用於在鑽機上夾緊管道的裝置的製作方法

2023-05-10 10:36:56

專利名稱：用於在鑽機上夾緊管道的裝置的製作方法
技術領域：
本發明的實施方式總體上涉及一種用於夾緊管道的夾持組件。 更具體地，本發明涉及一種用於在鑽機上連接井眼管道的夾持裝置。 再具體而言，本發明涉及一種包括至少一個備用設備以保持夾持件
與管道接觸的夾持裝置。
背景技術：
在油井和氣井的構建和完井中，鑽機位於地面上，以有利於管柱 往返於井眼的插入和移出。通過將管柱下降到井眼內、直到僅僅頂部 管道的上端從井眼(或在鑽臺上方)伸出，這樣來構建管柱並使其進 入井孔中。夾持裝置，諸如井眼表面或鑽臺上的一組卡瓦或十字叉， 利用碗狀卡瓦將管道固定到位，同時將下一個要連接的管道提升在井 眼中心上方。 一般地，下一個管道的下端具有陽螺紋連接杆端，以與 從井眼延伸的管柱的陰螺紋連接套管端螺紋連接。然後利用頂驅使要 增加的管道相對管柱旋轉，直到在管道之間形成特定力矩連接。
可利用動力鉗在鑽臺附近進行管道連接。或者，由頂驅通過從管 道上端旋轉管道來^t於管道的連接。通常利用夾持管道的管道夾持工 具將頂驅與管道連接。在管道聯接至頂驅的情況下，可利用頂驅實現 或斷開管道連接，以及將管柱下降到井眼內，或甚至當管柱在其下端 包括除泥構件時用管柱進行鑽探。
在構建管柱或旋轉管柱進行鑽探時，內夾持設備或矛狀體可夾住 管道的內徑，以暫時固定管道。內夾持設備通常在上端與頂驅連接並 且在下端包括向外延伸的夾持件，該夾持件被構造成接觸並固定管道 的內部，以傳遞軸向載荷和扭轉載荷。這樣形成了以旋轉方式固定的 組件。然而，現有技術夾持組件裝有用於設定夾持件的一個主致動器 和一個機械彈簧備用裝置。由於該備用裝置是機械式備用裝置，所以
易於發生機械故障。此外，由於這種機械備用裝置僅僅是彈簧，所以 無法遠程監測其狀態。
需要一種具有附加安全系統的改進的夾持組件以防管柱與夾持 裝置意外分離。還需要一種採用了備用致動器的用於所述夾持裝置 安全系統。還需要一種位於所述夾持裝置和鑽臺上的夾持器之間的 整體式安全系統。

發明內容
在此描述的實施方式涉及一種用於在鑽機上處理管道的方法和 裝置。該裝置適用於夾緊管道並可配合頂驅使用。該裝置在一端包 括用於以旋轉方式將所述裝置固定至所述頂驅的接頭，並且在第二 端包括用於夾住所述管道的夾持件。該裝置具有構造成移動所述夾 持件並使其保持與管道接觸的主致動器和用來保持所述夾持件與管 道接觸的備用組件。


為了詳細了解本發明上述特徵，可參照實施方式對以上簡要概述 的本發明進行更具體的描述，附圖中示出了部分實施方式。然而要注 意的是，附圖僅示出本發明的典型實施方式，因此不應認為是對本發 明範圍的限制，因為本發明可容許其他等效實施方式。
圖l是根據在此說明的一個實施方式的鑽機和井眼的示意圖。
圖2是根據在此說明的一個實施方式的夾持件的示意圖。
圖3是根據在此說明的一個實施方式的夾持件的示意圖。
圖4是根據在此說明的一個實施方式的用於夾持件的致動器的示 意圖。
圖5是根據在此說明的一個實施方式的液壓致動器的示意圖。 圖6A-6C示出根據在此說明的一個實施方式的夾持件的示意圖。
圖6D示出根據替代實施方式的轉盤的截面圖。
圖7是根據在此說明的一個實施方式的液壓致動器的示意圖。
圖8A是根據在此說明的一個實施方式的液壓致動器的示意圖。
圖8B-8E示出根據在此說明的一個實施方式的多種夾持件的示 意圖。
圖9A-9B示出根據在此說明的一個實施方式的定位系統的示意圖。
圖10A-10B示出根據在此說明的一個實施方式的傳感器的示意圖。
圖11和11A-11C示出根據在此說明的一個實施方式的配接器的 示意圖。
圖12A-12B示出根據在此說明的一個實施方式的固井膠塞發射 裝置的示意圖。
圖13是根據在此說明的一個實施方式的釋放裝置的示意圖。
圖14是根據在此說明的一個實施方式的管道處理系統和控制器 的示意圖。
具體實施例方式
圖1是具有管道處理系統102的鑽機100的示意圖。如圖所示， 管道處理系統102包括夾持裝置104、致動器106、驅動機構108和 提升系統110。管道處理系統102適於夾住管道112或一件設備114 並在井眼115上方提起該管道或設備，然後完成管道處理操作。用於 夾持裝置104的致動器106可配有將在下面更詳細說明的備用安全組 件、鎖緊系統和安全系統，以確保管道112不被提前釋放。提升系統 110和/或驅動機構108可降下管道112，直到管道112接觸管柱116。 然後驅動機構108可用於根據應用情況使管道112或所述一件設備 114旋轉，以將管道112聯接到管柱116，從而延長管柱116的長度。 在聯接後，鑽臺118上最初保持管柱116的夾具119然後可釋放管柱
116。所示的夾具119是一組卡瓦；然而，要理解的是，夾具119可 以是鑽臺118上的任何夾具，其包括但不限於十字叉。在夾持裝置 104夾住管道112並從而夾住管柱116的情況下，提升系統110和/ 或驅動機構108可降下管道112和管柱116，直到管道112的頂部靠 近鑽臺118。夾具119然後被重新啟動，以在鑽臺118附近夾住延長 的管柱116，從而將延長的管柱116保持在井內。致動器106將夾持 裝置104從管道112釋放。然後可用管道處理系統102夾住要添加至 管柱116的下一個管道112。重複該程序直到操作完成。在降下管柱 116時，驅動機構108可使管柱116旋轉。如果管柱116配有圖中示 意性地示出的鑽具120，那麼在管柱116下降時管柱116的旋轉可鑽 出井眼。管道112可以是任何接頭連接管或管段，其包括但不限於套 管、襯管、生產管道、鑽管。
圖2示出根據一個實施方式的管道處理系統102的示意圖。除了 驅動機構108、致動器106和夾持裝置104之外，管道處理系統102 還包括轉盤200和封隔器202。
如圖2所示，夾持裝置104是一種適於接合管道112內部的內夾 持設備。夾持裝置104包括一組卡瓦208、楔形鎖塊210和聯接至致 動器106的心軸212。卡瓦208可以是任何適於夾住管道112的卡瓦 或夾持件，優選地，卡瓦208具有鋸齒(wicker)(未示出)以提供 夾持接合。楔形鎖塊210聯接至心軸212，心軸212可聯接至致動器 106。致動器106向下移動套管214或罩子，從而向下移動卡瓦208。 隨著卡瓦208向下移動，卡瓦208的角度和楔形鎖塊210的角度使卡 瓦208從夾持裝置104的縱向軸線徑向移開。這種徑向向外移動使卡 瓦208移動成與管道112接合。在卡瓦208與管道112接合的情況下， 管道112的重量將增加由於楔形鎖塊210的角度和卡瓦208的角度而 由卡瓦208施加的夾持力。儘管圖2示出套管214向下移動以致動卡 瓦208，但可採用任何適合的構造來使卡瓦208與管道112接合。在 另 一實施方式中，通過使楔形鎖塊210相對於卡瓦208向上移動來致 動卡瓦208，從而迫4吏卡瓦208徑向向外移動。
在替代實施方式中，夾持裝置104可以是用於夾住管道112外部 的外夾具。該外夾具可包括在被致動時向縱向軸線移動的卡瓦。此外， 可採用內、外夾持裝置104的組合。此外，所述外夾具可包含進行樞
轉以接合管道的夾持件。在美國專利申請公開No. 2005/0257933中示 出了一種示例性的外夾具，在此通過參考的方式將其全部併入。
在圖l和2中示意性地示出了致動器106，致動器106可以是i更 計用來斷開和設置夾持裝置104的電氣組件、機械組件或液力驅動組 件。此外，致動器106可以是電致動器、機械致動器或液力驅動致動 器的任何組合。
在操作期間，特別是在致動器106旋轉期間，轉盤200允許電源 或流體源例如泵(未示出)傳遞流體和/或電流到致動器106。轉盤 200可以是傳統的轉盤，例如具有傳統的O型密封圏的斯科特迴轉密 封(SCOTT ROTARY SEALTM )。轉盤200在圖2和3中是分段215 的一部分，分段215具有下銷端216和上套管端217,以將轉盤200 聯接至其他鑽機組件如頂驅或心軸212。心軸212的上端可具有可選 的配接器218，以用來將夾持裝置104連接至轉盤200或驅動機構 108。配接器218可以僅僅是如圖所示的螺紋連接件，或包含將在下 面更詳細說明的鎖緊裝置。驅動機構108可以是本領域已知的任何用 於輔助管道112的驅動機構，例如頂驅、補償器、或頂驅補償器組合、 或移動塊。頂驅機構108和夾持裝置104之間的連接可與配接器218 類似並且將在下面更詳細地進行論述。心軸212構造成使得所述頂驅 將傳遞旋轉運動至卡瓦208，以下會更詳細地進行論述。
致動器106可聯接至心軸212並操作性地聯接至轉盤200。轉盤 200整體上可以是中空或實心軸，帶有槽或接觸環以及具有流體埠 或刷子的外環。所述軸可自由旋轉，而所述環是固定的。因此，流體 從固定點分配到旋轉軸，流體在旋轉軸處進一步分配至各種部件，以 操作與心軸212 —起旋轉的設備，如操作致動器106以設置和釋放卡 瓦208。
在一個實施方式中，致動器106是兩個或更多個環形活塞組件 300，如圖3所示。每個環形活塞組件300可包括活塞302、流體致 動腔304、控制線路308 (示意性地示出)和流體入口 310。每個環 形活塞組件300都能夠獨立於其他活塞組件300致動夾持裝置104。 因此，存在內置的備用裝置以提供備用安全系統。即，環形活塞組件 300中的一個是操作致動器106所必需的主要組件。其餘的環形活塞 組件300是備用的並提供附加的備用安全裝置。每個環形活塞組件
300都通過將流體引入流體致動腔304來操作。致動腔304內的流體 對活塞302的上側施加壓力。活塞302上的該壓力4吏活塞向下移動。 活塞302經由套管214操作性地聯接至夾持裝置104。儘管圖中示出 為聯接至套管214，要理解的是，能夠想出任何利用活塞302來致動 夾持裝置104的形式。為了將夾持裝置104從管道112釋放，可將流 體引入釋放腔306。當釋放腔306中作用在活塞302下側的流體壓力 大於活塞302上方的流體壓力時，活塞302可向上移動，從而將夾持 裝置104從管道112釋放。每個環形活塞組件300都可具有釋放腔 306或都可以不設有釋放腔。可預期的是為了釋放夾持裝置104，簡 單地減輕致動腔304中的壓力，然後可利用驅動機構108將圖2所示 的卡瓦208從管道112釋放。儘管圖中示出為具有兩個環形活塞組件 300，應當理解的是可採用任何數量，只要存在至少一個主活塞組件 和一個多餘的或備用活塞組件即可。
圖3中示意性地示出的控制線路308可以是用於供應流體至各個 環形活塞組件300的一條控制線路或一系列/多條控制線路。控制線 路308可包括將信息傳回至控制器312的監測線路。控制線路308允 許操作人員或控制器312監測各個環形活塞組件300中的流體腔中的 狀態，這些狀態包括但不限於壓力和溫度。因此，如果一個環形活塞 組件300中出現突然的壓力損失，則控制器312或操作人員可對其他 環形活塞組件300進行調節，以確保不與管道112失去接合。儘管圖 中所示為控制線路，但控制線路308可以是本領域已知的任何流體 源，例如圍繞致動器106的環形空間(annulus)。
通常，控制器312可具有附加的控制線路，其與移動塊、定位系 統、傳感器、驅動機構、動力鉗和/或管道處理裝置操作性地連通。 此外，控制器312接收來自監測線路和驅動機構的數據。各種實施方 式中的控制器312均可與本發明的部件以流體、無線(例如，紅外、 射頻、藍牙等)或有線的方式連通。示例性地，控制器312可以連通 的方式聯接至驅動機構、流體腔、夾持裝置104、釋放腔、定位系統、 一個或多個傳感器和其他鑽機部件。控制器312通常可構造成以自動 方式(例如，根據存儲在存儲器中的預編序列)或根據顯性的用戶輸 入來操作和監測每個相應的部件。
儘管圖中未示出，但控制器312可設有可編程的中央處理單元、
存儲器、大容量存儲設備以及已知的配套電路如電源、時鐘、緩存、 輸入/輸出電路等。
一旦啟動後，操作人員可通過輸入指令到控制器
312來控制夾持裝置104的操作。為此，控制器312的另一實施方式 包括未示出的控制面板。所述控制面板可包括鍵盤、開關、旋鈕、觸 摸板等。
在控制器312監測並操作鑽機的情況下， 一種整體式安全系統可 容易地適配於鑽機100。 一種安全系統可防止管道112或管柱116掉 落。在一個實施方式中，該安全系統適於提供夾持裝置104是否適當 地連接於管道112的指示。因此，所述安全系統將使操作人員或控制 器312獲知夾持裝置104已經與管道112完全接合。當所述安全系統 確認夾持裝置104與當前構成管柱116 —部分的管道112的接合時， 控制器312或操作人員可釋放鑽臺118處的卡瓦或十字叉。所述移動 塊然後將降下管柱116，使得所述管道的套管端位於鑽臺118附近。 控制器312或操作人員然後可重新啟動所述卡瓦或十字叉，以夾住管 柱ll6。在所述卡瓦與管柱1W接合的情況下，控制器3U將允許夾 持裝置104釋放管柱116。所述安全系統還能夠監測上扣(make up ) 過程中管道112的螺紋中適當的力矩量。這確保了所述螺紋在上扣的 過程中不會受損並且連接是緊固的。在美國專利No. 6,742,596和美 國專利申請7〉開 No. U.S.2005/0096846 、 2004/0173358 和 2004/0144547中示出了適合的安全系統的示例，在此通過參考的方式 將其全部併入。
在替代實施方式中，夾持裝置104的致動器106包括一個或多個 活塞和缸筒組件400,如圖4所示。活塞和缸筒組件400經由擋圏402 聯接至心軸212，並經由滑環404以可移動的方式聯接至套管214。 滑環404聯接至每個活塞和缸筒組件400的杆406。滑環404操作性 地聯接至套管214以致動夾持裝置104。要理解的是可採用本領域已 知的任何將活塞和缸筒組件400固定至心軸212和套管214的方法。 任何一個活塞和缸筒組件400都能夠移動滑環404以致動夾持裝置 104，因而除了一個之外的活塞和缸筒組件400都是多餘的或供備用， 並且一個活塞是主致動器。還要理解的是，除了流體源外，還可採用 其他動力源以單獨或與所述流體動力一起驅動夾持裝置104。這些替 代的動力源包括但不限於電氣系統、電池和儲能系統如渦圏形盤簧和 壓縮氣體。
在另一實施方式中，致動器106可由電驅動。該電動致動器可i殳 有機械鎖緊裝置，這種機械鎖緊裝置用作防止夾持裝置104釋放的備 用組件。此外，所述電動致動器可包括多於一個致動構件作為備用裝 置或供備用。另外，所述電動致動器可發送數據至控制器312，以將 其位置通知操作人員。因此，如果一個鎖緊裝置失靈，則控制器312 可採取措施以防止管道112意外釋放。
如上所述，為了提供備用裝置或備用安全組件，可使用一種可單 獨操作的備用致動器以在主致動器失靈的情況下確保夾持裝置104 的操作。在一個實施方式中，如圖3所示，致動器106包括四個環形 活塞組件300。主致動器可以是環形活塞組件300中的一個，而任何 一個或所有其餘的環形活塞組件300都可用作備用致動器。備用致動 器以與主致動器相同的方式起作用。即，備用致動器在流體供應至備 用致動器的致動腔304時對夾持裝置104施加致動力。如上所述，致 動腔304內的流體壓力可由控制器312監測。即使在主致動器失靈的 情況下，備用致動器也將提供作用在夾持裝置104上的致動力。此外， 可以設置以與所述備用致動器相同或相似的方式操作的附加備用致 動器。
在另一實施方式中，在控制線路308和致動腔304之間設置圖3 中示意性地示出的一個或多個閥314，以提供附加的和/或替代的備用 安全組件。閥314允許流體進入致動腔304，但不允許流體離開致動 腔304。閥314可設定成在釋放腔306被致動時釋放壓力。閥314通 常為單向閥，例如止回閥；然而應當理解，可採用包括但不限於平衡 閥的任何閥。在操作中，流體進入致動腔304並致動環形活塞組件 300，從而使管道112與夾持裝置104的卡瓦208接合。流體還以備 用的方式起作用，以防止夾持裝置104的卡瓦208與管道112分離， 直到壓力施加在活塞302的相反端上。在該實施方式中，閥314作用 成維持活塞302上基本恆定的壓力，即使流體壓力在控制線路308中 意外損失或被選擇性地斷開時也是如此。這樣繼而保持了卡瓦208上 恆定的鎖緊力。閥314可構建到致動器106中或添加和/或鉛封進來， 作為致動器106的附加設備。此外，閥314可位於用於操作環形活塞 組件300的流體源和致動腔304之間的任何位置。閥314可才艮據致動 器106的需要而連接於每個致動腔304或連接於任何數量的流體腔。 因此，在操作中，僅僅一個致動腔304需要與卡瓦208接合。附加的
致動腔304可設有閥314作為安全腔，該安全腔一旦被致動則防止夾 持裝置104意外地釋放管道112。閥314將作用在單個活塞上。因此， 如果使用了多個活塞並且如果由於密封故障而造成一個活塞不起作 用或洩漏壓力，則備用致動器將繼續保持卡瓦208上的設定力。
在又一替代實施方式中，備用致動器是活塞和缸筒組件400中的 一個或多個，並且主致動器是活塞和缸筒組件400中的一個，如圖4 所示。如上所述，主致動器和每個備用致動器都能夠獨立地操作夾持 裝置104。此外，圖3所示的控制器312能夠監測主致動器和備用致 動器中的狀態，以確保夾持裝置104在需要時與管道112保持接合。
在又一實施方式中，活塞和缸筒組件400中至少一些設有在圖5 中示意性地示出的閥500,以提供作為附加安全裝置的備用組件，從 而防止夾持裝置104意外釋放。如圖所示，每個活塞和缸筒組件400 都包括缸筒502和活塞504。可以有連接於每個活塞和缸筒組件400 的兩條控制線路。致動線路506連接於每個缸筒502。致動線路506 對每個活塞504施加液壓或氣壓壓力以致動夾持裝置104 (在圖1-4 中示出)。釋放線路512在活塞504下方連接於每個缸筒502以釋放 夾持裝置104。可將一條或多條供給線路508聯接至每條致動線路 506。此外，可採用單獨的供給線路以單獨驅動每個活塞和缸筒組件 400。每條致動線路506都可i殳有閥500，儘管圖中示出每條致動線 路506都具有閥500，要理解的是可釆用少至一個的閥500。
為了啟動夾持裝置104，流體流經所述一條或多條供給線路508。 流體進入每條致動線路506,然後流過閥500。閥500以允許流體流 向缸筒502但不能向供給線路508流回的方式操作。隨著流體持續地 流過閥500，流體充滿閥500下遊的每條線路。流體然後可開始在活 塞504上施加力。活塞504上的力導致活塞504移動滑環404 (在圖 4中示出)並致動夾持裝置104。然後卡瓦208接合管道112。當卡 瓦208完全接合時，流體將不再向下移動活塞504。可在預定壓力下 停止引入流體，該預定壓力可由控制器312或操作人員監測。作用在 處於致動位置的活塞504上的唯一的力是活塞504上方的流體壓力。 系統將穩定在該狀態，直到所述壓力被開關510或閥500釋放或出現 系統故障。每個閥500都用作確保夾持裝置104不會意外釋放管道 112的安全系統。在操作中，通過使開關510致動並允許流體離開活
塞504的頂側來釋放卡瓦208。然後將流體引入釋放線路512中，以 對活塞504的底側加壓。在流體在活塞504上方釋放的情況下，除了 卡瓦208和管道112之間的摩擦外不需要附加的力來釋放卡瓦208。 儘管閥500與活塞和缸筒組件400 —起示出，要理解的是閥500和液 壓方案可結合這裡公開的任何致動器一起使用。
在又一實施方式中， 一個或所有活塞和缸筒組件400都可設有可 選的蓄能器514，在圖5中示出。蓄能器514提供附加的安全裝置以 確保夾持裝置104不會提前釋放管道112。如圖所示，蓄能器514在 每個致動線路506內位於閥500和缸筒502之間。蓄能器線路516用 流體將蓄能器514聯接至致動線路506。每個蓄能器514可包括嚢狀 物或隔膜(未示出)。所述嚢狀物是將活塞和缸筒組件400系統流體 與蓄能器514內的可壓縮流體分開的非滲透性彈性膜。在操作活塞和 缸筒組件400系統流體之前，蓄能器514充入可壓縮流體至預定壓力。 在所述可壓縮流體壓力僅存在於蓄能器514中的情況下，所述囊狀物 將膨脹成向蓄能器514的蓄能器線路516蓋住下端。當所述囊狀物處 於該位置時，蓄能器嚢狀物已達到最大膨脹度.當用於操作活塞和缸 筒組件400的流體進入蓄能器514時，所述嚢狀物的隔膜開始相對於 蓄能器線路516向上移動。所述嚢狀物隨著在蓄能器514內向上移動 而進一步壓縮所述可壓縮流體。在卡瓦208完全接合的情況下，所述 流體將不再向下移動活塞504。系統流體將繼續使所述嚢狀物膨脹， 同時壓縮蓄能器514內的可壓縮流體。系統流體的引入將在預定壓力 下停止。如上所述，系統可保持在該狀態，直到所述壓力被開關510 釋放或出現系統故障。
在液壓系統洩漏的情況下，系統將緩慢地開始洩放其系統流體。 然而，隨著系統流體洩放，蓄能器514內的可壓縮流體通過增加體積 來維持系統流體的壓力。所述嚢狀物隨著可壓縮流體膨脹而膨脹，從 而通過增加系統體積而維持系統流體的壓力。囊狀物的膨脹和系統流 體洩放量有關。換句話說，系統流體的壓力繼而活塞504上的壓力在 系統流體損失時由於嚢狀物的膨脹而保持恆定。所述嚢狀物在系統流 體外洩時繼續移動，直到完全膨脹。 一旦所述嚢狀物已完全膨脹，系 統流體任何進一步的洩漏將會導致所述系統中的壓力損失。蓄能器 514內的壓力可由控制器312監測。因此，蓄能器514中一出現壓力 損失，控制器312或操作人員就可增加活塞和缸筒組件400內的壓力， 從而防止意外釋放夾持裝置104。每個閥500和蓄能器514對每個活 塞和缸筒組件400單獨起作用。所以，可存在一個具有閥500和蓄能 器514的主活塞和任何數量的具有閥500和蓄能器514的備用活塞， 從而提供增大的安全因子。蓄能器514可與在此所述的任何致動器一 起使用。
在上述轉盤200的替代實施方式中，轉盤600直接聯接至致動器 106，如圖6A所示。由於不需要分段215,這減少了夾持裝置104的 總長。轉盤600具有連接於控制線路604的流體噴嘴602，控制線路 604聯接至流體源或電源606 (示意性地示出)。轉盤600另外具有經 由埠 608與致動器106連通的流體腔180，以用於釋放或接合卡瓦 208。轉盤600包含殼體610和直接連接於旋轉構件的基座614，殼 體610可包括流體噴嘴602、兩個或更多個密封團612。此外，轉盤 600包括滑環616，滑環616將殼體610聯接至基座614，同時允許 殼體610在基座614旋轉時保持靜止。圖6B示出轉盤600聯接至根 據替代實施方式的致動器106A。圖6C示出兩個轉盤600連接於致 動器106B。致動器106B具有活塞618，該活塞在從下轉盤600引入 的流體作用下向上移動，並且在從上轉盤600引入的流體作用下向上 移動。活塞618操作夾持裝置104。要理解的是，轉盤600可與在此 公開的或本領域已知的任何致動器106裝置一起使用。此外，可採用 任何數量的轉盤600。
在又一替代實施方式中，可通過具有電動備用裝置的主流體系統 實現任何上述致動器的備用。此外，所述主系統可以是電動的並且所 述備用系統可以是流體操作的。
在又一替代實施方式中，上述轉盤200和/或600可採用旋轉接頭 620的形式，如圖6D所示。旋轉接頭620包括內旋轉構件622和外 靜止構件624。內旋轉構件622可聯接至管道處理系統102的旋轉部 件，例如驅動機構108和致動器106。外靜止構件624適於聯接至用 於操作管道處理系統102部件的一條或多條控制線路。如圖所示，旋 轉接頭620包括兩個液壓流體入口 626 和四個氣動流體入口 628;然 而，要理解的是可採用氣動流體入口、液壓流體入口、電入口和光纖 入口的任何組合，包括僅僅一個液壓流體入口 626和/或一個氣動流 體入口 628。入口 626和628能夠可選地包括用於控制流動的閥。在
內旋轉構件622和外靜止構件624之間可包括軸承630以承受所述兩 個構件之間的徑向力和軸向力。如圖所示，軸承630位於外靜止構件 624的每端處。
液壓流體入口 626經由穿過外靜止構件624的埠 634利用流體 聯接至環形腔632。環形腔632圍繞外靜止構件624的整個內徑。環 形腔632利用流體聯接至位於內旋轉構件622內的控制埠 636。控 制埠 636可利用流體聯接至管道處理系統102的任何部件。例如， 控制接口 636可聯接至致動器106以操作主致動器和/或備用致動器。
為了防止內旋轉構件622和外靜止構件624之間的洩漏，可在環 形腔632每側的凹處640中的位置處設置流體動壓密封件638。如圖 所示，流體動壓密封件638是一種適於密封所述液壓流體所需的增壓 的高速潤滑片。流體動壓密封件638可由包括但不限於橡膠、聚合體、 彈性體的任何材料製成。流體動壓密封件638在凹處640中呈不規則 的形狀和/或位置。流體動壓密封件638在凹處640中的不規則形狀 和/或位置適於在凹處640的壁和流體動壓密封件638之間形成空腔 641或一空間。在操作中，液壓流體進入環形腔632並繼續進入流體 動壓密封件638和凹處640之間的空腔641。所述液壓流體隨著內旋 轉構件622旋轉而在所述空腔中移動。這種移動使所述液壓流體在空 腔641內循環並驅動流體動壓密封件接觸表面之間的液壓流體。所述 液壓流體的循環和驅動在流體動壓密封件638、凹處640以及內旋轉 構件622的表面之間形成液壓流體層。該液壓流體層形成對流體動壓 密封件638的潤滑，以減少熱量的產生並延長流體動壓密封件的壽 命。在替代實施方式中，流體動壓密封件638比凹處640窄，而其高 度基本等於或大於凹處640。流體動壓密封件638在周向上也可以比 所述凹處長。這種構造迫使流體動壓襯墊638以圖6D中的波浪形虛
線的形式彎曲並壓縮在如圖所示的凹處中。當旋轉時，所述液壓流體 如上所述在空腔641中循環。每個所述入口均可包括流體動壓密封件 638。每個所述入口均可具有控制埠 636，以操作管道處理系統102 的任何部件的單獨工具。
可在氣動流體入口 628的環形腔632每側的凹處640中的位置處 在內旋轉構件622和外靜止構件624之間設置密封件642。襯墊642 可包括低摩擦墊646和位於所述凹處一側上的標準密封件644。所述
低摩擦墊可包括低摩擦聚合體，所述低摩擦聚合體包括但不限於特氟龍(Teflon )和聚醚醚酮(PEEK )。低摩擦墊646在旋轉期間減少 標準襯墊644上的摩擦。在此描述的任何襯墊都可用於任何入口 626和 /或628。
管道處理系統102可包括補償器700,如圖7所示。補償器700 補償管道112與管柱116連接過程中由於螺紋上扣而造成的長度損 失，而無需降低驅動機構108和/或頂驅。該系統不但考慮螺紋上扣 時的長度補償，還控制施加到上扣螺紋上的重量，使得在上扣過程中 不會對螺紋施加過多的重量。如圖所示，保持器700由在一端聯接至 固定位置704的一個或多個補償活塞702組成。固定位置704可聯接 至管道處理系統102相對於管道112縱向固定的任何部分。如圖所示， 固定位置704聯接至頂驅。補償活塞702的另一端操作性地經由聯接 環706聯接至活塞和缸筒組件400。活塞和缸筒組件400如上述聯接 至夾持裝置104。補償器活塞702適於保持靜止，直到達到預設載荷。 在達到所述載荷後，所述補償器活塞將允許聯接環706在所述載荷作 用下移動，從而允許夾持裝置104移動。
在操作中，夾持裝置104夾住管道112。在僅有管道112聯接至 夾持裝置104的情況下，補償器活塞702將保持在其初始位置。管道 112然後將接合管柱116，如圖1所示。驅動機構108然後將旋轉管 道112，以將管道112聯接至管柱116。在進行螺紋聯接時，附加栽 荷被施加到夾持裝置104並因此施加到補償器活塞702。當完成了螺 紋連接時，補償器活塞702將響應於所述附加載荷而移動，從而允許 夾持裝置104縱向向下移動。儘管圖中示出補償器700與活塞和缸筒 組件400 —起使用，要理解的是補償器700可連同在此描述的任何致 動器一起使用。
補償器活塞702可經由控制線路708由控制器312控制和監測。 控制線路708根據所執行的操作使補償活塞702中的壓力被控制和監 測。控制器312能夠調節補償器活塞702的靈敏度，以使所述補償器 活塞能夠響應於不同載荷而移動。
在另一實施方式中，補償器700僅僅是一種花鍵套管或擋團，圖 中未示出。所述花鍵套管允許驅動機構108和夾持裝置104之間的縱 向滑動或移動。在又一實施方式中，所述補償器可包括活塞和花鍵套
管的組合。
致動器106可適於互換和/或模塊化使用，如圖8A-8E所示。即， 一個致動器106可適於操作任何尺寸或種類的模塊化夾持裝置804。 圖8A示出具有活塞和缸筒組件400的致動器106、 一個或多個補償 器活塞702和用於將致動器106聯接至驅動機構108(在圖1中示出) 的配接器218。配接器218可包括力矩分段，以監測施加至管道112 的力矩。圖8B-8E示出可與致動器106 —起使用的各種示例性模塊 化夾持裝置組件804。利用模塊化滑環802實現所選夾持裝置804的 致動。如上所述，與上述滑環404相似的模塊化滑環802聯接至活塞 和缸筒組件400並可隨其移動。模塊化滑環802適於聯接至模塊化夾 持裝置804的相配的滑環806。當聯接至相配的滑環806時，模塊化 滑環802可致動上述夾持裝置104。在這方面，滑環802和806響應 於活塞和缸筒組件400的致動而一致移動，這繼而導致夾持裝置104 與管道112接合或分離。可釆用萬向聯軸器808將來自驅動機構108 的力矩傳遞至模塊化夾持裝置804。如圖所示，對每個模塊化夾持裝 置104，在轉軸810的端部處設置萬向節808。萬向節808適於聯接 至致動器106內的軸。在萬向節808聯接至致動器106該軸的情況下， 可將旋轉從驅動機構108傳遞至轉軸810並繼而經由模塊化夾持裝置 804傳遞至所述管道。
在操作中，管道處理系統102的模塊化特點允許快捷並容易地容 置任何尺寸的管道112而不需要拆卸致動器106和/或驅動機構108。 因此，如圖8B所示，可使用外模塊化夾持裝置804在一開始夾住、 聯接所述管道並與所述管道一起鑽井。然後可通過將滑環806與滑環 802分離來移開外模塊化夾持裝置804。如圖8E所示，內夾持裝置 804然後可用來繼續聯接、處理管道112並與管道112—起鑽井。可 預期的是在操作過程中可採用具有任何合適尺寸的夾持裝置。此外， 在此描述的任何致動器106都可連同模塊化夾持裝置804 —起使用。
圖9A和9B示出可與這裡公開的任何管道夾持組件和任何致動 器106—起使用的定位系統卯0。如圖所示，定位系統卯O可合併到 具有活塞和缸筒組件400的致動器106內。定位系統900適於在其被 活塞和缸筒組件400移動時跟蹤滑環404或活塞杆406的移動。定位 系統900可與控制器312連通，以監測夾持裝置104的接合和分離。
定位系統900跟蹤活塞的位置，從而跟蹤夾持裝置104的位置。定位 系統900可包括輪子902，輪子902聯接至臂904，亦聯接至活塞推 杆406，或者聯接至套管214或滑環404。所述輪子隨著活塞推桿406 將滑環404從分離位置移動至接合位置時在軌道卯6上滾動。軌道 卯6可包括隆起部分907。當輪子卯2到達隆起部分907時，其將臂 卯4從夾持裝置104的心軸212徑向移開。臂卯4聯接至致動位置指 示器910的觸發器卯8。因此，當觸發器908與位置指示器910接合 時，觸發器卯8在位置指示器910內的高度和位置指示活塞推桿406 和/或滑環404的位置並因此指示卡瓦208的位置，圖中未示出。盡 管圖中示出軌道卯6具有一個隆起部分，要理解的是軌道906可具有 任何結構並指示活塞推桿406和/或滑環404在夾持裝置的致動和分 離過程中所處位置的全部範圍。定位系統900可發送和/或接收氣動 和/或液壓信號到控制器312和/或流體源，並可進一步通過無線方式 或通過有線通信線路發送電子信號。此外，定位系統卯O可以是任何 的位置定位器，其包括但不限於霍爾效應儀、應變儀，或任何其他近 程傳感器。傳感器通信信號可通過所述轉盤送回和/或經由射頻發送。
在又一實施方式中，夾持裝置104包括傳感器1000，傳感器1000 用於指示夾持裝置104的擋圏1002已達到管道112的頂部，如圖10A 和10B所示。擋團1002適於防止管道112在夾持裝置104與管道112 接合時移過夾持裝置104。傳感器1000可在管道112接近擋團1002 時檢測管道112。在使用中，提升系統110和/或驅動機構108將首先 朝管道112降下夾持裝置104，以促使夾持裝置104的接合部進入管 道112,或者，如果所述夾持裝置是外夾具則促使該接合部圍繞管道 112。當提升系統和/或驅動機構108繼續相對於管道112移動夾持裝 置104時，傳感器1000將在管道112到達距擋圏112預定距離時被 致動。傳感器1000可發送信號至控制器312或操作人員，以指示已 到達擋圏1002至管道112的預定近程。控制器312和/或操作人員然 後可停止提升系統110和/或驅動機構108繼續相對於管道112移動 夾持裝置104。夾持裝置104然後可被啟動，以夾住管道112開始進 行鑽井和/或運轉操作。
如圖10A和10B所示，傳感器1000是靠在擋圏1002的凹處1004 中的機械傳感器並且被偏置成在擋圏1002的底表面下方突出。圖10B 示出傳感器1000聯接至用來操作控制閥1008的啟動器1006。如圖
所示，啟動器1006是突出穿過擋團1002的杆，其在一端聯接至控制 閥1008並在另一端聯接至適於接合管道112的觸頭1010。傳感器 1000可包括用於朝未接合位置對啟動器1006施加偏壓的彈簧1007。 因此，觸頭1010隨著夾持裝置104下降到管道112中而靠近管道112 的上端。 一旦觸頭1010與管道112接合，控制閥1008則被致動並發 送信號至控制器312或操作人員，以指示夾持裝置104位於管道112 內。儘管圖中示出的是機械傳感器，要理解的是傳感器1000可以是 本領域已知的任何傳感器，例如杆和活塞組件、應變儀、近程傳感器、 光學傳感器、紅外線傳感器和雷射傳感器。傳感器1000有助於防止 在管道112連接於管柱116之前將提升系統110、致動器106和驅動 機構108的全部重量壓在管道112的頂部上，在一個實施方式中，傳 感器1000的狀態可經所述轉盤發送回和/或經由射頻發送。
在又一實施方式中，可在管道處理系統102的部件之間提供接頭 的配接器218包括如圖11所示的鎖1100。配接器218位於驅動機構 108和致動器106之間；然而，要理解的是配接器218可位於管道處 理系統102的任何部件之間。鎖1100防止管道處理系統102的部件 之間的連接部由於部件旋轉而意外釋放。如圖所示，部件連接部包括 驅動機構108的銷連接器1102，銷連接器1102適於聯接至致動器106 的套管端1103。銷連接器1102和套管端1103都具有成形外表面1104。 圖11A所示的成形外表面是八邊形結構；然而，要理解的是該形狀 可以是任何能夠傳遞力矩的構造，例如齒輪或花鍵、六邊形、正方形、 鎖鍵(銷)等。成形外表面1104構造成與鎖1100的成形內表面1106 相匹配。鎖1100可包括用於將鎖1100聯接至銷連接器1102的緊定 螺釘1108。儘管圖中緊定螺釘1108示出連接於銷連接器1102，要理 解的是緊定螺釘1108可聯接至所述連接部的任何部分，只要鎖1100 與銷連接器1102和套管端1103都接合。因此，在操作中，鎖1100 布置在銷連接器1102上並且套管端1103聯接至銷連接器1102。鎖 1100然後移動使得成形內表面1106與銷連接器1102和套管端1103 的成形外表面1104都接合。緊定螺釘1108然後將鎖1100聯接至銷 連接器1102。驅動機構108然後可被致動以使管道112旋轉。當驅 動機構108扭轉所述連接部時，除了所述螺紋連接外，栽荷還通過鎖 1100傳遞。鎖1100防止所述連接部過載或鬆脫。儘管示出驅動機構 108具有銷端並且致動器106具有套管端，但任何構造都可用來確保 連接。此外，所述鎖可包括楔塊離合器以接合頂驅主軸，因此不需要
改變頂驅主軸的外徑，圖中未示出。
在又一實施方式中，配接器218是如圖11C和11B所示的外鎖緊 工具lllO。外鎖緊工具1110可包括兩個或更多個連接元件1112，這 些連接元件1112被連接起來以圍繞管道處理系統102的部件之間的 連接部。如圖所示，連接元件1112經由銷1114以可樞轉的方式相互 連接。銷1114可被拆卸以打開外鎖緊工具1110並將外鎖緊工具1110 圍繞所述連接部放置。然後可重新安裝銷1114將外鎖緊工具1110鎖 緊在所述連接部的周圍。此外，可移除或增加任何數量的連接元件 1112以適應所述連接部的尺寸。連接元件1112在連接時形成具有兩 個或更多個板牙1116的內徑。每個連接元件1112可具有一個或多個 適於容納板牙1116的凹處1117。所述內徑適於等於或大於管道處理 系統102的部件之間的連接部的外徑。板牙1116具有接合表面1118， 接合表面1118適於以夾持的方式接合管道處理系統102的部件之間 的連接部的外徑。在一個實施方式中，板牙1116足夠大以橫跨管道 處理系統102的部件之間的連接部。可選地，板牙1116能夠經由一 個或多個調節螺釘1120進行徑向調節。所示的調節螺釘1120橫跨每 個連接元件1112。調節螺釘1120在連接元件1112的內部與板牙1116 接合，並且易於在連接元件1112的外部進行調節。儘管圖中調節螺 釘1120示出為螺釘，要理解的是任何徑向移動所述板牙的方法都可 使用，所述方法包括但不限於可流體致動活塞、電致動器或銷。這樣， 帶板牙1116的連接元件1112可圍繞兩個部件之間的連接部聯接在一 起。如果需要的話，然後可經由調節螺釘1120調節板牙1116，從而 以夾持的方式與所述連接部接合。每個板牙1116將橫跨所述連接部 並從而夾住所述兩個部件。聯接於連接元件1112的板牙1116將防止 所述部件相對於彼此旋轉，從而防止所述連接部意外釋放。
圖11B示出外鎖緊工具1110的替代實施方式。如圖所示，每個 連接元件1112具有至少兩個單獨的板牙1116。所述板牙能夠經由調 節螺釘1120獨立地調節。這允許每個板牙1116獨立地接合所述連接 的每個部件。因此，所述部件可具有不同的外徑並且仍然被外鎖緊工 具1110的單獨板牙116接合。在板牙1116以夾持的方式與部件接合 的情況下，以與上述相同的方式防止所述部件之間的相對旋轉。
在另一實施方式中，設備114是適於供夾持裝置104使用的固井
膠塞發射裝置1200，如圖12A-12B所示。除了任何鑽機管道處理設 備之外，固井膠塞發射裝置1200還可適於被在此所述的任何管道處 理系統102接合。例如，固井膠塞發射裝置可適於聯接至內夾持裝置、 外夾持裝置、或外夾持裝置和/或內夾持裝置的任何組合。與夾持裝 置104 —起使用固井膠塞發射裝置1200允許操作人員在不需要在使 用前將夾持裝置104從鑽機拆下的情況下使用固井工具。這樣節省了 鑽機時間並減少了管柱116暴露於未固井的井眼。此外，可將固井膠 塞發射裝置1200作為一個整體組件帶到鑽臺，可用所述夾持裝置操 作所述組件並將其聯接至管柱116。這使得能夠快速操作，同時保護 了所述殼體內的膠塞和設備114。此外，固井膠塞發射裝置1200僅 需在要進行固井操作時連接於管道處理系統102。固井膠塞發射裝置 1200可允許將管柱116用水泥固定在適當位置而不需要通過夾持裝 置104、致動器106和驅動機構108泵送水泥。
以下將說明固井膠塞發射裝置1200與內夾持裝置104 —起使用。 如圖12A所示，發射裝置1200具有上接頭1202和可選的發射裝置 轉盤1204、流體入口 1205和閥1206。轉盤1204可以與上面提到的 轉盤相同的方式起作用。圖中示出閥1206是一種止回閥；然而，閥 1206可以是包括但不限於球閥、閘閥、單向閥、安全閥和TIW閥的 任何閥。閥1206適於防止水泥和/或鑽井流體在固井操作的過程中流 經固井膠塞發射裝置1200。此外，閥1206可防止泵壓在循環或固井 的過程中影響夾持裝置104的負栽容量。發射裝置1200的上接頭適 於被夾持裝置104接合。因此，在管柱116已運行和/或鑽探或鉸進 到期望深度後，夾持裝置104可釋放管柱116並拾起發射裝置1200。 為了夾住發射裝置1200，將夾持裝置104插入上接頭1202中。致動 器106然後啟動卡瓦208與上接頭1202夾持接合。夾持裝置104和 固井膠塞發射裝置1200然後被提升系統提升在管柱116之上。提升 系統然後可將固井膠塞發射裝置1200向管柱116放下以與其接合。 驅動機構108然後可旋轉固井膠塞發射裝置1200以將固井膠塞發射 裝置1200聯接至管柱116。因此，僅對管道處理系統102作少許改 動或不作改動就可完成固井操作。在一個實施方式中，管道處理系統 102可具有密封能力以允許流體在岡1206上方被泵入固井膠塞發射 裝置1200的內徑中。
圖12A所示的固井膠塞發射裝置1200示出 一種如在美國專利NO.
5,787,979和5,813,457中描述的典型的發射頭，以及發射裝置轉盤 1204和適於被夾持裝置104夾住的上接頭1202的附加裝置，在此通 過參考的方式將這些專利全文併入。圖12B所示的發射裝置1200( a ) 示出膠塞發射系統的使用，所述發射系統採用常規膠塞以及非旋轉膠 塞，例如美國專利No. 5,390,736所描述的膠塞，在此通過參考的方 式將該專利全文併入。發射裝置1200 (a)進一步包括允許流體泵入 井眼的轉盤1204，同時閥1206防止流體流至夾持裝置104。所述流 體可以是本領域已知的任何流體，例如水泥、生產液、隔離液、泥漿、 將泥漿轉化為水泥的流體等等。膠塞發射組件1200和1200A可允許 管柱116在固井操作的過程中旋轉。圖12C示出固井膠塞發射裝置 1200 (b)，其適於以下將描述的遠程操作。
要理解的是固井膠塞發射裝置1200和1200A可連同夾鉗、套管 卡或甚至另一種夾持裝置例如矛狀體或外夾持設備一起使用，以連接 至預先處理的管柱116。
圖中示出固井膠塞發射裝置1200和1200 (A)具有手動膠塞釋 放裝置。在又一可選實施方式中，固井膠塞發射裝置1200和1200(A) 配有遠程操作的致動系統。在該實施方式中，所述手動膠塞釋放裝置 由膠塞啟動器代替或配有這種膠塞啟動器。所述膠塞啟動器是從控制 器312電控或無線控制的流體。因此遠處的控制器或操作人員可在期 望的時間利用膠塞啟動器釋放每個膠塞1208和1210。所述膠塞啟動 器一般將防止膠塞1208/1210在固井膠塞發射裝置1200/1200 ( a)中 向下移動並進入管道112的構件移開。因此在膠塞啟動器致動後所述 構件移開的情況下，膠塞1208/1210執行固井操作。用來操作所述膠 塞啟動器的流體線路或電氣線路可包括轉盤，以在固井膠塞發射裝置 1200和1200 (A)的旋轉過程中與膠塞啟動器通信。在替代方式中， 所述膠塞啟動器可釋放適於供膠塞1208和1210使用的球(ball)或 飛鏢(dart)。
在固井操作過程中，使管柱116在水泥進入井眼115和管柱116 之間的環狀空間時往復運動和/或旋轉是有益的。所述移動、往復運 動和/或旋轉可由提升系統110和驅動機構108完成並有助於確保水 泥分布在所述環狀空間內。用於所述固井膠塞發射裝置的遠程操作致 動系統在管柱116的移動過程中是有益的，其可防止操作人員在釋放膠塞1208和1210時由於所述固井膠塞發射裝置的移動而受傷。
儘管所述固井膠塞發射裝置可與用於夾持裝置的備用安全機構 一起使用或討論，要理解的是，不必將所述發射裝置與在此包括的任 何其他方面或主題聯繫在一起。
在另外一個實施方式中，管道處理系統102可包括釋放裝置 1300，如圖13所示。在具有卡瓦型內夾持裝置的管道處理系統的操 作過程中，圖2所示的卡瓦208可能卡在管道112內。當夾持裝置 104的卡瓦208在夾持裝置104不能相對於管道112移動的位置處意 外地與管道112接合時，可能出現這種情況。例如夾持裝置104的擋 團1002擋住管道112的頂部並且卡瓦208與管道112接合。此時， 相對於管道112向上拉動夾持裝置104進一步使卡瓦208與管道112 接合，另外，由於擋圏1002和管道112的頂部互相接觸，阻止了夾 持裝置104相對管道112向下移動以釋放卡瓦208。釋放裝置1300 適於在夾持裝置被卡住的情況下選擇性地將夾持裝置104從管道112 釋放並且可合併到擋圏1002中，或者可以是單獨的單元。釋放裝置 1300可具有釋放活塞1302和釋放腔1304。釋放腔1304可經由流體 阻擋器1306如LEE AXIAL VISCO JETtm和岡1307聯接至釋放活 塞。圖中所示的閥1307是一種單向閥或止回閥。流體阻擋器1306防 止釋放腔1304中的流體壓力快速致動釋放活塞1302。閥1307防止 流體從釋放腔1304向釋放活塞1302流動而允i午流體反向流動。釋放 裝置1300可進一步包括偏壓件1308,偏壓件1308適於對釋放活塞 1308向如圖13所示的未接合位置施加偏壓。釋放裝置1300在擋圏 1002與管道112接合併且通過所述提升系統將重量作用在夾持裝置 104的心軸212上時進行操作。心軸212可通過聯接裝置1309聯接 至釋放活塞1302。作用在心軸212上的向下力壓縮釋放腔1304內的 流體。由於流體阻擋器1306，初始壓縮將不會移動釋放活塞1302。 釋放腔1304的持續壓縮使流體緩慢地流經流體阻擋器1306並作用在 釋放活塞1302上。當釋放活塞1302致動活塞缸筒1310時，活塞缸 筒1310使心軸212相對於擋圏1002向上移動。因此，隨著釋放腔 1304的持續壓縮，心軸212使卡瓦208緩慢地與管道112脫離。此 外，流體阻擋器1306防止卡瓦208由於突然作用在心軸212上的重 量而意外釋放。釋放腔1304持續致動至最大活塞行程將釋放卡瓦 208。夾持裝置104然後可從管道移開。當重量從擋圏1002移開時，
釋放腔中的壓力迅速下降。偏壓件1308將所述活塞向未接合位置推 回，並且閥1307允許流體返回到釋放腔。在另一實施方式中，釋放 裝置1300裝有可選的凸肩1312。凸肩1312適於靠在管道112的頂 部上。
圖14是整體式安全系統和/或互鎖的示意圖。整體式安全系統 1400可適於在管道處理系統102的操作過程中防止對管道112和/或 管柱116的損壞。在一個實施方式中，整體式安全系統1400由控制 器312電子控制。整體式安全系統1400適於防止夾持裝置104在夾 具119夾住管道112和/或管柱116之前釋放。例如，在管道處理操作 中，控制器312可首先啟動夾持裝置104的致動器106以夾住管道 112。控制器312然後可啟動夾持裝置104的旋轉以將管道112聯接 至管柱116。控制器312然後可釋放夾具119，同時仍用夾持裝置104 夾住管道112和管柱116。控制器312將防止管道112在夾具119重 新夾住管道112和管柱116之前釋放。 一旦夾具119已重新夾住管道 112，控制器312將允許夾持裝置104釋放管道112。
整體式安全系統1400還能夠監測上扣過程中管道112的螺紋中 適當的扭矩量。這確保了所述螺紋不會在上扣過程中損壞並且所述連 接是緊固的。在美國專利No. 6，742，596和美國專利申請公開No. U.S. 2005/0096846、 2004/0173358和2004/0144547中示出了合適的安全系統 的示例，在此通過參考的方式將這些專利全文併入。
在另一實施方式中，整體式安全系統1400可包括定位系統900。 定位系統卯0發送信號至控制器312，所述信號給出夾持裝置104相 對於管道112的狀態。換句話說，定位系統900在管道112被夾持裝 置104夾住或未夾住時對控制器312作出指示。在操作中，在夾持裝 置104夾住管道112後，定位系統900將指示管道112被夾住並且可 安全地提升夾持裝置104的信號發送給控制器312。夾持裝置104由 驅動機構108和/或提升系統110操縱以將管道112聯接至管柱116。 控制器312然後可打開夾具119以釋放管柱116。管道112如上所述 被降下並被夾具119重新夾住。控制器312然後將夾持裝置104從管 道112釋放。定位系統900在夾持裝置104與管道112安全脫離時通 知控制器312。夾持裝置104然後可從管道112移開而不會劃傷或損 壞管道112。
在另一實施方式中，整體式安全系統1400可包括傳感器1000。 傳感器1000在擋團1002靠近管道112的時候發送信號至控制器312。 因此，在夾持裝置104接近管道112和/或管道116時，在擋團1002 撞到管道112之前將信號發送至控制器312。控制器312然後可停止 夾持裝置104的移動，並且在某些情況下，根據操作來提升夾持裝置 104。夾持裝置的停止防止在不期望時將重量作用在管道112上。在 另一實施方式中，所述信號可引起視覺和/或聽覺警報，以允許操作 人員作出採取任何需要步驟的決定。
在又一實施方式中，整體式安全系統1400可包括釋放裝置1300。 釋放裝置1300在其開始啟動夾持裝置104緩慢釋放時可發送信號至 控制器312。控制器312然後可根據情況超馳(override)釋放裝置 1300，提升夾持裝置104，和/或啟動致動器106以超馳釋放裝置1300。 例如，如果釋放裝置1300在夾具119夾住管道112之前開始夾持裝 置104的緩慢釋放，則所述控制器可超馳釋放裝置1300，從而防止 夾持裝置104釋放管道112。
在又一實施方式中，整體式安全系統1400適於經由控制器312 控制補償器700。當補償器700在管道112聯接至管柱116的過程中 啟動時，補償器700可發送信號至控制器312。補償器700可測量管 道112在聯接過程中已向下移動的距離。補償器700行進的距離將表 示管道112和管柱116之間是否已經完成連接。在已連接的情況下， 控制器312此時可允許夾持裝置104與管道112和/或所述補償器脫 離以返回到其初始位置。
在一個替代實施方式中，所述整體式安全系統可以是一個或多個 機械鎖，其防止用於一個鑽機組件的各個控制器在另一個鑽機組件接 合之前操作。
在操作中，夾持裝置104附於聯接至鑽機IOO的提升系統110的 驅動機構108或轉盤200。管道112可與提升器(未示出)接合。所 述提升器可以是本領域已知的任何提升器並且可通過本領域已知的 任何適當方法聯接至管道處理系統102。所述提升器然後使管道112 靠近夾持裝置104。在一個替代實施方式中，所述夾持裝置可接近管 道112。夾持裝置104然後被提升系統110降下，或者所述提升器相 對於夾持裝置104提升管道112，直到卡瓦208位於管道112內部。
當夾持裝置104的擋圏1002靠近管道112時，傳感器1000可發送信 號至控制器312。控制器312然後可停止夾持裝置104和管道112之 間的相對運動。
在夾持裝置104處於期望位置的情況下，控制器312自動地或在 操作人員的指令下啟動致動器106。至少致動器106的主致動器被致 動以促使卡瓦208與管道112接合。可在所述主致動器被致動的同時 或之後致動一個或多個備用致動器。所述主致動器將確保卡瓦208與 所述管道接合，而所述備用致動器將確保管道112不被夾持裝置104 提前釋放。所述主致動器和備用致動器的操作由控制器312和/或操 作人員監測。
在致動器106啟動夾持裝置104時，定位系統900可將關於卡瓦 208相對於管道112的位置的信號發送至控制器312。在管道112被 接合後，驅動機構108和/或提升系統110可承載管道112的重量， 以將其連接至管柱H6。管道處理系統102然後降下管道112，直到 管道112與管柱116接合。驅動機構108然後可旋轉管道112以將管 道112聯接至管柱116。在管道112聯接至管柱116的過程中，補償 器700可補償管道112相對於驅動機構108的任何軸向移動。這種補 償防止了對管道112螺紋的損壞。補償器700可將管道112和管柱116 之間的連接程度指示給控制器312。在驅動機構108經由夾持裝置104 和卡瓦208將旋轉傳遞至管道112時，所述轉盤允許旋轉組件和控制 器312或任何流體源/電源之間的連通。在完成管道112到管柱116 的連接後，夾具119可釋放管柱116，而夾持裝置104繼續支撐管道 112和管柱116的重量。提升系統110然後將管柱116降至期望位置。 夾具119然後夾住管柱116。控制器312然後可通過使用釋放裝置1300 或使致動器106停止工作來脫開卡瓦208，以釋放管柱116。在這個 程序的過程中，整體式安全系統1400可防止管柱116意外墜落到井 眼115內。然後可重複該過程，直到管柱116處於期望的長度。在一 個實施方式中，所述整體式安全系統。
當管柱116下降到井眼115中時，鑽探流體可通過夾持裝置104 泵入管柱116中。鑽探流體流經夾持裝置104的流動通路206 (在圖 2中示出)。分隔器202的隔板204防止鑽探流體從管柱116的頂部 意外流出。
在降下管道112和管柱116後，夾持裝置104然後可用於以上述 方式與設備114接合。在一個實施方式中，所述設備是圖12A-12B 所示的固井膠塞發射裝置1200/1200A。夾持裝置104首先接合上接 頭1202,然後將固井膠塞發射裝置1200聯接至管柱116。此後，通 過控制器312或通過操作人員手動操作使第 一膠塞1208落入管柱116 內。水泥然後可經由流體入口 1205泵入固井膠塞發射裝置1200內並 在第一膠塞1208後面沿管柱116流下。轉盤1204允許水泥在驅動機 構108使管柱116旋轉和/或往復運動時根據需要泵入固井膠塞發射 裝置1200內。在必要量的水泥泵入管柱116後，控制器312和/或操 作人員使第二膠塞1210落下。可用任何適合的流體例如鑽探流體將 第二膠塞1210沿管柱116推下。第二膠塞1210繼續沿管柱116向下 移動，直到其落在第一膠塞1208上。水泥然後能夠在管柱116和井 眼115之間的環狀空間內乾燥。固井膠塞發射裝置1200然後可從管 柱116移開並隨後與夾持裝置104分離。
在管柱116被水泥粘結在適當位置的情況下，夾持裝置104可從 致動器106移開。圖8所示的模塊式夾持裝置804中的一個然後可聯 接至致動器106，以適應不同尺寸的管道112。可製成新的管柱116 並以與上述相同的方式將其放入被水泥粘結的管柱116中。新的管柱 可在其下端配有碾磨和/或鑽探工具，以磨碎管柱116內的任何碎屑 和/或鑽探井眼115。用與上述相同的步驟來將該管柱116放入並設置 到井眼內。可重複該過程直到管道處理完成。可將該過程反過來以將 管道從井眼115移開。
在此處描述的又一實施方式中，公開了一種與頂驅一起使用的用 於夾住管道的裝置。該裝置在一端包括用於以旋轉的方式相對於所述 頂驅固定所述裝置的接頭，並在第二端包括用於夾住管道的一個或多 個夾持構件。此外，所述裝置包括構造成移動並保持所述夾持件與所 述管道接觸的主致動器，以及適於保持所述夾持件與所述管道接觸的 備用組件。
在又一實施方式中，用流體操作主致動器。 在又一實施方式中，用電氣方式操作主致動器。 在又一實施方式中，其中備用組件包括選擇性驅動的備用致動
在又一實施方式中，用液壓方式操作備用組件。
在又一實施方式中，將監測器聯接至控制器以監測備用組件中的 狀態。
在又一實施方式中，所述監測器監測主致動器中的狀態。
在又一實施方式中，備用組件包括可連同主致動器一起操作的止 回閥，以確保主致動器在出現液壓故障的情況下仍然能夠操作。
在又一實施方式中，備用組件進一步包括另外的流體源，以確保 主致動器在出現液壓故障的情況下仍然能夠操作。
在又一實施方式中，第一轉盤構造成以連通的方式將主致動器聯 接至流體源。此外，第二轉盤可聯接至構造成以連通的方式將所述備 用組件聯接至所述流體源的備用組件。此外，可設置第二流體源。
在又一實施方式中，所述連接部包括用於防止所述裝置和頂驅彼 此獨立旋轉的鎖。此外，該鎖可包括用於與所述頂驅和所述裝置的成 形外徑接合的成形套管。或者，所述鎖可包括構造成圍繞所述連接部 的兩個或更多個連接件，以及位於每個連接件的內側表面上的一個或 多個夾持板牙，所述一個或多個夾持板牙構造成與所述裝置和頂驅接 合。
在又一實施方式中，可通過對所述裝置施加重量以致動流體操作 活塞來致動釋放裝置。此外，所述流體操作活塞可聯接至用於減緩流 體流動的流體阻擋器。此外，所述流體阻擋器可利用隨時間施加的基 本恆定的力將所述夾持件從所述管道釋放。
在又一實施方式中，描述了一種在井眼內使用的用於夾住管道的 裝置。該裝置可包括用於夾住所述管道的夾持件，其中所述夾持件聯 接至旋轉的心軸。此外，所述裝置可包括用於致動所述夾持件的致動 器和用於將所述夾持件鎖緊成與所述管道的內徑接合的鎖緊件。此 外，所述裝置可包括用於將致動器連接至夾持件的轉盤。
在又一實施方式中，致動器包括由流體壓力控制的一個或多個
腔。此外，所述流體壓力可致動活塞。
在又一實施方式中，鎖緊件包括連接至流體源的一個或多個壓力 腔，該流體源構造成提供。
在又一實施方式中，鎖緊件是^:在流體源和所述一個或多個壓力 腔之間的一個或多個止回閥。
在又一實施方式中，i殳置了用於監測所述一個或多個壓力腔中的 流體壓力的控制器。
在又一實施方式中，包括釋放裝置，通it^夾持裝置施加重量以 致動流體操作活塞來致動該釋放裝置。此外，流體操作活塞可^i接至
用於減緩流體流動的流體阻擋器。此外，所述流體阻擋器可利用隨時 間施加的恆定力來釋放所述夾持件。
在此處描述的又一實施方式中，描述了一種用於夾住在井眼內佳: 用的管道的裝置。該裝置可包括一組可連接至旋轉心軸的卡瓦，以接 合所述管道的內徑。此外，該裝置可包括多個用於致動所述卡瓦的多 個流體腔，和用於用流體將流體源連接到所述多個流體腔的轉盤。
在又一實施方式中，所述腔包括一個或多個主致動器以及一個或 多個備用致動器。
在又一實施方式中，備用致動器具有鎖緊件。
在又一實施方式中，鎖緊件包括構造成保持備用致動器內壓力的 止回閥。此外，止回閥可允許流體單向流入所述多個流體腔中至少一 個流體腔內。
在又一實施方式中，所述流體源供應M流體。
在又一實施方式中，所述流體源包括氣動流體。
在又一實施方式中，設置了用於監測所述多個流體腔中至少一個 流體腔的控制器。
在又一實施方式中，可將傳感器可^i接至擋圏，其中所述傳感器 設置成在所述擋圏接合管道時與控制器通信。
在又一實施方式中，控制線路能夠連接至所述轉盤和所述多個流 體腔。
在此處所述的又一實施方式中，描述了一種用於連接管道的方法。 該方法包括從流體源提供流體壓力並將該流體壓力經轉盤輸送至多個 腔。此外，所述轉盤可具有位於流體入口每側的凹處內的兩個或更多 個環形密封件。該方法另外包括致動夾持件以夾住所述管道，其中通 過對所述多個腔內的活塞施加流體壓力來致動所述夾持件。該方法另 外可包括利用所述夾持件來旋轉所述管道，並且響應於所述管道的旋 轉將加壓流體移動到所述兩個或更多個密封件與所述凹處之間的空腔 內。此外，該方法可包括在旋轉過程中經由所述轉盤持續供應流體源 經過所述轉盤並i^所述腔。
在又一實施方式中，該方法進一步包括在致動後鎖緊所述多個腔 中的至少一個腔，其中鎖緊所述至少一個腔可包括4吏流體流過回閥。
在又一實施方式中，所述方法進一步包括利用控制器監測所述多 個腔中的至少一個腔。此外，所述夾持件可以操作性地聯接至頂驅。 此外，所述夾持件可被所述頂驅旋轉。
在此處所述的又一實施方式中，描述了一種管道處理系統。該管 道處理系統包括聯接至提升系統和夾持裝置的管道力矩設備。此外， 該管道處理系統包括固井膠塞發射裝置，該固井膠塞發射裝置構造成 選擇性地聯接至具有用於容納所述夾持件的多個管道殼體的夾持裝 置，以及位於所述管道內、構造成執行固井操作的一個或多個膠塞。
在又一實施方式中，可在所述管道內i殳置止回閥，所述止回閥構 造成防止流體從所i^L射裝置流至所述夾持裝置。
在又一實施方式中，設置了允許流體在所述力矩設備旋轉所述發 射裝置時被泵入所^Jl射裝置內的轉盤。
在又一實施方式中，所述夾持件包括矛狀體。
在又一實施方式中，所述夾持件包括外管道夾具。
在此處所述的又一實施方式中，描述了一種完井方法。該方法包 括提供聯接至提升系統的管道處理系統，其中所述管道處理系統包括 夾持裝置、致動器和力矩裝置。該方法進一步包括用所述夾持裝置夾 住第一管道，以及通過用所述力矩裝置旋轉第一管道將第一管道聯接
至管柱，其中所述管柱部分地位於所述井眼內。此外，該方法可包括 降下所述第一管道和管柱並將第一管道從所述夾持裝置釋放。該方法 可進一步包括用所述夾持裝置夾住固井工具並通過旋轉所述固井工具 將固井工具聯接至第一管道。另外，該方法可包括使水泥流入所述固 井工具，以及將所述管道的至少一部分用水泥粘結到所述井眼內。
在又一實施方式中，所述方法包括用止回閥防止水泥流動接觸所 述夾持裝置。
在此處所述的又一實施方式中，描述了一種用於將夾持裝置從管 道釋放的釋放裝置。該釋放裝置包括活塞和操作性地連接至所述夾持 裝置的心軸的活塞缸筒。該釋放裝置進一步包括流體阻擋器，該流體 阻擋器構造成通過提供強制流動通路將釋放腔用流體聯接至所述活 塞。另外該釋放裝置可包括凸肩，該凸肩適於在被施加重量時增加所 述釋放腔內的壓力，並且其中所述凸肩上的持續的重量緩慢地致動所 述活塞，從而將所述夾持裝置從所述管道緩慢釋放。
在此處所述的又一實施方式中，描述了一種供管道處理系統^^用 的安全系統。該安全系統包括適於跟蹤用於致動夾持裝置的滑環的移 動的傳感器，其中所述傳感器在所述夾持裝置處在與所述夾持裝置和 所述管道^相對應的位置時發送信號至控制器。
在又一實施方式中，所述傳感器包括由聯接至臂的輪子致動的觸 發器，其中所述輪子在致動器移動所述滑環時沿聯接至所述致動器的
軌道移動。另外，所述軌道可具有構造成在所述輪子行進時徑向移動 所述輪子並致動所述觸發器的一個或多個l^部分。
在此處所述的又一實施方式中，描述了一種用於監測管道處理系 統的方法。該方法包括使夾持裝置向管道移動，以及將位於所述夾持 裝置的擋圏上的傳感器與所述管道的上端M。該方法進一步包括從 所述傳感器將指示所述管道處於M位置的信號發送至控制器，以及 響應於所述信號停止所述夾持裝置相對於所述管道的移動。另外，該 方法可包括用所述夾持裝置夾住所述管道。
在又一 實施方式中，所述方法進一步包括用第二傳感器監測所述 夾持裝置的一個或多個M構件相對於所述管道的位置，並將指示所 述夾持裝置已與管道掩^的第二信號發送至所述控制器。 在又一實施方式中，所述方法進一步包括將所述管道聯接至由鑽 臺上的十字叉固定的管柱，以及檢驗所述管道連接是否牢固。
在又一實施方式中，所述方法進一步包括在已驗證所述管道連 接是牢固的並且所述夾持裝置是緊固的情況下，所述控制器允許釋放 所述十字叉。
雖然以上所述針對本發明的實施方式，但是在不偏離本發明的基 本範圍的情況下，可設計其他或進一步的實施方式，並且本發明的範 圍由權利要求確定。
權利要求
1.用於夾緊管道的裝置，其用於與頂驅一起使用，該裝置包括位於一端處的接頭，其用於將所述裝置以旋轉的方式相對於所述頂驅固定；位於第二端處的一個或多個夾持件，其用於夾緊所述管道；主致動器，其構造成移動所述夾持件並保持所述夾持件與所述管道接觸，其中所述主致動器通過流體來操作；以及備用組件，其適於保持所述夾持件與所述管道接觸，其中，所述備用組件包括可連同所述主致動器來操作的止回閥，以確保所述主致動器在出現流體故障的情況下仍保持可操作。
2. 如權利要求l所述的裝置，其中，所述備用組件包括被選擇 性驅動的備用致動器。
3. 如權利要求l所述的裝置，其中，所述備用組件通過流體來 操作。
4. 如權利要求3所述的裝置，進一步包括聯接至控制器的監測 器，該監測器用於監測所述主致動器和所述備用組件中至少一個中的 狀態。
5. 如權利要求4所述的裝置，其中，所述監測器監測所述主致 動器中的狀態。
6. 如權利要求l所述的裝置，其中，所述備用組件進一步包括 另外的流體源，以確保所述主致動器在出現流體故障的情況下仍保持 可操作。
7. 如權利要求l所述的裝置，進一步包括構造成以連通的方式 將所述主致動器聯接至動力源的第 一轉盤。
8. 如權利要求7所述的裝置，進一步包括聯接至所述備用組件 的第二轉盤，該第二轉盤構造成以連通的方式將所述備用組件聯接至 所述動力源。
9. 如權利要求7所述的裝置，進一步包括聯接至所述備用組件 的第二轉盤，該第二轉盤構造成以連通的方式將所述備用組件聯接至 第二動力源。
10. 如權利要求7所述的裝置，進一步包括位於所述第一轉盤中 的凹處中的至少一個流體動壓密封件，其中在所述流體動壓密封件和 所述凹處之間形成多個空腔。
11. 如權利要求l所述的裝置，其中，所述接頭包括用於防止所 述裝置和頂驅彼此獨立旋轉的鎖。
12. 如權利要求ll所述的裝置，其中，所述鎖包括用於接合所 述頂驅和所述裝置的成形外徑的成形套管。
13. 如權利要求ll所述的裝置，其中所述鎖包括 構造成圍繞連接部的兩個或更多個連接件，以及 位於每個所述連接件的內側表面上的一個或多個夾持板牙，所述一個或多個夾持板牙構造成接合所述裝置和所述頂驅。
14. 如權利要求l所述的裝置，進一步包括釋放裝置，通過對所 述裝置施加重量以致動流體操作活塞來致動該釋放裝置。
15. 如權利要求14所述的裝置，其中，所述流體操作活塞聯接 至用於減緩流體流動的流體阻擋器。
16. 如權利要求15所述的裝置，其中，所述流體阻擋器起到利 用隨時間施加的基本恆定的力將所述夾持件從所述管道釋放的作用。
17. —種用於夾住在井眼內使用的管道的裝置，包括 用於夾住所述管道的夾持件，其中所述夾持件聯接至可旋轉的心軸；用於致動所述夾持件的致動器；用於將所述夾持件鎖定成與所述管道的內徑相接合的鎖緊件；以 及用於將所述致動器連接至所述夾持件的轉盤。
18. 如權利要求17所述的裝置，其中，所述致動器以電氣方式 來操作。
19. 如權利要求17所述的裝置，其中，所述致動器包括由流體 壓力控制的一個或多個腔。
20. 如權利要求19所述的裝置，其中，由所述流體壓力致動活塞。
21. 如權利要求17所述的裝置，其中，所述鎖緊件包括與構造 成提供流體的流體源相連的一個或多個壓力腔。
22. 如權利要求17所述的裝置，其中，所述鎖緊件是設置在流 體源和所述一個或多個壓力腔之間的一個或多個止回閥。
23. 如權利要求21所述的裝置，進一步包括用於監測所述一個 或多個壓力腔中的流體壓力的控制器。
24. 如權利要求17所述的裝置，進一步包括釋放裝置，通過對 所述裝置施加重量以致動流體操作活塞來致動該釋放裝置。
25. 如權利要求24所述的裝置，其中，所述流體操作活塞聯接 至用於減緩流體流動的流體阻擋器。
26. 如權利要求25所述的裝置，其中，所述流體阻擋器起到利 用隨時間施加的恆定的力釋放所述夾持件的作用。
27. —種用於夾住在井眼內使用的管道的裝置，包括 一組卡瓦，其能夠與旋轉的心軸連接，以接合所述管道的內徑; 用於致動所述卡瓦的多個流體腔；以及轉盤，其用於通過流體將流體源連接至所述多個流體腔。
28. 如權利要求27所述的裝置, 主致動器和一個或多個備用致動器。
29. 如權利要求28所述的裝置, 緊件。
30. 如權利要求29所述的裝置，其中， 保持所述備用致動器中的壓力的止回閥。
31. 如權利要求30所述的裝置，其中， 向流入所述多個流體腔中的至少 一個中。
32. 如權利要求27所述的裝置，體。
33. 如權利要求27所述的裝置，體。
34. 如權利要求27所述的裝置， 流體腔中至少一個的控制器。其中，所述腔包括一個或多個 其中，所述備用致動器具有鎖 所述鎖緊件包括構造成 所述止回閥允許流體單 其中，所述流體源供應液壓流 其中，所述流體源包括氣動流 進一步包括用於監測所述多個
35. 如權利要求34所述的裝置，進一步包括聯接至擋圏的傳感 器，其中所述傳感器構造成在所述擋團與所述管道接合時與所述控制 器通信。
36. 如權利要求27所述的裝置，進一步包括能夠連接到所述轉 盤和所述多個流體腔的控制線路。
37. —種用於連接管道的方法，包括 從流體源提供流體壓力；通過轉盤將所述流體壓力輸送至多個腔，其中所述轉盤具有位於 流體入口每側的凹處中的兩個或更多個環狀密封件；致動夾持件以夾住所述管道，其中通過對所述多個腔內的活塞施 加流體壓力來致動所述夾持件； 用所述夾持件旋轉所述管道；響應於旋轉所述管道，將加壓流體移動到所述兩個或更多個環狀 密封件和所述凹處之間的空腔中；以及在旋轉過程中持續供應所述流體源通過所述轉盤並經由所述轉 盤進入所述腔內。
38. 如權利要求37所述的方法， 進一步包括在致動後鎖緊所述 多個腔中的至少一個腔。
39. 如權利要求38所述的方法， 其中，鎖緊所述至少一個腔包 括使流體流經止回閥。
40. 如權利要求37所述的方法， 進一步包括利用控制器監測所 述多個腔中的至少一個腔。
41. 如權利要求37所述的方法， 其中，所述夾持件操作性地聯接至頂驅。
42. 如權利要求41所述的方法, 其中，所述夾持件由所述頂驅旋轉。
43. —種管道處理系統，包括 聯接至提升系統和夾持裝置的管道力矩設備；以及 固井膠塞發射裝置，其具有用於選擇性地接合所述夾持裝置的管道殼體；以及位於所述管道殼體內的一個或多個膠塞，其構造成執行固井操作。
44. 如權利要求43所迷的固井膠塞發射裝置，進一步包括設置 在所述管道殼體內的止回閥，該止回閥構造成防止流體從所述發射裝 置流至所述夾持裝置。
45.如權利要求43所述的固井膠塞發射裝置，進一步包括控制 器和用於遠程釋放所述一個或多個膠塞的一個或多個固井膠塞啟動 器。
46. 如權利要求44所述的固井膠塞發射裝置，進一步包括在所 述力矩設備旋轉所述發射裝置時允許流體泵入所述發射裝置中的轉 盤。
47. 如權利要求46所述的固井膠塞發射裝置，其中，所述夾持 件包括矛狀體。
48. 如權利要求46所述的固井膠塞發射裝置，其中，所述夾持 件包括外管道夾具。
49. 一種完成井眼方法，該方法包括提供聯接至提升系統的管道處理系統，其中所述管道處理系統包 括夾持裝置、致動器和頂驅；用所述夾持裝置夾住第一管道；通過用所述頂驅旋轉第一管道將第一管道聯接至管柱，其中所述 管柱部分地位於所述井眼內； 降下所述第一管道和管柱； 將第一管道從所述夾持裝置釋放； 用所述夾持裝置夾住固井工具； 通過旋轉所述固井工具將該固井工具聯接至第一管道； 使水泥流入所述固井工具中；以及 將所述管道的至少一部分用水泥粘結到所述井眼內。
50. 如權利要求49所述的方法，進一步包括用止回閥防止水泥 流動接觸所述夾持裝置。
51. —種用於將夾持裝置從管道釋放的釋放裝置，該釋放裝置包括活塞和操作性地連接至所述夾持裝置的心軸的活塞缸筒； 流體阻擋器，其構造成通過提供強制流動通路將釋放腔通過流體 聯接至所述活塞；以及凸肩，其適於接合所述管道並在所述凸肩被施加重量時增加所述 釋放腔內的壓力，並且其中所述凸肩上持續的重量緩慢地致動所述活 塞，從而將所述夾持裝置從所述管道緩慢地釋放。
52. —種供管道處理系統使用的安全系統，該安全系統包括 適於跟蹤夾持裝置的夾持機構的移動的傳感器，其中當所述夾持裝置處在與接合所述管道的所述夾持裝置相對應的位置時，所述傳感 器發送信號至控制器。
53. 如權利要求52所述的安全系統，其中，所述傳感器包括由 聯接至臂的輪子致動的觸發器，其中所述輪子在致動器移動所述夾持 機構時沿著聯接至所述致動器的軌道移動。
54. 如權利要求53所述的安全系統，其中，所述軌道具有一個 或多個隆起，所述隆起構造成在所述輪子行進時徑向移動所述輪子並 致動所述觸發器。
55. —種用於監測管道處理系統的方法，該方法包括 使夾持裝置向管道移動；利用位於所述夾持裝置上的傳感器檢測所述管道上端的出現； 從所述傳感器向控制器發送指示所述管道處於接合位置的信號； 響應於所述信號停止所述夾持裝置相對於所述管道的移動；以及 用所述夾持裝置夾住所述管道。
56. 如權利要求55所述的方法，進一步包括利用第二傳感器監 測所述夾持裝置的一個或多個接合構件相對於所述管道的位置，並將 指示所述夾持裝置已與管道接合的第二信號發送至所述控制器。
57. 如權利要求56所述的方法，進一步包括將所述管道聯接至 由鑽臺上的十字叉固定的管柱，並檢驗所述管道連接是否牢固。
58. 如權利要求57所述的方法，進一步包括在已驗證所述管道 連接是牢固的並且所述夾持裝置是緊固的情況下，所述控制器允許釋 放所述十字叉。
59. —種用於夾緊管道的裝置，其用於與頂驅一起使用，該裝置 包括位於一端處的接頭，其用於將所述裝置以旋轉的方式相對於所述 頂驅固定；位於第二端處的一個或多個夾持件，其用於夾緊所述管道； 主致動器，其構造成移動所述夾持件並保持所述夾持件與所述管道接觸，其中所述主致動器通過流體來操作；以及備用組件，其適於保持所述夾持件與所述管道接觸，其中，所述備用組件包括單獨的選擇性驅動備用致動器。
全文摘要
本發明涉及一種用於將管道放入井眼或從井眼取出的方法和裝置。利用具有主致動器和備用安全裝置的致動器來啟動夾持裝置。備用安全裝置可包括一個或多個備用的流體操作活塞。所述夾持裝置可包括整體式安全系統，該整體式安全系統適於在形成和斷開所述管道和管柱之間的連接時防止損壞所述管道。
文檔編號E21B33/16GK101365860SQ200680052591
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月12日 優先權日2005年12月12日
發明者加裡·湯姆普森, 卡斯滕·海德克, 圖翁·坦·勒, 小多伊爾·弗雷德裡克·布特韋爾, 理察·李·吉魯, 約爾格·倫茨, 艾伯特·C·奧德爾二世, 貝恩德-格奧爾格·彼得拉斯, 麥可·海斯 申請人:韋特福特/蘭姆有限公司