滑架25包括两个框架56和57，该框架分别部分地关于导轨22、23而延伸并可旋转地携带有辊58，所述辊58以下列方式容纳和接合在不同导轨区域的前后凸缘59之间将滑架25有效地定位为防止相对于导轨结构的纵轴线作横向移动，并引导滑架仅仅沿着导轨纵向地移动。
顶部驱动钻探电机16被布置在滑架结构24上，动力单元61用于旋转钻柱，而常规的旋转接头62用于将钻井液输送给钻柱。
钻探组件的动力单元61包括具有下部锥形外螺纹的管子部分，该外螺纹构成销并与钻柱13的上端螺纹相连以对其进行驱动。在许多情况下，常规的转换接头72和较短的“短管”73在动力单元62之下直接连接到钻柱中。管子部分70在它的上端具有锥形内螺纹与旋转接头62的旋转杆75相连。杆75与钻柱一起相对于旋转接头62的主体76而转动，该主体76由与动滑轮19的挂钩21相咬合的挂钩77不可旋转地进行支承。钻井液通过柔性入口管78输送到旋转接头，该入口管78的第二端在大大高于钻台的上升位置79与井架相连。为了驱动管状轴70，动力单元61包括有电动机。
图2显示了顶部驱动钻探装置100，其包括悬挂在井架112(与图1A中的钻机和井架相类似，具有如图1A中所示的多个部件等)中的顶部驱动钻探单元120。连续循环系统(CCS)130布置在钻台114上。
CCS130可以是任何已知的连续循环系统，在一个方面，它是可从Varco国际公司购买到的CCS系统。作为选择，该CCS可以是图6A至图7中所示的类型。
升降器140悬挂在顶部驱动钻探单元120下面。可选择地，连接工具装置200悬挂在顶部驱动120之下。连接工具装置200包括管夹持器150，而升降器140从管夹持器150下垂。对于管夹持器150而言，可以使用任何适当的管夹持器，或者作为选择，可以使用如同时待决PCT申请No.PCT/GB05/所公开的管夹持器，该申请同属于本案的申请人且基于2004年11月30提交的标题为“管夹持器和顶部驱动系统(Pipe Gripping And Top Drive Systems)”的美国专利申请US No.10/999,815。管夹持器150从顶部驱动钻探单元120下垂并具有通常称之为挂钩118的连接件，而升降器40利用活动臂124从管夹持器150下垂。
上述管夹持器装置可以仅仅夹住管子并禁止管子发生旋转，或者可以是活动的管夹持器装置，具有用于夹住管子并作为旋转器旋转管子的驱动机构，和/或具有完善管子部分之间的螺纹连接的扭转以使连接理想化的高转矩能力。可以提供本领域所公知的扭转转数监测装置譬如Franks系统，来确保连接得到适当的完成以及不会发生对螺纹的约束。
升降器40优选是具有两个对置入口的类型，这两个入口具有相互作用的两个连接装置以便升降器的任何一侧都可以打开。由此，该升降器可以在一侧打开以允许钻杆进入到升降器的喉部，并从相反一侧退出升降器。在某些例子中，这类升降器具有两个对置的、可选择性进行释放的锁合机构以及两个对置的处理凸出物。
在一个实施例中(参看图3)，各个连接件80具有穿过升降器40相应孔眼82的下部81，以及带有两个间隔管状部分84、85的顶部区域83，这两个管状部分容纳下部81的相应部分86、87。可选择地，连接件80具有中空的顶部管状元件88，其可相对于管子引导装置50移动并与管状部分84、85相连。
图3中所示的升降器40具有两个主体元件89，它们各自具有用作提升点的孔眼82。各个主体元件89的内部凹槽83具有渐细部分90，由升降器40所保持的管子的一部分抵靠着该渐细部分90进行搁置。各个主体元件89包括可选择性接合的锁合机构91，该锁合机构91与另外一个主体元件89上的相应锁合结构92相配合。各个锁合机构91包括凸出的手柄或臂93。可选择地，各个主体元件89包括第二手柄或臂94，由此帮助升降器40的处理和/或锁合机构91的操作。
图4至图6显示了具有顶部驱动钻探单元102的系统100。主连接件104将顶部驱动102与支承系统120的孔眼121相连。管子夹持系统110与支承系统120相连且由其进行支承。保护接头160与顶部驱动钻探单元102的转子(未显示)相连。保护接头160螺纹连接于钻柱108的顶部钻杆106。保护接头160被设置为被管子夹持系统110所抓取和进行旋转。在一个方面，与上述升降器40或按照本发明以下所述升降器相类似的升降器(未显示)处于管子夹持系统110的下面。该升降器与管子夹持系统110相连，并在一个具体示例中如同上述的升降器40和管子夹持系统50那样进行连接。
各个孔眼121具有可移动互锁的锁合装置122，其能够选择性地打开以便容纳下环104a。各个孔眼121具有带轴杆125的主体123。可选择地，弹簧126套住轴杆125的顶部，并用作旋转装置来将保持机构150环绕于连接件104旋转以便释放连接件104。双头螺栓127钉住弹簧126的下端并将其保持固定在轴杆125上的合适位置。
如图5A中所示，保持机构150具有卡箍(housing)151，该卡箍包括与两个板元件152相连的上板151a和下板151b。卡箍151与从管子夹持装置110向上延伸的一对轴杆125相连。各个板元件152具有敞开的喉部155，主连接件104的部分可释放地布置于其中。该敞开的喉部由通过一块金属板(尽管也可以使用其他任何合适的材料)整体形成的两个指状件157a和157b以及其余板元件所限定。各个板元件152在轴杆125的顶部枢轴转动。为了选择性地避免这种枢轴转动，销156b插入每个板元件152。在活塞/汽缸装置156a的杆的端部中心布置有轭板156，活塞/汽缸装置的汽缸与卡箍151相固定而它的活塞杆穿过上板151a和下板151b。轭板156具有两个端部，它们各自连接于销156b的顶部。当杆缩回到活塞/汽缸156a时，销156b穿过各个板元件152上的孔以便将板元件152锁定就位。所述板元件具有至少一个孔，用于当连接件和管子夹持装置纵向下垂且与钻井中心成一条直线时将其相对彼此而锁定。由此，当钻杆组发生旋转时，反作用扭矩通过连接件104吸收。图5A至5C显示了被降低为与钻井中心成一条直线、或者至少与待连接至钻柱的钻杆组成一条直线的管子夹持装置。主连接件104被保持在喉部155中，该喉部足够得深以致图5A中所示的主连接件104在处于图5A所示的位置时不能够从喉部155移出。当汽缸156a提升板156时随着螺栓156c的拆除，元件152得以自由地枢轴转动，由此主连接件104如图6中所示能够自由地从喉部155移出，此时经过支承系统120的管子夹持装置110和卡箍151尤其可以用作背钳，从而将源自活动管子夹持装置的反作用扭矩进行传递，该反作用扭矩可使保护接头160和/或单个钻杆或钻杆组106发生旋转。
支承系统120具有活塞/汽缸128用于上下移动夹持系统110。活塞杆128d的上端与孔眼121的主体123相固定，而外壳132的下端与管子夹持装置110的主体129相固定。与主体129相连的可选性保护栏栅131包围住管子夹持系统110的周边部分，由此特别对管子夹持装置的多个部件进行保护。安装杆128c在相应的管状部件128a中移动。该安装杆是高强度结构以便承受来自管子夹持装置110的反扭矩。
图5B显示了整个保护接头160，其未与顶部驱动的转子(未显示)相连接。图6显示了相对于连接件104枢轴转动的板元件152和管子夹持装置110，该管子夹持装置移动远离保护接头160和钻杆106的纵轴线并与其基本平行地悬挂。选装的滑动件131a是装置110通过装置，当管子夹持装置110下降时可以与滑动件131a发生接触(譬如，CCS系统)。
图6A-22B显示了按照本发明的一些方法步骤及按照本发明一些实施例的装置。图6A-14显示了按照本发明用于将管子置入井筒的一种方法；而图15A-22B显示了按照本发明用于将管子拉出井孔的一种方法。
如图6A和6B中所示，显示了具有从顶部驱动20a下垂的连接件104a的顶部驱动系统10a(与图4-6中所示的装置相类似)。连接工具装置200包括支承装置202和管子夹持装置210(与管子夹持装置110相类似)。类似于上述升降器140的升降器230从管子夹持装置110下垂。升降器230具有两个对置的升降器半部231、232。升降器230显示为处于开启位置以便容纳、包围和支承一节钻杆或钻杆组206。在一个具体实施例中，为了启动图15A-22B所示的步骤次序，钻探人员控制台(参看图2，控制台DC)上的钻探人员按下选定的按钮，程序开始执行。
如图6C和6D中所示，钻杆206已经被(井架工手动或管子处理机械)提升到升降器230中，并且升降器230被关闭以包围钻杆206(譬如，井架工使用液动系统来将升降器半部231、232关于钻杆主体关闭)。
图6E显示了钻杆206被提升为离开钻台的位置并到达连续循环系统240(参看图7A)上方的位置，该连续循环系统可以是在此所提及的任何连续循环系统。如图6E中所示，与图6B相比，升降器230已经被移动到夹持器系统210的下面，而钻杆206与保护接头260(与保护接头106或在此提及的任何保护接头相类似)的纵轴线基本成一条直线。这种对准通过活塞/汽缸装置208的端部208a(也如图6)与连接件214的过中心连接而得以促进。装置208将升降器230推向图6B中所示的位置。活塞/汽缸装置208的另外一端208b与夹持器系统210相连。升降器230由于它的自重和钻杆的重量而降低到图6E中所示的位置。连接件214与防止其移动经过图6E中所示位置的止动器208f相衔接，而端部208a的过中心连接帮助将升降器230和钻杆206保持在图6E中所示的位置。
随着钻探人员将钻杆206如图4中所示提升到升降器140中，管子引导装置242的管子支架244如图7A中所示利用活塞和汽缸装置而提升到钻杆206，从而将管子支架244移动更靠近钻杆206。可选择地，钻工帮助将钻杆206移动到管子支架244中。如图7A中所示，管子引导装置242被安装在连续循环系统(CCS)240的顶部。CCS240在钻台上被设置在与图2中所示CCS30相同的位置。
图7A至7C中所示的管子引导装置可以是同属于本案的申请人且基于标题为“用于井筒操作的方法和装置”的美国专利申请的共同待决PCT申请No.，以及2004年11月30日提交的已转让美国临时申请No.60/631,954和2005年7月7日提交的美国申请No.11/176,976所公开的类型，其中尤其公开了一种用于引导管子的装置，该装置包括基座、从所述基座延伸的第一延伸元件、可枢轴转动地固定于第一延伸元件的第二延伸元件，以及与第一延伸元件相连接的管子支架。
如图6C中所示，下部的封井器组269处于对井筒中钻柱209的顶部进行密封的闭合状态。全封闭式封井器组268在钻柱的顶部之上进行密封从而形成下部腔室(未显示)。该腔室(未显示)配备有对来自泥浆振动筛、离心机等的清洁钻探泥浆进行供应的钻探泥浆管路(未显示)，所述钻探泥浆获之于从环形通道所返回的、混有固体的钻探泥浆，所述环形通道形成在井筒与通过井筒的管子之间。因此钻探泥浆循环通过下部腔室进入钻柱顶部中。
图7B显示了钻探人员降低顶部驱动由此降低升降器140和钻杆206，从而在利用管子引导装置242将钻杆206与CCS240正确对准之后，将钻杆插入到CCS240中。CCS240的缓冲器246选择性地抓取钻杆。如图6C中所示，可选择地，缓冲器246中的卡爪(未显示)靠近钻杆206并抓住它。如图6C中所示，可选择地，缓冲器246中的卡爪(未显示)接近并抓住钻杆206，这时钻杆的底端206a仍未与钻柱209相连而它的上端保持处于系统240中。上部封井器组270对钻杆206进行闭合和密封。钻杆206的底端206a停靠在闭合的全封闭式封井器组的顶部(如水平虚线241所示)，或是略微保持在系统240的中部压力室之上。
图8和图9显示了将保护接头260的下端与钻杆206的上端206b相连的步骤。如图8中所示，保护接头260被设置为下降至钻杆206。顶部驱动20a和连接工具装置200被下降穿插保护接头260的下端260a，并进入钻杆206的顶端206b。在图9所示的位置，夹持器系统210的卡爪并未抓取该花键部分260c。
在缓冲器246保持钻杆206的同时，顶部驱动20a旋转保护接头260，从而建立保护接头260与钻杆206之间的连接。
接着，返回的钻探泥浆被转换为流经旋转接头(未显示，但类似于图1C中的旋转接头62)，经过保护接头260进入钻杆206，然后进入上部封井器270与全封闭式封井器268之间的上部腔室(未显示)。
全封闭式封井器268被打开，由此上部和下部腔室中泥浆的压力相等。钻杆206被降低到顶部驱动120上，而顶部驱动120旋转钻杆206以便对其连接进行旋转和扭转。作为选择，在CCS240处于上部封井器270上方的顶部上提供有管钳，或是利用夹持器单元150来旋转和/或扭转连接。可以从上部和下部腔室抽出剩余的钻探泥浆，而上部和下部封井器270、269被打开并重新开始钻探过程。如果钻杆206包括三个管子的组合，在通过首先启动下部封井器269以密封钻井中钻柱的顶端从而重复上述过程之前，钻探可以持续进行10m左右。
如图10A和10B中所示，升降器入口231和232被打开，升降器230通过对活塞和气缸装置141的启动在活动臂24上摆动而不与钻杆206相咬合，由此远离井筒的中心线。升降器入口231和232可以远程开启，或是钻工手动地打开升降器入口231和232。然后，升降器入口231和232可以打开或关闭，并围绕穿过井架顶部滑轮并到达一绞盘(未显示)上的拖拉器缆绳250关闭。通过绞动拖拉器缆绳250，从挂钩118下垂的连接装置200摆动偏离于井筒的中心线，由此升降器140将其自身放置在连接于拖拉器缆绳250端部的支座254上，并拉动连接工具装置200使其如图14中所示不与井筒中心线成一条直线，从而允许钻杆降入到CCS240中以将钻柱顶部定位在下部封井器上方但处于全封闭式封井器下方。在此阶段，钻柱发生旋转并沿着井筒下钻。此时通过启动顶部驱动而将保护接头260与钻柱断开。
连续循环系统240在建立连接(即，保护接头与钻杆的连接)期间维持井筒中的流体循环。主体239与连接件214相连的弯曲或倾斜部分239a促进主体239与连续循环系统240之间的接触、以及主体239在发生接触情况下经过连续循环系统240的移动。拖拉器缆绳250的下端与固定器252相连，该固定器具有位于升降器230之下的下部254并具有直径大于升降器230的部位，由此拖拉器缆绳250得以相对于升降器230进行固定和保持就位。可选择地，动力系统104b(在图14中概略性显示)将连续循环系统240移开，而不用使用拖拉器缆绳。
图15A、15B和16显示了按照本发明用于将钻杆拉出井筒的方法的开始。为了将升降器230锁合在钻杆206(钻杆组的顶部件)上，升降器230的后侧235被打开，升降器逆着装置208的力而降低(图15A、15B)，然后升降器移动到钻杆206上(譬如通过钻工和/或通过打开装置208)。
如图17中所示，夹持器系统210的卡爪211、212已经围绕保护接头260的花键部分260c闭合，并在连续循环系统240的缓冲器246保持钻杆206期间并未夹住保护接头260的花键部分260c。在图17中所示的步骤之后，管子夹持器系统210被降低，以致其卡爪夹住钻杆206然后断开保护接头/钻杆的连接。液压缸装置200c将管子夹持装置210向下移动。优选地，缓冲器246包括加扭矩的管钳(未显示)。接着，卡爪211、212进行移动以与保护接头260的花键部分相对准。管子夹持装置210可以是主动的并旋转保护接头260，或者可以是被动的仅仅保持住被旋转固定的保护接头260，并允许源自缓冲器246中管钳装置的转矩来旋转钻杆。管子夹持装置210将反作用扭矩传递给连接件104，该反作用扭矩用于保持保护接头旋转地固定经过支承系统202。一旦连接被断开，顶部驱动20a旋转(转动)保护接头206，从而将保护接头260与钻杆206完全断开。如图18中所示，钻杆206已从缓冲器246被释放，顶部驱动20a和连接工具系统200从钻杆206上升离开，而钻杆206仍然处于升降器230中且其底端206a处于如图7C中所示的位置。接着，钻探人员通过顶部驱动系统拾取钻杆组，将管子引导装置242部署在系统240的中心上方，通过管子引导装置242的支架244抓住钻杆，然后如图19中所示利用管子引导装置242将钻杆组移动离开系统240。
如图20A、20B中所示，单个钻杆或钻杆组接着被提升到连接件214上并与钻井中心不成一条直线，然后借助顶部驱动降低以致其底端停靠在钻台14a上。
如图21A、21B中所示，升降器230的前部233由钻工打开，该钻工将钻杆206拉出升降器230以便排列在井架的指梁中。如图22A、22B中所示，升降器230是闭合的。
图23A-23L显示了按照本发明的双侧面升降器330(与升降器230相类似)，该升降器具有两个侧主体331、332，它们可以利用锁合机构341、342(在一些例子它们都是可任选的)选择性地进行开启或闭合。臂351、352分别从侧主体331、332延伸。如图23D中所示，升降器330的前部333是打开的，而如图23E中所示，升降器330的后部335是打开的。
图23C更为具体地显示了锁合机构341、342的部件。为了释放锁合机构341，销379被拆除并将前部释放手柄362关于销362a拉动，这样它的端部363释放元件365的凸出件364，由此通过允许两个侧主体331、332关于将其固定在一起的销367发生转动而释放锁合机构341的铰接/锁合件392、并使前端333打开。手柄362关于销362a枢轴转动，该销362a将手柄362与侧主体331相固定。通过处于升降器后部的活塞系统(类似于以下所述的活塞420)的作用，升降器330被打开。
包括杆371(其通过销372可枢轴转动地安装到侧主体332上)的铰接/锁合钩组件370具有由弹簧374向外施压的端部373，所述弹簧部分处于侧主体332的凹槽374a中并具有与杆371的端部373相衔接的外端。销375将滚轮375a钉在杆371上。其第一端处于侧主体331的凹槽369a中的弹簧369具有第二端，该第二段衔接端部363并将杆371向外推动。
当销379就位时，可以通过拆除销361并拉动关于销368枢轴转动的后部释放手柄381，来打开升降器330的后端335。拉动手柄381导致拉动分离杆382，该分离杆延伸经过贯穿侧主体331的槽道383，并具有通过销385可枢轴转动地连接于释放元件386的端部384。处于侧主体331的凹槽387a中的弹簧387抵抗分离杆382的拉动，并将分离杆382推向后端335。分离元件386由于分离杆382的拉动所导致的运动使元件389的凸出件388发生移动，释放锁合机构342的铰接/锁合组件390并允许两个侧主体331、332关于将其固定在一起的销391发生转动从而使升降器330的后端335打开(如下所述，由具有活塞420的液压系统协助)。在一个方面，后部释放手柄和后部锁合机构都是任选的。
可选择地，嵌件393设置在侧主体331、332的相应凹槽393a中，用于接触和促进升降器330中管状元件(譬如套管、油管、导管、钻杆、钻环等)的保持。这些嵌件可以是用于促进管子主体滑动的垫片，这样升降器的竖柱或盒体能够沿着管子主体滑动，直至过大的盒体或竖柱碰撞并坐落在升降器330的顶部。
包括杆402(其通过销403可枢轴转动地安装于侧主体332上)的铰接/锁合钩组件401具有由弹簧405向外施压的端部404，所述弹簧部分地处于侧主体332的凹槽405a中并具有与杆402的端部404相衔接的外端。销406将滚轮406a(类似于滚轮375a)固定在杆402的端部407上由此固定于侧主体332。
图24A和24B显示了铰接/锁合组件392，其具有上部铰接/锁合主体411；贯穿孔356、357的活塞杆枢销412，所述孔与活塞杆420a的端部相连；下部铰接/锁合主体413；前部铰接/锁合主体414；当活塞420推动组件392时用于关闭升降器的凸出件415，但是该凸出件415与滚轮375a共同作用以在元件364衔接侧主体331的部件之前防止锁合机构完全接合。在本发明的范围内，可以取消活塞420或活塞420a及其附属的装置、线路和机构。元件365的轴杆365c凸出穿过组件主体411的孔416b。元件365具有主体365a，该主体具有凸出板411之外的顶端365d。凸出件365b从主体365a凸出。凸出件364可容纳在手柄362的端部363的凹槽363a中(参看图23K)。主体365a的下部365e的凹槽365f容纳锁合主体414的凸块353(参看图24E)。主体365a的轴杆部分365g被容纳在下板413的相应孔413b中。贯穿孔355并延伸到(部件356的)孔356a和(部件357的)孔357a的螺栓354将主体414固定于板411、413。后部锁合装置390具有与前部锁合装置392相类似的部件，并且后部锁合装置390如图24C和24D所示的部件与图24A、24B和24E中所示的相应部件相类似，其中相同的附图标记用来表示相类似的部件(譬如，图24C和24D中的部件414s类似于图24A和24B中的部件414，而部件411s类似于部件411)。
活塞420处于升降器330的侧主体332内并选择性地移动组件392以便锁闭升降器。液压动力流体通过臂352的槽道和侧主体332(的槽道337、338和339)以及活塞420a的端口1、2进行供应。类似的活塞装置420d锁闭升降器的后侧335。
图25到33显示了按照本发明用于开关升降器330的一些方法中的步骤。
销361、379延伸经过侧主体331的上板421和下板422上的孔。
如图25中所示，升降器330在两端都被关闭、锁合和锁定。如图26A和27A中所示开始打开前端333。
如图27中所示，升降器330的前端333是打开的。通过弹簧369向外推动端部363的力，前部释放手柄362返回到其初始位置。后部铰接/锁合组件390获得完全旋转，并用作铰链以使侧主体331、332枢轴转动。
图28显示了升降器330的前端333打开时，开始对其进行闭合。
图29显示了升降器正在继续闭合过程。升降器330如图30和31中所示地那样继续闭合。如图32和33中所示，侧主体331得到关闭且升降器被锁合。
如图25中所示，升降器330被关闭、锁合和锁定。销379保持就位并防止手柄362发生移动。来自具有阀、容器管线和压力下流体入口管的压力系统PS的压力被供应给活塞420和420a，活塞420和420a试图缩回并在允许的情况下打开升降器330(即，升降器在此状态被偏压打开)。压力下流体通过端口2和4供应给活塞420和420a；但是如图25中所示，活塞420和420a受到限制且(在被释放之前)不能够打开升降器。
如图25A中所示，销379已经被拆除从而释放手柄362。拉动手柄362使得手柄362移向和抵靠弹簧369，并将手柄362的端部363与锁合机构342的铰接/锁合组件392的元件365的凸出件364相接触。元件365的移动导致将凸出件365b与主体331的凹槽331a分离。由此，组件392被释放并允许关于销391发生旋转，由此启动升降器330的开启(参看图26)。
图26B显示了随着组件392继续关于销391旋转升降器的开启。活塞420取消对组件392的旋转。此时，元件365继续旋转且其部件365e与组件370的滚轮375a相接触。手柄362已经被移回到它的静止位置。
如图26A中所示，在后部锁合机构341的铰接/锁合组件390被锁定和锁合的情况下，当活塞420a缩回时，升降器330随着侧主体331、332关于销367的枢轴转动而开启。当升降器开启时，这两个侧主体相对彼此而移动。供应给端口4的压力下流体使得活塞420a缩回。
如图27和27A中所示，升降器330是打开的且活塞420a被完全缩回。
譬如如图25A中所示，活塞420的端部420e具有槽缝420s，销412能够在该槽缝中移动(或者换言之，槽缝420s能够关于销412移动)。锁合组件392进行旋转而销412在锁合组件392上具备固定的位置。当锁合组件392旋转时，销412的中心线的位置并不与活塞420的中心线成一条直线。槽缝420s允许销412以期望弧度进行移动从而对活塞420的移动进行调节。作为选择，活塞可以安装到(譬如连接到)侧主体上，因此它为了所述调节而移动。
图29显示了启动升降器30的闭合。如图29A中所示，活塞420延伸，旋转组件392直至前部铰接/锁合主体414的凸出件415锁定地接合组件370的滚轮375a，从而防止组件392始终发生旋转以执行锁合和闭合。由此，如果需要，组件392的运动受到限制，直至后面一个时刻部件365b重新处于进入凹槽331a的位置以便锁定升降器。在阀VA关闭的情况下，压力下流体通过端口1和3从压力系统PS供应给活塞420a。活塞420a的延伸使得升降器330闭合。
图30和30A显示了升降器330随着元件365接触于侧主体331而接近闭合的状态。元件365的部件365e克服弹簧374与组件370的滚轮375a相接触并将组件370移动脱离与凸出件415的接合。这样允许汽缸420发生延伸并推动组件392以使组件392旋转就位。在一个方面，通过操作者按下控制台上的按钮以触发阀将压力下流体供应给端口1和3或端口1-4，闭合过程得到启动。
图31显示了当升降器闭合时，组件392由于活塞420的驱动而发生的旋转。图32显示了组件392在锁合之前的旋转。图33显示了升降器330的锁合。为了进行锁合，元件365发生旋转以致凸出件364进入手柄362的端部363的凹槽363a，然后弹簧369的抓力将凸出件365b推入凹槽331a。在此位置，组件392被防止转出而升降器330获得锁合。为了锁定升降器330，重新安装销379以防止手柄362的移动。如图27中所示，当组件392完全缩回时，主体365a的顶端365d与侧主体332相接触。这样使得元件365定位在为后续闭合作好预备的位置。组件370与部件365e发生接触。在譬如图29的开始闭合步骤的过程中，顶端365d不再接触侧主体332而元件365自由发生旋转。锁合主体414上的凸块353被定位在凹槽365f中。在凸块353容纳其中的情况下，凹槽365f被确定尺寸和定位，由此防止元件365发生过度旋转及停止在错误位置上。
图34A和34B显示了升降器330各侧上的钩环230a与杆230r-230u的抵靠是如何提供将升降器330保持在譬如图6B(如图34B中所示)和图10B(如图34B中虚线所示)所示的期望方位的。如图34B中所示，在钩环230a衔接于杆230s的情况下，升降器得以保持在图6B中所示的位置。如图34B中虚线所示地，一旦升降器被移位，由于钩环230a被杆230u所衔接，升降器不能够前进到比图10B中所示位置更远的位置。
权利要求
1.一种井筒操作中所用的升降器，该升降器包括具有前端和后端的第一主体元件(331)和具有前端和后端的第二主体元件(332)，这两个元件共同形成用于容纳管子的喉部；用于将所述前端可释放地连接在一起的的前部释放装置(392)；以及用于将所述后端可释放地连接在一起的后部释放装置(342)；其特征在于，该升降器还包括致动装置(362，381)，用于对前部释放装置(392)或后部释放装置(342)中的所选之一选择性地进行操作。
2.如权利要求1的升降器，其中所述前部释放装置(392)包括第一锁合装置(365，502)，其用于将第一前端和第二前端选择性地锁合在一起。
3.如权利要求1或2的升降器，其中所述后部释放装置(342)包括第二锁合装置(389)，其用于将第一后端和第二后端选择性地锁合在一起。
4.如权利要求1或2或3的升降器，其中所述致动装置(362，381)包括手柄装置，该手柄装置与主体元件(331，332)中的至少一个相连并可进行操作以触发第一和第二释放装置(392，342)中的至少一个。
5.如前面任何一项权利要求的升降器，其中所述致动装置(362，381)包括第一手柄(362)和第二手柄(381)，该第一手柄可相对于第一主体元件(331)移动，该第一手柄(362)可移动以对前部释放装置(392)选择性地进行操作，该第二手柄可相对于第一主体元件(331)移动，该第二手柄(381)可移动以对后部释放装置(342)选择性地进行操作。
6.如权利要求5的升降器，其中所述第一手柄(362)和第二手柄(381)中的至少一个可围绕一销运动，从而对其相应的前部和后部释放装置(392，342)进行操作。
7.如权利要求5或6的升降器，进一步包括延伸经过第一主体元件(331)的杆(382)，该杆(382)在升降器前部与第二手柄(381)相连并在升降器后部与所述后部释放装置相连。
8.如权利要求4-7任何一项的升降器，进一步包括锁定装置(379，361)，其用于选择性地锁定闭合的升降器，并防止所述致动装置进行操作。
9.如权利要求8的升降器，其中所述锁定装置(379，361)包括活动销以便选择性地允许所述手柄(362，381)的运动。
10.如前面任何一项权利要求的升降器，进一步包括处于第二主体元件(332)中的第一启动装置(420，420a)。
11.如权利要求10的升降器，其中所述第一启动装置(420，420a)在一端相对于第二主体元件(332)固定，而另外一端(420e)可相对于第二主体元件(332)移动且固定于前部释放装置(392)以便在由所述第一致动装置(362)致动时移动第一锁合装置(365)。
12.如权利要求10的升降器，其中所述第一启动装置(420，420a)在一端相对于第二主体元件(332)固定，而另外一端(420e)可相对于第二主体元件(332)移动且固定于前部释放装置(392)以便在由所述第二致动装置(381)致动时移动主体元件(331，332)分开(365)。
13.如权利要求10或11的升降器，进一步包括第二启动装置(420，420a)，其在一端相对于第二主体元件(332)固定，而另外一端(420e)可相对于第二主体元件(332)移动且固定于后部释放装置(342)以便在由所述第二致动装置(381)致动时移动锁合装置(389)。
14.如权利要求10或11的升降器，进一步包括第二启动装置(420，420a)，其在一端相对于第二主体元件(332)固定，而另外一端(420e)可相对于第二主体元件(332)移动且固定于后部释放装置(342)以便在由所述第一致动装置(381)致动时移动主体元件(331，332)分开(365)。
15.如权利要求10-14任何一项的升降器，其中所述启动装置(420，420a)包括活塞和汽缸。
16.如权利要求15的升降器，其中所述至少一个活塞和汽缸(420，420a)具有完全的冲程长度，并具有保持装置(371，401)用于选择性地限制活塞和汽缸(420，420a)以禁止活塞和汽缸(420，420a)延伸到它们的完全冲程长度，这样前部和后部释放装置(392，342)得以定位成将主体元件(331，332)的端部适当连接在一起。
17.如前面任何一项权利要求的升降器，进一步包括处于第一和第二主体元件(331，332)内侧上的至少一个嵌件(393)。
18.如前面任何一项权利要求的升降器，进一步包括第一主销(391)和第二主销(367)，所述第一主销延伸经过第一主体元件(331)的第一前端、第二主体元件(332)的第二前端和前部释放装置(392)，且第一主体元件(331)和第二主体元件(332)可关于该第一主销(391)枢轴转动，所述第二主销延伸经过第一主体元件(331)的第一后端、第二主体元件(332)的第二后端和后部释放装置(342)，且第一主体元件(331)和第二主体元件(332)可关于该第二主销(367)枢轴转动。
19.一种用于提升管子并包括如权利要求15或其任一从属权利要求所述升降器的装置，该装置进一步包括与流体通道网络相连通的压力下流体源(PS)，以及用于将压力下流体从流体源供应给所述至少一个活塞和汽缸(420，420a)以便对延伸活塞连续偏压的流动控制装置。
20.一种在井筒操作中利用如前面任何一项权利要求所述的升降器处理管子的方法，该方法包括下列步骤触发致动装置以便对前部释放装置或后部释放装置中所选之一选择性进行操作，从而形成打开的喉部；将管状元件的一部分放入到升降器中；以及闭合升降器由此通过升降器来支承管状元件。
21.一种用于处理管子的方法，该方法包括下列步骤开启升降器的前部；围绕管子关闭升降器；将管子提升到钻井中心上方；将管子连接至井筒中的管柱；开启升降器的后部；以及将升降器摆动离开钻井中心。
22.如权利要求22的方法，其中在钻井中心设置有连续循环装置，管子提升到该连续循环装置上方并插入其内。
23.如权利要求22的方法，其中管子通过管子引导装置而导向进入到连续循环装置中，所述管子引导装置在延伸臂上与连续循环装置相连。
全文摘要
一种井筒操作中所用的升降器，该升降器包括具有前端和后端的第一主体元件(331)和具有前端和后端的第二主体元件(332)，这两个元件共同形成用于容纳管子的喉部；用于将前端可释放地连接在一起的前部释放装置(392)；以及用于将后端可释放地连接在一起的后部释放装置(342)；其特征在于，该升降器还包括致动装置(362，381)，用于对前部释放装置(392)或后部释放装置(342)中的所选之一选择性地进行操作。
文档编号E21B33/068GK101094966SQ200580045771
公开日2007年12月26日 申请日期2005年11月3日 优先权日2004年11月30日
发明者F·B·斯普林格特, E·T·恩斯利, D·A·贝内特, R·阿劳约 申请人:瓦克I/P公司