具有正驱动抓握机构的旋转控制装置制造方法
【专利摘要】一种旋转控制装置，其可包括：被可旋转地安装的密封件，其密封地接合钻柱；以及抓握机构，其抓握钻柱，由此迫使密封件随钻柱旋转。一种钻探方法，其可包括在旋转控制装置中定位钻柱、利用旋转控制装置的抓握机构来抓握钻柱、以及使钻柱旋转，抓握机构与钻柱之间的抓握接合引起旋转控制装置的密封件与钻柱一起旋转。一种井系统，其可包括钻柱和旋转控制装置，旋转控制装置包括密封地接合钻柱的密封件和抓握地接合钻柱的抓握机构。
【专利说明】具有正驱动抓握机构的旋转控制装置
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及与钻井结合使用的设备和所执行的操作，在本文描述的实施例中，更具体地提供一种旋转控制装置，其具有用于旋转控制装置中的密封件的正驱动的抓握机构。
【背景技术】
[0002]旋转控制装置包括在钻柱周围进行密封的密封件。更换密封件费时且费力，在某些情形下还能够有危险。因此应认识到，期望的是防止密封件磨损或损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]图1是能够体现本发明的原理的井系统和相关方法的代表性的正视图。
[0004]图2是现有技术的旋转控制装置的代表性的剖视图。
[0005]图3是能够用于图1的井系统和方法并能够体现本发明的原理的旋转控制装置的代表性的局部剖视图。
[0006]图4是能够用于图3的旋转控制装置并能够体现本发明的原理的抓握机构的代表性的剖视图。
[0007]图5是抓握机构的夹爪在上抓握位置的代表性的剖视图。
[0008]图6是抓握机构的另一构造的代表性的剖视图。
[0009]图7是沿图6的线7-7截取的抓握机构的代表性的剖视图。
【具体实施方式】
[0010]图1代表性地示出能够体现本发明的原理的井系统10和相关方法。在井系统10中，钻柱12穿过井口装置16上的防喷器(BOP)组14向下延伸。顶驱18 (例如包括液压或电动马达)被用来使钻柱12旋转，由此引起钻柱的位于远端的钻头(图中未示)旋转，并由此钻入大地。
[0011]旋转控制装置(RCD) 20隔绝钻柱12周围径向形成的环空，使得井口装置16以下的井与大气隔尚。出口 22使流体(例如钻泥等等)能够通过RCD20以下的井循环。
[0012]关于这点，应注意本文描述的井系统10仅仅是能够归入本发明的原理的多种井系统中的一个示例。例如，钻柱12并非必须随顶驱18旋转，这是因为在其它示例中钻柱可与方钻杆(kelly)和转盘、或与泥浆马达等等一起旋转。因此应理解，本发明的原理不以任何方式限于附图中示出的或本文中描述的井系统10的细节和相关方法。
[0013]现在再参照图2，其代表性地示出现有技术的旋转控制装置(RCD)23。RCD23属于包括用于密封接合钻柱12的密封件24、由此隔绝钻柱与RCD的外侧本体28之间径向形成的环空26的类型。
[0014]旋转控制装置在本领域中也被称为旋转防喷器、旋转头、旋转控制头、旋转分流器等等。旋转控制装置当钻柱在其中旋转的同时密封钻柱周围。[0015]密封件24被安装到大体管状的工作筒30。为工作筒30和密封件24相对于本体28旋转而设置有轴承32。
[0016]尽管密封件24和工作筒30能够随钻柱12旋转，但要依赖密封件与钻柱之间的摩擦来引起密封件旋转。很遗憾，钻柱12与密封件24之间的相对旋转能够造成密封件损坏，由此缩短密封件的有效寿命。
[0017]过去在有些情形下，通过使工作筒与方钻杆(图中未示)上的轴衬(图中未示)接合，已经迫使工作筒30随钻柱12旋转。然而，该系统仅在方钻杆被用于钻探操作时有效(如果图1的顶驱18被用来旋转钻柱则不使用方钻杆)，而且该系统要求密封件24大体抵靠多边形的方钻杆(而不抵靠圆柱形的钻柱)来进行密封。
[0018]现在再参照图3，其代表性地示出与井系统10的剩余部分分开的RCD20。RCD20在许多方面类似于RCD23，这是因为其包括密封件24、本体28、工作筒30和轴承32。
[0019]然而，RCD20还包括附接在工作筒30的上端的抓握机构34。抓握机构34在图3中是示意性地示出的，但以下会提供抓握机构的示例的更详细描述。
[0020]抓握机构34按照独特的方式抓握钻柱12，由此迫使工作筒30和密封件24随钻柱旋转。这防止(或至少缓和)钻柱12与密封件24之间的相对旋转。然而，随着井眼被钻柱钻深，或随着钻柱被下入或起出井眼，钻柱12能够通过抓握机构34而纵向地(例如沿钻柱的纵向轴线35的方向)移位。
[0021]现在再参照图4，其代表性地示出抓握机构34的一种构造的放大比例的剖视图。在本图中，可看到抓握机构34包括夹爪36，这些夹爪可围绕枢轴38枢转。
[0022]如图4所示，爪36被完全设置成径向地向内，在该位置这些爪能够容易地与其内的钻柱12抓握式地接合。爪36上设置有齿40，这些齿用于抓握钻柱12，但是优选地这些齿被构造为使得它们不损伤钻柱的外表面(钻柱穿过密封件24)，和/或爪可由硬度小于钻柱硬度的材料(例如铝等等)制成。
[0023]当支架被接纳在抓握机构34的侧向尺寸减小段44中时，支架42向内地支撑爪36。此外，扭簧46将爪36径向向内地偏置成与钻柱抓握接合。
[0024]爪36也相对于抓握机构34的本体48被压缩弹簧50向上偏置。具体地,弹簧50向上偏置枢轴38，由此倾向于将支架42移位到侧向尺寸减小段44内。
[0025]现在再参照图5，其代表性地示出抓握机构34，其中枢轴38和爪36相对于图4的构造向下移位。在枢轴38和爪36的这个位置，支架42不处在侧向尺寸减小段44内，而是处在侧向尺寸增大段52内，所以爪36能够围绕枢轴38向外枢转。
[0026]图5的构造产生于钻柱的直径增大部接触各枢轴38与爪36之间的倾斜上表面54。例如，随着井眼被钻，或随着钻柱被下入井眼内，联轴器56(例如图1示出的联轴器，但是在钻柱12下部)能够向下移位。联轴器56将接触倾斜表面54，引起枢轴38和爪36从图4的位置向下移位到图5的位置，并引起爪按照需要向外枢转以允许联轴器通过抓握机构34。
[0027]请注意，爪36围绕枢轴38的轴线58旋转，这些枢轴相对于钻柱轴线35处于横向。
[0028]现在再参照图6，其代表性地示出抓握机构34的另一构造。在本构造中，爪36围绕枢轴38枢转，这些枢轴38的轴线58平行于钻柱轴线35，而且倾斜表面54被设置在这些爪的上端和下端。[0029]爪36被可枢转地安装在承载件60上，这些承载件60可相对于本体48侧向地移位。例如弹簧(图中未不)的偏置器件可被用来相对于本体48径向向内地偏置承载件60。
[0030]如果钻柱12的直径增大段接触爪，则爪36的上端和下端的倾斜表面54引起爪径向向外地移位，而不论直径增大段通过抓握机构34向上或向下移位。应注意，如果期望，倾斜表面54可设置在图4和图5的构造的爪36的上端和下端。
[0031]现在再参照图7，其代表性地示出沿图6的线7-7截取的抓握机构34的剖视图。在本图中可看到如果钻柱与爪之间存在相对旋转，爪36的形状将使得这些爪在钻柱12上施加的抓握力增大。
[0032]具体地，如果钻柱12沿图7中的箭头62指示的顺时针(右手)方向旋转，并且爪36抓握钻柱(扭簧46连续地使爪偏置而与钻柱抓握接合)，则钻柱与爪之间的相对旋转将引起爪围绕枢轴38逆时针枢转，由此引起爪施加在钻柱上的抓握力增大。这是由于爪36具有相对于枢轴轴线58偏心的辐射状抓握表面64。
[0033]现在可充分理解上面公开的内容表明了针对构造和操作旋转控制装置技术取得的若干进步。旋转控制装置20减少了密封件24因密封件与钻柱12之间的相对旋转而造成的磨损和损坏。
[0034]上面的公开内容描述了一种旋转控制装置20，其可包括被可旋转地安装的密封件24，密封件24密封地接合钻柱12。抓握机构34抓握钻柱12，且由此迫使密封件24与钻柱12旋转。
[0035]抓握机构34可包括抓握钻柱12的夹爪36。夹爪36可被偏置而接触钻柱12。爪36可相对于钻柱12被径向地移位。
[0036]爪36可围绕相对于钻柱12为横向的轴线58枢转。爪36可围绕平行于钻柱12的纵向轴线35的轴线58枢转。
[0037]钻柱12相对于抓握机构34的旋转能够引起由抓握机构34施加的抓握力增大。
[0038]以上还描述了一种钻探方法。该方法可包括在旋转控制装置20中定位钻柱12，利用旋转控制装置20的抓握机构34来抓握钻柱12，以及使钻柱12旋转，抓握机构34与钻柱12之间的抓握接合引起旋转控制装置20的密封件24与钻柱12 —起旋转。
[0039]使钻柱12旋转可包括当钻柱12相对于抓握机构34旋转时，增大由抓握机构34施加的抓握力。
[0040]抓握钻柱12可包括使抓握机构34的夹爪36与钻柱12接合。使夹爪36接合可包括使夹爪36枢转。
[0041]该方法也可包括随着钻柱12的直径增大段通过旋转控制装置20移位，使夹爪36相对于钻柱12径向向外地移位。
[0042]该方法可还包括使抓握机构34附接到旋转控制装置20的工作筒30，工作筒30相对于密封件24被固定。
[0043]以上公开内容还描述了井系统10和旋转控制装置20，井系统10可包括钻柱12，而旋转控制装置20包括密封地接合钻柱12的密封件24和抓握地接合钻柱12的抓握机构34。
[0044]井系统10可还包括使钻柱12旋转的顶驱18。
[0045]应理解，本文描述的本发明的各种实施例可沿各种取向(例如倾斜、颠倒、水平、竖直等等)和各种构造而被利用，而不背离本发明的原理。这些实施例仅仅作为本发明的原理的有用的应用来描述，并不局限于这些实施例的任何特定的细节。
[0046]在以上描述的本发明的代表性的实施例中，在参照附图时为方便起见使用了方向术语，例如“之上”、“之下”、“上部”、“下部”等等。大致上，“之上”、“上部”、“向上”以及相似的术语指的是从地表向上的竖直方向，而“之下”、“下部”、“向下”以及相似的术语指的是
竖直向下方向。
[0047]当然，本领域的技术人员在仔细考虑以上本发明的代表性的实施例的描述时，将容易理解具体实施例可进行许多更改、增加、替代、删除和其它改变，而且这样的改变被本发明的原理所预期。因此，前述的详细描述应清楚地理解为仅作为说明和示例给出，本发明的精神和范围仅仅由随附权利要求书以及它们的等同物限制。
【权利要求】
1.一种旋转控制装置，包括: 被可旋转地安装的密封件，其密封地接合钻柱；以及 抓握机构，其抓握所述钻柱，由此迫使所述密封件随所述钻柱旋转。
2.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中，所述抓握机构包括抓握所述钻柱的夹爪。
3.如权利要求2所述的旋转控制装置，其中，所述夹爪被偏置而接触所述钻柱。
4.如权利要求2所述的旋转控制装置，其中，所述夹爪能够相对于所述钻柱被径向地移位。
5.如权利要求2所述的旋转控制装置，其中，所述夹爪围绕相对于所述钻柱为横向的轴线枢转。
6.如权利要求2所述的旋转控制装置，其中，所述夹爪围绕平行于所述钻柱的纵向轴线的轴线枢转。
7.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中，所述钻柱相对于所述抓握机构的旋转引起由所述抓握机构施加的抓握力增大。
8.—种钻探方法,包括: 在旋转控制装置中定位钻柱； 利用所述旋转控制装置的抓握机构来抓握所述钻柱；以及 使所述钻柱旋转，所述抓握机构与所述钻柱之间的抓握接合引起所述旋转控制装置的密封件与所述钻柱一起旋转。
9.如权利要求8所述的方法，其中，使所述钻柱旋转还包括当所述钻柱相对于所述抓握机构旋转时，增大由所述抓握机构施加的抓握力。
10.如权利要求8所述的方法，其中，抓握所述钻柱还包括使所述抓握机构的夹爪与所述钻柱接合。
11.如权利要求10所述的方法，其中，使所述夹爪接合还包括使所述夹爪旋转。
12.如权利要求10所述的方法，还包括随着所述钻柱的直径增大段通过所述旋转控制装置移位，使所述夹爪相对于所述钻柱径向向外地移位。
13.如权利要求8所述的方法，还包括使所述抓握机构附接到所述旋转控制装置的工作筒，所述工作筒相对于所述密封件被固定。
14.一种井系统,包括: 钻柱；以及 旋转控制装置，包括密封地接合所述钻柱的密封件和抓握地接合所述钻柱的抓握机构。
15.如权利要求14所述的井系统，还包括使所述钻柱旋转的顶驱。
16.如权利要求14所述的井系统，其中，所述抓握机构迫使所述密封件随所述钻柱旋转。
17.如权利要求14所述的井系统，其中，所述抓握机构包括抓握所述钻柱的夹爪。
18.如权利要求17所述的井系统，其中，所述夹爪被偏置而接触所述钻柱。
19.如权利要求17所述的井系统，其中，所述夹爪相对于所述钻柱被径向地移位。
20.如权利要求17所述的井系统，其中，所述夹爪枢转而抓握接合所述钻柱。
21.如权利要求14所述的井系统，其中，所述钻柱相对于所述抓握机构的旋转引起由所述抓握机构施加的抓握力增大。
【文档编号】E21B19/16GK103459754SQ201180069652
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年4月6日 优先权日:2011年4月6日
【发明者】弗雷德里克·D·柯蒂斯, 肖恩·A·阿莱 申请人:哈利伯顿能源服务公司