管状件操纵设备和方法

专利名称：管状件操纵设备和方法
管状件操纵设备和方法
背景技术：
地下井的钻探包括组装管柱，例如套管柱和钻柱，每一个管柱包括从钻机向下延 伸到井眼中的多个沉重、细长管段。管柱由多个螺纹接合的管段构成。传统上，工人使用劳动密集方法联接管段以形成管柱。这种方法包括使用工人，通 常为“扶套管入扣的钻工(stabber) ”和夹钳操作员。扶套管入扣的钻工以人工方式将管段 的下端与现有管柱的上端对准，夹钳操作员采用夹钳以使管段旋转，将其螺纹连接到管柱。 虽然这种方法是有效的，但是它是危险的、麻烦的和低效的。另外，夹钳要求多个工人正确 接合管段并且将管段联接到管柱。因此，这种方法是劳动密集的并且因此昂贵的。而且，使 用夹钳会要求使用危及到工人的脚手架或者其他类似的结构。其他人已经提出了利用传统的顶部驱动器组件来组装管柱的运行工具。该运行工 具包括操纵器，该操纵器接合管段并且将管段升起到动力辅助升降器中，动力辅助升降器 依赖于施加的能量来保持管段。升降器联接到顶部驱动器，顶部驱动器使升降器旋转。因 此，管段接触管柱，并且顶部驱动器使管段旋转并且将其与管柱螺纹接合。虽然这种工具提供了优于被用于组装管柱的、更加传统的系统的益处，但是它还 不利地存在缺点。一个这样的缺点在于，管段可能被升降器夹紧模损伤。另一个缺点在于， 传统的操纵器臂不能在无工人参与的情况下，移除单个接头管状部件并且将它们在管台上 放下。已经提出了其他工具来克服这些缺点。然而，这种工具经常不能操纵尺寸非均勻 的管状部件。当正被操纵的管状部件例如由于具有变化的壁厚或者不完美的圆柱度或者圆 形度而尺寸并不是理想的时，工具充分接合管状部件的能力降低。

发明内容
本发明包括一种用于操纵管状部件的设备，所述设备包括管状部件运行工具； 管状部件升降器；多个第一致动器，每一个第一致动器在运行工具和升降器之间延伸；和 多个第二致动器，每一个第二致动器在运行工具和第一致动器中的相应的一个之间延伸， 其中第一致动器和第二致动器中的每一个能以液压方式操作，其中所述运行工具包括带 有狭槽的部件，所述带有狭槽的部件具有多个细长狭槽，每一个细长狭槽沿着一定方向延 伸；凹进部件，所述凹进部件以可滑动方式联接到带有狭槽的部件，并具有多个凹进，每一 个凹进沿着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动部件，每一个滚动部件被保持在多个 凹进中的一个和多个细长狭槽中的一个之间。在优选实施例中，当位于所述多个凹进中的 相应的一个的浅端中时，所述多个滚动部件中的每一个部分地延伸通过所述多个细长狭槽 中的相邻一个，并且当位于所述多个凹进中的相应的一个的深端中时，所述多个滚动部件 中的每一个缩进到带有狭槽的部件的外周内。在一个实施例中，所述升降器包括带有狭槽的升降器部件，所述带有狭槽的升降 器部件具有多个细长狭槽，每一个细长狭槽沿着一定方向延伸；凹进升降器部件，所述凹进 升降器部件以可滑动方式联接到带有狭槽的升降器部件，并具有多个凹进，每一个凹进沿着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动升降器部件，每一个滚动升降器部件被保持在 所述多个凹进中的一个和所述多个细长狭槽中的一个之间，其中当位于所述多个凹进中的 相应的一个的浅端中时，所述多个滚动升降器部件中的每一个部分地延伸通过所述多个细 长狭槽中的相邻的一个，并且当位于所述多个凹进中的相应的一个的深端中时，所述多个 滚动升降器部件中的每一个缩进到带有狭槽的升降器部件的外周内。在另一实施例中，所 述运行工具被配置为以摩擦方式接合管状部件的外表面以足以向管状部件施加扭矩。在又 一个实施例中，扭矩至少是大约6780N-m (牛顿-米)(5000ft-lbs (英尺-磅))，而在一个 优选实施例中，扭矩至少是大约67800N-m(50000ft-lbs)。在另一实施例中，每一个第一致动器包括具有第一端部和第二端部的第一缸，其 中第一端部以可旋转方式联接到运行工具的第一附接点，并且第一杆从第二端部延伸并以 可旋转方式联接到升降器。在一个优选实施例中，每一个第二致动器包括具有第一端部和 第二端部的第二缸，其中第二缸的第一端部以可旋转方式联接到运行工具的第二附接点， 并且第二杆从第二缸的第二端部延伸并以可旋转方式联接到第一缸。在又一个实施例中， 所述管状部件包括井眼套管部件、钻柱管路部件、管道部件和套环管路部件中的至少一个。在进一步的实施例中，所述设备进一步包括与运行工具、升降器以及第一致动器 和第二致动器通信的控制器。在一个优选实施例中，所述控制器被配置为在升降器和管状 部件的接合期间使升降器以及第一致动器和第二致动器的操作基本自动化。在另一优选实 施例中，所述升降器被配置为接合管状部件的轴向中间部分的外表面，并且在更加优选的 实施例中，接合管状部件的至少两个不同的轴向中间部分。在又一个优选实施例中，所述控 制器被配置为在运行工具和管状部件的接合期间使运行工具、升降器以及第一致动器和第 二致动器的操作基本自动化。在另一实施例中，所述运行工具被配置为以摩擦方式接合管 状部件，其中当运行工具被与管状部件接合时，运行工具的一个部分与管状部件的端部形 成流体密封。本发明进一步包括一种操纵管状部件的方法，所述方法包括利用管状部件升降 器接合管状部件的轴向中间部分的外表面；操作在升降器和管状部件运行工具之间延伸的 多个连杆，以由此将管状部件的端部定位在运行工具内；和，利用运行工具接合管状部件的 另一部分的外表面，包括向在运行工具内的管状部件的端部施加轴向力。在一个实施例中，向管状部件的端部施加轴向力包括致动液压缸或者电致动器 以相对于夹持机构的外罩移动夹持机构的凹进部件，由此使得夹持机构的多个滚动部件每 一个均接合管状部件。在另一实施例中，所述方法进一步包括使管状部件升降器从管状部 件脱离；和使运行工具从管状部件脱离。在一个优选实施例中，使运行工具从管状部件脱离 包括去除施加到在运行工具内的管状部件的端部的轴向力。在进一步的实施例中，所述方 法进一步包括在管状部件被运行工具接合时，通过使运行工具旋转而使管状部件旋转，包 括向管状部件施加扭转力，其中扭转力不小于大约6780N-m(5000ft-lbS)。本发明还包括一种用于操纵管状部件的设备，所述设备包括用于接合管状部件 的轴向中间部分的外表面的装置；用于定位接合装置以由此在运行工具内定位被接合的管 状部件的端部的装置；和用于向在运行工具内的管状部件的端部施加轴向力以由此使管状 部件的另一部分的外表面与运行工具接合的装置，其中基于在这里描述的教导和示例性实 施例，本领域普通技术人员将理解用于接合的装置、用于定位的装置和用于施加的装置。


当与附图一起阅读时，根据以下详细说明，本发明得到最好的理解。要强调的是， 根据工业中的标准实践，各种特征未按照比例绘制。事实上，为了讨论清楚起见，各种特征 的尺寸可以被任意增加或者减少。图IA是根据本发明的一个或者多个方面的设备的至少一个部分的透视图。图IB-图IG是图IA所示设备在随后的操作阶段中的的透视图。图2是图IA-图IG所示设备的一个部分的截面视图。图3A-图3D是图IA-图IG所示设备在一系列操作阶段中的局部截面视图。图4是根据本发明的一个或者多个方面的设备的示意图。图5A是根据本发明的一个或者多个方面的方法的至少一个部分的流程图。图5B是根据本发明的一个或者多个方面的方法的至少一个部分的流程图。图5C是根据本发明的一个或者多个方面的方法的至少一个部分的流程图。图6是图2所示设备的实施例的一个部分的分解透视图。图7A和7B是图6所示设备的实施例的透视图。
具体实施例方式应该理解以下公开内容提供了许多不同的实施例或者示例以实现各种实施例的 不同特征。在下面描述了构件和布置的具体示例以简化本发明。当然，这些仅仅是示例而 非旨在限制。另外，本发明可以在各种示例中重复引用数字和/或字母。这种重复是为了 简洁和清楚而非在本质上规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。而且，在随后 的说明中，在第二特征上方或者在第二特征上形成第一特征可以包括直接接触形成第一特 征和第二特征的实施例，并且还可以包括另外的特征可以形成于第一特征和第二特征之间 而使第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。参考图1，示出根据本发明一个或者多个方面的设备100的至少一个部分的透视 图。设备100包括管状部件运行工具110、管状部件升降器120和连杆倾斜组件130。运行工具110被配置为接收并且至少暂时夹持、以摩擦方式接合或者以其他方式 保持管状部件105。例如，运行工具110可以被配置为夹持或者以其他方式接合管状部件 105的内表面、管状部件105的外表面或者管状部件105的内表面和外表面这两者，或者其 一些部分。运行工具110以摩擦方式接合或者以其他方式保持管状部件105的程度可以足 以支撑至少5吨的安全工作负载(SWL)。然而，用于运行工具110的其他SffL值也在本发明 的范围内。运行工具110以摩擦方式接合或者以其他方式保持管状部件105的程度还可以 足以将扭转力赋予管状部件105，例如可以从顶部驱动器或者钻柱的其他构件通过运行 工具110传递。在一个示例性实施例中，可以经由运行工具110施加到管状部件105的 扭矩可以是至少大约6780N-m(5000ft-lbs)，其可以足以“构成”在管状部件105和另一 管状部件之间的连接。可以被施加到管状部件105的扭矩可以另外或者可选是至少大约 6780N-m (50000ft-lbs)，这可以足以“断开”在管状部件105和另一管状部件之间的连接。 然而，其他扭矩值也在本发明的范围内。
管状部件105可以是井眼套管部件、钻柱管路部件、管道部件、套环管路部件和/ 或其他管状元件。管状部件105可以是单个管段，或者预组装的双重或者三重管段。在一个 示例性实施例中，管状部件105可以是或者包括套环或者一体接头或者螺纹管道的一个、 两个或者三个管段，例如可以作为管路、套管或者钻柱的一个部分利用。作为替代，管状部 件105可以是或者包括管线的管段，例如可以在液体和/或流体材料的输送中利用。作为 替代，管状部件105可以是或者包括一个或者多个其他管状结构部件。管状部件105可以 具有环状截面，该截面具有基本筒形、矩形或者其他几何形状。在一个示例性实施例中，运行工具110的至少一个部分基本类似于在于2007 年1月4日提交的、名称为“Tubular Handling Device"的共同转让的美国专利 No. 7，445，050(申请号No. 11/410，733)和美国专利申请No. 11/619,946中描述的管状部 件运行工具或者操纵设备，每一篇文献均通过对其特意进行引用而由此在这里以其整体并 入。例如，在以上并入的参考文献中描述的设备的一个或者多个操作原理、构件和/或其他 方面可以在本发明范围内的运行工具110的一个或者多个实施例内得以实现。运行工具110被配置为由顶部驱动器或者钻柱段或者构件接合或者与其以其他 方式对接。例如，如在图IA所示的示例性实施例中所概略表示的，运行工具110可以包括 对接装置112，对接装置112被配置为与套筒、外罩和/或顶部驱动器的其他构件或者钻柱 的构件匹配、联接或者以其他方式对接。在一个示例性实施例中，对接装置112包括通常在 钻探操作中采用的标准箱销联接器的一半。然而，其他对接装置也在本发明的范围内。升降器120也被配置为接收并且至少暂时夹持、以摩擦方式接合或者以其他方式 保持管状部件105。例如，升降器120可以被配置为夹持或者以其他方式接合管状部件105 的内表面、管状部件105的外表面或者管状部件105的内表面和外表面，或者其部分。升降 器120以摩擦方式接合或者以其他方式保持管状部件105的程度可以足以支撑至少5吨的 安全工作负载(SWL)。然而，用于升降器120的其他SffL值也在本发明的范围内。在一个示例性实施例中，升降器120的至少一个部分基本类似于在共同转让的代 理人案号为No. 38496. 22的、于2007年4月25日提交的、名称为“Tubular Running Tool” 的美国专利申请No. 11/410，733和/或代理人案号为No. 38496. 17的、于2007年1月4日 提交的、名称为“Tubular Handling Device”的美国专利申请No. 11/619,946中描述的管 状部件运行工具或者其他操纵设备，或者具有一个或者多个类似的方面或者操作原理。然 而，在本发明范围内的其他配置中，作为替代升降器120可以包括一系列的底托、垫片和/ 或被配置为围绕管状部件105的外表面沿着径向压缩并且由此保持管状部件105的其他摩 擦部件。虽然运行工具110和升降器120这两者均被配置为接合管状部件105，但是通过工 具的径向放大使得放大的管状元件10 能够不受阻碍地进入工具110中，运行工具110被 配置为和/或能够被控制为接合管状部件105的端部部分105a，由此工具的夹持元件在减 小的部分105c中接合管道。然而，升降器120被配置为和/或能够被控制为接合管状部件 的轴向中间部分10恥。例如，运行工具110可以被配置为接合经常由传统的钻探接头展示 的径向放大肩台，而升降器120可以被配置为接合接头的其余长度的较小直径。连杆倾斜组件130包括托架140 ；两个致动器150，每一个致动器150在运行工 具110和升降器120之间延伸；和两个其他的致动器160，每一个其他的致动器160在托架140和致动器130中的相应的一个之间延伸。可替代的方案能够在枢轴150a的端部上包括 与线性致动器150相结合的旋转致动器。例如通过包括结构环或者钩，每一个致动器150、 160的端部可以被配置为是能够旋转的，可以通过结构环或者钩紧固销钉或者其他联接装 置。因此，致动器150的端部150a可以被以可旋转方式联接到运行工具110或者联接到运 行工具110的中间结构，并且致动器150的相对端部150b可以被以可旋转方式联接到升降 器120或者以可旋转方式联接到被联接到升降器120的中间结构。类似地，致动器160的 端部160a可以被以可旋转方式联接到托架140，并且致动器160的相对端部160b可以被 以可旋转方式联接到致动器150或者被以可旋转方式联接到被联接到致动器150的中间结 构。在图IA所示的示例性实施例中，每一个致动器160的端部160b以可旋转方式联 接到相应的托架155，相应的托架155的位置在致动器150的端部150a、150b之间的中间位 置处相对于相应的致动器150固定。每一个托架155可以具有U形轮廓，或者被配置为接 收并且以可旋转方式联接相应的致动器160的端部160b。如在图IA中所示，托架155可以 经由一个或者多个螺栓156而被联接到相应的致动器150，但是还可以采用其他紧固装置。致动器160的端点160a与致动器150的端点150a偏离，使得致动器160的延伸 和缩进产生使致动器150相对于运行工具110旋转的作用。例如，根据在图IA中描绘的坐 标系统，端点160a每一个沿着X和Z这两个方向与相关联的端点150a偏离。然而，在其他 实施例中，端点160a可以每一个仅仅沿着X和Z方向中的一个与相关联的端点150a偏离， 而仍然被配置为使致动器150能够相对于运行工具110旋转(即，围绕延伸通过两个端点 150a且平行于图IA所示坐标系统的Y轴的轴线旋转)。致动器150和致动器160中的每一个可以是或者包括能够以液压方式、以电气 方式、以机械方式、以气动方式或者经由其组合操作的线性致动缸。在图IA所示的示例性 实施例中，每一个致动器150、160包括筒形外罩，单个筒形杆(例如活塞)从该筒形外罩延 伸。然而，在其他实施例中，一个或者多个致动器150、160可以包括多级致动器，所述多级 致动器包括可能以伸缩配置的多于一个外罩和/或缸，因此在其他可能的优点中，能够实 现更大的行进量和/或更加紧凑的方案。在所示出的实施例中，每一个致动器150包括联接到运行工具110的缸，其中杆从 缸延伸并且以可旋转方式联接到升降器120。另外，每一个致动器160包括联接到运行工 具110的托架140的缸，其中杆从缸的相对端部延伸并且以可旋转方式联接到相应的托架 155。每一个托架155在杆从其延伸的缸的端部附近联接到相应的致动器150的缸。然而， 连杆倾斜组件130的其他配置也在本发明的范围内。在图IA中描绘的配置可以是准备将管状部件组装到钻柱中的初始或者中间阶段 的配置。因此，致动器160可以已经延伸以使致动器150远离钻柱中心线旋转，并且致动器 150可以已经延伸以围绕管状部件105的轴向中间部分10 初始定位升降器120。在实践 中，每一个管状部件105可以具有限定轴向中间部分10 的升降器夹持限制器105c，在夹 持管状部件105之前，升降器120应该位于轴向中间部分10 内。在一些实施例中，操作 升降器120以超过限制器105c(即，太靠近端部IOSa)地夹持管状部件105，可能以机械方 式损坏管状部件105，因此缩短其操作寿命。在示例性实施例中，限制器105c可以距管状部 件105的端部10 大约0. 6m (二英尺)，或者可能为管状部件105的总长度的大约5_10 %。然而，限制器105c的准确定位可以在本发明的范围内改变。例如，如随后的图中所示的并 且如下面所描述的，与夹持限制器105c分离管状部件105的端部10 的距离可以大约等 于或者至少稍微大于管状部件105将被插入运行工具110中的距离。致动器150、160可以被操作以围绕管状部件105的中间部分10 定位升降器 120，如在图IA中所示。升降器120可以随后被操作以夹持或者以其他方式接合管状部件 105。然后，如在图IB中所示，例如通过缩进致动器160并且由此使得致动器150围绕它们 的附接点150a，致动器160可以被操作以使升降器120和管状部件105朝向钻柱和/或运 行工具110的中心线旋转枢转。当这个运动继续时，管状部件105的端部10 位于运行工 具110的底部开口中或者位于运行工具110的底部开口附近，如在图IC中所示。在一个示 例性实施例中，这个动作继续直至升降器120和管状部件105基本与运行工具110同轴对 准，如在图ID中所示。在这个过程的随后的步骤期间，致动器150可以被操作以将管状部件105的端部 10 插入运行工具110中，如在图1E、图IF和图IG中所示。例如，致动器150可以缩进以 将管状部件105的端部10 拉到运行工具110中。如在图IG中所示，致动器150和致动 器160可以完全缩进，使得管状部件105的端部10 的相当部分可以被插入运行工具110 中。运行工具110可以被配置为随后接合管状部件105，使得即使在升降器120随后脱离管 状部件105之后，管状部件105也得以保持。一旦管状部件105的端部10 被完全插入运行工具110中并且被运行工具110 接合，运行工具Iio的一个部分便可以与管状部件105的端部10 形成流体密封。例如， 一个或者多个凸缘和/或在运行工具110内侧的其他密封构件可以在管状部件105的端部 105a中和/或围绕管状部件105的端部10 装配以形成流体密封。这种密封构件可以至 少部分地包括橡胶或者其他柔软材料。密封构件可以另外或者可替代地包括金属或者其他 非柔软材料。在示例性实施例中，密封构件可以包括螺纹连接，例如传统的箱销连接。可以采用在图IA-图IG中顺序描绘的过程以从管道架、其他存储结构、操纵工具 和/或其他结构移除钻柱接头或者其他管状部件(例如，管状部件105)，并且随后将接头安 设在钻柱或者其他管状部件柱中。然而，还可以颠倒在图IA-图IG中顺序描绘的过程以从 钻柱移除管状部件，并且例如将已被移除的管状部件向下置于管道架和/或其他结构上。在这种过程期间，运行工具110可以被操作以将安设的管状部件接合到钻柱中或 者从钻柱移除。参考图2，示出根据本发明一个或者多个方面的运行工具110的示例性实施 例的至少一个部分的截面视图。运行工具110包括凹进部件210、带有狭槽的或者在其他情 形带有孔的部件220和多个滚动部件230。管状部件105可能不是尺寸均勻的或者以其他方式理想的。即，管状部件105可能 未呈现理想的圆度或者圆形度，使得在特定轴向位置处在管状部件的外表面上的所有的点 可能未形成理想圆。可替代地或者另外地，管状部件105可能不呈现理想的圆柱度，使得外 表面的所有的点距运行工具110的纵向轴线202可能不是等距的，和/或管状部件105可 能不呈现理想的同心度，使得外表面的所有截面元素的轴线可能不与纵向轴线202相同。凹进部件210可以是或者包括具有在其中形成的多个凹进214的、基本筒形或者 以其他方式成形的部件。通常是带有狭槽的但是不限于这种配置的带有孔的部件220，可以 是或者包括基本筒形或者以其他方式成形的环状部件，所述环状部件具有在其中形成的多个狭槽(或者以其他方式成形的孔)222。每一个狭槽222被配置为与凹进部件210的凹进 214中的一个配合以保持滚动部件230中的一个。而且，每一个凹进214和狭槽222被配置 成使得当滚动部件230进一步远离凹进214的最大深度21 移动时，滚动部件230进一 步通过狭槽222并且超过带有狭槽的部件220的周缘224凸出，并且当滚动部件230朝向 凹进214的最大深度21 移动时，滚动部件230还朝向在带有狭槽的部件220的内部周缘 224内的缩进位置移动。每一个狭槽222可以具有卵形或者在其他情形细长的轮廓，使得每一个狭槽222 的长度比宽度更大。狭槽222的长度沿着运行工具110的纵向轴线202的方向。每一个狭 槽222的壁可以沿着径向向内成锥形。每一个凹进214可以具有至少大约等于或者稍微大于每一个滚动部件230的宽度 或者直径的宽度(进入图2页面中)。每一个凹进214还可以具有大于狭槽222的最小长 度的长度。滚动部件230的宽度或者直径至少大于狭槽222的内部轮廓的宽度。因为每一个狭槽222沿着凹进214成锥形的方向是细长的，所以每一个滚动部件 230可以基于管状部件105的邻近的尺寸特征而从带有狭槽的部件220凸出独立量。例如， 如果管状部件105的外径靠近管状部件105的端部10 更小，则相对于最靠近管状部件 105的中央部分的滚动部件230从带有狭槽的部件220凸出的距离，最靠近管状部件105的 端部10 定位的滚动部件230从带有狭槽的部件220凸出更大的距离。每一个滚动部件230可以是或者包括基本球形部件，例如钢球轴承。然而，其他材 料和形状也在本发明的范围内。例如，每一个滚动部件230可以可替代地是被配置为沿着 由凹进214限定的斜坡上下滚动的筒形或者锥形销。参考图3A，示出图IA-图IG所示设备100的局部截面视图，包括图2所示运行工 具Iio的实施例。在图3A中，设备100被描绘成包括图IA-图IG的管状部件运行工具110、 管状部件升降器120和连杆倾斜组件130。图3A进一步示出图2所示运行工具110的实施 例的凹进部件210和滚动部件230。然而，图3A所示设备100的实施例可以包括为了清楚 起见可能未被示出但是可以理解还存在的另外的构件。而且，图3A还示出运行工具110可以包括预加载机构310。预加载机构310被配 置为一旦管状部件105被插入运行工具110中足够的距离，便向管状部件105的端部10 施加轴向力。例如，在所示的示例性实施例中，预加载机构310包括管状部件对接装置315、 致动器320和运行工具对接装置325。管状部件接口 315可以是或者包括被配置为向管状 部件105的端部10 传递由致动器320提供的轴向负载的板和/或其他结构。致动器320 可以是或者包括能够以液压方式、以电气方式、以机械方式、以气动方式或者经由其组合 而被操作的线性致动缸。运行工具对接装置325可以是或者包括用于将致动器320联接 到运行工具110的内部结构的螺纹紧固器、销钉和/或其他装置。在图3A中示出的配置中，管状部件105已经被升降器120接合，并且随后在运行 工具110的下面以基本轴向对准的方式定向。管状部件105可以具有标记105d，标记105d 表示在端部10 和管状部件105被升降器120接合的纵向位置之间需要的最小偏移。在实现图3A中示出的轴向对准之后，连杆倾斜组件130可以被致动以开始将管状 部件105插入运行工具110中，如在图:3B中所示。当管状部件105进入运行工具110时， 滚动部件230在管状部件105的外周上滑动和/或滚动，因此向管状部件105施加非常小的、沿着径向向内的力。(作为替代，插入部件210可以缩进至其不碰到管状部件105的程 度)。这种情况继续，直至管状部件105的端部10 靠近或者邻接预加载机构310的管状 部件对接装置315。随后，如在图3C中所示，部件210沿着径向向内移动使得滚动部件230接触管状 部件105的表面，并且预加载机构310的致动器320被致动以向管状部件105的端部10 施加沿着轴向向下的力。这个向下的力使滚动部件230与管状部件105的外周主动接合。 相应地，管状部件105被运行工具110可靠接合，并且这个接合不仅通过管状部件105的重 量而且还通过由预加载机构310施加的轴向力引起。因此，如在图3D中所示出的，运行工具110可以旋转，这由此使管状部件105旋 转。即，除了运行工具110的其他构件之外，被(例如，直接或者间接联接到运行工具110的 顶部驱动器)施加到运行工具Iio的扭矩经由滚动部件230传递到管状部件。在这种旋转 期间，升降器120可以从管状部件105脱离，使得管状部件105的全部重量被运行工具110 支撑(如果不包括还有被附接到管状部件105的钻柱的重量)。为了从运行工具110移除接合的管状部件105，工具100和管状部件105的组件从 地板滑套(floor slip) 102脱离，并且然后预加载机构310的致动器320缩进以从管状部 件105的端部10 去除轴向力。运行工具的带有狭槽的部件(在图2中但未在图3A-图 3D中示出)还可以被联接于此的一个或者多个致动器向上平移，使得滚动部件230可以变 得自由以脱离管状部件105。工具100和管状部件105的组件然后被降低到期望位置，地板 滑套102被接合，滚动元件230被脱离，并且插入部件210缩进以允许工具100向上运动， 以使其摆脱放大元件10fe。参考图4，示出示范本发明的一个或者多个方面的设备400的概略视图。设备400 示范可以在其中实现图IA-图1G、图2和图3A-图3D所示设备100和/或在本发明范围内 的其他设备的示例性环境。设备400是或者包括基于陆地的钻机。然而，本发明的一个或者多个方面能够被 应用于或者容易地适合于任何类型的钻机，其中例如自升式钻机、半潜式钻机、钻探船、盘 管钻机和套管钻机。设备400包括在钻台410上方支撑起落机构的支柱405。该起落机构包括定滑轮 415和动滑轮420。定滑轮415联接在支柱405顶部处或者支柱405顶部附近，并且动滑轮 420利用钻线425从定滑轮415悬挂。钻线425从起落机构延伸到绞车430，绞车430被配 置为放出和卷绕钻线425以引起动滑轮420相对于钻台410降低和升高。钩子435附接到动滑轮420的底部。顶部驱动器440从钩子435悬挂。从顶部驱 动器440延伸的套筒445附接到保护接头450，保护接头450附接到管状提升器械452。其 中在本发明范围内，管状提升器械452基本类似于图IA-图IG和图3A-图3D所示的设备 100。如上参考图IA-图IG和图3A-图3D所述，提升器械452可以直接联接到顶部驱动器 440或者套筒445，从而可以省略保护接头450。管状提升器械452与在井眼460内和/或在井眼460上方悬挂的钻柱455接合。 其中钻柱455可以包括钻杆465的一个或者多个相互连接管段。一个或者多个泵480可以 通过可以连接到顶部驱动器440的软管或者其他导管485将钻削流体给付钻柱455。设备400可以进一步包括被配置为与绞车430、顶部驱动器440和/或泵480进行有线或者无线传输通信的控制器490。通过设备400安设的各种传感器也可以与控制器 490进行有线或者无线通信。控制器490可以进一步与图IA-图IG和图3A-图3D所示设 备100的运行工具110、升降器120、致动器150和致动器160通信。例如，控制器490可以 被配置为在升降器120和管状部件105的接合期间使升降器120、致动器150和致动器160 的操作基本自动化。控制器490还可以被配置为在运行工具110和管状部件105的接合期 间使运行工具110、升降器120、致动器150和致动器160的操作基本自动化。参考图5A，示出根据本发明一个或者多个方面的方法500的至少一个部分的流程 图。方法500可以基本类似于在图IA-图IG和图3A-图3D中描绘的操作方法，和/或可 以相对于在图IA-图IG和图3A-图3D中描绘的方法包括可替代的或者可选的步骤。图4 所示系统400描绘了可以实现方法500的示例性环境。例如，方法500包括步骤505，在步骤505期间，使管状部件运行工具(TMRT)相对 于钻机降低，并且使连杆倾斜组件(LTA)远离其竖直位置旋转。在随后的步骤510中，可以 执行TMRT和LTA的另外的定位以使LTA的升降器相对于管状部件适当定位，使得LTA升降 器能够被操作以接合管状部件。此后，在步骤515中，使TMRT升高并使LTA和管状部件旋 转进入或者向与TMRT基本同轴的竖直位置旋转。然后在步骤520期间，使TMRT降低以使管状部件刺入柱桩(被地板滑套在井眼内 悬挂并且在钻台上方延伸短的距离的现有管柱)或者以其他方式与柱桩对接。在随后的步 骤525中，使TMRT进一步降低，以使管状部件的上端与在TMRT内的夹持机构接合。在可选 的步骤530期间，然后可以向管状部件施加预负载和/或其他力，例如可以将夹持机构设于 TMRT内，并且由此使管状部件与夹持机构牢固接合。在步骤535期间，然后可以使TMRT旋 转以构成在管状部件和柱桩之间的连接。方法500然后可以进行到步骤M0，在步骤MO期间，使TMRT升高短的距离以释放 地板滑套，然后使TMRT降低以作为新的柱桩定位管状部件。在随后的步骤M5中，可以使 TMRT的夹持机构脱离以解耦管状部件，可以使TMRT升高以准备方法500的下一次重复。参考图5B，示意出根据本发明一个或者多个方面的方法550的至少一个部分的流 程图。方法550可以基本类似于在图IA-图1G、图3A-图3D和图5A中描绘的操作方法， 和/或相对于在图IA-图1G、图3A-图3D和图5A中描绘的方法可以包括可替代或者可选 的步骤。例如，方法550可以被执行以将一个或者多个管状部件(单个、两个或者三个)添 加到在井眼内悬挂的现有钻柱。图4所示的系统400描绘了可以实现方法550的示例性环境。方法550包括步骤552，在步骤552期间，使顶部驱动器(TD)降低，使倾斜连杆致 动器(TLA)延伸，使倾斜连杆负载致动器(TLLA)延伸，并使升降器打开。可以基本同时执 行这些动作中的两个或者更多个，或者作为替代，步骤552可以包括顺序执行这些动作，但 是在本发明的范围内，步骤552的这些动作的具体顺序或者次序可以改变。步骤552的动 作被配置为相对于被安设到钻柱中的管状部件定向升降器，使得升降器能够随后接合管状 部件。TD可以是或者包括在钻台上方支撑的旋转驱动器，例如图4所示的旋转驱动器 440。TLA包括使TLLA和升降器倾斜以脱离与TD竖直对准的一个或者多个构件，例如图 IA-图IG所示致动器160。TLLA包括相对于TD调节升降器的竖直位置的一个或者多个构件，例如图IA-图IG所示的致动器150。升降器可以是或者包括被配置为接合被组装到钻 柱中的管状部件的抓持元件，例如图IA-图IG和图3A-图3D所示的管状部件升降器120。如利用步骤552的行为所实现的，在通过TD、TLA和TLLA的操作而相对于新的管 状部件定向升降器之后，执行步骤阳4以关闭升降器或者以其他方式使新的管状部件与升 降器接合。此后，执行步骤556，在步骤556期间，使TD升高并使TLA缩进。可以基本同时 或者以任何序列顺序执行使TD升高和使TLA缩进的动作。使TD升高充分的量以使新的管 状部件的下端高于从钻台凸出的钻柱的柱桩定位，并且TLA的缩进使得新的管状部件在柱 桩和TD之间形成竖直对准。在随后的步骤558中，使运行工具致动器(RTA)缩进。RTA可以是或者包括能够以 液压方式、以电气方式、以机械方式、以气动方式或者经由其组合而被操作的线性致动缸。 RTA联接到运行工具(RT)的一个部分使得当使RTA延伸时，RT能够夹持管状部件，但是当 使RTA缩进时防止RT夹持管状部件。然后在步骤560期间使TLLA缩进，以使管状部件的端部插入RT中。在随后的步 骤562中，使RTA延伸，由此允许RT夹持管状部件。方法550还包括步骤564，在步骤564 期间，使预加载致动器(PA)延伸以向管状部件的端部施加轴向力，因此以强制方式引起管 状部件被RT接合。PA包括被配置为向在RT内的管状部件的端部施加轴向力的一个或者多 个构件，例如图3A-图3D所示致动器320和/或预加载机构310。方法550还可以包括步骤566，在步骤566期间，可以打开升降器，使得管状部件仅 仅通过与RT接合而被保持。然而，可以在方法550中的另一点处执行，或者根本就不执行 打开升降器的这个动作。在随后的步骤568期间，使RT旋转以在新的管状部件和柱桩之间构成连接。在本 示例中，这种旋转通过由顶部驱动器提供的旋转力驱动。然而，用于使RT旋转的其他装置 也在本发明的范围内。在通过执行步骤568构成连接之后，在步骤570期间释放地板滑套。然后在步骤 571期间，首先使TD升高以使柱桩从地板滑套完全脱离，然后在步骤572期间使TD降低以 将新结合的管状部件平移到井眼中使得仅仅新的管状部件的端部部分从钻台凸出，形成新 的柱桩。在随后的步骤574期间，然后使地板滑套复位以接合新的柱桩。此后，在步骤576期间使PA缩进，在步骤578期间使RTA缩进，使得新的管状部件 (现在柱桩)仅仅被地板滑套而非RT或者升降器的任何部分接合。然后在随后的步骤580 期间使TD自由升高。如在图5B中示出，然后可以重复方法500以将另一管状部件结合到 新的柱桩。参考图5C，示出根据本发明的一个或者多个方面的方法600的至少一个部分的流 程图。方法600可以基本类似于在图IA-图1G、图3A-图3D和图5A-图5B中描绘的操作 方法的反向实施例，和/或相对于在图IA-图1G、图3A-图3D和图5A-图5B中描绘的方法 可以包括可替代的或者可选的步骤。例如，可以执行方法600从在井眼内悬挂的现有钻柱 移除一个或者多个管状部件(单个、两个或者三个)。图4所示系统400描绘了可以实现方 法600的示例性环境。方法600包括步骤602，在步骤602期间，打开升降器，使TLA缩进，使TLLA缩进， 使PA缩进，使RTA缩进，并使TD升高。可以基本同时执行这些动作中的两个或者更多个，
13或者作为替代，步骤602可以包括顺序执行这些动作，但是步骤602的这些动作的具体顺序 或者次序可以在本发明的范围内改变。步骤602的动作被配置为相对于正被从钻柱移除的 管状部件的凸出端部(柱桩)定向升降器和RT，以使RT能够随后接合管状部件。此后，在步骤604期间，使TD降低到柱桩上方，以将柱桩插入RT中。然后在步骤 606期间使RTA延伸，然后在步骤608期间使PA延伸。因此，柱桩被RT接合。然后在步骤 610期间释放地板滑套，随后在步骤612期间使TD升高，以使正被从钻柱移除的管状部件 的全部长度升高到钻台上方，并且钻柱中的下一管状部件的端部从井眼凸出。然后在步骤 614期间使地板滑套复位以接合下一管状部件。在随后的步骤616中，使RT旋转以断开在 正被移除的管状部件和将形成新的柱桩的下一管状之间的连接。在断开连接之后，在步骤 618期间使TD升高，由此从新的柱桩提起管状部件。此后，在步骤620期间，关闭升降器以接合仍然被RT接合的、已被移除的管状部 件。然后在步骤622期间使PA缩进，然后在步骤6M期间使TLLA缩进，使得管状部件能够 变得从RT脱离，但它仍然被升降器接合。然后在步骤6 期间使TLLA延伸。因为管状部件不再被RT接合，所以TLLA在步 骤6 期间的延伸将管状部件从RT拉出。然而，步骤6 可以包括或者继续进行一个过程 以使得RT从管状部件完全脱离，例如通过使TD降低以轻轻向下将已被移除的管状部件置 于柱桩或者位于柱桩上的保护板上，在这之后，再一次使TD升高以使已被移除的管状部件 竖直摆脱柱桩。此后，在步骤6 期间使TLA延伸，以使移除的管状部件(当前被升降器接合)倾 斜使其脱离与TD竖直对准。然后在步骤630期间使TD降低。步骤拟8和/或630可以被 执行以相对当随后打开升降器时管状部件将被置放于此的管道架或者其他结构或者机构 定向已被移除的管状部件。方法600可以进一步包括另外的步骤，在该步骤期间，一旦管状 部件被充分定向，便打开升降器。可替代地，可以重复地执行方法600以便在步骤602的二 次重复期间，当打开升降器时，将已被移除的管状部件置于管道架或者其他结构或者机构 上。如在图5C中所示出的，可以重复方法600以从钻柱移除另外的管状部件。参考图6，示出在这里由附图标记700表示的、图IA-图1G、图2和图3A-图3D所 示的TMRT 110的夹持机构的示例性实施例的至少一个部分的分解透视图。夹持机构700 的一个或者多个方面与图IA-图1G、图2和图3A-图3D所示TMRT 110的夹持机构的一个 或者多个相应的方面基本类似或者相同。在一个示例性实施例中，图6所示设备700与图 IA-图1G、图2和/或图3A-图3D所示的TMRT 110的至少一个部分基本相同。设备700包括凹进部件710 ；带有孔的部件720，带有孔的部件720的孔隙可以是 圆的或者细长的；和多个滚动部件730。凹进部件710的一个或者多个方面与图2所示凹 进部件210的一个或者多个相应的方面基本类似或者相同。带有孔的部件720的一个或者 多个方面与图2所示带有狭槽的部件220的一个或者多个相应的方面基本类似或者相同。 滚动部件730可以与图2所示滚动部件230基本相同。然而，如在图6中所示，凹进部件710和带有狭槽的部件720每一个相应包括三个 离散的部分710a、720a。在该实施例中设备700还包括保持器740，保持器740也包括三个 离散的部分740a。其他在功能上等价的配置可以与部分740a和710c结合以形成一体部件。 每一个保持器部分740a可以包括凸缘745，凸缘745被配置为与保持器部分740a中的另一
14个的凸缘745联接，以使保持器部分740a可以被组装以形成被配置为保持凹进部件710的 部分710a、带有狭槽的部件720的部分720a和滚动部件730的碗型结构(保持器740)。图7A和7B是分别在接合和脱离位置中的图6所示设备700的透视图。在继续参 考图6时一起参考图7A和7B，设备700可以包括竖直堆叠的多个管段700a。在图7A和7B 所示的示例性实施例中，设备700包括四个竖直管段700a。然而，在其他实施例中，设备700 可以包括更多或更少的管段。由设备700施加到管状部件的夹持力至少部分地与竖直管段 700a的数目成比例，从而增加竖直管段700a的数目增加了设备700的提升能力以及可以被 设备700施加到管状部件的扭矩。竖直管段700a的每一个可以是基本类似的或者相同的， 但是顶部和底部管段700a可以具有用于与在顶部驱动器和套管柱之间的另外的设施联接 的专门对接装置。每一个保持器740的外部轮廓是成锥形的，使得每一个保持器740的下端与其上 端相比具有更小的直径。设备700的每一个竖直管段700a还包括外罩750，外罩750具有 被配置为与保持器740的外部轮廓配合的内部轮廓，以便当保持器740朝向接合位置(图 7A)(相对于外罩750)向下移动时，保持器740沿着径向向内压缩，但当保持器740朝向脱 离位置(图7B)向上移动时保持器740沿着径向向外膨胀。设备700的顶部管段700a可以包括对接装置760，对接装置760被配置为与一个 或者多个液压缸和/或其他致动器(未示出)联接。而且，每一个保持器740联接到其上 下相邻的保持器740。因此，由联接到对接装置760的一个或者多个致动器推动的竖直运动 引起所有的保持器740同时竖直运动。相应地，由一个或者多个致动器驱动的保持器740 的向下运动引起滚动部件730接合管状部件的外表面，而由一个或者多个致动器驱动的保 持器740的向上运动引起滚动部件730脱离管状部件。由一个或者多个致动器施加以驱动 保持器740的向下运动以将滚动部件730与管状部件接合的力，是以上关于图5A所示方法 500的步骤530、图5B所示步骤564和/或图5C所示步骤608描述的预负载或者其他力的 一个示例。鉴于在图IA-图1G、图2、图3A-图3D、图4、图5A-图5C、图6、图7A和图7B中描 绘的所有的以上的和示例性的实施例，应该是显而易见的是，本发明公开了一种用于操纵 管状部件的设备，所述设备包括管状部件运行工具；管状部件升降器；多个第一致动器， 每一个第一致动器在运行工具和升降器之间延伸；和多个第二致动器，每一个第二致动器 在运行工具和第一致动器中的相应的一个之间延伸，其中第一致动器和第二致动器中的每 一个能以液压方式或电气方式操作。所述运行工具包括带有狭槽或带有孔的部件，所述带 有狭槽或带有孔的部件具有多个可以是细长狭槽的孔，每一个孔沿着一定方向延伸；凹进 部件，所述凹进部件以可滑动方式联接到带有狭槽的部件，并具有多个凹进，每一个凹进沿 着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动部件，每一个滚动部件被保持在多个凹进中的 一个和多个孔中的一个之间。在优选实施例中，当位于所述多个凹进中的相应的一个的浅 端中时，所述多个滚动部件中的每一个部分地延伸通过所述多个细长狭槽中的相邻一个， 并且当位于所述多个凹进中的相应的一个的深端中时，所述多个滚动部件中的每一个缩进 到带有狭槽的部件的外周内。所述升降器可以包括带有狭槽的升降器部件，所述带有狭槽的升降器部件具有 多个可以是细长狭槽的孔，每一个孔沿着一定方向延伸；凹进升降器部件，所述凹进升降器部件以可滑动方式联接到带有狭槽的升降器部件，并具有多个凹进，每一个凹进沿着从浅 端到深端的方向成锥形；和多个滚动升降器部件，每一个滚动升降器部件被保持在所述多 个凹进中的一个和所述多个细长狭槽中的一个之间。当位于所述多个凹进中的相应的一个 的浅端中时，所述多个滚动升降器部件中的每一个部分地延伸通过所述多个细长狭槽中的 相邻的一个，并且当位于所述多个凹进中的相应的一个的深端中时，所述多个滚动升降器 部件中的每一个缩进到带有狭槽的升降器部件的外周内。所述运行工具可以被配置为以摩擦方式接合管状部件的外表面以足以向管状部 件施加扭矩。在一个示例性实施例中，扭矩至少是大约6780N-m(5000ft-lbs)，而在另一个 示例实施例中，扭矩至少是大约67800N-m(50000ft-lbs)。每一个第一致动器可以包括具有第一端部和第二端部的第一缸，其中第一端部被 以可旋转方式联接到运行工具的第一附接点，并且其中第一杆从第二端部延伸并且被以可 旋转方式联接到升降器。每一个第二致动器可以包括具有第一端部和第二端部的第二缸， 其中第二缸的第一端部被以可旋转方式联接到运行工具的第二附接点，并且其中第二杆从 第二缸的第二端部延伸并且被以可旋转方式联接到第一缸。所述管状部件可以选自包括以下部件的组井眼套管部件；钻柱管路部件；管道 部件；和套环管路部件。所述运行工具可以被配置为以摩擦方式接合管状部件，其中当运行 工具被与管状部件接合时，运行工具的一个部分与管状部件的端部形成流体密封。所述设备可以进一步包括与运行工具、升降器以及第一致动器和第二致动器通信 的控制器。所述控制器可以被配置为在升降器和管状部件的接合期间使升降器以及第一致 动器和第二致动器的操作基本自动化。因此除了其他可能的自动化方面以外，自动化可以 包括但是不限于旋转计数、扭矩测量和施加以及设备的每单位时间旋转数的控制。所述升 降器可以被配置为接合管状部件的轴向中间部分的外表面。所述控制器可以被配置为在运 行工具和管状部件的接合期间使运行工具、升降器以及第一致动器和第二致动器的操作基 本自动化。所述运行工具可以被配置为接合管状部件的另一轴向中间部分的外表面。本发明还介绍了一种操纵管状部件的方法，包括利用管状部件升降器接合管状 部件的轴向中间部分的外表面，和操作在升降器和管状部件运行工具之间延伸的多个连杆 以由此将管状部件的端部定位在运行工具内。所述方法进一步包括利用运行工具接合管 状部件的另一部分的外表面，包括向在运行工具内的管状部件的端部施加轴向力。向管状 部件的端部施加轴向力可以包括致动液压缸或者其他液压或者电器械以相对于夹持机构 的外罩移动夹持机构的凹进部件，由此使得夹持机构的多个滚动部件每一个均接合管状部 件。所述方法可以进一步包括使管状部件升降器从管状部件脱离；和使运行工具 从管状部件脱离。使运行工具从管状部件脱离可以包括去除施加到在运行工具内的管 状部件的端部的轴向力。所述方法可以进一步包括在管状部件被运行工具接合时，通过 使运行工具旋转而使管状部件旋转，包括向管状部件施加扭转力，其中扭转力不小于大约 6780N-m(5000ft-lbs)。本发明还提供一种用于操纵管状部件的设备，包括用于接合管状部件的轴向中 间部分的外表面的装置；用于定位接合装置以由此在运行工具内定位被接合的管状部件的 端部的装置；和用于向在运行工具内的管状部件的端部施加轴向力以由此使管状部件的另一部分的外表面与运行工具接合的装置。在全部无任何或者仅有最小的管状部件人工操纵的情况下在远离端部的位置处 (例如，在由夹持限制器限定的中间部分内)夹持管状部件的能力、连同提升管状部件而不 破坏管状部件并且随后将管状部件插入操纵工具中的能力是在以前尚未实现的，并且满足 工业中的长期以来的需要。本发明的一个或者多个方面可以促进可以允许升降器夹持和提 升或者降低管状部件而不破坏它的敏感外表面的夹持技术。例如可以由于减少了以前为了 操纵每一个管状部件和构成连接而需要的过程时间，本发明的一个或者多个方面还可以显 著地改进将每一个新的管状部件添加到井眼钻柱中占用的时间。然而，其他益处和优点可 能也在本发明的范围内。前面概述了几个实施例的特征从而本领域普通技术人员可以更好地理解本发明 的方面。本领域普通技术人员应该意识到他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或者 修改其他过程和结构以执行在这里介绍的实施例的相同的意图和/或实现相同的优点。本 领域普通技术人员还应该认识到这种等价构造并不偏离本发明的精神和范围，而是他们可 以在不偏离本发明的精神和范围的前提下在这里作出各种改变、替代和修改。
权利要求
1.一种用于操纵管状部件的设备，包括 管状部件运行工具；管状部件升降器；多个第一致动器，每一个第一致动器在所述运行工具和所述升降器之间延伸；和 多个第二致动器，每一个第二致动器在所述运行工具和所述第一致动器中的对应的一 个第一致动器之间延伸，其中所述第一致动器和第二致动器中的每一个致动器能以液压方 式操作；其中所述运行工具包括带有狭槽的部件，所述带有狭槽的部件具有多个细长狭槽，每一个细长狭槽沿着一方 向延伸；凹进部件，所述凹进部件以可滑动方式联接到所述带有狭槽的部件，并且具有多个凹 进，每一个凹进沿着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动部件，每一个滚动部件被保持在所述多个凹进中的一个凹进和所述多个细长 狭槽中的一个细长狭槽之间；其中当位于所述多个凹进中的对应的一个凹进的浅端中时，所述多个滚动部件中的每 一个滚动部件部分地延伸通过所述多个细长狭槽中的相邻一个细长狭槽；并且其中当位于所述多个凹进中的对应的一个凹进的深端中时，所述多个滚动部件中的每 一个滚动部件缩进到所述带有狭槽的部件的外周内。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述升降器包括带有狭槽的升降器部件，所述带有狭槽的升降器部件具有多个细长狭槽，每一个细长 狭槽沿着一方向延伸；凹进升降器部件，所述凹进升降器部件以可滑动方式联接到所述带有狭槽的升降器部 件，并且具有多个凹进，每一个凹进沿着从浅端到深端的方向成锥形；和多个滚动升降器部件，每一个滚动升降器部件被保持在所述多个凹进中的一个凹进和 所述多个细长狭槽中的一个细长狭槽之间；其中当位于所述多个凹进中的对应的一个凹进的浅端中时，所述多个滚动升降器部件 中的每一个滚动升降器部件部分地延伸通过所述多个细长狭槽中的相邻的一个细长狭槽; 并且当位于所述多个凹进中的对应的一个凹进的深端中时，所述多个滚动升降器部件中的 每一个滚动升降器部件缩进到所述带有狭槽的升降器部件的外周内。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中每一个第一致动器包括具有第一端部和第二 端部的第一缸，其中所述第一端部以可旋转方式联接到所述运行工具的第一附接点，并且 第一杆从所述第二端部延伸并且以可旋转方式联接到所述升降器。
4.根据权利要求3所述的设备，其中每一个第二致动器包括具有第一端部和第二端部 的第二缸，其中所述第二缸的第一端部以可旋转方式联接到所述运行工具的第二附接点， 并且第二杆从所述第二缸的第二端部延伸并且以可旋转方式联接到所述第一缸。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中所述管状部件包括井眼套管部件、 钻柱管路部件、管道部件和套环管路部件中的至少一个。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，进一步包括与所述运行工具、所述升降器以及所述第一致动器和第二致动器通信的控制器。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述控制器被配置为在所述升降器和所述管状部 件接合期间使所述升降器以及所述第一致动器和第二致动器的操作基本自动化。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的设备，其中所述升降器被配置为接合所述管状 部件的轴向中间部分的外表面；或者所述运行工具被配置为以摩擦方式接合所述管状部件 的外表面以足以向所述管状部件施加扭矩，其中当所述运行工具与所述管状部件接合时， 所述运行工具的一部分与所述管状部件的端部形成流体密封；或者这两种情况均成立。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中所述控制器被配置为在所述运行工具和所述 管状部件接合期间使所述运行工具、所述升降器以及所述第一致动器和第二致动器的操作 基本自动化。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述运行工具被配置为接合所述管状部件的另 一轴向中间部分的外表面。
11.根据权利要求8所述的设备，其中所述扭矩至少是大约6780N-m(5000ft-lbs)。
12.—种操纵管状部件的方法，所述方法包括利用管状部件升降器接合所述管状部件的轴向中间部分的外表面；操作在所述升降器和管状部件运行工具之间延伸的多个连杆，以由此将所述管状部件 的端部定位在所述运行工具内；和利用所述运行工具接合所述管状部件的另一部分的外表面，其包括向在所述运行工具 内的所述管状部件的端部施加轴向力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中向所述管状部件的端部施加轴向力包括致动 液压缸或者电致动器以相对于夹持机构的外罩移动所述夹持机构的凹进部件，由此使得所 述夹持机构的多个滚动部件每一个均接合所述管状部件。
14.根据权利要求12所述的方法，该方法进一步包括使所述管状部件升降器从所述管状部件脱离；和使所述运行工具从所述管状部件脱离。
15.根据权利要求14所述的方法，其中使所述运行工具从所述管状部件脱离包括去 除施加到在所述运行工具内的所述管状部件的端部的轴向力。
16.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在所述管状部件被所述运行工具接合 的同时通过使所述运行工具旋转而使所述管状部件旋转，其包括向所述管状部件施加扭转 力，其中所述扭转力不小于大约6780N-m(5000ft-lbs)。
全文摘要
一种管状部件操纵设备(100)，包括管状部件运行工具(110)；升降器(120)；第一致动器(150)，每一个第一致动器在运行工具和升降器之间延伸；和第二致动器(160)，每一个第二致动器在运行工具和相应的第一致动器(150)之间延伸。所述运行工具包括带有狭槽的部件，所述带有狭槽的部件具有多个细长狭槽；凹进部件(210)，凹进部件(210)以可滑动方式联接到带有狭槽的部件(220)，并且具有多个凹进，和多个滚动部件(230)，每一个滚动部件被保持在凹进中的一个和狭槽中的一个之间。每一个滚动部件(230)当位于相应的凹进的浅端中时部分地延伸通过相邻狭槽并且当位于相应的凹进的深端中时缩进到带有狭槽的部件的外周(105)内。
文档编号E21B19/07GK102076927SQ200980124187
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月26日
发明者克雷格·文姆斯, 布赖恩·埃利斯 申请人:坎里格钻探技术有限公司